ゼオライトH-ZSM-5で高温・高圧のガス吸着用のLangatateクリスタルマイクロバランスに基づいて吸着装置

注意：使用する前に、関連するすべての物質安全データシート（MSDS）を参照してください。ゼオライトH-ZSM-5の合成に使用される化学物質のいくつかは、急性毒性と発癌性です。ナノ材料は、そのバルク対応物に比べて付加的なリスクを有していてもよいです。工学的制御（ヒュームフード、グローブボックス）および個人用保護具（安全眼鏡、手袋、白衣、完全長ズボン、閉じたつま先の靴）の使用を含むナノ結晶反応を行う際に、すべての適切な安全対策を使用してください。メタノールやDMEとの吸着測定を行う際には、両方が可燃性および爆発性危険物質であるので、特別な注意を払います。 1.合成ゼオライトのH-ZSM-5 LCM上 ゼオライト合成混合物の調製 注：デ・ラ・イグレシアらから適応として、最終的な合成混合物は、以下のモル組成を有していた7：1のSiO 2：50 H 2 O：0.07のNa 2 O：0.024 TPA 2 O：0.005 の Al 2 O 3。従って、合成されたゼオライトH-ZSM-5の理論のSi / Alモル比は100です。 攪拌を介して20.30グラムの脱イオン水0.14グラムの水酸化ナトリウムを溶解します。別の方法として、16.8グラムの脱イオン水で1 MのNaOH 3.64グラムを混ぜます。 1.16グラムの水酸化テトラプロピルアンモニウム（TPAOH）溶液を添加し、そしてそれを明確に表示されるまで溶液を攪拌。 5.0グラムテトラエチルオルトシリケート（TEOS）の溶液を滴下して追加し、それを明確に表示されるまで溶液を攪拌。 溶液中に0.09グラムの硝酸アルミニウム九水和物（アル（NO 3）3・9H 2 O、固体）を添加しながら、攪拌をしてください。 固体硝酸アルミニウム九水和物が溶解するまで撹拌してください。準備されたゼオライト合成混合物は、その経年変化による5時間以内に使用すべきであることに注意してください。 SAC 3を介してLCMにゼオライトZSM-5の合成 </st栄> ゼオライト合成の前にLCMを清掃してください 脱イオン水で十分にLCMを洗ってください。 脱イオン水を入れたビーカーにLCMを入れ、超音波浴中でそれをきれいに。 オーブン中で80℃でLCMを乾燥させます。 ゼオライト合成 図1に示すように、金電極上に堆積のみゼオライトLCM 8の共振周波数シフトを引き起こすことができるので、慎重に、ピペットを用いて、LCMの中央に電極上に調製ゼオライト合成混合物の数滴を置きます。また、接続点のゼオライトは著しく、したがってLCMの測定感度を導電性を低下させるとなるため、発振器の金電極の接続点に合成混合物を拡散避けます。また、depositio後の接続ポイントにゼオライト結晶を取り除きますnが、電極を破壊します。 その上に高粘度のゲル状相を得るために2時間80℃で合成混合物でLCMを乾燥させます。 ゼオライトの合成中に蒸気を生成するために、テフロン（登録商標）内張りオートクレーブ（80ml）中で脱イオン水（約10ml）を少量加えます。 ゼオライト合成時のオートクレーブの底に液体の水の上に水平にLCMをサポートオートクレーブ、テフロンホルダーを置きます。 SAC法によりLCMにゼオライトを合成するために48時間、150℃のオーブンでオートクレーブを保管してください。 右SAC後、脱イオン水で被覆されたLCMを洗浄し、2時間80℃でそれを乾燥させます。 酸化性雰囲気下で高温のオーブンで焼成したゼオライト結晶中に有機テンプレートを削除してください。プログラムは以下のようにオーブン：a）は3℃分-1の速度で室温から450℃まで温度を上げ、 b）に保管してください4時間、450℃の温度。 c）は3°Cの分の速度で室温まで450°Cの温度を下げ-1。 0.4 Lの脱イオン水に26.75グラムの塩化アンモニウム（固体のNH 4 Clで）溶解します。最後のNH 4 Cl溶液を0.5 Lであり、1モルのDM -3の濃度を有するように、溶液中のより多くの脱イオン水を加えます。 ビーカー中でNH 4 Cl溶液（0.2 L）にコーティングされたLCMを入れて、2時間20℃でLCM上にコーティングされたのNa-ZSM-5結晶をイオン交換します。 NH 4 -ZSM-5の結晶を得るために0.2 L新鮮なNH 4 Cl溶液を用いたイオン交換を繰り返します。 ステップ1.2.2.7で述べたのと同じパラメータを使用して最終焼成することにより、H-ZSM-5を取得します。 LCMベースの吸着測定装置3を使用した 2吸着測定 注：この作業では、LCMコー​​ティング及びH-ZSM-5で被覆された1せずに（最後のセクションで調製）を、それぞれ、「基準LCM」と「サンプルLCM」と呼ばれています。また、ゼオライトの堆積の前にサンプルLCM」はアンロードサンプルLCM」と呼ばれます。物理化学C 3のジャーナルで以前の出版物では、LCMベースの吸着測定装置の詳細な説明を求めることができます。この研究では、気体吸着測定のための装置の動作は、この短いプロトコルおよび詳細におけるビデオプロトコルで提示されます。 吸着測定前の準備 参照の共振周波数の差に対する温度と圧力の影響に関する試験およびアンサンプルLCMS Oリング、LCMホルダー、およびアセトンで試料室を清掃し、空気を押しました。 脱イオン水を入れたビーカーに参照およびアンサンプルLCMSを入れて、ULでそれらをきれいに音波風呂。 慎重に高温耐性の電気ケーブルを介して発振器に接続されているLCMホルダー、上のクリーンな基準およびアンサンプルLCMSを配置します。 共振周波数が正常に検出することができることを確実にするために、発振器を使用してインストールLCMSをプリテスト。 サンプルチャンバーを閉じ、真空ポンプによって、それを避難させます。 純粋なN 2を投与介して、試料室の圧力を変更します。 温度コントローラによって、試料室内の温度を制御します。 の共振周波数の差に対する温度と圧力の影響を知るために、参照の共振周波数と搬出試料LCMS検討温度および圧力範囲内で、 すなわち 、50〜150℃、及び0~16バールの測定参照およびアンサンプルLCMS（ ステップ2.2.4で）。テストがあることを示します<img aLT = "数2" SRC = "/ファイル/ ftp_upload / 54413 / 54413eq2.jpg" />ガス圧が有意な効果を（持っていないのに対し著しく、温度（50から150℃で1200〜3000ヘルツ）の影響を受けています変更 ）0〜16バールの圧力範囲で300ヘルツよりも小さいです。の決定された値を使用しますステップ2.2.4でのSauerbrey方程式にゼオライトにガスの吸着量を算出しました。 サンプルLCMの活性化 Oリング、LCMホルダー、およびアセトンで試料室を清掃し、空気を押しました。 脱イオン水を入れたビーカーに参照LCMを入れ、超音波浴中でそれをきれいに。 慎重に高温耐性の電気ケーブルを介して発振器に接続されているLCMホルダー、上のクリーンな基準LCMおよびサンプルLCMを配置します。 ナンプラーをプリテスト共振周波数が正常に検出することができるように発振器を用いてCED LCMS。 サンプルチャンバーを閉じ、真空ポンプによって、それを避難させます。 ごくわずかガス量は、H-ZSM-5に吸着されることを確実にするために真空状態で一晩中、高温（少なくとも50℃の吸着測定の温度よりも高く、200°Cこの仕事で）でサンプルのLCMをアクティブに。 吸着測定 注：この研究では、50℃でCO 2の吸着の測定は、例を与えるために提示されています。測定（ 例えば 、共振周波数）からデータを取得し、H-ZSM-5に吸着CO 2の計算された質量は、私たちの以前の出版物3の支援情報の表S1に記載されています。 adsorptiの所望の温度で試料室内の温度を調節します測定値（ すなわち 、50±0.1℃）の温度制御により、真空条件下、 すなわち上、唯一の吸着ガスの無視できる量です。 サンプルLCMに発振器を接続し、バターワース・ヴァン・ダイク等価回路モデルと実験データをフィッティング介して、発振器のサポートするソフトウェアによってその共振周波数を測定します。 参照LCMに発振器の接続を切り替えて、その共振周波数を測定します。 Sauerbrey方程式2、8に従って（吸着ガスなし）サンプルLCM上に堆積されたH-ZSM-5の質量を決定するために、真空状態下でのサンプルとリファレンスLCMSの測定共振周波数を使用します。 どこ 413 / 54413eq4.jpgは "/>は、グラムでの質量の差です、 結晶は、この試験において（駆動される高調波の数であり、 ）、 ヘルツにおける基準の共振周波数とサンプルLCMSの差が、あります Hz単位の参照およびアンサンプルLCM間の共振周波数の差であり、 langatate結晶（6.13グラムcm -3程度 ）4の密度であり、 langatate結晶（1.9×10 12グラム-1秒-2）4の有効圧電補強せん断弾性率は、あります/files/ftp_upload/54413/54413eq10.jpg "/>が基準LCMの共振周波数である、 すなわち 、アンロードLCM、 、LCMの面積（1.539センチメートル2）3。 注：この作業では、LCMの中央に金電極上に堆積されたH-ZSM-5の質量は、50℃で14100ヘルツの共振周波数シフトを引き起こす0.502ミリグラム、です。 （蒸発器から手動でチャンバ内へ投薬バルブを介して、メタノール、DMEなど）マスフローコントローラを介してガスボンベから純粋なガスを投与することによって、試料室内のCO 2のガス圧力を制御する、または真空ポンプを介して排気することにより。 図2に示すように、ここでは、0〜16バールのCO 2吸着測定の圧力範囲を使用します。 平衡状態で安定した温度に到達するまで、 例えば 、温度が50±0.1℃内で変化待ちます。 共同サンプルLCMに発振器をnnect、与えられた圧力のガスに暴露した後、その共振周波数を測定します。 参照LCMに発振器の接続を切り替えて、同一条件下でその共振周波数を測定します。 上に示したのSauerbrey式によれば、このガスの圧力下でH-ZSM-5上に吸着サンプルLCMおよびガスの上に堆積H-ZSM-5の総質量を計算します。ステップ2.2.4で決定（吸着ガスなし）H-ZSM-5の質量を差し引くことにより、このガスの圧力下でH-ZSM-5上に吸着されたCO 2の質量が得られます。 異なるガス圧力の下で、H-ZSM-5の試料に吸着したCO 2の全ての質量を得るために、圧力を変化させるためのサンプルとリファレンスLCMS用の共振周波数の測定を繰り返します。 最後に、CO 2吸着の全質量を計算介し0-16バールの検討圧力範囲内で50℃でのガス吸着等温線を得ますステップ2.2.9に応じて異なるガス圧力の下で、H-ZSM-5試料上。 他の温度での吸着等温線のため、温度コントローラを使用して、安定した温度を変更し、2.2.11へのステップ2.2.1を繰り返します。 吸着容量、吸着エンタルピー、及び吸着エントロピーのような吸着パラメータを決定するために、最小二乗法によるラングミュアモデルのような吸着モデルとの吸着等温線を取り付け（以前の出版物3とそのサポート情報を参照してください）。