Sinteza i funkcionalizacija Zeolita pomoću Sonication

Zeoliti uključujući nano-zeolite i derivate zeolita mogu se efikasno i pouzdano sintetizirati, funkcionalizirati i deagglomerirati pomoću ultrasonikacije visokih performansi. Ultrazvučna zeolit sinteza i tretman excels konvencionalne hidrotermalne sinteze po efikasnosti, jednostavnosti, i jednostavne linearne skalaability za veliku proizvodnju. Ultrazvučno sintetizirani zeoliti pokazuju dobru kristalnost, čistoću kao i visoku ocjenu funkcionalnosti zbog poroznosti i deaglomeracije.

Ultrazvuk-asistiran priprema zeolita

Zeoliti su mikroporozno kristalno hidratirani aluminosilikati sa apsorbiranim i katalitièkim svojstvima.
Primjena ultrazvuka visokih performansi utiče na veličinu i morfologiju ultrazvučno sintetiziranih kristala zeolita i poboljšava njihovu kristalnost. Nadalje, vrijeme kristalizacije se drastično smanjuje koristeći sonohemijski put sinteze. Ultrazvučno asistiran putovi sinteze zeolita su testirani i razvijeni za brojne vrste zeolita. Mehanizam ultrazvučne sinteze zeolita se zasniva na poboljšanom prijenosu mase što rezultira povećanom stopom rasta kristala. Ovo povećanje stope rasta kristala naknadno dovodi do povećane stope nukleacije. Osim toga, sonication utječe na deposolimerizaciju-polimerizaciju ravnoteže kroz povećanje koncentracije rastvornih vrsta, što je potrebno za formiranje zeolita.
Ukupno gledano, različite istraživačke studije i pilot-razmjeri proizvodnje dokazali su ultrazvučnu sintezu zeolita kao vrlo efikasnu uštedu vremena i troškova.

Informativni zahtev




Zabilježi naš Politika privatnosti.


Ultrasonicator UIP2000hdT with sonochemical inline reactor for highly efficient zeolite synthesis

ultrasonicator UIP2000hdT sa sonohemijskim inline reaktorom za visoko efikasnu sintezu zeolita.

Conventional Synthesis vs Ultrasonic Synthesis of Zeolites

Kako se zeolit sintetizira konvencionalno?

Konvencionalna sinteza zeolita je vrlo dugo traje hidrotermalni proces, koji može zahtijevati vrijeme reakcije od nekoliko sati do nekoliko dana. Hidrotermalni put je obično batch proces, gdje se zeoliti sintetiziraju iz amorfnih ili rastvornih Si i Al izvora. U početnoj fazi starenja, reaktivni gel je komponiran od strane strukturno-usmjeravajućeg agenta (SDA) i izvori aluminija i silika su stari na niskoj temperaturi. Tokom ovog prvog koraka starenja formiraju se tako zvane nukleusi. Ove nukleusi su startni materijal iz kojeg u slijedećem procesu kristalizacije rastu kristali zeolita. Sa inicijacijom kristalizacije, temperatura gela se podiže. Ova hidrotermalna sinteza se obično izvodi u batch reaktorima. Međutim, batch procesi dolaze sa manjkavošću rada intenzivnog rada.

Kako se zeolit sintetizira pod sonikacijama?

Ultrazvučna sinteza zeolita je brz postupak sintetiziranja homogenog zeolita u blagim uvjetima. Na primjer, 50nm zeolita kristali su sintetizirani putem sonohemijskih ruta na sonoj temperaturi. Dok konvencionalna reakcija sinteze zeolita može potrajati i do nekoliko dana, sonohemijski put smanjuje trajanje sinteze na nekoliko sati, čime se značajno smanjuje vrijeme reakcije.
Ultrazvučna kristalizacija zeolita može se izvršiti kao batch ili kontinuirani procesi, što aplikaciju čini lako prilagodljivom okolišu i procesnim ciljevima. Zbog linearne skalaljivosti, ultrazvučne sintete zeolita mogu se pouzdano prenijeti iz početnog procesa batcha u inline obradu. Ultrazvučna obrada – u batch i in-line – omogućava superiornu ekonomsku efikasnost, kontrolu kvaliteta i operativnu fleksibilnost.

Prednosti ultrazvučne sinteze zeolita

  • Značajno ubrzana kristalizacija
  • Povećana nukleacija
  • Čisti zeolit
  • Homogena morfologija
  • Visoko funkcionalan zeolit (mikroporoznost)
  • Niska temperatura (npr. temperatura sobe)
  • Povećana kinetika reakcije
  • Deagglomerated kristali
  • Proces "Batch" ili "Inline"
  • Superiorna troškovna efikasnost
Ultrasonic synthesis of zeolite is a rapid crystallization process that gives pure, high-quality nano-sized zeolite.

FESEM mikrograf bikitait zeolita koji sadrži litij, pripremljen od (a) sonikacije za 3h, (b) odgovarajuću EDAX, (c) sonikaciju praćenu hidrotermalnom obradom na 100°C za 24h, (d) odgovarajući EDAX.
(study and picture by Roy and Das, 2017)

Ultrasonic synthesis is a highly efficient technique to produce SAPO-34 nanocrystals (silicoaluminophosphate molecular sieves, a class of zeolites).

SEM slike ultrazvučno sintetiziranih kristala SAPO-34(SONO-SAPO-34) sa ultrasonikatorom UP200S pod raznim uslovima.
(Klikni da se uvećaš! Studija i slika: Askari i Halladj, 2012)

Sonochemical Synthesis Routes of Various Zeolite Types

U sljedećem dijelu uvodimo razne sonohemijski puteve, koji su uspješno korišteni za sintezu različitih zeolit tipova. Rezultati istraživanja dosljedno podvlače superiornost ultrazvučne sinteze zeolita.

Ultrazvučna sinteza Bikitaite Zeolita koji sadrži Li

Ultrasonicator-sonochemical-zeolite-synthesisRoy i Das (2017) sintetizirali su 50nm zeolit bikitait kristala koji sadrže zeolit na temperaturi sobe pomoću UIP1500hdT (20kHz, 1.5kW) Ultrasonicator u postavci. Uspješno sonohemijsko formiranje Bikitaite zeolita na sočnoj temperaturi potvrđeno je uspješno sintetiziranom bikitaitnom zeolitom koji sadrži litij XRD i IR analizom.
Kada je sonohemijski tretman bio u kombinaciji sa konvencionalnim hidrotermalnom obradom, fazni formiranje kristala zeolita postignuto je na mnogo nižoj temperaturi (100ºC) u odnosu na 300ºC 5 dana, što su tipične vrijednosti za konvencionalni hidrotermalni put. Sonication pokazuje značajne efekte na vrijeme kristalizacije i faznu formaciju zeolita. Kako bi se procijenila funkcionalnost ultrazvučno sintetiziranog Bikitait zeolita, istraživao se njegov kapacitet skladištenja vodika. Volumen skladištenja se povećava sa povećanjem Li sadržaja zeolita.
Sonohemijski zeolit formacija: XRD i IR analiza su pokazali da je formiranje čistog, nano-kristalnog Bikitaite zeolita počelo nakon ultrasonication 3 h i 72 h starenja. Kristalni zeolit veličine nano veličine Bikitaite sa istaknutim vrhovima dobijen je nakon 6 h sonication time na 250 W.
prednosti: Sonohemijski put sinteze zeolita bikitaita koji sadrži litij nudi ne samo prednost jednostavne proizvodnje čistih nano-kristala, već predstavlja i brzu i troškovno efikasnu tehniku. Troškovi za ultrazvučnu opremu i traženu energiju su vrlo niski u odnosu na druge procese. Nadalje, trajanje procesa sinteze je vrlo kratko, tako da se sonohemijski proces smatra korisnom metodom za aplikacije čiste energije.
(cf. Roy et al. 2017)

Zeolit mordenit priprema pod Ultrasonication

Mordenit dobiven primjenom ultrazvučnog predobrada (MOR-U) pokazao je homogenu morfologiju međuraslih kuglica 10 × 5 μm2 i nema znakova igličastih ili vlaknastih formacija. Postupak uz pomoć ultrazvuka rezultirao je materijalom s poboljšanim teksturanim karakteristikama, posebno, mikropore volumena dostupnog za molekule dušika u as-made obliku. U slučaju ultrazvučno pretretiranog mordenita, uočljiv je promijenjen oblik kristala i homogenija morfologija.
U sažeku, trenutna studija je pokazala da je ultrazvučna pretreatment sinteza gela uticala na različita svojstva dobijenog mordenita, što je rezultiralo

  1. homogenija veličina kristala i morfologija, odsustvo nepoželjnih kristala sličnih vlaknima i iglama;
  2. manje strukturnih nedostataka;
  3. značajna pristupačnost mikropore u as-made mordenit uzorku (u odnosu na blokirane mikropore u materijalima pripremljenim klasičnom metodom miješanja, prije post-sintetičke obrade);
  4. različita Al organizacija, navodno rezultirajući različitim pozicijama Na+ kacija (najutjecajniji faktor koji utječe na svojstva sorpcije materijala koji su napravljeni).

Smanjenje strukturnih defekta ultrazvučnim pretreatmentom gel za sintezu može biti izvodljiv način za rješavanje zajedničkog problema "neidejalne" strukture u sintetičkim mordenitima. Osim toga, veći kapacitet sorpcije u ovoj strukturi mogao bi se postići lakom i efikasnom ultrazvučnom metodom primijenjenom prije sinteze, bez vremena i resursa trošeći tradicionalni postsintetski tretman (što, naprotiv, dovodi do generacije strukturnih nedostataka). Štoviše, manji broj silanol grupa može doprinijeti dužem katalitnom vijeku pripremljenog mordenita.
(cf. Kornas et al. 2021)

SEM slika ultrazvučno sintetiziranog MCM-22 zeolita

SEM slika ultrazvučno sintetiziranog MCM-22 zeolita
(studija i slika: Wang et al. 2008)

Solyman et al. (2013) je proučavao efekte ultrazvuka koristeći Hielscher ultrasonicator UP200S na H-mordite i H-bet zeolitima. Oni su došli do zaključka da je sonication efektivna tehnika za H-mordite i H-Beta modifikaciju, što čini zeolite prikladnijom za proizvodnju dimetil etra (DME) putem dehidacije metanola.

Ultrazvučna sinteza SAPO-34 Nanocrystals

Putem sonohemijskih puteva, SAPO-34 (silikoaluminofosfatna molekularna sita, klasa zeolita) su uspješno sintetizirani u nanokristalnom obliku koristeći TEAOH kao strukturno usmjerenje agens (SDA). Za sonication, Hielscher ultrasonicator tipa sonde UP200S (24kHz, 200 vata) je iskoriљtena. Prosječna veličina kristala konačnog proizvoda pripremljenog sonohemijski je 50nm, što je znatno manja veličina kristala u odnosu na veličinu hidrotermalno sintetiziranih kristala. Kada su kristali SAPO-34 bili sonohemijski u hidrotermalnom stanju, površina je znatno višu od kristalne površine konvencionalno sintetiziranih kristala SAPO-34 putem statičke hidrotermalne tehnike s gotovo istom kristalinitetom. Dok konvencionalna hidrotermalna metoda traje najmanje 24 h vremena sinteze da bi se dobio potpuno kristalni SAPO-34, putem sonohemijski asistirajuće hidrotermalne sinteze potpuno kristalnih kristala SAPO-34 werde dobivenih nakon samo 1,5 h vremena reakcije. Zbog jako intenzivne ultrazvučne energije, kristalizacija zeolita SAPO-34 se intenzivira kolapsom ultrazvučnih kavitacionih mjehurića. Implozija kavitacionih mjehurića se javlja u manje od nanosekunda što rezultira lokalno ubrzanim rastom i padanjem temperatura, što sprečava organizaciju i aglomeraciju čestica i dovodi do manjih veličina kristala. Činjenica da bi mali kristali SONO-SAPO-34 mogli biti pripremljeni sonohemijskim metodom ukazuje na visoku nukleacijsku denzaciju u ranim fazama sinteze i sporog rasta kristala nakon nukleacije. Ovi rezultati govore da je ova nekonvencionalna metoda vrlo korisna tehnika za sintezu nanokrostala SAPO-34 u visokim prinosima na skali industrijske proizvodnje.
(cf. Askari i Halladj; 2012)

Ultrazvučna deagglomeration i disperzija zeolita

Ultrasonic disperser UP200St stirring a zeolite suspensionKada se zeoliti koriste u industrijskim primjenama, istraživanju ili materijalnoj nauci, suhi zeolit se uglavnom miješa u tekuću fazu. Disperzija zeolita zahtijeva pouzdanu i učinkovitu tehniku raspršivanja, koja primjenjuje dovoljno energije da deagglomerate čestice zeolita. Poznato je da su ultrasonikatori moćni i pouzdani raspršivači, stoga se koriste za raspršivanje različitih materijala kao što su nanocijeve, grafen, minerali i mnogi drugi materijali homogeno u tečni fazu.
Zeolit u prahu koji nije tretiran ultrazvukom je znatno aglomeriran morfologijom sličnom školjkama. Za suprotno tome, čini se da sonikacioni tretman od 5 min (200 mL uzorka sonifiran na 320 W) uništava većinu oblika sličnih školjkama, što rezultira raspršenim konačnim prahom. (cf. Ramirez Medoza et al. 2020)
Na primjer, Ramirez Medoza et al. (2020) je koristio Hielscher sondu ultrasonicator UP200S za kristaliziranje NaX zeolita (dakle, zeolita X sintetiziranog u obliku natrija (NaX)) pri niskoj temperaturi. Sonication tokom prvog sata kristalizacije rezultirao je 20% smanjenjem vremena reakcije u odnosu na standardni proces kristalizacije. Nadalje, oni su demonstrirali da sonication također može smanjiti stepen aglomeracije konačnog praha primjenom ultrazvuka visokog inteziteta za duži period sonication.

Informativni zahtev




Zabilježi naš Politika privatnosti.


Ultrasonikatori visokih performansi za sintezu zeolita

Sofisticirani hardver i pametni softver Hielscher ultrasonicatora dizajnirani su da garantuju pouzdan rad, reprodukljive ishode kao i korisnik-prijateljnost. Hielscherovi ultrasonicatori su robusni i pouzdani, što omogućava da se instaliraju i upravljaju pod teškim uvjetima. Operativnim postavkama se može lako pristupiti i birate putem intuitivnog menija, kojem se može pristupiti putem digitalnog touch-display ekrana u boji i daljinskog upravljača preglednika. Stoga se svi uslovi obrade kao što su neto energija, totalna energija, amplituda, vrijeme, pritisak i temperatura automatski snimaju na ugrađenoj SD-kartici. To vam omogućava da revidiraš i uporediš prethodne sonication runove i da optimiziraš sintezu zeolita i proces disperzija do najviše efikasnosti.
Hielscher Ultrasonics sistemi se koriste širom svijeta za procese kristalizacije i dokazano je da su pouzdani za sintezu visokokvalitetnih zeolita i derivata zeolita. Hielscher industrijski ultrasonicatori lako mogu pokrenuti visoke amplitude u kontinuiranom rad (24/7/365). Amplitute do 200μm mogu se lako kontinuirano generirati standardnim sonotrodama (ultrazvučnim sondama / rogovima). Za još više amplitude, dostupne su prilagođene ultrazvučne sonotrode. Zbog svoje robusnosti i niskog održavanja naši ultrazvučnici su obično instalirani za teške aplikacije i u zahtjevnim okruženjima.
Hielscher ultrazvučni procesori za sonohemske sinteze, kristalizaciju i deagglomeration već su instalirani širom svijeta u komercijalnim razmjerima. Kontaktirajte nas sada da raspravimo o vašem procesu proizvodnje zeolita! Našem dobro iskusnom osoblju bit će drago podijeliti više informacija o sonohemijskim putem sinteze, ultrazvučnim sustavima i ocijenjivanju!
Uz prednost metode ultrazvučne sinteze, vaša proizvodnja zeolita će se iskusiti u efikasnosti, jednostavnosti i niskim troškovima u odnosu na druge procese sinteze zeolita!

Tabela u nastavku daje naznaku približan kapacitet prerade naših ultrasonicators:

Batch Volumen protok Preporučeni uređaji
1 do 500ml 10 do 200ml / min UP100H
10 do 2000mL 20 do 400mL / min Uf200 ः t, UP400St
00,1 do 20L 00,2 do 4L / min UIP2000hdT
10 do 100l 2 do 10L / min UIP4000hdT
N / A. 10 do 100L / min UIP16000
N / A. veći klaster UIP16000

Kontaktiraj nas! / Pitajte nas!

Traži više informacija

Molimo koristite formular ispod da Zatražit dodatne informacije o ultrazvučnim procesorima, aplikacijama i cijeni. Biće nam drago da diskutujemo o vašem procesu sa vama i da vam ponudimo ultrazvučni sistem.









Molim vas, obratite se našem Politika privatnosti.


Ultrasonic high-shear homogenizers are used in lab, bench-top, pilot and industrial processing.

Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi za miješanje aplikacija, disperziju, emulgaciju i ekstrakciju na laboratorijskim, pilotskim i industrijskim skalama.

Književnost/reference



Činjenice vredi znati

Zeoliti

Zeoliti su klasa aluminosilikat, dakle AlO2 i SiO2, u kategoriji mikropornih krutih koji su poznati kao “molekularna sita". Zeoliti se uglavnom sastoji od silikata, aluminija, kisika i metala kao što su titanij, lim, cink i druge metalne molekule. Termin molekularno sito potječe od određenog svojstva zeolita za selektivno sortiranje molekula zasnovanih prvenstveno na procesu isključenja veličine. Selektivnost molekularnih sita je definisana njihovom veličinom pora. U zavisnosti od veličine pora, molekularna sita su kategorizirana kao makroporozna, mezoporna i mikroporozna. Zeoliti padaju u klasu mikroporoznih materijala kako im je veličina pora <2 nm. Due to their porous structure, zeolites have the ability accommodate a wide variety of cations, such as Na+, K+, Ca2 +, Mg2 + i drugih. Ovi pozitivni ioni se prilično labavo drže i mogu se s lakšom zamjenom za druge zamijeniti u kontaktno rješenje. Neki od češćih mineralnih zeolita su analcim, šabazit, klinoptilolit, heulandit, natrolit, phillipsite i stilbite. Primjer mineralne formule zeolita je: Na2al2I3O 10·2H2O, formula za natrolit. Ovi kejti zamijenjeni zeoliti posjeduju različitu kiselinu i katalizuju nekoliko kiselina katalizuju.
Zbog svoje selektivnosti i poroznosti izvedenih svojstava, zeoliti se često koriste kao kataliznici, sorbenti, izmeniči iona, rastvori za obradu otpadnih voda, ili kao antibakterijski agensi.
Faujasite zeolit (FAU) je na primjer jedan specifičan oblik zeolita, koji se odlikuje okvirom s šupljinama promjera 1,3nm koje su međusobno spojene pore od 0,8 nm. Faujasite-tip zeolita (FAU) se koristi kao katalizacioni za industrijske procese kao što su fluid katalitička pucanja (FCC), i kao adsorbent za nestabilna organska spoja u gasnim tokovima.


High performance ultrasonics! Hielscher's product range covers the full spectrum from the compact lab ultrasonicator over bench-top units to full-industrial ultrasonic systems.

Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi od laboratorija u industrijske veličine.