מבנה אורגני-מכוון סוכן-סינתזה חינם עבור * בי-סוג Zeאוליט ממברנה
Summary
A * הגביש הזרע בי היה טעון על התמיכה הנקבובי α-Al2O3 על ידי השיטה ציפוי לטבול, ו הידרותרמית גדל ללא שימוש במבנה אורגני מבנה הסוכן. A * בי-סוג זאוליט קרום שיש פגמים מעטים מאוד היה מוכן בהצלחה על ידי שיטת הצמיחה המשנית.
Abstract
הפרדת ממברנה המירה את תשומת הלב כתהליך הפרדה בין האנרגיה החדשנית. לממברנות זאוליט פוטנציאל רב להפרדת הפחמימנים בשדות נפט ופטרוכימית בגלל הכוח התרמי, הכימי והמכני הגבוה שלהם. A * בי-סוג זאוליט הוא חומר ממברנה מעניין בגלל גודל הנקבוביות הגדולות שלה רחב Si/Al טווח. כתב יד זה מציג פרוטוקול של * בי ממברנה הכנה ההכנה על ידי שיטת צמיחה משנית שאינה משתמשת מבנה אורגני-מכוון סוכן (OSDA). פרוטוקול ההכנה מורכב מארבעה שלבים: טיפול מקדים בתמיכה, הכנה לזרעים, ציפוי מטבל והתגבשות ממברנה. ראשית, * הגביש הזרע בי מוכן על ידי סינתזה הידרותרמית קונבנציונאלי באמצעות OSDA. גביש הזרע מסונתז נטען על פני השטח החיצוני של 3 ס מ הכרישים ארוך באורך α-Al2O3 תמיכה בשיטת ציפוי טבילה. שכבת הזרע טעון מוכן עם שיטת הצמיחה המשנית באמצעות טיפול הידרותרמי ב 393 K במשך 7 ימים ללא שימוש OSDA. ממברנה של * בי יש פגמים מעטים מאוד מושגת בהצלחה. הכנת הזרעים ושלבי הציפוי משפיעים בחריפות על איכות הממברנה.
Introduction
הפרדת ממברנה הפכה את תשומת הלב לתהליך הפרדה של האנרגיה החדשנית. סוגים רבים של ממברנות פותחו בעשורים האחרונים. ממברנות פולימריים שימשו רבות להפרדת הגז, ליצירת מים לשתיה ממים ימיים1, וטיפול בשפכים2.
חומרים ממברנות אורגניים כמו סיליקה3, מסננת פחמן מולקולרי4, ו זאוליט יש יתרונות עבור תרמית, כימית, וחוזק מכני לעומת ממברנות פולימריים. לכן, ממברנות אורגניים נוטים לשמש בתנאים חמורים יותר, כגון הפרדת פחמימנים בשדות נפט פטרוכימיים.
לזאוליט יש מאפיינים ייחודיים וניפוי מולקולריים בגלל המיקרונקבוביות שלה. בנוסף, לזאוליט יש יכולת החלפת קטיון שתורמת לשליטה בתכונות הניפוי והמולקולריות של זאוליט. מספר הלישות בזאוליט נקבע על ידי יחס Si/אל של מבנה זאוליט. לפיכך, גודל המיקרונקבוביות ויחס סי/אל הם מאפייני מפתח הקובעים את מאפייני החדירות וההפרדה של ממברנות זאוליט. מסיבות אלו, זאוליט הוא סוג מבטיח של חומר ממברנה אי-אורגנית. כמה ממברנות זאוליט כבר ממוסחר עבור התייבשות של ממיסים אורגניים בשל hydrophilicity שלהם וניפוי מולקולרית נכסים5,6,7,8.
* בי-סוג זאוליט הוא חומר ממברנה מעניין בגלל גודל הנקבוביות הגדולות שלה טווח Si/Al רחב. * בי יש בדרך כלל הוכנו על ידי טיפול הידרותרמי באמצעות הידרוקסיד טטראתילאמונייום כמו מבנה אורגני-הנחיית סוכן (OSDA). עם זאת, שיטת הסינתזה באמצעות OSDA יש חסרונות כלכליים וסביבתיים. לאחרונה, שיטה בסיוע זרע לסינתזה של * בי ללא שימוש osda דווח9,10.
* בי הוא גביש הגידול של פולימורף A ו פולימורף B. ובכך, “*” מייצג חומר התפתחות. כיום, אין חומרים בתפזורת המורכב רק של פולימורף A או B ידוע.
הכנו בהצלחה * ממברנות בי מבלי להשתמש OSDA על ידי שינוי זרע שיטה בסיוע11. הממברנה * בי היו מעטים מאוד והציגו ביצועי הפרדה גבוהים עבור פחמימנים בשל האפקט ניפוי המולקולרי שלה. ידוע היטב כי calcination כדי להסיר osda לאחר סינתזה היא אחת הסיבות השכיחות ביותר של היווצרות פגם ב זאוליט ממברנות12,13. הממברנה שלנו * בי מוכן ללא שימוש OSDA הראה טוב הפרדה ביצועים אולי בגלל זה צעד calcination היה דילג.
הכנת ממברנות זאוליט מבוססת על ידע וניסיון שנצבר במעבדה. כתוצאה מכך, קשה למתחילים לסנתז ממברנות זאוליט בלבד. כאן, היינו רוצים לחלוק פרוטוקול של * בי ממברנה הכנה התייחסות לכל מי שרוצה להתחיל סינתזה הממברנה.
Protocol
Representative Results
Discussion
ישנם סוגים רבים של Si ו-אל מקורות סינתזה של זאוליט. עם זאת, אנחנו לא יכולים לשנות את חומרי הגלם להכנה של קרום זה * בי סוג. אם משתנים חומרי גלם, ניתן לשנות את השלב של זאוליט ו/או קצב הצמיחה.
לא ניתן להשתמש בכוסות זכוכית לצורך סינתזה של הכנת ג’ל, משום שלג’ל הסינתזה יש סיסיות גבוהה. בק?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו היתה נתמכת חלקית על ידי JST קרסט (יפן מדע וטכנולוגיה הסוכנות, יצירת זרעים טכנולוגיים מהפכני עבור תוכנית חדשנות במדע וטכנולוגיה), גרנט מספר JPMJCR1324, יפן.
Materials
| a-Al2O3 support | Noritake Co. Ltd. | NS-1 | Average pore size, 150 nm; Outer diameter, 10 mm; Innar diameter, 7 mm |
| Colloidal silica | Nissan Chemical | ST-S | SiO2 30.5%, Na2O 0.44%, H2O 69.1% |
| Mesh filter (PTFE membrane) | Omnipore | JGWP04700 | Pore size, 200 nm |
| NaAl2O | Kanto Chemical | 34095-01 | Na2O 31.0-35.0%; Al2O3 34.0-39.0% |
| NaOH | Kanto Chemical | 37184-00 | 97% |
| Tetraethylammonium hydroxide | Sigma-Aldrich | 302929-500ML | 35 wt% solution |
References
- Ghaffour, N., Missimer, T. M., Amy, G. L. Technical review and evaluation of the economics of water desalination: Current and future challenges for better water supply sustainability. Desalination. 309, 197-207 (2013).
- Hickenbottom, K. L., et al. Forward osmosis treatment of drilling mud and fracturing wastewater from oil and gas operations. Desalination. 312, 60-66 (2013).
- Kanezashi, M., Shazwani, W. N., Yoshioka, T., Tsuru, T. Separation of propylene/propane binary mixtures by bis(triethoxysilyl) methane (BTESM)-derived silica membranes fabricated at different calcination temperatures. Journal of Membrane Science. 415-416, 478-485 (2012).
- Xu, L., Rungta, M., Koros, W. J. Matrimid® derived carbon molecular sieve hollow fiber membranes for ethylene/ethane separation. Journal of Membrane Science. 380, 138-147 (2011).
- Morigami, Y., Kondo, M., Abe, J., Kita, H., Okamoto, K. The first large-scale pervaporation plant using tubular-type module with zeolite NaA membrane. Separation and Purification Technology. 25, 251-260 (2001).
- Kondo, M., Komori, M., Kita, H., Okamoto, K. Tubular-type pervaporation module with zeolite NaA membrane. Journal of Membrane Science. 133, 133-141 (1997).
- Hoof, V. V., Dotremont, C., Buekenhoudt, A. Performance of Mitsui NaA type zeolite membranes for the dehydration of organic solvents in comparison with commercial polymeric pervaporation membranes. Separation and Purification Technology. 48, 304-309 (2006).
- Kamimura, Y., Chaikittisilp, W., Itabashi, K., Shimojima, A., Okubo, T. Critical Factors in the Seed-Assisted Synthesis of Zeolite Beta and “Green Beta” from OSDA-Free Na+-Aluminosilicate Gels. Chemistry An Asian Journal. 5, 2182-2191 (2010).
- Majano, G., Delmotte, L., Valtchev, V., Mintova, S. Al-Rich Zeolite Beta by Seeding in the Absence of Organic Template. Chemistry of Materials. 21, 4184-4191 (2009).
- Sakai, M., et al. Formation process of *BEA-type zeolite membrane under OSDA-free conditions and its separation property. Microporous and Mesoporous Materials. 284, 360-365 (2019).
- Choi, J., et al. Grain Boundary Defect Elimination in a Zeolite Membrane by Rapid Thermal Processing. Science. 325, 590-593 (2009).
- Dong, J., Lin, Y. S., Hu, M. Z. -. C., Peascoe, R. A., Payzant, E. A. Template-removal-associated microstructural development of porous-ceramic-supported MFI zeolite membranes. Microporous and Mesoporous Materials. 34, 241-253 (2000).
- Schoeman, B. J., Babouchkina, E., Mintova, S., Valtchev, V. P., Sterte, J. The Synthesis of Discrete Colloidal Crystals of Zeolite Beta and their Application in the Preparation of Thin Microporous Films. Journal of Porous Materials. 8, 13-22 (2001).
- Sasaki, Y., et al. Polytype distributions in low-defect zeolite beta crystals synthesized without an organic structure-directing agent. Microporous and Mesoporous Materials. 225, 210-215 (2016).
