การสังเคราะห์และการทํางานของซีโอไลต์โดยใช้ Sonication

ซีโอไลต์รวมถึงนาโนซีโอไลต์และอนุพันธ์ของซีโอไลต์สามารถสังเคราะห์ได้อย่างมีประสิทธิภาพและเชื่อถือได้ทํางานและแยกตัวโดยใช้อัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูง การสังเคราะห์และการรักษาซีโอไลต์อัลตราโซนิกเป็นเลิศในการสังเคราะห์ไฮโดรเทอร์มอลแบบเดิมด้วยประสิทธิภาพความเรียบง่ายและความสามารถในการปรับขนาดเชิงเส้นที่เรียบง่ายในการผลิตขนาดใหญ่ ซีโอไลต์ที่สังเคราะห์ด้วยอัลตราโซนิกแสดงให้เห็นถึงความเป็นผลึกความบริสุทธิ์ที่ดีตลอดจนฟังก์ชันการทํางานระดับสูงเนื่องจากความพรุนและการแยกตัวเป็นก้อน

การเตรียมซีโอไลต์ด้วยอัลตราซาวนด์ช่วย

ซีโอไลต์เป็นอลูมิโนซิลิเกตไฮเดรตผลึกที่มีรูพรุนขนาดเล็กที่มีคุณสมบัติดูดซับและตัวเร่งปฏิกิริยา
การประยุกต์ใช้อัลตราซาวนด์ประสิทธิภาพสูงมีอิทธิพลต่อขนาดและสัณฐานวิทยาของผลึกซีโอไลต์ที่สังเคราะห์ด้วยอัลตราโซนิกและปรับปรุงความเป็นผลึก นอกจากนี้ เวลาในการตกผลึกจะลดลงอย่างมากโดยใช้เส้นทางการสังเคราะห์โซโนเคมี เส้นทางการสังเคราะห์ซีโอไลต์ด้วยอัลตราโซนิกได้รับการทดสอบและพัฒนาสําหรับซีโอไลต์หลายประเภท กลไกการสังเคราะห์ซีโอไลต์อัลตราโซนิกขึ้นอยู่กับการถ่ายโอนมวลที่ดีขึ้นซึ่งส่งผลให้อัตราการเจริญเติบโตของผลึกเพิ่มขึ้น อัตราการเจริญเติบโตของผลึกที่เพิ่มขึ้นนี้นําไปสู่อัตราการเกิดนิวเคลียสที่เพิ่มขึ้นในภายหลัง นอกจากนี้การ sonication ยังส่งผลต่อสมดุล depolymerization-polymerization ผ่านการเพิ่มความเข้มข้นของสายพันธุ์ที่ละลายน้ําได้ซึ่งจําเป็นสําหรับการก่อตัวของซีโอไลต์
โดยรวมแล้วการศึกษาวิจัยต่างๆและการตั้งค่าการผลิตระดับนําร่องได้พิสูจน์ให้เห็นแล้วว่าการสังเคราะห์ซีโอไลต์อัลตราโซนิกมีประสิทธิภาพสูงในการประหยัดเวลาและค่าใช้จ่าย

การสังเคราะห์แบบธรรมดากับการสังเคราะห์อัลตราโซนิกของซีโอไลต์

ซีโอไลต์สังเคราะห์ตามอัตภาพอย่างไร?

การสังเคราะห์ซีโอไลต์แบบเดิมเป็นกระบวนการไฮโดรเทอร์มอลที่ใช้เวลานานมากซึ่งอาจต้องใช้เวลาตอบสนองตั้งแต่หลายชั่วโมงถึงหลายวัน เส้นทางไฮโดรเทอร์มอลมักจะเป็นกระบวนการแบทช์ ซึ่งซีโอไลต์จะถูกสังเคราะห์จากแหล่ง Si และ Al ที่ไม่มีสัณฐานหรือละลายน้ําได้ ในระยะการเสื่อมสภาพเริ่มต้นเจลปฏิกิริยาประกอบด้วยสารกํากับโครงสร้าง (SDA) และแหล่งที่มาของอะลูมิเนียมและซิลิกาจะถูกบ่มที่อุณหภูมิต่ํา ในระหว่างขั้นตอนแรกของการชราสิ่งที่เรียกว่านิวเคลียสจะเกิดขึ้น นิวเคลียสเหล่านี้เป็นวัสดุเริ่มต้นที่ผลึกซีโอไลต์จะเติบโตในกระบวนการตกผลึกต่อไปนี้ ด้วยการเริ่มต้นของการตกผลึกอุณหภูมิของเจลจะสูงขึ้น การสังเคราะห์ไฮโดรเทอร์มอลนี้มักจะดําเนินการในเครื่องปฏิกรณ์แบบแบทช์ อย่างไรก็ตาม กระบวนการเป็นชุดมาพร้อมกับข้อเสียของการทํางานที่ต้องใช้แรงงานมาก

ซีโอไลต์สังเคราะห์ภายใต้การ sonication อย่างไร?

การสังเคราะห์อัลตราโซนิกของซีโอไลต์เป็นขั้นตอนที่รวดเร็วในการสังเคราะห์ซีโอไลต์ที่เป็นเนื้อเดียวกันภายใต้สภาวะที่ไม่รุนแรง ตัวอย่างเช่น ผลึกซีโอไลต์ 50nm ถูกสังเคราะห์ผ่านเส้นทางโซโนเคมีที่อุณหภูมิห้อง ในขณะที่ปฏิกิริยาการสังเคราะห์ซีโอไลต์ทั่วไปอาจใช้เวลานานถึงหลายวัน แต่เส้นทางโซโนเคมีจะลดระยะเวลาการสังเคราะห์ลงเหลือสองสามชั่วโมง ซึ่งจะช่วยลดเวลาในการตอบสนองได้อย่างมาก
การตกผลึกอัลตราโซนิกของซีโอไลต์สามารถทําได้เป็นชุดหรือกระบวนการต่อเนื่องซึ่งทําให้แอปพลิเคชันสามารถปรับให้เข้ากับสภาพแวดล้อมและเป้าหมายของกระบวนการได้อย่างง่ายดาย เนื่องจากความสามารถในการปรับขนาดเชิงเส้นการสังเคราะห์ซีโอไลต์อัลตราโซนิกจึงสามารถถ่ายโอนได้อย่างน่าเชื่อถือจากกระบวนการแบทช์เริ่มต้นไปยังการประมวลผลแบบอินไลน์ การประมวลผลอัลตราโซนิก – ในแบทช์และอินไลน์ – ช่วยให้มีประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจที่เหนือกว่าการควบคุมคุณภาพและความยืดหยุ่นในการดําเนินงาน

เส้นทางการสังเคราะห์โซโนเคมีของซีโอไลต์ประเภทต่างๆ

ในส่วนต่อไปนี้ เราจะแนะนําเส้นทางโซโนเคมีต่างๆ ซึ่งประสบความสําเร็จในการสังเคราะห์ซีโอไลต์ประเภทต่างๆ ผลการวิจัยเน้นย้ําถึงความเหนือกว่าของการสังเคราะห์ซีโอไลต์อัลตราโซนิกอย่างสม่ําเสมอ

การสังเคราะห์อัลตราโซนิกของ Bikitaite Zeolite ที่มี Li

Roy และ Das (2017) สังเคราะห์ผลึกซีโอไลต์ Bikitaite ที่มีลิเธียม 50nm ที่อุณหภูมิห้องโดยใช้ UIP1500hdT (20kHz, 1.5kW) เครื่องอัลตราโซนิกในการตั้งค่าแบทช์ การก่อตัวของโซโนเคมีที่ประสบความสําเร็จของซีโอไลต์ Bikitaite ที่อุณหภูมิห้องได้รับการยืนยันโดยการสังเคราะห์ซีโอไลต์ Bikitaite ที่มีลิเธียมที่ประสบความสําเร็จโดยการวิเคราะห์ XRD และ IR
เมื่อการบําบัดด้วยโซโนเคมีรวมกับการบําบัดด้วยความร้อนใต้ดินแบบเดิมการก่อตัวของเฟสของผลึกซีโอไลต์จะทําได้ที่อุณหภูมิที่ต่ํากว่ามาก (100ºC) เมื่อเทียบกับ 300ºC เป็นเวลา 5 วันซึ่งเป็นค่าทั่วไปสําหรับเส้นทางไฮโดรเทอร์มอลทั่วไป Sonication แสดงผลกระทบอย่างมีนัยสําคัญต่อเวลาในการตกผลึกและการก่อตัวของเฟสของซีโอไลต์ เพื่อประเมินการทํางานของซีโอไลต์ Bikitaite ที่สังเคราะห์ด้วยอัลตราโซนิกได้มีการตรวจสอบความสามารถในการจัดเก็บไฮโดรเจน ปริมาณการจัดเก็บเพิ่มขึ้นตามปริมาณ Li ของซีโอไลต์ที่เพิ่มขึ้น
การก่อตัวของซีโอไลต์โซโนเคมี: การวิเคราะห์ XRD และ IR แสดงให้เห็นว่าการก่อตัวของซีโอไลต์ Bikitaite แบบนาโนผลึกบริสุทธิ์เริ่มขึ้นหลังจากอัลตราโซนิก 3 ชั่วโมงและ 72 ชั่วโมงของอายุ ซีโอไลต์ผลึก Bikitaite ขนาดนาโนที่มียอดที่โดดเด่นได้หลังจากเวลา sonication 6 ชั่วโมงที่ 250 W
ประโยชน์: เส้นทางการสังเคราะห์โซโนเคมีของซีโอไลต์ที่มีลิเธียม Bikitaite ไม่เพียง แต่ให้ข้อได้เปรียบในการผลิตผลึกนาโนบริสุทธิ์อย่างง่าย แต่ยังนําเสนอเทคนิคที่รวดเร็วและคุ้มค่า ค่าใช้จ่ายสําหรับอุปกรณ์อัลตราโซนิกและพลังงานที่ต้องการนั้นต่ํามากเมื่อเทียบกับกระบวนการอื่น ๆ นอกจากนี้ระยะเวลาของกระบวนการสังเคราะห์นั้นสั้นมากดังนั้นกระบวนการโซโนเคมีจึงถือเป็นวิธีการที่เป็นประโยชน์สําหรับการใช้งานพลังงานสะอาด
(อ้างอิง Roy et al. 2017)

การเตรียมซีโอไลต์มอร์เดไนต์ภายใต้อัลตราโซนิก

มอร์ดีไนต์ที่ได้จากการใช้การปรับสภาพอัลตราโซนิก (MOR-U) แสดงให้เห็นสัณฐานวิทยาที่เป็นเนื้อเดียวกันมากขึ้นของเม็ดที่เจอกัน 10 × 5 μm2 และไม่มีร่องรอยของการก่อตัวเหมือนเข็มหรือเส้นใย ขั้นตอนการช่วยอัลตราซาวนด์ส่งผลให้วัสดุมีลักษณะพื้นผิวที่ดีขึ้นโดยเฉพาะอย่างยิ่งปริมาตรไมโครพรุนที่เข้าถึงได้สําหรับโมเลกุลไนโตรเจนในรูปแบบที่ทํา ในกรณีของมอร์เดนต์ที่ผ่านการบําบัดด้วยอัลตราโซนิกจะสังเกตเห็นรูปร่างผลึกที่เปลี่ยนแปลงและสัณฐานวิทยาที่เป็นเนื้อเดียวกันมากขึ้น
โดยสรุปการศึกษาในปัจจุบันแสดงให้เห็นว่าการปรับสภาพอัลตราโซนิกของเจลสังเคราะห์ส่งผลต่อคุณสมบัติต่างๆของมอร์เดไนต์ที่ได้รับส่งผลให้

1. ขนาดผลึกและสัณฐานวิทยาที่เป็นเนื้อเดียวกันมากขึ้นไม่มีผลึกคล้ายเส้นใยและเข็มที่ไม่พึงประสงค์
2. ข้อบกพร่องของโครงสร้างน้อยลง
3. การเข้าถึงไมโครพรุนอย่างมีนัยสําคัญในตัวอย่างมอร์ดีไนต์ที่ทําขึ้น (เปรียบเทียบกับไมโครพอร์ที่ถูกปิดกั้นในวัสดุที่เตรียมโดยวิธีการกวนแบบคลาสสิกก่อนการบําบัดหลังการสังเคราะห์)
4. องค์กร Al ที่แตกต่างกัน ซึ่งคาดว่าส่งผลให้เกิดตําแหน่งที่แตกต่างกันของไอออนบวก Na+ (ปัจจัยที่มีอิทธิพลมากที่สุดที่ส่งผลต่อคุณสมบัติการดูดซับของวัสดุที่ทําขึ้น)

การลดข้อบกพร่องของโครงสร้างโดยการปรับสภาพอัลตราโซนิกของเจลสังเคราะห์อาจเป็นวิธีที่เป็นไปได้ในการแก้ปัญหาทั่วไปของโครงสร้าง "ไม่เหมาะ" ในมอร์เดนต์สังเคราะห์ นอกจากนี้ความสามารถในการดูดซับที่สูงขึ้นในโครงสร้างนี้สามารถทําได้ด้วยวิธีการอัลตราโซนิกที่ง่ายและมีประสิทธิภาพที่ใช้ก่อนการสังเคราะห์โดยไม่ต้องใช้เวลาและทรัพยากรในการรักษาหลังการสังเคราะห์แบบดั้งเดิม (ซึ่งในทางตรงกันข้ามนําไปสู่การสร้างข้อบกพร่องของโครงสร้าง) ยิ่งไปกว่านั้นจํานวนหมู่ซิลานอลที่ต่ํากว่าสามารถช่วยให้อายุการใช้งานของตัวเร่งปฏิกิริยาของมอร์เดไนต์ที่เตรียมไว้ได้นานขึ้น
(อ้างอิง Kornas et al. 2021)

Solyman et al. (2013) ศึกษาผลของอัลตราซาวนด์โดยใช้เครื่องอัลตราโซนิก Hielscher ยูพี 200 เอส บน H-mordite และ H-bet zeolites พวกเขาได้ข้อสรุปว่า sonication เป็นเทคนิคที่มีประสิทธิภาพสําหรับการดัดแปลง H-mordite และ H-Beta ซึ่งทําให้ซีโอไลต์เหมาะสมมากขึ้นสําหรับการผลิตไดเมทิลอีเธอร์ (DME) ผ่านการคายน้ําของเมทานอล

การสังเคราะห์อัลตราโซนิกของ SAPO-34 Nanocrystals

ผ่านเส้นทางโซโนเคมี SAPO-34 (ตะแกรงโมเลกุลซิลิโคอลูมิโนฟอสเฟต ซีโอไลต์ประเภทหนึ่ง) ได้รับการสังเคราะห์ในรูปแบบนาโนครอสทาลีนโดยใช้ TEAOH เป็นสารกํากับโครงสร้าง (SDA) สําหรับการ sonication เครื่องอัลตราโซนิกชนิดโพรบ Hielscher UP200S (24kHz, 200 วัตต์) ถูกนํามาใช้ ขนาดผลึกเฉลี่ยของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายที่เตรียมด้วยโซโนเคมีคือ 50nm ซึ่งเป็นขนาดผลึกที่เล็กกว่าอย่างมีนัยสําคัญเมื่อเทียบกับขนาดของผลึกที่สังเคราะห์ด้วยความร้อนใต้น้ํา เมื่อผลึก SAPO-34 อยู่ภายใต้สภาวะไฮโดรเทอร์มอล พื้นที่ผิวจะสูงกว่าพื้นที่ผิวคริสตัลของผลึก SAPO-34 ที่สังเคราะห์ตามอัตภาพอย่างมีนัยสําคัญผ่านเทคนิคไฮโดรเทอร์มอลแบบคงที่ที่มีความเป็นผลึกเกือบเท่ากัน ในขณะที่วิธีการไฮโดรเทอร์มอลแบบเดิมใช้เวลาในการสังเคราะห์อย่างน้อย 24 ชั่วโมงเพื่อให้ได้ผลึก SAPO-34 อย่างเต็มที่ผ่านการสังเคราะห์ไฮโดรเทอร์มอลที่ช่วยด้วยโซโนเคมี เนื่องจากพลังงานอัลตราโซนิกที่เข้มข้นสูงการตกผลึกของซีโอไลต์ SAPO-34 จึงทวีความรุนแรงขึ้นโดยการยุบตัวของฟองอากาศอัลตราโซนิก การระเบิดของฟองอากาศเกิดขึ้นในเวลาน้อยกว่านาโนวินาทีส่งผลให้อุณหภูมิเพิ่มขึ้นและลดลงอย่างรวดเร็วซึ่งป้องกันการรวมตัวกันของอนุภาคและนําไปสู่ขนาดผลึกที่เล็กลง ความจริงที่ว่าผลึก SONO-SAPO-34 ขนาดเล็กสามารถเตรียมได้ด้วยวิธีโซโนเคมีชี้ให้เห็นถึงความหนาแน่นของนิวเคลียสสูงในระยะแรกของการสังเคราะห์และการเจริญเติบโตของผลึกช้าหลังการเกิดนิวเคลียส ผลลัพธ์เหล่านี้ชี้ให้เห็นว่าวิธีการที่แหวกแนวนี้เป็นเทคนิคที่มีประโยชน์มากสําหรับการสังเคราะห์นาโนคผลึก SAPO-34 ที่ให้ผลผลิตสูงในระดับการผลิตทางอุตสาหกรรม
(เทียบ Askari และ Halladj; 2012)

อัลตราโซนิก Deagglomeration และการกระจายตัวของซีโอไลต์

เมื่อใช้ซีโอไลต์ในงานอุตสาหกรรมการวิจัยหรือวัสดุศาสตร์ซีโอไลต์แห้งส่วนใหญ่จะผสมเป็นเฟสของเหลว การกระจายตัวของซีโอไลต์ต้องใช้เทคนิคการกระจายตัวที่เชื่อถือได้และมีประสิทธิภาพ ซึ่งใช้พลังงานเพียงพอในการแยกอนุภาคซีโอไลต์ เครื่องอัลตราโซนิกเป็นที่รู้จักกันดีว่าเป็นเครื่องกระจายตัวที่ทรงพลังและเชื่อถือได้ดังนั้นจึงใช้เพื่อกระจายวัสดุต่างๆเช่นท่อนาโนกราฟีนแร่ธาตุและวัสดุอื่น ๆ อีกมากมายให้เป็นเนื้อเดียวกันในเฟสของเหลว
ผงซีโอไลต์ที่ไม่ได้รับการบําบัดด้วยอัลตราซาวนด์จะรวมตัวกันอย่างมากด้วยสัณฐานวิทยาคล้ายเปลือกหอย ในทางตรงกันข้ามการรักษาด้วยโซนิเคชั่น 5 นาที (ตัวอย่าง 200 มล. sonicated ที่ 320 W) ดูเหมือนจะทําลายรูปร่างคล้ายเปลือกหอยส่วนใหญ่ซึ่งส่งผลให้ผงขั้นสุดท้ายกระจายตัวมากขึ้น (อ้างอิง Ramirez Medoza et al. 2020)
ตัวอย่างเช่น Ramirez Medoza et al. (2020) ใช้เครื่องอัลตราโซนิกโพรบ Hielscher ยูพี 200 เอส เพื่อตกผลึกซีโอไลต์ NaX (เช่น ซีโอไลต์ X ที่สังเคราะห์ในรูปแบบโซเดียม (NaX)) ที่อุณหภูมิต่ํา Sonication ในช่วงชั่วโมงแรกของการตกผลึกส่งผลให้เวลาปฏิกิริยาลดลง 20% เมื่อเทียบกับกระบวนการตกผลึกมาตรฐาน นอกจากนี้พวกเขายังแสดงให้เห็นว่าการ sonication ยังสามารถลดระดับการรวมตัวของผงขั้นสุดท้ายได้โดยการใช้อัลตราซาวนด์ความเข้มสูงสําหรับระยะเวลา sonication ที่ยาวนานขึ้น

เครื่องอัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูงสําหรับการสังเคราะห์ซีโอไลต์

ฮาร์ดแวร์ที่ซับซ้อนและซอฟต์แวร์อัจฉริยะของเครื่องอัลตราโซนิก Hielscher ได้รับการออกแบบมาเพื่อรับประกันการทํางานที่เชื่อถือได้ผลลัพธ์ที่ทําซ้ําได้ตลอดจนความเป็นมิตรกับผู้ใช้ เครื่องอัลตราโซนิก Hielscher มีความทนทานและเชื่อถือได้ซึ่งช่วยให้สามารถติดตั้งและใช้งานภายใต้สภาวะงานหนัก การตั้งค่าการทํางานสามารถเข้าถึงและโทรออกได้อย่างง่ายดายผ่านเมนูที่ใช้งานง่าย ซึ่งสามารถเข้าถึงได้ผ่านหน้าจอสัมผัสสีดิจิตอลและรีโมทคอนโทรลของเบราว์เซอร์ ดังนั้นเงื่อนไขการประมวลผลทั้งหมดเช่นพลังงานสุทธิพลังงานรวมแอมพลิจูดเวลาความดันและอุณหภูมิจะถูกบันทึกโดยอัตโนมัติในการ์ด SD ในตัว สิ่งนี้ช่วยให้คุณสามารถแก้ไขและเปรียบเทียบการ sonication ก่อนหน้านี้และเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการสังเคราะห์และการกระจายตัวของซีโอไลต์ให้มีประสิทธิภาพสูงสุด
ระบบอัลตราโซนิกของ Hielscher ถูกนํามาใช้ทั่วโลกสําหรับกระบวนการตกผลึกและได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีความน่าเชื่อถือสําหรับการสังเคราะห์ซีโอไลต์คุณภาพสูงและอนุพันธ์ของซีโอไลต์ เครื่องอัลตราโซนิกอุตสาหกรรม Hielscher สามารถเรียกใช้แอมพลิจูดสูงได้อย่างง่ายดายในการทํางานต่อเนื่อง (24/7/365) แอมพลิจูดสูงถึง 200μm สามารถสร้างได้อย่างง่ายดายอย่างต่อเนื่องด้วย sonotrodes มาตรฐาน (โพรบอัลตราโซนิก / แตร) สําหรับแอมพลิจูดที่สูงขึ้นมี sonotrodes อัลตราโซนิกแบบกําหนดเอง เนื่องจากความทนทานและการบํารุงรักษาต่ําเครื่องอัลตราโซนิกของเราจึงมักติดตั้งสําหรับการใช้งานหนักและในสภาพแวดล้อมที่มีความต้องการสูง
โปรเซสเซอร์อัลตราโซนิก Hielscher สําหรับการสังเคราะห์ sonochemical, การตกผลึกและการแยกตัวเป็นก้อนมีการติดตั้งทั่วโลกแล้วในระดับเชิงพาณิชย์ ติดต่อเราตอนนี้เพื่อหารือเกี่ยวกับกระบวนการผลิตซีโอไลต์ของคุณ! พนักงานที่มีประสบการณ์ดีของเรายินดีที่จะแบ่งปันข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับเส้นทางการสังเคราะห์โซโนเคมีระบบอัลตราโซนิกและราคา!
ด้วยข้อได้เปรียบของวิธีการสังเคราะห์อัลตราโซนิกการผลิตซีโอไลต์ของคุณจะมีประสิทธิภาพความเรียบง่ายและต้นทุนต่ําเมื่อเทียบกับกระบวนการสังเคราะห์ซีโอไลต์อื่น ๆ !

ตารางด้านล่างให้ข้อบ่งชี้ถึงความสามารถในการประมวลผลโดยประมาณของเครื่องอัลตราโซนิกของเรา: