硅胶的性质

（一）布置任务

检索硅胶的基本性质，包括俗名、英文名、化学式，以及外观、溶解性、典型性质等。

（二）任务总结

1．硅胶的基本性质。

俗名：氧化硅胶或硅酸凝胶。英文名：Silica gel；Silica。化学式：xSiO2·yH2O。相对分子质量：60．08。

外观：高活性吸附材料，属非晶态物质。

溶解性：除强碱、氢氟酸外不与任何物质发生反应，不溶于水和任何溶剂，无毒无味，化学性质稳定。

典型性质：吸附性能高、热稳定性好、化学性质稳定、有较高的机械强度等。

2．硅胶的特性。

（1）硅胶产品。

①硅铝胶系列。

以硅铝胶为例。硅铝胶外观呈微黄色，化学式为mSiO2·nAl2O3·xH2O，化学性质稳定，不燃烧，不溶于任何溶剂。细孔硅铝胶和细孔硅胶相比低，湿度吸附量相当（如RH＝10%，RH＝20%），但高湿度吸附量（如RH＝80%，RH＝90%）比细孔硅胶高6%～10%，热稳定性比细孔硅胶（200℃）高150℃以上，非常适宜做变温吸附、分离剂。主要用于天然脱水、变温吸附分离轻烃等，也可用做石油行业的催化剂及催化剂载体、工业用干燥剂、液体吸附剂及气体分离等。

图5－1　硅铝胶

②硅溶胶系列。

以硅溶胶为例。硅溶胶属胶体溶液，无臭、无毒，化学式可表示为mSiO2·nH2O。由于胶体粒子微细（10～20nm），有相当大的比表面积，粒子本身无色透明，不影响被覆盖物的本色。黏度较低，水能渗透的地方都能渗透，因此和其他物质混合时分散性和渗透性都非常好。当硅溶胶水分蒸发时，胶体粒子牢固地附着在物体表面，粒子间形成硅氧结合，是很好的黏合剂：用做各种耐火材料的黏结，具有黏结力强、耐高温（1500℃～1600℃）等特点；用于涂料工业，能使涂料牢固，又有抗污防尘、耐老化、防火等功能；用于薄壳精密铸造，可使壳型强度大、铸造光洁度高；用其造型比水玻璃造型质量好，代替硅酸乙酯造型可降低成本和改善操作条件。硅溶胶有较高的比表面积，可用于催化剂制造及催化剂载体。用于造纸工业，可作为玻璃纸防黏剂、照相用纸前处理剂、水泥袋防滑剂等。用做纺织工业上浆剂，它与油剂联用处理羊毛、兔毛，可以改善羊毛、兔毛的可纺性，减少断头，防止飞花，提高成品率，增加经济效益。另外，还可用做矽钢片处理剂、显像管分散剂、地板蜡抗滑等。

图5－2　硅溶胶

③变色胶系列。

ⅰ．蓝色硅胶。蓝色硅胶分为蓝胶指示剂、变色硅胶和蓝胶，外观为蓝色或浅蓝色玻璃状颗粒。根据颗粒形状可分为球形和块状两种，具有吸湿后自身颜色由蓝色变红色的特性。主要用于仪器、仪表、设备等在密闭条件下的吸潮防锈，同时又能通过吸潮后自身颜色由蓝变红直观指示出环境的相对湿度。与普通硅胶干燥剂配合使用，指示干燥剂的吸湿程度和判断环境的相对湿度。作为包装用硅胶干燥剂，广泛用于精密仪器、皮革、鞋、服装、食品、药品和家用电器等。

图5－3　蓝色硅胶

ⅱ．彩色变色硅胶。欧盟于1998年把氯化钴确定为二类致癌物，含有氯化钴的蓝胶在欧美已被禁止生产而逐步被淘汰。为了适应市场需要，青岛海洋化工有限公司研制出了彩色变色硅胶。本品为球形或不规则形状的颗粒，根据外观的不同分为紫色、橘红色或黄色三种型号，其主要成分为二氧化硅，颜色随湿度不同而变化，除具有蓝胶性能外，还具有不含氯化钴、无毒、无害的优点，主要用于干燥，指示干燥程度或湿度，广泛用于精密仪器、医药、石油化工、食品、服装、皮革、家电及其他工业气体等。

图5－4　彩色变色硅胶

④工业与试剂用品系列。

以硅胶板为例。有薄层层析硅胶板、高效薄层层析硅胶板，它是由优质薄层层析硅胶调配适当的黏合剂涂铺于玻璃基板上而成。本品有规定的孔容、比表面和孔分布。可直接用于多种类型有机物质的快速分离——定性或定量分析。在医药、农药、中草药、有机化工产品及粮食、食品的微量杂质及主要成分的鉴定中已得到普遍应用。

图5－5　硅胶板

⑤普通产品系列。

ⅰ．细孔硅胶。细孔硅胶包括细孔球形硅胶和细孔块状硅胶，外观呈透明或半透明玻璃状。平均孔径为2．0～3．0nm，比表面为650～800m2／g，孔容为0．35～0．45mL／g，比热为0．92kJ／（kg·℃），导热系数为0．63kJ／（m·Hr·℃）。细孔硅胶又称A型硅胶，主要用于干燥、防潮，也可用做催化剂载体、吸附剂、分离剂等。

图5－6　细孔硅胶

ⅱ．B型硅胶。B型硅胶为乳白色透明或半透明球状或块状颗粒。B型胶孔结构介于粗孔、细孔硅胶之间，平均孔径为4．5～7．0nm，比表面为450～650m2／g，孔容为0．60～0．85mL／g，主要用做液体吸附剂、干燥剂和香料载体，也可用做催化剂载体、硅砂等。

图5－7　B型硅胶

ⅲ．粗孔硅胶。粗孔硅胶外观呈白色，有块状、球形。平均孔径为8．0～10．0nm，比表面积为300～400m2／g，孔容为0．8～1．0mL／g，比热0．92kJ／（kg·℃），导热系数为0．167kJ／（m·Hr·℃）。用于防湿包装，工业气体的脱水提纯，清除绝缘油中的有机酸和高聚物，工业发酵过程中吸附发酵品中的高分子蛋白，做催化剂或催化剂载体等。

图5－8　粗孔硅胶

ⅳ．小包装硅胶。用于包装的硅胶有多种规格，可方便地置于各类物品（如仪器仪表、电子产品、皮革、鞋、服装、食品、药品和家用电器等）包装内，以防止物品受潮霉变或锈蚀。

ⅴ．啤酒硅胶。啤酒硅胶是一种非晶态多微孔结构的固体粉末，孔径为8～16nm，化学式为mSiO2·nH2O，不溶于水和任何溶剂，除苛性碱和氢氟酸外，不与任何酸、碱、盐起反应；无毒，无味，不燃烧，不爆炸，热、冷稳定性好，对人体无害，主要用于啤酒工业。

图5－9　小包装硅胶

用途：

（A）啤酒硅胶具有大的比表面和无数适宜的微孔结构，可以在几分钟内把造成啤酒混浊的蛋白质吸附，经过滤除去，可延长啤酒贮藏期180～240天，防止啤酒出现冷浑浊。

图5－10　啤酒硅胶

（B）不影响啤酒泡沫和口味。啤酒硅胶的物化性质决定了它对啤酒泡沫和口味毫无影响，实践也证明了啤酒硅胶是世界啤酒行业公认的最安全的啤酒稳定剂。

（C）提高助滤效果。啤酒硅胶化学性质稳定，不含啤酒可溶物，其表面积和多微孔结构均优于硅藻土，是很好的助滤剂，辅助硅藻土过滤能使啤酒更明亮、更清澈。

ⅵ．硅砂（猫砂）。硅胶内部具有大量的微孔结构，对水汽、各种异味有极强的吸附能力。硅胶猫砂即利用硅胶的这一特性精制加工而成。硅胶猫砂是一种新型的、理想的宠物垃圾清洁剂，具有以往黏土等猫砂无可比拟的优良特性。用硅胶做猫砂是近年来猫砂行业的一次重大变革。硅胶猫砂的主要成分是二氧化硅，无毒无污染，是一种家庭用的绿色环保产品。用后的猫砂将其挖坑掩埋即可。硅胶猫砂的外观呈白色颗粒状，而且重量轻，破碎低，能够抑制细菌生长，是当今国际市场上最受欢迎的猫砂产品。该产品投放市场后，立即受到欧美等国家广大消费者的欢迎。

图5－11　硅砂

（2）硅胶的特点。

硅胶是一种高活性吸附材料，通常由硅酸钠和硫酸反应，并经老化、酸泡等一系列后处理过程而制得。硅胶属非晶态物质，其化学式为mSiO2·nH2O。不溶于水和任何溶剂，无毒，无味，化学性质稳定，除强碱、氢氟酸外，不与任何物质发生反应。各种型号的硅胶因其制造方法不同而形成不同的微孔结构。硅胶的化学组分和物理结构，决定了它具有许多其他同类材料难以取代的特点：吸附性能高，热稳定性好，化学性质稳定，有较高的机械强度等。

硅胶根据其孔径的大小分为大孔硅胶、粗孔硅胶、B型硅胶、细孔硅胶。由于孔隙结构的不同，因此它们的吸附性能各有特点。粗孔硅胶在相对湿度高的情况下有较高的吸附量。细孔硅胶则在相对湿度较低的情况下吸附量高于粗孔硅胶，而B型硅胶由于孔结构介于粗、细孔之间，其吸附量也介于粗、细孔之间。大孔硅胶一般用做催化剂载体、消光剂、牙膏磨料等。因此，应根据不同的用途选择不同的品种。

（3）硅胶的安全性能。

硅胶的主要成分是二氧化硅，化学性质稳定，不燃烧。硅胶是一种非晶态二氧化硅，应控制车间粉尘含量不大于10mg／m3，需加强排风，操作时戴口罩。

硅胶有很强的吸附能力，对人的皮肤能产生干燥作用，因此，操作时应穿戴好工作服。若硅胶进入眼中，需用大量的水冲洗，并尽快找医生治疗。

蓝色硅胶由于含有少量的氯化钴，有毒，应避免和食品接触和吸入口中，如发生中毒事件应立即找医生治疗。

（4）硅胶的再生。

硅胶在使用过程中因吸附了介质中的水蒸气或其他有机物质，吸附能力下降，可通过再生后重复使用。

①硅胶吸附水蒸气后的再生。

硅胶吸附水分后，可通过热脱附方式将水分除去。加热的方式有多种，如电热炉、烟道余热加热及热风干燥等。

脱附加热的温度控制在120℃～180℃为宜。各种工业硅胶再生时的最高温度不应超过以下限度：

粗孔硅胶不得高于600℃；

细孔硅胶不得高于200℃；

蓝胶指示剂（或变色硅胶）不得高于120℃；

硅铝胶不得高于350℃。

再生后的硅胶，其水分一般控制在2%以下即可重新投入使用。

②硅胶吸附有机杂质后的再生。

ⅰ．焙烧法。

对于粗孔硅胶，可放在焙烧炉内逐渐升温至500℃～600℃，经6～8小时至胶粒呈白色或黄褐色即可。对细孔硅胶，焙烧温度不能超过200℃。

ⅱ．漂洗法。

将硅胶在饱和水蒸气中吸附达到饱和后放热水中浸泡漂洗，并可结合使用洗涤剂以除去废油或其他有机杂质，再经净水洗涤后烘干脱水。

ⅲ．溶剂冲洗法。

根据硅胶吸附有机物种类，选用适当的溶剂将吸附在硅胶内的有机物溶出，然后将硅胶加热以脱除溶剂。

③硅胶再生应注意的问题。

ⅰ．烘干再生时应注意逐渐提高温度，以免干燥过快引起胶粒炸裂，降低回收率。

ⅱ．对硅胶焙烧再生时，温度过高会引起硅胶孔结构的变化而明显降低其吸附效果，影响使用价值。对于蓝胶指示剂或变色硅胶，脱附再生的温度应不超过120℃，否则会因显色剂逐步氧化而失去显色作用。

ⅲ．经再生后的硅胶一般应过筛除去微细颗粒，以使颗粒均匀。

（5）硅胶的贮存与包装。

硅胶具有强的吸湿能力，因此应贮存在干燥地方，包装物与地面之间要有搁架。包装物有钢桶、纸桶、纸箱、塑料瓶、聚乙烯塑料复合袋、柔性集装袋等。运输过程中应避免雨淋、受潮和曝晒。

（6）硅胶的应用。

概括地讲，硅胶是一类高活性的吸附材料，但硅胶具体地又分为多品种、多规格，其产品的应用上除由共性决定的某些用途外，各种硅胶又因其孔结构、化学纯度、颗粒形状与分散程度等方面的差异而又具有自己的适用领域，以下介绍几种主要的用途。

①硅胶用于除湿。

ⅰ．静态干燥。

在贮存机械、金属材料、精密仪器、电器测量仪表、药品、食品、美术作品和其他日用轻化工、纺织物品时，即使是放在气密性较好的包装容器内，在较长的存放期内也很难防止湿气侵蚀。为了维持存放物品的环境具有适当的平衡湿度，可根据环境的容积、气体条件等放入一定量的硅胶。具体选用细孔还是粗孔，则需要根据它们各自的特点与物品对存放环境的湿度要求，有时亦可配合使用。

ⅱ．动态干燥。

在动态条件下干燥（在某些情况下同时可以净化）工业气体、压缩空气、石油裂解气、水煤气、天然气等或用于空气调湿。在这方面的应用中，一般要考虑满足干燥效果和达到必要露点的设计条件。

②硅胶用于指示。

如硅胶指示剂和变色硅胶，它们除具有硅胶的除湿性能，又可以通过吸湿程度不同改变自身的颜色，从而指示出环境相对湿度的变化。它们既可配合其他硅胶使用，亦可单独使用。

③硅胶用于催化或做催化剂载体。

粗孔块、粗孔球、粗孔微球、硅酸等硅胶产品因其良好的孔结构和热化学稳定性而被用于催化过程，或作为载体分散催化活性物质组分。

④硅胶用于净化、分离与制备。

不同品种的硅胶可分别用于多方面的物质制备和净化，如石油制品中脱除芳烃、发酵品中吸附高分子蛋白、油质除酸以及高纯度物质的制取和药物分离。

⑤硅胶用于分析。

如薄层、柱层、液相色谱用硅胶及活化硅胶等均可运用其选择性吸附的特点分离和检出各种产品的有效成分或杂质，也可用于气体监测。

⑥其他应用。

高效干燥剂、硅酸、白炭黑等硅胶产品也都有自己的特殊用途，如白炭黑用做补强剂等。