Ultratovush bilan ishlov berish yordamida seolitlarni sintez qilish va funksionallashtirish

Seolitlar, jumladan nanoseolitlar va seolit hosilalarini yuqori samarali ultratovush bilan ishlov berish yordamida samarali va ishonchli tarzda sintez qilish, funksionallashtirish va deaglomeratsiya qilish mumkin. Seolitlarni ultratovush yordamida sintez qilish va ularga ishlov berish samaradorligi, soddaligi va katta ishlab chiqarish hajmlariga oddiy chiziqli masshtablash imkoniyati bilan anʼanaviy gidrotermal sintezdan ustun turadi. Ultratovush yordamida sintez qilingan seolitlar yaxshi kristallik, tozalik hamda gʻovaklik va deaglomeratsiya tufayli yuqori darajadagi funksionallikni namoyon etadi.

Ultratovush yordamida seolitlarni tayyorlash

Seolitlar absorbsiya va katalitik xossalarga ega mikrogʻovak kristall gidratlangan alyumosilikatlardir.
Yuqori samarali ultratovushni qoʻllash ultratovush yordamida sintez qilingan seolit kristallarining oʻlchami va morfologiyasiga taʼsir qiladi hamda ularning kristalligini yaxshilaydi. Bundan tashqari, sonokimyoviy sintez yoʻlidan foydalanilganda kristallanish vaqti keskin qisqaradi. Ultratovush yordamida seolitlarni sintez qilish yoʻllari seolitlarning koʻplab turlari uchun sinovdan oʻtkazilgan va ishlab chiqilgan. Seolitlarning ultratovush yordamidagi sintez mexanizmi yaxshilangan massa almashinuviga asoslanadi, bu esa kristallarning oʻsish tezligini oshiradi. Kristallarning oʻsish tezligidagi bu oshish keyinchalik kristallanish markazlari hosil boʻlish tezligining oshishiga olib keladi. Shuningdek, ultratovush bilan ishlov berish seolit hosil boʻlishi uchun zarur boʻlgan eruvchan kimyoviy turlar konsentratsiyasini oshirish orqali depolimerlanish–polimerlanish muvozanatiga taʼsir qiladi.
Umuman olganda, turli tadqiqotlar va tajriba miqyosidagi ishlab chiqarish qurilmalari seolitlarning ultratovush yordamidagi sintezi vaqt va xarajatlarni tejaydigan, juda samarali usul ekanini isbotlagan.

Seolitlarning anʼanaviy sintezi va ultratovush yordamidagi sintezi

Seolit anʼanaviy usulda qanday sintez qilinadi?

Seolitning anʼanaviy sintezi juda koʻp vaqt talab qiladigan gidrotermal jarayon boʻlib, reaksiya vaqti bir necha soatdan bir necha kungacha davom etishi mumkin. Gidrotermal yoʻl odatda davriy jarayon boʻlib, unda seolitlar amorf yoki eruvchan Si va Al manbalaridan sintez qilinadi. Dastlabki yetiltirish bosqichida tuzilishni yoʻnaltiruvchi agent (SDA), alyuminiy va silika manbalaridan tashkil topgan reaksiyaga kirishuvchan gel past haroratda yetiltiriladi. Ushbu birinchi yetiltirish bosqichida kristallanish markazlari deb ataladigan tuzilmalar hosil boʻladi. Bu markazlar keyingi kristallanish jarayonida seolit kristallari oʻsib chiqadigan boshlangʻich materialdir. Kristallanish boshlanishi bilan gelning harorati oshiriladi. Bu gidrotermal sintez odatda davriy reaktorlarda amalga oshiriladi. Biroq davriy jarayonlarning kamchiligi ularni yuritish katta mehnat talab qilishidir.

Seolit ultratovush bilan ishlov berish sharoitida qanday sintez qilinadi?

Seolitning ultratovush yordamidagi sintezi yumshoq sharoitlarda bir jinsli seolitni sintez qilishning tezkor usulidir. Masalan, 50nm oʻlchamli seolit kristallari xona haroratida sonokimyoviy yoʻl bilan sintez qilingan. Seolitning anʼanaviy sintez reaksiyasi bir necha kungacha davom etishi mumkin boʻlsa, sonokimyoviy yoʻl sintez davomiyligini bir necha soatgacha qisqartiradi va shu tariqa reaksiya vaqtini sezilarli darajada kamaytiradi.
Seolitning ultratovush yordamida kristallanishi davriy yoki uzluksiz jarayon sifatida amalga oshirilishi mumkin, bu esa usulni muhitga va jarayon maqsadlariga oson moslashtirish imkonini beradi. Chiziqli masshtablash imkoniyati tufayli seolitlarning ultratovush yordamidagi sintezini dastlabki davriy jarayondan oqim ichida ishlov berishga ishonchli tarzda oʻtkazish mumkin. Ultratovush bilan ishlov berish – davriy rejimda ham, oqim ichida ham – yuqoriroq iqtisodiy samaradorlik, sifat nazorati va ish jarayonining moslashuvchanligini taʼminlaydi.

Turli seolit turlarining sonokimyoviy sintez yoʻllari

Quyidagi boʻlimda turli seolit turlarini sintez qilish uchun muvaffaqiyatli qoʻllanilgan sonokimyoviy yoʻllarni taqdim etamiz. Tadqiqot natijalari seolitlarning ultratovush yordamidagi sintezi ustunligini izchil taʼkidlaydi.

Tarkibida Li boʻlgan Bikitaite seolitining ultratovush yordamidagi sintezi

Roy va Das (2017) tarkibida litiy boʻlgan 50nm oʻlchamli Bikitaite seolit kristallarini xona haroratida UIP1500hdT (20kHz, 1,5kW) ultratovush qurilmasidan foydalanib, davriy qurilmada sintez qildilar. Xona haroratida tarkibida litiy boʻlgan Bikitaite seolitining muvaffaqiyatli sonokimyoviy hosil boʻlishi muvaffaqiyatli sintez qilingan seolitning XRD va IR tahlillari bilan tasdiqlandi.
Sonokimyoviy ishlov berish anʼanaviy gidrotermal ishlov berish bilan birlashtirilganda, seolit kristallarining fazasi ancha past haroratda (100ºC) hosil boʻldi; anʼanaviy gidrotermal yoʻl uchun odatiy koʻrsatkichlar esa 300ºC va 5 kunni tashkil etadi. Ultratovush bilan ishlov berish seolitning kristallanish vaqti va faza hosil boʻlishiga sezilarli taʼsir koʻrsatadi. Ultratovush yordamida sintez qilingan Bikitaite seolitining funksionalligini baholash uchun uning vodorod saqlash sigʻimi oʻrganildi. Seolit tarkibidagi Li miqdori ortishi bilan saqlash hajmi ham ortadi.
Seolitning sonokimyoviy hosil boʻlishi: XRD va IR tahlillari sof, nanokristall Bikitaite seolitining hosil boʻlishi 3 h ultratovush bilan ishlov berish va 72 h yetiltirishdan soʻng boshlanganini koʻrsatdi. Yaqqol choʻqqilarga ega nanooʻlchamli kristall Bikitaite seoliti 250 W quvvatda 6 h ultratovush bilan ishlov berilgandan soʻng olindi.
Afzalliklari: Tarkibida litiy boʻlgan Bikitaite seolitining sonokimyoviy sintez yoʻli sof nanokristallarni oddiy usulda ishlab chiqarish afzalligini berish bilan birga, tezkor va xarajat jihatidan samarali usul hamdir. Boshqa jarayonlarga nisbatan ultratovush uskunasi va zarur energiya xarajatlari juda past. Bundan tashqari, sintez jarayonining davomiyligi juda qisqa, shu sababli sonokimyoviy jarayon toza energiya sohasidagi qoʻllanishlar uchun foydali usul deb hisoblanadi.
(qiyoslang: Roy va boshq. 2017)

Mordenit seolitini ultratovush bilan ishlov berish orqali tayyorlash

Oldindan ultratovush bilan ishlov berish orqali olingan mordenit (MOR-U) bir-biri bilan tutashib oʻsgan 10 × 5 µm2 granulalarning yanada bir jinsli morfologiyasini namoyon etdi va unda ignasimon yoki tolali tuzilmalar belgilari kuzatilmadi. Ultratovush yordamidagi usul teksturaviy xossalari yaxshilangan material olishga olib keldi, xususan, olingan holatida azot molekulalari kira oladigan mikrogʻovaklar hajmi yaxshilandi. Oldindan ultratovush bilan ishlov berilgan mordenitda kristall shaklining oʻzgarishi va yanada bir jinsli morfologiya kuzatildi.
Umuman olganda, mazkur tadqiqot sintez geliga oldindan ultratovush bilan ishlov berish olingan mordenitning turli xossalariga taʼsir qilib, quyidagi natijalarga olib kelishini koʻrsatdi:

1. kristallar oʻlchami va morfologiyasining yanada bir jinsli boʻlishi, nomaqbul tolasimon va ignasimon kristallarning yoʻqligi;
2. tuzilmaviy nuqsonlarning kamayishi;
3. olingan holatidagi mordenit namunasida mikrogʻovaklarga kirish imkoniyatining sezilarli darajada yuqoriligi (klassik aralashtirish usuli bilan tayyorlangan materiallarda sintezdan keyingi ishlov berishdan oldin berk boʻlgan mikrogʻovaklarga nisbatan);
4. Al ning boshqacha joylashuvi, bu Na+ kationlarining boshqacha oʻrinlarda joylashishiga olib kelishi taxmin qilinadi (olingan holatidagi materiallarning sorbsiya xossalariga taʼsir qiluvchi eng kuchli omil).

Sintez geliga oldindan ultratovush bilan ishlov berish orqali tuzilmaviy nuqsonlarni kamaytirish sintetik mordenitlardagi “noideal” tuzilmaning keng tarqalgan muammosini hal etishning amaliy yoʻli boʻlishi mumkin. Bundan tashqari, sintezdan oldin qoʻllaniladigan oson va samarali ultratovush usuli orqali ushbu tuzilmada yuqoriroq sorbsiya sigʻimiga erishish mumkin; bunda vaqt va resurs talab qiladigan anʼanaviy sintezdan keyingi ishlov berish zarur boʻlmaydi (u, aksincha, tuzilmaviy nuqsonlar hosil boʻlishiga olib keladi). Shuningdek, silanol guruhlari sonining kamroq boʻlishi tayyorlangan mordenitning katalitik xizmat muddatini uzaytirishga yordam berishi mumkin.
(qiyoslang: Kornas va boshq. 2021)

Solyman va boshq. (2013) Hielscher UP200S ultratovush qurilmasidan foydalanib, ultratovushning H-mordite va H-bet seolitlariga taʼsirini oʻrgandilar. Ular ultratovush bilan ishlov berish H-mordite va H-Betani modifikatsiya qilishning samarali usuli boʻlib, seolitlarni metanolni suvsizlantirish orqali dimetil efir (DME) ishlab chiqarish uchun yanada mos holatga keltiradi, degan xulosaga keldilar.

SAPO-34 nanokristallarining ultratovush yordamidagi sintezi

Sonokimyoviy yoʻl orqali tuzilishni yoʻnaltiruvchi agent (SDA) sifatida TEAOHdan foydalanib, SAPO-34 (silikоalyuminofosfat molekulyar elaklar, seolitlar sinflaridan biri) nanokristall shaklda muvaffaqiyatli sintez qilindi. Ultratovush bilan ishlov berish uchun Hielscherning zond turidagi UP200S (24kHz, 200 watts) ultratovush qurilmasi ishlatildi. Sonokimyoviy usulda tayyorlangan yakuniy mahsulotning oʻrtacha kristall oʻlchami 50nm boʻlib, bu gidrotermal usulda sintez qilingan kristallar oʻlchamiga nisbatan sezilarli darajada kichikdir. SAPO-34 kristallari gidrotermal sharoitlarda sonokimyoviy usulda tayyorlanganda, ularning sirt maydoni deyarli bir xil kristallikka ega boʻlgan, statik gidrotermal usul orqali anʼanaviy tarzda sintez qilingan SAPO-34 kristallarining sirt maydonidan sezilarli darajada yuqori boʻladi. Anʼanaviy gidrotermal usulda toʻliq kristall SAPO-34 olish uchun kamida 24 h sintez vaqti talab qilinsa, sonokimyoviy yordamdagi gidrotermal sintez orqali toʻliq kristall SAPO-34 kristallari atigi 1,5 h reaksiya vaqtidan soʻng olindi. Juda intensiv ultratovush energiyasi tufayli SAPO-34 seolitining kristallanishi ultratovush kavitatsiyasi pufakchalarining qulashi orqali jadallashadi. Kavitatsiya pufakchalarining ichkariga qulashi bir nanosekunddan kam vaqt ichida sodir boʻlib, mahalliy haroratlarning tez koʻtarilishi va pasayishiga olib keladi; bu zarrachalarning tartiblanishi va aglomeratsiyasining oldini oladi hamda kichikroq kristall oʻlchamlariga olib keladi. Sonokimyoviy usul bilan kichik SONO-SAPO-34 kristallarini tayyorlash mumkinligi sintezning dastlabki bosqichlarida kristallanish markazlari zichligi yuqori boʻlishini va markazlar hosil boʻlgandan soʻng kristallar sekin oʻsishini koʻrsatadi. Ushbu natijalar mazkur noanʼanaviy usul sanoat ishlab chiqarishi miqyosida SAPO-34 nanokristallarini yuqori unum bilan sintez qilish uchun juda foydali usul ekanini koʻrsatadi.
(qiyoslang: Askari va Halladj; 2012)

Seolitlarni ultratovush yordamida deaglomeratsiya va dispersiya qilish

Seolitlar sanoatda, tadqiqotlarda yoki materialshunoslikda qoʻllanilganda, quruq seolit koʻpincha suyuq fazaga aralashtiriladi. Seolit dispersiyasi seolit zarrachalarini deaglomeratsiya qilish uchun yetarli energiya beradigan ishonchli va samarali dispersiyalash usulini talab qiladi. Ultratovush qurilmalari kuchli va ishonchli dispersiyalash qurilmalari sifatida yaxshi tanilgan, shu sababli nanotubalar, grafen, minerallar va koʻplab boshqa materiallarni suyuq fazada bir jinsli dispersiyalash uchun qoʻllaniladi.
Ultratovush bilan ishlov berilmagan seolit kukuni qobiqsimon morfologiyaga ega boʻlib, sezilarli darajada aglomeratsiyalangan boʻladi. Aksincha, 5 min davomida ultratovush bilan ishlov berish (200 mL namuna 320 W quvvatda ultratovush bilan ishlangan) qobiqsimon shakllarning aksariyatini buzadiganga oʻxshaydi, bu esa yanada dispersiyalangan yakuniy kukun olishga olib keladi. (qiyoslang: Ramirez Medoza va boshq. 2020)
Masalan, Ramirez Medoza va boshq. (2020) Hielscherning zondli UP200S ultratovush qurilmasidan NaX seolitini (yaʼni natriy shaklida sintez qilingan X seoliti (NaX)) past haroratda kristallantirish uchun foydalandilar. Kristallanishning birinchi soatida ultratovush bilan ishlov berish standart kristallanish jarayoniga nisbatan reaksiya vaqtini 20% qisqartirdi. Bundan tashqari, ular yuqori intensivlikdagi ultratovushni uzoqroq vaqt davomida qoʻllash yakuniy kukunning aglomeratsiya darajasini ham kamaytirishi mumkinligini koʻrsatdilar.

Seolit sintezi uchun yuqori samarali ultratovush qurilmalari

Hielscher ultratovush qurilmalarining ilgʻor apparat taʼminoti va aqlli dasturiy taʼminoti ishonchli ishlash, takrorlanuvchan natijalar hamda foydalanish qulayligini kafolatlash uchun ishlab chiqilgan. Hielscher ultratovush qurilmalari mustahkam va ishonchli boʻlib, ularni ogʻir ish sharoitlarida oʻrnatish va ishlatish imkonini beradi. Ish sozlamalariga intuitiv menyu orqali osongina kirish va ularni belgilash mumkin; ushbu menyuga raqamli rangli sensorli displey hamda brauzer orqali masofadan boshqarish yordamida kiriladi. Shu sababli sof energiya, umumiy energiya, amplituda, vaqt, bosim va harorat kabi barcha ishlov berish sharoitlari oʻrnatilgan SD-kartaga avtomatik tarzda yozib boriladi. Bu avvalgi ultratovush bilan ishlov berish sikllarini koʻrib chiqish va taqqoslash hamda seolit sintezi va dispersiyasi jarayonini eng yuqori samaradorlikka erishish uchun optimallashtirish imkonini beradi.
Hielscher Ultrasonics tizimlari butun dunyoda kristallanish jarayonlari uchun qoʻllaniladi va yuqori sifatli seolitlar hamda seolit hosilalarini sintez qilishda ishonchliligi isbotlangan. Hielscher sanoat ultratovush qurilmalari uzluksiz ishlashda (24/7/365) yuqori amplitudalarni oson taʼminlay oladi. Standart sonotrodlar (ultratovush zondlari / shoxlari) yordamida 200µm gacha boʻlgan amplitudalarni uzluksiz ravishda osongina hosil qilish mumkin. Yanada yuqori amplitudalar uchun maxsus tayyorlangan ultratovush sonotrodlari mavjud. Mustahkamligi va kam texnik xizmat talab qilishi tufayli ultratovush qurilmalarimiz odatda ogʻir ish sharoitlaridagi qoʻllanishlar va talabchan muhitlarda oʻrnatiladi.
Sonokimyoviy sintezlar, kristallanish va deaglomeratsiya uchun Hielscher ultratovush protsessorlari butun dunyoda tijoriy miqyosda allaqachon oʻrnatilgan. Seolit ishlab chiqarish jarayoningizni muhokama qilish uchun hoziroq biz bilan bogʻlaning! Katta tajribaga ega xodimlarimiz sonokimyoviy sintez yoʻli, ultratovush tizimlari va narxlar haqida qoʻshimcha maʼlumot berishdan mamnun boʻladilar!
Ultratovush yordamidagi sintez usulining afzalligi tufayli seolit ishlab chiqarishingiz boshqa seolit sintezi jarayonlariga nisbatan samaradorlik, soddalik va kam xarajat boʻyicha ustun boʻladi!

Quyidagi jadval ultratovush qurilmalarimizning taxminiy ishlov berish quvvati haqida tasavvur beradi: