Sonication istifadə edərək zeolitlərin sintezi və funksionallaşdırılması

Nano-seolitlər və seolit törəmələri daxil olmaqla zeolitlər yüksək performanslı ultrasəsdən istifadə edərək səmərəli və etibarlı şəkildə sintez edilə, funksionallaşdırıla və deaglomerasiya edilə bilər. Ultrasəs seolit sintezi və müalicəsi səmərəliliyi, sadəliyi və böyük istehsala sadə xətti miqyaslılığı ilə adi hidrotermal sintezdən üstündür. Ultrasonik olaraq sintez edilmiş seolitlər gözeneklilik və deaglomerasiya səbəbindən yaxşı kristallıq, saflıq, eləcə də yüksək funksionallıq göstərir.

Zeolitlərin Ultrasəslə Hazırlanması

Seolitlər uducu və katalitik xüsusiyyətlərə malik mikroməsaməli kristal hidratlı alüminosilikatlardır.
Yüksək performanslı ultrasəsin tətbiqi ultrasəslə sintez edilmiş seolit kristallarının ölçüsünə və morfologiyasına təsir edir və onların kristallığını yaxşılaşdırır. Bundan əlavə, sonokimyəvi sintez marşrutundan istifadə edərək kristallaşma müddəti kəskin şəkildə azalır. Çoxsaylı seolit növləri üçün ultrasəs köməyi ilə seolit sintezi yolları sınaqdan keçirilmiş və hazırlanmışdır. Ultrasəs seolit sintezinin mexanizmi kristal artım sürətinin artması ilə nəticələnən təkmilləşdirilmiş kütləvi transferə əsaslanır. Kristal artım sürətindəki bu artım sonradan nüvələşmə sürətinin artmasına səbəb olur. Bundan əlavə, sonikasiya seolitin əmələ gəlməsi üçün tələb olunan həll olunan növlərin konsentrasiyasının artması ilə depolimerləşmə-polimerləşmə tarazlığına təsir göstərir.
Ümumiyyətlə, müxtəlif tədqiqat işləri və pilot miqyaslı istehsal qurğuları ultrasəs seolit sintezinin yüksək səmərəli vaxt və xərclərə qənaət etdiyini sübut etdi.

Adi sintez və zeolitlərin ultrasəs sintezi

Seolit şərti olaraq necə sintez olunur?

Adi seolit sintezi çox vaxt aparan hidrotermal prosesdir və bir neçə saatdan bir neçə günə qədər reaksiya müddəti tələb edə bilər. Hidrotermal marşrut adətən seolitlərin amorf və ya həll olunan Si və Al mənbələrindən sintez olunduğu toplu prosesdir. İlkin yaşlanma mərhələsində reaktiv gel struktur yönləndirici agent (SDA) tərəfindən hazırlanır və alüminium və silisium mənbələri aşağı temperaturda yaşlanır. Yaşlanmanın bu ilk addımı zamanı nüvələr əmələ gəlir. Bu nüvələr sonrakı kristallaşma prosesində seolit kristallarının böyüdüyü başlanğıc materialdır. Kristallaşmanın başlaması ilə gelin temperaturu yüksəlir. Bu hidrotermal sintez adətən partiya reaktorlarında aparılır. Bununla belə, toplu proseslər zəhmət tələb edən əməliyyatın çatışmazlığı ilə gəlir.

Sonikasiya altında seolit necə sintez olunur?

Seolitin ultrasəs sintezi mülayim şəraitdə homojen seolitin sintezi üçün sürətli prosedurdur. Məsələn, 50nm seolit kristalları otaq temperaturunda sonokimyəvi yolla sintez edilmişdir. Adi seolit sintezi reaksiyası a bir neçə günə qədər davam edə bilsə də, sonokimyəvi yol sintez müddətini bir neçə saata qədər azaldır və bununla da reaksiya vaxtını əhəmiyyətli dərəcədə azaldır.
Seolitin ultrasəs kristallaşması toplu və ya davamlı proseslər kimi həyata keçirilə bilər ki, bu da tətbiqi ətraf mühitə və proses məqsədlərinə asanlıqla uyğunlaşdırmağa imkan verir. Xətti miqyaslılığa görə, ultrasəs seolit sintezləri ilkin toplu prosesdən daxili emallara etibarlı şəkildə köçürülə bilər. Ultrasonik emal – toplu və in-line – üstün iqtisadi səmərəliliyə, keyfiyyətə nəzarətə və əməliyyat çevikliyinə imkan verir.

Müxtəlif zeolit növlərinin sonokimyəvi sintez marşrutları

Növbəti bölmədə biz müxtəlif seolit növlərini sintez etmək üçün uğurla istifadə edilən müxtəlif sonokimyəvi yolları təqdim edirik. Tədqiqat nəticələri ultrasəs seolit sintezinin üstünlüyünü ardıcıl olaraq vurğulayır.

Li-tərkibli bikitait zeolitin ultrasəs sintezi

Roy və Das (2017) otaq temperaturunda 50nm litium tərkibli seolit Bikitait kristallarını sintez etdilər. UIP1500hdT (20kHz, 1.5kW) toplu quraşdırmada ultrasəs cihazı. Bikitait seolitinin otaq temperaturunda uğurlu sonokimyəvi formalaşması XRD və IR analizi ilə uğurla sintez edilmiş litium tərkibli Bikitait seoliti ilə təsdiq edilmişdir.
Sonokimyəvi müalicə adi hidrotermal müalicə ilə birləşdirildikdə, 5 gün ərzində 300ºC ilə müqayisədə daha aşağı temperaturda (100º C) seolit kristallarının faza əmələ gəlməsinə nail olunmuşdur ki, bu da ənənəvi hidrotermal yol üçün tipik dəyərlərdir. Sonication kristallaşma vaxt və seolitin faza formalaşması əhəmiyyətli təsir göstərir. Ultrasəs üsulu ilə sintez edilmiş bikitait seolitinin funksionallığını qiymətləndirmək üçün onun hidrogen saxlama qabiliyyəti tədqiq edilmişdir. Seolitin tərkibində Li miqdarının artması ilə saxlama həcmi artır.
Sonokimyəvi seolit əmələ gəlməsi: XRD və IR analizi göstərdi ki, təmiz nano-kristal Bikitait seolitinin əmələ gəlməsi 3 saat ultrasəsdən və 72 saat yaşlanmadan sonra başlayıb. Görkəmli zirvələri olan nano ölçülü kristal bikitait seolit 250 Vt-da 6 saat sonikasiya müddətindən sonra əldə edilmişdir.
Üstünlüklər: Litium tərkibli zeolit Bikitaitin sonokimyəvi sintez marşrutu yalnız saf nano-kristalların sadə istehsalının üstünlüyünü təklif etmir, həm də sürətli və qənaətcil bir texnika təqdim edir. Ultrasəs avadanlıqları üçün xərclər və tələb olunan enerji digər proseslərlə müqayisədə çox aşağıdır. Bundan əlavə, sintez prosesinin müddəti çox qısadır, buna görə də sonokimyəvi proses təmiz enerji tətbiqləri üçün faydalı bir üsul hesab olunur.
(müq. Roy və başqaları 2017)

Ultrasonikasiya altında Zeolit Mordenit Hazırlanması

Ultrasonik ilkin müalicənin (MOR-U) tətbiqi ilə əldə edilən mordenit 10 × 5 µm2 bir-birinə bənzəyən qranulların daha homojen morfologiyasını göstərdi və iynəyə bənzər və ya lifli formasiyalar əlamətləri göstərmədi. Ultrasəs köməyi ilə aparılan prosedur təkmilləşdirilmiş tekstura xüsusiyyətlərinə, xüsusən də hazırlanmış formada azot molekulları üçün əlçatan olan mikroməsamə həcminə malik materialla nəticələndi. Ultrasəslə əvvəlcədən təmizlənmiş mordenit vəziyyətində kristal formasının dəyişdirilməsi və daha homojen morfologiya müşahidə edildi.
Xülasə olaraq, hazırkı tədqiqat göstərdi ki, sintez gelinin ultrasəslə ilkin müalicəsi alınan mordenitin müxtəlif xassələrinə təsir edib, nəticədə

1. daha homojen kristal ölçüsü və morfologiyası, arzuolunmaz lif və iynə kimi kristalların olmaması;
2. daha az struktur qüsurları;
3. hazırlanmış mordenit nümunəsində əhəmiyyətli mikroməsamələrin əlçatanlığı (sintetikdən sonrakı emaldan əvvəl klassik qarışdırma üsulu ilə hazırlanmış materiallarda bloklanmış mikroməsamələrlə müqayisədə);
4. müxtəlif Al təşkili, guya Na+ kationlarının müxtəlif mövqeləri ilə nəticələnir (məhsul edilmiş materialların sorbsiya xüsusiyyətlərinə təsir edən ən təsirli amil).

Sintez gelinin ultrasəslə əvvəlcədən təmizlənməsi ilə struktur qüsurlarının azaldılması sintetik mordenitlərdə "ideal olmayan" strukturun ümumi problemini həll etmək üçün mümkün bir yol ola bilər. Bundan əlavə, bu strukturda daha yüksək sorbsiya qabiliyyətinə sintezdən əvvəl tətbiq olunan asan və səmərəli ultrasəs üsulu ilə, vaxt və resurs tələb edən ənənəvi postsintetik müalicə olmadan (bu, əksinə, struktur qüsurlarının yaranmasına səbəb olur) əldə edilə bilər. Bundan əlavə, silanol qruplarının daha az olması hazırlanmış mordenitin daha uzun katalitik ömrünə kömək edə bilər.
(müq. Kornas et al. 2021)

Solyman et al. (2013) Hielscher ultrasəs cihazından istifadə edərək ultrasəsin təsirlərini tədqiq etdi UP200S H-mordit və H-bet seolitləri üzərində. Onlar belə nəticəyə gəldilər ki, sonikasiya H-mordit və H-Beta modifikasiyası üçün təsirli bir texnikadır ki, bu da seolitləri metanolun susuzlaşdırılması yolu ilə dimetil efir (DME) istehsalı üçün daha uyğun edir.

SAPO-34 nanokristallarının ultrasəs sintezi

Sonokimyəvi marşrut vasitəsilə SAPO-34 (silikoalüminofosfat molekulyar ələkləri, seolitlər sinfi) struktur yönləndirici agent (SDA) kimi TEAOH istifadə edərək nanokristal formada uğurla sintez edilmişdir. Sonikasiya üçün Hielscher prob tipli ultrasəs cihazı UP200S (24 kHz, 200 vatt) istifadə olunurdu. Sonokimyəvi şəkildə hazırlanmış son məhsulun orta kristal ölçüsü 50nm-dir ki, bu da hidrotermal olaraq sintez edilmiş kristalların ölçüsü ilə müqayisədə əhəmiyyətli dərəcədə kiçik kristal ölçüsüdür. SAPO-34 kristalları sonokimyəvi olaraq hidrotermal şəraitdə olduqda, səth sahəsi demək olar ki, eyni kristallik ilə statik hidrotermal texnika ilə şərti olaraq sintez edilmiş SAPO-34 kristallarının kristal səthindən əhəmiyyətli dərəcədə yüksəkdir. Ənənəvi hidrotermal metod tam kristal SAPO-34 əldə etmək üçün ən azı 24 saat sintez vaxtı tələb etsə də, sonokimyəvi yardımlı hidrotermal sintez yolu ilə tam kristal SAPO-34 kristalları cəmi 1,5 saat reaksiya müddətindən sonra əldə edilir. Yüksək intensiv ultrasəs enerjisi sayəsində seolit SAPO-34 kristallaşması ultrasəs kavitasiya baloncuklarının dağılması ilə güclənir. Kavitasiya qabarcıqlarının partlaması bir nanosaniyədən az müddətdə baş verir və nəticədə lokal olaraq temperaturun sürətlə yüksəlməsi və azalması ilə nəticələnir ki, bu da hissəciklərin təşkili və yığılmasının qarşısını alır və daha kiçik kristal ölçülərinə gətirib çıxarır. Kiçik SONO-SAPO-34 kristallarının sonokimyəvi üsulla hazırlana bilməsi, sintezin erkən mərhələlərində yüksək nüvələşmə sıxlığını və nüvələşmədən sonra yavaş kristal böyüməsini göstərir. Bu nəticələr göstərir ki, bu qeyri-ənənəvi üsul sənaye istehsalı miqyasında yüksək məhsuldarlıqla SAPO-34 nanokristallarının sintezi üçün çox faydalı bir texnikadır.
(müq. Askari və Halladj; 2012)

Zeolitlərin ultrasəs deaqlomerasiyası və dispersiyası

Seolitlər sənaye tətbiqlərində, tədqiqatda və ya materialşünaslıqda istifadə edildikdə, quru seolit əsasən maye fazaya qarışdırılır. Seolit dispersiyası seolit hissəciklərini deaqlomerasiya etmək üçün kifayət qədər enerji sərf edən etibarlı və effektiv dispersiya texnikası tələb edir. Ultrasonikatorlar güclü və etibarlı disperserlər kimi tanınır, buna görə də nanoborular, qrafen, minerallar və bir çox digər materialları homojen şəkildə maye fazaya yaymaq üçün istifadə olunur.
Ultrasəslə müalicə olunmayan seolit tozu qabığa bənzər morfologiya ilə xeyli yığılmışdır. Bunun əksinə olaraq, 5 dəqiqəlik bir sonication müalicəsi (320 Vt-da sonikasiya edilmiş 200 mL nümunə) qabığa bənzər formaların əksəriyyətini məhv edir, bu da daha səpələnmiş son tozla nəticələnir. (bax. Ramirez Medoza və başqaları 2020)
Məsələn, Ramirez Medoza et al. (2020) Hielscher prob ultrasəs cihazından istifadə etdi UP200S aşağı temperaturda NaX seolitini (yəni, natrium şəklində sintez edilmiş seolit X (NaX)) kristallaşdırmaq üçün. Kristallaşmanın ilk saatı ərzində sonikasiya standart kristallaşma prosesi ilə müqayisədə reaksiya vaxtının 20% azalması ilə nəticələndi. Bundan əlavə, onlar sonikasiyanın daha uzun bir ultrasəs müddəti üçün yüksək intensivlikli ultrasəs tətbiq etməklə son tozun yığılma dərəcəsini də azalda biləcəyini nümayiş etdirdilər.

Zeolit Sintezi üçün Yüksək Performanslı Ultrasonikatorlar

Hielscher ultrasəs aparatlarının mürəkkəb aparatları və ağıllı proqram təminatı etibarlı əməliyyat, təkrarlanan nəticələr və istifadəçi dostu olmasını təmin etmək üçün nəzərdə tutulmuşdur. Hielscher ultrasəs aparatları möhkəm və etibarlıdır, bu da ağır iş şəraitində quraşdırılmağa və işləməyə imkan verir. Rəqəmsal rəngli toxunma displey və brauzerin uzaqdan idarə edilməsi vasitəsilə əldə edilə bilən intuitiv menyu vasitəsilə əməliyyat parametrlərinə asanlıqla daxil olmaq və onları yığmaq olar. Buna görə də, xalis enerji, ümumi enerji, amplituda, vaxt, təzyiq və temperatur kimi bütün emal şərtləri avtomatik olaraq quraşdırılmış SD kartda qeyd olunur. Bu, əvvəlki sonikasiya işlərini yenidən nəzərdən keçirməyə və müqayisə etməyə və seolit sintezini və dispersiya prosesini ən yüksək effektivliyə optimallaşdırmağa imkan verir.
Hielscher Ultrasonics sistemləri bütün dünyada kristallaşma prosesləri üçün istifadə olunur və yüksək keyfiyyətli seolitlərin və seolit törəmələrinin sintezi üçün etibarlı olduğu sübut edilmişdir. Hielscher sənaye ultrasəs cihazları davamlı əməliyyatda (24/7/365) yüksək amplitüdləri asanlıqla işlədə bilər. 200µm-ə qədər olan amplitüdlər standart sonotrodlarla (ultrasəs zondları / buynuzları) asanlıqla davamlı olaraq yaradıla bilər. Daha yüksək amplitüdlər üçün xüsusi ultrasəs sonotrodları mövcuddur. Sağlamlıq və aşağı texniki xidmət sayəsində ultrasəs aparatlarımız adətən ağır yük tətbiqləri və tələbkar mühitlərdə quraşdırılır.
Sonokimyəvi sintez, kristallaşma və deaqlomerasiya üçün Hielscher ultrasəs prosessorları artıq kommersiya miqyasında bütün dünyada quraşdırılmışdır. Seolit istehsal prosesini müzakirə etmək üçün indi bizimlə əlaqə saxlayın! Təcrübəli işçilərimiz sonokimyəvi sintez yolu, ultrasəs sistemləri və qiymətlər haqqında daha çox məlumatı bölüşməkdən məmnun olacaqlar!
Ultrasəs sintez metodunun üstünlüyü ilə seolit istehsalınız digər seolit sintezi prosesləri ilə müqayisədə səmərəlilik, sadəlik və aşağı qiymət baxımından üstün olacaqdır!

Aşağıdakı cədvəl ultrasəs cihazlarımızın təxmini emal qabiliyyətinin göstəricisini verir: