سیلیکاژل

سیلیکا ژل، گرانولی متخلخل و شیشه ای است که از سیلیکات سدیم تهیه می شود. در حقیقت سیلیکا ژل اسیدسالسیلیک پلیمری شده است. روش سنتز سیلیکاژل نخستین بار توسط پروفسور والتر پاتریک در سال ۱۹۱۹ تهیه شد. سیلیکاژل به عنوان یک ماده رطوبت گیر، کاربرد عمده ای در صنایع دارد.

نام ماده (فارسی): سیلیکاژل
نام ماده (انگلیسی): Silica Gel
نام تجاری (فارسی): سیلیکا ژل
نام تجاری (انگلیسی): Silica Gel
سایر اسامی:سیلیکای غیرمتبلور، ژل، سیلیکا، سیلیکا ژل غیر متبلور و نامتقارن
مواد مرتبط: سیلیس

سیلیکا ژل، گرانولی متخلخل و شیشه ای است که از سیلیکات سدیم تهیه می شود. با وجود نام این ماده، سیلیکا ژل یک ماده جامد است. فرمول شیمیایی سیلیکاژل H2O3Si است. سیلیکاژل را در زندگی روزانه بیشتر به فرم پلاستیک های نیمه تراوا می بینیم. سیلیکاژل به این صورت برای نم زدایی کالاها و مواد، جهت جلوگیری از تخریب آن ها ، استفاده می شود. معمولاً در صنعت نفت از دو نوع سیلیکاژل گرانول و پرک در واحدهای مختلف عملیاتی پالایشگاه های گاز، نفت و صنایع پتروشیمی استفاده می کنند. استفاده از سیلیکاژل پرک معمولاً برای جذب رطوبت در سیستم های پنوماتیک دستگاه های ابزار دقیق و سیلیکاژل کروی به عنوان کاتالیست در تولید منومر ملامین در پتروشیمی ارومیه و در دو نوع H و WS در واحدهای فرآوری و پالایشی گاز جهت نم زدایی به کار می روند. سیلیکاژل ها از لحاظ ظاهری به سه دسته تقسیم می شوند:
۱- سیلیکاژل گرانولی(پرک)
۲- سیلیکاژل کروی
۳- پودر هیدراته
در صورت داشتن مشخصات فیزیکی و شیمیایی یکسان، نوع شکل هیچگونه تأثیری در عملکرد ندارد فقط میزان افت فشار و مقدار فضای خالی (void space) در بسترهای سیلیکاژل دارای مقادیر متفاوتی خواهد بود. سیلیکاژل کروی کمترین میزان افت فشار فضای خالی را دارد و اساساً هنگامی که مقادیر این دو پارامتر از لحاظ پایین بودن مقدار آنها مد نظر باشد. استفاده از آنها در برجهای نم زدای پالایشگاه های گاز اجتناب ناپذیر است. روش سنتز سیلیکاژل نخستین بار توسط پروفسور والتر پاتریک Walter A. Patrick از دانشگاه بالتیمر مریلند در سال ۱۹۱۹ تهیه شد. در جریان جنگ جهانی اول به عنوان جاذب در ماسک سربازان استفاده شد. در جریان جنگ جهانی دوم سیلیکاژل ماده ای حیاتی جهت خشک نگهداشتن پنیسیلین ، محافظت از تجهیزات نظامی در برابر رطوبت و محافظت کاتالیست ها در برابر نم زدگی بود.

موارد مصرف:
رطوبت معمولا یکی از عوامل مزاحم در اکثر صنایع است که می تواند اثرات سوء و مخربی در کلیه مراحل، اعم از نگهداری مواد اولیه و محصول در انبار ها و در زمان حمل ونقل داشته باشد. لذا سیلیکاژل به عنوان یک ماده رطوبت گیر، کاربرد عمده ای در صنایع و به خصوص در صنایع برق، دارویی و بسته بندی پیدا کرده و از کالا در برابر رطوبت و خوردگی حفاظت می کند. این ماده امروزه یکی از عوامل موثر بر ارائه محصول مرغوب در بازار های بین المللی به حساب می آید. انواع سیلیکاژل سیلیکاژل از لحاظ ظاهری به دو شکل گرانول (کروی) و پرک (بی شکل) تهیه می گردد. سیلیکاژل از لحاظ امکان بررسی ظاهری میزان جذب رطوبت به دو صورت اندیکاتوردار (آبی رنگ) و بدون اندیکاتور (بی رنگ) موجود است که نوع آبی آن پس از جذب رطوبت به صورتی تغییر رنگ می دهد، اما در نوع سفید تشخیص ظاهری میزان جذب به سختی امکان پذیر می باشد. کاربردهای سیلیکاژل در صنایع زیر عمدتا به عنوان جاذب الرطوبه و کاتالیزور کاربرد دارد: نفت، گاز و پتروشیمی، برق و نیرو گاه های تولید برق، نظامی، دارویی، مخابرات، ساختمان و شیشه های دو جداره بسته بندی

روشهای تولید:
روش کلی: محلول سیلیکات سدیم را اسیدی کرده تا رسوب ژلاتینی تشکیل شود. رسوب حاصل را شستشو داده و آب گیری می کنند تا سیلیکاژل بی رنگ را تولید کند. اگر نشان گرهای رطوبت نیاز باشد آمونیوم تر کلروکبالتات دو و یا کلرید کبالت به آن اضافه می کنند. کلسیناسیون مرحله نهایی تولید خواهد بود.

۱- تشریح جامع فرآیند تولید: روش متداول تولید سیلیکاژل کروی روش OIL DROP است که شیوه ای برای کروی کردن سیلیکاژل می باشد. در ابتدا اسید سالیسیلیک آزاد می شود اما این اسید آزاد بسرعت شروع به متراکم می شود و با حذف آب برای تشکیل دیمرها، تریمرها و در نهایت اسیدسالیسیلیک پلیمری شرایط آماده می شود. با رشد پلیمر در ابتدا مجموعه های پلیمری تشکیل می گردد و متعاقباً کره های پلیمر که بقطر چند انگسترم می باشد را حاصل می شود. اندازه این کره های پلیمری معمولاً به ذرات سیلیکای اولیه بستگی دارد. این ذرات اولیه به رشد خود ادامه می دهند تا در یک اندازه خاص بلورهای سیلانول سطحی آنها (بلورهای هیدروکسید متصل به اتمهای سیلیکون سطحی) روی ذرات پلیمر اولیه مجاور با حذف آب متراکم شوند. این تراکم موجب می شود که ذرات اولیه بهم چسبیده و در این مرحله محلول شروع به ژل شدن می کند. در طی این فرآیند ذرات اولیه ژل سیلیکایی که تشکیل میشود در طیفی از قطرهای مختلف ازچند انگستروم تا چندین هزارانگستروم (بسته به شرایط تشکیل) بوجود می آیند.

۲- فرایند کلسینه شده سیلیکاژل: بلورهای سیلیکاژل معمولاً در راکتورهای روبسته با سوخت گازی ویا مایع تهیه می شوند سیلیکات از واکنش سدیم اکسید و سیلیسیم اکسید یک اسید و ، در دمای لازم (جهت تامین شدت انحلال معقولانه رطوبت در حمام راکتور) و ویسکوزیته مذاب قابل کنترل بدست می آید. شدت واکنش کوارتز و فضاهای ایجاد شده در سیلیکاژل برای جذب بهتر رطوبت می باشد. از نتایج حاصله از تجزیه و تحلیلهای توموگراویمتریک می توان به سینتیک میان سیلیکات سدیم و اسید پی برد. مواد تولید شده نسبت به رطوبت حساس بوده لذا در طراحی راکتور مراقبتهای لازم را می بایستی پیش بینی کرد. چنانچه انرژی الکتریکی در دسترس و هزینه تامین آن کم باشد، درآنصورت از راکتور الکتریکی بطور رضایت بخش می توان استفاده کرد. سیلیکات و اسیدهای مورد استفاده در محلول باید از خلوص بالا برخوردار باشد بعنوان نمونه درجه سیلیکات سدیم مورد استفاده نبایستی از ۴۳% پائین تر باشد و مواد زائد مخلوط با آن نباید از حد مجاز بیشتر باشد. هنگامی که بلورها در راکتور تولید می شوند می توان آنرا بشکل ژل کلوخه به انحلال دهنده های دوار هدایت نموده ، یا بشکل ژل کلوخه به انحلال دهنده های فشاری حل کرد. بلوار های سیلیکاژ مستقیما به کسانی که خود تجهیزات ابعاد ذرات مختلف (مش بندی) را دارند می فروشند و یا آنکه آنرا با توزیع ذرات ابعاد مختلف (مش بندی) تبدیل می نمایند.

۳- فرایند گلسینه نشده: سیلیکاژل از ترکیب مستقیم و و در فشار ودرجه حرارت لازم در اتوکلاو و در راکتور تولید می شود. محلولهای بدست آمده تا نسبت مولاریته ۶۵/۲ در اتوکلاوی با دمای ۸۰ درجه سانتیگراد و سپس در راکتور قابل تهیه می باشد. نسبت های بالاتر با استفاده از سیلیکای آمورف (پرک) امکان پذیر است. دراین روش اسید پس از واکنش با سیلیکات سدیم در محلول تزریق می گردد و پس از مراحل شستشو به اتوکلاو منتقل می گردد.

اطلاعات ایمنی:
این ماده بر روی پوست و چشم اثر چندانی ندارد. سیلیکاژل در مقایسه با سیلیکا سمیت کمتری دارد. این ماده نمی سوزد.