Silica gel và công dụng
Silica gel hay gel axit silixic là một loại hóa chất rất phổ biến trong đời sống. Silica gel
thực chất là điôxit silic, ở dạng hạt cứng và xốp (có vô số khoang rỗng li ti trong hạt).
Công thức hóa học đơn giản của nó là SiO2.nH2O (n<2), nó được sản xuất từ natri
othosilicat (Na2SiO4) hoặc Silic TetraClorua (SiCl4). Hiện nay silica gel có vai trò rất
quan trọng trong công nghệ hóa học từ đơn giản đến phức tạp. Silica gel được dùng rất
nhiều làm xúc tác trong tổng hợp hữu cơ hóa dầu, lọc nước.
Độ ẩm là kẻ thù không thể đội đầu chung của các sản phẩm công nghệ nhạy cảm như
máy quay phim, máy ảnh, ống kính... và vấn đề bảo quản là một yêu cầu thiết thực. Silica
gel được biết đến là chất hút ẩm, giúp bảo quản các thiết bị, bảo quản lương thực, thực
phẩm và nhiều đồ dùng thiết yếu khác.
So với các vật liệu hút ẩm mạnh khác như H2SO4 đặc, P2O5… thì silicagel hút ẩm kém
hơn nhưng an toàn hơn. Các vật liệu khác thì có thể chảy rữa, tái sinh khó khăn hơn và
giá thành cũng đắt hơn.
Vậy silical gel là gì?
Silica gel là dạng hạt, có cấu trúc rỗng của Silica được tổng hợp từ oxyt silic. Được phát
minh tại đại học John Hopkins, Baltimore, Bang Maryland, Hoa kỳ trong những năm
1920. Điều chế bằng cách cho natri silicat tác dụng với axit sunfuric: Na2O.3SiO2 +
H2SO4 3SiO2 + H2O + Na2SO4, kết quả tạo thành dạng sol, rồi sol đông tụ lại thành
gen, sau khi rửa, sấy khô và nung ta thu được silicagen. Đó là chất rắn có lỗ xốp nhỏ,
dạng cục hoặc viên hình cầu tuỳ thuộc phương pháp tạo hạt khi điều chế, có loại trong
suốt như thuỷ tinh, có loại đục. Độ xốp thay đổi trong giới hạn 20 - 60%, đường kính lỗ
xốp khoảng 3 - 10 nm, bề mặt riêng 200 - 800 m2/g. Thường là khoảng 800m2/g, có thể
tưởng tượng một lượng silica gel cỡ một thìa cà phê có diện tích tiếp xúc cỡ một sân
bóng đá.
Hạt Silicagel có khả năng hút nước mạnh ngoài ra với đặc tính xốp còn được dùng làm
chất mang xúc tác; chất hấp phụ (pha tĩnh) trong phân tích sắc kí. Tuy nhiên loại hạt
silicagel dùng để hút ẩm không phải là loại dùng làm chất nhồi trong cột sắc ký.
Silicagel là một chất vô cơ bền, không độc, bảo quản và vận chuyển dễ dàng.
So sánh hiệu quả của các hóa chất được dùng để hút ẩm
CaCl2 : lượng nước còn lại trong 1 lít không khí 1,5mg
NaOH: lượng nước còn lại trong 1 lít không khí 0,8mg
H2SO4 95%: lượng nước còn lại trong 1 lít không khí 0,3mg
Silica gel: lượng nước còn lại trong 1 lít không khí 0,03mg
KOH: lượng nước còn lại trong 1 lít không khí 0,014mg
Al2O3: lượng nước còn lại trong 1 lít không khí 0,005mg
CaSO4: lượng nước còn lại trong 1 lít không khí 0,005mg
Vật liệu rây phân tử: lượng nước còn lại trong 1 lít không khí 0,004
H2SO4 đặc: lượng nước còn lại trong 1 lít không khí 0,003
Mg(ClO4)2: lượng nước còn lại trong 1 lít không khí 0,002
P2O5: lượng nước còn lại trong 1 lít không khí 0,00002mg
Trong đời sống hàng ngày, người ta thường gặp silica gel trong những gói nhỏ đặt trong
lọ thuốc tây, trong gói thực phẩm, trong sản phẩm điện tử và có dòng chữ «do not eat».
Ở đó, silica gel đóng vai trò hút ẩm để giữ các sản phẩm trên không bị hơi ẩm làm hỏng.
Silica gel hút ẩm nhờ hiện tượng mao dẫn ở hàng triệu khoang rỗng li ti của nó, hơi nước
bị hút vào và bám vào chỗ rỗng bên trong các hạt. Silica gel có thể hút một lượng hơi
nước bằng 40% trọng lượng của nó và một cách tương đối có thể làm độ ẩm tương đối
trong hộp kín giảm xuống đến 40%.
Để chỉ thị tình trạng ngậm hơi nước của silica gel, người ta đưa một lượng muối coban
clorua vào trong các mao quản của silicagel. Khi còn khô muối coban clorua sẽ có màu
xanh dương, khi bắt đầu ngậm hơi nước, nó chuyển dần sang màu xanh nhạt, rồi màu
hồng.
Loại silicagel này có giá cao hơn silicagel không tẩm màu. Gần đây có nhiều ý kiến cho
rằng coban clorua là nguyên tố có thể gây ung thư khi vô tình để xâm nhập vào cơ thể tuy
nhiên quan điểm này chưa nhận được sự đồng tình của nhiều nhà khoa học do nguyên
nhân ung thư vẫn chưa được hoàn toàn sáng tỏ thì không thể kết luận một yếu tố nào đó
là gây ung thư được. Cơ chế gây ung thư hiện nay vẫn chủ yếu dựa trên các mô hình
thống kê truyền thống và chưa thấy có báo cáo có hệ thống nào về coban clorua. Tuy
nhiên cũng cần lưu ý tới điều này và thực hiện đúng chỉ dẫn « do not eat » vì coban
clorua không bay hơi ở điều kiện thường nên cũng không cần quá băn khoăn.
Khi silica gel đã ngậm no nước, ta có thể tái sinh một cách đơn giản nó bằng cách giữ nó
ở nhiệt độ khoảng 180 độC trong khoảng ba giờ (phụ thuộc vào độ đồng đều nhiệt độ, bề
mặt tiếp xúc…) hoặc cho vào lò vi sóng để chế độ Medium trong khoảng 10 phút hoặc
cho tới khi nào nó trở về màu xanh dương với các loại có chất chỉ thị coban clorua.
Tuy nhiên để hiểu thấu đáo được quá trình hấp phụ và nhả hấp phụ là vấn đề có tính khoa
học và rất phức tạp.
Một cách đơn giản thì quá trình sấy là quá trình giải hấp phụ bên trong hạt silicagel, phải
sấy ở nhiệt độ cao và trong thời gian dài thì mới hiệu quả. Nếu sấy ở nhiệt độ thấp hoặc
trong thời gian ngắn thi silicagel sẽ nhanh chóng hút đầy nước và bạn sẽ nhanh phải sấy
lại hơn.
Lưu ý rằng nhiệt độ sấy cao hoặc có sự tác động của ngoại lực có thể dẫn đến việc hạt
silicagel bị vỡ vụn và số lần hoàn nguyên silicagel khá thấp, sau vài lần sấy bạn phải thay
silicagel mới. Điều này là đáng quan tâm khi bảo quản các ống zoom của máy ảnh, những
mảnh vụn của siliaca gel có thể lọt vào và làm kẹt ống. Và silica gel bản chất như thủy
tinh nên có thể mài xướt các hệ quang học.
Trong điều kiện thời tiết Việt Nam có độ ẩm cao, các thiết bị điện tử đắt tiền như máy
quay phim, máy ảnh, len… rất dễ bị hỏng hoặc bị nấm mốc tấn công nếu để trong nơi có
độ ẩm cao trong thời gian dài. Vì vậy việc sử dụng silica gel làm chất hút ẩm để bảo quản
các thiết bị số là một nhu cầu lớn vì đầu tư nhỏ hơn nhiều so với đầu tư một tủ chống ẩm
giá khoảng vài trăm dollar.
Một cách tiêu chuẩn là sử dụng bình hút ẩm là một bình thủy tinh có 2 đáy, ở dưới chứa
khoảng 500g silica gel, ở trên là nơi đặt các thứ cần hút ẩm, bình được đậy kín bằng nắp
đậy mài nhám.
Khả năng hút ẩm của silica gel phụ thuộc vào độ ẩm tương đối của môi trường chứ nó
không thể hút tới kiệt hơi ẩm trong không khí và tuân theo quy tắc cân bằng.
Độ ẩm tương đối của không khí: 20% thì có thể hút đến độ ẩm khoảng 12%.
Độ ẩm tương đối của không khí: 50% thì có thể hút đến độ ẩm khoảng 23%.
Độ ẩm tương đối của không khí: 90% thì có thể hút đến độ ẩm khoảng 31%.
Như vậy trong điều kiện thời tiết Việt Nam độ ẩm tương đối (RH) khoảng 80% thì khi
đậy kín bình trong khoảng 12 tiếng độ ẩm sẽ đạt khoảng 30% như vậy đây là một RH khá
lý tưởng đề bảo quản các thiết bị số đắt tiền và nhạy cảm.
Một lưu ý khi tái sinh hạt silica gel về dạng khan bằng cách làm nóng đó là, cần phải làm
nguội về nhiệt độ phòng trước khi cho lại bình hút ẩm (thông thường sẽ mất khoảng 90
phút tùy thuộc vào nhiệt độ bên ngoài), không nên cho trở lại bình khi hạt còn đang nóng.
Variation of color indicating (Blue-color Gel) : 20% : Blue or Light Blue; 35% : Grey or
Purple; 50% : Pink or Pinkish.