د سیلیکا جیل ډیسیکینټ د غوښتنلیک ساحې په اړه څیړنه

په تولید او ژوند کې، سیلیکا جیل د N2 وچولو لپاره کارول کیدی شي، هوا، هایدروجن، طبیعي ګاز [1] او داسې نور.د اسید او الکالي له مخې، desiccant په ویشل کیدی شي: اسید desiccant، alkaline desiccant او neutral desiccant [2].د سیلیکا جیل یو بې طرفه وچونکی ښکاري چې NH3، HCl، SO2، او نور وچوي. په هرصورت، د اصولو له نظره، سیلیکا جیل د اورتوسیلیک اسید مالیکولونو د درې اړخیز انټرمولکولر ډیهایډریشن څخه جوړ شوی، اصلي بدن یې SiO2 دی، او سطحه د هایدروکسیل ګروپونو بډایه ده (شکل 1 وګورئ).د دې دلیل چې ولې سیلیکا جیل کولی شي اوبه جذب کړي دا دی چې د سیلیکون هایدروکسیل ګروپ د سیلیکا جیل په سطحه کولی شي د اوبو مالیکولونو سره انټرمالکولر هایدروجن بانډونه رامینځته کړي ، نو دا کولی شي اوبه جذب کړي او پدې توګه د وچولو رول ولوبوي.د رنګ بدلیدونکي سیلیکا جیل د کوبالټ آیونونه لري، او وروسته له دې چې جذب اوبه سنتریت ته ورسیږي، د رنګ بدلیدونکي سیلیکا جیل کې د کوبالټ آیونونه په هایډریټ کوبالټ آیونونو بدلیږي، نو د نیلي سیلیکا جیل ګلابي کیږي.د ګلابي سیلیکا جیل د یوې مودې لپاره په 200 ℃ تودوخه کولو وروسته ، د سیلیکا جیل او د اوبو مالیکولونو ترمینځ د هایدروجن بانډ ماتیږي ، او رنګ شوی سیلیکا جیل به بیا نیلي شي ، نو د سیلیکیک اسید او سیلیکا جیل جوړښت ډیاګرام کولی شي. بیا وکارول شي لکه څنګه چې په 1 شکل کې ښودل شوي. نو ځکه چې د سیلیکا جیل سطحه د هایدروکسیل ګروپونو څخه بډایه ده، د سیلیکا جیل سطح ممکن د NH3 او HCl، او نور سره د انټرمالکولر هایدروجن بانډونه جوړ کړي، او ممکن د عمل کولو لپاره هیڅ لاره شتون ونلري. د NH3 او HCl desiccant، او په موجوده ادبیاتو کې کوم اړوند راپور شتون نلري.نو پایلې یې څه وې؟دا موضوع لاندې تجربوي څیړنې ترسره کړې.

اينځر.1 د آرتو سیلیکیک اسید او سیلیکا جیل جوړښت ډیاګرام

2 د تجربې برخه
2.1 د سیلیکا جیل ډیسیکینټ د غوښتنلیک د ساحې سپړنه - امونیا لومړی، د رنګ شوي سیلیکا جیل په ترتیب سره په منحل اوبو او متمرکز امونیا اوبو کې کیښودل شو.بې رنګه سیلیکا جیل په تشو اوبو کې ګلابي کیږي؛په متمرکز امونیا کې، د رنګ بدلیدونکي سیلیکون لومړی سور او ورو ورو روښانه نیلي بدلیږي.دا ښیي چې سیلیکا جیل کولی شي په امونیا کې NH3 یا NH3 ·H2 O جذب کړي.لکه څنګه چې په 2 شکل کې ښودل شوي، کلک کلسیم هایدروکسایډ او امونیم کلورایډ په مساوي توګه مخلوط شوي او په ټیسټ ټیوب کې ګرم شوي.پایله لرونکی ګاز د الکلي لیمو او بیا د سیلیکا جیل په واسطه لرې کیږي.د ننوتلو لوري ته نږدې د سیلیکا جیل رنګ روښانه کیږي (په 2 شکل کې د سیلیکا جیل ډیسیکینټ د غوښتنلیک د اندازې رنګ سپړل شوی - امونیا 73، د 2023 اتم پړاو اساسا د سیلیکا جیل رنګ سره ورته دی. په متمرکز امونیا اوبو کې) او د pH ازموینې کاغذ هیڅ څرګند بدلون نلري.دا په ګوته کوي چې تولید شوي NH3 د pH ازموینې کاغذ ته نه دی رسیدلی، او دا په بشپړه توګه جذب شوی.د یوې مودې وروسته ، تودوخه ودروئ ، د سیلیکا جیل بال یوه کوچنۍ برخه یې وباسئ ، په تشو اوبو کې یې واچوئ ، په اوبو کې فینولفتالین اضافه کړئ ، محلول سور شي ، دا په ګوته کوي چې د سیلیکا جیل قوي جذب اغیزه لري. NH3، وروسته له دې چې منحل شوي اوبه جلا شي، NH3 منحل شوي اوبو ته ننوځي، محلول الکلین دی.له همدې امله ، ځکه چې د سیلیکا جیل د NH3 لپاره قوي جذب لري ، د سیلیکون وچولو اجنټ نشي کولی NH3 وچ کړي.

اينځر.2 د سیلیکا جیل ډیسیکینټ - امونیا د غوښتنلیک د ساحې سپړنه

2.2 د سیلیکا جیل ډیسیکینټ د غوښتنلیک د ساحې سپړنه - هایدروجن کلورایډ لومړی د الکولي څراغ په څراغ کې د NaCl سالډونه سوځوي ترڅو په جامد برخو کې لنده اوبه لرې کړي.وروسته له دې چې نمونه یخ شي، متمرکز سلفوریک اسید د NaCl جامدونو کې اضافه کیږي ترڅو سمدلاسه لوی شمیر بلبلونه تولید کړي.تولید شوی ګاز د کروی وچولو ټیوب ته لیږدول کیږي چې سیلیکا جیل لري، او د لوند pH ازموینې کاغذ د وچولو ټیوب په پای کې کیښودل کیږي.په مخکینۍ پای کې د سیلیکا جیل روښانه شنه کیږي، او د لوند pH ازموینې کاغذ هیڅ څرګند بدلون نلري (شکل 3 وګورئ).دا ښیي چې تولید شوی HCl ګاز په بشپړ ډول د سیلیکا جیل لخوا جذب شوی او هوا ته نه تیریږي.

شکل 3 د سیلیکا جیل ډیسیکینټ - هایدروجن کلورایډ د پلي کولو ساحې په اړه څیړنه

د سیلیکا جیل HCl جذب کړ او روښانه شنه شو په ټیسټ ټیوب کې کیښودل شو.نوی نیلي سیلیکا جیل په ټیسټ ټیوب کې واچوئ ، متمرکز هایدروکلوریک اسید اضافه کړئ ، د سیلیکا جیل هم روښانه شنه رنګ کیږي ، دوه رنګونه اساسا یو شان دي.دا د کروی وچولو ټیوب کې د سیلیکا جیل ګاز ښیې.

2.3 د سیلیکا جیل ډیسیکینټ د غوښتنلیک ساحه سپړنه — سلفر ډای اکسایډ د سوډیم تیو سلفیټ جامد سره متمرکز سلفوریک اسید (4 شکل وګورئ)، NA2s2 O3 +H2 SO4 ==Na2 SO4 +SO2 ↑+S↓+H2 O;تولید شوی ګاز د وچولو ټیوب له لارې تیریږي چې د رنګ شوي سیلیکا جیل لري، رنګ شوی سیلیکا جیل روښانه نیلي شنه کیږي، او د لوند ازموینې کاغذ په پای کې نیلي لیټموس کاغذ د پام وړ بدلون نه کوي، دا په ګوته کوي چې تولید شوی SO2 ګاز لري. په بشپړ ډول د سیلیکا جیل بال لخوا جذب شوی او نشي تښتیدلی.

اينځر.4 د سلفر ډای اکسایډ د سلیکا جیل ډیسیکینټ د غوښتنلیک د ساحې سپړنه

د سیلیکا جیل بال یوه برخه لرې کړئ او په تشو اوبو کې یې واچوئ.د بشپړ توازن وروسته، په نیلي لیتموس کاغذ کې د اوبو لږ څاڅکي واخلئ.د ازموینې کاغذ د پام وړ بدلون نه کوي، دا په ګوته کوي چې د سیلیکا جیل څخه د SO2 د مینځلو لپاره ډک شوي اوبه کافي ندي.د سیلیکا جیل بال یوه کوچنۍ برخه واخلئ او په ټیسټ ټیوب کې یې ګرم کړئ.لوند نیلي لیتموس کاغذ د ټیسټ ټیوب په خوله کې واچوئ.نیلي لیتموس کاغذ سور کیږي، دا په ګوته کوي چې تودوخه د سیلیکا جیل بال څخه SO2 ګاز پاکوي، په دې توګه د لیتموس کاغذ سور کوي.پورته تجربې ښیي چې سیلیکا جیل هم په SO2 یا H2 SO3 باندې قوي جذب اغیزه لري، او د SO2 ګازو وچولو لپاره نشي کارول کیدی.
2.4 د سیلیکا جیل ډیسیکینټ د غوښتنلیک د ساحې سپړنه - کاربن ډای اکسایډ
لکه څنګه چې په 5 شکل کې ښودل شوي، د سوډیم بای کاربونټ محلول د فینولفتالین څاڅکي روښانه سور ښکاري.د سوډیم بای کاربونیټ جامد تودوخه کیږي او پایله شوې ګاز مخلوط د وچولو ټیوب له لارې تیریږي چې د وچ سیلیکا جیل ساحې لري.د سیلیکا جیل د پام وړ بدلون نه کوي او سوډیم بای کاربونیټ د فینولفتالین سره څاڅکي HCl جذبوي.په رنګ شوي سیلیکا جیل کې د کوبالټ آئن د Cl- سره شنه محلول جوړوي او په تدریج سره بې رنګ کیږي، دا په ګوته کوي چې د کروی وچولو ټیوب په پای کې د CO2 ګاز کمپلیکس شتون لري.روښانه شنه سیلیکا جیل په تشو اوبو کې ځای په ځای شوی ، او رنګ شوی سیلیکا جیل په تدریجي ډول ژیړ ته بدلیږي ، دا په ګوته کوي چې د سیلیکا جیل لخوا جذب شوی HCl په اوبو کې مینځل شوی.د پورتنۍ آبي محلول لږ مقدار د سپینو نایټریټ محلول کې اضافه شوي چې د نایټریک اسید لخوا تیزاب شوي ترڅو سپینه ورق جوړ کړي.د اوبو د محلول یوه کوچنۍ اندازه د pH ازموینې کاغذ په پراخه لړۍ کې غورځول کیږي ، او د ازموینې کاغذ سور کیږي ، دا په ګوته کوي چې محلول تیزابي دی.پورته تجربې ښیي چې سیلیکا جیل د HCl ګاز لپاره قوي جذب لري.HCl یو قوي قطبي مالیکول دی، او د سیلیکا جیل په سطحه د هایدروکسیل ګروپ هم قوي قطبي لري، او دواړه ممکن د انټرمالکولر هایدروجن بانډونه رامینځته کړي یا نسبتا قوي ډیپول ډیپول تعامل ولري چې په پایله کې د سیلیکا د سطحې ترمینځ نسبتا قوي بین المللي ځواک رامینځته کیږي. جیل او HCl مالیکولونه، نو د سیلیکا جیل د HCl قوي جذب لري.له همدې امله ، د سیلیکون وچولو اجنټ د HCl خلاصیدو وچولو لپاره نشي کارول کیدی ، دا دی ، د سیلیکون جیل CO2 نه جذبوي یا یوازې په جزوي ډول CO2 جذبوي.

اينځر.5 د سیلیکا جیل ډیسیکینټ - کاربن ډای اکسایډ د کارولو ساحې سپړنه

د کاربن ډای اکسایډ ګاز ته د سیلیکا جیل جذب ثابتولو لپاره، لاندې تجربې دوام لري.د کروی وچولو ټیوب کې د سیلیکا جیل بال لرې شوی ، او برخه یې د سوډیم بای کاربونیټ محلول ډراپینګ فینولفتالین ویشل شوې.د سوډیم بای کاربونټ محلول رنګ شوی.دا ښیي چې سیلیکا جیل کاربن ډای اکسایډ جذبوي، او وروسته له دې چې په اوبو کې محلول کیږي، کاربن ډای اکسایډ د سوډیم بای کاربونیټ محلول ته جذبوي، چې د سوډیم بای کاربونیټ محلول غوړوي.د سیلیکون بال پاتې برخه په وچه ټیسټ ټیوب کې تودوخه کیږي، او په پایله کې ګاز د سوډیم بای کاربونیټ په محلول کې د فینولفتالین سره تیریږي.ډیر ژر، د سوډیم بای کاربونیټ محلول له سپک سور څخه بې رنګ ته بدلیږي.دا هم ښیې چې سیلیکا جیل لاهم د CO2 ګازو جذب ظرفیت لري.په هرصورت، په CO2 کې د سیلیکا جیل د جذب ځواک د HCl، NH3 او SO2 په پرتله خورا کوچنی دی، او کاربن ډای اکسایډ یوازې په 5 شکل کې د تجربې په جریان کې په جزوي توګه جذب کیدی شي. د دې دلیل چې سیلیکا جیل کولی شي په جزوي توګه CO2 جذب کړي. دا چې سیلیکا جیل او CO2 انټرمالکولر هایدروجن بانډونه جوړوي Si — OH… O =C.ځکه چې د CO2 مرکزي کاربن اتوم sp هایبرډ دی، او د سیلیکون اتوم په سیلیکا جیل کې sp3 هایبرډ دی، د سیلیکا جیل د سطحې سره د CO2 خطي مالیکول ښه همکاري نه کوي، په پایله کې د کاربن ډای اکسایډ په اړه د سیلیکا جیل جذب ځواک نسبتا دی. کوچنی

3. په اوبو کې د څلورو غازونو د محلولیت او د سیلیکا جیل په سطحه د جذب حالت ترمنځ پرتله کول د پورته تجربوي پایلو څخه دا لیدل کیدی شي چې سیلیکا جیل د امونیا، هایدروجن کلورایډ او سلفر ډای اکسایډ لپاره قوي جذب ظرفیت لري، مګر د کاربن ډای اکسایډ لپاره یو کوچنی جذب ځواک (جدول 1 وګورئ).دا په اوبو کې د څلورو ګازو محلولیت ته ورته دی.دا کیدای شي ځکه چې د اوبو مالیکولونه هایدروکسي-OH لري، او د سیلیکا جیل سطح هم په هایدروکسیل کې بډایه ده، نو په اوبو کې د دې څلورو ګازونو محلول د سیلیکا جیل په سطح کې د هغې جذب سره ورته دی.د امونیا ګازو له دریو غازونو، هایدروجن کلورایډ او سلفر ډای اکسایډ څخه، سلفر ډای اکسایډ په اوبو کې تر ټولو کوچنی محلول لري، مګر د سیلیکا جیل لخوا جذب کیدو وروسته، د دریو ګازونو تر مینځ د تخریب لپاره خورا ستونزمن کار دی.وروسته له دې چې سیلیکا جیل امونیا او هایدروجن کلورایډ جذبوي، دا د محلول اوبو سره مینځل کیدی شي.وروسته له دې چې د سلفر ډای اکسایډ ګاز د سیلیکا جیل لخوا جذب شي، د اوبو سره خړوب کول ستونزمن دي، او باید د سیلیکا جیل له سطحې څخه د تخریب لپاره ګرم شي.له همدې امله، د سیلیکا جیل په سطحه د څلورو ګازونو جذب باید په نظرياتي توګه محاسبه شي.

4 د سیلیکا جیل او څلورو ګازونو تر مینځ د تعامل نظري محاسبه د کثافت فعالیت تیوري (DFT) چوکاټ لاندې د کوانټمائزیشن ORCA سافټویر [4] کې وړاندې کیږي.د DFT D/B3LYP/Def2 TZVP میتود د مختلف ګازونو او سیلیکا جیل ترمینځ د متقابل عمل حالتونو او انرژیو محاسبه کولو لپاره کارول شوی و.د محاسبې د ساده کولو لپاره، د سیلیکا جیل سولیډونه د تیترامیریک اورتوسیلیک اسید مالیکولونو لخوا نمایش کیږي.د محاسبې پایلې ښیي چې H2 O، NH3 او HCl ټول کولی شي د سیلیکا جیل په سطحه د هایدروکسیل ګروپ سره د هایدروجن بانډونه جوړ کړي (شکل 6a ~ c وګورئ).دوی د سیلیکا جیل سطح کې نسبتا قوي پابند انرژي لري (جدول 2 وګورئ) او په اسانۍ سره د سیلیکا جیل سطح کې جذب کیږي.څرنګه چې د NH3 او HCl پابند انرژي د H2 O سره ورته ده، د اوبو مینځل کولی شي د دې دوه ګاز مالیکولونو د تخریب لامل شي.د SO2 مالیکول لپاره، د دې پابند انرژي یوازې -17.47 kJ/mol ده، کوم چې د پورته دریو مالیکولونو څخه خورا کوچنی دی.په هرصورت، تجربې تایید کړه چې SO2 ګاز په اسانۍ سره په سیلیکا جیل کې جذب کیږي، او حتی مینځل نشي کولی دا جذب کړي، او یوازې تودوخه کولی شي SO2 د سیلیکا جیل له سطحې څخه وتښتي.له همدې امله، موږ اټکل وکړ چې SO2 احتمال لري چې د H2 O سره د سیلیکا جیل په سطح کې یوځای شي ترڅو د H2 SO3 برخې جوړ کړي.شکل 6e ښیي چې د H2 SO3 مالیکول په ورته وخت کې د سیلیکا جیل په سطحه د هایدروکسیل او اکسیجن اتومونو سره درې هایدروجن بانډونه جوړوي، او د پابند انرژي د -76.63 kJ/mol په څیر لوړه ده، دا تشریح کوي چې ولې SO2 جذب کیږي. د سیلیکا جیل د اوبو سره لرې کول ستونزمن دي.غیر قطبي CO2 د سیلیکا جیل سره د ضعیف پابند کولو وړتیا لري ، او یوازې په جزوي ډول د سیلیکا جیل لخوا جذب کیدی شي.که څه هم د H2 CO3 او سیلیکا جیل پابند انرژی هم -65.65 kJ/mol ته رسیدلي، د CO2 د تبادلې کچه H2 CO3 ته لوړه نه وه، نو د CO2 د جذب کچه هم کمه شوې وه.دا د پورتنیو معلوماتو څخه لیدل کیدی شي چې د ګاز مالیکول قطبیت د قضاوت کولو یوازینی معیار ندی چې ایا دا د سیلیکا جیل لخوا جذب کیدی شي ، او د سیلیکا جیل سطح سره رامینځته شوي هایدروجن بانډ د دې مستحکم جذب اصلي لامل دی.

د سیلیکا جیل ترکیب SiO2 ·nH2 O دی، د سیلیکا جیل لوی سطحه ساحه او په سطح کې بډایه هایدروکسیل ګروپ د سیلیکا جیل رامینځته کوي د غوره فعالیت سره د غیر زهرجن وچونکي په توګه کارول کیدی شي ، او په پراخه کچه په تولید او ژوند کې کارول کیږي. .په دې لیکنه کې، دا د تجربې او نظري محاسبې له دوو اړخونو څخه تایید شوی چې د سیلیکا جیل کولی شي NH3، HCl، SO2، CO2 او نور ګازونه د انټرمالکولر هایدروجن بانډونو له لارې جذب کړي، نو د دې ګازونو وچولو لپاره سیلیکا جیل نشي کارول کیدی.د سیلیکا جیل ترکیب SiO2 ·nH2 O دی، د سیلیکا جیل لوی سطحه ساحه او په سطح کې بډایه هایدروکسیل ګروپ د سیلیکا جیل رامینځته کوي د غوره فعالیت سره د غیر زهرجن وچونکي په توګه کارول کیدی شي ، او په پراخه کچه په تولید او ژوند کې کارول کیږي. .په دې لیکنه کې، دا د تجربې او نظري محاسبې له دوو اړخونو څخه تایید شوی چې د سیلیکا جیل کولی شي NH3، HCl، SO2، CO2 او نور ګازونه د انټرمالکولر هایدروجن بانډونو له لارې جذب کړي، نو د دې ګازونو وچولو لپاره د سیلیکا جیل نشي کارول کیدی.

۳
اينځر.6 د مختلف مالیکولونو او سیلیکا جیل سطح تر مینځ د متقابل عمل حالت د DFT میتود لخوا محاسبه کیږي