Síntesis libre de agentes que dirige la estructura orgánica para la membrana de zeolita tipo BEA
Summary
El método de recubrimiento por inmersión se cargó un cristal de semilla *BEA sin utilizar un agente orgánico de dirección de estructura. Una membrana de zeolita tipo *BEA que tenía muy pocos defectos fue preparada con éxito por el método de crecimiento secundario.
Abstract
La separación de membranas ha llamado la atención como un proceso de separación de ahorro de energía novedoso. Las membranas de zeolita tienen un gran potencial para la separación de hidrocarburos en campos petrolíferos y petroquímicos debido a su alta resistencia térmica, química y mecánica. Una zeolita tipo *BEA es un material de membrana interesante debido a su gran tamaño de poro y amplio rango Si/Al. Este manuscrito presenta un protocolo para la preparación de la membrana *BEA mediante un método de crecimiento secundario que no utiliza un agente de dirección de estructura orgánica (OSDA). El protocolo de preparación consta de cuatro pasos: pretratamiento de soporte, preparación de semillas, recubrimiento de inmersión y cristalización de membranas. En primer lugar, el cristal de semilla *BEA se prepara mediante síntesis hidrotermal convencional utilizando OSDA. El cristal de semilla sintetizado se carga en la superficie exterior de un soporte tubular de 3 cm de largo de2O3 mediante un método de recubrimiento por inmersión. La capa de semillacargada se prepara con el método de crecimiento secundario utilizando un tratamiento hidrotérmico a 393 K durante 7 días sin utilizar OSDA. Se obtiene con éxito una membrana *BEA que tiene muy pocos defectos. La preparación de semillas y los pasos de recubrimiento de inmersión afectan fuertemente la calidad de la membrana.
Introduction
La separación de membranas ha llamado la atención como un nuevo proceso de separación de ahorro de energía. Muchos tipos de membranas se han desarrollado durante las últimas décadas. Las membranas poliméricas se han utilizado ampliamente para la separación de gases, creando agua potable del agua de mar1,y el tratamiento de aguas residuales2.
Los materiales de membrana inorgánicos como sílice3,tamiz molecular de carbono4y zeolita tienen ventajas para la resistencia térmica, química y mecánica en comparación con las membranas poliméricas. Por lo tanto, las membranas inorgánicas tienden a utilizarse en condiciones más severas, como la separación de hidrocarburos en campos petrolíferos y petroquímicos.
La zeolita tiene propiedades únicas de adsorción y tamizado molecular debido a sus microporos. Además, la zeolita tiene una capacidad de intercambio catiónico que contribuye a controlar las propiedades de adsorción y tamizado molecular de la zeolita. El número de cationes en zeolita está determinado por la relación Si/Al de la estructura de zeolita. Por lo tanto, el tamaño de los microporos y la relación Si/Al son características clave que determinan las propiedades de permeación y separación de las membranas de zeolita. Por estas razones, la zeolita es un tipo prometedor de material de membrana inorgánico. Algunas membranas de zeolita ya han sido comercializadas para la deshidratación de disolventes orgánicos debido a sus propiedades hidroflicidad y tamizado molecular5,6,7,8.
*La zeolita tipo BEA es un material de membrana interesante debido a su gran tamaño de poro y su amplia gama Si/Al. *BEA se ha preparado generalmente mediante tratamiento hidrotérmico utilizando hidróxido de tetraetilammonio como agente orgánico de dirección de estructura (OSDA). Sin embargo, el método de síntesis utilizando OSDA tiene desventajas económicas y ambientales. Recientemente, se informó de un método asistido por semillas para la síntesis de *BEA sin usar OSDA9,10.
*BEA es un cristal de crecimiento intergrowth de polimorfo A y polimorfo B. Por lo tanto, “*” representa un material de intercrecimiento. En la actualidad, no se conocen materiales a granel que consistan únicamente en polimorfos A o B.
Hemos preparado con éxito las membranas *BEA sin utilizar OSDA mediante un método asistido por semillas modificado11. La membrana *BEA tenía muy pocos defectos y exhibió un alto rendimiento de separación para los hidrocarburos debido a su efecto de tamizado molecular. Es bien sabido que la calcinación para eliminar la OSDA después de la síntesis es una de las causas más comunes de formación de defectos en las membranas de zeolita12,13. Nuestra membrana *BEA preparada sin usar OSDA mostró un buen rendimiento de separación posiblemente porque este paso de calcinación se omitió.
La preparación de las membranas de zeolita se basa en el know-how y la experiencia acumulada en el laboratorio. Por lo tanto, es difícil para un principiante sintetizar las membranas de zeolita solo. Aquí, nos gustaría compartir un protocolo para la preparación de membrana *BEA como referencia para todos los que quieren iniciar la síntesis de membranas.
Protocol
Representative Results
Discussion
Hay muchos tipos de fuentes De si y Al para la síntesis de zeolita. Sin embargo, no podemos cambiar las materias primas para la preparación de esta membrana de tipo *BEA. Si se modifican las materias primas, se puede cambiar la fase de zeolita cristalizada y/o tasa de crecimiento.
Los vasos de vidrio no se pueden utilizar para la preparación de gel de síntesis porque el gel de síntesis tiene alta alcalinidad. En su lugar, se pueden utilizar botellas y vasos de polietileno, polipropileno y…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabajo fue parcialmente apoyado por JST CREST (Agencia Japonesa de Ciencia y Tecnología, Crear semillas tecnológicas REvolutionary para el programa de innovación en Ciencia y Tecnología), Número de Subvención JPMJCR1324, Japón.
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 |
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