Sillicagen

Chia sẻ: Bùi Thị Thư | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:19

Thêm vào BST

Báo xấu

93
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Silicagel có công thức hóa học SiO2.xH2O là chất rắn vô định hình, SiO2 ngậm nước nhờ trên bề mặt của nó có vô số lỗ rỗng li ti trong hạt, Silicagen là một hợp chất hóa học trơ, không độc được biết đến tử thế kỷ 17 nhưng những nghiên cứu về các tính chất của nó cũng như quá trình tổng hợp và ứng dụng của Silicagen chỉ thực sự được bắt đầu vào khoảng cuối thế kỷ 19, đầu thế kỷ 20. Mời các bạn cùng tham khảo tài liệu để hiểu hơn về Silicagel.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Sillicagen

I.Giới thiệu Silicagel có công thức hóa học SiO2.xH2O là chất rắn vô định hình SiO2 ngậm nước nhờ trên bề mặt của nó có vô số lỗ rỗng li ti trong hạt . Silicagen là một hợp chất hóa học trơ, không độc được biết đến tử thế kỷ 17 nhưng những nghiên cứu về các tính chất của nó cũng như quá trình tổng hợp và ứng dụng của silicagen chỉ thực sự được bắt đầu vào khoảng cuối thế kỷ 19, đầu thế kỷ 20. Năm 1861, Graham đã có những nghiên cứu đầu tiên mặc dù những quan sát về quá trình gel hóa này đã được đề cập sớm hơn. Đến đầu Thế kỷ 20 thì quá trình tổng hợp sản xuất silicagen lần đầu tiên được đề cập đến trong các báo cáo khoa học là vào năm 1919 bởi giáo sư Walter A. Patrick. Trong Thế chiến thứ I, silicagen đã được sử dụng làm chất hấp phụ khí và hơi trong các mặt nạ dưỡng khí. Trong Thế chiến thứ II, silicagen được sử dụng để làm chất chống ẩm cho các khí tài quân đội, các loại thuốc... 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. Ngày nay, silicagen (silica gel) đã trở thành một loại vật liệu có rất nhiều ứng dụng trong đời sống cũng như trong công nghiệp. 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. Ở các nước có nền công nghiệp hóa chất mạnh như Ấn Độ, Trung Quốc các công ty mỗi năm sản xuất hàng triệu tấn sản phẩm bắt nguồn từ silicagen. Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, các nghiên cứu về silicagen ngày càng được phát triển sâu rộng hơn, mở ra nhiều hướng ứng dụng mới trong công ngiệp cũng như trong đời sống hàng ngày II.Cấu trúc của Silicagen: Silicagen tồn tại trong tự nhiên là chất rắn, xốp, một dạng vô định hình của SiO2. Trong phòng
thí nghiệm, quá trình gel hóa silica sol làm hình thành silicagen ở dạng gel axit silicic, làm mất nước nó ta thu được silicagen khô Theo nhiều tác giả thì silicagen là một mạng 3 chiều, liên tục của các hạt keo silica. Dung dịch silicate được acid hóa tạo silicic axit. Trong hệ acid silicic này, dạng gel được hình thành từ sự gắn kết của các nhóm Si(OH) 4 tạo thành các chuỗi siloxane. Trạng thái ban đầu của quá trình polyme hóa Si(OH) 4 có liên quan đến sự hình thành của các hạt SiO2 mang trên bề mặt các nhóm silanol ( SiOH). Các hạt nhỏ riêng rẽ này được gọi là các mixen. Khi các mixen này va chạm với nhau, các nhóm SiOH trên bề mặt sẽ tập hợp lại hình thành dạng Si- O-Si. Như vậy có thể coi đơn giản silicagen là mạng không gian ba chiều của các hạt mixen liên kết với nhau. Hình I. 2: “Cầu” mixen SiO2 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.
Hình I. 3: Bề mặt Silicagen Hình I. 4: Quá trình mất nước trên bề mặt Silicagen
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 rỗng của Silicagen được đặc trưng bởi mật độ và kích thước trung bình của lỗ rỗng.. Tùy theo các phương pháp tổng hợp mà mất độ và kích thước lỗ này khác nhau. silicagel được điều chế bằng cách trung hòa silicat của kim loại kiềm thổ với acid . Ví dụ Na2O·3.3 SiO2+H2SO4→Na2SO4+3.3 SiO2↓+H2O Việc hoàn thành tổng hợp silicagel được biểu diễn phác thảo như giản đồ 1 . Ngoài ra, sol silica ổn định cũng có thể được gel hóa .Một phương pháp khác liên quan đến việc thủy phân alkoxides silicon với nước, xúc tác bởi axit hoặc bazo. Sự trung hòa natri silicat là giai đoạn đầu sự trùng hợp của silicat tứ diện vô định hình một cách ngẫu nhiên để tạo thành mixen . Dung dịch chứa mixen trong khi vẫn ở trạng thái lỏng được biết đến nhu một hydrosol
1.Giản đồ phác thảo quá trình tổng hợp silicagel Sự hình thành gel xảy ra khi tương tác các mixen riêng thông qua liên kết hydro và cuối cùng là giữa các hạt ngưng tụ có kích thước lớn hơn . Tỷ lệ sự tạo gel phụ thuộc vào nhiều yếu tố như nồng độ SiO2, pH, nhiệt độ, và sự khuấy trộn . Trùng hợp và liên kết ngang tiếp tục sau khi hydrosol đã đông đặc vào một hydrogel. 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) . 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. Qúa trình hình thành mạng lưới gel gôm nhiều bước : Bước đầu : rửa sạch các muối hòa tan . Bởi vì silica gel có khả năng trao đổi ion rất thấp đối với cation hoặc các anion ở pH trung bình nên loại bỏ muối là một
quá trình kiểm soát sự khuếch tán và pha loãng . Tiếp theo, để sự tương tác giữa các mixen và sự đông tụ của chúng tăng thì chúng được thực hiện thì chúng được thực hiện trong điều kiện môi trường dung dịch là silica ít tan. quá trình hòa tan silica từ các vùng cong tích cực và không lắng cặn tại khu vực của độ cong âm sẽ củng cố mạng lưới hydrogel. Do đó, cấu trúc gel liên tục được hình thành. Trong quá trình sấy, sức căng bề mặt của dung môi trong các lỗ rỗng có thể làm co ngót dung lượng hydrogel. Trong quá trình làm khô chậm, khi nước bốc hơi từ một hydrogel silic, cấu trúc dần dần bị sụp đổ do sức căng bề mặt nước. Cuối cùng đến một điểm, nơi thậm chí mặc dù nước vẫn còn bốc hơi cấu trúc gel không còn co lại. Tại thời điểm này gel được gọi là một xerogel. Quá trình làm khô nhanh có thể giảm thiểu sự hao hụt, và loại bỏ nước bằng cách trao đổi dung môi sau đó việc sấy khô có tác dụng tương tự. Vật liệu được sấy khô với sự mất mát không đáng kể của khối lượng lỗ rỗng được gọi là gel khí. Dung môi trao đổi có thể đưa vào dung dịch để loại bỏ nước như ethanol để loại bỏ nước từ hydrogel giữ được lượng lỗ rỗng sau khi sấy. Một hoặc nhiều dung môi trao đổi làm giảm sức căng bề mặt và từ đó sẽ giữ đươc lượng lỗ rỗng , lượng lỗ rỗng sẽ ít bị phá hủy Sấy gel silica cũng có thể được thực hiện trong điều kiện các dung môi trong các lỗ xốp là trên điểm giới hạn của nó và thông hơi trong khi duy trì nhiệt độ và áp suất. Gel siêu khô tới giới hạn sau khi thay nước của hydrogel với rượu. Ngoài ra chất lỏng trong các lỗ xốp có thể được trao đổi cho CO2 dung dịch, có thuộc tính tại điểm tới hạn thuận tiện hơn . Sự suy xét lợi ích đã được tập trung vào các kỹ thuật như vậy do đến độ xốp cao và tính chất cơ học đạt được . sản phẩm silica gel từ sơ đồ như trong Hình 2 là sản phẩm có độ tinh khiết cao có kiểm soát độ xốp. Kính hiển vi điện tử truyền động cho thấy cấu trúc lỗ rỗng của một silica gel được thể hiện trong hình 3 có các tính chất điển hình như sau: Chemical analysis (dry basis) SiO2 99.71 wt %Al2O3 0.10 wt % TiO2 0.09 wt % Fe2O3 0.03 wt % Trace oxides 0.07 t %
Physical analysis Total volatiles 5–6.5 wt % Surface area 750–800 m2/g Pore volume 0.43 cm3/g Average pore diameter 2.2 nm Apparent bulk density 0.72 g/cm 3 Skeletal density 2.19 g/cm3 Specific heat 920 J kg−1 K−1 Thermal conductivity 522 J m−1 h−1 K−1 Refractive index 1.45 Hình 3 . Cơ cấu truyền động kính hiển vi điện tử 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 III. TÍNH CHẤT CỦA SILICAGEN.
1.Tính chất Chất rắn trong suốt, không mùi, không độc, dễ cháy và không ăn được có độ ổn định nhiệt độ và độ bền hóa học cao nên thích hợp với việc sử dụng thông thường. =>Vì vậy silicagen thân thiện với môi trường, xử lý như rác thải sau khi sử dụng, thời gian hút ẩm dài và chi phí cực thấp so với giá hàng hóa. Nóng chảy ở khoảng 1610 °C Đường kính hạt khoảng 3- 10 mm Mất khối lượng khi gia nhiệt 5-6% nhiệt dung riêng 920 J·kg−1·K−1 Độ dẫn nhiệt 500 J/ (m.h.k) Có bề mặt riêng lớn 200-1000 m²/g, thường là 800 m²/g, bề mặt tiếp xúc lớn: 1 thìa cà phê có diện tích tiếp xúc cỡ 1 sân bóng đá( Bề mặt riêng càng lớn sự hấp phụ càng tăng và nhiệt hấp phụ tỏa ra càng lớn). - Silicagen có thể hút 1 lượng hơi nước bằng 40% trọng lượng của nó và có thể làm độ ẩm tương đối trong hộp kín giảm xuống 40% - Có kích thước lỗ trung bình 2,4nm nên có ái lực mạnh cho phân tử nước - Đặc tính xốp nên có thể là hút ẩm và là chất mang xúc tác, chất hấp phụ trong phương pháp sắc kí. Độ xốp khoảng 0,43 cm3/g Độ xốp thường thay đổi trong giới hạn 20-60% Silicagel tinh khiết là một chất trơ không phân cực, tuy nhiên khi có nhóm chức hydroxyl trong phân tử thì bề mặt bị phân cực rất mạnh và trở thành chất ưa nước. Silicagel thường chứa từ 0,04 ÷ 0,06g nước/1 gam silicagel. Nếu lượng nước này mất đi sẽ là mất tính ưa nước đồng thời làm mất khả năng hấp phụ nước của silicagel
Tốc độ thường nhanh lúc đầu và giảm dần, tốc độ dừng lại ở trạng thái cân bằng khi tốc độ hấp phụ bằng tốc độ phản hấp phụ và thường xảy ra ở điều kiện nhiệt độ thường. So sánh hiệu quả của các chất dùng làm hút ẩm CaCl2 lượng nước còn lại trong 1 lit không khí là 1,5 mg NaOH: 0,08 mg KOH ; 0, 014mg Al2O3: 0, 005mg 2. khả năng hút ẩm 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 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. Silicagen ngậm no nước, tái sinh bằng cách giữ nhiệt độ khoảng 110-120 °C cho tới khi thành màu phớt xanh. Nó có thể được tái sinh trong máy sấy hoặc máy hút ẩm. 3. Phân loại theo tính chất a.Silicagen màu (Silica Gel loại có chất chỉ thị màu)
Màu xanh chỉ ra silica gel được ngâm tẩm với clorua coban, thay đổi từ màu xanh sang màu hồng khi các chất hút ẩm trở nên bão hòa. Trực quan này cảnh báo người dùng về sự cần thiết để thay thế. Mô tả Silica Gel trắng Tỷ lệ (SiO2) 97 99% pH 6-7 Tỷ trọng 0,6 - 0,7 gr/cm3 Clorua (NaCl) 0,05 ppm Sulpates (Na2SO4) 0,5 ppm Amonium (NH3) NIL (Không dùng) 1-2,3-4, 3-8, 5-8, 9- Kích thước hạt (Mesh) 16 Khả năng hấp thụ độ ẩm ở 100% 27 – 40% Clorua coban (CoCl2) 0,5% Công thức hóa học SiO2+H2O+ CoCl2
b. Silica Gel trắng (Silica Gel loại không có chất chỉ thị màu) Trong loại này tất cả các hạt Silica Gel không có chất chỉ thị màu. Khi chưa hút ẩm các hạt có màu trắng trong suốt. Trong loại này tất cả các hạt Silica Gel không có chất chỉ thị màu. Khi chưa hút ẩm các hạt có màu trắng trong suốt. Khi chúng được đưa vào sử dụng, các hạt đã hút ẩm, Silica Gel dần dần biến từ trong suốt sang đục. IV. Quy trình tổng hợp Silicagen từ thuỷ tinh lỏng (Na2O.mSiO2.nH2O ) Ngày nay Silicagen được sử dụng rộng rãi trong các quá trình điều chỉnh độ ẩm , xúc tác trong các phản ứng hoá học trong tổng hợp hữu cơ hoá dầu cũng như trong ngành công nghiệp hoá học và thực phẩm .Có nhiều phương pháp để tổng hợp silicagen từ nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau như là : phương pháp Sol_Gel ,phương pháp tổng hợp từ các alkoxide silic Tetramethyl orthorsilicate (Si(OCH3)4 TMOS)….. 1.Nguyên liệu thuỷ tinh lỏng + Thuỷ tinh lỏng là dung dịch của Silicat Natri có công thức hoá học là Na2O.mSiO2.nH2OSilicat Natri khi tan vào nước sẽ phân li thành các ion phức của axit Silisic tạo ra dung dich Silicat Natri .Khi phân li natri silicat tạo ra các cation Na+ và anion monome dưới dạng [H3SiO4].Cân bằng giữa các polymer và các monomer dạn
anion phụ thuộc vào nồng độ và pH của dung dịch do dung môi tác động làm phân huỷ tạo ra các polymer . + Axít Silixic là axít yếu ít bị phân ly do vậy khi silicat natri phản ứng với axít các cation natri thay thế bằng các proton còn axít silisic tạo thành nhanh chóng giải phóng nước tạo gel của poly axít silisic dưới dạng xH2O.ySiO2 có cấu tạo mạch thẳng ở dạng lớp hay không gian của các anion có phân từ lớn ở dạng tứ diện SiO4 liên kết với nhau bằng các đỉnh chung của tứ diện, bên trong tứ diện còn chứa một số nhóm hydroxyl. Hình [1] + Cấu trúc của silicat natri rất phức tạp. Các giả thuyết cho rằng trong silicat dạng kính đều có những cấu trúc cao phân tử nhỏ, không có tính chu kỳ nhưng có trật tự kiểu khung xương gần với cấu trúc tinh thể. Tuỳ thuộc vào môdun mà silicat natri có cấu trúc mạng không gian theo Zakhariazen hay cấu trúc mạch vòng theo Sosmentaraxob. Các nhà vật liệu silicat cho rằng silicatnatri chỉ là trường hợp riêng của vật liệu silicat. Cấu trúc của silicat phụ thuộc vào tỷ số giữa oxit kim loại hoặc kiềm hay kiềm thổ với oxit silic mà có thể có dạng mạch dài, mạch kép, mạch lưới vòng hay khối không gian vòng . Hình [4] + Trong silicat có hai kiểu liên kết là liên kết là liên kết ion giữa natri với oxy và liên kết ion cộng hoá trị giữa silic với oxy. Nếu silicat natri giầu oxyt natri, cấu trúc của nó bao gồm gốc kiềm hoặc hoặc gốc oxyt silic (SiOSi) xếp thành lớp được nối với nhau nhờ oxyt natri (Na2O). Trong trường hợp này tính chất của nó được quyết định bởi mối liên kết ion. Nếu silicat natri nghèo oxyt natri, cấu trúc của nó có dạng khung liên tục. Khi này tính chất của nó được quyết định bởi mối liên kết ion cộng hoá trị. Cấu trúc của thuỷ tinh lỏng rất phức tạp. Trước kia nó được coi là hệ keo ưa dung môi. Gần đây có giả thuyết cho rằng nó là dung dịch polyme vô cơ với các cation (Na+, H+) và anion (OH, silisic). Kết quả nghiên cứu bằng quang phổ, độ chịu nén, tính dẫn điện cho thuỷ tinh là dung dịch thực. Hình [5]: Mạch dài
Hình [6]: Mạch kép Hình [7]: Mạch lướt Hình [8]: Khối không gian vòng Các phương pháp tổng hợp silicagen a.Phương pháp SolGel Đây là phương pháp thường được dùng để tổng hợp Silicagen trong phòng thí nghiệm cũng như trong công nghiệp. Sol gel là một quá trình các phản ứng hoá học bắt đầu đi từ dung dịch đến sản phẩm cuối cùng ở trạng thái rắn. Từ “Sol” là từ đầu của danh từ “Solution”, còn từ “Gel” là các từ đầu của danh từ “Gelation” . Sử dụng phương pháp solgel, ta có thể chế tạo ra các hợp chất ở dạng khối, bột siêu mịn, màng mỏng và sợi. Cơ sở của phương pháp là các hệ nằm dưới dạng phân tán cao của các hợp chất (muối), hidroxit, bazơ chuyển đổi về dạng phân tán cao và phân huỷ dạng phân tán cao để đưa hạt về tới kích cỡ nano mét hay dựa vào sự thuỷ phân và ngưng tụ của các alkoxide kim loại. Phản ứng cô đặc lại vật liệu gel với cấu trúc 3 chiều. Ví dụ quá trình thuỷ phân muối cation kim loại có hoá trị cao (> 3) [M(H2O)n]z++ mH2O ⇒[M(OH)m(H2O)nm]zm+ nH2O + nH+ Sau đó ta dùng nhiệt làm mất nước tạo thành Gel . • Ưu điểm của phương pháp Sol Gel + Chuyển hoá phản ứng xảy ra dễ dàng + Tiến hành ở gần nhiệt độ phòng + Sản phẩm có nhiều tính chất lý tưởng cho ứng dụng mong muốn như các xerogels xốp bề mặt đóng vai trò làm chất mang cho xúc tác và các lớp mỏng rất hữu ích cho vật liệu có tính chất quang học và từ tính mong muốn. + Vật liệu dễ chế tạo và được một khối lượng lớn vật liệu + Có thể đi từ nhiều nguồn nguyên vật liệu khác nhau + Đặc biệt giá thành rẻ tiền • Silicagen tổng hợp từ các alkoxide silic như Tetramethyl orthosilicate Si(OCH3)4 – TMOS , Tetraethyl orthosilicate Si(OC2H5)4– TEOS. Ban đầu các alkoxide bị thủy phân tạo liên kết Si – OH: Si(OR)4+ H2O → HOSi(OR)3+ ROH (1)
+Ở đây R là các gốc –CH3hay –C2H5.Tiếp đó các phân tử trung gian tiếp tục phản ứng tạo mối liên kết SiOSi qua loạt phản ứng polymer hóa ngưng tụ: (OR)3–SiOH + HO–Si(OR)3→ [(OR)3Si–O–Si(OR)3] + HOH (2) Và (OR)3–SiOR + HO–Si(OR)3→ [(OR)3Si–O–Si(OR)3] + ROH (3) + Theo thời gian, phản ứng sẽ liên tục diễn ra, độ nhớt của dung dịch sẽ tăng lên do phản ứng polymer hoá và đông đặc, cho tới khi hình thành gel rắn, ở ngay nhiệt độ thường. Chất lượng và dạng của sản phẩm cuối cùng tuỳ thuộc vào loại alkoxide được dùng, pH của dung dịch phản ứng, điều kiện xúc tác là axit hoặc bazơ, nhiệt độ, tỷ lệ alkoxide/H2O và các chất khác sử dụng trong phản ứng. Tỉ lệ mol giữa alkoxide/H2O sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành sản phẩm cuối cùng, Sau khi gel được hình thành, nó thường ở dạng xốp và còn chứa các chất lỏng trong phần các lỗ xốp. Các chất lỏng này sẽ phải được loại bỏ qua các quá trình sấy và xử lý nhiệt về sau. +Ưu điểm của phương pháp này là gel tạo ra có hàm lượng SiO2cao, độ xốp lớn và có thể được điều chỉnh tủy thuộc vào tỷ lệ của nước với các hoá chất ban đầu sử dụng, nhiệt độ và môi trường khi nung mẫu. +Nhược điểm là phản ứng được tiến hành dưới điều kiện nghiêm ngặt, các loại hóa chất sử dụng có giá thành tương đối cao nên chủ yếu phương pháp này chỉ được sử dụng trong phòng thí nghiệm. • Tổng hợp Silicagen từ thủy tinh lỏng Đây là phương pháp được sử dụng để tổng hợp Silicagen cả trong phòng thí nghiệm và trong sản xuất công nghiệp từ nguồn nguyên liệu thuỷ tinh lỏng Na2SiO3và axít H2SO4 theo phương pháp sol gel. Quá trình hình thành gel silica cũng theo hai giai đoạn: Tạo sol bằng cách thêm từ từ dung dịch H2SO4vào dung dịch thuỷ tinh lỏng tới pH xác định. Na2SiO3 + H2SO4 = Na2SO4+ H2SiO3 (4) Axit silisic ban đầu được tạo ra dưới dạng các hạt keo SiO2.nH2O Quá trình ngưng tụ: Khi nồng độ các hạt keo tăng lên thì từ trạng thái sol, dung dịch keo sẽ chuyển sang trạng thái gel. Sau quá trình tổng hợp ta thu được
khối gel silica ướt, đem rửa và sấy ở nhiệt độ thích hợp sẽ thu được Silicagel khô. +Ưu điểm : phản ứng diễn ra dễ dàng ngay ở điều kiện thường với dụng cụ đơng giản. +Nhược điểm : Sau phản ứng khó tách các nguyên liệu dư ra khỏi Gel .Phải tiến hành rửa nhiều lần. b. phương pháp điện phân Sử dụng phương pháp điện phân dung dịch muối silicat của kim loại kiềm Hình [9] : Bình điện phân tổng hợp silicaGel +Trong phương pháp này sử dụng một hỗn hợp dung dịch gồm muối silicat kim loại kiềm (Na2SiO3,K2SiO3) và một muối mà anion của nó có chứa oxit của cation tương tự (Na2SO4,K2SO4).Hỗn hợp được điện phân tỏng bình điện phân 1 có màng ngăn 2,3 .Bình sử dụng nguồn điện phân 11 với điện áp là 8V được đặt vào 2 đầu của điện cực : Anot 7,8 bằng Titan và catot 9,10 bằng thép không gỉ.Cường độ dòng khoảng 5A với mật độ dòng là 0.024A/cm2 .Quá trình điện phân diễn ra trong khoảng 48h với nhiệt độ khoang 2435C. Dưới tác dụng của dòng điện phân ta thu được silicagen ở anot. +Cơ chế của quá trình như sau : Ở catot là nơi tập trung của các cation như Na+,K+,H2O.Vì vậy ở catot xảy ra quá trình điện phân nước : 2H2O + 2e H2 + 2[OH] (5) Ở anot là nơi tập trung của các anion [SiO3] ,H2O.Vì vậy ở đây xảy ra quá trình điện phân nước : 2H2O – 4e O2+ 4H+ (6) Như vậy sau quá trình điện phân lớp silicagen sẽ hình thành và bám trên bề mặt của anot . Ưu điểm : Có thể sử dụng muối silicat của kim loại kiềm ít hơn so với phueong pháp tổng hợp bằng phương pháp SolGel.
Nhưng nhược điểm của phương pháp này là phải tiến hành trong thời gian dài lượng Gel thu được không lớn. Phương pháp tạo hạt Gel +Hạt Gel được tổng hợp từ phương pháp SolGel có kích cỡ từ vài chục nm đến vài chục µm . Trong quá trình phản ứng, các hạt này ngưng tụ tạo thành gel silixic. Sau khi sấy khô, silicagen thu được ở dạng khối với hình dạng và kích cỡ tủy thuộc vào khối gel ban đầu. Như vậy để tạo ra hạt silicagen có kích cỡ và hình dạng mong muốn thì phải tác động vào quá trình hình thành khối gel này. +Có các phương pháp tạo hình cho hạt Gel , tuy nhiên người ta thường đưa về hạt Gel dạng khối cầu . +Một số tác giả đã tiến hành tạo hạt Silicagen bằng các đẩy nhanh quá trình gel hóa dung dịch kết hợp với phương thức sấy phun. Các tác giả khác thì sử dụng thiết bị tạo hình cho gelsilica, trong khi số khác tạo hạt silicagen bằng cách để quá trình gel hóa diễn ra trong dầu. Hình [10] : Tạo gel bằng chén tạo hình Hình 10 mô tả quá trình tạo gel bằng chén tạo hình : Trên băng tải 7,8 có gắn các hình bán nguyệt 11,12.Vòi 9 cug cấp gel cho các chén này .Khoảng không gian bên trong thiết bị được giữ ở nhiệt độ khoảng 5070˚C có tác dụng sấy sơ bộ giúp các hạt gel được sấy và tách ra dễ dàng hơn , sau đó các hạt này chuyển qua cửa số 6 được sấy hoàn toàn .Với các chén có đường kính từ 2025mm thì kích thước hạt gel là 16mm và sau khi khô hoàn toàn có kích thước từ 45mm. Hình [11]: Tạo Silicagel trong dầu Hình 11 mô tả quà trình tạo hạt Silicagel trong dầu. Ở đây, nguyên liệu (thường là silicat natri và axit sunfuric) được cấp vào bình phản ứng 10 có cánh khuấy tự đông 19, 20 qua các ống 17, 18. Trong cột 11 có chứa một lớp dầu 16 và bên dưới có một lớp nước 12. Chiều cao cột dầu được tính toán sao cho khi “giọt sol silica” rơi từ bình 10 xuống sẽ hoàn toàn chuyển thành “hạt cầu gel” trước khi roi vào lớp nước 12. Các hạt gel này được lấy ra bằng cách dùng nước đẩy ra từ các ống 13, 14. Lượng nước được
giữ hợp lý (thêm vào hoặc rút ra) cũng nhờ các ống này. Các hạt gel silica thu được sẽ được sàng, rửa và sấy khô. V.Đặc trưng và ứng dụng 1. đặc trưng Bề mặt riêng lớn, từ 200800m2/g. thường là 800m2/g. Silicagel là chất vô cơ bền, không độc, bảo quản, vận chuyển dễ dàng. 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 ( sau một thời gian sử dụng, mang đi phơi nắng, sấy,… rồi sử dụng tiếp).(Note: không sử dụng quá lâu khi hạt silicagen đã no nước ). Silicagel không cháy, nhiệt độ tái sinh thấp từ 110200 độ C. Ứng Dụng Silica gel hay gel acid silixic là một loại hóa chất rất phổ biến trong công nghệ hóa học và đời sống. Silicagel 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
phẩm trên không bị hơi ẩm làm hỏng. Silicagel là chất hút ẩm, giá thành thấp, đảm bảo an toàn, để bảo quản: sữa hộp; … Nhiều đồ dùng thiết yếu: quần áo, giày dép, trang sức…, Dược phẩm: thuốc viên, thuốc lá, …. Sản phẩm công nghệ kỵ nước khác như: máy quay phim, ống kính, máy ảnh, dụng cụ cơ khí….. Hút ẩm gian phòng kín, gầm giường, tủ quần áo, tủ giầy, tủ thuốc, sách báo, tranh ảnh, tài liệu, .… Silicagel 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. Một lượng silica gel cỡ một thìa cà phê có diện tích tiếp xúc cỡ một sân bóng đá. Silica gel có thể hút một lượng hơi nước bằng 40% trọng lượng của nó và có thể làm độ ẩm tương đối trong hộp kín giảm xuống đến 40%. Silicagen đã được nhiều nước trên Thế giới nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi do hiệu quả hút ẩm và tính kinh tế cao so với các loại hút ẩm khác. Các nước có nền Công nghiệp hóa chất mạnh điển hình như Trung Quốc hàng năm sản xuất mặt hàng vật liệu hấp phụ Silicagen với sản lượng rất lớn. Trong nước hiện chưa có cơ sở nào nghiên cứu sản xuất thành công các sản phẩm này. Hiện nay, toàn bộ các loại sản phẩm hấp phụ Silicagen ở nước ta đều phải nhập ngoại. 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. Các silica gel hấp thụ độ ẩm từ không khí, ngăn ngừa thiệt hại tại thời điểm sử dụng khí nén do ngưng tụ hơi nước hoặc hơi ẩm. Silicagel đôi khi được sử dụng như một bảo quản công cụ để kiểm soát độ ẩm tương đối trong bảo tàng và thư viện triển lãm và lưu trữ.
silicagen đã được sử dụng làm chất hấp phụ khí và hơi trong các mặt nạ dưỡng khí. silicagen được sử dụng để làm chất chống ẩm cho các khí tài quân đội, các loại thuốc… 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… Silicagel được dùng rất nhiều làm xúc tác trong tổng hợp hữu cơ lọc hóa dầu, rượu bia, y tế, lọc nước: Hút ẩm, giúp bảo quản các thiết bị. Với đặc tính xốp còn được dùng làm chất mang xúc tác; chất hấp phụ (pha tĩnh) trong phân tích sắc ký. Tuy nhiên loại hạt silicagel dùng để hút ẩm không phải là loại dùng làm chất nhồi trong cột sắc ký.