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硅膠的用途有哪些
最近更新時(shí)間：2014-9-18
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硅膠的多孔性以及廣闊的孔分布范圍,且表面覆蓋有大量的硅烷醇基的性質(zhì)決定其用途的廣泛性。
硅膠是具有三維空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的二氧化硅干凝膠,屬多孔性固體物質(zhì),孔分布范圍廣,具有很大的比表面,表面覆蓋有大量的硅烷醇基因〔三Si-OH),具有一定的活性。使它成為干燥劑、吸附劑、催化劑及催化劑載體等,被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。
用于干燥劑
1、由于硅膠孔特性的不同決定了它作為干燥劑的性能不同。細(xì)孔膠由于孔徑小,孔容小,比表面積大,在低濕度條件下的吸附量大于粗孔膠。而粗孔膠的孔徑大,孔容大,比表面積小,在高濕度條件下的吸附量大于細(xì)孔膠。所以細(xì)孔膠適用于低濕度條件下的干燥。如用于壓縮空氣的干燥,粗孔膠則適用于較高濕度條件下的干燥,如用于化工原料氣的脫水。換句話說,細(xì)孔膠的干燥深度要比粗孔膠大(但是在濕度太小,溫度太高的條件下,即使是細(xì)孔膠也幾乎失去了干燥能力這是則要選用分子篩或其它干燥劑干燥)。這也就說明了在干燥包裝過程中,環(huán)境溫度高,濕度也不算高的情況下,細(xì)孔膠的水分較粗孔膠的水分容易超標(biāo)的道理。這里特別需要明確的是硅膠在吸附水分的過程中,容易炸裂,堵塞輸氣管道,使儀表失靈,影響生產(chǎn),遇水不裂硅膠的應(yīng)用,基本上解決了這個(gè)問題。在干燥過程中,為了指示硅膠的吸濕程度,摻入藍(lán)膠指示劑,通過指示劑的顏色變化來指示其吸濕程度,還可粗略判斷環(huán)境相對濕度。其實(shí),藍(lán)膠指示劑也是一種細(xì)孔膠,它的吸附量要比對應(yīng)細(xì)孔膠小,而變色范圍也小,另外,一定量的細(xì)孔膠的比表面積大于粗孔膠的比表面積,這也是造成細(xì)孔膠的吸附性有別于粗孔膠吸附性的不同的一個(gè)重要原因。
2、用于變壓吸附這是利用其特殊的孔結(jié)構(gòu)(即孔分布范圍小),推密度的細(xì)孔膠在較高壓力下選擇性吸附CO2在較低壓力或真空時(shí)解吸的原理,經(jīng)過周期性的壓力變化,達(dá)到分離、凈化、回收的目的。
3、用于催化劑硅膠結(jié)構(gòu)中,水以羥基形式和硅原子相連形成硅烷醇基(即三Si-OH)而覆蓋于硅膠表面,酸性較弱,有一定的選擇性與穩(wěn)定性,對某些反應(yīng)亦有催化作用,主要用于有機(jī)合成反應(yīng),如甲烷和硫生成二硫化碳,環(huán)氧乙烷異構(gòu)化生成乙醛,三聚氰胺氣相合成等。用作催化劑的硅膠,對其顆粒的大小、形狀、孔結(jié)構(gòu)及在反應(yīng)器中的堆積方式,都有一定的要求,因?yàn)樗苯佑绊懸粋€(gè)反應(yīng)系統(tǒng)的物理過程。硅膠顆粒大小不同所提供的催化活性外表面不同,而孔結(jié)構(gòu)決定了內(nèi)部孔壁所提供的催化活性內(nèi)表面,高孔隙率的硅膠可提供大量的內(nèi)表面,同時(shí),孔隙大小還影響反應(yīng)物分子進(jìn)出難易(多選用孔徑較大的硅膠)。硅膠顆粒的大小、形狀和堆積方式還決定催化床層中空隙大小及分布,后者將影響流體流動(dòng)時(shí)所受的阻力。例三聚氰胺在用尿素常壓氣相催化合成法生產(chǎn)時(shí),以氨氣為載氣,以粗孔球形硅膠為催化劑,粒度為40～120目,采用流化反應(yīng)床。
4、用于催化劑載體載體是催化劑活性組分的分散劑、粘合劑及支承物。硅膠恰具備催化劑載體所應(yīng)有的特性。
a.分散作用多相催化是一種界面現(xiàn)象,因此要求催化劑活性組分具有足夠的表面積,這樣就須提高其分散度,使其處于微米級(jí)或原子級(jí)的分散狀態(tài)。載體可以使活性組分分散到一定分散度并保持其穩(wěn)定,但并非所有催化劑的比表面愈高愈好,對于部分氧化反應(yīng),高分散度會(huì)導(dǎo)致副反應(yīng)增加(為此,硅膠用作載體時(shí),多選用粗孔或大孔性硅膠)。一般而言。低比活性(單位表面積的活性)組分應(yīng)用高比表面的載體,高比活性的活性組分則應(yīng)根據(jù)反應(yīng)系統(tǒng)的特性(反應(yīng)系統(tǒng)的熱負(fù)荷,反應(yīng)的選擇性等)選擇適宜的比表面載體。而硅膠是一種多孔性物質(zhì),比表面、孔容的變化范圍大,提供各種催化劑選擇較合適孔結(jié)構(gòu)的余地非常廣泛。
b.穩(wěn)定劑作用對于強(qiáng)放熱反應(yīng),催化劑表面溫度相當(dāng)高,采用熱穩(wěn)定性好,比表面積高的硅膠載體,可增加散熱面積,利于傳熱過程,提高催化劑的熱穩(wěn)定性。同時(shí),可將活性組分微晶阻隔開來,防止微晶在高溫條件下轉(zhuǎn)移,以至使活性組分的微晶發(fā)生半熔或再結(jié)晶。
c.支承作用可以利用載體賦于固體催化劑以一定的形狀和大小,使之符合工業(yè)上應(yīng)器中流體力學(xué)條件的需要,載體使催化劑具有一定機(jī)械程度是十分必要的,否則在使用中破碎會(huì)導(dǎo)致阻力增大,流體分布不均等,使反應(yīng)難于進(jìn)行。硅膠具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),強(qiáng)度好,活性組分主要分布在硅膠內(nèi)孔中,在用流化床的反應(yīng)過程中,硅膠載體是催化劑顆粒之間,粒子與器壁、檔板、旋風(fēng)除塵器之間摩擦作用產(chǎn)生的力的主要承擔(dān)者。
d.稀釋劑作用對于高活性的活性組分,若用硅膠載體時(shí),同樣可起到稀釋作用,降低催化劑的活性,以保證熱平衡,且保證了催化劑的活性、選擇性,并節(jié)省了活性組分用量,降低了成本。
5、以硅膠為原料,生產(chǎn)高附價(jià)值的,性強(qiáng)的硅膠新品系。
a.以粗孔膠為原料,粉碎提純、粒度分級(jí),通過一定工藝條件可制得液相色譜固定相硅膠和用于分離、分析的薄層層析硅膠與柱層層析硅膠。
b.以粗孔、細(xì)孔膠為原料,粉碎后和硅溶膠粘接造粒形成遇水不裂膠,作為硅膠,分子篩的前期緩沖干燥劑等。
c.細(xì)孔膠浸染氯化鈷后,用作干燥劑的指示劑。
d.粗孔微球硅膠、特細(xì)微球膠通過浸漬活性組分制成催化劑。
e.微粉硅膠經(jīng)過表面處理制得薄膜抗粘劑、增稠劑、清光劑等。
硅膠產(chǎn)品的用途與其工藝特性緊緊相連。性硅膠是未來硅膠市場的需要。主要利用硅膠的孔特性及由此產(chǎn)生的吸附性。因此,研究硅膠的工藝特性具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。