유기 구조 지시 에이전트 무료 합성 *BEA 형 제올라이트 멤브레인
Summary
*BEA 종자 결정은 딥 코팅 방법에 의해 다공성 α-Al2O3 지지체상에 적재되었고, 유기 구조 지시제를 사용하지 않고 수열로 성장하였다. 결함이 거의 없는 *BEA형 제올라이트 멤브레인은 이차 성장 방법에 의해 성공적으로 제조되었다.
Abstract
멤브레인 분리는 새로운 에너지 절약 분리 공정으로 주목받고 있습니다. Zeolite 멤브레인은 높은 열, 화학 및 기계적 강도 로 인해 석유 및 석유 화학 분야에서 탄화수소 분리에 큰 잠재력을 가지고 있습니다. *BEA 형 제올라이트는 큰 기공 크기와 넓은 Si / Al 범위로 인해 흥미로운 멤브레인 재료입니다. 이 원고는 유기 구조 지시제(OSDA)를 사용하지 않는 이차 성장 방법에 의한 *BEA 막 제제에 대한 프로토콜을 제시한다. 제제 프로토콜은 지원 전처리, 종자 제제, 딥 코팅 및 멤브레인 결정화의 네 단계로 구성됩니다. 첫째, *BEA 종자 결정은 OSDA를 사용하여 종래의 수열 합성에 의해 제조된다. 상기 합성된 종자 결정은 딥 코팅 방법에 의해 3 cm 길이의 관형 α-Al2O3 지지체의 외부 표면에 적재된다. 로드된 종자층은 OSDA를 사용하지 않고 7일 동안 393 K에서 수열 처리를 이용한 이차 성장 방법을 제조한다. 결함이 거의 없는 *BEA 멤브레인이 성공적으로 수득됩니다. 종자 제제 및 딥 코팅 단계는 멤브레인 품질에 큰 영향을 미칩니다.
Introduction
멤브레인 분리는 새로운 에너지 절약 분리 공정으로 주목받고 있습니다. 막의 많은 모형은 지난 수십 년간 개발되었습니다. 고분자 멤브레인은 가스 분리에 널리 사용되어 왔으며, 해수1및 폐수 처리2에서식수를 생성합니다.
실리카3,탄소 분자 체4및 제올라이트와 같은 무기 막 재료는 고분자 멤브레인에 비해 열, 화학 및 기계적 강도에 대한 장점이 있습니다. 따라서 무기막은 석유 및 석유 화학 분야에서 탄화수소 분리와 같은 더 가혹한 조건하에서 사용되는 경향이 있습니다.
Zeolite는 미세 기공으로 인해 독특한 흡착 및 분자 체질 특성을 가지고 있습니다. 또한, 제올라이트는 제올라이트의 흡착 및 분자 체질 특성을 제어하는 데 기여하는 양이온 교환 능력을 가지고 있습니다. 제올라이트의 양이온 수는 제올라이트 구조의 Si/Al 비율에 의해 결정됩니다. 따라서, 미세기공의 크기와 Si/Al 비율은 제올라이트 멤브레인의 투과 및 분리 특성을 결정하는 주요 특성이다. 이러한 이유로, 제올라이트는 무기 막 재료의 유망한 유형입니다. 일부 제올라이트 멤브레인은 이미 그들의 친수성 및 분자 체질 특성으로 인해 유기 용매의 탈수를 위해 상용화되었습니다5,6,7,8.
* BEA 형 제올라이트는 큰 기공 크기와 넓은 Si / Al 범위로 인해 흥미로운 멤브레인 재료입니다. *BEA는 일반적으로 탈록산테트라에틸암모늄을 유기 구조 지시제(OSDA)로 사용하여 수열 처리에 의해 제조되었다. 그러나, OSDA를 이용한 합성 방법은 경제적, 환경적 단점이 있다. 최근에는 OSDA를 사용하지 않고 *BEA 합성을 위한 시드 보조 방법이9,10으로보고되었다.
*BEA는 다형성 A와 다형B의 상호 성장 결정이며, 따라서 “*”는 상호 성장 물질을 나타낸다. 현재, 다형A 또는 B로만 구성된 벌크 재료는 알려져 있지 않다.
우리는 성공적으로 수정 된 종자 보조 방법11에의해 OSDA를 사용하지 않고 * BEA 멤브레인을 준비했습니다. *BEA 멤브레인은 결함이 거의 없으며 분자 체질 효과로 인해 탄화수소에 대한 높은 분리 성능을 보였습니다. 합성 후 OSDA를 제거하는 소성은 제올라이트 멤브레인12,13에서결함 형성의 가장 흔한 원인 중 하나라는 것은 잘 알려져 있다. OSDA를 사용하지 않고 제조된 *BEA 멤브레인은 이 소성 단계를 건너뛰었기 때문에 좋은 분리 성능을 보였습니다.
제올라이트 멤브레인의 준비는 실험실에서 축적된 노하우와 경험을 기반으로 합니다. 따라서, 그것은 초보자 혼자 zeolite 멤브레인합성 하기 어렵다. 여기에서는 막 합성을 시작하려는 모든 사람을 위한 참고 자료로 *BEA 멤브레인 준비를 위한 프로토콜을 공유하고자 합니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
제올라이트 합성을 위한 Si 및 Al 소스의 많은 종류가 있다. 그러나,이 *BEA 형 멤브레인의 제조를 위해 원료를 변경할 수 없습니다. 원료가 변경되면 결정화 및 /또는 성장 속도의 위상이 변경될 수 있습니다.
합성 젤은 높은 알칼리도를 가지고 있기 때문에 유리 비커는 합성 젤 준비에 사용할 수 없습니다. 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 테플론으로 만든 병과 비커를 대신 사용할…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 작품은 JST CREST (일본 과학 기술 기관, 과학 기술 혁신 프로그램에 대한 REvolutionary 기술 씨앗 만들기), 그랜트 번호 JPMJCR1324, 일본에 의해 부분적으로 지원되었습니다.
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
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