Zeեոլիտների սինթեզ և ֆունկցիոնալացում `օգտագործելով Sonication

Zeեոլիտները, ներառյալ նանո-ցեոլիտները և ցեոլիտի ածանցյալները, կարող են արդյունավետ և հուսալի սինթեզվել, ֆունկցիոնալացվել և ջրազրկվել ՝ օգտագործելով բարձրորակ ուլտրաձայնացումը: Ուլտրաձայնային ցեոլիտի սինթեզը և բուժումը գերազանցում են պայմանական հիդրոթերմային սինթեզը արդյունավետության, պարզության և պարզ արտադրական գծային ընդլայնման միջոցով: Ուլտրաձայնային սինթեզված ցեոլիտները ցույց են տալիս լավ բյուրեղություն, մաքրություն, ինչպես նաև բարձր աստիճանի ֆունկցիոնալություն ՝ ծակոտկենության և դեագգլոմերացիայի պատճառով:

Ուլտրաձայնային օժանդակությամբ ցեոլիտների պատրաստում

Olեոլիտները ներծծող և կատալիտիկ հատկություններով միկրոփորոտ բյուրեղային հիդրոտացված ալյումինօքսիդներ են:
Բարձր արդյունավետության ուլտրաձայնի կիրառումը ազդում է ուլտրաձայնային սինթեզված ցեոլիտի բյուրեղների չափի և ձևաբանության վրա և բարելավում դրանց բյուրեղայնությունը: Ավելին, բյուրեղացման ժամանակը կտրուկ կրճատվում է ՝ օգտագործելով սոնաքիմիական սինթեզի ուղի: Ուլտրաձայնային օժանդակությամբ ցեոլիտի սինթեզի ուղիները փորձարկվել և մշակվել են ցեոլիտի բազմաթիվ տեսակների համար: Ուլտրաձայնային ցեոլիտի սինթեզի մեխանիզմը հիմնված է բարելավված զանգվածի փոխանցման վրա, որի արդյունքում աճում է բյուրեղների աճի տեմպը: Բյուրեղների աճի տեմպի այս աճը հետագայում հանգեցնում է միջուկազերծման մակարդակի բարձրացման: Բացի այդ, վերամշակումը ազդում է depolymerization-polymerization հավասարակշռության վրա `լուծվող տեսակների կոնցենտրացիայի ավելացման միջոցով, որը պահանջվում է ցեոլիտի առաջացման համար:
Ընդհանուր առմամբ, տարբեր հետազոտական ուսումնասիրություններ և փորձնական մասշտաբի արտադրության տեղադրումներ ապացուցել են ուլտրաձայնային ցեոլիտի սինթեզը որպես շատ արդյունավետ խնայող ժամանակ և ծախս:

Պայմանական սինթեզ և զեոլիտների ուլտրաձայնային սինթեզ

Ինչպե՞ս է ցեոլիտը պայմանականորեն սինթեզվում:

Պայմանական ցեոլիտի սինթեզը շատ ժամանակատար հիդրոջերմային գործընթաց է, որը կարող է պահանջել արձագանքման ժամանակներ `մի քանի ժամից մինչև մի քանի օր: Հիդրոթերմային ուղին սովորաբար խմբաքանակային գործընթաց է, որտեղ ցեոլիտները սինթեզվում են ամորֆ կամ լուծվող Si և Al աղբյուրներից: Սկզբնական ծերացման փուլում ռեակտիվ գելը կազմված է կառուցվածքի ուղղիչ նյութի (SDA) կողմից, իսկ ալյումինի և սիլիցիայի աղբյուրները ծերանում են ցածր ջերմաստիճանում: Agingերացման այս առաջին քայլի ընթացքում ձեւավորվում են այսպես կոչված միջուկներ: Այս միջուկները մեկնարկային նյութն են, որից բյուրեղացման հետևյալ գործընթացում աճում են ցեոլիտի բյուրեղները: Բյուրեղացման սկզբնավորմամբ գելի ջերմաստիճանը բարձրանում է: Այս հիդրոթերմային սինթեզը սովորաբար իրականացվում է խմբային ռեակտորներում: Այնուամենայնիվ, խմբաքանակի գործընթացները գալիս են աշխատատար աշխատանքի թերության հետ:

Ինչպե՞ս է ցեոլիտը սինթեզվում վերամշակմամբ

Zeեոլիտի ուլտրաձայնային սինթեզը մեղմ պայմաններում միատարր ցեոլիտի սինթեզման արագ ընթացակարգ է: Օրինակ ՝ 50 նմ ցեոլիտի բյուրեղները սինթեզվել են սոնաքիմիական ճանապարհով ՝ սենյակային ջերմաստիճանում: Չնայած ցեոլիտի սինթեզի սովորական ռեակցիան կարող է տևել մի քանի օր, սոնաքիմիական ճանապարհը նվազեցնում է սինթեզի տևողությունը մի քանի ժամ ՝ դրանով իսկ զգալիորեն նվազեցնելով ռեակցիայի ժամանակը:
Zeեոլիտի ուլտրաձայնային բյուրեղացումը կարող է իրականացվել որպես խմբաքանակ կամ շարունակական պրոցեսներ, ինչը դիմումը հեշտությամբ հարմարեցնում է շրջակա միջավայրին և մշակման նպատակներին: Գծային մասշտաբայնության շնորհիվ ուլտրաձայնային ցեոլիտի սինթեզները կարող են հուսալիորեն տեղափոխվել նախնական խմբաքանակի գործընթացից դեպի վերամշակման: Ուլտրաձայնային մշակում – խմբաքանակով և հերթով – թույլ է տալիս բարձրակարգ տնտեսական արդյունավետություն, որակի վերահսկողություն և գործառնական ճկունություն:

Սոնաքիմիական սինթեզի երթուղիներ զեոլիտի տարբեր տեսակների

Հաջորդ բաժնում մենք ներկայացնում ենք տարբեր սոնաքիմիական ուղիներ, որոնք հաջողությամբ օգտագործվել են տարբեր ցեոլիտի տեսակները սինթեզելու համար: Հետազոտության արդյունքները հետեւողականորեն ընդգծում են ուլտրաձայնային ցեոլիտի սինթեզի գերազանցությունը:

Li-պարունակող Bikitaite Zeolite- ի ուլտրաձայնային սինթեզ

Ռոյ և Դաս (2017) սենյակային ջերմաստիճանում սինթեզել են 50 նմ լիթի պարունակող ցեոլիտ Բիկիտաիտի բյուրեղներ UIP1500hdT (20 կՀց, 1.5 կՎտ) ուլտրաձայնային միջոց խմբաքանակի կարգավորման մեջ: Բիկիտաիտ ցեոլիտի հաջող սոնաքիմիական ձևավորումը սենյակային ջերմաստիճանում հաստատվել է հաջող սինթեզված լիթիում պարունակող Բիկիտաիտ ցեոլիտի միջոցով ՝ XRD և IR վերլուծությամբ:
Երբ սոնաքիմիական բուժումը զուգորդվում է սովորական ջրածերմային մշակման հետ, ցեոլիտի բյուրեղների փուլային ձևավորումը հասել է շատ ավելի ցածր ջերմաստիճանի (100º C), 5 օրվա 300º C- ի համեմատ, որոնք բնորոշ արժեքներ են սովորական հիդրոջերմային երթուղու համար: Sonication- ը զգալի ազդեցություն ունի ցեոլիտի բյուրեղացման ժամանակի և փուլային ձևավորման վրա: Ուլտրաձայնային սինթեզված Բիկիտաիտ ցեոլիտի ֆունկցիոնալությունը գնահատելու համար ուսումնասիրվել է դրա ջրածնի պահեստավորման կարողությունը: Պահպանման ծավալը մեծանում է ցեոլիտի Li պարունակության մեծացման հետ մեկտեղ:
Սոնաքիմիական ցեոլիտի առաջացում. XRD և IR վերլուծությունը ցույց տվեց, որ մաքուր, նանո-բյուրեղային Բիկիտաիտ ցեոլիտի առաջացումը սկսվել է 3 ժամ ուլտրաձայնացումից և 72 ժամ ծերացումից հետո: Նանոյի չափի բյուրեղային Բիկիտաիտ ցեոլիտը ՝ հայտնի գագաթներով, ստացվել է 6 ժամ մոնտաժման ժամանակ 250 Վտ-ով:
Առավելությունները ` Լիթիում պարունակող ցեոլիտի Bikitaite- ի սոնաքիմիական սինթեզի ուղին առաջարկում է ոչ միայն մաքուր նանո-բյուրեղների պարզ արտադրության առավելությունը, այլ նաև ներկայացնում է արագ և ծախսարդյունավետ տեխնիկա: Ուլտրաձայնային սարքավորումների և պահանջվող էներգիայի ծախսերը շատ ցածր են, երբ համեմատվում են այլ գործընթացների հետ: Ավելին, սինթեզի գործընթացի տևողությունը շատ կարճ է, այնպես որ սոնաքիմիական գործընթացը համարվում է մաքուր էներգիայի կիրառման համար օգտակար մեթոդ:
(տես ՝ Ռոյ և այլք. 2017)

Zeեոլիտ մորդենիտի պատրաստում ՝ ուլտրաձայնացման պայմաններում

Ուլտրաձայնային նախնական մշակման (MOR-U) կիրառմամբ ձեռք բերված մորդենիտը ցույց է տվել 10 × 5 μm2 ներաճած գնդիկների ավելի համասեռ ձևաբանություն և ասեղի նման կամ մանրաթելային կազմավորումների նշաններ: Ուլտրաձայնային օժանդակությամբ ընթացակարգի արդյունքում ստացվեց բարելավված հյուսվածքային բնութագրեր ունեցող նյութ, մասնավորապես `ազոտի մոլեկուլների համար մատչելի միկրոփորային ծավալը` ինչպես պատրաստված: Ուլտրաձայնային մշակմամբ մորդենիտի դեպքում նկատվել է փոփոխված բյուրեղի ձև և ավելի միատարր ձևաբանություն:
Ամփոփելով, ընթացիկ ուսումնասիրությունը ցույց տվեց, որ սինթեզի գելի ուլտրաձայնային նախնական բուժումը ազդել է ստացված մորդենիտի տարբեր հատկությունների վրա, ինչի արդյունքում

1. ավելի միատարր բյուրեղի չափ և ձևաբանություն, մանրաթելային և ասեղի նման բյուրեղների անցանկալի բացակայություն;
2. ավելի քիչ կառուցվածքային արատներ;
3. ըստ միկրոդենիտի նմուշի զգալի միկրոփորային մատչելիություն (համեմատելով դասական խառնուրդի մեթոդով պատրաստված նյութերի արգելափակված միկրոփորերի հետ, նախքան հետինթետիկ սինթետիկ բուժումը);
4. տարբեր Al կազմակերպություն, որը ենթադրաբար հանգեցնում է Na + կատիոնների տարբեր դիրքերի (ամենաազդեցիկ գործոնը, որն ազդում է պատրաստված նյութերի ներծծման հատկությունների վրա):

Սինթեզի գելի ուլտրաձայնային նախնական մշակմամբ կառուցվածքային թերությունների կրճատումը կարող է լինել սինթետիկ մորդենիտներում «ոչ իդեալական» կառուցվածքի ընդհանուր խնդրի լուծման իրագործելի միջոց: Բացի այդ, այս կառուցվածքում ավելի բարձր ներծծման կարողությունը կարելի էր հասնել սինթեզից առաջ կիրառվող ուլտրաձայնային հեշտ և արդյունավետ մեթոդով, առանց ժամանակի և ռեսուրսների սպառումով ավանդական հետինսինթետիկ բուժման (ինչը, ընդհակառակը, բերում է կառուցվածքային արատների առաջացման): Ավելին, սիլանոլի խմբերի ավելի ցածր քանակը կարող է նպաստել պատրաստված մորդենիտի ավելի երկար կատալիտիկ կյանքի տևողությանը:
(տես ՝ Կորնաս և այլն. 2021)

Solyman et al. (2013) ուսումնասիրել է ուլտրաձայնի ազդեցությունը Hielscher ultrasonicator- ի միջոցով UP200S H- մորդիտի և H-bet ցեոլիտների վրա: Նրանք եկել են այն եզրակացության, որ վերամշակումը արդյունավետ տեխնիկա է H-mordite- ի և H-Beta- ի ձևափոխման համար, որոնք ցեոլիտները ավելի նպատակահարմար են դարձնում մեթանոլի ջրազրկման միջոցով դիմեթիլային եթեր (DME) արտադրելու համար:

SAPO-34 նանոկրիստակների ուլտրաձայնային սինթեզ

Sonochemical երթուղու միջոցով SAPO-34- ը (սիլիկոալյումինֆոսֆատ մոլեկուլային մաղեր, ցեոլիտների դաս) հաջողությամբ սինթեզվել է նանոկրստալինի տեսքով ՝ օգտագործելով TEAOH- ը ՝ որպես կառուցվածքի ուղղիչ գործակալ (SDA): Մոնիկացման համար Hielscher զոնդի տիպի ուլտրաձայնիչը UP200S (24 կՀց, 200 վտ) օգտագործվել է Սոնաքիմիապես պատրաստված վերջնական արտադրանքի միջին բյուրեղի չափը 50 նմ է, ինչը բյուրեղի զգալիորեն փոքր չափ է, երբ համեմատվում է հիդրոգերմորեն սինթեզված բյուրեղների չափի հետ: Երբ SAPO-34 բյուրեղները սոնոքիմիապես գտնվում էին հիդրոգերմային պայմաններում, մակերեսը զգալիորեն ավելի բարձր է, քան պայմանականորեն սինթեզված SAPO-34 բյուրեղների բյուրեղային մակերեսը ստատիկ հիդրոթերմային տեխնիկայի միջոցով, գրեթե նույն բյուրեղայնությամբ: Մինչդեռ պայմանական հիդրոթերմային մեթոդը տևում է առնվազն 24 ժամ սինթեզի ժամանակ, որպեսզի ստանա լիովին բյուրեղային SAPO-34, sonochemically օժանդակությամբ ջրածերմային սինթեզի միջոցով լիովին բյուրեղային SAPO-34 բյուրեղները ստացվում են ընդամենը 1,5 ժամ ռեակցիայի ժամանակից հետո: Ուլտրաձայնային խիստ ինտենսիվ էներգիայի շնորհիվ ցեոլիտի SAPO-34 բյուրեղացումը ուժեղանում է ուլտրաձայնային խոռոչի փուչիկների փլուզմամբ: Խոռոչի փուչիկների ներթափանցումը տեղի է ունենում ավելի քան նանովայրկյանով, ինչը տեղականորեն արագ և բարձրանում է ջերմաստիճանի իջնումով, ինչը կանխում է մասնիկների կազմակերպումը և կուտակումը և բերում բյուրեղի փոքր չափերի: Այն փաստը, որ SONO-SAPO-34 փոքր բյուրեղները կարող են պատրաստվել սոնաքիմիական մեթոդով, ենթադրում է բարձր միջուկի խտություն սինթեզի սկզբնական փուլում և դանդաղ բյուրեղների աճ միջուկացումից հետո: Այս արդյունքները ենթադրում են, որ այս ոչ սովորական մեթոդը շատ օգտակար տեխնիկա է արդյունաբերական արտադրության մասշտաբով բարձր բերքատվությամբ SAPO-34 նանոբյուրեղների սինթեզի համար:
(տես Ասկարին և Հալլաջը. 2012 թ.)

Ուլտրաձայնային ջրազրկումը և ցեոլիտների ցրումը

Երբ ցեոլիտներն օգտագործվում են արդյունաբերական ծրագրերում, հետազոտություններում կամ նյութագիտության մեջ, չոր ցեոլիտը հիմնականում խառնվում է հեղուկ փուլի: Zeեոլիտի ցրման համար անհրաժեշտ է հուսալի և արդյունավետ ցրման տեխնիկա, որը բավականաչափ էներգիա է կիրառում ցեոլիտի մասնիկների ապագլոմերացման համար: Ուլտրաձայնային սարքերը հայտնի են որպես հզոր և հուսալի ցրող նյութեր, ուստի դրանք օգտագործվում են տարբեր նյութեր, ինչպիսիք են `նանոխողովակները, գրաֆենը, օգտակար հանածոները և շատ այլ նյութեր միատարրորեն հեղուկ փուլ տեղափոխելու համար:
Ուլտրաձայնային հետազոտմամբ չմշակված ցեոլիտի փոշին զգալիորեն համախմբված է խեցանման մորֆոլոգիայով: Ի տարբերություն դրա, 5 րոպեի ընթացքում մոնտաժային բուժումը (200 լ. Նմուշ `320 Վտ), կարծես ոչնչացնում է կեղևի նման ձևերի մեծ մասը, ինչը հանգեցնում է ավելի ցրված վերջնական փոշու: (տես Ramirez Medoza et al. 2020)
Օրինակ ՝ Ramirez Medoza et al. (2020 թ.) Օգտագործեց Hielscher զոնդի ուլտրաձայնիչը UP200S ցածր ջերմաստիճանում բյուրեղացնել NaX ցեոլիտը (այսինքն ՝ նատրիումի ձեւով սինթեզված ցեոլիտ X): Բյուրեղացման առաջին ժամվա ընթացքում մոնտաժումը հանգեցրեց արձագանքի ժամանակի 20% -անոց կրճատմանը `համեմատած ստանդարտ բյուրեղացման գործընթացի հետ: Ավելին, նրանք ցույց տվեցին, որ sonication- ը կարող է նաև նվազեցնել վերջնական փոշու կուտակման աստիճանը `ավելի ինտենսիվ ուլտրաձայնային կիրառմամբ` ավելի երկար sonication ժամանակահատվածի համար:

-Եոլիտի սինթեզի բարձր արդյունավետության ուլտրաձայնային սարքեր

Hielscher- ի ուլտրաձայնիչների բարդ ապարատային և խելացի ծրագրակազմը նախատեսված է երաշխավորելու հուսալի աշխատանք, վերարտադրվող արդյունքներ, ինչպես նաև օգտագործողի հարմարավետություն: Hielscher ուլտրաձայնային սարքերը կայուն և հուսալի են, ինչը թույլ է տալիս տեղադրել և շահագործել ծանր պայմաններում: Գործառնական պարամետրերը հեշտությամբ հասանելի են և հավաքվում են ինտուիտիվ ընտրացանկի միջոցով, որը կարող է հասանելի լինել թվային գունավոր սենսորային էկրանով և զննարկիչի հեռակառավարման միջոցով: Հետևաբար, մշակման բոլոր պայմանները, ինչպիսիք են զուտ էներգիան, ընդհանուր էներգիան, ամպլիտուդը, ժամանակը, ճնշումը և ջերմաստիճանը, ավտոմատ կերպով գրանցվում են ներկառուցված SD քարտի վրա: Սա թույլ է տալիս վերանայել և համեմատել նախորդ մոնտաժային աշխատանքները և օպտիմալացնել ցեոլիտի սինթեզի և ցրման գործընթացը առավելագույն արդյունավետության:
Hielscher Ultrasonics համակարգերն օգտագործվում են ամբողջ աշխարհում բյուրեղացման գործընթացների համար և ապացուցված են, որ հուսալի են բարձրորակ ցեոլիտների և ցեոլիտի ածանցյալների սինթեզի համար: Hielscher արդյունաբերական ուլտրաձայնային սարքերը կարող են հեշտությամբ գործարկել բարձր ամպլիտուդներ շարունակական շահագործման ընթացքում (24/7/365): Ամպլիտուդները մինչև 200 μm կարող են հեշտությամբ շարունակաբար առաջանալ ստանդարտ սոնոտրոդների (ուլտրաձայնային զոնդեր / եղջյուրներ) միջոցով: Նույնիսկ ավելի բարձր ամպլիտուդների համար կան հարմարեցված ուլտրաձայնային սոնոտրոդներ: Իրենց ամրության և ցածր սպասարկման շնորհիվ մեր ուլտրաձայնային սարքերը սովորաբար տեղադրվում են ծանր կիրառության և պահանջկոտ միջավայրում:
Hielscher ուլտրաձայնային պրոցեսորները sonochemical սինթեզների, բյուրեղացման և deagglomeration- ի համար արդեն տեղադրված են ամբողջ աշխարհում `առևտրային մասշտաբով: Դիմեք մեզ հիմա `քննարկելու ձեր ցեոլիտի արտադրության գործընթացը: Մեր լավ փորձառու աշխատակիցները ուրախ կլինեն ավելի շատ տեղեկություններ փոխանցել սոնաքիմիական սինթեզի ուղու, ուլտրաձայնային համակարգերի և գնագոյացման վերաբերյալ:
Ուլտրաձայնային սինթեզի մեթոդի առավելությամբ ձեր ցեոլիտի արտադրությունը գերազանցում է արդյունավետությամբ, պարզությամբ և ցածր գնով, երբ համեմատվում է այլ ցեոլիտի սինթեզման գործընթացների հետ:

Ստորեւ ներկայացված աղյուսակը ձեզ ցույց է տալիս մեր ultrasonicators- ի մոտավոր մշակման հզորությունը: