Текстура и свойства поверхности. Согласно современным взглядам скелет силикагеля образован сферическими частицами, сросшимися в местах их контактов

Согласно современным взглядам скелет силикагеля образован сферическими частицами, сросшимися в местах их контактов. При таком строении силикагеля поры представляют собой систему пустот и каналов между различным образом упакованными частицами. Размер частиц определяет величину удельной поверхности, плотность упаковки – объем и радиус пор [1,17–19]. Диаметр глобул обычно составляет 2–3 нм. Зазоры между сферическими частицами и есть поры.

Структура силикагеля построена из тетраэдров SiO₄. Полимеры, вырастающие при конденсации кремниевой кислоты в виде цепочек и сеток кремнекислородных тетраэдров, срастаются в частицы сферической формы (глобулы). Поверхность этих частиц покрыта гидроксильными группами, сохранившимися при конденсации ортокремниевой кислоты (рис. 9).

Эти частицы не теряют своей индивидуальности на стадиях превращения золь-гель-ксерогель. Ксерогель представляет собой ансамбль соприкасающихся шаровидных частиц, размеры и плотность упаковки которых зависят от способа приготовления. Упаковка кремнекислородных тетраэдров внутри частиц золя и геля кремниевой кислоты отличается от их упаковки в кристалле и близка к упаковке в стекле, т.е. частицы золя и геля имеют аморфное строение.

На рис. 10 приведены модели двух глобулярных структур, отвечающих мелкопористому и крупнопористому силикагелям. Силикагель относится к мезопористым (преимущественный радиус пор от 2 до 50 нм) адсорбентам. Мелкопористые силикагели состоят из малых частиц с плотной упаковкой, средний радиус пор в них составляет 1–1,5 нм. Крупнопористые силикагели состоят из агрегатов большего размера, срастающихся в цепочки и образующих рыхлую упаковку. Они содержат поры радиусом 5-10 нм.

а б

Рис. 10. Модели глобулярной структуры мелкопористого (а) и крупнопористого (б) силикагелей

Для силикагелей характерны большие величины удельной поверхности (5–800 м²/г) и суммарного объма пор (V_Σ =0,3–1,2 см³/г).

Крупнопористая структура у аэросила (белая сажа). Он состоит из непористых сферических частиц дегидратированного SiO₂ размером до 15 нм с очень рыхлой упаковкой.

Так как при образовании гидрозоля оксида кремния не все ОН-группы кремниевой кислоты участвуют в реакции конденсации, поверхность силикагеля может состоять из атомов кислорода с незначительной долей изолированных или парных групп SiOH либо быть полностью гидроксилирована – образована силанольными группами SiOH.

ОН-группы занимают в основном вершины тетраэдров, выходящие на поверхность скелета силикагеля. Так как атом Н в группе SiOH заряжен положительно, то поверхность силикагеля имеет положительный заряд.

Химическую природу поверхности силикагеля можно варьировать термической дегидратацией, проведением на поверхности силикагеля различных реакций, дающих новые соединения, например, хлорирование, алкоксилирование, взаимодействие с хлорсиланами и др. Замещение поверхностных гидроксилов силикагелей радикалами с кислыми или основными свойствами приводит к созданию новых специфических адсорбентов.

Маркировка

По характеру пористой структуры силикагели подразделяют на крупнопористые (средний радиус пор 4,5–10 нм), средне- (1,8–4,0 нм) и мелкопористые (0,8–2,0 нм).

Промышленные марки силикагелей, выпускаемых отечественными производителями, обозначают тремя буквами. Вторая буква слева всегда С, что означает силикагель. Первая буква в названии говорит о размере частиц (зерен) силикагеля: К – крупного зернения, М – мелкого зернения, Ш – шихта (смесь крупного и мелкого зернения). Буква А в названии означает активированный. Третья буква характеризует пористую структуру адсорбента: М – мелкопористый, С – среднепористый, К – крупнопористый. Иногда в наименовании силикагеля появляется четвертая буква, ею обозначают форму частиц адсорбента: Г – гранулированный, Д − дробленый. Маркировка КСМГ означает крупного зернения силикагель мелкопористый гранулированный, а ШСК – шихта силикагель крупнопористый, АСМ – активированный силикагель мелкопористый.

В табл. 3 по данным [18] приведены структурные характеристики промышленных кусковых и гранулированных силикагелей.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: