Syntéza a funkcionalizácia Zeolites pomocou ultrazvukom

Zeolity vrátane nano-zeolites a zeolit deriváty môžu byť efektívne a spoľahlivé syntetizované, funkcionalizované a deaglomerované pomocou vysokovýkonnej ultrazvukom. Ultrazvukový zeolit syntézy a liečba vyniká konvenčné hydrotermálnej syntézy účinnosťou, jednoduchosť, a jednoduchú lineárnu škálovateľnosť na veľkú výrobu. Rozpúšťadle syntetizované zeolity vykazujú dobrú kryštalitu, čistotu, ako aj vysokú úroveň funkčnosti kvôli pórovitosti a deagglomeration.

Ultrazvuk-asistovaná príprava Zeolites

Zeolity sú mikroporézne kryštalické hydratované hlinitočitany s absorpčnými a katalytickými vlastnosťami.
Aplikácia vysokovýkonného ultrazvuku ovplyvňuje veľkosť a morfológiu rozpúšťadle syntetizovaných zeolitových kryštálov a zlepšuje ich kryštalosť. Okrem toho sa čas kryštalizácie drasticky skráti pomocou sonochemickej syntézy. Rozpúšťadle-asistovanej zeolit syntézy trasy bol testovaný a vyvinutý pre mnoho zeolitových typov. Mechanizmus ultrazvukovej syntézy zeolitu je založený na zlepšenom prenose hmoty, čo vedie k zvýšenej rýchlosti rastu kryštálov. Toto zvýšenie miery rastu kryštálov následne vedie k zvýšenej miere nukleácie. Okrem toho ultrazvukom ovplyvňuje depolymerization-polymerizácia rovnováhy prostredníctvom zvýšenia koncentrácie rozpustných druhov, ktorý je potrebný pre tvorbu zeolitu.
Celkovo rôzne výskumné štúdie a pilotné výrobné nastavenia preukázali ultrazvukovú syntézu zeolitu ako vysoko efektívnu úsporu času a nákladov.

Žiadosť o informácie





Ultrasonicator UIP2000hdT with sonochemical inline reactor for highly efficient zeolite synthesis

Ultrasonicator UIP2000hdT so sonochemickým inline reaktorom pre vysoko účinnú syntézu zeolitu.

Konvenčná syntéza vs Ultrazvuková syntéza Zeolites

Ako sa zeolit syntetizuje konvenčne?

Konvenčná syntéza zeolitu je veľmi časovo náročný hydrotermálny proces, ktorý môže vyžadovať reakčné časy od niekoľkých hodín do niekoľkých dní. Hydrotermálna cesta je zvyčajne dávkový proces, pri ktorom sa zeolity syntetizujú z amorfných alebo rozpustných zdrojov Si a Al. V počiatočnej fáze starnutia sa reaktívny gél skladá z činidla na riadenie štruktúry (SDA) a zdroje hliníka a kremiku starnú pri nízkej teplote. Počas tohto prvého kroku starnutia sa tvoria takzvané jadrá. Tieto jadrá sú východiskovým materiálom, z ktorého v nasledujúcom procese kryštalizácie rastú zeolitové kryštály. Pri začatí kryštalizácie sa teplota gélu zdvihne. Táto hydrotermálna syntéza sa zvyčajne vykonáva v dávkových reaktoroch. Dávkové procesy však prichádzajú s nevýhodou práce-intenzívne operácie.

Ako je zeolit syntetizovaný pod ultrazvukom?

Ultrazvuková syntéza zeolitu je rýchly postup syntetizovať homogénny zeolit v miernych podmienkach. Napríklad 50nm zeolitové kryštály boli syntetizované sonochemical cestou pri izbovej teplote. Zatiaľ čo konvenčná syntéza zeolitu môže trvať až niekoľko dní, sonochemická cesta skracuje trvanie syntézy na niekoľko hodín, čím sa výrazne skracuje reakčný čas.
Ultrazvukový kryštalizácia zeolitu môže byť vykonaná ako dávkové alebo kontinuálne procesy, čo robí aplikáciu ľahko prispôsobiteľnou prostrediu a cieľom procesu. Vzhľadom na lineárnu škálovateľnosť môžu byť ultrazvukové zeolitové syntézy spoľahlivo prenesené z počiatočného dávkového procesu na inline spracovanie. Ultrazvukové spracovanie – v dávke a v rade – umožňuje vynikajúcu ekonomickú efektívnosť, kontrolu kvality a prevádzkovú flexibilitu.

Výhody ultrazvukovej syntézy zeolitu

  • Výrazne zrýchlená kryštalizácia
  • Zvýšená nukleácia
  • Čistý zeolit
  • Homogénna morfológia
  • Vysoko funkčný zeolit (mikroporozita)
  • Nízka teplota (napr. izbová teplota)
  • Zvýšená reakčná kinetika
  • Deaglomerované kryštály
  • Dávkový alebo vnorené proces
  • Vynikajúca nákladová efektívnosť
Ultrasonic synthesis of zeolite is a rapid crystallization process that gives pure, high-quality nano-sized zeolite.

FESEM mikrograf zeolitu obsahujúceho lítium, pripravený a) ultrazvukom na 3h, b) zodpovedajúce EDAX, c) ultrazvukom, po ktorom nasleduje hydrotermálna úprava pri 100 °C počas 24 hodín, d) zodpovedajúce EDAX.
(štúdia a obraz Roya a Dasa, 2017)

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

SEM obrazy rozpúšťadle syntetizované SAPO-34 kryštály (SONO-SAPO-34) s ultrasonicator UP200S za rôznych podmienok.
(Kliknutím zväčšíte! Štúdium a obraz: Askari a Halladj, 2012)

Sonochemical Syntetizátor cesty rôznych typov zeolitu

V nasledujúcej časti uvádzame rôzne sonochemical cesty, ktoré boli úspešne použité na syntetizáciu rôznych typov zeolitu. Výsledky výskumu dôsledne zdôrazňujú nadradenosť ultrazvukovej syntézy zeolitu.

Ultrazvuková syntéza Li-obsahujúce Bikitaite Zeolite

Ultrasonicator-sonochemical-zeolite-synthesisRoy a Das (2017) syntetizovali zeolit bikitaitové kryštály obsahujúce 50nm lítium pri izbovej teplote UIP1500hdT (20kHz, 1,5kW) ultrasonicator v dávkovom nastavení. Úspešná sonochemická tvorba Bikitaitu zeolitu pri izbovej teplote bola potvrdená úspešnou syntetizovanou Bikitaitovou zeolitou obsahujúcou lítium pomocou XRD a IR analýzy.
Keď sa sonochemická liečba skombinovali s konvenčnou hydrotermálnou liečbou, tvorba fázy zeolitových kryštálov sa dosiahla pri oveľa nižšej teplote (100 ºC) v porovnaní s 300 ºC počas 5 dní, čo sú typické hodnoty pre konvenčnú hydrotermálnu cestu. Ultrazvukom ukazuje významné účinky na kryštalizáciu času a fázy tvorby zeolitu. S cieľom vyhodnotiť funkčnosť rozpúšťadle syntetizovaný Bikitaite zeolit, jeho kapacita skladovania vodíka bola skúmaná. Objem úložiska sa zvyšuje so zvyšujúcim sa obsahom Li zeolitu.
Sonochemická tvorba zeolitu: XRD a IR analýza ukázala, že tvorba čistého, nano-kryštalického Bikitaite zeolitu začala po 3 h ultrazvukom a 72 h starnutia. Nano-veľké kryštalické Bikitaite zeolit s výraznými vrcholmi boli získané po 6 h ultrazvukom čas pri 250 W.
výhody: Sonochemická syntéza zeolitu Bikitaitu obsahujúceho lítium ponúka nielen výhodu jednoduchej výroby čistých nanokryštalík, ale predstavuje aj rýchlu a nákladovo efektívnu techniku. Náklady na ultrazvukové zariadenia a požadovanú energiu sú veľmi nízke v porovnaní s inými procesmi. Okrem toho trvanie procesu syntézy je veľmi krátke, takže sonochemický proces sa považuje za prospešnú metódu pre aplikácie čistej energie.
(porovnaj Roy et al. 2017)

Zeolit mordenit príprava pod ultrazvukom

Mordenit získaný aplikáciou ultrazvukového predúpravy (MOR-U) preukázal homogénnu morfológiu medzirastených peliet 10 × 5 μm2 a žiadne známky ihlových alebo vláknitých útvarov. Ultrazvuk-asistovaný postup vyústil do materiálu so zlepšenými texturálnymi vlastnosťami, najmä objem mikropore dostupné pre molekuly dusíka v takej forme. V prípade rozpúšťadle-predliečených mordenit, zmenený tvar kryštálu a homogénnej morfológie boli pozorované.
Stručne povedané, súčasná štúdia preukázala, že ultrazvuková predúprava syntetického gélu ovplyvnila rôzne vlastnosti získaného mordenitu, čo viedlo

  1. homogénnejšia veľkosť kryštálov a morfológia, neprítomnosť nežiadúcich kryštálov ako vláknina a ihla;
  2. menej konštrukčných chýb;
  3. významná dostupnosť mikropórov vo vzorke duditu vyrobenej v akom sa vyrába (v porovnaní s blokovaných mikropórov v materiáloch pripravených klasickou metódou miešania pred postsyntetickou ošetrením);
  4. rôzne Al organizácie, údajne vedie k rôznym pozíciám Na+ cations (najvplyvnejší faktor ovplyvňujúci sorpčné vlastnosti hotových materiálov).

Zníženie štrukturálnych chýb ultrazvukovou predúpravou syntetického gélu môže byť uskutočniteľným spôsobom, ako vyriešiť spoločný problém "nie ideálnej" štruktúry v syntetických mordenitoch. Okrem toho, vyššia sorpčná kapacita v tejto štruktúre by mohla byť dosiahnutá ľahkou a efektívnou ultrazvukovou metódou aplikovanou pred syntézou, bez časovo a zdrojov náročného tradičného postsyntetického ošetrenia (čo naopak vedie k vzniku štrukturálnych chýb). Okrem toho nižší počet skupín silanolu môže prispieť k dlhšej katalytickej životnosti pripraveného mordenitu.
(porovnaj Kornas a kol. 2021)

SEM obraz rozpúšťadle syntetizovaný MCM-22 zeolit

SEM obraz rozpúšťadle syntetizovaný MCM-22 zeolit
(štúdia a obrázok: Wang a kol. 2008)

Solyman et al. (2013) študoval účinky ultrazvuku pomocou Hielscher ultrasonicator UP200S na H-mordite a H-bet zeolity. Dospeli k záveru, že ultrazvukom je účinná technika pre H-mordite a H-Beta modifikácie, ktoré robia zeolity vhodnejšie pre výrobu dimetyléteru (DME) prostredníctvom dehydratácie metanolu.

Ultrazvuková syntéza SAPO-34 Nanokryštálov

Prostredníctvom sonochemickej cesty sa SAPO-34 (molekulárne silikoaluminofosforečnanové sít, trieda zeolitov) úspešne syntetizovali v nanokryštalickej forme s použitím TEAOH ako činidla na riadenie štruktúry (SDA). Pre ultrazvukom, Hielscher sonda-typ ultrasonicator UP200S (24kHz, 200 W) bol použitý. Priemerná veľkosť kryštálu konečného produktu pripraveného sonochemicky je 50nm, čo je výrazne menšia veľkosť kryštálu v porovnaní s veľkosťou hydrotermálne syntetizovaných kryštálov. Keď boli kryštály SAPO-34 sonochemicky v hydrotermálnych podmienkach, povrchová plocha je výrazne vyššia ako plocha kryštálového povrchu konvenčne syntetizovaných kryštálov SAPO-34 statickou hydrotermálnou technikou s takmer rovnakou kryštalickosťou. Zatiaľ čo konvenčná hydrotermálna metóda trvá najmenej 24 hodín syntézy, aby sa získala plne kryštalická SAPO-34, prostredníctvom sonochemicky podporovanej hydrotermálnej syntézy plne kryštalické KRYŠTÁLY SAPO-34 werde získané len po 1,5 h reakčnej dobe. Vzhľadom k vysoko intenzívnej ultrazvukovej energie, zeolit SAPO-34 kryštalizácia je zosilnená kolapsom ultrazvukových kavitácie bubliny. Imploze kavitácie bubliny sa vyskytuje v menej ako nanosekundu vedie lokálne k rýchlo rastúce a klesajúce teploty, čo zabraňuje organizácii a aglomerácii častíc a vedie k menším veľkostiam kryštálov. Skutočnosť, že malé kryštály SONO-SAPO-34 by mohli byť pripravené sonochemical metódou naznačuje vysokú hustotu nukleácie v počiatočných štádiách syntézy a pomalý rast kryštálov po nukleácii. Tieto výsledky naznačujú, že táto nekonvenčná metóda je veľmi užitočnou technikou pre syntézu nanokryštáží SAPO-34 vo vysokých výnosoch v priemyselnom výrobnom meradle.
(porovnaj Askari a Halladj; 2012)

Ultrazvukový deagglomeration a rozptyl Zeolites

Ultrasonic disperser UP200St stirring a zeolite suspensionKeď sa zeolity používajú v priemyselných aplikáciách, výskume alebo materiálovej vede, suchý zeolit sa väčšinou mieša do kvapalnej fázy. Disperzia zeolitu vyžaduje spoľahlivú a účinnú disperzná techniku, ktorá aplikuje dostatok energie na deaglomeráciu zeolitových častíc. Ultrasonicators sú dobre známe, že sú silné a spoľahlivé rozptyľovače, preto sa používajú na rozptýlenie rôznych materiálov, ako sú nanotruby, grafén, minerály a mnoho ďalších materiálov homogénne do kvapalnej fázy.
Zeolitový prášok, ktorý nie je ošetrený ultrazvukom, je značne aglomerovaný morfológiou ako škrupina. Naproti tomu, ultrazvukom ošetrenie 5 min (200 mL vzorky sonicated pri 320 W) zdá sa, že zničiť väčšinu tvarov ako škrupiny, čo má za následok viac rozptýlený konečný prášok. (porovnaj Ramirez Medoza a kol. 2020)
Napríklad, Ramirez Medoza et al. (2020) použil Hielscher sondu ultrasonicator UP200S kryštalizovať zeolit NaX [t. j. zeolit X syntetizovaný vo forme sodíka (NaX)] pri nízkej teplote. Ultrazvukom počas prvej hodiny kryštalizácie viedol k 20% zníženie reakčný čas v porovnaní so štandardným kryštalizačným procesom. Okrem toho, preukázali, že ultrazvukom môže tiež znížiť stupeň aglomerácie konečného prášku použitím vysokej intenzity ultrazvuku pre dlhšiu dobu ultrazvukom.

Žiadosť o informácie





Vysokovýkonné ultrasonicators pre syntézu zeolitu

Sofistikovaný hardvér a inteligentný softvér Hielscher ultrasonicators sú navrhnuté tak, aby zaručili spoľahlivú prevádzku, reprodukovateľné výsledky, ako aj užívateľskú prívetivosť. Hielscher ultrasonicators sú robustné a spoľahlivé, čo umožňuje inštaláciu a prevádzkovanie v ťažkých podmienkach. Prevádzkové nastavenia sú ľahko prístupné a vytáčané prostredníctvom intuitívneho menu, ktoré je prístupné prostredníctvom digitálneho farebného dotykového displeja a diaľkového ovládania prehliadača. Preto sa na vstavanej SD karte automaticky zaznamenávajú všetky podmienky spracovania, ako je čistá energia, celková energia, amplitúda, čas, tlak a teplota. To vám umožní revidovať a porovnať predchádzajúce ultrazvukom beží a optimalizovať proces syntézy a disperzie zeolitu na najvyššiu účinnosť.
Hielscher Ultrazvukom systémy sa používajú po celom svete pre kryštalizačné procesy a sú preukázané, že sú spoľahlivé pre syntézu vysoko kvalitných zeolites a zeolit deriváty. Hielscher priemyselné ultrasonicators môže ľahko spustiť vysoké amplitúdy v nepretržitej prevádzke (24/7/365). Amplitúdy až do 200 μm môžu byť ľahko nepretržite generované so štandardnými sonotród (ultrazvukové sondy / rohy). Pre ešte vyššie amplitúdy, prispôsobené ultrazvukové sonotród sú k dispozícii. Vďaka svojej robustnosti a nízkej údržbe sú naše ultrasonicators bežne inštalované pre náročné aplikácie a v náročných prostrediach.
Hielscher Ultrazvukové procesory pre sonochemical syntetizátory, kryštalizácia a deagglomeration sú už inštalované po celom svete v komerčnom meradle. Kontaktujte nás teraz a prediskutujte svoj výrobný proces zeolitu! Naši skúsení zamestnanci sa radi podeli o viac informácií o sonochemickej syntetizátore, ultrazvukových systémoch a cenách!
S výhodou ultrazvukovej metódy syntézy, vaša výroba zeolitu vynikne v účinnosti, jednoduchosti a nízkych nákladoch v porovnaní s inými procesmi syntézy zeolitu!

Nasledujúca tabuľka vám uvádza približnú spracovateľskú kapacitu našich ultrazvukov:

Objem šarže prietok Odporúčané Devices
1 až 500mL 10 až 200mL/min UP100H
10 až 2000mL 20 až 400mL/min UP200Ht, UP400St
0.1 až 20L 02 až 4 l / min UIP2000hdT
10 až 100L 2 až 10 l / min UIP4000hdT
neuv 10 až 100 l / min UIP16000
neuv väčšia strapec UIP16000

Kontaktuj nás! / Opýtajte sa nás!

Požiadajte o ďalšie informácie

Prosím, použite formulár nižšie požiadať o ďalšie informácie o ultrazvukové procesory, aplikácie a ceny. Budeme radi diskutovať o vašom procese s vami a ponúknuť vám Ultrazvukový systém spĺňajúci vaše požiadavky!









Vezmite prosím na vedomie naše Zásady ochrany osobných údajov,


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

Hielscher Ultrazvukom vyrába vysokovýkonné ultrazvukové homogenizátory pre miešanie aplikácií, disperzie, emulgácie a extrakcie na laboratórne, pilotné a priemyselné meradle.

Literatúra/referencie



Fakty stojí za to vedieť

zeolity

Zeolity sú trieda oxidu hlinitého, t. j. AlO2 a SiO2v kategórii mikroporéznych tuhých látkach, ktoré sú známe ako “molekulárnych sív". Zeolity pozostávajú hlavne z oxidu kremičitého, hliníka, kyslíka a kovov, ako je titán, cín, zinok a ďalšie molekuly kovov. Termín molekulárne sito pochádza z konkrétnej vlastnosti zeolitov na selektívne triedenie molekúl založených predovšetkým na procese vylúčenia veľkosti. Selektivita molekulárnych sív je definovaná veľkosťou pórov. V závislosti od veľkosti pórov sú molekulárne silá kategorizované ako makroporézne, mezoporous a mikroporézne. Zeolity spadajú do triedy mikroporéznych materiálov, pretože ich veľkosť pórov je <2 nm. Due to their porous structure, zeolites have the ability accommodate a wide variety of cations, such as Na+, K+, Ca2 +Mg2 + a iné. Tieto pozitívne ióny sú pomerne voľne držané a môžu byť ľahko vymenené za iné v kontaktnej roztoku. Niektoré z bežnejších minerálnych zeolitov sú analcime, chabazite, clinoptilolite, heulandit, natrolit, phillipsite, a stilbite. Príkladom minerálneho vzorca zeolitu je: Na2Al2SI3O 10·2H2O, vzorec pre natrolit. Tieto katióny vymieňané zeolity majú rôznu kyslosť a katalyzujú niekoľko acidoalýzy.
Vďaka selektivite a vlastnostiam odvodeným od pórovitosti sa zeolity často používajú ako katalyzátory, sorbenty, iónometické výmenníky, roztoky čistenia odpadových vôd alebo ako antibakteriálne činidlá.
Faujasit zeolit (FAU) je napríklad jedna špecifická forma zeolitov, ktoré sa vyznačujú rámcom s dutinami s priemerom 1,3 nm, ktoré sú prepojené pórmi s priemerom 0,8 nm. Zeolit typu faujasit (FAU) sa používa ako katalyzátor priemyselných procesov, ako je katalytické krakovanie kvapaliny (FCC), a ako adsorbent prchavých organických zlúčenín v prúdoch plynu.


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 vyrába vysokovýkonné ultrazvukové homogenizers z laboratórium na priemyselnej veľkosti.