Sonication yordamida seolitlarni sintezi va funktsionalizatsiyasi

Nano-seolitlar va seolit hosilalarini o'z ichiga olgan seolitlar yuqori samarali ultratovush tekshiruvi yordamida samarali va ishonchli sintezlanishi, funktsionalizatsiyasi va deagglomeratsiyasi mumkin. Ultrasonik seolit sintezi va davolash an'anaviy gidrotermal sintezdan samaradorligi, soddaligi va katta ishlab chiqarishga oddiy chiziqli o'lchovliligi bilan ustun turadi. Ultrasonik tarzda sintez qilingan seolitlar yaxshi kristallik, tozalik hamda g'ovaklik va deagglomeratsiya tufayli yuqori darajadagi funktsionallikni namoyish etadi.

Seolitlarni ultratovush yordamida tayyorlash

Zeolitlar - changni yutish va katalitik xususiyatlarga ega bo'lgan mikroporozli kristalli gidratlangan aluminosilikatlar.
Yuqori samarali ultratovushni qo'llash ultratovushli sintez qilingan seolit kristallarining kattaligi va morfologiyasiga ta'sir qiladi va ularning kristalligini yaxshilaydi. Bundan tashqari, sonokimyoviy sintez yo'li yordamida kristallanish vaqti keskin kamayadi. Ultrasonik yordam bilan zeolit sintezi yo'llari ko'plab seolit turlari uchun sinovdan o'tkazildi va ishlab chiqildi. Ultratovushli seolit sintezi mexanizmi kristalning o'sish tezligini oshiradigan yaxshilangan massa uzatishga asoslangan. Kristalning o'sish tezligining bu o'sishi keyinchalik nukleatsiya tezligini oshiradi. Bundan tashqari, sonikatsiya depolimerizatsiya-polimerizatsiya muvozanatiga zeolit hosil bo'lishi uchun zarur bo'lgan eruvchan turlarning konsentratsiyasini oshirish orqali ta'sir qiladi.
Umuman olganda, turli xil tadqiqotlar va tajriba miqyosidagi ishlab chiqarish qurilmalari ultratovushli seolit sintezini vaqt va xarajatlarni tejash samaradorligini isbotladi.

Zeolitlarning an'anaviy sintezi va ultratovush sintezi

Zeolit an'anaviy ravishda qanday sintezlanadi?

An'anaviy seolit sintezi juda ko'p vaqt talab qiladigan gidrotermik jarayon bo'lib, reaktsiya vaqtlarini bir necha soatdan bir necha kungacha talab qilishi mumkin. Gidrotermal marshrut odatda seriyali jarayon bo'lib, bu erda seolitlar amorf yoki eruvchan Si va Al manbalaridan sintez qilinadi. Dastlabki qarish bosqichida reaktiv gel tuzilishga yo'naltiruvchi vosita (SDA) tomonidan tuziladi va alyuminiy va kremniy oksidi manbalari past haroratda qariydi. Qarishning ushbu birinchi bosqichida yadrolar hosil bo'ladi. Ushbu yadrolar boshlang'ich moddasi bo'lib, undan quyidagi kristallanish jarayonida zeolit kristallari o'sadi. Kristallanish boshlanishi bilan jelning harorati ko'tariladi. Ushbu gidrotermal sintez odatda reaktorlarda amalga oshiriladi. Biroq, ommaviy jarayonlar mehnat talab qiladigan operatsiyaning kamchiliklari bilan birga keladi.

Sonikatsiya ostida seolit qanday sintezlanadi?

Zeolitning ultratovush sintezi - yumshoq sharoitda bir hil seolitni sintez qilishning tezkor usuli. Masalan, 50 nm seolit kristallari xona haroratida sonokimyoviy yo'l orqali sintez qilingan. An'anaviy zeolit sintezi reaktsiyasi a bir necha kungacha davom etishi mumkin bo'lsa-da, sonokimyoviy yo'l sintez davomiyligini bir necha soatga qisqartiradi va shu bilan reaksiya vaqtini sezilarli darajada kamaytiradi.
Zeolitning ultratovushli kristallanishi ommaviy yoki uzluksiz jarayonlar shaklida amalga oshirilishi mumkin, bu dasturni atrof muhitga va jarayon maqsadlariga osongina moslashuvchan qiladi. Lineer miqyoslash qobiliyati tufayli ultratovushli seolit sintezlari dastlabki partiyalash jarayonidan inline ishlov berishga ishonchli tarzda o'tkazilishi mumkin. Ultrasonik ishlov berish – partiyada va navbatda – yuqori iqtisodiy samaradorlik, sifat nazorati va operatsion moslashuvchanlikni ta'minlaydi.

Har xil seolit tiplarining sonokimyoviy sintez marshrutlari

Keyingi bo'limda biz turli xil seolit turlarini sintez qilishda muvaffaqiyatli ishlatilgan turli xil sonokimyoviy yo'llarni tanishtiramiz. Tadqiqot natijalari ultratovushli seolit sintezining ustunligini doimiy ravishda ta'kidlaydi.

Li o'z ichiga olgan bikitit seolitining ultratovush sintezi

Roy va Das (2017) xona haroratida 50nm lityum o'z ichiga olgan seolit Bikitayt kristallarini sintez qildilar. UIP1500hdT (20 kHz, 1,5 kVt) ommaviy sozlashda ultrasonikator. Bikitit zeolitining xona haroratida muvaffaqiyatli sonokimyoviy hosil bo'lishi XRD va IQ tahlillari bilan muvaffaqiyatli sintez qilingan litiy o'z ichiga olgan bikitit seolitini tasdiqladi.
Sonokimyoviy tozalash an'anaviy gidrotermik ishlov berish bilan birlashtirilganda, an'anaviy gidrotermal marshrut uchun odatiy qiymat bo'lgan 5 kun davomida 300º S ga nisbatan ancha past haroratda (100º C) zeolit kristallarining fazaviy hosil bo'lishiga erishildi. Sonikasyon, kristallanish vaqtiga va seolitning fazaviy shakllanishiga sezilarli ta'sir ko'rsatadi. Ultrasonik tarzda sintez qilingan Bikititit seolitining funksionalligini baholash uchun uning vodorodni saqlash qobiliyati o'rganildi. Saqlash hajmi seolit tarkibidagi Li miqdorining ortishi bilan ortadi.
Sonokimyoviy zeolit hosil bo'lishi: XRD va IQ tahlillari shuni ko'rsatdiki, toza, nano-kristalli bikitit zeolitining hosil bo'lishi 3 soat ultratovush va 72 soat qarishdan keyin boshlangan. Nano kattalikdagi kristalli Bikititit seolit taniqli cho'qqilariga ega bo'lib, 6 soat davomida 250 Vt sonikatsiyadan so'ng qo'lga kiritildi.
afzalliklari: Lityum o'z ichiga olgan zikolit Bikitaytning sonokimyoviy sintez yo'li nafaqat toza nano-kristallarni ishlab chiqarishning afzalligi, balki tezkor va tejamkor texnikani ham taqdim etadi. Ultrasonik uskunalar uchun sarf-xarajatlar va kerakli energiya boshqa jarayonlarga nisbatan juda past. Bundan tashqari, sintez jarayonining davomiyligi juda qisqa, shuning uchun sonokimyoviy jarayon toza energiya uchun foydali usul sifatida qaraladi.
(qarang Roy va boshq. 2017)

Ultrasonik usulda seolit mordenit preparati

Ultratovushli oldindan davolash (MOR-U) yordamida olingan mordenit 10 × 5 µm2 oralig'idagi granulalarning bir hil morfologiyasini ko'rsatdi va igna o'xshash yoki tolali shakllanish belgilari yo'q edi. Ultratovush yordamida protsedura yaxshilangan to'qimalarning xususiyatlariga ega bo'lgan materialga, xususan, azot molekulalari uchun tayyorlangan mikropore hajmiga olib keldi. Ultratovush bilan oldindan muomala qilingan mordenit holatida kristall shakli o'zgargan va bir hil morfologiya kuzatilgan.
Xulosa qilib aytganda, ushbu tadqiqot sintez jelini ultratovush bilan oldindan davolash olingan mordenitning turli xususiyatlariga ta'sir qilganligini ko'rsatdi

1. bir hil kristal kattaligi va morfologiyasi, kiruvchi tola va ignaga o'xshash kristallarning yo'qligi;
2. kamroq tuzilish nuqsonlari;
3. tayyorlangan mordenit namunasida sezilarli mikropore kirish imkoniyati (post-sintetik ishlov berishdan oldin klassik aralashtirish usuli bilan tayyorlangan materiallarda blokirovka qilingan mikroporalar bilan taqqoslaganda);
4. go'yoki Na + kationlarining turlicha joylashishiga olib keladigan turli xil Al tashkiloti (tayyorlangan materiallarning sorbsiya xususiyatlariga ta'sir qiluvchi eng ta'sirchan omil).

Sintez jelini ultratovushli oldindan ishlov berish bilan tuzilish nuqsonlarini kamaytirish sintetik mordenitlarda "ideal bo'lmagan" strukturaning umumiy muammosini hal qilishning mumkin bo'lgan usuli bo'lishi mumkin. Bundan tashqari, ushbu strukturadagi yuqori sorbsiya qobiliyatiga sintezdan oldin qo'llaniladigan oson va samarali ultratovush usuli bilan vaqt va resurslarni sarflaydigan an'anaviy postintetik davolanishsiz erishish mumkin edi (bu, aksincha, strukturaviy nuqsonlarning paydo bo'lishiga olib keladi). Bundan tashqari, silanol guruhlarining kamroq miqdori tayyorlangan mordenitning katalitik umrini uzayishiga yordam beradi.
(qarang. Kornas va boshq. 2021)

Solyman va boshq. (2013) Hielscher ultrasonikator yordamida ultratovush ta'sirini o'rgangan UP200S H-mordit va H-bet seolitlarida. Ular ultratovushni H-mordit va H-Beta modifikatsiyasi uchun samarali usuldir, degan xulosaga kelishdi, bu esa zeolitlarni metanolni degidratatsiya qilish yo'li bilan dimetil efir (DME) ishlab chiqarishga moslashtiradi.

SAPO-34 nanokristallarining ultratovush sintezi

Sonokimyoviy yo'l orqali SAPO-34 (silikoaluminofosfat molekulyar elaklari, seolitlar sinfi) nanokristalli shaklda TEAOH yordamida strukturani boshqaruvchi vosita (SDA) yordamida muvaffaqiyatli sintez qilindi. Sonikatsiya uchun Hielscher proba tipidagi ultratovush tekshiruvi UP200S (24kHz, 200 vatt) ishlatilgan. Sonokimyoviy usulda tayyorlangan yakuniy mahsulotning o'rtacha kristall hajmi 50nm ni tashkil etadi, bu esa gidrotermik tarzda sintez qilingan kristallarning o'lchamiga nisbatan ancha kichikroq kristaldir. SAPO-34 kristallari gidrotermik sharoitda sonokimyoviy bo'lganida, uning yuzasi deyarli bir xil kristallik bilan statik gidrotermik texnika orqali an'anaviy ravishda sintez qilingan SAPO-34 kristallarining kristal yuzasiga nisbatan ancha yuqori. To'liq kristalli SAPO-34ni olish uchun an'anaviy gidrotermik usul kamida 24 soat sintez vaqtini oladi, sonokimyoviy yordam bilan gidrotermal sintez orqali to'liq kristalli SAPO-34 kristallari atigi 1,5 soatdan keyin olinadi. Juda kuchli ultratovush energiyasi tufayli zeolit SAPO-34 kristalizatsiyasi ultratovushli kavitatsiya pufakchalari qulashi bilan kuchayadi. Kavitatsion pufakchalarning yopilishi nanosaniyadan kamroq vaqt ichida sodir bo'ladi, natijada harorat tez ko'tariladi va pasayadi, bu esa zarrachalarning tashkil etilishi va aglomeratsiyasini oldini oladi va kichikroq kristal o'lchamlariga olib keladi. Sonokimyoviy usul bilan kichik SONO-SAPO-34 kristallarini tayyorlash mumkinligi, sintezning dastlabki bosqichlarida yuqori yadro zichligini va yadrolangandan keyin kristalning sekin o'sishini taklif qiladi. Ushbu natijalar shuni ko'rsatadiki, ushbu noan'anaviy usul sanoat ishlab chiqarish miqyosida yuqori rentabellikda SAPO-34 nanokristallarini sintez qilish uchun juda foydali usuldir.
(qarang: Askari va Halladj; 2012)

Seolitlarning ultratovushli deagglomeratsiyasi va tarqalishi

Zeolitlar sanoat dasturlarida, tadqiqotlarda yoki materialshunoslikda ishlatilsa, quruq zeolit asosan suyuq fazaga aralashadi. Seolit dispersiyasi ishonchli va samarali dispersiya texnikasini talab qiladi, bu esa seolit zarralarini degaglomeratsiya qilish uchun etarli energiya sarflaydi. Ultrasonikatorlar kuchli va ishonchli disperslar sifatida tanilgan, shuning uchun turli xil materiallarni, masalan, nanotubalar, grafen, minerallar va boshqa ko'plab materiallarni suyuq fazaga bir hilda tarqatish uchun ishlatiladi.
Ultratovush bilan ishlov berilmagan zeolit kukuni qobiqqa o'xshash morfologiya bilan sezilarli darajada aglomeratsiyalanadi. Aksincha, 5 minutlik ultratovushli davolash (200 VL namunasi 320 Vt da sonikatsiyalangan) qobiqqa o'xshash shakllarning aksariyatini yo'q qiladigandek tuyuladi, bu esa ko'proq tarqalgan so'nggi kukunga olib keladi. (qarang: Ramirez Medoza va boshq. 2020)
Masalan, Ramirez Medoza va boshq. (2020) Hielscher prob ultrasonikatoridan foydalangan UP200S NaX zeolitini (ya'ni natriy shaklida (NaX) sintez qilingan zeolit X) past haroratda kristallashtirish uchun. Kristallanishning birinchi soati davomida ultrasonik tebranish reaktsiya vaqtini standart kristallanish jarayoniga nisbatan 20% qisqartirishga olib keldi. Bundan tashqari, ular ultratovushni ultratovushni uzoqroq muddat davomida qo'llash orqali ultratovush bilan yakuniy kukunning aglomeratsiya darajasini pasaytirishi mumkinligini ko'rsatdilar.

Zeolit sintezi uchun yuqori samarali ultratovush tekshirgichlari

Hielscher ultrasonikatorlarining murakkab apparati va aqlli dasturi ishonchli ishlashni, takrorlanadigan natijalarni hamda foydalanuvchilarga qulaylikni kafolatlash uchun mo'ljallangan. Hielscher ultratovush tekshirgichlari mustahkam va ishonchli bo'lib, bu og'ir sharoitlarda o'rnatish va ishlashga imkon beradi. Operatsion sozlamalariga intuitiv menyu orqali osongina kirish va terish mumkin, unga raqamli rangli sensorli displey va brauzerning masofadan boshqarish pulti orqali kirish mumkin. Shuning uchun, aniq energiya, umumiy energiya, amplituda, vaqt, bosim va harorat kabi barcha ishlov berish shartlari o'rnatilgan SD-kartada avtomatik ravishda qayd etiladi. Bu sizga avvalgi sonikatsiya ishlarini qayta ko'rib chiqish va taqqoslash hamda zeolit sintezi va dispersiyasini eng yuqori samaradorlikka qadar optimallashtirishga imkon beradi.
Hielscher Ultrasonics tizimlari butun dunyoda kristallanish jarayonlari uchun ishlatiladi va yuqori sifatli seolitlar va seolit hosilalarini sintez qilishda ishonchli ekanligi isbotlangan. Hielscher sanoat ultrasonikatorlari doimiy ravishda yuqori amplitudalarni osongina ishlatishi mumkin (24/7/365). 200µm gacha bo'lgan amplitudalarni standart sonotrodlar (ultratovushli zondlar / shoxlar) yordamida osongina doimiy ravishda yaratish mumkin. Keyinchalik yuqori amplituda uchun moslashtirilgan ultratovushli sonotrodlar mavjud. Bizning ultrasonikatorlarimiz ularning mustahkamligi va past texnikligi tufayli odatda og'ir dasturlarda va talab qilinadigan muhitda o'rnatiladi.
Sonoximyoviy sintezlar, kristallanish va deagglomeratsiya uchun Hielscher ultratovushli protsessorlari allaqachon dunyo miqyosida savdo miqyosida o'rnatilgan. Zeolit ishlab chiqarish jarayonini muhokama qilish uchun hozir biz bilan bog'laning! Bizning tajribali xodimlarimiz sonokimyoviy sintez yo'li, ultratovush tizimlari va narxlari to'g'risida ko'proq ma'lumot berishdan mamnun bo'ladi!
Ultrasonik sintez usulining afzalligi bilan sizning zeolit ishlab chiqarishingiz boshqa seolit sintez jarayonlariga nisbatan samaradorlik, soddaligi va arzonligi bilan ajralib turadi!

Quyidagi jadval sizga bizning ultrasonicators taxminiy qayta ishlash quvvatiga ega ekanligidan dalolat beradi: