งานวิจัยเกี่ยวกับขอบเขตการประยุกต์ใช้สารดูดความชื้นซิลิกาเจล

ในกระบวนการผลิตและการใช้งานในชีวิตประจำวัน ซิลิกาเจลสามารถใช้ในการดูดความชื้น N2 อากาศ ไฮโดรเจน ก๊าซธรรมชาติ [1] และอื่นๆ โดยสามารถแบ่งสารดูดความชื้นตามความเป็นกรดด่างได้เป็น สารดูดความชื้นที่เป็นกรด สารดูดความชื้นที่เป็นด่าง และสารดูดความชื้นที่เป็นกลาง [2] ซิลิกาเจลดูเหมือนจะเป็นสารดูดความชื้นที่เป็นกลางที่สามารถดูดความชื้น NH3, HCl, SO2 เป็นต้นได้ อย่างไรก็ตาม จากมุมมองทางหลักการ ซิลิกาเจลประกอบด้วยโมเลกุลของกรดออร์โธซิลิซิกที่เกิดจากการคายน้ำระหว่างโมเลกุลแบบสามมิติ โดยมี SiO2 เป็นองค์ประกอบหลัก และพื้นผิวมีหมู่ไฮดรอกซิลจำนวนมาก (ดูรูปที่ 1) เหตุผลที่ซิลิกาเจลสามารถดูดซับน้ำได้ก็คือ หมู่ไฮดรอกซิลของซิลิคอนบนพื้นผิวของซิลิกาเจลสามารถสร้างพันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุลกับโมเลกุลของน้ำได้ จึงสามารถดูดซับน้ำและทำหน้าที่ดูดความชื้นได้ ซิลิกาเจลที่เปลี่ยนสีได้นั้นประกอบด้วยไอออนโคบอลต์ และหลังจากที่การดูดซับน้ำถึงจุดอิ่มตัว ไอออนโคบอลต์ในซิลิกาเจลที่เปลี่ยนสีได้จะกลายเป็นไอออนโคบอลต์ไฮเดรต ทำให้ซิลิกาเจลสีน้ำเงินเปลี่ยนเป็นสีชมพู หลังจากให้ความร้อนแก่ซิลิกาเจลสีชมพูที่อุณหภูมิ 200℃ เป็นระยะเวลาหนึ่ง พันธะไฮโดรเจนระหว่างซิลิกาเจลและโมเลกุลของน้ำจะแตกออก และซิลิกาเจลที่เปลี่ยนสีจะกลับมาเป็นสีน้ำเงินอีกครั้ง ดังนั้นแผนภาพโครงสร้างของกรดซิลิซิกและซิลิกาเจลจึงสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ดังแสดงในรูปที่ 1 ดังนั้น เนื่องจากพื้นผิวของซิลิกาเจลอุดมไปด้วยหมู่ไฮดรอกซิล พื้นผิวของซิลิกาเจลอาจสร้างพันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุลกับ NH3 และ HCl เป็นต้น และอาจไม่มีวิธีใดที่จะทำหน้าที่เป็นสารดูดความชื้นของ NH3 และ HCl และไม่มีรายงานที่เกี่ยวข้องในเอกสารที่มีอยู่ ดังนั้นผลลัพธ์คืออะไร? หัวข้อนี้ได้ทำการวิจัยเชิงทดลองดังต่อไปนี้