I roto i te hanga me te oranga, ka taea te whakamahi i te kirikiri silica ki te whakamaroke i te N2, te hau, te hauwai, te hau maori [1] me etahi atu. E ai ki te waikawa me te kawakore, ka taea te wehea te whakamaroke ki: te whakamaroke waikawa, te whakamaroke kawakore me te whakamaroke koretake [2]. Ko te ahua o te silica gel he whakamaroke koretake e ahua maroke ana te NH3, HCl, SO2, me etahi atu. a he nui te mata ki nga roopu hydroxyl (tirohia te Whakaahua 1). Ko te take ka taea e te kirikiri kirika te mimiti wai ko te roopu hydroxyl silicon kei runga i te mata o te kirikiri ka taea te hanga i nga here hauwai intermolecular me nga ngota ngota wai, na reira ka taea e ia te whakauru i te wai, na reira ka mahi whakamaroke. Kei roto i nga katote konukawata i roto i te katote kirikiri huri-tae, a, i muri i te taenga o te wai urunga ki te taunga, ka huri nga katote cobalt i roto i te kirikiri huri-tae hei katote cobalt hydrated, kia mawhero ai te kirikiri silica puru. I muri i te whakamahana i te kirikiri mawhero ki te 200 ℃ mo tetahi wa, ka pakaru te here hauwai i waenga i te kirikiri me nga ngota ngota wai, ka puru ano te kirikiri kirikiri kua tae ki te puru, kia taea ai e te hoahoa hanganga o te waikawa silicic me te silica gel. me whakamahi ano i te Whakaaturanga 1. Na, i te mea he nui te mata o te silica gel i roto i nga roopu hydroxyl, ka taea ano e te mata o te silica gel te hanga hononga hauwai intermolecular ki te NH3 me te HCl, me etahi atu, a kaore pea he huarahi hei mahi hei he whakamaroke o te NH3 me te HCl, a kaore he purongo e tika ana i roto i nga tuhinga o naianei. Na he aha nga hua? Kua mahia e tenei kaupapa nga rangahau whakamatautau e whai ake nei.
FIG. 1 Te hoahoa hanganga o te waikawa ortho-silicic me te kirikiri kirika
2 Wāhanga Whakamātau
2.1 Te torotoro i te whanuitanga o te whakamahinga o te kirikiri kirikiri whakamaroke — Ammonia Tuatahi, ka tuuhia te kirikiri kirikiri kua tae ki roto i te wai makuku me te wai haukinia. Ka huri mawhero i roto i te wai makuku; I roto i te haukini kukū, ko te silicone huri-tae i te tuatahi ka whero me te ata huri kikorangi marama. E whakaatu ana tenei ka taea e te silica gel te tango i te NH3, NH3 ranei ·H2 O i roto i te haukini. Ka rite ki te Whakaaturanga 2, ka whakaranuhia te konupūmā waihā me te haukinia pūhaumāota ki roto i te ipuipu. Ko te hau ka puta ka tangohia e te kotakota kawakore, katahi ka ma te silica gel. Ko te tae o te kirikiri silica e tata ana ki te huarahi tomokanga ka marama ake (ko te tae o te whānuitanga tono o te whakamaroke gel silica i te Whakaahua 2 ka tirotirohia - te haukini 73, te wahanga 8 o te tau 2023 he rite tonu ki te tae o te silica gel i whakamakuku. i roto i te wai haukinia), me te pepa whakamatautau pH karekau he tino rerekee. E tohu ana tenei ko te NH3 kua puta kaore i tae ki te pepa whakamatautau pH, kua oti te whakauru. I muri i tetahi wa, whakamutua te whakamahana, tangohia tetahi wahi iti o te poroporo gel silica, hoatu ki roto ki te wai matutu, ka tapirihia te phenolphthalein ki te wai, ka huri whero te otinga, e tohu ana he kaha te awe o te kirikiri silica ki runga. Ko te NH3, i muri i te wetewete o te wai maru, ka uru te NH3 ki roto i te wai makuku, he kawakore te otinga. Na reira, na te mea he kaha te whakauru o te kirikiri mo te NH3, kaore e taea e te kaihoko whakamaroke silicone te whakamaroke i te NH3.
FIG. 2 Te torotoro i te whanuitanga o te whakamahinga o te kirikiri kirikiri whakamaroke - te haukini
2.2 Te torotoro i te whanuitanga o te whakamahinga o te kirikiri kirikiri whakamaroke - te hauwai pūhaumāota ka tahuna tuatahi te totoka NaCl ki te mura rama waipiro hei tango i te wai maku i roto i nga waahanga totoka. Whai muri i te whakamataonga o te tauira, ka taapirihia te waikawa pungatara puri ki nga totoka NaCl kia puta tonu te maha o nga mirumiru. Ka tukuna te hau i hangaia ki roto i te ngongo whakamaroke porowhita kei roto te kirikiri kirika, ka tuu he pepa whakamatautau pH maku ki te pito o te ngongo whakamaroke. Ko te kiri kirika kei te pito o mua ka huri kakariki marama, karekau he rerekee o te pepa whakamatautau pH maku (tirohia te Whakaahua 3). Ko tenei e whakaatu ana ko te hau HCl i hangaia ka tino uruhia e te silica gel ka kore e mawhiti ki te hau.
Whakaahua 3 Rangahau mo te whanuitanga o te whakamahinga o te kirikiri kirikiri whakamaroke - hauwai pūhaumāota
Ko te silica gel i whakaemihia te HCl me te kakariki marama ka tuu ki roto i te ipuipu. Kuhua te kirikiri kikorangi kahurangi hou ki roto i te ipuipu whakamatautau, taapirihia te waikawa maatawai, ka huri ano te kiri kakariki marama, he rite tonu nga tae e rua. E whakaatu ana tenei i te haurehu kirikiri i roto i te ngongo whakamaroke porohita.
2.3 Te torotoro i te whānuitanga tono o te whakamaroke kirikiri - sulfur dioxide Whakaranuhia te waikawa pungatara konutai me te totoka konutai thiosulfate (tirohia te Whakaahua 4), NA2s2 O3 +H2 SO4 ==Na2 SO4 +SO2 ↑+S↓+H2 O; Ka tukuna te hau i hangaia ki roto i te ngongo whakamaroke kei roto te kirikiri kua kerekere te tae, ka puru-kakariki te kiri kiri kakano, karekau te pepa litmus kahurangi i te pito o te pepa whakamatautau maku e tino rerekee, e tohu ana kua puta te hau SO2. kua whakakohia katoatia e te poroporo gel silica a kaore e taea te mawhiti.
FIG. 4 Te tuhura i te whanuitanga o te whakamahinga o te whakamaroke kirikiri kirikiri - whanariki hauhā
Tangohia tetahi wahi o te poroporo kirika ka hoatu ki roto i te wai makuku. Whai muri i te toenga, tangohia he topata wai iti ki runga i te pepa litmus kahurangi. Ko te pepa whakamatautau karekau e tino rerekee, e tohu ana kaore e ranea te wai makuku ki te whakakore i te SO2 mai i te kirikiri kirika. Tangohia tetahi wahi iti o te poroporo kirika ka whakamahana ki roto i te ipuipu. Hoatu he pepa litmus kahurangi maku ki te waha o te ipuipu. Ka huri whero te pepa litmus kahurangi, e tohu ana ma te whakamahana ka whakakorehia te hau SO2 mai i te poroporo kirikiri, na reira ka whero te pepa litmus. Ko nga whakamatautau i runga ake nei e whakaatu ana he kaha te awenga o te kirikiri ki runga i te SO2, i te H2 SO3 ranei, kaore e taea te whakamahi mo te whakamaroke hau SO2.
2.4 Te torotoro i te whanuitanga o te whakamahinga o te kirikiri kirikiri whakamaroke - Waro hauhauora
E whakaatu ana i te Whakaahua 5, ko te wairewa konutai bicarbonate e maturuturu ana te phenolphthalein he whero marama. Ka whakamahana te totoka konutai bicarbonate, ka tukuna te ranunga hau ka puta ki roto i te ngongo whakamaroke kei roto nga porowhita kirikiri maroke. Kare e tino rerekee te tiera silica, a, ko te konutai bicarbonate e pupuhi ana me te phenolphthalein ka uru ki te HCl. Ko te katote cobalt i roto i te kirikiri karekau te tae he otinga kaakaariki me te Cl- ka noho kore tae, e tohu ana he matatini hau CO2 kei te pito o te ngongo whakamaroke porowhita. Ka makahia te kirikiri kirika marama-matomato ki roto i te wai whakamarumaru, ka huri haere te kiri kirikiri kua tae ki te kowhai, e tohu ana kua whakakorehia te HCl i uruhia e te silica gel ki roto i te wai. He iti o te wairewa wai o runga i tapirihia ki te wairewa pakawa hiriwa i whakakawahia e te waikawa nitric kia puta he rerenga ma. Ka makahia he wairewa iti ki runga i te whānuitanga o te pepa whakamatautau pH, ka whero te pepa whakamatautau, e tohu ana he waikawa te otinga. Ko nga whakamatautau i runga ake nei e whakaatu ana he kaha te urunga o te kirikiri ki te hau HCl. Ko te HCl he ngota ngota polar kaha, a ko te roopu hydroxyl i runga i te mata o te silica gel he kaha ano te polarity, a ko enei e rua ka hanga i nga here hauwai intermolecular, he kaha ranei te tauwhitinga dipole dipole, ka puta he kaha te kaha i waenga i te mata o te silica. ngongo ngota me te HCl, no reira he kaha te whakaurunga o te HCl i te silica gel. Na reira, e kore e taea te whakamahi i te kaihoko whakamaroke silicone ki te whakamaroke i te mawhiti HCl, ara, karekau te hiera silica e whakapoipoi i te CO2, i te waahanga noa iho ranei o te CO2.
FIG. 5 Te torotoro i te whanuitanga o te whakamahinga o te whakamaroke kirikiri kirikiri - te hauhā
Hei whakamatau i te urunga o te kirikiri kirika ki te hau hau waro, ka haere tonu nga whakamatautau e whai ake nei. I tangohia te poroi kirikiri i roto i te ngongo whakamaroke porowhita, ka wehea te wahanga ki te wairewa konutai bicarbonate e maturuturu ana te phenolphthalein. Ko te wairewa konutai bicarbonate i whakahekehia te tae. E whakaatu ana tenei ko te hiera silica e whakauru ana i te waro hauhaa, a, i muri i te whakarewatanga ki te wai, ka wetewete te waro hauhaa ki te wairewa konutai bicarbonate, ka memeha te wairewa konutai bicarbonate. Ko te toenga o te poroporo silicone ka whakamahana ki roto i te ngongo whakamaroke maroke, ka tukuna te hau ka puta ki roto i te otinga o te konutai bicarbonate ma te phenolphthalein. Kare e roa, ka huri te wairewa konutai bicarbonate mai i te whero marama ki te kore tae. E whakaatu ana hoki tenei kei te mau tonu te kaha o te hiera silica mo te hau CO2. Heoi, he iti ake te kaha whakauru o te silica gel i runga i te CO2 i te HCl, NH3 me te SO2, a ka taea anake te whakauru i te waro hauhauora i te wa o te whakamatautau i te Whakaahua 5. ko te kirikiri kirika me te CO2 ka hanga i nga here hauwai i waenga i nga ngota Si - OH… O =C. Na te mea ko te ngota waro puku o CO2 he sp hybrid, a ko te ngota silicon i roto i te silica gel he sp3 ranu, kaore e pai te mahi tahi o te ngota ngota CO2 ki te mata o te silica gel, ka puta te kaha adsorption o te silica gel i runga i te hauhau waro. iti.
3.Whakatauritenga i waenganui i te whakarewatanga o nga hau e wha i roto i te wai me te mana whakauru i runga i te mata o te silica gel Mai i nga hua whakamatautau i runga ake nei, ka kitea ko te silica gel he kaha te kaha o te whakauru mo te haukini, te hauwai hauwai me te sulfur dioxide, engari he iti te kaha whakauru mo te waro hauhā (tirohia te Ripanga 1). He rite tenei ki te whakarewatanga o nga hau e wha i roto i te wai. Ko tenei pea na te mea kei roto i nga ngota ngota wai te hydroxy-OH, he nui ano te mata o te silica gel i te hydroxyl, na reira ko te whakarewatanga o enei hau e wha i roto i te wai he tino rite ki tana whakauru ki runga i te mata o te silica gel. I roto i nga hau e toru o te haukinia haukini, hauwai pūhaumāota me te whanariki hauhā, ko te sulfur dioxide te iti rawa o te wairewa i roto i te wai, engari i muri i te whakaurunga e te silica gel, ko te mea tino uaua ki te whakakore i roto i nga hau e toru. I muri i te haukini haukini me te hauwai hauwai, ka taea te whakakore ki te wai whakarewa. I muri i te whakakorikoritanga o te hau whanariki e te kirikiri kirika, he uaua ki te whakaheke ki te wai, me whakamahana ki te whakaheke mai i te mata o te kirikiri. No reira, ko te whakaurunga o nga hau e wha i runga i te mata o te kirikiri kirika me tatau te whakaaro.
4 Ko te tatauranga ariā o te taunekeneke i waenga i te kirikiri kirika me nga hau e wha ka whakaatuhia i roto i te rorohiko quantumization ORCA [4] i raro i te anga o te ariā mahi kiato (DFT). I whakamahia te tikanga DFT D/B3LYP/Def2 TZVP ki te tatau i nga tikanga taunekeneke me te kaha i waenga i nga hau rereke me te kirikiri kirika. Hei whakangawari i te tatauranga, ka tohuhia nga totoka gel silica e nga ngota ngota ngota waikawa orthosilicic tetrameric. Ko nga hua o te tatauranga e whakaatu ana ka taea e H2 O, NH3 me HCl te hanga i nga here hauwai me te roopu hydroxyl i te mata o te silica gel (tirohia te Whakaahua 6a ~ c). He kaha te kaha here ki runga i te mata kirika (tirohia te Ripanga 2) a he ngawari te whakauru ki te mata kirika. I te mea he rite te kaha here o te NH3 me te HCl ki tera o te H2 O, ka taea e te horoi wai te whakakore i enei ngota ngota hau e rua. Mo te ngota ngota SO2, ko tona kaha here he -17.47 kJ/mol anake, he iti ake i nga ngota ngota e toru o runga ake nei. Heoi, i whakapumautia e te whakamatautau he ngawari te whakauru o te hau SO2 ki runga i te hiera silica, a ka kore e taea e te horoi te whakakore, a ma te whakamahana anake ka mawhiti te SO2 mai i te mata o te kirikiri. No reira, i whakaaro matou ka hono te SO2 ki te H2 O i runga i te mata o te kirikiri kirika hei hanga hautau H2 SO3. Ko te ahua 6e e whakaatu ana ko te ngota ngota H2 SO3 e hanga ana i nga here hauwai e toru me nga ngota hauwai me te ngota hāora i runga i te mata o te silica gel i te wa kotahi, a ko te kaha here he nui ki te -76.63 kJ/mol, e whakamarama ana he aha te SO2 i uru ki runga. he uaua te mawhiti i te kirikiri ki te wai. Ko te CO2 kore-polar he ngoikore te kaha ki te here ki te silica gel, a ka taea anake te whakauru i tetahi waahanga e te silica gel. Ahakoa i tae ano te kaha here o te H2 CO3 me te silica gel ki te -65.65 kJ / mol, kaore i teitei te tere o te huringa o te CO2 ki te H2 CO3, na reira i whakaitihia ano te tere o te adsorption o CO2. Ka kitea mai i nga korero i runga ake nei ko te polarity o te ngota ngota hau ehara i te mea anake te paearu hei whakawa mena ka taea e ia te whakakoi e te silica gel, ko te here hauwai i hangaia me te mata o te silica gel te take matua mo tona whakaurunga pumau.
Ko te hanganga o te silica gel ko te SiO2 ·nH2 O, ko te mata nui o te silica gel me te roopu hydroxyl taonga i runga i te mata ka taea te whakamahi i te kirikiri silica hei whakamaroke kore-paitini me te pai o te mahi, ka whakamahia nuitia i roto i te hanga me te oranga. . I roto i tenei pepa, ka whakapumautia mai i nga waahanga e rua o te whakamatautau me te tatauranga ariā ka taea e te silica gel te whakauru i te NH3, HCl, SO2, CO2 me etahi atu hau ma roto i nga here hauwai intermolecular, na reira kaore e taea te whakamahi i te silica gel mo te whakamaroke i enei hau. Ko te hanganga o te silica gel ko te SiO2 ·nH2 O, ko te mata nui o te silica gel me te roopu hydroxyl taonga i runga i te mata ka taea te whakamahi i te kirikiri silica hei whakamaroke kore-paitini me te pai o te mahi, ka whakamahia nuitia i roto i te hanga me te oranga. . I roto i tenei pepa, ka whakapumautia mai i nga waahanga e rua o te whakamatautau me te tatau ariā ka taea e te silica gel te whakauru i te NH3, HCl, SO2, CO2 me etahi atu hau ma roto i nga here hauwai intermolecular, no reira ka kore e taea te whakamahi i te silica gel mo te whakamaroke i enei hau.
３
FIG. 6 Ko nga momo tauwhitinga i waenga i nga momo ngota rereke me te mata kirikiri ka tatauhia ma te tikanga DFT
Wā whakairinga: Nov-14-2023
