3-ma'ruza. Yo’naltirilgan sintez va bir komponentli adsorbentlar xossalari

Silica gel
Silikagellarning olinishi va tuzilishi. Silikagelni tayyorlash jarayoni ­quyidagi bosqichlardan iborat:
1) kremniy kislotasining eritmasini olish va uni kremniy gidrogel holiga keltirish; 2) gidrogelning yetilishi va sinerezi;
3) gidrogelni tuzlardan yuvish;
4) gidrogelni quritish, buning natijasida u kserogelga aylanadi.
Kremniy kislotasi eritmasi turli yo'llar bilan olinadi: ishqor silikatning kislotalar yoki kislota tuzlari bilan o'zaro ta'siri, kremniy tetrakloridning gidrolizi, kremniy kislotasi efirlarini sovunlanishi, SiH₄ oksidlanishi , gidroksidi silikatlarning elektrolizi, natriy silikatning suvdagi eritmasini o'tkazish orqali. vodorod shaklida kation almashtirgich bilan to'ldirilgan kolonna va boshqalar. Sanoatda silikagel asosan eriydigan shishadan sulfat kislota ta'sirida ishlab chiqariladi:
Na₂SiO₃ + H₂SO₄==Na₂SO₄ + H₂SiO₃
Kremniy kislotasi eritmalarini tayyorlashda, jarayonning birinchi bosqichi, ­tayyorlash usulidan qat'i nazar, chinakam erigan kremniy kislotasining hosil bo'lishidir. Keyin oddiy kislotalar polisilik kislotalarga kondensatsiyalanadi, ularning molekulyar og'irligi asta-sekin o'sib boradi va tarqalish qobiliyati pasayadi.
Polimerizatsiya jarayonining umumiy tenglamasini quyidagicha ifodalash mumkin:

Kondensatsiya jarayoni ushbu kremniy-kislorod zanjirlarining shoxlanishi, cho'zilishi va sikllanishi yo'nalishi bo'yicha tez rivojlanadi, ­buning natijasida eritmada kolloid kremniy kislotasi makromolekulalari (mitsellalar) paydo bo'ladi. Keyinchalik, mitsellalar yuzasida joylashgan gidroksil guruhlari kondensatsiya reaktsiyasida ishtirok etadilar, natijada ularning hajmi keyinchalik kattalashadi. Shu bilan birga, zolning viskozitesi oshadi, u butun hajmini ushlaydi va gidrogel hosil bo'ladi.
Soldagi kolloid mitsellalar dispersion ­muhitda Broun harakati qonunlariga muvofiq erkin harakatlanadi. Misellalarning solvatsion qobiqlari, shuningdek, sirt zaryadi ularning birlashishiga, to'qnashuvda kuchli bog'larning paydo bo'lishiga to'sqinlik qiladi va zolning barqarorligini ta'minlaydi. Solga elektrolitlar qo'shilganda yoki harorat ko'tarilganda mitsellalar chiqariladi yoki hidratsiya qobig'i yo'qoladi;
Hidrojel ham bir xil kondensatsiya jarayonlari natijasida vaqt o'tishi bilan o'zgarishlarga uchraydi , bu esa birlamchi zarrachalarning yanada kattalashishi va birlashishiga olib keladi.
Shunday qilib, modda gidrogelda qayta taqsimlanadi ­, zarralar qo'polroq bo'ladi, kontaktlar birlashadi, bu jel skeletining mustahkamlanishiga va zarrachalarning tarqalishini pasayishiga olib keladi.
Ko'pgina ishlar kremniy kislotasi hosil bo'lishiga bag'ishlangan , ammo bu jarayonning mexanizmi hali to'liq o'rganilmagan. Yoğuşma mexanizmi eng katta tarqatish va tan olindi . Jellanishning kondensatsiya mexanizmini asoslovchi adabiyotlarda keltirilgan gipotezalarning ko'pchiligi bir-biridan ba'zi mayda detallar bilan farq qiladi.
1920-yillarga kelib, silikagel kremniy kislotasi agregatlaridan hosil bo'lgan g’ovaklili tizim bo'lib, ular orasida havo borligi aniqlandi. Bu tushunchalar ­ko‘plab asarlarda yanada rivojlantirildi.
Zamonaviy qarashlarga ko'ra, silikagel skeleti sferik zarrachalarning ularning aloqa nuqtalariga tegishi natijasida hosil bo'ladi. Silikagelning bunday tuzilishi bilan g’ovakliler turli xil o'ralgan globulalar orasidagi bo'shliqdir. Globullarning o'lchami o'ziga xos sirtning qiymatini aniqlaydi, qadoqlash zichligi teshiklarning hajmi va radiusini aniqlaydi.
Silikagel globulalari hosil bo'lishi zol hosil bo'lish bosqichida boshlanadi ­. Kremniy kislotasi eritmalarining elektron mikroskopik tadqiqotlari eritmadagi mitsellalarning sferik shaklini ko'rsatadi. Hajmi o'zgarib turadigan sferik zarralar gidrogelda qoladi. [13, 14] da kserogellar tuzilishining hosil boʻlish jarayonlari ularning yetilishining turli bosqichlarida kremniy kislotasi eritmasidan boshlab elektron mikroskopik usulda oʻrganilgan. Gidrogel va kserogelning skeletlari sharsimon zarrachalardan iborat ekanligi ko'rsatilgan. Skeletning o'ziga xos xususiyati - qo'shni zarrachalardan tashkil topgan zanjirlarning mavjudligi va ko'pincha zanjirlar bo'sh ichki bo'shliqqa ega bo'lgan yopiq halqalarni hosil qiladi,
Shuning uchun silikagel birgalikda o'sib, bir-biriga tegib, silikagelning mustahkam skeletini hosil qiluvchi sharsimon zarrachalardan iborat. Yuqorida aytib o'tilganidek, xerogeldagi teshiklar bu zarralar orasidagi bo'shliqlar va bo'shliqlardir.
Silikagel tuzilishining korpuskulyar nazariyasi bevosita eksperimental tasdiqni oldi va uni quyidagicha umumlashtirish mumkin: kremniy kislotasining kondensatsiyasi jarayonida ­sferik zarrachalarga birikuvchi kremniy-kislorodli tetraedralardan tashkil topgan tarmoqlar hosil bo'ladi. Bu zarralar zol-gidrogel-kserogel transformatsiyasi bosqichida o'z individualligini yo'qotmaydi. Sferik zarrachalarning o'lchamlari va qadoqlash zichligi ularni tayyorlash usuliga bog'liq. Silikagelning g'ovakligi tabiati uning tarkibidagi zarrachalarning kattaligi va qadoqlash zichligi bilan belgilanadi l Modellashtirish usulidan foydalangan holda, A.V.Kiselev [20, 211] silikagellarning korpuskulyar tuzilishini tasdiqladi. Silikagel uchun namuna sifatida u sharsimon bir xil zarralari bo'lgan g'ovak bo'lmagan kremniy kukunini ishlatib, ularni turli darajadagi siqilishga duchor qildi. Silikagelning adsorbsion xossalarini va uning modelini solishtirish korpuskulyar nazariyaning nazariy asoslarining to'g'riligini tasdiqladi.
Hosil bo'lgach, gidrogel kserogelga aylanadi, ­kapillyar kuchlar ta'sirida gidrogel hajmi o'n barobardan ko'proqqa kamayadi. Jel skeletining siqilish darajasi kapillyar kuchlarning nisbati va ularga qarshi turgan gel skeletining kuchiga bog'liq. Agar kapillyar kuchlar hujayralararo suyuqlikning tabiatiga va uning gel skeletiga yaqinligiga bog'liq bo'lsa, u holda skeletning mustahkamligi asosan gelning yoshi bilan belgilanadi.
Kremniy kislotasi monomerlarining kondensatsiyasi va ularning makromolekulalari yanada o'sishi jarayonida turli sabablarga ko'ra, masalan, ­sterik to'siqlar tufayli, mitsel yuzasining barcha gidroksil guruhlari kondensatsiyalana olmaydi. Sababli ularning ba'zilari sferik gel zarrachalarida erkin qoladi. Shunday qilib, silikagelning qattiq skeletini tashkil etuvchi sferik zarrachalar ­kremniy atomlari bilan bog'langan gidroksil guruhlari bilan qoplangan va silikagelning sirtini sxematik tarzda quyidagicha tasvirlash mumkin;

Silikagel va boshqa kremniy sorbentlar yuzasida kremniy atomlari bilan kimyoviy bog'langan gidroksil guruhlari mavjudligi mustaqil usullar bilan tasdiqlangan: IR, kimyoviy usul, traser usuli va boshqalar [27-30]. Yuzaki gidroksil guruhlari asosan silikagellarning adsorbsion xususiyatlarini aniqlaydi .­


1-rasm. Cho`ktiruvchi muhitning kremniy kislotasi sol H ning jellanish vaqtiga bog`liqligi (40).

Binobarin, kremniy kislotasi kserogel ­bir-biri bilan fazoviy ramkada bog'langan sferik zarrachalardan tashkil topgan korpuskulyar tizimdir. Globulalar (korpuskulalar) hajmi o'ziga xos sirtning o'lchamini, ularning o'rash zichligini, g'ovaklarning hajmini va radiusini aniqlaydi. Shuning uchun turli tuzilishga ega bo'lgan silikagellarni olish uchun globulalar hajmini va ularning qadoqlanishini nazorat qila olish va adsorbentlarning yo'naltirilgan sintezi nazariyasidan foydalanib, nazorat qilish usullarini topish kerak. i asosiy parametrlar. Jel kabi sorbentlarning globulyar tuzilishi kontseptsiyasiga asoslanib, [31-33] mualliflari ularni ma'lum bir g’ovaklili tuzilish bilan tayyorlashning nazariy asoslarini ishlab chiqdilar .­

Globulalar hajmini o'zgartirish Sol va gidrogel bosqichida amalga oshirilishi mumkin. Amalda, allaqachon tayyorlangan gidrogelni qayta ishlash shartlarini o'zgartirish qulayroqdir. Soldan hosil bo'lgan gidrogel ­muzlatilgan tizim emas, balki doimiy ravishda o'zgarib turadi. Qarish bilan uning zarralari kattalashadi va ularning siqilishi tufayli ramka mustahkamlanadi. gidrogelga ta'sir qilish ham qulaydir, chunki u globulalar hajmini va ularning qadoqlash zichligini nazorat qilish imkonini beradi. Qarish jarayonida zarrachalarning qo'pollashishi jarayoni sekinlashishi yoki aksincha tezlashishi mumkin.