الهيكل العضوي توجيه وكيل خالية من التوليف ل * BEA من نوع غشاء زيوليت
Summary
تم تحميل الكريستال البذور BEA * على α-Al2O3 دعم مسامية من خلال طريقة الغمس الطلاء، ونمت هيدرو حرارية دون استخدام عامل توجيه الهيكل العضوي. * تم إعداد غشاء الزيوليت من نوع BEA وجود عيوب قليلة جدا بنجاح من خلال طريقة النمو الثانوي.
Abstract
وقد لفت فصل الغشاء الانتباه كعملية فصل جديدة لتوفير الطاقة. تتمتع أغشية الزيوليت بإمكانات كبيرة لفصل الهيدروكربونات في حقول النفط والبتروكيماويات بسبب قوتها الحرارية والكيميائية والميكانيكية العالية. * BEA من نوع الزيوليت هو مادة غشاء مثيرة للاهتمام بسبب حجمالمسام الكبيرة ومجموعة واسعة من Si / Al. تقدم هذه المخطوطة بروتوكولًا لإعداد غشاء BEA * من خلال طريقة نمو ثانوية لا تستخدم عامل توجيه بنية عضوية (OSDA). يتكون بروتوكول التحضير من أربع خطوات: المعالجة المسبقة للدعم ، وإعداد البذور ، وطلاء الغمس ، وتبلور الأغشية. أولاً، يتم إعداد الكريستال البذور * BEA بواسطة التوليف الحراري المائي التقليدي باستخدام OSDA. يتم تحميل الكريستال البذور توليفها على السطح الخارجي من 3 سم طويلة أنبوبي α-Al2O3 الدعم من قبل طريقة تراجع الطلاء. يتم إعداد طبقة البذور المحملة مع طريقة النمو الثانوي باستخدام المعالجة الحرارية المائية في 393 K لمدة 7 أيام دون استخدام OSDA. يتم الحصول على غشاء BEA * وجود عيوب قليلة جدا بنجاح. إعداد البذور وخطوات تراجع الطلاء تؤثر بقوة على جودة الغشاء.
Introduction
وقد لفت فصل الغشاء الانتباه كعملية فصل جديدة للطاقة الموفرة. وقد وضعت العديد من أنواع الأغشية على مدى العقود الماضية. وقد استخدمت على نطاق واسع الأغشية البوليمرية لفصل الغاز، وخلق المياه الصالحة للشرب من مياه البحر1،ومعالجة مياه الصرف الصحي2.
المواد الغشائية غير العضوية مثل السيليكا3،منخل الكربون الجزيئي4،والزيوليت لديها مزايا للقوة الحرارية والكيميائية والميكانيكية بالمقارنة مع الأغشية البوليمرية. لذلك، تميل الأغشية غير العضوية إلى الاستخدام في ظل ظروف أكثر شدة، مثل فصل الهيدروكربونات في حقول النفط والبتروكيماويات.
Zeolite لديه خصائص فريدة من نوعها الامتصاص والغربلالجزيئي بسبب الجراثيم. بالإضافة إلى ذلك، يتمتع الزيوليت بالقدرة على تبادل التّقاًّلات التي تساهم في التحكم في الامتصاص والممتلكات المنفّزة للزيتوليت. يتم تحديد عدد التسيونات في الزيوليت من خلال نسبة Si/Al من بنية الزيوليت. لذلك ، فإن حجم الجراثيم ونسبة Si / Al هي الخصائص الرئيسية التي تحدد خصائص النفاذ والفصل لأغشية الزيوليت. لهذه الأسباب، الزيوليت هو نوع واعد من المواد غشاء غير العضوية. وقد تم بالفعل تسويق بعض أغشية الزيوليت لتجفيف المذيبات العضوية بسبب هيدروفيليسيتيوخصائص هاوية وخصائص النخل الجزيئي5،6،7،8.
* BEA من نوع الزيوليت هو مادة غشاء مثيرة للاهتمام بسبب حجمالمسام الكبيرة ومجموعة واسعة Si / Al. * تم إعداد BEA بشكل عام عن طريق المعالجة الحرارية المائية باستخدام هيدروكسيد رباعي الثيلامونيوم كعامل توجيه الهيكل العضوي (OSDA). ومع ذلك، فإن طريقة التوليف التي تستخدم OSDA لها عيوب اقتصادية وبيئية. في الآونة الأخيرة ، تم الإبلاغ عن طريقة بمساعدة البذور لتوليف BEA * دون استخدام OSDA9،10.
* BEA هو الكريستال بين النمو من متعدد الأشكال A ومتعددة الأشكال B. وبالتالي، “*” يمثل مادة بين النمو. في الوقت الحاضر ، لا توجد مواد السائبة التي تتكون فقط من متعدد الأشكال ألف أو باء هو معروف.
لقد قمنا بإعداد بنجاح * الأغشية BEA دون استخدام OSDA من خلال طريقة معدلة بمساعدة البذور11. كان غشاء BEA * عيوب قليلة جدا وأظهر أداء فصل عالية للهيدروكربونات بسبب تأثيره غربلة الجزيئية. ومن المعروف جيدا أن التكليس لإزالة OSDA بعد التوليف هو واحد من الأسباب الأكثر شيوعا لتشكيل عيب في أغشية الزيوليت12،13. لدينا * BEA غشاء أعدت دون استخدام OSDA أظهرت أداء فصل جيدة ربما لأن هذه الخطوة التكليس تم تخطي.
يعتمد إعداد أغشية الزيوليت على الدراية والخبرة المتراكمة في المختبر. وبالتالي ، من الصعب على المبتدئين تجميع أغشية الزيوليت وحدها. هنا ، نود أن نشارك بروتوكولًا لإعداد غشاء BEA * كمرجع لكل من يريد بدء تركيب الغشاء.
Protocol
Representative Results
Discussion
هناك أنواع كثيرة من مصادر سي وآل لتوليف الزيوليت. ومع ذلك، لا يمكننا تغيير المواد الخام لإعداد هذا الغشاء من نوع BEA* . إذا تم تغيير المواد الخام، يمكن تغيير مرحلة الزيوليت تبلور و / أو معدل النمو.
لا يمكن استخدام الأكواب الزجاجية لإعداد هلام التوليف لأن هلام التوليف له قلوية ع?…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وقد دعم هذا العمل جزئيا من قبل JST CREST (الوكالة اليابانية للعلوم والتكنولوجيا، خلق بذور تكنولوجية REvolutionary لبرنامج الابتكار في مجال العلوم والتكنولوجيا)، منحة رقم JPMJCR1324، اليابان.
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 |
Referencias
- 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).
