Органическая структура-направление Без агента синтеза для ЗБЕА типа цеолит Мембрана
Summary
Кристалл семян ЗБЕА был загружен на пористую поддержку No-Al2O3 методом покрытия, и гидротермально выращен без использования органического структурно-направляющего агента. Цеолитовая мембрана типа ЗБЕА с очень небольшим количеством дефектов была успешно подготовлена методом вторичного роста.
Abstract
Разделение Мембраны привлекло внимание как новый процесс разделения энергосбережения. Эолитовые мембраны обладают большим потенциалом для разделения углеводородов в нефтяных и нефтехимических месторождениях из-за их высокой тепловой, химической и механической прочности. Цеолит типа ЗБЕА является интересным мембранным материалом из-за его большого размера пор и широкого диапазона Si/Al. Данная рукопись представляет протокол для подготовки мембраны ЗБЕА методом вторичного роста, который не использует органический структурно-направляющий агент (OSDA). Протокол подготовки состоит из четырех этапов: предварительная обработка опоры, подготовка семян, окунание и кристаллизация мембраны. Во-первых, семенной кристалл ЗБЕА готовится с помощью обычного гидротермального синтеза с использованием OSDA. Синтезированный кристалл семян загружается на внешнюю поверхность трубчатой трубчатой поддержки длиной 3 см2O3 методом. Загруженный слой семян готовится с помощью вторичного метода роста с использованием гидротермальной обработки при 393 K в течение 7 дней без использования OSDA. Успешно получена мембрана ЗБЕА, имеющая очень мало дефектов. Подготовка семян и окунуться покрытие шаги сильно влияют на качество мембраны.
Introduction
Разделение Мембраны привлекло внимание как новый процесс разделения энергосбережения. Многие типы мембран были разработаны в течение последних десятилетий. Полимерные мембраны широко используются для разделения газа, создавая питьевую воду из морской воды1,и очистки сточных вод2.
Неорганические мембранные материалы, такие как кремнезем3,углеродное молекулярное сито4и цеолит имеют преимущества для тепловой, химической и механической прочности по сравнению с полимерными мембранами. Поэтому неорганические мембраны, как правило, используются в более суровых условиях, таких как разделение углеводородов на нефтяных и нефтехимических месторождениях.
Цеолит обладает уникальными адсорбционными и молекулярными свойствами сито из-за своих микропор. Кроме того, цеолит обладает способностью к обмену катиона, который способствует контролю адсорбции цеолита и молекулярным сито. Количество катионов в цеолите определяется соотношением Si/Al структуры цеолита. Таким образом, размер микропор и si/Al соотношение являются ключевыми характеристиками, которые определяют проницательные и сеченные свойства мембран цеолита. По этим причинам цеолит является перспективным типом неорганического мембранного материала. Некоторые цеолитные мембраны уже коммерциализированы для обезвоживания органических растворителей из-за их гидрофиловства и молекулярных сивных свойств5,6,7,8.
Цеолит типа «BEA» является интересным мембранным материалом из-за его большого размера пор и широкого диапазона Si/Al. ЗБЕА, как правило, был подготовлен путем гидротермальной обработки с использованием гидроксида тетраэтиламмония в качестве органического структурно-направляющего агента (OSDA). Однако метод синтеза с использованием OSDA имеет экономические и экологические недостатки. Недавно, спомощьей с семенами метод синтеза ЗБЕА без использования OSDA было сообщено9,10.
«BEA является межцветным кристаллом полиморфа А и полиморфа B. Таким образом, «Я» представляет собой межцветовой материал. В настоящее время не известно, навалочные материалы, состоящие только из полиморфа А или В.
Мы успешно подготовили мембраны зБЕА без использования OSDA модифицированным методом11с помощью семян. Мембрана ЗБЕА имела очень мало дефектов и продемонстрировала высокую производительность разделения углеводородов из-за его молекулярного сито.. Хорошо известно, что кальцинирование для удаления ОСДА после синтеза является одной из наиболее распространенных причин образования дефектов в цеолитных мембранах12,13. Наша мембрана зБЕА, подготовленная без использования OSDA, показала хорошую производительность разделения, возможно, потому, что этот шаг кальцинации был пропущен.
Подготовка цеолитных мембран основана на ноу-хау и опыте, накопленном в лаборатории. Следовательно, новичку трудно синтезировать только цеолитовые мембраны. Здесь мы хотели бы поделиться протоколом для подготовки мембраны ЗБЕА в качестве эталона для всех, кто хочет начать синтез мембраны.
Protocol
Representative Results
Discussion
Есть много видов Si и Al источников для синтеза цеолита. Тем не менее, мы не можем менять сырье для подготовки этой мембраны типа ЗБЕА. При изменении сырья может быть изменена фаза кристаллизации цеолита и/или темпов роста.
Стеклянные стаканы не могут быть использованы для с…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа была частично поддержана JST CREST (Японское агентство по науке и технике, Создание REvolutionary технологических семян для науки и техники инновационной программы), Грант номер JPMJCR1324, Япония.
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).
