Sonication yordamida zeolitlarning sintezi va funktsionalizatsiyasi
Nano-zeolitlar va zeolit lotinlarini o'z ichiga olgan zeolitlarni yuqori samarali ultratovush yordamida samarali va ishonchli sintez qilish, funksionallashtirish va deaglomeratsiya qilish mumkin. Ultrasonik zeolit sintezi va davolash an'anaviy gidrotermal sintezdan samaradorlik, soddalik va yirik ishlab chiqarish uchun oddiy chiziqli o'lchovdan ustun turadi. Ultrasonik sintez qilingan zeolitlar yaxshi kristallik, poklik, shuningdek, porozlik va deaglomeratsiya tufayli yuqori darajadagi funksionallikni ko'rsatadi.
Ultratovush yordamida zeolitlarni tayyorlash
Zeolitlar changni yutish va katalitik xususiyatlarga ega mikrog'ovak kristalli gidratlangan aluminosilikatlardir.
Yuqori samarali ultratovushni qo'llash ultratovushli sintez qilingan zeolit kristallarining hajmi va morfologiyasiga ta'sir qiladi va ularning kristalligini yaxshilaydi. Bundan tashqari, sonokimyoviy sintez yo'li yordamida kristallanish vaqti keskin kamayadi. Ultrasonik yordamli zeolit sintezi yo'llari ko'plab zeolit turlari uchun sinovdan o'tkazildi va ishlab chiqildi. Ultrasonik zeolit sintezining mexanizmi yaxshilangan massa uzatishga asoslanadi, bu esa kristall o'sish tezligini oshiradi. Kristal o'sish tezligining bu o'sishi keyinchalik yadrolanish tezligining oshishiga olib keladi. Bundan tashqari, sonikatsiya zeolit hosil bo'lishi uchun zarur bo'lgan eruvchan turlarning konsentratsiyasini oshirish orqali depolimerizatsiya-polimerizatsiya muvozanatiga ta'sir qiladi.
Umuman olganda, turli xil tadqiqot tadqiqotlari va tajriba miqyosidagi ishlab chiqarish qurilmalari ultratovushli zeolit sintezini yuqori samarali vaqt va xarajatlarni tejash sifatida isbotladi.
ultratovush apparati UIP2000hdT yuqori samarali zeolit sintezi uchun sonokimyoviy inline reaktor bilan.
An'anaviy sintez va zeolitlarning ultratovushli sintezi
Tseolit an'anaviy tarzda qanday sintezlanadi?
An'anaviy zeolit sintezi juda ko'p vaqt talab qiladigan gidrotermik jarayon bo'lib, u bir necha soatdan bir necha kungacha reaktsiya vaqtlarini talab qilishi mumkin. Gidrotermal yo'l odatda partiyali jarayon bo'lib, zeolitlar amorf yoki eruvchan Si va Al manbalaridan sintezlanadi. Dastlabki qarish bosqichida reaktiv jel strukturani yo'naltiruvchi vositadan (SDA) iborat va alyuminiy va silika manbalari past haroratda qariydi. Qarishning birinchi bosqichida yadrolar hosil bo'ladi. Ushbu yadrolar boshlang'ich material bo'lib, undan keyingi kristallanish jarayonida zeolit kristallari o'sadi. Kristallanishning boshlanishi bilan jelning harorati ko'tariladi. Ushbu gidrotermik sintez odatda partiyali reaktorlarda amalga oshiriladi. Biroq, ommaviy jarayonlar mehnat talab qiladigan ishning kamchiliklari bilan birga keladi.
Seolit ultratovush yordamida qanday sintezlanadi?
Zeolitning ultratovushli sintezi yumshoq sharoitlarda bir hil zeolitni sintez qilishning tezkor usulidir. Masalan, 50 nm zeolit kristallari xona haroratida sonokimyoviy yo'l bilan sintez qilingan. An'anaviy zeolit sintezi reaktsiyasi a bir necha kungacha davom etishi mumkin bo'lsa-da, sonokimyoviy yo'l sintez davomiyligini bir necha soatgacha qisqartiradi va shu bilan reaksiya vaqtini sezilarli darajada kamaytiradi.
Zeolitning ultratovushli kristallanishi ommaviy yoki uzluksiz jarayonlar sifatida amalga oshirilishi mumkin, bu esa dasturni atrof-muhitga va jarayon maqsadlariga osongina moslashtiradi. Chiziqli miqyoslilik tufayli ultratovushli zeolit sintezi dastlabki partiya jarayonidan inline qayta ishlashga ishonchli tarzda o'tkazilishi mumkin. Ultrasonik ishlov berish – ommaviy va in-line – yuqori iqtisodiy samaradorlik, sifat nazorati va operatsion moslashuvchanlik imkonini beradi.
- Kristallanishning sezilarli darajada tezlashishi
- Nukleatsiyaning kuchayishi
- Sof zeolit
- Bir jinsli morfologiya
- Yuqori funktsional zeolit (mikroporozlik)
- Past harorat (masalan, xona harorati)
- Reaktsiya kinetikasining kuchayishi
- Deaglomeratsiyalangan kristallar
- Ommaviy yoki Inline jarayon
- Yuqori iqtisodiy samaradorlik
(a) 3 soat davomida sonikatsiya, (b) mos keladigan EDAX, (c) sonikatsiya, so'ngra 24 soat davomida 100 ° C da gidrotermik ishlov berish, (d) mos keladigan EDAX tomonidan tayyorlangan lityum o'z ichiga olgan bikitait zeolitining FESEM mikrografi.
Ultrasonikator bilan ultratovushli sintez qilingan SAPO-34 kristallarining (SONO-SAPO-34) SEM tasvirlari UP200S turli sharoitlarda.
Har xil turdagi zeolitlarning sonokimyoviy sintezi yo'llari
Keyingi bo'limda biz turli xil zeolit turlarini sintez qilish uchun muvaffaqiyatli qo'llanilgan turli xil sonokimyoviy yo'llar bilan tanishamiz. Tadqiqot natijalari ultratovushli zeolit sintezining ustunligini doimiy ravishda ta'kidlaydi.
Li-tarkibida bikitait zeolitining ultratovushli sintezi
Roy va Das (2017) xona haroratida 50 nm litiy o'z ichiga olgan zeolit Bikitait kristallarini sintez qilishdi. UIP1500hdT (20kHz, 1,5kVt) paketli o'rnatishda ultrasonikator. Bikitait zeolitining xona haroratida muvaffaqiyatli sonokimyoviy shakllanishi XRD va IR tahlillari orqali muvaffaqiyatli sintezlangan litiy o'z ichiga olgan bikitait zeolit bilan tasdiqlangan.
Sonokimyoviy ishlov berish an'anaviy gidrotermik ishlov berish bilan birlashtirilganda, zeolit kristallarining faza hosil bo'lishi 5 kun davomida 300º C ga nisbatan ancha past haroratda (100º C) erishildi, bu an'anaviy gidrotermal yo'l uchun odatiy qiymatlardir. Sonikatsiya zeolitning kristallanish vaqti va faza shakllanishiga sezilarli ta'sir ko'rsatadi. Ultrasonik sintezlangan bikitait zeolitining funksionalligini baholash uchun uning vodorod saqlash qobiliyati tekshirildi. Seolit tarkibidagi Li miqdori ortishi bilan saqlash hajmi ortadi.
Sonokimyoviy seolit hosil bo'lishi: XRD va IR tahlillari shuni ko'rsatdiki, sof, nano-kristalli Bikitait zeolitining shakllanishi 3 soat ultratovush va 72 soat qarishdan keyin boshlangan. Ko'zga ko'ringan cho'qqilarga ega nano o'lchamdagi kristalli Bikitait zeoliti 250 Vt quvvatda 6 soatlik sonikatsiya vaqtidan so'ng olingan.
Afzalliklari: Lityum o'z ichiga olgan zeolit Bikitaitning sonokimyoviy sintez yo'nalishi nafaqat sof nano-kristallarni oddiy ishlab chiqarishning afzalligini, balki tez va tejamkor texnikani ham taqdim etadi. Ultrasonik uskunalar uchun xarajatlar va zarur energiya boshqa jarayonlarga nisbatan juda past. Bundan tashqari, sintez jarayonining davomiyligi juda qisqa, shuning uchun sonokimyoviy jarayon toza energiya ilovalari uchun foydali usul sifatida qaraladi.
(Qarang: Roy va boshq. 2017)
Ultrasonication ostida Zeolit Mordenit tayyorlash
Ultrasonik oldindan ishlov berish (MOR-U) yordamida olingan mordenit 10 × 5 mkm2 o'zaro o'sgan granulalarning bir hil morfologiyasini ko'rsatdi va igna yoki tolali shakllanish belgilari yo'q edi. Ultratovush yordamida amalga oshirilgan protsedura natijasida yaxshilangan teksturali xususiyatlarga ega bo'lgan material, xususan, tayyorlangan shaklda azot molekulalari uchun mavjud bo'lgan mikropora hajmi. Ultratovush bilan oldindan ishlangan mordenitda kristall shakli o'zgargan va bir hil morfologiya kuzatilgan.
Xulosa qilib aytganda, joriy tadqiqot shuni ko'rsatdiki, sintez jelini ultratovush bilan oldindan tozalash olingan mordenitning turli xususiyatlariga ta'sir ko'rsatdi va natijada
- ko'proq bir hil kristall hajmi va morfologiyasi, kiruvchi tolalar va igna o'xshash kristallarning yo'qligi;
- kamroq strukturaviy nuqsonlar;
- tayyorlangan mordenit namunasidagi mikroporlarga sezilarli darajada kirish imkoniyati (sintetikdan keyingi ishlov berishdan oldin klassik aralashtirish usuli bilan tayyorlangan materiallardagi bloklangan mikroporlarga nisbatan);
- Na + kationlarining turli xil pozitsiyalariga olib keladigan turli xil Al tashkiloti (yaratilgan materiallarning sorbsion xususiyatlariga ta'sir qiluvchi eng ta'sirli omil).
The reduction of structural defects by ultrasonic pretreatment of the synthesis gel may be a feasible way to solve the common problem of “non-ideal” structure in synthetic mordenites. Additionally, higher sorption capacity in this structure could be achieved by an easy and efficient ultrasonic method applied before the synthesis, without time- and resource-consuming traditional postsynthetic treatment (which, on the contrary, leads to the generation of structural defects). Moreover, the lower number of silanol groups can contribute to a longer catalytic lifetime of the prepared mordenite.
(Qarang: Kornas va boshq. 2021)
Ultrasonik sintez qilingan MCM-22 zeolitining SEM tasviri
SAPO-34 nanokristallarining ultratovushli sintezi
Sonokimyoviy yo'l orqali SAPO-34 (silikoalyuminofosfat molekulyar elaklari, zeolitlar sinfi) TEAOH strukturasini boshqarish agenti (SDA) sifatida nanokristal shaklda muvaffaqiyatli sintez qilindi. Sonikatsiya uchun Hielscher prob tipidagi ultrasonikator UP200S (24 kHz, 200 vatt) ishlatilgan. Sonokimyoviy tarzda tayyorlangan yakuniy mahsulotning o'rtacha kristall o'lchami 50 nm ni tashkil qiladi, bu gidrotermal sintezlangan kristallarning o'lchamiga nisbatan sezilarli darajada kichikroq kristall o'lchamidir. SAPO-34 kristallari gidrotermal sharoitda sonokimyoviy bo'lganida, sirt maydoni deyarli bir xil kristallik bilan statik gidrotermal texnika orqali an'anaviy sintez qilingan SAPO-34 kristallarining kristalli sirtidan sezilarli darajada yuqori bo'ladi. An'anaviy gidrotermik usul to'liq kristalli SAPO-34 ni olish uchun kamida 24 soat sintez vaqtini talab qilsa-da, sonokimyoviy yordamli gidrotermal sintez orqali to'liq kristalli SAPO-34 kristallari faqat 1,5 soat reaktsiya vaqtidan keyin olinadi. Juda kuchli ultratovush energiyasi tufayli zeolit SAPO-34 kristallanishi ultratovushli kavitatsiya pufakchalarining qulashi bilan kuchayadi. Kavitatsiya pufakchalarining portlashi bir nanosekunddan kamroq vaqt ichida sodir bo'ladi, bu esa haroratning tez ko'tarilishi va pasayishiga olib keladi, bu zarrachalarning tashkil etilishi va aglomeratsiyasiga to'sqinlik qiladi va kristallarning kichik o'lchamlariga olib keladi. Kichik SONO-SAPO-34 kristallarini sonokimyoviy usul bilan tayyorlash mumkinligi, sintezning dastlabki bosqichlarida yuqori yadro zichligi va yadrolanishdan keyin kristallarning sekin o'sishini ko'rsatadi. Ushbu natijalar shuni ko'rsatadiki, bu noan'anaviy usul sanoat ishlab chiqarish miqyosida yuqori rentabellikdagi SAPO-34 nanokristallarini sintez qilish uchun juda foydali texnikadir.
(Qarang: Askari va Halladj; 2012)
Zeolitlarning ultratovushli deaglomeratsiyasi va tarqalishi
Zeolitlar sanoatda, tadqiqotda yoki materialshunoslikda qo'llanilganda, quruq zeolit asosan suyuq fazaga aralashtiriladi. Zeolit dispersiyasi ishonchli va samarali tarqatish texnikasini talab qiladi, bu zeolit zarralarini deaglomeratsiya qilish uchun etarli energiya sarflaydi. Ultrasonikatorlar kuchli va ishonchli disperserlar ekanligi ma'lum, shuning uchun nanotublar, grafen, minerallar va boshqa ko'plab materiallar kabi turli xil materiallarni suyuq fazaga bir hil ravishda tarqatish uchun ishlatiladi.
Ultratovush bilan ishlov berilmagan zeolit kukuni qobiqqa o'xshash morfologiya bilan sezilarli darajada aglomeratsiyalangan. Bundan farqli o'laroq, 5 daqiqalik sonikatsiya bilan ishlov berish (320 Vt quvvatda soniklangan 200 ml namuna) qobiqqa o'xshash shakllarning ko'p qismini yo'q qiladi, bu esa ko'proq tarqalgan yakuniy kukunga olib keladi. (Qarang: Ramirez Medoza va boshq. 2020)
Masalan, Ramirez Medoza va boshqalar. (2020) Hielscher zond ultratovush qurilmasidan foydalangan UP200S past haroratda NaX zeoliti (ya'ni natriy shaklida (NaX) sintez qilingan zeolit X) kristallash uchun. Kristallanishning birinchi soatidagi sonikatsiya standart kristallanish jarayoniga nisbatan reaktsiya vaqtini 20% ga qisqartirishga olib keldi. Bundan tashqari, ular sonikatsiya uzoqroq vaqt davomida yuqori intensivlikdagi ultratovushni qo'llash orqali yakuniy kukunning aglomeratsiya darajasini pasaytirishi mumkinligini ko'rsatdi.
Zeolit sintezi uchun yuqori samarali ultrasonikatorlar
Hielscher ultrasonikatorlarining murakkab apparat va aqlli dasturiy ta'minoti ishonchli ishlash, takrorlanadigan natijalar va foydalanuvchilarga qulaylikni kafolatlash uchun mo'ljallangan. Hielscher ultrasonikatorlari mustahkam va ishonchli bo'lib, bu og'ir ish sharoitida o'rnatish va ishlatish imkonini beradi. Operatsion sozlamalarga raqamli rangli sensorli displey va brauzerning masofadan boshqarish pulti orqali kirish mumkin bo'lgan intuitiv menyu orqali osongina kirish va terish mumkin. Shu sababli, aniq energiya, umumiy energiya, amplituda, vaqt, bosim va harorat kabi barcha ishlov berish shartlari avtomatik ravishda o'rnatilgan SD-kartada qayd etiladi. Bu sizga oldingi sonikatsiya ishlarini qayta ko'rib chiqish va solishtirish va zeolit sintezi va dispersiya jarayonini eng yuqori samaradorlikka optimallashtirish imkonini beradi.
Hielscher Ultrasonics tizimlari butun dunyo bo'ylab kristallanish jarayonlari uchun qo'llaniladi va yuqori sifatli zeolitlar va zeolit hosilalari sintezi uchun ishonchli ekanligi isbotlangan. Hielscher sanoat ultrasonicators osongina uzluksiz ishlash (24/7/365) yuqori amplitudali ishlatish mumkin. 200 mkm gacha bo'lgan amplitudalarni standart sonotrodlar (ultratovushli zondlar? shoxlar) bilan osongina doimiy ravishda yaratish mumkin. Bundan ham yuqori amplitudalar uchun moslashtirilgan ultratovushli sonotrodlar mavjud. Ularning mustahkamligi va kam texnik xizmat ko'rsatishi tufayli bizning ultratovush apparatlarimiz odatda og'ir ilovalar uchun va talabchan muhitda o'rnatiladi.
Sonokimyoviy sintez, kristallanish va deagglomeratsiya uchun Hielscher ultratovushli protsessorlari allaqachon butun dunyo bo'ylab tijorat 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 haqida ko'proq ma'lumot almashishdan xursand bo'lishadi!
Ultrasonik sintez usulining afzalligi bilan seolit ishlab chiqarish boshqa zeolit sintezi jarayonlari bilan solishtirganda samaradorlik, soddalik va arzon narxlarda ustunlik qiladi!
Quyidagi jadvalda ultrasonikatorlarimizning taxminiy qayta ishlash quvvati ko'rsatilgan:
| To'plam hajmi | Oqim darajasi | Tavsiya etilgan qurilmalar |
|---|---|---|
| 1 dan 500 ml gacha | 10 dan 200 ml? min | UP100H |
| 10 dan 2000 ml gacha | 20 dan 400 ml? min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 dan 20 L gacha | 0.2 dan 4L/min gacha | UIP2000hdT |
| 10 dan 100 l gacha | 2 dan 10 l? min | UIP4000hdT |
| na | 10 dan 100 l? min | UIP16000 |
| na | kattaroq | ning klasteri UIP16000 |
Biz bilan bog'lanish!? Bizdan so'rang!
Hielscher Ultrasonics laboratoriya, uchuvchi va sanoat miqyosida ilovalar, dispersiya, emulsifikatsiya va ekstraktsiyani aralashtirish uchun yuqori samarali ultratovushli homogenizatorlarni ishlab chiqaradi.
Adabiyot? Adabiyotlar
- Roy, Priyanka; Das, Nandini (2017): Ultrasonic assisted synthesis of Bikitaite zeolite: A potential material for hydrogen storage application. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 36, 2017, 466-473.
- Sanaa M. Solyman, Noha A.K. Aboul-Gheit, Fathia M. Tawfik, M. Sadek, Hanan A. Ahmed (2013):
Performance of ultrasonic-treated nano-zeolites employed in the preparation of dimethyl ether. Egyptian Journal of Petroleum, Volume 22, Issue 1, 2013. 91-99. - Heidy Ramirez Mendoza, Jeroen Jordens, Mafalda Valdez Lancinha Pereira, Cécile Lutz, Tom Van Gerven (2020): Effects of ultrasonic irradiation on crystallization kinetics, morphological and structural properties of zeolite FAU. Ultrasonics Sonochemistry Volume 64, 2020.
- Askari, S.; Halladj, R. (2012): Ultrasonic pretreatment for hydrothermal synthesis of SAPO-34 nanocrystals. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 19, Issue 3, 2012. 554-559.
Bilishga arziydigan faktlar
zeolitlar
Zeolitlar aluminosilikat sinfi, ya'ni AlO2 va SiO2, deb nomlanuvchi mikro gözenekli qattiq moddalar toifasida “molecular sieves”. Zeolites mainly consist of silica, aluminum, oxygen, and metals such as titanium, tin, zinc, and other metal molecules. The term molecular sieve originates as from the particular property of zeolites to selectively sort molecules based primarily on a size exclusion process. The selectivity of molecular sieves is defined by their pore size. In dependence of the pore size, molecular sieves are categorized as macroporous, mesoporous and microporous. Zeolites fall into the class of microporous materials as their pore size is <2 nm.
Due to their porous structure, zeolites have the ability accommodate a wide variety of cations, such as Na+, K+, Ca2+, Mg2+ va boshqalar. Bu musbat ionlar ancha erkin ushlanib turadi va ularni kontaktli eritmada osongina boshqalarga almashtirish mumkin. Keng tarqalgan mineral zeolitlardan ba'zilari analsim, chabazit, klinoptilolit, heulandit, natrolit, fillipsit va stilbitdir. Tseolitning mineral formulasiga misol: Na2Al2Si3O 10·2H2O, natrolit formulasi. Bu kation almashinadigan zeolitlar turli kislotalilikka ega va bir qancha kislota katalizlarini katalizlaydi.
Selektivlik va g'ovaklikdan kelib chiqadigan xossalari tufayli zeolitlar ko'pincha katalizatorlar, sorbentlar, ion almashinuvchilar, oqava suvlarni tozalash eritmalari yoki antibakterial vositalar sifatida ishlatiladi.
Masalan, faujazit zeoliti (FAU) zeolitlarning o'ziga xos shakllaridan biri bo'lib, ular diametri 1,3 nm bo'lgan bo'shliqlar bilan bir-biriga 0,8 nm teshiklari bilan bog'langan ramka bilan tavsiflanadi. Faujasit tipidagi zeolit (FAU) suyuqlik katalitik kreking (FCC) kabi sanoat jarayonlari uchun katalizator sifatida va gaz oqimlarida uchuvchi organik birikmalar uchun adsorbent sifatida ishlatiladi.
Hielscher Ultrasonics kompaniyasi yuqori samarali ultratovushli homogenizatorlarni ishlab chiqaradi laboratoriya uchun sanoat hajmi.