Zeolitet duke përfshirë nano-zeolitet dhe derivatet e zeolitit mund të sintetizohen në mënyrë efikase dhe të besueshme, të funksionalizohen dhe të deagglomerohen duke përdorur ultrasonikimin me performancë të lartë. Sinteza tejzanor dhe trajtimi i zeolitit shkëlqen sintezën hidrotermale konvencionale nga efikasiteti, thjeshtësia dhe shkallëzimi i thjeshtë linear për prodhimin e madh. Zeolitet e sintetizuara ultrasonikisht tregojnë kristalitet të mirë, pastërti si dhe një shkallë të lartë të funksionalitetit për shkak të porozitetit dhe deagglomerimit.

Përgatitja e ndihmuar nga ultrazërit e Zeoliteve

Zeolitet janë aluminosilikate të hidratuara kristalore mikropore me veti thithëse dhe katalitike.
Zbatimi i ultrazërit me performancë të lartë ndikon në madhësinë dhe morfologjinë e kristaleve zeolite të sintetizuara ultrasonikisht dhe përmirëson kristalitetin e tyre. Për më tepër, koha e kristalizimit zvogëlohet në mënyrë drastike duke përdorur një rrugë sintetike sonokimike. Rrugët e sintezës së zeolitit të asistuara ultrasonikisht u testua dhe u zhvillua për lloje të shumta të zeolitit. Mekanizmi i sintezës së zeolitit tejzanor bazohet në transferimin e përmirësuar të masës që rezulton në një rritje të rritjes së kristalit. Kjo rritje në shkallën e rritjes së kristalit më pas çon në një rritje të shkallës së bërthamëzimit. Për më tepër, sonifikimi ndikon në ekuilibrin e depolimerizimit-polimerizimit përmes një rritje në përqendrimin e specieve të tretshme, e cila kërkohet për formimin e zeolitit.
Në përgjithësi, studime të ndryshme kërkimore dhe instalime të prodhimit në shkallë pilot kanë provuar sintezën tejzonike të zeolitit si kursim shumë efikas të kohës dhe kostove.

Sinteza konvencionale vs Sinteza tejzanor e zeoliteve

Si sintetizohet zeoliti në mënyrë konvencionale?

Sinteza konvencionale e zeolitit është një proces hidrotermal shumë kohë, i cili mund të kërkojë kohë reagimi nga disa orë në disa ditë. Rruga hidrotermale është normalisht një proces grumbull, ku zeolitet sintetizohen nga burimet amorfe ose të tretshme të Si dhe Al. Në një fazë fillestare të plakjes, xheli reaktiv përbëhet nga një agjent drejtues i strukturës (SDA) dhe burimet e aluminit dhe silicës plaken në temperaturë të ulët. Gjatë këtij hapi të parë të plakjes, formohen të ashtuquajturat bërthama. Këto bërthama janë materiali fillestar nga i cili në procesin vijues të kristalizimit rriten kristalet e zeolitit. Me fillimin e kristalizimit, temperatura e xhelit ngrihet. Kjo sintezë hidrotermike zakonisht kryhet në reaktorë të grupeve. Sidoqoftë, proceset e grupeve vijnë me pengesën e funksionimit intensiv të punës.

Si sintetizohet zeoliti nën sonifikim?

Sinteza tejzanor e zeolitit është procedurë e shpejtë për të sintetizuar zeolitin homogjen në kushte të buta. Për shembull, kristalet e zeolitit 50nm u sintetizuan përmes rrugës sonokimike në temperaturën e dhomës. Ndërsa reagimi konvencional i sintezës së zeolitit një mund të zgjasë deri në disa ditë, rruga sonokimike zvogëlon kohëzgjatjen e sintezës në disa orë, duke zvogëluar ndjeshëm kohën e reagimit.
Kristalizimi tejzanor i zeolitit mund të kryhet si grumbull ose procese të vazhdueshme, gjë që e bën aplikimin lehtësisht të përshtatshëm për mjedisin dhe qëllimet e procesit. Për shkak të shkallëzimit linear, sintezat tejzonike të zeolitit mund të transferohen me besueshmëri nga procesi fillestar i grupeve në përpunimin inline. Përpunimi tejzanor – në grumbull dhe në linjë – lejon efikasitet ekonomik superior, kontroll të cilësisë dhe fleksibilitet operacional.

Rrugët e sintezës sonokimike të llojeve të ndryshme të zeolitit

Në seksionin vijues, ne prezantojmë rrugë të ndryshme sonokimike, të cilat janë përdorur me sukses për të sintetizuar lloje të ndryshme të zeolitit. Rezultatet e hulumtimit nënvizojnë vazhdimisht epërsinë e sintezës tejzonike të zeolitit.

Sinteza tejzanore e Bikitaite Zeolite që përmban Li

Roy dhe Das (2017) sintetizuan 50nm kristale zeoliti që përmbajnë litium Bikitaite në temperaturën e dhomës duke përdorur UIP1500hdT (20kHz, 1.5kW) ultrasonicator në një përbërje grup. Formimi i suksesshëm sonokimik i zeolitit Bikitaite në temperaturën e dhomës u konfirmua nga zeoliti Bikitaite që përmbante litium të sintetizuar me sukses nga analiza XRD dhe IR.
Kur trajtimi sonokimik u kombinua me trajtimin hidrotermik konvencional, formimi i fazës së kristaleve zeolite u arrit në temperaturë shumë më të ulët (100º C) në krahasim me 300º C për 5 ditë, të cilat janë vlera tipike për rrugën hidrotermale konvencionale. Sonifikimi tregon efekte të konsiderueshme në kohën e kristalizimit dhe formimin fazor të zeolitit. Për të vlerësuar funksionalitetin e zeolitit Bikitaite të sintetizuar në mënyrë ultrasonike, u shqyrtua kapaciteti i tij i ruajtjes së hidrogjenit. Vëllimi i depozitimit rritet me rritjen e përmbajtjes së Li të zeolitit.
Formimi Sonokimik i Zeolitit: Analiza XRD dhe IR tregoi se formimi i zeolitit të pastër, nano-kristal Bikitaite filloi pas tejzanimit 3 orë dhe plakjes 72 orë. Zeoliti kristalor kristal Bikitaite me madhësi nano me maja të shquara u morën pas 6 orë kohë sonifikimi në 250 W.
Përparësitë: Rruga e sintezës sonokimike të zeolitit që përmban litium Bikitaite ofron jo vetëm avantazhin e prodhimit të thjeshtë të nano-kristaleve të pastra, por gjithashtu paraqet një teknikë të shpejtë dhe me kosto efektive. Kostot për pajisjet tejzanor dhe energjinë e kërkuar janë shumë të ulëta kur krahasohen me proceset e tjera. Për më tepër, kohëzgjatja e procesit të sintezës është shumë e shkurtër, kështu që procesi sonokimik konsiderohet si një metodë e dobishme për aplikimet e energjisë së pastër.
(krh. Roy et al. 2017)

Përgatitja e Zeolite Mordenite nën Ultrasonication

Mordeniti i përftuar me aplikimin e para-trajtimit tejzanor (MOR-U) tregoi një morfologji më homogjene të fishekëve intergrown 10 × 5 μm2 dhe pa shenja të formacioneve të ngjashme me gjilpërë ose fibroze. Procedura e asistuar me ultratinguj rezultoi në një material me karakteristika të përmirësuara strukturore, në veçanti, vëllimi mikropor i arritshëm për molekulat e azotit në formën e bërë. Në rastin e mordenitit të para-trajtuar ultrasonikisht, u vu re formë kristali e ndryshuar dhe morfologji më homogjene.
Në përmbledhje, studimi aktual demonstroi se para-trajtimi tejzanor i xhelit të sintezës ndikoi në vetitë e ndryshme të mordenitit të marrë, duke rezultuar në

1. madhësia dhe morfologjia kristale më homogjene, mungesa e kristaleve të padëshirueshme si fibra dhe gjilpëra;
2. më pak defekte strukturore;
3. hyrja e konsiderueshme e mikroporeve në modelin e bërë mordenit (krahasimi me mikroporet e bllokuara në materialet e përgatitura nga metoda klasike e nxitjes, para trajtimit post-sintetik);
4. organizatë e ndryshme Al, gjoja rezulton në pozicione të ndryshme të kationeve Na + (faktori më me ndikim që ndikon në vetitë e thithjes së materialeve të bëra).

Reduktimi i defekteve strukturore nga para-trajtimi tejzanor i xhelit të sintezës mund të jetë një mënyrë e mundshme për të zgjidhur problemin e zakonshëm të strukturës "jo-ideale" në mordenitet sintetike. Për më tepër, kapaciteti më i lartë i thithjes në këtë strukturë mund të arrihet me një metodë ultrasonike të lehtë dhe efikase të aplikuar para sintezës, pa trajtim tradicional post-sintetik që kërkon kohë dhe burime (i cili, përkundrazi, çon në gjenerimin e defekteve strukturore). Për më tepër, numri më i ulët i grupeve silanol mund të kontribuojë në një jetë më të gjatë katalitike të mordenitit të përgatitur.
(krh. Kornas et al. 2021)

Solyman etj. (2013) studioi efektet e ultrazërit duke përdorur ultrasonicatorin Hielscher UP200S në zeolitet H-mordite dhe H-bet. Ata arritën në përfundimin se sonifikimi është një teknikë efektive për modifikimin e H-morditit dhe H-Beta, të cilat i bëjnë zeolitet më të përshtatshme për prodhimin e eter dimetil (DME) përmes dehidrimit të metanolit.

Sinteza tejzanor e nanokristaleve SAPO-34

Përmes rrugës sonokimike, SAPO-34 (sitat molekulare silikaluminofosfate, një klasë zeolitesh) u sintetizuan me sukses në formë nanokrstalline duke përdorur TEAOH si agjent drejtues strukture (SDA). Për sonifikim, ultrasonicator i tipit sondë Hielscher UP200S (24kHz, 200 watts) u përdor Madhësia mesatare e kristalit të produktit përfundimtar të përgatitur sonokimikisht është 50nm, e cila është një madhësi kristal dukshëm më e vogël kur krahasohet me madhësinë e kristaleve të sintetizuara hidrotermikisht. Kur kristalet SAPO-34 ishin sonokimikisht në kushte hidrotermale, sipërfaqja është dukshëm më e lartë se sipërfaqja kristalore e kristaleve SAPO-34 të sintetizuara konvencionalisht përmes teknikës hidrotermike statike me kristalitetin pothuajse të njëjtë. Ndërsa metoda konvencionale hidrotermale kërkon të paktën 24 orë kohë sinteze në mënyrë që të merret plotësisht SAPO-34 kristalor, përmes sintezës hidrotermike të asistuar sonokimikisht kristaleve plotësisht kristaline SAPO-34 të marra vetëm pas 1.5 orë kohë reagimi. Për shkak të energjisë ultrasonike shumë intensive, kristalizimi i zeolitit SAPO-34 intensifikohet nga shembja e flluskave të kavitimit tejzanor. Goditja e flluskave të kavitacionit ndodh në më pak se një nanosekondë që rezulton lokalisht në rritje dhe ulje të shpejtë të temperaturave, e cila parandalon organizimin dhe grumbullimin e grimcave dhe çon në madhësi më të vogla kristali. Fakti që kristalet e vogla SONO-SAPO-34 mund të përgatiten me metodën sonokimike sugjeron një dendësi të lartë të bërthamëzimit në fazat e hershme të sintezës dhe rritje të ngadaltë të kristalit pas bërthamëzimit. Këto rezultate sugjerojnë që kjo metodë jokonvencionale është një teknikë shumë e dobishme për sintezën e nanokristaleve SAPO-34 në rendimente të larta në shkallën e prodhimit industrial.
(krh. Askari dhe Halladj; 2012)

Deagglomeration tejzanor dhe shpërndarja e Zeolites

Kur zeolitet përdoren në aplikime industriale, kërkime shkencore ose materiale, zeoliti i thatë përzihet kryesisht në një fazë të lëngshme. Shpërndarja e zeolitit kërkon një teknikë të besueshme dhe efektive të shpërndarjes, e cila aplikon mjaftueshëm energji për të deagglomeratuar grimcat e zeolitit. Ultrasonicatorët janë të njohur mirë se janë shpërndarës të fuqishëm dhe të besueshëm, prandaj përdoren për shpërndarjen e materialeve të ndryshme si nanotubat, grafeni, mineralet dhe shumë materiale të tjera në mënyrë homogjene në një fazë të lëngshme.
Një pluhur zeoliti që nuk trajtohet me ultratinguj është mjaft i grumbulluar me morfologji të ngjashme me lëvozhgën. Në të kundërt, një trajtim sonifikues prej 5 min (200 ml mostër e sonifikuar në 320 W) duket se shkatërron shumicën e formave të ngjashme me lëvozhgën, e cila rezulton në një pluhur përfundimtar më të shpërndarë. (krh. Ramirez Medoza dhe të tjerët. 2020)
Për shembull, Ramirez Medoza et al. (2020) përdori ultrasonicatorin e sondës Hielscher UP200S të kristalizohet zeoliti NaX (dmth., zeoliti X i sintetizuar në formë natriumi (NaX)) në temperaturë të ulët. Sonifikimi gjatë orës së parë të kristalizimit rezultoi në 20% ulje të kohës së reagimit krahasuar me një proces standard kristalizimi. Për më tepër, ata demonstruan se sonifikimi gjithashtu mund të zvogëlojë shkallën e grumbullimit të pluhurit përfundimtar duke aplikuar ultratinguj me intensitet të lartë për një periudhë më të gjatë të sonifikimit.

Ultrasonicators me performancë të lartë për sintezën e zeolitit

Hardware dhe softuer i zgjuar i ultrasonicators të Hielscher janë krijuar për të garantuar funksionim të besueshëm, rezultate të riprodhueshme, si dhe mirëdashësi për përdoruesit. Ultrasonicatorët e Hielscher janë të fuqishëm dhe të besueshëm, gjë që lejon instalimin dhe funksionimin në kushte të rënda. Cilësimet operacionale mund të arrihen dhe thirren lehtë përmes menusë intuitive, e cila mund të arrihet përmes ekranit dixhital me ngjyra të prekjes dhe telekomandës së shfletuesit. Prandaj, të gjitha kushtet e përpunimit të tilla si energjia neto, energjia totale, amplituda, koha, presioni dhe temperatura regjistrohen automatikisht në një kartë SD të integruar. Kjo ju lejon të rishikoni dhe krahasoni xhirimet e mëparshme të sonifikimit dhe të optimizoni procesin e sintezës dhe shpërndarjes së zeolitit në efikasitetin më të lartë.
Sistemet Hielscher Ultrasonics përdoren në të gjithë botën për proceset e kristalizimit dhe janë provuar të jenë të besueshme për sintezën e zeoliteve dhe derivateve të zeoliteve me cilësi të lartë. Ultrasonicators industriale Hielscher lehtë mund të drejtojnë amplituda të larta në funksionim të vazhdueshëm (24/7/365). Amplituda deri në 200 μm mund të gjenerohet lehtësisht vazhdimisht me sonotroda standarde (sonda / brirë tejzanor). Për amplituda edhe më të larta, janë në dispozicion sonotroda të personalizuara tejzanor. Për shkak të fuqisë së tyre dhe mirëmbajtjes së ulët, ultrasonicatorët tanë janë instaluar zakonisht për aplikime të rënda dhe në mjedise kërkuese.
Përpunuesit tejzanor të Hielscher për sinteza sonokimike, kristalizimi dhe deagglomeracioni janë instaluar tashmë në të gjithë botën në shkallë komerciale. Na kontaktoni tani për të diskutuar procesin tuaj të prodhimit të zeolitit! Stafi ynë me përvojë të mirë do të jetë i lumtur të ndajë më shumë informacion mbi rrugën e sintezës sonokimike, sistemet tejzanor dhe çmimet!
Me avantazhin e metodës së sintezës tejzanor, prodhimi juaj i zeolitit do të shkëlqejë në efikasitet, thjeshtësi dhe kosto të ulët kur krahasohet me proceset e tjera të sintezës së zeolitit!

Tabela më poshtë ju jep një tregues të kapacitetit të përafërt të përpunimit të ultrasonicators tonë: