TÌM HIỂU VỀ SILICAGEL

Cấu trúc tự nhiên + Tồn tại trong tự nhiên : có dạng rắn, xốp, vô định hình của SiO2Cấu trúc ngẫu nhiên , cấu trúc vô định hình của silicagel 2.12.2 gcm3 có khối lượng riêng nhỏ hơn so với thạch anh ( 2.65gcm3) Các nhóm silanol (SiOH) có khả năng gắn kết tạo các “cầu” siloxane (=SiOSi=) vì thế bề mặt silicagen hình thành như một tập hợp bao gồm nước (hấp phụ vật lý), và silic oxit gắn kết với các nhóm hydroxyl.

VIỆN KỸ THUẬT HÓA HỌC

Bộ Môn: Công Nghệ Hữu cơ- Hóa dầu

Đề Tài:

TÌM HIỂU VỀ SILICAGEL

 GVHD: PGS-TS : Phạm Thanh Huyền

 Nhóm SVTH: Phạm Gia Khánh KTHH4-56 Hoàng Thị Mai KTHH4-k56 Bùi Thị Thư KTHH3-k56 Đặng Đình Hiệp KTHH4-k556

I.Cấu Trúc

Cấu trúc tự nhiên

+ Tồn tại trong tự nhiên : có dạng rắn, xốp, vô định hình của SiO2

Cấu trúc ngẫu nhiên , cấu trúc vô định hình của silicagel 2.1-2.2 g/cm3 có khối lượng riêng nhỏ hơn so với thạch anh ( 2.65g/cm3)

Cấu trúc không gian của silicagel

- Silicagel là một mạng 3 chiều, liên tục của các hạt gel silica

Cấu trúc silicagel khi ngậm nước

 Các nhóm silanol (≡SiOH) có khả năng gắn kết tạo các “cầu” siloxane (=Si-O-Si=) vì thế

bề mặt silicagen hình thành như một tập hợp bao gồm nước (hấp phụ vật lý), và silic oxit gắn kết với các nhóm hydroxyl

Cấu trúc lỗ rỗng của silicagel

 Dưới tác dụng của nhiệt độ, các phân tử nước bị tách ra tạo cho Silicagen cấu trúc rỗng đặc trưng Chính nhờ cấu trúc này mà silicagen có khả năng hấp phụ vật lý cao

Cấu trúc lỗ rỗng của silicagel khi tách nước

Mixen là trạng thái cuối cùng của hạt , bao gồm bên trong của SiO2 và trên bề mặt của SiOH Trạng thái rắn Si NMR đã chứng tỏ trạng thái hình học tứ diện về nguyên tử silicon và khẳng định sự có mặt của khối SiO2 và bề mặt SiOH Kích thước của mixen xác định cụ thể diện tích

bề mặt của silica gel; một mixen điển hình kích thước của ca 2.5nm đường kính tương ứng với

ca 1000 m2 / g Và từ các hạt mixen này ta có thể tổng hợp được silicagel

Giản đồ phác thảo quá trình tổng hợp silicagel

Hình 3 TEM của silicagel gần lý tưởng như quá trình làm khô nhanh , số lượng lỗ rỗng cao , thể hiện cấu trúc mixen ( ca 20nm) và bề ngoài lỗ rỗng cũng ở ca 20nm trong đường kính với

đô khuếch đại x 235000 ảnh A và 688 000 trong ảnh B

sử dụng thủy phân ngọn lửa là phương pháp đặc biết tốt, cho các hạt hình cầu có đường kính vào là 10nm kích thước trung bình của các hạt chuẩn có thể được quan sát qua kính hiển vi truyền

quang (TEM ) , với biên độ từ 7-40nm phân bố trở nên thu hẹp hơn , giảm hơn so với kích thước của hạt chuẩn

hinh 1: phân bố kích thước hạt co ban của pyrogenic silicas với dien tich be mat rieng khac nhau a) 300 m2 / g;

b) 200 2 / g;

c) 90 m2 / g;

d) 50 m2/ g

đặc trưng về diện tích bề mặt xac định bởi sự hấp phụ (vi du bới phương pháp BET ) là chấp nhận đươc với sự quyết định này bởi TEM trong gioi han nhat dinh Hình 2 cho thấy

diện tích bề mặt BET là một hàm số của giá trị trung bình

kích thước hạt được đo bằng TEM

Hinh 2 Sự tương quan của các kích thước hạt sơ cấp trung bình

với diện tích bề mặt riêng của pyrogenic silicas khác nhau

Kích thước của sự kết dính thương thường xuất hiện trong dạng lỏng hay hỗn hợp bột phụ thuộc chính trên độ phân tán và quá trình trộn trong quá trình điều chế

Hình 3 thể hiện một bức ảnh TEM của của pyrogenic silicas với kích thước hạt chuẩn trung bình là ca 40nm và diện tích ề mặt riêng 50m2/g

Hinh 4: TEM bức ảnh của một pyrogenic silicas với kích thước trung bình cua hat co ban ca 7

nm và diện tích bề mặt cụ thể của ca 300 m2 / g

II Tính chất của silicagel

1 Các thông số hóa lí

2 Tính chất cơ bản

Thành phần hóa học silicagel

SiO2 ( 97-99%) và một số chất phụ khác

Tùy vào mục đích sử dụng mà người ta chia silicagen thành 2 loại Silicagel loại có chất chỉ thị màu:

có thêm Clorua coban

Silicagel loại không có chất chỉ thị màu

2 Các tính chất cơ bản.

Silicagel có tính hấp phụ do

+ có bề mặt riêng lớn,chứa nhiều tâm hoạt động

+ khả năng chống mài mòn cao, ổn định với nhiệt độ  không bị co ngót khi thực hiện pư+ vô số lỗ xốp  tăng khả năng thoát khí

Vậy: silicagel là có tính hấp phụ rất tốt

Quá trình hấp phụ:

 nhiệt hấp phụ nhỏ từ 0-5 kcal/mol

 Không có sự chọn lọc

 Tốc độ nhanh lúc đầu và giảm dần, dừng lại khi đạt trạng thái cân bằng

 Thường xảy ra ở nhiệt độ thường,có tính ổn định nhiệt

 Không làm thay đổi trạng thái chất bị hấp phụ

 tái sinh bằng cách giữ nhiệt khoảng 110-200°C Nó có thể được tái sinh trong máy sấy hoặc máy hút ẩm

=> thích hợp với việc sử dụng thông thường, thân thiện với môi trường, xử lí như rác thải sau khi sử dụng

Sự phụ thuộc lượng chất bị hấp phụ với p/ps

So sánh hiệu quả của các chất dùng làm hút ẩm

Nhận xét: silicagen không phải là chất hút ẩm tốt nhất nhưng được sử dụng chủ yếu trong công nghiệp do ưu điểm là không ăn mòn, không độc và không làm biến thế vật dụng và với giá thành rẻ

Lượng nước còn lại trong

1l kk

1.5mg 0.8mg 0.3mg 0.03mg 0.014mg 0.005mg

III.CÁC PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP SILICAGEL

 Phương pháp điện phân

 Phương pháp SOL-GEL

1.Phương pháp SOL-GEL

 Sol-Gel(Solution-Genlation)là một quá trình các phản ứng hoá học đi từ dung dịch cho tới sản phẩm cuối là chất rắn

 Cấu trúc của silicagel được đặc trưng bởi mật độ và kích thước trung bình của lỗ rỗng

 Silicagel được sản xuất bằng cách trung hoà silicat của kim loại kiềm thổ với axit

Na2O.3.3SiO2+H2SO4 Na2SO4 + 3.3SO2 +H2O

1.Phương pháp SOL-GEL

23

Giản đồ phác thảo quá trình tổng hợp silicagel

Tỉ lệ hình thành gel phụ thuộc vào nhiều yếu tố như nồng độ của SiO2,nhiệt độ,PH và

sự khuấy trộn

2.Phương pháp điện phân

 Sử dụng phương pháp điện phân dung dich muối silicat của kim loại kiềm

 Quá trình điện phân với 2 điện cực

+Anot làm bằng Titan

+Catot làm bằng thép không gỉ

+Nguồn điện 1 chiều 8V

+Quá trình điện phân diễn ra khoảng 48h ở nhiệt độ khoảng 24-35˚C

Bình điện phân

-Là loại hút ẩm có giá thành thấp, hiệu quả kinh tế cao, được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực hút ẩm, chống mốc,…

-Không có nguy cơ ảnh hưởng tới sản phẩm mà nó tiếp xúc.-Dễ tái sử dụng

-Silicagel không dễ cháy, nhiệt độ tái sinh thấp từ 110-200 độ C

Kim loại Chất mang Tần số hấp phụ CO trên kim loại, (1/cm)

Ứng Dụng

 Silicagel có vai trò rất quan trọng trong công nghệ hóa học cũng như trong đời sống từ đơn giản đến phức tạp Từ những gói hạt  chống ẩm đơn giản cho thực phẩm, dược phẩm đến các loại vật liệu hấp phụ  cao cấp sử dụng trong phòng Thí nghiệm hay công nghiệp; các loại chất  mang, chất xúc tác… tất cả đều có thể làm từ silicagen

1.1 Làm chất xúc tác và chất mang xúc tác

Do có diện tích bề mặt lớn và xốp nên silicagel có nhiều ứng dụng trong xúc tác và làm chất mang xúc tác Silica gel cũng được sử dụng như một chất trợ trong phản ứng trùng hợp olefin Silicagen còn được sử dụng làm chất xúc tác cho các quá trình sản xuất nhiên liệu, làm chất độn (SiO2) trong cao su tổng hợp

1.2 Chất hấp phụ

Silicagel cũng được sử dụng để làm khô không khí trong hệ thống khí nén công nghiệp Không khí từ máy nén khí xả chảy qua lớp hạt silica gel

Silicagel là chất hút ẩm, giá thành thấp, đảm bảo an toàn, để bảo quản:

-Hút ẩm gian phòng kín, gầm giường, tủ quần áo,

tủ giầy, tủ thuốc, sách báo, tranh ảnh, tài liệu

-Silicagen đôi khi được sử dụng bảo quản công

cụ, để kiểm soát độ ẩm tương đối trong bảo tàng, thư viện triển lảm và lưu trữ.

-Sản phẩm công nghệ kỵ nước

khác như: máy quay phim, ống

kính, máy ảnh, dụng cụ cơ khí…

Hộp chống ẩm

-Dược phẩm: thuốc viên, thuốc lá

-Nhiều đồ dùng thiết yếu: quần áo, giày

dép, trang sức…,

- silicagen đã được sử dụng làm chất hấp phụ khí và hơi trong các mặt nạ dưỡng khí

1.3 Chất phủ (Lớp phủ ngoài hay Mạ)

Một ứng dụng mới đối với silicagel là trong lớp sơn phủ giấy cho hình ảnh kỹ thuật số, đặc biệt là máy in phun,…

Phương pháp tái sinh Silicagel

phương pháp tái sinh bằng cách loại bỏ độ ẩm

-Phương pháp tách ẩm hiệu quả nhất là sử dụng nhiệt độ

- không nên đun nóng silicagel trên 120 độ C ( gel nhạy cảm với nhiệt ) và gel thông thường đun nóng trên 200 độ C

Bổ sung ẩm

-Phương pháp đơn giản nhất cho tái sinh silicagel là đặt nó trong phòng hoặc buông có môi trường được thiết kế ở level RH

-silicagels được đặt chính xác RH đó là đo RH của mẫu của khối gel

-Đây là cách không khuyến cáo nên dung bởi vì rất có thể có lỗi nếu việc tính toán sai lệc

* Phương pháp làm tăng tốc độ tái sinh

-Làm cho chiều dày Gels mỏng nhất có thể

-Sử dụng quạt để làm lưu thông không khí xung quang gels

-Trộn lẫn gel một cách tuần hoàn để lượng gels phân tầng một cách đều đặnh

sử dụng

Phương pháp tái sinh silicagel mà không phải di dời nó

-Phương pháp này rất hiệu quả nếu lớp silicagel được dàn trải thành một lớp mỏng , hoặc có thời gian đáp ứng lại nhanh ,chẳng hạn như đạt được với Rhapid Gel

- Tăng hoặc giảm diện tích bề mặt của silicagel chúng ta có thể kiểm soát được sự bốc hơi của nó

- Tốc độ ban đầu khi gel khô loại bỏ độ ẩm dư rất là nhanh Đây là điều rất quan trọng để hạn chế diện tích bề mặt của gel khô để ngăn chặn trong trường hợp RH bị giảm sút nhanh Điều này bởi vì tốc độ gel khô hấp phụ độ ẩm nhanh hơn tốc độ mà silicagel hấp phụ độ ẩm

-Nếu silicagel được điều hòa độ ẩm tại chỗ , Mức tăng hay giảm của RH trong phòng kín cần phải được theo dõi cẩn thận để xác định tỷ lệ này là có thể chấp nhận được , nếu tỷ lệ này có thể chấp nhận được và khi nước hay gel khô đã được đặt trong phòng kín để điều hòa độ ẩm đường ống dẫn chính silicagel phải bị rời đi.

-Việc tính toán độ ẩm đã được thêm vào hay loại bỏ khỏi silicagel bao nhiêu có thể được tính toán trong một không gian nhất định (Lafontine 1984 , Weintraub 1991 )

www.themegallery.comThanks you for watching!