Hạt hút ẩm silica gel là một loại hóa chất rất phổ biến trong đời sống. Silica gel thực chất là điôxit silic, ở dạng hạt cứng và xốp (có vô số khoang rỗng li ti trong hạt). Công thức hóa học đơn giản của nó là SiO2.nH2O (n<2), nó được sản xuất từ natri othosilicat (Na2SiO4) hoặc Silic TetraClorua (SiCl4).
Hiện nay silica gel có vai trò rất quan trọng trong công nghệ hóa học từ đơn giản đến phức tạp. Silica gel được dùng rất nhiều làm xúc tác trong tổng hợp hữu cơ hóa dầu, lọc nước.
Độ ẩm là kẻ thù không thể đội đầu chung của các sản phẩm công nghệ nhạy cảm như máy quay phim, máy ảnh, ống kính... và vấn đề bảo quản là một yêu cầu thiết thực. Silica gel được biết đến là chất hút ẩm, giúp bảo quản các thiết bị, bảo quản lương thực, thực phẩm và nhiều đồ dùng thiết yếu khác.
So với các vật liệu hút ẩm mạnh khác như H2SO4 đặc, P2O5… thì silicagel hút ẩm kém hơn nhưng an toàn hơn. Các vật liệu khác thì có thể chảy rữa, tái sinh khó khăn hơn và giá thành cũng đắt hơn.
Vậy hạt hút ẩm silical gel là gì?
Silica gel là dạng hạt, có cấu trúc rỗng của Silica được tổng hợp từ oxyt silic. Được phát minh tại đại học John Hopkins, Baltimore, Bang Maryland, Hoa kỳ trong những năm 1920. Điều chế bằng cách cho natri silicat tác dụng với axit sunfuric: Na2O.3SiO2 + H2SO4 3SiO2 + H2O + Na2SO4, kết quả tạo thành dạng sol, rồi sol đông tụ lại thành gen, sau khi rửa, sấy khô và nung ta thu được silicagen.
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. Độ xốp thay đổi trong giới hạn 20 - 60%, đường kính lỗ xốp khoảng 3 - 10 nm, bề mặt riêng 200 - 800 m2/g. Thường là khoảng 800m2/g, có thể tưởng tượng một lượng silica gel cỡ một thìa cà phê có diện tích tiếp xúc cỡ một sân bóng đá.
Hạt Silicagel có khả năng hút nước mạnh ngoài ra với đặc tính xốp còn được dùng làm chất mang xúc tác; chất hấp phụ (pha tĩnh) trong phân tích sắc kí. Tuy nhiên loại hạt silicagel dùng để hút ẩm không phải là loại dùng làm chất nhồi trong cột sắc ký.
Silicagel là một chất vô cơ bền, không độc, bảo quản và vận chuyển dễ dàng.
So sánh hiệu quả của các hóa chất được dùng để hút ẩm
- CaCl2 : lượng nước còn lại trong 1 lít không khí 1,5mg
- NaOH: lượng nước còn lại trong 1 lít không khí 0,8mg
- H2SO4 95%: lượng nước còn lại trong 1 lít không khí 0,3mg
- Silica gel: lượng nước còn lại trong 1 lít không khí 0,03mg
- KOH: lượng nước còn lại trong 1 lít không khí 0,014mg
- Al2O3: lượng nước còn lại trong 1 lít không khí 0,005mg
- CaSO4: lượng nước còn lại trong 1 lít không khí 0,005mg
- Vật liệu rây phân tử: lượng nước còn lại trong 1 lít không khí 0,004
- H2SO4 đặc: lượng nước còn lại trong 1 lít không khí 0,003
- Mg(ClO4)2: lượng nước còn lại trong 1 lít không khí 0,002
- P2O5: lượng nước còn lại trong 1 lít không khí 0,00002mg
Trong đời sống hàng ngày, người ta thường gặp silica gel trong những gói nhỏ đặt trong lọ thuốc tây, trong gói thực phẩm, trong sản phẩm điện tử và có dòng chữ «do not eat» «không được ăn» .
Ở đó, silica gel đóng vai trò hút ẩm để giữ các sản phẩm trên không bị hơi ẩm làm hỏng. Silica gel hút ẩm nhờ hiện tượng mao dẫn ở hàng triệu khoang rỗng li ti của nó, hơi nước bị hút vào và bám vào chỗ rỗng bên trong các hạt. Silica gel có thể hút một lượng hơi nước bằng 40% trọng lượng của nó và một cách tương đối có thể làm độ ẩm tương đối trong hộp kín giảm xuống đến 40%.
Để chỉ thị tình trạng ngậm hơi nước của silica gel, người ta đưa một lượng muối coban clorua vào trong các mao quản của silicagel.silica gel Khi còn khô muối coban clorua sẽ có màu xanh dương, khi bắt đầu ngậm hơi nước, nó chuyển dần sang màu xanh nhạt, rồi màu hồng.
Loại silicagel này có giá cao hơn silicagel không tẩm màu. Gần đây có nhiều ý kiến cho rằng coban clorua là nguyên tố có thể gây ung thư khi vô tình để xâm nhập vào cơ thể tuy nhiên quan điểm này chưa nhận được sự đồng tình của nhiều nhà khoa học do nguyên nhân ung thư vẫn chưa được hoàn toàn sáng tỏ thì không thể kết luận một yếu tố nào đó là gây ung thư được.
Cơ chế gây ung thư hiện nay vẫn chủ yếu dựa trên các mô hình thống kê truyền thống và chưa thấy có báo cáo có hệ thống nào về coban clorua. Tuy nhiên cũng cần lưu ý tới điều này và thực hiện đúng chỉ dẫn « do not eat » vì coban clorua không bay hơi ở điều kiện thường nên cũng không cần quá băn khoăn.
Khi silica gel đã ngậm no nước, ta có thể tái sinh một cách đơn giản nó bằng cách giữ nó ở nhiệt độ khoảng 180 độC 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 hoặc cho tới khi nào nó trở về màu xanh dương với các loại có chất chỉ thị coban clorua.
Tuy nhiên để hiểu thấu đáo được quá trình hấp phụ và nhả hấp phụ là vấn đề có tính khoa học và rất phức tạp.
Một cách đơn giản thì quá trình sấy là quá trình giải hấp phụ bên trong hạt silicagel, phải sấy ở nhiệt độ cao và trong thời gian dài thì mới hiệu quả. Nếu sấy ở nhiệt độ thấp hoặc trong thời gian ngắn thi silicagel sẽ nhanh chóng hút đầy nước và bạn sẽ nhanh phải sấy lại hơn.
Lưu ý rằng nhiệt độ sấy cao hoặc có sự tác động của ngoại lực có thể dẫn đến việc hạt silicagel bị vỡ vụn và số lần hoàn nguyên silicagel khá thấp, sau vài lần sấy bạn phải thay silicagel mới. Điều này là đáng quan tâm khi bảo quản các ống zoom của máy ảnh, những mảnh vụn của siliaca gel có thể lọt vào và làm kẹt ống. Và silica gel bản chất như thủy tinh nên có thể mài xướt các hệ quang học.
Trong điều kiện thời tiết Việt Nam có độ ẩm cao, các thiết bị điện tử đắt tiền như máy quay phim, máy ảnh, len… rất dễ bị hỏng hoặc bị nấm mốc tấn công nếu để trong nơi có độ ẩm cao trong thời gian dài. Vì vậy việc sử dụng silica gel làm chất hút ẩm để bảo quản các thiết bị số là một nhu cầu lớn vì đầu tư nhỏ hơn nhiều so với đầu tư một tủ chống ẩm giá khoảng vài trăm dollar.
Một cách tiêu chuẩn là sử dụng bình hút ẩm là một bình thủy tinh có 2 đáy, ở dưới chứa khoảng 500g silica gel, ở trên là nơi đặt các thứ cần hút ẩm, bình được đậy kín bằng nắp đậy mài nhám.
Khả năng hút ẩm của silica gel 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%.
Như vậy trong điều kiện thời tiết Việt Nam độ ẩm tương đối (RH) khoảng 80% thì khi đậy kín bình trong khoảng 12 tiếng độ ẩm sẽ đạt khoảng 30% như vậy đây là một RH khá lý tưởng đề bảo quản các thiết bị số đắt tiền và nhạy cảm.
Một lưu ý khi tái sinh hạt silica gel về dạng khan bằng cách làm nóng đó là, cần phải làm nguội về nhiệt độ phòng trước khi cho lại bình hút ẩm (thông thường sẽ mất khoảng 90 phút tùy thuộc vào nhiệt độ bên ngoài), không nên cho trở lại bình khi hạt còn đang nóng.
