吸附剂结构性能及改性
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架强度。
Ⅳ.洗涤washing 用洗液洗去由于反应生成的盐和剩余的酸 碱，除去杂质离子，避免引起副作用。如作为催化剂 载体影响催化剂活性。 洗涤是老化过程的继续，洗涤液的选择要考虑对 杂质除去和硅胶的结构和性质的影响。
h
5
实验室常用蒸馏水或酸化自来水洗涤，易得细孔硅 胶，工业上常用自来水和杂质较少的循环水洗涤，易得粗 孔硅胶。
原因：自来水含有的少量钙镁离子与硅胶表面的羟 基形成难溶硅酸盐，减少了表面的亲水性，增大了接触角， 降低了毛细管压力，增强了硅胶骨架的强度和抗压缩性， 有利于粗孔硅胶的形成。蒸馏水洗涤时骨架脱水易于收缩 形成细孔硅胶。酸性水时硅胶表面不易形成钙镁离子难溶 盐，对形成细孔硅胶有利。
实践中发现自来水洗涤的硅水凝胶硬度大于蒸馏水 洗涤的产品。
才消失。
缔合羟基 红外3450cm-1处宽峰，伸缩振动，170℃开始缩合脱水，
750℃完全消失。
双生羟基 (红外与自由羟基3750cm-1重叠峰)
400-600℃热处理→主要含自由羟基的硅胶。
三甲基氯硅烷处理→只含缔合羟基的硅胶去除自由羟基。
h
10
硅胶熔结 <700℃热处理 硅胶稳定，无熔结现象；
Ⅴ.氨水浸泡 impregnation 实际上是扩孔措施，浸泡中水凝胶外观发硬，强
度增大，骨架难于收缩有利于粗孔形成。同时氨水对
凝胶孔壁有溶解作用。通常水凝胶用0.15～0.2%的氨水
浸泡6h可得粗孔硅胶。
h
6
Ⅵ.干燥和活化 drying activation 是影响硅胶孔结构的重要环节。如果凝胶骨架弹性较
→多聚硅酸→硅溶胶
硅酸经缩合形成多聚硅酸，
酸度接近中性时形成硅溶胶时间很短，
硅溶胶pH值直径影响孔结构和吸附性能, 见图。
ⅱ胶凝：gelling 硅溶胶在放置过程中自动凝固成水凝胶的过
程。这时，溶胶中二氧化硅质点通过氢键联接成多
孔性水凝胶。
凝胶速度直接影响硅胶的结构和吸附性能，
pH值是影响凝胶速度的主要因素——见N型曲线。
大，易于形成细孔硅胶，如果凝胶的骨架强度较大，易于 形成粗孔硅胶，若二者都不足以抵抗毛细压力，凝胶干燥 过程中发生龟裂或破碎。龟裂或破碎既影响外观，又影响 使用性能，尽力避免。
干燥方式
实验室 烘箱逐步升温脱水干燥，150℃干燥8h。 工业上，水凝胶低温干燥室110～120℃通风干燥20h， 含水量达10%，再高温烘炉150～160℃干燥6～7h。 活化是最后工序，目的是提高硅胶的活性。通常是在 适当温度（150℃）热处理。这时既除去硅胶的吸附水， 又不改变其表面性质和物理结构。若超过200℃水蒸气吸 附量逐渐下降。超过700℃孔结构发生显著变化，表面积、 孔体积，孔径均显著降低。
>700℃热处理 硅氧键断裂，硅胶熔结，孔结构坍塌，表 面积孔体积明显降低。
②硅胶的表面性质与催化作用的关系
h
3
比表面积/m2.g-1 孔容/ml.g-1 lgt
750 0.75
700
0.70
0.65 650
2
4
6
8
pH值
硅溶胶pH值对比表面积 和孔容的影响
6
4
2
0
0
8 10
pH值
单硅酸值－胶凝时间(min) 标准曲线
Leabharlann Baidu
h
4
ⅲ老化ageing 硅溶胶胶凝后经一定时间的放置，使水凝胶骨 架坚固的过程。老化过程常伴有出汗离浆现象。 水凝胶骨架中的质点相互靠近缩合脱水，缩小了网 架结构的空间，将部分的水挤出，即离浆。这时凝胶 表面硅羟基≡Si-OH脱水形成Si-O-Si键，使增强了骨
S m2/g-1 p ml/g-1 286 1.01 31 0.90 20 0.87 12 0.92 4.7 0.87
d粒子/nm 10 90
140 220 380
dpore/nm 14
120 180 300 740
说明：盐溶液顶替蒸馏水，较低压力即可；
水凝胶水蒸气处理可h在较温和条件下进行
8
加盐焙烧扩孔
第八章 常用吸附剂的结构、性能和改性
第二节 常用吸附剂的结构和性能
h
1
第二节常用吸附剂的结构和性能
1.硅胶 silica gel
⑴ 简介 典型的多孔吸附剂，为提高机械强度和使用 寿命，常做出球形或圆柱形。
工业干燥剂，性能较氯化钙优；
色谱分析吸附剂或载体；
催化剂载体。
化学组成 SiO2·xH2O ， 无定形结构， 基本结构单元大小不等的二氧化硅粒子在空间堆积成 硅胶的骨架，粒子间形成的空洞为硅胶的孔隙。有吸附水 和结构水，结构水是以羟基形式和硅原子相连而覆盖硅胶 表面。
h
7
特定硅胶的制备
球形硅胶工业制备
工业上，硅溶胶通过分配伞流入装有油和水的成型塔， 因表面张力作用，溶胶在油相中成球并胶凝，然后落入水 中。再经老化、洗涤、干燥等处理成球胶。
扩孔硅胶（特粗孔）的制备
高压水蒸气扩孔
加热至所需压力
高压釜（硅胶、蒸馏水）
扩孔硅胶
保持一定时间
p/MPa t/h T/℃ 1# 2# 5.07 2 280 3# 8.11 2 300 4# 15.71 2 335 5# 28.68 11 350
分类 特细孔硅胶 <0.2~0.25nm
细孔硅胶 <1~2nm
中孔硅胶 2~nm
粗孔硅胶 >4~5nm
特粗孔硅胶 >10nhm
2
⑵硅胶的制备
普通硅胶制备程序： 化合→凝胶→老化→洗涤→氨水→浸泡→干燥→活化 制备中采用变更操作和处理条件控制孔结构和吸附性能。
ⅰ化合：稀释的水玻璃（Na2O·xSiO2）+ 硫酸→硅酸
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
h
p/p0
9
⑶硅胶的表面结构和性能 ①硅胶的表面结构 硅胶骨架 是以硅原子为中心、氧原子为顶点的硅氧 四和面湿体空在气空接间触不，太硅规原则子地和堆水积产而生成硅的羟无基定，形形体成。化学SiO吸2一附旦水。 此外表面还有物理吸附水。120℃去除物理吸附水，180℃ 去除化学吸附水。 硅胶羟基 自由羟基 红外3750cm-1处尖峰，伸缩振动，热稳定性很高，1100℃
硅胶+盐的混合液→低温干燥→高温焙烧→扩孔硅胶
LiCl·H2O-NaCl-KNO3
550℃2h
19m2/g-1 120nm
普通粗孔硅胶等温线为第Ⅳ类，特粗孔硅胶等温线有 改变，如图。
在作催化剂载体、高温气相层析和液相凝胶色谱填充 剂方面有重要用途。 10
吸附量/mmol·g-1
8
普通硅胶
6
4
2
特粗孔硅胶
Ⅳ.洗涤washing 用洗液洗去由于反应生成的盐和剩余的酸 碱，除去杂质离子，避免引起副作用。如作为催化剂 载体影响催化剂活性。 洗涤是老化过程的继续，洗涤液的选择要考虑对 杂质除去和硅胶的结构和性质的影响。
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实验室常用蒸馏水或酸化自来水洗涤，易得细孔硅 胶，工业上常用自来水和杂质较少的循环水洗涤，易得粗 孔硅胶。
原因：自来水含有的少量钙镁离子与硅胶表面的羟 基形成难溶硅酸盐，减少了表面的亲水性，增大了接触角， 降低了毛细管压力，增强了硅胶骨架的强度和抗压缩性， 有利于粗孔硅胶的形成。蒸馏水洗涤时骨架脱水易于收缩 形成细孔硅胶。酸性水时硅胶表面不易形成钙镁离子难溶 盐，对形成细孔硅胶有利。
实践中发现自来水洗涤的硅水凝胶硬度大于蒸馏水 洗涤的产品。
才消失。
缔合羟基 红外3450cm-1处宽峰，伸缩振动，170℃开始缩合脱水，
750℃完全消失。
双生羟基 (红外与自由羟基3750cm-1重叠峰)
400-600℃热处理→主要含自由羟基的硅胶。
三甲基氯硅烷处理→只含缔合羟基的硅胶去除自由羟基。
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硅胶熔结 <700℃热处理 硅胶稳定，无熔结现象；
Ⅴ.氨水浸泡 impregnation 实际上是扩孔措施，浸泡中水凝胶外观发硬，强
度增大，骨架难于收缩有利于粗孔形成。同时氨水对
凝胶孔壁有溶解作用。通常水凝胶用0.15～0.2%的氨水
浸泡6h可得粗孔硅胶。
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Ⅵ.干燥和活化 drying activation 是影响硅胶孔结构的重要环节。如果凝胶骨架弹性较
→多聚硅酸→硅溶胶
硅酸经缩合形成多聚硅酸，
酸度接近中性时形成硅溶胶时间很短，
硅溶胶pH值直径影响孔结构和吸附性能, 见图。
ⅱ胶凝：gelling 硅溶胶在放置过程中自动凝固成水凝胶的过
程。这时，溶胶中二氧化硅质点通过氢键联接成多
孔性水凝胶。
凝胶速度直接影响硅胶的结构和吸附性能，
pH值是影响凝胶速度的主要因素——见N型曲线。
大，易于形成细孔硅胶，如果凝胶的骨架强度较大，易于 形成粗孔硅胶，若二者都不足以抵抗毛细压力，凝胶干燥 过程中发生龟裂或破碎。龟裂或破碎既影响外观，又影响 使用性能，尽力避免。
干燥方式
实验室 烘箱逐步升温脱水干燥，150℃干燥8h。 工业上，水凝胶低温干燥室110～120℃通风干燥20h， 含水量达10%，再高温烘炉150～160℃干燥6～7h。 活化是最后工序，目的是提高硅胶的活性。通常是在 适当温度（150℃）热处理。这时既除去硅胶的吸附水， 又不改变其表面性质和物理结构。若超过200℃水蒸气吸 附量逐渐下降。超过700℃孔结构发生显著变化，表面积、 孔体积，孔径均显著降低。
>700℃热处理 硅氧键断裂，硅胶熔结，孔结构坍塌，表 面积孔体积明显降低。
②硅胶的表面性质与催化作用的关系
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比表面积/m2.g-1 孔容/ml.g-1 lgt
750 0.75
700
0.70
0.65 650
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pH值
硅溶胶pH值对比表面积 和孔容的影响
6
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pH值
单硅酸值－胶凝时间(min) 标准曲线
Leabharlann Baidu
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ⅲ老化ageing 硅溶胶胶凝后经一定时间的放置，使水凝胶骨 架坚固的过程。老化过程常伴有出汗离浆现象。 水凝胶骨架中的质点相互靠近缩合脱水，缩小了网 架结构的空间，将部分的水挤出，即离浆。这时凝胶 表面硅羟基≡Si-OH脱水形成Si-O-Si键，使增强了骨
S m2/g-1 p ml/g-1 286 1.01 31 0.90 20 0.87 12 0.92 4.7 0.87
d粒子/nm 10 90
140 220 380
dpore/nm 14
120 180 300 740
说明：盐溶液顶替蒸馏水，较低压力即可；
水凝胶水蒸气处理可h在较温和条件下进行
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加盐焙烧扩孔
第八章 常用吸附剂的结构、性能和改性
第二节 常用吸附剂的结构和性能
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第二节常用吸附剂的结构和性能
1.硅胶 silica gel
⑴ 简介 典型的多孔吸附剂，为提高机械强度和使用 寿命，常做出球形或圆柱形。
工业干燥剂，性能较氯化钙优；
色谱分析吸附剂或载体；
催化剂载体。
化学组成 SiO2·xH2O ， 无定形结构， 基本结构单元大小不等的二氧化硅粒子在空间堆积成 硅胶的骨架，粒子间形成的空洞为硅胶的孔隙。有吸附水 和结构水，结构水是以羟基形式和硅原子相连而覆盖硅胶 表面。
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特定硅胶的制备
球形硅胶工业制备
工业上，硅溶胶通过分配伞流入装有油和水的成型塔， 因表面张力作用，溶胶在油相中成球并胶凝，然后落入水 中。再经老化、洗涤、干燥等处理成球胶。
扩孔硅胶（特粗孔）的制备
高压水蒸气扩孔
加热至所需压力
高压釜（硅胶、蒸馏水）
扩孔硅胶
保持一定时间
p/MPa t/h T/℃ 1# 2# 5.07 2 280 3# 8.11 2 300 4# 15.71 2 335 5# 28.68 11 350
分类 特细孔硅胶 <0.2~0.25nm
细孔硅胶 <1~2nm
中孔硅胶 2~nm
粗孔硅胶 >4~5nm
特粗孔硅胶 >10nhm
2
⑵硅胶的制备
普通硅胶制备程序： 化合→凝胶→老化→洗涤→氨水→浸泡→干燥→活化 制备中采用变更操作和处理条件控制孔结构和吸附性能。
ⅰ化合：稀释的水玻璃（Na2O·xSiO2）+ 硫酸→硅酸
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
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p/p0
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⑶硅胶的表面结构和性能 ①硅胶的表面结构 硅胶骨架 是以硅原子为中心、氧原子为顶点的硅氧 四和面湿体空在气空接间触不，太硅规原则子地和堆水积产而生成硅的羟无基定，形形体成。化学SiO吸2一附旦水。 此外表面还有物理吸附水。120℃去除物理吸附水，180℃ 去除化学吸附水。 硅胶羟基 自由羟基 红外3750cm-1处尖峰，伸缩振动，热稳定性很高，1100℃
硅胶+盐的混合液→低温干燥→高温焙烧→扩孔硅胶
LiCl·H2O-NaCl-KNO3
550℃2h
19m2/g-1 120nm
普通粗孔硅胶等温线为第Ⅳ类，特粗孔硅胶等温线有 改变，如图。
在作催化剂载体、高温气相层析和液相凝胶色谱填充 剂方面有重要用途。 10
吸附量/mmol·g-1
8
普通硅胶
6
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特粗孔硅胶