硅胶

硅胶又名硅酸凝胶或氧化硅胶,化学式mSiO2·nH2O,白色稍透明的固体物质。属无定形态。硅胶是一种高活性、多孔性物质,其内部表面积很大,每g硅胶内表面积 可达450m2以上。因此,对液体或气体有很强的吸附性能。硅胶不溶于水,也不溶于除氢氟酸和强碱外的其他溶剂。市售的固体硅胶有球形和不规则形两种。若按孔径 大小可分为细孔硅胶(平均孔径小于1.5~2.0nm)和粗孔硅胶(平均孔径大于4.0~5.0nm)。另有一种变色硅胶,含有氯化钴,无水时氯化钴呈蓝色,吸水后水合氯化钴 呈粉红色,烘干后仍为蓝色。根据氯化钴吸水、脱水时颜色的变化,可指示硅胶的吸湿情况。粉红色硅胶不再有吸湿能力,但经加热脱水后,可使颜色重新变蓝并恢 复吸湿能力。
硅胶可由水玻璃与硫酸作用,并经胶凝、洗涤、脱盐、氨化、干燥和筛选而制得。其反应式如下:
nNa2O·mSiO2+nH2SO4→ mSiO2·nH2O+nNa2SO4。 一般工业用硅胶, 机械强度85~95%,含水量低于2%, 吸湿率为25~30%。
硅胶主要用于气体干燥或吸收, 液体脱水和色谱分析,也用作催化剂或催化剂载体,纺织工业用作浆纱剂。细孔硅胶主要用于气体的干燥及净化,有机产品的脱水和 精制,也可用作催化剂的载体。粗孔硅胶主要用于处理啤酒中的高分子蛋白, 以及气体和液体的干燥,高湿度下气体的除雾、除湿, 石油化工中作催化剂或催化剂 载体。变色硅胶主要用于指示密闭包装物、精密仪器、仪表内空间的相对湿度, 以及用于精密仪器仪表的防潮维护等。
层析用硅胶
层析用硅胶为一多孔性物质,可用通式SiO2· xH2O来表示。分子中具有硅氧烷(—Si—O—Si)的交链结构,同时在颗粒表面又有很多硅醇基。硅胶吸附作用的强弱与 硅醇基的含量多少有关。硅醇基能够通过氢键的形成而吸附水分,因此硅胶的吸附力随吸着的水分增加而降低。若吸水量超过17%,吸附力极弱不能用作吸附剂,但可 作为分配层析中的支持剂。对硅胶的活化,当硅胶加热至100~110℃时,硅胶表面因氢键所吸附的水分即能被除去。当温度升高至500℃时,硅胶表面的硅醇基也能脱 水缩合转变为硅氧烷键,从而丧失了因氢键吸附水分的活性,就不再有吸附剂的性质,虽用水处理也不能恢复其吸附活性,所以硅胶的活化不宜在较高温度进行 (一 般在170℃以上即有少量结合水失去)。
硅胶是一种酸性吸附剂,适用于中性或酸性成分的层析。同时硅胶又是一种弱酸性阳离子交换剂,其表面上的硅醇基能释放弱酸性的氢离子,当遇到较强的碱性化合 物,则可因离子交换反应而吸附碱性化合物。
硅胶分类
按用途分类,硅胶可分为干燥剂硅胶、吸附剂硅胶、分析用硅胶、包装干燥用硅胶、催化剂载体用硅胶及特种专用硅胶等。
硅胶具有化学惰性、比表面积大、内部孔隙率高、吸附能力强等特点,广泛用作脱湿干燥剂、脱水剂、吸附剂、填充剂及催化剂载体等。它易于吸附极性物质,难吸 附非极性有机物质。硅胶吸附气体中的水分可达其自身质量的50%,而在湿度为60%的空气流中,微孔硅胶吸附水分的量也可达到硅胶质量的24%。所以,常用于高湿量 气体的干燥。下面简单介绍市售主要硅胶产品及其用途。
(1)球形硅胶。球形硅胶是粒度为2.0~8.0mm的球形颗粒,各地生产的球形硅胶的比表面积、孔容及堆积密度等物性指标有一定的差别,它们主要用于气体干燥、气体 吸附、空气湿度调节、石油产品精制以及催化剂载体等方面。
(2)颗粒状硅胶。大小为6~20mm的无规则颗粒,比表面积为700~800m2/g。主要用于天然气干燥、氮干燥、再循环氢干燥以及天然气的烃分离等方面。
(3)耐水硅胶。大多为球形,比表面积为300~400m2/g,其特点是遇水不炸裂。主要用于各种气体干燥、液态饱和烃脱水及催化剂载体等。
(4)微粉硅胶。平均粒度2~10μm,呈无定形,吸油值60 ~300g/100g,主要用作食品、药品及化妆品的添加剂。无毒性,在食品、药品中的添加量不超过2%。
(5)选择吸附硅胶。是一种精加工制造的硅胶产品,又称为“色谱吸附硅胶”。国内市场上的“柱层层析硅胶”即属于此类硅胶。外形有块状及微球状,粒度60~300 目,比表面积为 300~750m2/g。主要用于物质的吸附分离和提纯。
(6)蓝色指示型硅胶。一种随使用环境相对湿度变化而显示出不同颜色的硅胶,外形有块状及球状。主要用作防潮包装的相对湿度指示剂及空气干燥装置指示剂。指示 干燥剂的吸湿程度能判别环境的相对湿度。如“海洋牌”蓝胶指示剂,在相对湿度20%、40%及60%时分别显浅蓝色、紫色及红色。
(7)包装用硅胶干燥剂。根据用途及包装情况不同,包装用硅胶干燥剂有许多类型及品种,如袋装类、异形类及专用型类等。
袋装类有纸袋装、棉布袋装、无纺布袋装、尼龙袋装、聚乙烯袋装等,是硅胶包装中最多的一类。异形类包括板状、柱状、条块状、塞子状等硅胶干燥剂。专用型则 是根据用户的要求而专门设计制造的硅胶干燥剂。
参考资料:朱洪法,朱玉霞 编著.精细化工产品制造技术.北京:金盾出版社.2002.第168页。
林崇德,姜璐,王德胜 主编;王德胜 分卷主编.中国成人教育百科全书·化学·化工。
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