في الكيمياء إن مركب هلام السيليكا عبارة عن مركب كيميائي غير عضوي بالصيغة الكيميائية التالية: (mSiO2 • nH2O) يظهر كمادة صلبة بيضاء شفافة قليلاً، وهو ينتمي إلى جنس غير متبلور، والسيليكا هي مادة نشطة للغاية ومسامية مع مساحة سطح داخلية كبيرة، حيث يمكن أن تصل مساحة السطح المحددة لكل جرام من السيليكا إلى أكثر من 450 مترًا مربعًا، لذلك فإن لديها قدرة امتصاص قوية للسائل أو الغاز، ولا يمكن أن يذوب هلام السيليكا في الماء، ولا يذوب في المذيبات الأخرى باستثناء حمض الهيدروفلوريك والقلويات القوية.
هلام السيليكا
- هلام السيليكا الصلب المتاح تجارياً له شكل كروي وغير منتظم، ووفقًا لحجم المسام فإنه يمكن تقسيمه إلى هلام السيليكا ذي المسام الدقيقة (بمتوسط حجم مسام أقل من 1.5 ~ 2.0 نانومتر) وهلام السيليكا الخشنة المسامية (بمتوسط حجم مسام أكبر من 4.0 ~ 5.0 نانومتر).
- إن هناك نوع آخر من هلام السيليكا المتغير اللون يحتوي على كلوريد الكوبالت مع كلوريد الكوبالت اللامائي الذي يظهر اللون الأزرق، ومع ذلك بعد امتصاص الماء سيظهر كلوريد الكوبالت المائي باللون الوردي مع العودة إلى اللون الأزرق بعد التجفيف.
- ووفقًا لتغير اللون أثناء الجفاف وترطيب كلوريد الكوبالت فإنه يمكننا معرفة حالة امتصاص الرطوبة في هلام السيليكا، ولا يمتلك هلام السيليكا الوردي قدرة امتصاص ولكن بعد الجفاف الحراري سيعود لونه إلى اللون الأزرق ويستعيد قدرته على الامتصاص.
- من الممكن أن يتم تصنيع هلام السيليكا من خلال التفاعل بين زجاج الماء وحمض الكبريتيك، والمزيد من التبلور والغسيل والتحلية والتوسط والتجفيف والغربلة، ويكون رد الفعل على النحو التالي: (nNa2O • mSiO2 + nH2SO4 → mSiO2 • nH2O + nNa2SO4).
- إن هلام السيليكا الصناعي العام لديه قوة ميكانيكية تتراوح من 85 إلى 95٪، ومحتوى الماء أقل من 2٪ ومعدل امتصاص الرطوبة من 25 إلى 30٪، ويستخدم جل السيليكا بشكل أساسي لامتصاص الغاز أو التجفيف، والتجفيف السائل والكروماتوغرافيا السائلة، كما يستخدم كمحفز أو حامل محفز، وصناعة النسيج تستخدمه كعامل تحجيم.
- يستخدم جل السيليكا المسام بشكل أساسي لتجفيف وتنقية الغاز وتجفيف وتنقية المنتجات العضوية كما يستخدم كحامل مدعوم، ويتم استخدام هلام السيليكا الخشنة المسام بشكل أساسي لمعالجة البروتين الجزيئي، بالإضافة إلى تجفيف الغاز والسائل وإزالة الضباب وكذلك إزالة الرطوبة من الغاز عند الرطوبة العالية كمحفز وحامل محفز في صناعة البتروكيماويات.
- يستخدم جل تغيير اللون بشكل أساسي للإشارة إلى الرطوبة النسبية للتغليف المحكم والأدوات الدقيقة والمساحة الداخلية للأداة، بالإضافة إلى استخدامه لصيانة الأجهزة الدقيقة المقاومة للرطوبة، وجل السيليكا لأغراض الكروماتوغرافيا هو نوع من المواد المسامية، ويمكن تمثيله بالصيغة (SiO2 • xH2O).
- يحتوي الجزيء على بنية الارتباط المتقاطعة لـ (-Si-O-Si)، بينما هناك الكثير من مجموعات (silanol) على سطح الجسيم، وتعتمد قوة امتصاص هلام السيليكا على محتوى السيلانول، ويمكن لمجموعة (Silanol) امتصاص جزيء الماء من خلال تكوين رابطة الهيدروجين وبالتالي تقل قوة امتصاص هلام السيليكا مع زيادة الرطوبة الممتصة.
- إذا تجاوزت سعة امتصاص الماء 17٪ ، فإن قوة الامتصاص تكون ضعيفة جدًا بحيث لا يمكن استخدامها، ولكن يمكن استخدامها كعامل داعم في الفصل اللوني، ولتنشيط هلام السيليكا عندما يتم تسخين هلام السيليكا إلى 100 ~ 110 درجة مئوية يمكن إزالة جزيء الماء الممتص برابطة الهيدروجين على سطح هلام السيليكا.
- وعندما ترتفع درجة الحرارة إلى 500 درجة مئوية يمكن أن تتعرض السيلانول على سطح السيليكا أيضًا للجفاف والتكثيف للتحول إلى رابطة سيلوكسان وبالتالي تفقد نشاط امتصاص الماء من خلال الروابط الهيدروجينية وبالتالي لم يعد لها طبيعة الممتزات.
- حتى معالجة المياه لا يمكنها استعادة نشاطها في الامتصاص، ولذلك لا ينبغي أن يستمر تنشيط هلام السيليكا في درجات حرارة أعلى (بشكل عام عند أعلى من 170 درجة مئوية، ستكون هناك كمية صغيرة من المياه المقيدة المفقودة).
- هلام السيليكا هو مادة ماصة حمضية، وهو مناسب للكروماتوجرافيا للمكونات المحايدة أو الحمضية، وفي الوقت نفسه، فإن هلام السيليكا هو أيضًا نوع من مبادلات الكاتيونات الحمضية الضعيفة، حيث تكون مجموعة السيلانول الموجودة على السطح قادرة على إطلاق أيونات الهيدروجين الحمضية الضعيفة، وعند الالتقاء بمركب قلوي قوي، فإنه قادر على امتصاص المركب القلوي بسبب تفاعل التبادل الأيوني.
تصنيف هلام السيليكا
- بناءً على التطبيق فإنه يمكن تقسيم هلام السيليكا إلى هلام السيليكا المجفف، هلام السيليكا الماص، هلام السيليكا لأغراض التحليل، هلام السيليكا لأغراض التجفيف المعبأ، هلام السيليكا لغرض التحفيز، وهلام السيليكا المخصص الخاص.
- يتميز هلام السيليكا بكونه خامل كيميائيًا، ومساحة سطح عالية، ومسامية داخلية عالية، وقدرة امتصاص قوية، ويستخدم على نطاق واسع كمجفف لإزالة الرطوبة وعامل تجفيف وممتزات ومواد مالئة وحامل محفز، ومن السهل امتصاص المواد القطبية، التي يصعب امتصاصها للمواد العضوية غير القطبية.
- الرطوبة الموجودة في الغاز الممتص من هلام السيليكا يمكن أن تصل إلى 50٪ من كتلته بينما في تيار الهواء من الرطوبة 60٪، ويمكن أن تصل كمية الماء الممتصة على هلام السيليكا (micropore) أيضًا إلى 24٪ من كتلة هلام السيليكا، لذلك يتم استخدامه بشكل شائع في تجفيف الغازات عالية الرطوبة.
- سوف يتم تقديم الفئات الرئيسية لمنتجات هلام السيليكا التجارية وتطبيقها أدناه، (1) هلام السيليكا الكروية وهو جسيم كروي بحجم الجسيمات من 2.0 ~ 8.0 مم وهناك اختلافات معينة في مساحة السطح وحجم المسام والكثافة الظاهرية وبعض المؤشرات الأخرى لجل السيليكا الكروي المنتج في أماكن مختلفة والتي تستخدم أساسًا للغاز التجفيف وامتصاص الغاز والتحكم في رطوبة الهواء وتكرير المنتجات النفطية وحامل المحفز والجوانب الأخرى.
- (2) هلام السيليكا الحبيبي وهو جسيم غير منتظم بحجم 6 ~ 20 مم مع مساحة سطح محددة من 700 ~ 800 م 2 / جم، يستخدم بشكل أساسي لتجفيف الغاز الطبيعي والنيتروجين وغاز الهيدروجين المعاد تدويره وكذلك فصل الهيدروكربون للغاز الطبيعي.
- (3) هلام السيليكا المقاوم للماء، غالبًا ما يكون كرويًا بمساحة سطح محددة تبلغ 300 ~ 400 م 2 / جم، يتميز بأنه لا ينفجر عند التقاء الماء وهو يستخدم بشكل أساسي في تجفيف الغاز وتجفيف الهيدروكربونات السائلة المشبعة وكذلك المواد الحاملة للمحفزات.
- (4) هلام السيليكا الدقيق، ويبلغ متوسط حجم الجسيمات حوالي 2 ~ 10 ميكرومتر وهو غير متبلور وله قيمة امتصاص للزيت تتراوح من 60 إلى 300 جم / 100 جم، ويستخدم بشكل أساسي كمضافات للأغذية والأدوية ومستحضرات التجميل، وهو غير سام مع إضافة كمية من المواد الغذائية والأدوية لا تزيد عن 2٪.
- (5) هلام السيليكا كثف انتقائي، وهو عبارة عن هلام سيليكا يتم تصنيعه من التشطيب والمعروف أيضًا باسم “هلام السيليكا الامتزاز من كروماتوغرافيا”، ويندرج هلام السيليكا في العمود اللوني في السوق المحلية ضمن هذه الفئة، ويستخدم بشكل أساسي لامتصاص وفصل وتنقية المواد المختلفة.
- (6) هلام السيليكا ذو اللون الأزرق، هو نوع من هلام السيليكا يمكن أن يظهر ألوانًا مختلفة مع تغير الرطوبة النسبية للبيئة، ويمكن أن يكون مظهره ضخمًا وكرويًا وتستخدم بشكل أساسي كمؤشر للرطوبة النسبية للتغليف المقاوم للرطوبة، ويمكن استخدام درجة امتصاص الرطوبة لما يشير إلى عامل التجفيف للحكم على الرطوبة النسبية للبيئة.
- (7) مجفف هلام السيليكا لأغراض العبوة، ووفقًا لحالات التطبيقات والتعبئة المختلفة يحتوي مجفف هلام السيليكا لأغراض التغليف على العديد من الأنواع والأصناف مثل فئة التعبئة والتغليف ونوع الشكل الفريد والنوع المخصص، فئة الأكياس تحتوي على أكياس ورقية وأكياس قطنية وأكياس غير منسوجة وأكياس نايلون وأكياس بولي إيثيلين، وهي أكبر فئة في عبوات نوع هلام السيليكا.
