Silica gel hay có tên gọi khác là hạt hút ẩm được sử dụng phổ biến trong cuộc sống hiện nay. Khi bạn mua đồ ăn hoặc đồ dùng gia đình, các thiết bị điện tử thì bạn thấy có một gói nhỏ bên trong lạo xạo. Đó chính là gói chống ẩm hay gói silica gel có ghi không được ăn. Vậy bên trong hạt hút ẩm silicagel là gì? Hạt chống ẩm silicagel có thành phần ra sao? Cấu trúc của silicagel, chúng hoạt động như thế nào và ứng dụng thế nào?

Silicagel được phát minh tại đại học John Hopkins, Baltimore, Bang Maryland, Hoa kỳ trong những năm 1920. Từ thế chiến thứ II, con người đã sử dụng chúng. Silicagel được sử dụng để giữ cho penicillin khô, như một chất xúc tác để tạo ra xăng có chỉ số octan cao, để làm cao su tổng hợp và hấp thụ khí độc trong mặt nạ phòng độc.

Silicagel là gì?

1. Silicagel là gì?

– Hạt chống ẩm Silicagel là gel axit silixic hay hạt chống ẩm có công thức hoá học (SiO2.nH2O, n<2) thực chất là điôxit silic, ở dạng hạt cứng và xốp với vô số khoang rỗng li ti trong hạt. Mỗi khoang có kích thước lỗ trung bình là 24 angstrom (1 angstrom = 1/10 tỷ mét) nên có diện tích tiếp xúc cực kỳ lớn.

– Silicagel tinh khiết là một chất trơ không phân cực, tuy nhiên khi có nhóm chức hydroxyl trong phân tử thì bề mặt bị phân cực rất mạnh và trở thành chất ưa nước.

– Silicagel thường chứa từ 0,04 ÷ 0,06g nước/1 gam silicagel. Nếu lượng nước này mất đi sẽ là mất tính ưa nước đồng thời làm mất khả năng hấp phụ nước của silica gel.

2. Tính chất của hạt hút ẩm silicagel

– Chất rắn trong suốt, không mùi, không độc, dễ cháy và không ăn được có độ ổn định nhiệt độ và độ bền hóa học cao nên thích hợp với việc sử dụng thông thường.

– Hạt chống ẩm có dạng hạt cứng và xốp, màu trắng, trơ và bền. Dạng cục hoặc viên hình cầu tuỳ thuộc phương pháp tạo hạt khi điều chế, có loại trong suốt như thuỷ tinh, có loại đục.

Hạt hút ẩm silicagel

– Độ xốp thay đổi trong giới hạn 20 – 60%, đường kính lỗ xốp khoảng 3 – 10 nm, bề mặt riêng 200 – 800 m2/g.

– Đường kính silicagel từ 1mm đến 5mm, được đóng thành những gói nhỏ như gói trà lọc (1g, 2g, 3g, 5g, …) để tiện bảo quản hàng xuất khẩu như đồ điện tử, thuốc tây, thực phẩm, bánh trung thu, quần áo, giày dép, chi tiết cơ khí, máy móc, đồ gỗ và nhiều lĩnh vực khác.

– Nóng chảy ở khoảng 1610 °C. Mất khối lượng khi gia nhiệt 5-6%

– Nhiệt dung riêng 920 J·kg−1·K−1

– Độ dẫn nhiệt 500 J/ (m.h.k)

–  Đặc tính xốp nên có thể là hút ẩm và là chất mang xúc tác, chất hấp phụ trong phương pháp sắc kí.

3. Cấu trúc của hạt chống ẩm silicagel

Theo nhiều tác giả thì silicagel là một mạng 3 chiều, liên tục của các hạt keo silica. Dung dịch silicate được acid hóa tạo silicic axit. Trong hệ acid silicic này, dạng gel được hình thành từ sự gắn kết của các nhóm Si(OH)4 tạo thành các chuỗi siloxane. Trạng thái ban đầu của quá trình polyme hóa Si(OH)4 có liên quan đến sự hình thành của các hạt SiO­2 mang trên bề mặt các nhóm silanol (ºSiOH).

Các hạt nhỏ riêng rẽ này được gọi là các mixen. Khi các mixen này va chạm với nhau, các nhóm ºSiOH trên bề mặt sẽ tập hợp lại hình thành dạng Si-O-Si. Như vậy có thể coi đơn giản silicagel là mạng không gian ba chiều của các hạt mixen liên kết với nhau.

Quá trình biến đổi cấu trúc trên bề mặt Silica gel

Các nhóm silanol (ºSiOH) có khả năng gắn kết tạo các “cầu” siloxane (=Si-O-Si=) vì thế bề mặt silica gel hình thành như một tập hợp bao gồm nước (hấp phụ vật lý), và silic oxit gắn kết với các nhóm hydroxyl.

Dưới tác dụng của nhiệt độ, các phân tử nước bị tách ra tạo cho silicagel cấu trúc rỗng đặc trưng. Chính nhờ cấu trúc này mà silicagel có khả năng hấp phụ vật lý cao. Cấu trúc rỗng của silicagel được đặc trưng bởi mật độ và kích thước trung bình của lỗ rỗng. Tùy theo các phương pháp tổng hợp mà mất độ và kích thước lỗ này khác nhau.

4. Cơ chế hấp phụ hơi nước trên silicagel

– Hạt hút ẩm silicagel là gì có thể hấp thu và giữ độ ẩm nhờ vào hiện tượng mao dẫn ở hàng triệu khoang rỗng li ti của nó, hơi nước bị hút và bám vào lỗ rỗng bên trong hạt. Theo nghiên cứu, mỗi một hạt có thể hấp thu một lượng hơi nước bằng 40% trọng lượng của nó.

– Khả năng hút ẩm của silicagel phụ thuộc vào độ ẩm tương đối của môi trường chứ nó không thể hút tới kiệt hơi ẩm trong không khí và tuân theo quy tắc cân bằng. Độ ẩm tương đối của không khí: 20% thì có thể hút đến độ ẩm khoảng 12%. Độ ẩm tương đối của không khí: 50% thì có thể hút đến độ ẩm khoảng 23%. Độ ẩm tương đối của không khí: 90% thì có thể hút đến độ ẩm khoảng 31%.

– Khi silicagel đã ngậm no nước, chúng ta có thể tái sử dụng một cách đơn giản bằng cách nung nóng nó ở nhiệt độ khoảng 180 °C trong khoảng ba giờ (phụ thuộc vào độ đồng đều nhiệt độ, bề mặt tiếp xúc, …) hoặc cho vào lò vi sóng để chế độ Medium trong khoảng 10 phút.

5. Phương trình điều chế silicagel

Thuật ngữ sol-gel đề cập đến là một quá trình trong đó các hạt nano rắn phân tán trong một chất lỏng để tạo thành mạng ba chiều liên tục trải dài khắp chất lỏng (gel), thuật ngữ sol-gel đôi khi được sử dụng như một danh từ để chỉ các gel được làm từ quá trình sol-gel.

Silicagel là một sản phẩm của quá trình sol-gel acid silic, là sản phẩm cuối của quá trình sol gel của acid silic, cô đặc và tạo nên hình dạng khác nhau tùy mục đích sử dụng. Các mạng tinh thể acid silic phân bố rộng, liên kết ba chiều với nhau tạo thành các khoảng trống với kích thước lỗ trống 2,7-3A tạo nên khả năng giữ nước, với một tiết diện tiếp xúc lớn.

Điều chế bằng cách cho natri silicat tác dụng với axit sunfuric. Kết quả tạo thành dạng sol, rồi sol đông tụ lại thành gen, sau khi rửa, sấy khô và nung ta thu được silica gel. Đó là chất rắn có lỗ xốp nhỏ, dạng cục hoặc viên hình cầu tuỳ thuộc phương pháp tạo hạt khi điều chế, có loại trong suốt như thuỷ tinh, có loại đục.

Phương trình điều chế silicagel: Na2O.3SiO2 + H2SO4   → 3SiO2 + H2O + Na2SO4

6. Ứng dụng của silicagel

Hạt silica gel hay hạt chống ẩm là chất hóa học bền và trơ, không độc và có khả năng hấp phụ nước. Khi không ngậm nước hạt có màu trắng trong, sau khi hấp phụ nước thì hạt chuyển sang màu xanh. Điều đặc biệt là ta có thể tái sử dụng hạt hút ẩm này. Hạt silica gel ngậm nước màu xanh có thể nhả nước để trở lại trạng thái ban đầu bằng cách sấy khô. Vì các đặc điểm đặc trưng trên mà hạt silica gel được ứng dụng khá nhiều trong công nghiệp và đời sống.

6.1. Ứng dụng của silicagel trong công nghiệp

Dựa trên đặc tính hút ẩm và tái sử dụng được nên hạt chống ẩm hay silicagel được sử dụng để bảo quản các sản phẩm công nghiệp tránh bị ẩm mốc.

– Hạt silicagel thường được sử dụng để hút ẩm cho khí nén. Hạt này sẽ nằm trong bình làm khô khí nén, Air dryer, giúp tách nước cho khí nén, ứng dụng trong công nghiệp, vì nếu có nước sẽ ảnh hưởng lớn đến thiết bị và sản phẩm. Sau khi hút nước thì hạt sẽ được làm khô ở 150 °C đến 180 °C trong 3-4 giờ.

– Trong các sản phẩm điện tử, nó giúp ngăn ngừa sự ngưng tự hơi nước, có thể làm hư hỏng các sản phẩm này. Nếu trong một lọ vitamin có chứa hơi ẩm và được làm mát một cách nhanh chóng, việc tích tụ hơi ẩm sẽ làm hỏng các viên thuốc. Gói hút ẩm được tìm thấy trong tất cả những vật bị ảnh hưởng bởi môi trường độ ẩm cao hay sự ngưng tụ hơi nước.

– Ứng dụng trong hóa học: Silicagel được sử dụng như một chất xúc tác, chất mang các chất xúc tác khác. Khi các chất xúc tác được ngâm tẩm cùng silicagel chúng sẽ được nhả chậm ra môi trường phản ứng từ đó kiểm soát phản ứng hóa học cũng như sự hình thành sản phẩm chất lượng cao. Ngoài ra, công dụng hút ẩm để duy trì độ ẩm thiết bị thí nghiệm, cũng như hút ẩm trong các thí nghiệm, …

Bên cạnh đó, silica gel có vai trò quan trọng trong công nghệ hóa học, chúng được dùng rất nhiều làm xúc tác trong tổng hợp hữu cơ hóa dầu, lọc nước, …

6.2. Ứng dụng của silicagel trong đời sống

Các chất chống ẩm khác thường được sử dụng bao gồm than hoạt tính, canxi sulfat, canxi clorua, … nhưng phổ biến hơn cả vẫn là hạt silicagel hút ẩm. Cũng một phần nhờ tính năng không gây độc, không gây ô nhiễm môi trường nên silicagel được vận dụng khá nhiều trong cuộc sống của con người.

Silicagel có vai trò hút ẩm để giữ các sản phẩm sử dụng không bị ảnh hưởng độ ẩm môi trường tránh làm hỏng, gây ẩm mốc. Các bịt hút ẩm thường bắt gặp gói hút ẩm thực phẩm, thuốc tây hay các sản phẩm điện tử.

– Túi chống ẩm giúp khử mùi cho giày. Bạn chỉ cần đặt túi chống ẩm vào bên trong giày, loại túi này sẽ hút ẩm cho đôi giày của bạn, đồng thời loại bỏ mùi hôi hiệu quả.

– Bảo vệ ảnh cũ và sách báo: Ẩm ướt chính là nguyên nhân chính dẫn đến mùi mốc cũ đặc trưng của sách báo. Vì vậy, để tránh hiện tượng này, bạn hãy hạn chế sự ẩm ướt bằng cách cho cuốn sách vào một cái túi cùng vài gói hút ẩm.

– Hầu hết những bức ảnh sẽ không tránh khỏi việc bị phai màu và hư hỏng do các tác động hóa học và một trong những nguyên nhân hàng đầu gây ra hiện tượng này chính là độ ẩm của không khí.

– Đánh bay ẩm mốc cho tủ quần áo: Tủ quần áo để lâu ngày sẽ tích tụ hơi ẩm và có mùi ẩm mốc nên bạn có thể đặt ít túi hút ẩm vào trong đó để đánh bay mùi khó chịu. Một cách bảo tồn bầu không khí trong lành thật đơn giản mà hiệu quả.

– Hút ẩm cho điện thoại bị rơi xuống nước: Nếu chẳng may điện thoại bị rơi xuống nước, bạn hãy tháo pin, thẻ nhớ ngay và để điện thoại vào cái bát đựng đầy hạt hút ẩm rồi để qua đêm trước khi bật lên.

Ứng dụng thực tiễn hạt hút ẩm làm khô điện thoại bị ướt và giữ cho trang sức sáng

Hạt hút ẩm silicagel được sản xuất chủ yếu để bảo quản tránh sự ảnh hưởng của độ ẩm môi trường. Nhưng hình dạng của gói chống ấm giống như bánh, kẹo vì vậy cần để xa tầm tay của trẻ em.

7. Ăn nhằm gói chống ẩm silicagel có sao không?

Nếu vô tình nuốt phải hạt hút ẩm silica gel bạn có thể gặp phải các triệu chứng sau đây:

– Mắt khô

– Một sự bực tức, cảm thấy khô trong cuống họng

– Nặng thêm, khô chất nhầy và khoang mũi

– Đau hay khó chịu trong dạ dày

8. Cách sử dụng lại hạt hút ẩm silicagel

Silica gel có thể được sử dụng trong nhiều mục đích thú vị, ngoài ra bạn có thể tái chế nó để làm mới các đặc tính hút ẩm. Tất cả những gì bạn cần làm là làm nóng gel trong tủ sấy (bất cứ thứ gì qua điểm sôi của nước, là 100 °C hoặc 212 °F, vì vậy lò 250 °F là tốt). Để các hạt hơi nguội và sau đó bảo quản chúng trong hộp chống nước.

9. Kiến thức thú vị về silicagel

Vậy bao nhiêu gói hút ẩm silica gel mới có thể hút hết lượng nước trong cơ thể một người, lấy ví dụ một người đàn ông nặng 210 pounds. Chúng ta biết ra rằng 70% cơ thể con người là nước – 70% của 210 pound là 147 pound là nước. Chúng ta cũng biết rằng hạt hút ẩm silica gel có thể hấp thụ tối đa 40% trọng lượng của nó. Vì thế 10 pound hạt hút ẩm silicagel sẽ hút được 4 pound nước.

Suy ra rằng phải mất 367.5 pounds hạt hút ẩm silica gel để hấp thụ hết 147 nước trong cơ thể con người. Vì một gói hút ẩm silica gel nhỏ nặng 0.1 ounces. Nghĩa là một người nặng 210 pound phải cần 58,800 gói hút ẩm mới hút hết được lượng nước trong cơ thể anh ta.

Bài viết trên trình bày những khái niệm liên quan đến hạt chống ẩm silicagel là gì? nguyên lý hút ẩm, và những ứng dụng quan trọng của chúng đầy đủ nhất. Bên cạnh đó, quá trình điều chế ra hạt hạt chống ẩm silicagel được tổng hợp những thông tin chi tiết cho mọi người tham khảo. Hy vọng bài viết mang đến những kiến thức hóa học hữu ích đối với mọi người.