Синтез и функционализация зеолитов с помощью Sonication

Зеолиты, включая наноцеолиты и производные цеолита, могут быть эффективно и надежно синтезированы, функционализированы и деаггломерированы с использованием высокой производительности ультразвуковой системы. Ультразвуковой синтез и лечение цеолита превосходит обычный гидротермальный синтез по эффективности, простоте и простой линейной масштабируемости для крупного производства. Ультрасонически синтезированные цеолиты показывают хорошую кристалличность, чистоту, а также высокий уровень функциональности благодаря пористости и деагломерации.

Ультразвуковая подготовка зеолитов

Зеолиты являются микропористыми кристаллическими гидратированных глиносломикатами с абсорбтными и каталитическими свойствами.
Применение высокоэлитного ультразвука влияет на размер и морфологию ультрасонически синтезированных кристаллов цеолита и улучшает их кристалличность. Кроме того, время кристаллизации резко сокращается с помощью маршрута сонохимического синтеза. Ультрасонически-вспомогательные маршруты синтеза цеолита были протестированы и разработаны для многочисленных типов цеолита. Механизм ультразвукового синтеза цеолита основан на улучшенной передаче массы, что приводит к увеличению темпов роста кристалла. Это увеличение темпов роста кристалла впоследствии приводит к увеличению нуклеации. Кроме того, соника влияет на равновесие деполимеризации-полимеризации за счет увеличения концентрации растворимых видов, что необходимо для формирования цеолита.
В целом, различные исследования и экспериментальные производственные установки доказали ультразвуковой синтез цеолита как высокоэффективную экономию времени и затрат.

Запрос информации




Обратите внимание на наши политика конфиденциальности,


Ultrasonicator UIP2000hdT with sonochemical inline reactor for highly efficient zeolite synthesis

ультразвуковой дезинтегратор UIP2000hdT с сонохимическим стационарным реактором для высокоэффективного синтеза цеолита.

Обычный синтез против ультразвукового синтеза зеолитов

Как цеолит синтезируется условно?

Обычный синтез цеолита является очень трудоемким гидротермальным процессом, который может потребовать времени реакции от нескольких часов до нескольких дней. Гидротермальный маршрут, как правило, пакетный процесс, где цеолиты синтезируются из аморфных или растворимых источников Si и Al. На начальном этапе старения реактивный гель состоит из структурообразующий агент (ПДД), а источники алюминия и кремнезема стареют при низкой температуре. На этом первом этапе старения образуются так называемые ядра. Эти ядра являются стартовым материалом, из которого в следующем процессе кристаллизации растут кристаллы цеолита. С началом кристаллизации повышается температура геля. Этот гидротермальный синтез обычно осуществляется в пакетных реакторах. Однако пакетные процессы имеют недостаток трудоемкой работы.

Ультразвуковая нанодисперсия цеолитов с помощью ультразвука UP400St

Как цеолит синтезируется под звуковым давлением?

Ультразвуковой синтез цеолита является быстрой процедурой синтеза однородного цеолита в мягких условиях. Например, 50nm цеолит кристаллы были синтезированы через сонохимический маршрут при комнатной температуре. В то время как обычная реакция синтеза цеолита может занять до нескольких дней, сонохимический маршрут уменьшает продолжительность синтеза до нескольких часов, тем самым значительно сокращая время реакции.
Ультразвуковая кристаллизация цеолита может осуществляться как пакетные или непрерывные процессы, что делает приложение легко адаптируемым к целям окружающей среды и процесса. Благодаря линейной масштабируемости ультразвуковые синтезы цеолита могут быть надежно перенесены из первоначального процесса партии в линейную обработку. Ультразвуковая обработка – в партии и в строке – обеспечивает превосходную экономическую эффективность, контроль качества и гибкость работы.

Преимущества ультразвукового синтеза зеолита

  • Значительно ускоренная кристаллизация
  • Повышенная нуклеация
  • Чистый цеолит
  • Однородная морфология
  • Высокофункциональный цеолит (микропорозность)
  • Низкая температура (например, комнатная температура)
  • Повышенная реакция кинетики
  • Деггломерированные кристаллы
  • Пакетный или стационарный процесс
  • Превосходная эффективность затрат
Ultrasonic synthesis of zeolite is a rapid crystallization process that gives pure, high-quality nano-sized zeolite.

МИКРОграф FESEM литий-содержащего бикитаита цеолита, подготовленный (а) sonication для 3h, b) соотвечества EDAX, c) sonication после того как он после этого гидротермальная обработка на 100'C для 24h, (d) соотвеская EDAX.
(исследование и фотография Роя и Дас, 2017)

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

SEM изображения ультразвуковых синтезированных кристаллов SAPO-34 (SONO-SAPO-34) с ультразвуковым Up200s в различных условиях.
(Нажмите, чтобы увеличить! Исследование и фотография: Аскари и Халладж, 2012)

Сонохимические маршруты синтеза различных типов цеолита

В следующем разделе мы вводим различные сонохимические пути, которые были успешно использованы для синтеза различных типов цеолита. Результаты исследований постоянно подчеркивают превосходство ультразвукового синтеза цеолита.

Ультразвуковой синтез лисодержащего бикитаита Зеолита

Ultrasonicator-sonochemical-zeolite-synthesisRoy and Das (2017) синтезировали 50nm литий-содержащие кристаллы цеолита Бикитаита при комнатной температуре с использованием UIP1500hdT (20 кГц, 1,5 кВт) ультразвуковой в пакетной установке. Успешное сонохимическое образование бикитаита цеолита при комнатной температуре было подтверждено успешно синтезированным литий-содержащим бикитаит цеолитом с помощью XRD и ИК-анализа.
Когда сонохимическая обработка сочетались с обычной гидротермальной обработкой, фазовое образование кристаллов цеолита было достигнуто при гораздо более низкой температуре (100oC) по сравнению с 300oC в течение 5 дней, которые являются типичными значениями для обычного гидротермального маршрута. Sonication показывает значительное влияние на время кристаллизации и фазовое образование цеолита. Для оценки функциональности ультрасонически синтезированного бикитаита был исследован его емкость хранения водорода. Объем хранения увеличивается с увеличением содержания Li цеолита.
Сонохимическое образование цеолита: XRD и ИК-анализ показали, что формирование чистого, нанокристаллического бикитаита цеолита началось после 3 ч ультразвуковой и 72 ч старения. Наноразмерный кристаллический зикитаит цеолит с выдающимися пиками был получен после 6 часов звукового времени при 250 Вт.
Преимущества: Маршрут сонохимического синтеза литий-содержащего цеолита Бикитаита предлагает не только преимущество простого производства чистых нано-кристаллов, но и представляет собой быструю и рентабельную технику. Затраты на ультразвуковое оборудование и необходимую энергию очень низки по сравнению с другими процессами. Кроме того, продолжительность процесса синтеза очень коротка, так что сонохимический процесс рассматривается как полезный метод для применения чистой энергии.
(cf. Roy et al. 2017)

Препарат цеолит Морденит под ультразвуком

Морденит, полученный с применением ультразвуковой предварительной обработки (MOR-U), показал более однородную морфологию межростных гранул 10 × 5 мкм2 и никаких признаков игло-как или волокнистых образований. Процедура с помощью ультразвука привела к материалу с улучшенными текстурными характеристиками, в частности, объему микропор, доступному для молекул азота в максимальной форме. В случае ультрасонически предварительно обработаемого морденита наблюдались измененная кристаллическая форма и более однородная морфология.
Таким образом, текущее исследование показало, что ультразвуковая предварительная обработка синтеза геля влияет на различные свойства полученного морденита, что приводит к

  1. более однородный размер кристалла и морфология, отсутствие нежелательных волоконно-и игольчатых кристаллов;
  2. меньше структурных дефектов;
  3. значительная доступность микропор в пробе современного морденита (по сравнению с заблокированными микропорами в материалах, подготовленных классическим методом перемешивания, перед пост-синтетической обработкой);
  4. различные организации Аль, якобы в результате чего различные позиции Наз cations (наиболее влиятельным фактором, влияющим на свойства сорбции как сделал материалов).

Уменьшение структурных дефектов ультразвуковой предварительной обработкой гель синтеза может быть возможным способом решения общей проблемы "неиденовой" структуры в синтетических морденитах. Кроме того, более высокая сорбионная способность в этой структуре может быть достигнута простым и эффективным ультразвуковым методом, применяемым до синтеза, без времени и ресурсоемких традиционных постсинтетических методов (что, напротив, приводит к образованию структурных дефектов). Кроме того, меньшее число групп силанола может способствовать более длительной каталитической жизни подготовленного морденита.
(cf. Kornas et al. 2021)

SEM изображение ультрасонически синтезированных MCM-22 цеолита

SEM изображение ультрасонически синтезированных MCM-22 цеолита
(исследование и изображение: Wang et al. 2008)

Solyman et al. (2013) изучали эффекты ультразвука с помощью ультразвукового прибора Hielscher Up200s на H-мордите и цеолитах H-bet. Они пришли к выводу, что sonication является эффективным методом для H-мордита и H-бета модификации, которые делают цеолиты более подходящими для производства диметил эфира (DME) через обезвоживание метанола.

Ультразвуковой синтез нанокристаллов SAPO-34

По сонохимическому маршруту, SAPO-34 (силикоалюминофосфат молекулярных сито, класс цеолитов) были успешно синтезированы в форме нанокристалллина с использованием TEAOH в качестве структурно-направляющий агент (SDA). Для sonication, зонд Hielscher типа ультразвуковой UP200S (24 кГц, 200 Вт) был использован. Средний размер кристалла конечного продукта, подготовленного сонохимически, составляет 50 нм, что значительно меньше размера кристалла по сравнению с размером гидротермально синтезированных кристаллов. Когда кристаллы SAPO-34 были сонохимически в гидротермальных условиях, площадь поверхности значительно выше, чем площадь кристаллической поверхности условно синтезированных кристаллов SAPO-34 с помощью статической гидротермальной техники с почти такой же кристалличностью. В то время как обычный гидротермальный метод занимает не менее 24 ч времени синтеза для того, чтобы получить полностью кристаллический SAPO-34, через сонохимически-с помощью гидротермального синтеза полностью кристаллические кристаллы SAPO-34 werde получены после всего лишь 1,5 ч время реакции. Благодаря высокоимченной ультразвуковой энергии кристаллизация цеолита SAPO-34 усиливается коллапсом ультразвуковых пузырьков кавитации. Взрыв пузырьков кавитации происходит менее чем за наносекунду, что приводит к быстрому повышению и падению температуры, что препятствует организации и агломерации частиц и приводит к меньшим размерам кристалла. Тот факт, что небольшие кристаллы SONO-SAPO-34 могут быть подготовлены с помощью сонохимического метода, свидетельствует о высокой плотности нуклеации на ранних стадиях синтеза и медленном росте кристаллов после нуклеации. Эти результаты свидетельствуют о том, что этот нетрадиционный метод является очень полезным методом для синтеза нанокристаллов SAPO-34 в высоких урожаях в масштабах промышленного производства.
(cf. Аскари и Халладж; 2012)

Ультразвуковая деаггломерация и дисперсия зеолитов

Ultrasonic disperser UP200St stirring a zeolite suspensionКогда цеолиты используются в промышленных целях, научных исследованиях или материаловедениях, сухой цеолит в основном смешивается в жидкую фазу. Дисперсия цеолита требует надежной и эффективной техники дисперсии, которая применяет достаточно энергии для деаггломерата частиц цеолита. Ультразвуковые средства хорошо известны как мощные и надежные рассеители, поэтому используются для разгона различных материалов, таких как нанотрубки, графен, минералы и многие другие материалы однородно в жидкой фазе.
Порошок цеолита, не обработанный ультразвуком, значительно агломертирован оболочкой, как морфология. В отличие от этого, sonication лечения 5 мин (200 мл образца sonicated на 320 Вт), кажется, уничтожить большинство оболочки, как формы, что приводит к более рассеянным окончательный порошок. (cf. Рамирес Medoza et al. 2020)
Например, Рамирес Medoza и др. (2020) использовали ультразвуковой зонд Hielscher Up200s кристаллизовать NaX цеолит (т.е. цеолит X синтезируется в виде натрия (NaX)) при низкой температуре. Sonication в течение первого часа кристаллизации привело к 20% сокращение времени реакции по сравнению со стандартным процессом кристаллизации. Кроме того, они продемонстрировали, что соника может также уменьшить степень агломерации конечного порошка, применяя высокоинтенсивное УЗИ в течение более длительного периода звуковой.

Запрос информации




Обратите внимание на наши политика конфиденциальности,


Высокая производительность ультразвуковых для синтеза зеолита

Сложное оборудование и смарт-программное обеспечение ультразвуков Hielscher предназначены для обеспечения надежной работы, воспроизводимых результатов, а также удобство для пользователей. Ультразвуковые системы Hielscher являются надежными и надежными, что позволяет устанавливать и эксплуатировать в тяжелых условиях. Оперативные настройки можно легко получить доступ и набрать через интуитивно понятное меню, к которому можно получить доступ с помощью цифрового цветного сенсорного дисплея и пульта дистанционного управления браузера. Таким образом, все условия обработки, такие как чистая энергия, общая энергия, амплитуда, время, давление и температура автоматически регистрируются на встроенной SD-карте. Это позволяет пересмотреть и сравнить предыдущие звуковые работает и оптимизировать процесс синтеза цеолита и дисперсии с высокой эффективностью.
Ультразвуковые системы Hielscher используются во всем мире для процессов кристаллизации и доказали свою надежность для синтеза высококачественных производных цеолита и цеолита. Промышленные ультразвуковые системы Hielscher могут легко запускать высокие амплитуды в непрерывной эксплуатации (24/7/365). Амплитуды до 200 мкм могут быть легко непрерывно генерируется со стандартными сонотродами (ультразвуковые зонды / рога). Для еще более высоких амплитуд доступны индивидуальные ультразвуковые сонотроды. Благодаря своей надежности и низкому техническому обслуживанию, наши ультразвуковые средства обычно устанавливаются для тяжелых приложений и в сложных условиях.
Ультразвуковые процессоры Hielscher для сонохимических синтезов, кристаллизации и деагломерации уже установлены во всем мире в коммерческих масштабах. Свяжитесь с нами сейчас, чтобы обсудить ваш процесс производства цеолита! Наши опытные сотрудники будут рады поделиться дополнительной информацией о пути сонохимического синтеза, ультразвуковых системах и ценах!
С преимуществом ультразвукового метода синтеза, ваше производство цеолита будет преуспеть в эффективности, простоте и низкой стоимости по сравнению с другими процессами синтеза цеолита!

В приведенной ниже таблице приведена приблизительная производительность наших ультразвуковых аппаратов:

Объем партии Скорость потока Рекомендуемые устройства
От 1 до 500 мл От 10 до 200 мл / мин UP100H
От 10 до 2000 мл От 20 до 400 мл / мин Uf200 ः т, UP400St
0.1 до 20L 0.2 до 4L / мин UIP2000hdT
От 10 до 100 литров От 2 до 10 л / мин UIP4000hdT
не доступно От 10 до 100 л / мин UIP16000
не доступно больше кластер UIP16000

Свяжитесь с нами! / Спросите нас!

Запросить дополнительную информацию

Пожалуйста, используйте форму ниже, чтобы запросить дополнительную информацию об ультразвуковых процессорах, приложениях и цене. Мы будем рады обсудить ваш процесс с Вами и предложить вам ультразвуковую систему, отвечая вашим требованиям!









Пожалуйста, обратите внимание на наши политика конфиденциальности,


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

Hielscher Ultrasonics производит высокую производительность ультразвуковых гомогенизаторов для смешивания приложений, дисперсии, эмульгации и экстракции в лабораторных, пилотных и промышленных масштабах.

Литература / Ссылки



Полезные сведения

цеолиты

Зеолиты являются классом глинослозикатов, т.е. AlO2 и SiO2, в категории микропористых твердых веществ, известных как “молекулярных сито». Зеолиты в основном состоят из кремнезема, алюминия, кислорода и металлов, таких как титан, олово, цинк и другие молекулы металла. Термин молекулярное сито происходит как от конкретного свойства цеолитов к выборочно сортировать молекулы, основанные в первую очередь на процессе исключения размера. Селективность молекулярных сито определяется размером пор. В зависимости от размера пор молекулярные сито классифицируются как макропорные, мезопорные и микропористые. Зеолиты попадают в класс микропористых материалов, так как их размер поры <2 nm. Due to their porous structure, zeolites have the ability accommodate a wide variety of cations, such as Na+, K+, Ca2 евромг2 евро и другие. Эти положительные ионы довольно слабо провел и могут быть легко обменяна на других в контактном решении. Некоторые из наиболее распространенных минеральных цеолитов являются analcime, chabazite, клиноптилолит, heulandite, натролит, филлипсит, и стилбит. Примером минеральной формулы цеолита является: Na2Аль2И3O 10'2H2О, формула натролита. Эти катиономные цеолиты обладают разной кислотностью и катализу несколько кислотных катализов.
Благодаря своей избирательности и пористости полученных свойств, цеолиты часто используются в качестве катализаторов, сорбентов, ионных обменников, растворов очистки сточных вод, или в качестве антибактериальных средств.
Фауджазит цеолит (ФАУ), например, является одной из специфических форм цеолитов, которые характеризуются каркасом с полости 1,3 нм в диаметре, которые взаимосвязаны порами 0,8 нм. Цеолит типа фауджазита (FAU) используется в качестве катализатора для промышленных процессов, таких как жидкое каталитическое крекинг (FCC), а также в качестве адсорбента для летучих органических соединений в газовых потоках.


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 производит высокую производительность ультразвуковых гомогенизаторов из лаборатория в промышленного размера.