文档介绍：胶体论文
常用吸附剂在溶液吸附方面的研究和应用进展
吸附剂是能有效地从气体或液体中吸附其中某些成分的固体物质。吸附剂一般有以下特点:大的比表面积、适宜的孔结构及表面结构;对吸附质有强烈的吸附能力;一般不与吸附质和介质发生化学反应;制造方便,容易再生;有良好的机械强度等。吸附剂可按孔径大小、颗粒形状、化学成分、表面极性等分类,如粗孔和细孔吸附剂,粉状、粒状、条状吸附剂,碳质和氧化物吸附剂,极性和非极性吸附剂等。下面介绍几种常用吸附剂的制备及其性质。
硅胶可用多种方法进行工业制造,其中最主要的是碱金属硅酸盐与无机酸(如硫酸)反应得到:
Na2O·3SiO2 + H2SO4 → 3SiO2 + H2O +Na2SO4
原料配制、成胶(胶凝)、老化(熟化)、这种方法包括以下步骤:
洗涤、氨水浸泡、干燥、活化等。一般认为硅酸盐与酸反应,在一定PH条件下生成硅酸,再通过分子间缩合形成多聚硅酸和硅溶胶。然后发生胶凝作用形成硅酸水凝胶。在这种水凝胶中,SiO2粒子相互联接成网状结构,介质水填于其网状间隙中。胶凝后,骨架粒子间作用继续加强,引起骨架收缩,使部分水析出(脱水收缩)。经过此老化阶段后用水洗去酸、碱反应物和产物盐。然后用1%氨水浸泡可制得粗制硅胶。干燥步骤是除
去干净的水凝胶中的水,得到又大量孔结构的硅酸干凝胶(硅胶)。以上任何一步的条件(如胶凝时体系的PH值,老化时的PH值及盐浓度,洗涤水的性质,干燥温度和速度等)都对产物结构有很大影响。
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常用吸附剂在溶液吸附方面的研究和应用进展
红外光谱、核磁共振等方法的研究均证明硅胶表面上有羟基存
在,这些羟基对硅胶的吸附行为具有重要意义。硅胶红外光谱中3750cm-1的尖峰及3450cm-1的宽峰表明硅胶表面存在两种不同类型的羟基,一种是有O-H伸缩振动的自由羟基;一种是靠氢键作用的缔合羟基。根据材料研究方法所学知识,氢键会使官能团向低波数方向移动,因此3750cm-1处的峰是自由羟基,3450cm-1处的峰是缔合羟基。
许多研究成果表明,硅胶的吸附和催化性能与其表面羟基浓度和羟基类型有关。硅胶表面羟基浓度与热处理温度的关系如图1所示,图中多个实验室结果均落在阴影区内说明,表面羟基浓度只与热处理温度有关,而硅胶的来源无大影响。
图1 硅胶表面羟基浓度与热处理温度的关系
图2是一种自制硅胶在不同处理温度的红外光谱图。由图可知, 2
常用吸附剂在溶液吸附方面的研究和应用进展
随处理温度升高,在3450cm-1处缔合羟基吸收峰迅速减小,至700℃时基本消失,到950℃时该峰完全消失,表明缔合羟基完全消失。而3750cm-1处的自由羟基峰,在200-950℃间变化很小甚至变得更尖,但当温度达到1100℃
时此峰完全消失,说明此时自由羟基完全消失。
图2 热处理温度对硅胶红外光谱的影响
关于表面羟基的类型及其鉴定方法,目前仍在研究之中,现在比较普遍的看法是:除自由羟基和缔合羟基外,还有双生羟基,即两个羟基连在同一个硅原子上。因自由羟基和双生羟基的红外吸收峰都在3750cm-1,所以红外光谱图不能鉴别,需要通过和BCl3反应才能鉴别。
有人认为,如果表面羟基的距离>,则形成自由羟基;如果距离<