Zeolitten abegraff Nano-Zeolit an Zeolit-Derivate kënnen effizient an zouverléisseg synthetiséiert, funktionnéiert an deagglomeréiert mat héich performanter Ultraschall. Ultraschall Zeolit Synthese a Behandlung exceléiert konventionell hydrothermesch Synthese duerch Effizienz, Einfachheet an einfach linear Skalierbarkeet zu grousser Produktioun. Ultraschall synthetiséiert Zeolitte weisen eng gutt Kristallinitéit, Rengheet wéi och en héije Grad vu Funktionalitéit wéinst Porositéit an Desagglomeratioun.

Ultraschall assistéiert Virbereedung vun Zeolitten

Zeolitte si mikroporéis kristallin hydratiséiert Aluminosilikater mat absorbéierenden a katalyteschen Eegeschaften.
D'Uwendung vun héich performante Ultraschall beaflosst d'Gréisst a Morphologie vun ultrasonesch synthetiséierten Zeolitkristalle a verbessert hir Kristallinitéit. Ausserdeem gëtt d'Kristallisatiounszäit drastesch reduzéiert mat engem sonochemesche Synthesestrooss. Ultraschall assistéiert Zeolit-Synthesestroosse goufe getest a fir vill Zeolitentypen entwéckelt. De Mechanismus vun der Ultraschall-Zeolit-Synthese baséiert op der verbesserte Massentransfer déi zu enger erhéiter Kristallwachstumsrate kënnt. Dës Erhéijung vum Kristallwachstumsrate féiert duerno zu enger erhéiter Nuklatiounsquote. Zousätzlech beaflosst d'Sonikatioun den Depolymeriséierung-Polymerisatiouns-Gläichgewiicht duerch eng Erhéijung vun der Konzentratioun vu löslechen Aarten, déi fir d'Zeolitbildung erfuerderlech ass.
Am Allgemengen hu verschidde Fuerschungsstudien a Pilot-Skala Produktiouns-Upups d'Ultraschall Zeolit Synthese bewisen als héich effizient Zäit spueren a Käschten.

Konventionell Synthese vs Ultraschall Synthese vun Zeolitten

Wéi gëtt Zeolit konventionell synthetiséiert?

Konventionell Zeolitesynthese ass e ganz Zäit-opwännegen hydrothermesche Prozess, dee kann d'Reaktiounszäiten vun e puer Stonnen op e puer Deeg erfuerderen. Den hydrothermesche Wee ass normalerweis e Batchprozess, wou Zeolitten aus amorfen oder lösleche Si an Al Quellen synthetiséiert ginn. An enger éischter Alterungsstuf ass de reaktive Gel aus engem Struktur-dirigéierenden Agent (SDA) komponéiert a Quelle vun Aluminium a Silika gi bei niddreger Temperatur al. Wärend dësem éischte Schrëtt vum Alterung gi sougenannt Käre gebilt. Dës Käre sinn d'Startmaterial aus deem am folgende Kristallisatiounsprozess d'Zeolitkristaller wuessen. Mat der Initiatioun vun der Kristalliséierung gëtt d'Temperatur vum Gel erhéicht. Dës hydrothermesch Synthese gëtt normalerweis a Batchreaktoren duerchgefouert. Wéi och ëmmer, Batchprozesser kommen mam Nodeel vun der Aarbechtsintensiver Operatioun.

Wéi gëtt Zeolit ënner Opléisung synthetiséiert?

Ultraschall Synthese vun Zeolit ass séier Prozedur fir homogen Zeolit ënner milden Bedingungen ze synthetiséieren. Zum Beispill goufen 50nm Zeolitkristalle via sonochemesche Wee bei Raumtemperatur synthetiséiert. Wärend konventionell Zeolit Synthes Reaktioun a ka bis zu e puer Deeg daueren, reduzéiert de sonochemesche Wee d'Synthesedauer op e puer Stonnen, wouduerch d'Reaktiounszäit wesentlech reduzéiert.
Ultraschallkristalliséierung vun Zeolit kann als batch oder kontinuéierlech Prozesser ausgeführt ginn, wat d'Applikatioun einfach adaptéiert un d'Ëmwelt a Prozessziler mécht. Wéinst der linearer Skalierbarkeet kënnen d'Ultraschall Zeolit Synthes zouverléisseg vum initialen Batchprozess op d'Inline Veraarbechtung transferéiert ginn. Ultraschallveraarbechtung – a Partie an In-Line – erméiglecht eng besser wirtschaftlech Effizienz, Qualitéitskontroll an operationell Flexibilitéit.

Sonochemesch Synthesestroosse vu verschiddenen Zeolitarten

An der folgender Sektioun stelle mir verschidde sonochemesch Weeër vir, déi erfollegräich benotzt gi fir verschidden Zeolitzorten ze synthetiséieren. Fuerschungsresultater ënnersträichen konsequent d'Iwwerleeënheet vun der Ultraschall-Zeolit-Synthese.

Ultraschall Synthese vu Li-enthaltende Bikitaite Zeolit

Roy and Das (2017) synthetiséiert 50nm Lithium enthaltend Zeolit Bikitaite Kristalle bei Raumtemperatur mat der UIP1500hdT (20kHz, 1,5kW) Ultraschall an engem Batch Setup. Déi erfollegräich sonochemesch Bildung vu Bikitaite Zeolit bei Raumtemperatur gouf bestätegt duerch erfollegräich synthetiséiert Lithium enthaltend Bikitaite Zeolit duerch XRD an IR Analyse.
Wann sonochemesch Behandlung mat konventioneller hydrothermescher Behandlung kombinéiert gouf, gouf d'Fasebildung vun Zeolitkristalle bei vill méi niddreger Temperatur (100 ° C) am Verglach zum 300 ° C fir 5 Deeg erreecht, wat typesch Wäerter fir konventionell hydrothermesch Wee sinn. Sonication weist bedeitend Effekter op Kristallisatiounszäit a Phasebildung vun Zeolit. Fir d'Funktionalitéit vun ultrasonesch synthetiséierte Bikitaite Zeolit ze evaluéieren, gouf seng Waasserstoffspäicherkapazitéit ënnersicht. De Späichervolumen erhéicht mam erhéijen Li Inhalt vum Zeolit.
Sonochemesch Zeolitbildung: XRD an IR Analyse weisen datt d'Bildung vu puren, nano-kristalline Bikitaite Zeolit no 3 h Ultraschall an 72 h Alterung ugefaang huet. Nano-Gréisst kristallin Bikitaite Zeolit mat prominente Spëtzele goufen no 6 h Sonikatiounszäit bei 250 W. kritt
Virdeeler: De sonochemesche Synthesestrooss vu Lithium enthaltend Zeolit Bikitaite bitt net nëmmen de Virdeel vun der einfacher Produktioun vu reinen Nano-Kristalle, awer stellt och eng séier a käschtendeckend Technik vir. D'Käschte fir Ultraschallausrüstung an déi erfuerderlech Energie si ganz niddereg am Verglach mat anere Prozesser. Ausserdeem ass d'Dauer vum Syntheseprozess ganz kuerz, sou datt de sonochemesche Prozess als eng gënschteg Method fir propper Energieapplikatiounen ugesi gëtt.
(vgl. Roy et al. 2017)

Zeolit Mordenite Virbereedung ënner Ultrasonikatioun

Mordenite kritt mat Uwendung vun der Ultraschallvirbehandlung (MOR-U) huet eng méi homogen Morphologie vun intergrouene Pellets 10 × 5 µm2 gewisen a keng Unzeeche vun nadelähnlechen oder fibrous Formatiounen. D'Ultraschall assistéiert Prozedur huet zu engem Material mat verbesserte strukturellen Charakteristiken gefouert, besonnesch de Mikroporevolumen fir Stéckstoffmolekülen an der sou gemaacher Form zougänglech. Am Fall vun Ultraschall-virbehandelt Mordenit gouf geännert Kristallform a méi homogen Morphologie observéiert.
Zesummefaassend huet déi aktuell Etude bewisen datt d'Ultraschall-Virbehandlung vu Synthesegel déi verschidden Eegeschafte vum kritt Mordenit beaflosst, wat zu

1. méi homogen Kristallgréisst a Morphologie, Feele vun ongewollte Faser- an Nadelähnleche Kristaller;
2. manner strukturell Mängel;
3. bedeitend Mikroporeaccessibilitéit an der sougenannter Mordenit-Prouf (am Verglach mat de blockéierte Mikroporen a Materialien, déi vun der klassescher Rührmethod virbereet ginn, virun der post-synthetescher Behandlung);
4. ënnerschiddlech Al Organisatioun, déi angeblech zu verschiddene Positioune vun Na + Kationen entstinn (de beaflosstste Faktor deen d'Sorptiounseegenschafte vun de gemaachte Materialie beaflosst).

D'Reduktioun vu strukturelle Mängel duerch Ultraschall-Virbehandlung vum Synthesegel kann e machbare Wee sinn fir de gemeinsame Problem vun der "net-idealer" Struktur a syntheteschen Mordeniten ze léisen. Zousätzlech kéint méi héich Sorptionskapazitéit an dëser Struktur erreecht ginn duerch eng einfach an effizient Ultraschallmethod, déi virun der Synthese applizéiert gouf, ouni Zäit- a Ressourceverbrauchend traditionell postsynthetesch Behandlung (wat, am Géigendeel, zu der Generatioun vu strukturelle Mängel féiert). Ausserdeem kann déi ënnescht Zuel vu Silanolgruppen zu enger méi katalytescher Liewensdauer vum preparéierten Mordenit bäidroen.
(vgl. Kornas et al. 2021)

Solyman et al. (2013) studéiert d'Effekter vum Ultraschall mam Hielscher Ultraschall UP200S op H-Mordite an H-Bet Zeolitten. Si koumen zum Schluss datt d'Sonikatioun eng effektiv Technik fir H-Mordit an H-Beta Modifikatioun ass, déi d'Zeoliten méi adäquat fir d'Produktioun vun Dimethylether (DME) iwwer Dehydratioun vu Methanol maachen.

Ultraschall Synthese vu SAPO-34 Nanokristaller

Via sonochemesche Wee goufen SAPO-34 (silicoaluminophosphat molekulare Siwer, eng Klass vun Zeolitten) erfollegräich an nanokristalliner Form synthetiséiert mat TEAOH als Strukturféierungsagent (SDA). Fir Opléisung ass den Hielscher Sonde-Typ Ultraschall UP200S (24kHz, 200 Watt) gouf benotzt. Déi duerchschnëttlech Kristallgréisst vum Schlussprodukt sonochemesch virbereet ass 50nm, wat eng däitlech méi kleng Kristallgréisst ass am Verglach mat der Gréisst vun hydrothermesch synthetiséierte Kristalle. Wann SAPO-34 Kristalle sonochemesch ënner hydrothermesche Konditioune waren, ass d'Uewerfläch wesentlech méi héich wéi d'Kristalloberfläche vu konventionell synthetiséierte SAPO-34 Kristaller iwwer statesch hydrothermesch Technik mat bal derselwechter Kristallinitéit. Wärend déi konventionell hydrothermesch Method op d'mannst 24 h Synthesenzäit brauch fir vollkristallin SAPO-34 ze kréien, iwwer sonochemesch assistéiert hydrothermesch Synthese vollkristallin SAPO-34 Kristalle kréie se no nëmmen 1,5 h Reaktiounszäit kritt. Wéinst der héijer intensiver Ultraschallenergie gëtt Zeolit SAPO-34 Kristalliséierung verstäerkt duerch den Zesummebroch vun Ultraschallkavitationblasen. D'Implosioun vu Kavitatiounsblosen trëtt a manner wéi enger Nanosekonn op a resultéiert lokal zu séier héijen a falen Temperaturen, wat d'Organisatioun an d'Agglomeratioun vu Partikelen verhënnert a féiert zu méi klenge Kristallgréissten. D'Tatsaach datt kleng SONO-SAPO-34 Kristalle kéinte mat der sonochemescher Method virbereet ginn, hindeit eng héich Nuklatiounsdicht an de fréie Stadien vun der Synthese a lues Kristallwuesstum no der Nuklatioun. Dës Resultater hindeit datt dës onkonventionell Method eng ganz nëtzlech Technik fir d'Synthese vu SAPO-34 Nanokristalle mat héije Rendementer an der industrieller Produktiounsskala ass.
(vgl. Askari an Halladj; 2012)

Ultraschall Deagglomeratioun an Dispersioun vun Zeolitten

Wann Zeolitten an industriellen Uwendungen, Fuerschung oder Materialwëssenschaft benotzt ginn, gëtt den dréchen Zeolit meeschtens an eng flësseg Phas gemëscht. Zeolit Dispersioun erfuerdert eng zouverléisseg an effektiv Dispergéierungstechnik, déi genuch Energie benotzt fir d'Zeolitpartikelen ze deagglomeréieren. Ultrasonicatoren sinn bekannt als mächteg an zouverléisseg Disperser, dofir benotzt fir verschidde Materialien wéi Nanotubes, Graphen, Mineralien a vill aner Materialer homogen an eng flësseg Phase ze verdeelen.
En Zeolitpulver deen net mat Ultraschall behandelt gëtt ass mat schuelähnlecher Morphologie agglomeréiert. Am Géigesaz zu enger Sonikatiounsbehandlung vu 5 min (200 ml Probe sonikéiert op 320 W) schéngt déi meescht vun de schuelähnleche Formen ze zerstéieren, wat zu engem méi dispergéierte Schlusspudder resultéiert. (vgl. Ramirez Medoza et al. 2020)
Zum Beispill, Ramirez Medoza et al. (2020) huet den Hielscher Sonde Ultraschall benotzt UP200S fir NaX Zeolit ze kristalliséieren (dh Zeolit X synthetiséiert an der Natriumform (NaX)) bei niddreger Temperatur. Sonikatioun während der éischter Stonn vu Kristalliséierung huet zu 20% Reduktioun vun der Reaktiounszäit am Verglach zum Standardkristalliséierungsprozess gefouert. Ausserdeem hunn se bewisen datt d'Sonikatioun och den Agglomeratiounsgrad vum leschte Pulver reduzéiere kann andeems en Ultraschall mat héijer Intensitéit fir eng méi laang Opléisungsperiod applizéiert.

Héichleistungs Ultraschaller fir Zeolit Synthese

Déi sophistikéiert Hardware a Smart Software vun Hielscher Ultraschaller sinn entwéckelt fir zouverléisseg Operatioun, reproduzéierbar Resultater wéi och Benotzerfrëndlechkeet ze garantéieren. D'Hielscher Ultraschaller si robust an zouverléisseg, wat et erlaabt ënner schwéiere Bedéngungen z'installéieren an ze bedreiwen. Operativ Astellunge kënnen einfach zougänglech gemaach ginn an iwwer intuitivt Menü uruffen, wat iwwer digital Faarftouch-Display a Browser-Fernsteuerung zougänglech ass. Dofir ginn all Veraarbechtungsbedingunge wéi Nettoenergie, total Energie, Amplitude, Zäit, Drock an Temperatur automatesch op enger agebauter SD-Kaart opgeholl. Dëst erlaabt Iech fréier Opléisungslafen ze iwwerschaffen an ze vergläichen an den Zeolit Synthese an Dispersiounsprozess zu héchster Effizienz ze optimiséieren.
Hielscher Ultrasonics Systeme gi weltwäit fir Kristalliséierungsprozesser benotzt a si bewisen als zouverlässeg fir d'Synthese vu qualitativ héichwäertegen Zeolitten an Zeolitderivaten. Hielscher industriell Ultraschaller kënnen einfach héich Amplituden a kontinuéierlecher Operatioun lafen (24/7/365). Amplituden vu bis zu 200 µm kënne ganz kontinuéierlech mat Standard Sonotroden (Ultraschall Sonden / Hénger) generéiert ginn. Fir nach méi héich Amplituden, personaliséiert Ultraschall-Sonotrode si verfügbar. Wéinst hirer Robustheet an hirem klengen Ënnerhalt ginn eis Ultraschaller allgemeng fir schwéier Uwendungen an a fuerderen Ëmfeld installéiert.
Hielscher Ultraschallveraarbechter fir sonochemesch Synthesen, Kristalliséierung an Desgglomeratioun si scho weltwäit op kommerzieller Skala installéiert. Kontaktéiert eis elo fir Ären Zeolit-Fabrikatiounsprozess ze diskutéieren! Eis gutt erfuerene Mataarbechter wäerte frou méi Informatiounen iwwer de sonochemesche Synthesebunn ze deelen, Ultraschallsystemer a Präisser!
Mat dem Virdeel vun der Ultraschall-Synthesemethod wäert Är Zeolitproduktioun an Effizienz, Einfachheet a niddrege Käschten excelleren am Verglach mat aneren Zeolit-Syntheseprozesser!

D'Tabellner ënnert Iech en Indikatioun vun der ongeféieren Veraarbechtkapazitéit vun eisem Ultraschall: