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硅膠

硅膠又名硅酸凝膠或氧化硅膠，化學(xué)式mSiO2·nH2O，白色稍透明的固體物質(zhì)。屬無定形態(tài)。硅膠是一種高活性、多孔性物質(zhì)，其內(nèi)部表面積很大，每g硅膠內(nèi)表面積可達(dá)450m2以上。因此，對液體或氣體有很強的吸附性能。硅膠不溶于水，也不溶于除氫氟酸和強堿外的其他溶劑。市售的固體硅膠有球形和不規(guī)則形兩種。若按孔徑大小可分為細(xì)孔硅膠(平均孔徑小于1.5～2.0nm)和粗孔硅膠(平均孔徑大于4.0～5.0nm)。另有一種變色硅膠，含有氯化鈷，無水時氯化鈷呈藍(lán)色，吸水后水合氯化鈷呈粉紅色，烘干后仍為藍(lán)色。根據(jù)氯化鈷吸水、脫水時顏色的變化，可指示硅膠的吸濕情況。粉紅色硅膠不再有吸濕能力，但經(jīng)加熱脫水后，可使顏色重新變藍(lán)并恢復(fù)吸濕能力。
硅膠可由水玻璃與硫酸作用，并經(jīng)膠凝、洗滌、脫鹽、氨化、干燥和篩選而制得。其反應(yīng)式如下：
nNa2O·mSiO2+nH2SO4→ mSiO2·nH2O+nNa2SO4。一般工業(yè)用硅膠，機械強度85～95%，含水量低于2%，吸濕率為25～30%。
硅膠主要用于氣體干燥或吸收，液體脫水和色譜分析，也用作催化劑或催化劑載體，紡織工業(yè)用作漿紗劑。細(xì)孔硅膠主要用于氣體的干燥及凈化，有機產(chǎn)品的脫水和精制，也可用作催化劑的載體。粗孔硅膠主要用于處理啤酒中的高分子蛋白，以及氣體和液體的干燥，高濕度下氣體的除霧、除濕，石油化工中作催化劑或催化劑載體。變色硅膠主要用于指示密閉包裝物、精密儀器、儀表內(nèi)空間的相對濕度，以及用于精密儀器儀表的防潮維護等。
層析用硅膠
層析用硅膠為一多孔性物質(zhì)，可用通式SiO2· xH2O來表示。分子中具有硅氧烷(—Si—O—Si)的交鏈結(jié)構(gòu)，同時在顆粒表面又有很多硅醇基。硅膠吸附作用的強弱與硅醇基的含量多少有關(guān)。硅醇基能夠通過氫鍵的形成而吸附水分，因此硅膠的吸附力隨吸著的水分增加而降低。若吸水量超過17%，吸附力極弱不能用作吸附劑，但可作為分配層析中的支持劑。對硅膠的活化，當(dāng)硅膠加熱至100～110℃時，硅膠表面因氫鍵所吸附的水分即能被除去。當(dāng)溫度升高至500℃時，硅膠表面的硅醇基也能脫水縮合轉(zhuǎn)變?yōu)楣柩跬殒I，從而喪失了因氫鍵吸附水分的活性，就不再有吸附劑的性質(zhì)，雖用水處理也不能恢復(fù)其吸附活性，所以硅膠的活化不宜在較高溫度進行 (一般在170℃以上即有少量結(jié)合水失去)。
硅膠是一種酸性吸附劑，適用于中性或酸性成分的層析。同時硅膠又是一種弱酸性陽離子交換劑，其表面上的硅醇基能釋放弱酸性的氫離子，當(dāng)遇到較強的堿性化合物，則可因離子交換反應(yīng)而吸附堿性化合物。
硅膠分類
按用途分類，硅膠可分為干燥劑硅膠、吸附劑硅膠、分析用硅膠、包裝干燥用硅膠、催化劑載體用硅膠及特種專用硅膠等。
硅膠具有化學(xué)惰性、比表面積大、內(nèi)部孔隙率高、吸附能力強等特點，廣泛用作脫濕干燥劑、脫水劑、吸附劑、填充劑及催化劑載體等。它易于吸附極性物質(zhì)，難吸附非極性有機物質(zhì)。硅膠吸附氣體中的水分可達(dá)其自身質(zhì)量的50%，而在濕度為60%的空氣流中，微孔硅膠吸附水分的量也可達(dá)到硅膠質(zhì)量的24%。所以，常用于高濕量氣體的干燥。下面簡單介紹市售主要硅膠產(chǎn)品及其用途。
(1)球形硅膠。球形硅膠是粒度為2.0～8.0mm的球形顆粒，各地生產(chǎn)的球形硅膠的比表面積、孔容及堆積密度等物性指標(biāo)有一定的差別，它們主要用于氣體干燥、氣體吸附、空氣濕度調(diào)節(jié)、石油產(chǎn)品精制以及催化劑載體等方面。
(2)顆粒狀硅膠。大小為6～20mm的無規(guī)則顆粒，比表面積為700～800m2/g。主要用于天然氣干燥、氮干燥、再循環(huán)氫干燥以及天然氣的烴分離等方面。
(3)耐水硅膠。大多為球形，比表面積為300～400m2/g，其特點是遇水不炸裂。主要用于各種氣體干燥、液態(tài)飽和烴脫水及催化劑載體等。
(4)微粉硅膠。平均粒度2～10μm，呈無定形，吸油值60 ～300g/100g，主要用作食品、藥品及化妝品的添加劑。無毒性，在食品、藥品中的添加量不超過2%。
(5)選擇吸附硅膠。是一種精加工制造的硅膠產(chǎn)品，又稱為“色譜吸附硅膠”。國內(nèi)市場上的“柱層層析硅膠”即屬于此類硅膠。外形有塊狀及微球狀，粒度60～300 目，比表面積為 300～750m2/g。主要用于物質(zhì)的吸附分離和提純。
(6)藍(lán)色指示型硅膠。一種隨使用環(huán)境相對濕度變化而顯示出不同顏色的硅膠，外形有塊狀及球狀。主要用作防潮包裝的相對濕度指示劑及空氣干燥裝置指示劑。指示干燥劑的吸濕程度能判別環(huán)境的相對濕度。如“海洋牌”藍(lán)膠指示劑，在相對濕度20%、40%及60%時分別顯淺藍(lán)色、紫色及紅色。
(7)包裝用硅膠干燥劑。根據(jù)用途及包裝情況不同，包裝用硅膠干燥劑有許多類型及品種，如袋裝類、異形類及專用型類等。
袋裝類有紙袋裝、棉布袋裝、無紡布袋裝、尼龍袋裝、聚乙烯袋裝等，是硅膠包裝中最多的一類。異形類包括板狀、柱狀、條塊狀、塞子狀等硅膠干燥劑。專用型則是根據(jù)用戶的要求而專門設(shè)計制造的硅膠干燥劑。
參考資料：朱洪法,朱玉霞編著.精細(xì)化工產(chǎn)品制造技術(shù).北京：金盾出版社.2002.第168頁。
林崇德,姜璐,王德勝主編;王德勝分卷主編.中國成人教育百科全書·化學(xué)·化工。

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