سیلیسیوم دومین عنصرپوسته زمین از نظر فراوانی است. فناوری امروز بدون سیلیسیوم و ترکیبات آن دچار سر درگمی خواهد بود و رشد آن متوقف می گردد.بدون کاتالیست های سیلیکون دی اکسید فرایند پالایش نفت متوقف می شود، سوپر آلیاژهای موتورهای جت قابل ریخته گری نخواهد بود، شیشه ها و سرامیک های مدرن و فیبرهای نوری و میکرو مدارهای الکتریکی وجود نخواهند داشت. بنابراین رشد فناوری بسیار وابسته به این جسم است.

مصرف این جسم در جهان با سرعت رو به افزایش است و وفور منابع اولیه این ترکیب در هر نقطه از کره زمین می تواند نیروی محرکه انجام تحقیقات در این زمینه باشد. صنایعی مانند نفت و گاز و پتروشیمی، تولید رنگ، دارو، مواد غذایی، چسب و جوهر و مرکب، پوشش ها، صنایع لاستیک و پلاستیک، صنعت تولید کاعذ، صنعت الکترونیک و ریخته گری صنایعی هستند که به صورت روز افزون به این جسم نیازمندند و بدیهی است تحقیق در مورد روش های نوین تولیدی که بتوان این جسم را در مقیاس بالا تولید نمود حائز اهمیت است.
در حال حاضر تولید این جسم در دنیا از نظر نیاز با بسیاری از مواد شناخته شده برابری می کند و بدیهی است که تحقیق در این زمینه بسیار ضروری است و بر اساس این تحقیقات واحدهای صنعتی تولیدی شکل خواهند گرفت. بعلاوه با روش پیشنهادی مشکل زیست محیطی لاستیک ها و روغن های ضایعاتی سیلیکونی که در حال حاضر هیچ گونه باز یافتی روی آن صورت نمی گیرد ، حل می شود.
روش اخیر بر اساس تولید به روش تف زاد می باشد و مزیت آن نسبت به سایر روش ها عبارتند از :
استفاده از کلیه ترکیبات آلی مایع و گازی شکل سیلیسیوم.
استفاده از ترکیبات ضایعاتی سیلیسیوم که قابلیت هیچ گونه بازیافتی ندارند.
عدم نیاز به سایر مواد اولیه مانند هیدروژن و ترکیبات مختلف.
کنترل فرایند با کنترل پارامترهای ساده نظیر دما و نسبت های مولی جسم آلی و هوا.
تولید انرژی حرارتی حین انجام پروسه.
جمع آوری و جدا سازی ساده محصول تولید شده.
خلوص بالای محصول.
تکرار پذیری و تولید پذیری.
مصرف انرژی ناچیز.
ملاحظات زیست محیطی به لحاظ استفاده از ترکیبات ضایعاتی غیر قابل بازیافت و عدم تولید فرآورده های جانبی مضر برای محیط زیست.
به علاوه به دلیل اهمیت روش سل - ژل در تولید سیلیکای تک اندازه و با خلوص بالا و مساحت سطحی زیاد جهت استفاده در کاتالیست ها این روش نیز از اهمیت به سزایی بر خوردار است و امروزه حجم زیادی از پژوهش ها در این زمینه متمرکز است. از این روی همزمان با این پژوهش، ذرات سیلیکا به روش استوبر^[۱۷] تولید شده است.
فصل دوم
مروری بر تحقیقات انجام شده

دانش کلوئیدها
علم کلوئید شامل مطالعه سیستم های دارای ذراتی بزرگتر از سطح اتمی می باشد [۴]. این ذرات قادرند به هر سمتی به آزادی حرکت کنند و ممکن است به فرم لخته یا ژل در آیند به نحوی که آزادی حرکت شان را از دست بدهند اما فردیت خود را حفظ کنند.
ذرات کلوئیدی آنقدر بزرگ نیستند که تحت تاثیر نیروی ثقل رسوب کنند ولی آنقدر کوچک هم نیستند که مانند محلول های حقیقی باشند. اندازه ذرات کلوئیدی بین ۱۰ تا ۱۰۰۰۰ آنگستروم می باشد و با توجه به اندازه اتم ها می توان گفت ذرات کلوئیدی تجمعی از تقریبا ۱۰۳ تا ۱۰۹ اتم می باشند. این اتم ها می توانند در یک شبکه کریستالی یا به فرم آمورف وجود داشته باشند (شکل ۱-۱).
ریز شدن ذرات باعث افزایش نسبت سطح به حجم می گردد و در ذرات کلوئیدی این نسبت عدد بزرگی است و به همین دلیل کلیه خواص سطحی تشدید می گردد. خواص سطحی نقش بزرگی در سیستم های کلوئیدی ایفا می نماید و کلوئیدها نقش بزرگی در ارگانیزم های زنده مانند بدن انسان و سایر جانداران و نیز در فرایندهای صنعتی دارد [۳].
شکل (۲-۱). ساختار کریستالی و آمورف [۵].
سیستم های کلوئیدی عمدتا شامل ذرات بسیار ریز هستند که در محلول پراکنده اند و خواص کلوئیدها مربوط به حضور سطح زیاد در حجم کم می باشد. ذرات کلوئیدی به صورت فاز جداگانه ای در یک ماده یا مواد دیگر وجود دارند و از این رو یک سیستم ناهمگن می باشد. هر کدام از این فازها می توانند به هر یکی از سه حالت فیزیکی جامد، مایع یا گاز وجود داشته باشند.
معروف ترین و متداول ترین مدل کلوئید این است که ذرات جامد در یک محلول پراکنده باشد. لازم نیست که هر سه بعد یک ذره از نظر اندازه در سطح کلوئیدی باشند و به عنوان مثال الیاف و یا فرم های سوزنی شکل فقط در دو بعد دارای اندازه های کلوئیدی هستند و یا در شکل های به فرم صفحه فقط یک بعد در ابعاد کلوئیدی می باشد.
کلوئیدها نقش فراوانی در زندگی ما دارند و به طور روزمره با آن ها در ارتباط می باشیم. صابون، البسه، روزنامه، اغذیه همه سیستم های کلوئیدی هستند.

تاریخچه
دانش کلوئیدها رفتار و خواص مواد با این ابعاد را پیش بینی می نماید. کلمه “دانش کلوئیدها” در سال ۱۹۲۹ توسط ولفانگ استوالد^[۱۸] بیان گردید [۳-۶].
در ۱۷۴۷ پات^[۱۹] شبه محلولی از سیلیکا ساخت و در سال ۱۸۲۰ مرجعی جهت ساخت سل^[۲۰] سیلیکات هیدراته منتشر گردید [۷].
در ۱۸۴۳ سلمی^[۲۱] کلوئیدها را به طور سیستماتیک بررسی نمود و محلول هایی از گوگرد، آبی پروس و کازیین تهیه نمود و با آزمایش های زیاد نشان داد که این محلول ها حقیقی نیستند و مخلوط معلقی از ذرات ریز در آب هستند [۷].
گراهام^[۲۲] در سال ۱۸۶۱ اساس آزمایش های کلاسیک کلوئیدها را بنیان نهاد و کل مواد را به دو دسته کلوئید و کریستالوئید تقسیم بندی نمود و گفت که کلوئیدها وقتی در آب حل می شوند نمی توانند از یک غشا عبور کنند در حالی که کریستالوئیدها عبور می کنند [۸]، این فرایند امروزه دیالیز نامیده می شود.
در سال ۱۸۶۴ سیلیکا به روش دیالیز ژل و نیز هیدرولیز استرهای سیلیکات تهیه شد و به دلیل شباهت آن ها به چسب ها نام آن از واژه یونانی کوآلو^[۲۳] به معنای چسب گرفته شده است. گراهام برای کلوئیدی که در یک مایع تشکیل شده است نام سل را برگزید و زمانی که در شرایط معینی این سل به جامد ژله ای تبدیل می گردد آن را ژل^[۲۴] نامید [۸].
در ۱۸۵۷ فارادی^[۲۵] متوجه شد که با عبور شعاع نور از یک کلوئید طلا مسیر نور در آن به شکل یک راه سفید معلوم است. این فرایند توسط تندال^[۲۶] توسعه یافت و امروزه به نام اثر تندال معروف است [۹].
در ۱۸۸۳ شولتز ^[۲۷]پایداری محلول های کلوئیدی را بررسی نمود و بیشتر با کلوئیدهای غیر آلی کار می کرد و در طی این مطالعات فرایندهای کوآگولایسون^[۲۸] و فلوکولاسیون^[۲۹] را تشریح نمود و قدرت توده شدن بسیاری از مواد را بررسی کرد.
فروندلیچ^[۳۰] در سال ۱۹۰۳ پدیده جذب را بررسی نمود و قانون جذب را بیان کرد و در همان سال سیدنتوف^[۳۱] و زیگموندلی^[۳۲] اولترا میکروسکوپ را بر اساس مشاهدات فارادی و تیندال اختراع نمودند که قدم بزرگی در شناخت و بررسی کلوئیدها تا اختراع میکروسکوپ الکترونی بود [۱۵-۱۰].
پارامترهای مهم مربوط به اندازه ذرات مانند ته نشینی، حرکت و کوآگولاسیون توسط مولچوفسکی^[۳۳]، ودبرگ^[۳۴] ، پرین^[۳۵] و انیشتین^[۳۶] مورد بررسی قرار گرفت. همچنین پی او ون ویرمان^[۳۷]، جیمز دابلیو مک بین^[۳۸]، هاری ان هولمز^[۳۹] و هاری بی ویسر^[۴۰] و لوید اچ ریرسون^[۴۱] بررسی های مهمی در توسعه دانش نوین کلویئدها انجام دادند [۱۱].

سل، ژل و پودر^[۴۲]
ذرات کلوئیدی معلق در یک مایع به حالت پایدار سل^[۴۳] نامیده می شود و پایدار به این معنی است که ذرات به میزان زیاد ته نشین یا مجتمع نمی گردند. اگر حلال آب باشد که مخلوط اکواسل^[۴۴] یا هیدروسل^[۴۵] نامیده می شود و اگر حلال یک ترکیب آلی باشد ارگانوسل^[۴۶] نامیده می شود. کلمه ژل^[۴۷] به سیستم پیوسته ای اطلاق می گردد که از استخوان بندی ذرات جامد که از ذرات کلوئیدی به هم پیوسته تشکیل شده اند ساخته شده باشد. تبخیر ژل در شرایط نرمال منجر به تشکیل ژل خشک شده ای می گردد که زروژل^[۴۸] نامیده می شود. زروژل به دست آمده از این طریق ۵ تا ۱۰ درصد از نظر حجمی با ژل اولیه متفاوت می باشد و کاهش حجم نشان می دهد [۱۶].
آئروژل فرم خاصی از زروژل می باشد که در آن مایع به نحوی از آن حذف شده است که در آن ساختار ژل بدون فرو ریختن حفظ شده است [۱۷]. این عمل در یک اتوکلاو در شرایط بحرانی مایع انجام می گیرد به نحوی که در آن شرایط نیروی مویینگی وجود نداشته باشد و از این روی جمع شدگی کمی رخ دهد.
محصول به دست آمده بیشتر هوا می باشد و کسر حجمی جامدات آن در حدود ۱/۰ درصد می باشد و از این روی آئروژل^[۴۹] نامیده می شود [۱۸]. آیروسل^[۵۰] ذرات کلوئیدی معلق در گاز می باشند. دود یا اکسیدهای ناشی از فعالیت های حرارتی^[۵۱] که در این مبحث منظور سیلیکا می باشد مواد پودری شکلی هستند که از تراکم مواد اولیه^[۵۲] ناشی از فاز بخار در دمای بالا حاصل شده اند [۱۹].
انواع تجاری سیلیکا به فرم ژل یا جامد موجود می باشند. سیلیکای پودری می توان زروژل، آئروسل، یا توده های کلسینه یا خشک شده باشند و واحد نهایی همه آن ها ذرات سیلیکا می باشد که اندازه این ذرات تعیین کننده سطح ویژه و خواص محصول می باشد [۲۰].

شیمی سیلیکا
سیلیکون دی اکسید^[۵۳] یا سیلیکا^[۵۴] می تواند به دو فرم سنتزی و طبیعی در دو حالت کریستالی یا آمورف وجود داشته باشد. واحد ساختمانی سیلیکا و سیلیکات ها چهار وجهی SiO₄ می باشد. که در واقع چهار اتم اکسیژن در چهار گوشه هرم متقارن به مرکزیت اتم سیلیسیم قرار دارند، در شکل (۲-۲) آرایش اتمی نشان داده شده است.

شکل(۲-۲). روش های نشان دادن همسایگی اتم های اکسیژن و سیلیسیوم (a) مدل گوی و میله (b) مدل جامد © مدل شبکه ای (d) مدل فضایی [۲۰].
سیلیکای طبیعی به فرم کریستالی می باشد و به فرم های کوارتز^[۵۵]، کریستو بالیت^[۵۶]، تری دمیت^[۵۷]، سئوزیت^[۵۸]، و استئوویت^[۵۹] و یا فرم آمورف مانند اپال^[۶۰] وجود دارد [۲۱].