干燥剂性质及应用

概述

干燥剂也被称作吸附剂,是用在防潮及防霉方面,起干燥作用的。日常生活中用吸附法除去水气的干燥剂有硅胶、氧化铝凝胶、分子筛、活性碳、骨炭、或活性白土等。用化学吸收法除去水气的常用吸附剂有氯化钙、生石灰或五氧化磷等与水气的化学亲和力大的物质。当前,干燥剂被广泛应用于食品、农产品、家具、集成电路、精密电子、皮革制品、仪表仪器、纺织品、图书文档、文物字画、集装箱、汽车配件等产品的防潮,可有效避免货物在仓库、集装箱、纸箱、木箱和木盒内受潮湿、凝结水的影响而损坏。

种类

干燥剂按其酸碱性可分为:

  1. 酸性干燥剂:浓硫酸、五氧化二磷、硅胶。
  2. 中性干燥剂:无水氯化钙、无水硫酸镁、硫酸钙、硫酸钠、氧化铝。
  3. 碱性干燥剂:碱石灰( 主要成分CaO和NaOH) 、生石灰、固体氢氧化钠、氢氧化钾、氧化钙、氧化钡。

按其氧化还原性又可分为:

  • 氧化性干燥剂:浓硫酸等。
  • 还原性干燥剂:铁粉等。

分类

干燥剂分为以下几类:由天然矿物经过提纯加工而成粒状或珠状的硅胶干燥剂;外观形状为灰色小球,最适宜在 50℃以下的环境中吸湿粘土干燥剂;人工合成且对水分子有较强吸附性的分子筛干燥剂;由数种天然矿物组成,外观为灰白色小球的矿物干燥剂;由植物纤维组成,有较好的吸湿效果,应用范围较为广泛的纤维干燥剂要由氯化钙及其他一些天然植物材料经特殊工艺精致而成,安全方便实用又不占用空间氯化钙干燥剂。

性质及应用

  1. 浓硫酸:有强烈的吸水性,可干燥N2、O2、H2、CH4、CO等中性气体和CO2、SO2、NO2、Cl2、HCl等非还原性的酸性气体,因其酸性故不能用来干燥NH3等碱性气体,又因其强氧化性故不能干燥H2S、HBr、HI、C2H4(烯烃)等还原性气体。

  2. 五氧化二磷:白色粉末,有“实验室最强的脱水剂”之说,可用来干燥O2、H2、N2、CO、CH4等中性气体和CO2、SO2、NO2、Cl2、HCl等酸性气体。

  3. 硅胶:化学性质稳定,不溶于水和任何溶剂,内部为极细的毛孔网状结构,对水有强烈的吸附作用,可做袋装食品的干燥剂,也常用来保持仪器的干燥,可干燥O2、N2、NH3等。

  4. 碱石灰和固体氢氧化钠:吸水快、是极佳的干燥剂,常用来干燥N2、O2、H2、CH4、CO等中性气体和NH3等碱性气体,不可干燥Cl2、HCl、H2S、SO2、CO2、NO2等酸性气体。

  5. 生石灰:白色固体,碱性氧化物,可用来干燥中性和碱性气体

  6. 无水氯化钙:白色多孔固体,干燥能力强,一般用以填充干燥器,可干燥多种药品和N2、O2、H2、CH4、CO、CO2、SO2、NO2、Cl2、HCl等大多数气体,不能用来干燥氨、酒精、胺、酰、酮、醛、酯等。

  7. 无水硫酸镁:吸水作用迅速,干燥能力强,常用来干燥有机试剂。

  8. 硫酸钙:可干燥H2、O2、CO2、CO、N2、Cl、HCl、H2S、NH3、CH4等。

  9. 活性氧化铝:吸水量大,干燥速度快。

  10. 无水硫酸铜:具有一定的干燥性,吸水程度较小,一般用来检验水的存在,吸水后变蓝,不用来做干燥剂。

表为几种常用干燥剂的干燥性能比较

干燥剂 干燥能力 再生温度
20℃干燥剂后空气中残存水分 / mg·L-1 干燥速度 吸水量
CaO 0.2
不可
NaOH 0.16
不可
P4O10 0.00002
不可
98% H2SO4 0.003
不可
CaSO4 0.004
250℃
CaCl2 0.14
800℃
CuSO4 1.4
200℃
Na2SO4 1.92
230℃
硅胶 0.002
200℃
活性氧化铝 0.003
175℃
分子筛 0.001
250℃
Mg(ClO4)2 0.0005
250℃

干燥机理

干燥剂是一种从大气中吸收潮气的除水剂,它的干燥原理就是通过物理方式将水分子吸附在自身的结构中或通过化学方式吸收水分子并改变其化学结构,变成另外一种物质。

衡量标准

  1. 颗粒规格
    规定了干燥剂颗粒的尺寸。干燥剂颗粒有球形颗粒和柱状颗粒,球形颗粒的尺寸为粒径尺寸大小,培状颗粒尺寸为柱长和截面直径大小。常用干燥剂的的尺寸大小一般为几个毫米的数量级。

  2. 颗粒强度
    颗粒强度指的是干燥剂的颗粒抗压强度和磨损耗。干燥剂在使用过程中颗粒强度高、磨损耗低,使用时不易破碎,干燥剂的使用效率也就较高。

  3. 吸湿率
    干燥剂的吸湿率指的是特定条件下干燥剂吸附的水分质量与干燥剂质量的比值。

  4. 吸湿速率
    吸湿速率指的是干燥剂吸湿的快慢。即在湿度一定的条件下下,干燥剂达到吸湿饱和状态所需要的时间,时间越短,说明干燥剂的吸湿速率越快。干燥剂对于吸湿速率的要求并不是很高。

  5. 再生性
    再生性是指干燥剂吸湿后经过处理还能够继续使用的特性。即干燥剂在吸水后通过加热等方法使水分蒸发,使干燥剂可再次使用。

  6. 有无毒害、污染等
    规定了干燥剂的使用范围和场所,干燥剂对所干燥的对象物质和周围环境不能具有毒害、腐蚀、污染、放射性等。对于干燥剂这方面的要求比较高的是食品行业。

应用

干燥剂常用于防湿包装,比如照相机及感光材料、精密仪器/电器、食品、药品、鞋、衣服、皮革、武器、电讯器材等;也可以用于空气脱湿,如家庭内壁橱、柜子、地板、乐器等;可以用在空气干燥方面,比如仓库、制药厂、精密机械、电子器材制造厂、压缩空气、仪表空气干燥。另外,活性矿物干燥剂被广泛应用于不能采用油封、气相封存的产品中,诸如:光学仪器、电子产品、医学保健、食品包装及军工产品和民用产品的干燥空气封存。

  1. 日常生活中干燥剂的选择
    首先,在使用干燥剂时,还要考虑干燥剂的吸水容量和干燥性能。吸水容量是指单位重量干燥剂所吸得水量;干燥效能是指达到平衡是液体干燥的程度,对于形成水合物的无机盐干燥剂采用吸水后结晶水的蒸汽压来表示。此外选择干燥剂还要考虑干燥速度和价格。另外,液体有机化合物的干燥,通常是将干燥剂直接与之接触,因而使用的干燥剂必须不与该物质发生化学反应或催化作用,不溶解于该液体中。例如酸性物质不能用碱性干燥剂,碱性物质也不能用酸性干燥剂。有的干燥剂能与某些被干燥的物质生成络合物。如氯化钙易与醇类。胺类形成络合物,因而不能用来干燥这些液体。强碱性干燥剂如氧化钙、氢氧化钠能催化某些醛类或酮类发生缩合、自动氧化等反应,也能使脂类或酰胺类发生水解反应。氢氧化钾(钠)还能显著地溶解于低级醇中。其次,选用干燥剂的基本原则就是所选干燥剂不能与被干燥气体反应,干燥过程中不能引入新物质。一般的说,酸性干燥剂不能干燥碱性气体,可以干燥酸性气体及中性气体;碱性干燥剂不能干燥酸性气体,可以干燥碱性气体及中性气体;中性干燥剂可以干燥各种气体。

  2. 日常生活中使用干燥剂贮存茶叶
    使用干燥剂,可使茶叶的贮存时间延长到一年左右。选用干燥剂的种类,可依茶类和取材方便而定。贮存绿茶,可用块状未潮解的石灰;贮存红茶和花茶,可用干燥的木炭;有条件者,也可用变色硅胶。用生石灰保存茶叶时,可先将散装茶用薄质牛皮纸包好(以几两到半斤成包),捆牢,分层环列于干燥而无味完好的坛子或无锈无味的小口铁筒四周,在坛和筒中间放一袋或数袋未风化的生石灰,上面再放茶叶数小包,然后用牛皮纸、棉花垫堵塞坛或筒口,再盖紧盖子,置于干燥处贮藏。一般1-2个月换一次石灰,只要按时更换石灰,茶叶就不会吸潮变质。

  3. 日常生活中使用干燥剂保存药品。
    为了保持药品的干燥或对制得的气体进行干燥,必须使用干燥剂。常用的干燥剂有三类:一类为酸性干燥剂,有浓硫酸、五氧化二磷、硅胶等;第二类为碱性干燥剂,有固体烧碱、石灰和碱石灰等;第三类是中性干燥剂,如无水氯化钙、无水硫酸镁等。常用干燥剂的性能和用途如下:浓H2SO4具有强烈的吸水性,常用来除去不与H2SO4反应的气体中的水分,常作为H2、O2、CO、SO2等气体的干燥剂;无水氯化钙干燥能力强而被广泛应用,干燥速度快,能再生,脱水温度473K,一般用以填充干燥器和干燥塔,干燥药品和多种气体;无水硫酸镁有很强的干燥能力,吸水后生成MgSO4.7H2O,常用来干燥有机试剂;固体氢氧化钠和碱石灰吸水快、效率高是极佳的干燥剂,常用来干燥氢气、氧气等气体;变色硅胶常用来保持仪器、天平的干燥。

  4. 干燥剂在日常食品包装中的应用
    食品包装中放入干燥剂就是为了减低食品袋中的湿度防止食品变质腐败。食品中常用的干燥剂是氧化钙(CalciumOxide)和硅胶(SilicaGel)。氧化钙也就是我们常叫的生石灰,是白色或灰白色的块状物,有很强的吸收空气中水分的功能。干燥剂放入食品包装中是为了减低食品袋中的湿度,防止食品变质腐败,在儿童食品的包装中最为常用。食品中的干燥剂一般是无毒、无味、无接触腐蚀性、无环境污染;而实验室的干燥剂如浓硫酸,碱石灰等等就太危险了,但是它们也有优点,例如吸水极快,效率高,价格便宜等。

其他

活性矿物干燥剂采用纯天然原料矿物及活性吸湿剂精炼而成,绿色环保,无毒无味,对人体无损害。产品在室温及一般湿度下吸附性能良好,具有吸附活性,静态减湿和异味去除等功效。并且价格低廉、吸附速度快,制备成本低。与目前市场上销售的其它类型干燥剂相比,不仅吸附速度快,吸附能力高且无毒、无味、无接触腐蚀性、无环境污染,尤其应用于食品包装,对人体无害。

蒙脱石干燥剂采用纯天然原料膨润土,绿色环保,无毒无味,对人体无损害。它在室温及一般湿度下吸附性能良好,具有吸附活性,静态减湿和异味去除等功效。不仅吸附速度快,吸附能力高且无毒、无味、无接触腐蚀性、无环境污染,尤其应用于食品包装,对人体无害。被广泛应用于不能采用油封、气相封存的食品包装及军工产品和民用产品的干燥空气封存。


主要参考资料

  • 吴仪婷,衷明华.浅谈干燥剂在中学化学中的应用[J].江西化工,2015(03):109-111.
  • 陆燕海.对干燥剂选用的一些探讨[J].化学教学,2013(04):75-77.
  • 李海陕.干燥剂在日常生活中的应用探析[J].科技风,2009(21):248-249.
  • 刘启飞. 凹凸棒石集装箱新型复合干燥剂的制备[D].安徽理工大学,2016.