|
Силикагель представляет собой высушенный гель, образующийся из перенасыщенных растворов кремниевых кислот (nSiO2•mH2O) при pH > 5—6. Твёрдый гидрофильный сорбент.
Получение
Получается при подкислении растворов силикатов щелочных металлов с последующей промывкой и высушиванием образовавшегося геля.
Na2SiO3 + 2HCl = 2NaCl + H2SiO3
H2SiO3 = SiO2 + H2O
Свойства
Силикагель имеет огромную площадь поверхности (800 м²/1 г), состоящую из групп —SiOH, расположенных на расстоянии 0, 5 нм друг от друга. Эти группы являются активными центрами, причём активность конкретной партии силикагеля зависит от числа и активности таких центров. В активном адсорбенте, то есть таком, из которого удалена адсорбированная на его поверхности вода, многие центры будут активны. Такая активация происходит при нагревании геля до 150—200 °C.
При нагревании до более высокой температуры в интервале 200—400 °C активность теряется в результате образования связей Si-O, происходящего с отщеплением воды. Эта стадия, однако, обратима. При нагревании выше 400 °C размер поверхности силикагеля необратимо уменьшается.
Активные центры взаимодействуют с полярными растворёнными веществами главным образом за счёт образования водородных связей.
Регенерация — это процесс восстановления рабочих свойств адсорбента (в данном случае силикагеля) после использования его для осушки или очистки каких-либо веществ. Регенерацию силикагеля можно осуществлять в промышленном масштабе, в химической лаборатории, а также в бытовых условиях. Процесс регенерации включает в себя три стадии:
Очистка адсорбента (может не проводиться);
Десорбция — это процесс, обратный адсорбции, то есть удаление адсорбтива из адсорбента;
Охлаждение адсорбента после десорбции.
В промышленных условиях процесс регенерации можно вести различными способами, в зависимости от того, для какого процесса осушки или очистки применялся силикагель.
В лаборатории регенерацию силикагеля проводят в сушильном шкафу при нагревании до 150—170 °C в течение 3-4 часов.
При использовании силикагеля в быту для осушки обуви, кожаных изделий, кино- и фотоаппаратуры и т. д., адсорбционные свойства силикагеля можно восстановить просушиванием его на батарее или в духовке при температуре не выше 170 °C.
Важно! При нагревании силикагеля выше 180 °C разрушаются ОН-группы на его поверхности, что приводит к резкому ухудшению его адсорбционных свойств.
Классификация силикагелей
Согласно ГОСТ 3956—76 силикагели различают:
по форме зёрен (гранулированные или кусковые);
по размерам зёрен (крупные и мелкие);
по размерам пор (крупнопористые и мелкопористые).
Существует четырёхбуквенное обозначение вида силикагеля согласно ГОСТ 3956—76.
1-я буква характеризует размер гранул (К — крупный, М — мелкий, А — активированный, Ш — шихтовый);
2-я буква всегда С (силиконогель);
3-я буква размер пор (К — крупнопористый, М — мелкопористый);
4-я буква форма частиц (Г — гранулированный, К — кусковой).
Также существуют силикагели специального назначения, например, силикагель-индикатор влажности (пропитанный солями кобальта, по мере впитывания влаги и снижения активности, гранулы изменяют окраску с голубой на розовую), силикагели для хроматографии, силикагели для бытовых холодильников и ряд других.
Применение
Товарный силикагель выпускают в виде зёрен или шаровидных гранул размером от 5—7 до 0, 01 мм. Различные марки силикагелей имеют средний эффективный диаметр пор 20—150Å и удельную поверхность 102—103 м²/г.
Основное применение силикагели находят при осушке воздуха, углекислого газа, водорода, кислорода, азота, хлора и других промышленных газов.
Способность силикагеля поглощать значительное количество воды используется для осушки различных жидкостей, в особенности в том случае когда обезвоживаемая жидкость плохо растворяет воду (сушка галогенированных жидкостей типа фреон). Силикагели служат также осушителями при консервации оборудования для предохранения его от коррозии.
Наряду с водой силикагели хорошо сорбируют пары многих органических веществ. Этим его свойством пользуются для улавливания (рекуперации) паров бензина, бензола, эфира, ацетона и т. п. из воздуха, бензола, из газовых коксовых печей и бензина из природных газов.
Свойство силикагеля поглощать многие вещества из жидкой фазы используют в промышленной очистке различных масел, при обессеривании нефтяных погонов и удаления из нефти высокополимерных смолистых веществ.
Также силикагель используют как адсорбент в хроматографии, как поглотитель водяных паров (осушитель) и органических растворителей (например, в осушителях сжатого воздуха, адсорбционной очистки неполярных жидкостей; для разделения спиртов, аминокислот, витаминов, антибиотиков и др.). Крупнопористые силикагели применяются как носители катализаторов. Также силикагель хорошо адсорбирует ядра радона-222 (и его изотопов). Силикагель широко используется для производства наполнителей для кошачьих туалетов
Техника безопасности
Силикагель пожаро- и взрывобезопасен, по степени воздействия на организм относится к веществам 3-го класса опасности. Пыль силикагеля содержит от 10 до 70 % свободного диоксида кремния. При работе с силикагелем рекомендуют использовать средства защиты органов дыхания
|
|
