تصنيع واختبار أيروجيلس الحفاز أعدت عن طريق استخراج فوق الحرجة السريع

Ann M Anderson; Bradford A Bruno; Elizabeth A Donlon; Luisa F Posada; Mary K Carroll

doi:10.3791/57075

يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية

مقالة منهجية

تصنيع واختبار أيروجيلس الحفاز أعدت عن طريق استخراج فوق الحرجة السريع

7K مشاهدات

⸱

DOI:

10.3791/57075

⸱

أغسطس 31, 2018

Ann M Anderson^*¹ , Bradford A Bruno^*¹ , Elizabeth A Donlon¹ , Luisa F Posada² , Mary K Carroll^*²

¹Department of Mechanical Engineering, Union College, ²Department of Chemistry, Union College

^* These authors contributed equally

في هذه المقالة

ملخص

نقدم هنا البروتوكولات لإعداد واختبار أيروجيلس الحفاز بإدراج الأنواع المعدنية في منصات وتستطي السليكا واﻷلومينا. أساليب لإعداد المواد باستخدام النحاس أملاح وهي واردة جسيمات نانوية المحتوية على النحاس. حفاز بروتوكولات اختبار إثبات فعالية هذه أيروجيلس لتطبيقات الحفز الثلاثية.

الملخص

يتم عرض البروتوكولات لإعداد واختبار أيروجيلس الحفاز بإدراج الأنواع المعدنية في منصات وتستطي السليكا واﻷلومينا. ويرد وصف أساليب إعداد ثلاثة: (أ) إدراج معدنية أملاح في الهلام الرطب السليكا أو الألومينا باستخدام أسلوب التلقيح؛ (ب) إدراج معدنية أملاح في الهلام الرطب الألومينا باستخدام أسلوب سلائف المشارك؛ و (ج) إضافة جسيمات نانوية المعدنية مباشرة في خليط سلائف وتستطي والسليكا. استخدام الأساليب صحفي ساخن هيدروليكية، الذي يسمح بسرعة (< ح 6) استخراج فوق الحرجة والنتائج في أيروجيلس ذات الكثافة السكانية المنخفضة (0.10 g/mL) ومساحة سطح عالية (200-800 م²/g). النهج حين قدم العمل هنا يركز على استخدام أملاح النحاس والنحاس الجسيمات النانوية، يمكن تنفيذها باستخدام الأملاح المعدنية وجسيمات نانوية أخرى. ويرد أيضا على بروتوكول لاختبار قدرة هذه أيروجيلس للتخفيف من آثار التلوث السيارات حفاز ثلاثي. ويستخدم هذا الأسلوب مبنية خصيصا المعدات، الاتحاد الحفاز منها (فلاتة)، الذي هو خليط عادم محاكاة مر عينة وتستطي في درجة حرارة مضبوطة ومعدل التدفق. النظام قادر على قياس قدرة أيروجيلس الحفاز، تحت كل المؤكسدة، والحد من الظروف، لتحويل أول أكسيد الكربون، لا وغير المحترقة الهيدروكربونات (HCs) لأقل الأنواع الضارة (CO₂، ح₂س ون₂). وترد نتائج المثال الحفاز أيروجيلس ووصف.

المقدمة

وقد أيروجيلس القائم على السليكا والألومنيوم خصائص رائعة، بما في ذلك ذات الكثافة السكانية المنخفضة والمساحة السطحية العالية، الثبات الحراري جيدة وعالية المسامية ناقلية حرارية منخفضة¹. هذه الخصائص تجعل المواد وتستطي جذابة لمجموعة متنوعة من التطبيقات¹^،². تطبيق واحد أن يستغل بالثبات الحراري وارتفاع المساحة السطحية من أيروجيلس هو الحفز غير المتجانسة؛ عدة مقالات استعراض الأدبيات في هذا المجال²^،³^،^،من⁴⁵. هناك الكثير من النهج لتصنيع المواد الحفازة وتستطي القائم، بما في ذلك إدماج أو فخ الأنواع الحفاز في الإطار من السليكا أو الألومينا وتستطي⁵^،^،من⁶⁷^، ⁸^،⁹^،^،من¹⁰¹¹. هذا العمل يركز على البروتوكولات الخاصة بإعداد عن طريق استخراج السريع فوق الحرجة (رسسي) واختبار المواد وتستطي للتخفيف من آثار التلوث السيارات الحفاز، ويستخدم أيروجيلس المحتوية على النحاس كأمثلة.

ثلاثة عوامل حفازة (وجوب) يعملون عادة في معدات التخفيف من التلوث ل محركات البنزين¹². وجوب الحديثة تحتوي على البلاتين والبلاديوم والروديوم، معادن مجموعة البلاتين (PGMs) التي نادرة، ومن ثم، باهظة الثمن ومكلفة بيئياً للحصول على. وسيكون حافز المواد استناداً إلى المعادن متاحة بسهولة أكبر مزايا اقتصادية وبيئية كبيرة.

يمكن إعداد أيروجيلس من المواد الهلامية الرطب باستخدام مجموعة متنوعة من أساليب¹. ويهدف إلى تجنب انهيار المسام كما تتم إزالة المذيبات من الجل. العملية المستخدمة في هذا البروتوكول هو طريقة سريعة استخراج فوق الحرجة (رسسي) التي يحدث فيها الاستخراج من جل محصورة داخل قالب معدني في الصحافة ساخنة هيدروليكية لبرمجة¹³^،^،من¹⁴¹⁵^، ¹⁶. تم استخدام هذه العملية رسسي لتصنيع كتل وتستطي السليكا أثبت سابقا في بروتوكول¹⁷، الذي شدد على الوقت القصير نسبيا إعداد المقترنة مع هذا النهج. استخراج₂ CO فوق الحرجة هو نهج أكثر شيوعاً، ولكن يستغرق وقتاً أطول ويتطلب استخدام المذيبات (بما في ذلك CO₂) أكبر من رسسي. مجموعات أخرى وقد نشرت مؤخرا البروتوكولات لإعداد مجموعة متنوعة من أنواع أيروجيلس الاستفادة من فوق الحرجة CO₂ استخراج¹⁸^،^،من¹⁹²⁰.

وترد هنا، بروتوكولات لاختلاق وأمواله اختبار مجموعة متنوعة من أنواع أيروجيلس الحفازة التي تحتوي على النحاس. يستند الحد لا ومرتبة النشاط أكسدة أول أكسيد الكربون من المواد الحفازة المعادن الأساسية المدعومة من الكربون تحت ظروف من الفائدة للتخفيف من آثار التلوث السيارات المقدمة من كابتيجن et al. واختير ²¹، النحاس المعدن الحافز لهذا العمل. وتشمل النهج تلفيق (أ) التشريب (IMP) أملاح النحاس إلى شركة ألومينا أو السليكا الجل الرطب¹¹، (ب) استخدام أملاح الألومنيوم والنحاس الثنائي كسلائف المشارك (Co-P) عند افتعال⁶^،أيروجيلس النحاس والألومنيا²²، و (ج) entrapping جسيمات نانوية المحتوية على النحاس في مصفوفة وتستطي السليكا أثناء تصنيع¹⁰. في كل حالة من الحالات، يتم استخدام أسلوب رسسي لإزالة المذيبات من مسام الرطب جل مصفوفة¹³^،^،من¹⁴¹⁵.

ويرد أيضا على بروتوكول لتقييم مدى ملاءمة هذه المواد كوجوب للتخفيف من آثار التلوث السيارات، باستخدام اختبارات الحفاز الاتحاد (فلاتة)²³،. وغرض نظام فلاتة، الأجزاء الرئيسية التي تظهر تخطيطياً في الشكل 1، هو محاكاة الكيميائية والحرارية، وتدفق الظروف التي شهدتها محول حفاز محرك بنزين نموذجية. وظائف فلاتة بتمرير خليط عادم محاكاة عبر نموذج وتستطي بمعدل درجة الحرارة والتدفق التي تسيطر عليها. يتم تحميل العينة وتستطي إلى تدفق أنبوبي سرير وجبات 2.25-سم-قطر الخلية (مقطع الاختبار'''')، الذي يحتوي على العينة بين اثنين من الشاشات. الخلية تدفق تحميل يوضع في فرن للتحكم في الغاز العادم ودرجة الحرارة محفز، وعينات من العادم المعالجة (أي أنساب العادم من خلال السرير وجبات) والغاز غير المعالجة (أي تجاوز السرير وجبات) وتبحث في نطاق من درجات الحرارة تصل إلى جيم 700 ˚ تركيزات الثلاثة الرئيسية الملوثات-أول أكسيد الكربون، لا، والهيدروكربونات غير المحترقة (HCs)-تقاس باستخدام محلل الغاز الخمسة بعد أن تلقي علاجاً محفز وتستطي، وكل على حدة، في المعالجة تدفق (تجاوز'''')؛ ويحسب من هذه البيانات تحويل النسبة المئوية '''' لكل المواد الملوثة. للاختبار الموضحة هنا، مزيج عوادم متاحة تجارياً، انبعاثات منخفضة من كاليفورنيا مكتب من السيارات إصلاح (بار) 97 كان يعمل مزيج. تفاصيل كاملة فلاتة's تصميم وأداء ترد في برونو et al.²³

figure-introduction-1
رقم 1. مقطع الاختبار فلاتة ونظم أخذ العينات. طبع بإذن من 2016-01-0920 (برونو et al. ²³)، حقوق التأليف والنشر الدولية ساي عام 2016. كذلك توزيع هذه المواد غير مسموح به دون الحصول على إذن مسبق من ساي. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

البروتوكول

اعتبارات السلامة: ارتداء نظارات السلامة أو نظارات وقفازات المختبر في جميع الأوقات عند أداء التحضيرية العمل مع الحلول الكيميائية وعند التعامل مع المواد الهلامية الرطب أو المواد الحفازة وتستطي. معالجة أكسيد البروبيلين ورباعي ميثيل orthosilicate (الصالحة)، الإيثانول، الميثانول، الأمونيا، وجسيمات نانوية والحلول التي تحتوي على أي من هذه داخل غطاء دخان. قراءة سلامة البيانات أوراق (SDS) لجميع المواد الكيميائية، بما في ذلك جسيمات نانوية، قبل العمل معهم. ارتداء قناع جسيمات عندما سحق وتستطي عينات وأثناء التحميل والتفريغ لاختبار الخلية. ارتداء نظارات السلامة أو نظارات واقية عند التشغيل الهيدروليكية الصحافة الساخنة أو سرير اختبار الحفاز. ربط الشعر الطويل مرة أخرى وعدم ارتداء ملابس فضفاضة (الاوشحة، على سبيل المثال) عندما تعمل مع الصحافة الساخنة. كما لوحظ في أعمالنا السابقة بروتوكول¹⁷، توظف درع أمان حول الصحافة الساخنة، بشكل صحيح تنفيس الضغط الساخنة والتأكد من أنه لا توجد أي مصادر الاشتعال القريبة. توفير التهوية الصحيحة السرير اختبار والغاز جميع عوادم and. تثبيت أي وشركة الغاز مراقبي في الفضاء عامل التشغيل المرتبطة بالسرير اختبار الحفاز. ارتداء قفازات الفرن عند إزالة أو استبدال خلية اختبار ساخنة.

1-تصنيع النحاس والألومنيا "سول الجل" باستخدام "أملاح النحاس"

ملاحظة: وصفات للنحاس والألومنيا (Al-Cu) سول الجل مبينة في الجدول 1. وتجري جميع الأعمال التحضيرية الحل داخل غطاء دخان.

إعداد الكواشف واللوازم الأخرى
1. جمع المواد الكاشفة اللازمة: سداسي هيدرات كلوريد الألومنيوم وثلاثي نترات النحاس وأكسيد البروبيلين، الإيثانول الكاشف-الصف والايثانول المطلقة.
2. الحصول على الإمدادات اللازمة: تنظيف والجاف قنينة (اثنين 250 مل)؛ شريط إثارة نظيفة وجافة، المغناطيسي؛ 50 أو 100 مل تخرج الاسطوانة؛ 10-مل واحد إبر المحاقن؛ واحد معايرة ميزان رقمي.
3. الحصول نطاق مختبر صغيرة سونيكاتور والاستعداد للاستخدام بإضافة الماء إلى خط التعبئة، وضمان أن كل قنينة يمكن وضعها في سونيكاتور دون أن يقلب.
تجميع المواد الهلامية النحاس والألومنيا سول عبر أسلوب التشريب (Al-Cu IMP)
1. استخدام معايرة توازن رقمية، تزن بها ز 5.92 من سداسي هيدرات كلوريد الألومنيوم، وإضافة إلى كوب 250 مل. إضافة 40 مل من الإيثانول الكاشف-الصف وبار ضجة كوب 250 مل نفسه. تغطية الكأس بالفيلم البارافين ومكان على اللوحة المغناطيسية للتحريك بسرعة معتدلة حتى قد يذوب الملح الألومنيوم (حوالي 15 دقيقة). إزالة الكأس من لوحة مغناطيسية وكشف.
2. استخدم حقنه 10 مل بيرس الحاجز على زجاجة أكسيد البروبيلين وإضافة 8 مل أكسيد البروبيلين كوب 250 مل. استبدال الفيلم البارافين على الكأس ومكان على اللوحة المغناطيسية للتحريك بسرعة معتدلة حتى الحل قد تبلور (حوالي 5 دقائق). إزالة الكأس من لوحة مغناطيسية والسماح هلام للعمر في درجة حرارة الغرفة ح 24.
3. استخدام معايرة توازن رقمية، تزن بها 1.4 غرام ثلاثي نترات النحاس وإضافة إلى كوب. إضافة 40 مل إيثانول المطلقة الكأس. وضع في الكأس في سونيكاتور و sonicate حتى يذوب ملح النحاس (حوالي 10 دقائق).
4. من أجل أي مذيب الزائدة قبالة الألومينا جل وإزالة الشريط ضجة واقتحام الهلام عدة قطع (5-10 ملم من كل جانب) باستخدام ملعقة. من أجل حل النحاس في الكأس التي تحتوي على الهلام. تغطية الكأس بالفيلم البارافين، والسماح الهلام للعمر في درجة حرارة الغرفة ح 24.
5. من أجل إيقاف المذيبات الزائدة وإضافة 40 مل إيثانول المطلقة الطازجة. استبدال الفيلم البارافين على الكأس، والسماح الهلام للعمر لآخر 24 ساعة في درجة حرارة الغرفة.
6. كرر الخطوة 1.2.5 مرة واحدة على الأقل لضمان إزالة أكسيد البروبيلين الزائدة (كاشف) وأي رد فعل تركات⁶.
7. انتقل إلى الخطوة 3 (المعالجة في أيروجيلس......) أداء فوق الحرجة استخراج المذيبات من المواد الهلامية الرطب تسفر عن أيروجيلس.
تجميع المواد الهلامية النحاس والألومنيا سول عبر أسلوب سلائف المشارك (Cu مؤتمر الأطراف)
1. استخدام معايرة توازن رقمية، تزن بها ز 4.52 من سداسي هيدرات كلوريد الألومنيوم، و 1.4 غرام من ثلاثي نترات النحاس. إضافة هذه الأملاح كوب 250 مل نظيفة. إضافة 40 مل من الإيثانول الكاشف-الصف وبار ضجة كوب 250 مل. تغطية الكأس مع الفيلم البارافين ومكان على اللوحة المغناطيسية للتحريك بسرعة معتدلة حتى يكون حل الألمنيوم وأملاح النحاس (حوالي 15 دقيقة). إزالة الكأس من لوحة مغناطيسية وكشف.
2. استخدم حقنه 10 مل إلى بيرس الحاجز على زجاجة أكسيد البروبيلين، وإضافة أكسيد البروبيلين مل 9.5 إلى كوب 250 مل. استبدال الفيلم البارافين على الكأس ومكان على اللوحة المغناطيسية. يقلب حتى الحل قد تبلور (15-20 دقيقة). إزالة الكأس من لوحة مغناطيسية والسماح الهلام للعمر في درجة حرارة الغرفة ح 24.
3. من أجل أي مذيب الزائدة قبالة هلام، واقتحام الهلام عدة قطع (5-10 ملم كل جانب) باستخدام ملعقة. إضافة 40 مل إيثانول المطلقة الطازج إلى كوب, كوب 250 مل الغطاء مع البارافين الفيلم، والسماح الهلام للعمر في درجة حرارة الغرفة ح 24.
4. من أجل إيقاف المذيبات الزائدة وإضافة 40 مل إيثانول المطلقة الطازجة. استبدال الفيلم البارافين في الكأس والسماح الهلام للعمر لآخر 24 ساعة في درجة حرارة الغرفة.
5. كرر الخطوة 1.3.4. مرة واحدة على الأقل من أجل إزالة أكسيد البروبيلين الزائدة وتركات أي رد فعل.
6. انتقل إلى الخطوة 3 (المعالجة في أيروجيلس......) لأداء فوق الحرجة استخراج المذيبات من المواد الهلامية الرطب تسفر عن أيروجيلس.

2-تصنيع النحاس والسليكا "سول الجل" باستخدام "أملاح النحاس"

ملاحظة: ويرد في الجدول 2وصفه للنحاس والسليكا (Si-Cu) سول الهلام. وتجري جميع الأعمال التحضيرية الحل داخل غطاء دخان.

إعداد الكواشف واللوازم الأخرى
1. جمع المواد الكاشفة اللازمة: رباعي ميثيل orthosilicate (الصالحة)، الميثانول والمياه، والأمونيا، وثلاثي نترات النحاس والايثانول المطلقة.
2. جعل 100 مل الحل الأمونيا 1.5 M بتمييع 10.1 مل الأمونيا المركزة 14.8-M إلى 100 مل مع المياه..
3. الحصول على الإمدادات اللازمة: تنظيف والجاف قنينة (بما في ذلك 250 مل واحد وواحد 100 مل كوب)؛ معايرة الماصات حجم متغير (ميليلتر 1000 واحد وينصح واحد 10.0 مل ماصة رقمية مع النصائح المناسبة)؛ اسطوانة تخرج 50 مل أو 100 مل واحد؛ واحد معايرة ميزان رقمي.
4. الحصول على نطاق المختبر الصغيرة سونيكاتور والاستعداد للاستخدام بإضافة الماء إلى خط التعبئة، وضمان أن كل قنينة يمكن وضعها في سونيكاتور دون أن يقلب.
توليف النحاس والسليكا سول جل عبر أسلوب التشريب (Si-Cu عفريت)
1. "الماصة؛" 8.5 مل الصالحة في كوب 250 مل. إضافة مل 27.5 من الميثانول كوب 250 مل باستخدام اسطوانة تخرج. "الماصة؛" 3.6 مل الماء في كوب 250 مل. تغطية كوب 250 مل مع الفيلم البارافين sonicate الخليط حتى يتم التوصل إلى حل أحادي الطور (5-10 دقيقة)، ثم كشف.
2. "الماصة؛" 1.35 مل من 1.5 م NH₃ في كوب 250 مل. استبدال الفيلم البارافين على الكأس و sonicate حتى يحدث جيليشن (تقريبا 2 دقيقة). السماح الهلام للعمر في درجة حرارة الغرفة ح 24.
3. استخدام معايرة توازن رقمية، تزن بها ز 0.55 من ثلاثي نترات النحاس وإضافة إلى كوب 100 مل. إضافة 20 مل إيثانول المطلقة للكأس 100 مل. ضع الكأس 100 مل في سونيكاتور و sonicate حتى ملح النحاس قد حلت تماما (حوالي 10 دقائق).
4. كسر هلام السليكا إلى عدة قطع (5-10 ملم كل جانب) باستخدام ملعقة، وإضافة حل النحاس إلى كوب 250 مل يحتوي على الهلام. استبدال الفيلم البارافين في الكأس والسماح الهلام للعمر في درجة حرارة الغرفة ح 24.
5. من أجل إيقاف المذيبات الزائدة وإضافة 20 مل إيثانول المطلقة الطازجة. استبدال الفيلم البارافين في الكأس والسماح لجل لسن 24 ساعة أخرى.
6. كرر الخطوة 2.2.5. مرة واحدة على الأقل.
7. انتقل إلى الخطوة 3 (المعالجة في أيروجيلس......) لأداء فوق الحرجة استخراج المذيبات من المواد الهلامية الرطب تسفر عن أيروجيلس.

3-تجهيز النحاس والألومنيا والنحاس والسليكا سول الجل باستخدام "أملاح النحاس" في أيروجيلس عن طريق "استخراج فوق الحرجة السريع"

إعداد الصحفية الساخنة والعفن
1. الحصول حجم مناسب من العفن الفولاذ المقاوم للصدأ. على سبيل المثال، 12.7 × 12.7 سم × 1.8 سم العفن مع أربعة آبار دائرية قياس 3.8 سم وقطرها 1.5 سم في العمق.
2. إعداد المواد طوقا. قص ختم الحشايا كافية في الحجم لتغطية العفن تماما (في هذا المثال، > 12.7 سم x > 12.7 سم) من المواد طوقا الجرافيت 1.6 ملم-سميكة وإحباط الفولاذ المقاوم للصدأ سميكة 0.012 مم.
3. برنامج الصحافة الساخنة لاستخراج الإيثانول، انظر الجدول 3 للمعلمات.
إجراء استخراج فوق الحرجة في الصحافة الساخنة
1. بعد إعداد والإيثانول تبادل الرطب الجل (الخطوة 1.2.6 أو 1.3.5 أو 2.2.6)، صب المذيبات الزائدة.
2. توزيع المواد الهلامية سول الرطب في آبار العفن، ومركز العفن في الصحافة الساخنة التدفئة لوحة. أعلى قبالة كل بئر مع الإيثانول المطلقة.
3. ضع المواد طوقا، تستخدم لختم العفن، على رأس العفن: أولاً، ثم إحباط الفولاذ المقاوم للصدأ ورقة الجرافيت.
4. يبدأ برنامج استخراج الصحافة الساخنة.
5. بمجرد العملية كاملة (حوالي 5 ساعات)، وإزالة العفن من الصحافة الساخنة. إزالة المواد طوقا من العفن، ونقل أيروجيلس إلى حاويات العينات.

4-تصنيع النحاس-نانوحبيبات-يخدر والسليكا وتستطي كتل (Si-Cu NP)

إعداد الكواشف واللوازم
1. جمع المواد الكاشفة: الصالحة، والميثانول، والمياه، 25-55 نانومتر الحجم النحاس جسيمات نانوية أكسيد (ثانيا) فرقت في الماء في 20% بالوزن، ومحلول مائي الأمونيا 1.5 M (كما هو موضح في الخطوة 2.1.2.). يمكن استخدام أنواع مختلفة (الدول الأكسدة، وأحجام) وتركيز جسيمات نانوية مع إدخال تعديلات على الوصفة.
2. إعداد اللوازم: تنظيف والجاف قنينة (بما في ذلك واحدة من 250 مل وواحد 100 مل)؛ معايرة الماصات متغير الحجم (10 مل واحد وواحد 1,000-ميليلتر ماصة رقمية مع النصائح المناسبة يتم مستحسن)؛ ماصة باستور المتاح؛ واحد معايرة ميزان رقمي.
3. الحصول على نطاق المختبر الصغيرة سونيكاتور والاستعداد للاستخدام بإضافة الماء إلى خط التعبئة، وضمان أن كل قنينة يمكن وضعها في سونيكاتور دون أن يقلب.
إعداد الصحفية الساخنة والعفن
1. إعداد القالب الصلب حجم مناسب. في هذا المثال، 12.7 سم × 12.7 سم × 1.905 سم العفن، مع تسعة التعميم عن طريق الآبار ذات قطر 1.905-سم. رذاذ الآبار مع زيوت التشحيم عالية درجة الحرارة لتسهيل إزالة أيروجيلس بعد المعالجة.
2. إعداد المواد طوقا. جمع المواد طوقا الجرافيت 1.6 ملم-سميكة و 0.012-مم-ثخين-الفولاذ المقاوم للصدأ إحباط وقطع ثلاث قطع لكل منها كافياً في الحجم لتغطية العفن تماما (في هذا المثال، > 12.7 سم x > 12.7 سم).
3. برنامج الصحافة الساخنة للختم والاستخراج. الرجوع إلى الجدول 4 و الجدول 5، على التوالي، لقيم البرنامج.
  ملاحظة: وختم ضروري لمنع السائل من تتسرب من الآبار المفتوحة لأسفل على القالب.
4. ضع المواد طوقا والعفن في وسط بلاتينس الصحفية الساخنة بالترتيب التالي: الجرافيت، إحباط، العفن، وإحباط، والجرافيت. بدء تشغيل البرنامج الختم (باستخدام المعلمات في الجدول 4).
جعل الحل السلائف للاشتراكية-Cu NP أيروجيلس
ملاحظة: وصفه وتستطي السليكا التي تحتوي على 5 wt % النحاس (II) أكسيد جسيمات نانوية مسرود في الجدول 6. يمكن تعديل هذه الوصفة لإدراج المبالغ نسبة الوزن مختلفة من النحاس. وينبغي التعامل مع جميع الحلول ومختلطة في غطاء دخان.
1. ضع كوب 250 مل نظيفة على ميزان رقمي معايرة و "الماصة؛" حوالي 13 مل الصالحة في كوب 250 مل. إضافة الصالحة إضافية حسب الحاجة مع ماصة باستور لإجمالي 13.04 ز الصالحة.
2. "الماصة؛" مجموع ز 32.63 الميثانول في كوب 250 مل. "الماصة؛" 3.90 ز منزوع الماء في كوب 250 مل.
3. الرج ال 20% wt النحاس (II) أكسيد نانوديسبيرسيون لضمان إعادة مع وقف التنفيذ، أي جسيمات نانوية التي استقرت إلى الأسفل ثم "الماصة؛" ز 1.50 نانوديسبيرسيون في كوب 250 مل الحل السلائف. "الماصة؛" 200 ميليلتر من الأمونيا 1.5 م في كوب 250 مل.
4. تغطية الكأس بالفيلم البارافين و sonicate الخليط لمدة 5-10 دقائق حتى يتم التوصل إلى حل أحادي الطور.
أداء جيليشن واستخراج فوق الحرجة في الصحافة الساخنة
1. بعد اكتمال البرنامج الختم، إزالة طوقا أعلى، مع الحرص على عدم تحريك العفن. عند هذه النقطة، وقد تم إغلاق الجزء السفلي من القالب.
2. ملء كل جيدا تماما مع الحل السلائف.
  ملاحظة: يكون هناك حل خلفها. هذا يمكن إهمالها أو تركها لتجف تحت الظروف المحيطة لجعل إكسيروجيلس.
3. ضع قطعة جديدة من رقائق ثم قطعة جديدة من الجرافيت على رأس العفن.
4. بدء تشغيل برنامج استخراج (باستخدام المعلمات في الجدول 5).
5. عندما يكون البرنامج استخراج كاملة (حوالي 8 ساعات)، وإزالة المواد العفن وطوقا من الصحافة الساخنة. بلطف قشر المواد طوقا من الجزء العلوي من العفن وتجاهل ذلك. ادفع كل وتستطي في حاوية عينات باستخدام إصبع القفاز.

5-التشغيل السرير اختبار الحفاز الاتحاد

إعداد وتحميل عينة
1. طفيفة سحق حوالي 30 مل وتستطي إلى قطع بقطر 1 إلى 2 ملم تقريبا باستخدام مدافع الهاون والمدقة. عدم سحق وتستطي إلى مسحوق.
2. قياس حوالي 30 مل قطع وتستطي الحفاز باستخدام اسطوانة نظيفة وجافة.
  ملاحظة: سوف تتقلص أيروجيلس مع المعالجة بالحرارة، حيث أنها ضرورية لضمان أن هناك 15-20 مل وتستطي متاح لاختبار بعد المعالجة الحرارية.
3. ضع وتستطي في بواتق السيراميك وفضفاضة وتغطي في بواتق، وكالسن في فرن في 800 ˚C ح 24.
4. إزالة بواتق من الفرن والسماح لتبرد.
5. قياس 20 مل وتستطي وصب في مقطع اختبار فلاتة نظيفة وجافة وأدخل على شاشة نهاية الاحتفاظ العينة في المكان أثناء الاختبار.
6. تحميل مقطع الاختبار في تجميع فلاتة استخدام الغسالات النحاس والمشابك لختم. إغلاق الفرن فلاتة بشكل أمن.
  ملاحظة: لتجنب الضرر الفرن أو الدوائر الكهربائية القصيرة، التأكد من قسم اختبار الاتصال لا الجدران الداخلية للفرن.
إعداد السرير اختبار الحفاز الاتحاد
1. تحقق من أن أول أكسيد الكربون وليس للكشف عن والأداء.
2. التحقق من توريد الغاز العادم المحاكاة. استبدال زجاجة العادم محاكاة قبل بداية الاختبار إذا كان الضغط أقل من 700 كيلو باسكال.
3. تعيين منظم ضغط الغاز إلى 345 الجيش الشعبي الكوري. تعيين منظم الضغط الجوي إلى 345 الجيش الشعبي الكوري. تسرب اختبار خطوط تدفق الغاز العادم.
4. قم بتشغيل ومحللات الغاز خمس معايرة صفر. تعيين محلل لقياس. ترك المحلﻻت على مدة 30 دقيقة لالاحماء.
5. ضبط درجة حرارة الفرن المطلوبة (˚C 200 عادة للقراءة الأولى) والبدء في الفرن. تأكد من تعيين صمام الالتفافية لتسليم الهواء عن طريق اختبار الخلية.
6. ضبط وحدات التحكم بمعدل تدفق جماعي لتسليم الكميات الصحيحة من الهواء (التي تستخدم أثناء الاحماء) ومحاكاة العادم (المستخدمة خلال الاختبار) للحفاظ على المساحة المطلوب السرعة.
  ملاحظة: في نظامنا ويتم ذلك ببساطة عن طريق تحديد سرعة المساحة المطلوبة في برنامج التحكم النظام. وحدات التحكم بالتدفق الجماعي بشكل تلقائي وضبط فلووراتيس الشامل للقيم المطلوبة، بناء على درجة حرارة الفرن، للحفاظ على سرعة الفضاء المحدد.
7. قم بتشغيل الاحماء تطهير تدفق الهواء من خلال اختبار الخلية والانتظار للتدفق من خلال اختبار الخلية يستقر عند درجة حرارة الاختبار المطلوب (عادة 30 دقيقة).
أخذ قياس.
1. إعادة صفر محلل الغاز الخمسة وتعيين صمام الالتفافية لإرسال تدفق تجاوز مقطع الاختبار. إيقاف الحارة/تطهير الجو.
2. قم بتشغيل تدفق العادم المحاكاة. تسمح محلل الغاز خمس قراءات لتحقيق الاستقرار (حوالي 90 s) وتسجيل تركيزات الملوثات الالتفافية (زجاجة العادم المحاكاة).
3. تعيين صمام الالتفافية لتوجيه التدفق من خلال قسم الاختبار. السماح لخمس قراءات محلل الغاز لتحقيق الاستقرار (حوالي 360 s) وسجل تعامل تركيزات الملوثات في العادم الأكسجين لا.
4. قم بتشغيل الأكسجين بالإضافة إلى المزج. تسمح محلل الغاز خمس قراءات لتحقيق الاستقرار (حوالي 90 s) وسجل تعامل مع الأكسجين يستنفد تركيزات الملوثات.
5. تعيين صمام الالتفافية لإرسال تدفق تجاوز مقطع الاختبار. تسمح محلل الغاز خمس قراءات لتحقيق الاستقرار (حوالي 90 s) وتسجيل تركيزات الملوثات الالتفافية (زجاجة العادم محاكاة) مرة أخرى.
6. إيقاف تدفق العادم المحاكاة.
7. زيادة الفرن درجة حرارة إلى الشرط المطلوب التالي (عادة 50 ˚C أعلى)، ثم كرر الخطوات من 5.2.6 إلى 5.3.6. تستمر حتى الانتهاء من القياسات في درجة الحرارة القصوى المرجوة (عادة 600 ˚C).
إغلاق السرير اختبار الحفاز الاتحاد
ملاحظة: بعد إتمام التجاوز النهائي (typ في 600 ˚C) اكتمال الاختبار. إيقاف تشغيل اختبار السرير.
1. إيقاف صمامات العادم محاكاة زجاجة والمنظمين. إيقاف تشغيل الفرن، ومحلل خمس الغاز والهواء.

المادة الكيميائية	المبلغ (طريقة التشريب)	المبلغ (أسلوب السلائف المشارك)
الكل₃•7H₂س	ز 5.92	ز 4.52
Cu (لا₃)₂•3H₂س	ز 1.4	ز 1.4
أكسيد البروبيلين	8 مل	مل 9.5
الإيثانول الكاشف-الصف	40 مل	40 مل
إيثانول مطلقة	120 مل	120 مل

الجدول 1- وصفه لإعداد المواد الهلامية سول النحاس والألومنيا.

المادة الكيميائية	المبلغ (طريقة التشريب)
الصالحة	8.5 مل
ميوه	مل 27.5
ح₂س	3.6 مل
NH 1.5 م₃	مل 1.35
إيثانول مطلقة	60 مل
Cu (لا₃)₂•3H₂س	ز 0.55

الجدول 2- وصفه لإعداد المواد الهلامية سول النحاس والسليكا.

الخطوة #	درجة الحرارة (درجة مئوية)	معدل درجة الحرارة (° C/دقيقة)	القوة (kN)	معدل القوة (kN/دقيقة)	يسكن الوقت (دقيقة)
1	30	300	200	3000	0.25
2	250	2.2	200	--	30
3	250	--	4.5	4.5	15
4	30	2.2	4.5	--	1
5	نهاية

الجدول 3- معلمات البرنامج استخراج الصحافة الساخنة للهلام سول النحاس والألومنيا والنحاس والسليكا.

الخطوة #	درجة الحرارة (درجة مئوية)	معدل درجة الحرارة (° C/دقيقة)	القوة (kN)	معدل القوة (kN/دقيقة)	يسكن الوقت (دقيقة)
1	إيقاف تشغيل	--	90	3000	10
2	نهاية

الجدول 4- الصحافة حار ختم معلمات البرنامج.

الخطوة #	درجة الحرارة (درجة مئوية)	معدل درجة الحرارة (° C/دقيقة)	القوة (kN)	معدل القوة (kN/دقيقة)	يسكن الوقت (دقيقة)
1	30	300	180	3000	0.25
2	290	1.6	180	--	30
3	290	--	4.5	4.5	15
4	40	1.6	4.5	--	1
5	نهاية

الجدول 5- معلمات البرنامج استخراج الصحافة الساخنة للنحاس-نانوحبيبات-يخدر السيليكا أيروجيلس.

المادة الكيميائية	المبلغ (mL)	المبلغ (ز)
الصالحة	12.75	13.04
ميثانول	41.25	32.63
المياه	3.9	3.9
نانوديسبيرسيون	1.5	1.5
الأمونيا	0.2	0.15

الجدول 6- وصفه لتلفيق 5 wt % السليكا النحاس-نانوحبيبات-يخدر أيروجيلس.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

يتم عرض الصور الفوتوغرافية من أيروجيلس الناتجة عن ذلك في الشكل 2. لأن المواد الهلامية الرطب تم اقتحام قطعة قبل صرف المذيبات، أيروجيلس Al-Cu الوجود العسكري والوجود العسكري الدولي Si-Cu في قطعة متجانسة صغيرة، على شكل غير منتظم. فمن الواضح من التلوين هذه العينات أيروجيلس تحتوي على أنواع النحاس وحدوث تغيرات في هيكل انتواع و/أو يجند النحاس ضمن المواد. عفريت Al Cu أيروجيلس (الشكل 2a) تظهر باللون الأحمر إلى الأخضر-الرمادي في لون

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

وقد ثبت جدوى الأسلوب رسسي لتصنيع أيروجيلس الحفاز ونظام فلاتة لإثبات قدرة الحفاز هنا. المزايا الرئيسية لهذه البروتوكولات عبر طرق أخرى هي سرعة رسسي وتستطي تلفيق والنهج غير مكلفة نسبيا لاختبار الحفاز فلاتة.

يمكن إعداد المواد الهلامية لاستخراجها عن طريق مجموعة متنوعة من الطرق، بما في ذلك التلقيح أملاح المعدنية إلى شركة ألومينا أو السليكا هلام الرطب مصفوفة، إدراج الأملاح المعدنية كسلائف المشارك مع أملاح الألومنيوم، وإدراج المحتوية على معادن جسيمات نانوية في أيروجيلس والسليكا. عندما المسام جل الرطب ...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.

شكر وتقدير

يمول تطوير أساليب التوليف الحفاز أيروجيلس من خلال منحة مؤسسة العلوم الوطنية (NSF) لا هيئة الهجرة واللاجئين-1206631. تصميم وتشييد فلاتة كان ممولة من خلال منحة جبهة الخلاص الوطني لا كبة-1228851. تم توفير التمويل الإضافي من صندوق "البحوث كلية كلية الاتحاد". أيضا يود المؤلفون أن نعترف مساهمات توبين زخاري Aude بيكو، وبك ريان، فورتي آدم وسيلفا فينيسيوس.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسم	الشركة	رقم فهرسي	التعليقات
ماصة دقيقة متغيرة ، 100-1000 وميكرو ؛ L	تم تصنيعها بواسطة Eppendorf ، تم شراؤها من Fisher Scientific www.fishersci.com	S304665	أي 100-1000 & micro ؛ ماصة L مناسبة.
الماصة المتغيرة ، 2.5-10 مل	المصنعة بواسطة Eppendorf ، تم شراؤها من Fisher Scientific www.fishersci.com	21-379-25	أي ماصة متغيرة مناسبة.
ماصات باستور	FisherScientific	13-678-6A
حقنة	تم شراؤها من Fisher Scientific	Z181390 حقنة بإبرة
الميزان الرقمي	OHaus Explorer Pro		أي ميزان رقمي مناسب.
أكواب	تم شراؤها من فيشر Scientific		أي دورق زجاجي مناسب.
اسطوانة متدرجة	تم شراؤها من فيشر Scientific		أي أسطوانة زجاجية متدرجة مناسبة.
لوحة مغناطيسية / نمام	فيشر Isotemp العلمي	SP88854200P	أي لوحة مغناطيسية / محرك مناسب.
منظف بالموجات فوق الصوتية	FisherScientific FS6	153356	أي مكبر صوتي مناسب.
قالب	ملفق في المنزل		تصنيع من الفولاذ المدلفن على البارد أو الفولاذ المقاوم للصدأ.
الهيدروليكي الساخن	رباعي السطوح www.tetrahedronassociates.com	MTP-14	أي مكبس ساخن مع التحكم في درجة الحرارة والقوة سيعمل. يحتاج إلى درجة حرارة قصوى ~ 550 فهرنهايت وقوة قصوى تبلغ 24 طنا.
UCAT (Union Catalytic Testbed)	ملفقة في المنزل		موصوفة بالتفصيل في المرجع #21: برونو ، بكالوريوس ، أندرسون ، إيه إم ، كارول ، إم كيه ، بروكمان ، ب. ، سوانتون ، تي ، رامفال ، آي إيه ، بالاس ، T. اختبار مقياس Benchtop لمحفزات الهلام الهوائية. ورقة فنية SAE 2016-01-920 (2016).
بار 97 غاز	براكساير	MS_BAR97ZA-D7

Z261297الضغط

المراجع

Aegerter, M. A., Leventis, N. Aerogels Handbook. Koebel, M. M. , Springer. New York, New York, USA. (2011).
Pierre, A. C., Pajonk, G. M. Chemistry of Aerogels and Their Applications. Chem. Rev. 102 (11), 4243-4266 (2002).
Schneider, M., Baiker, A. Aerogels in Catalysis. Catal. Rev. 37, 515-556 (1995).
Vallribera, A., Molins, E. Aerogel Supported Nanoparticles in Catalysis. Nanoparticles and Catalysis. Astruc, D. , Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. Weinheim, Germany. (2007).
Amonette, J. E., Matyas, J. Functionalized silica aerogels for gas-phase purification, sensing, and catalysis: A review. Mircopor. Mesopor. Mater. 250, 100-119 (2017).
Juhl, S. J., Dunn, N. J. H., Carroll, M. K., Anderson, A. M., Bruno, B. A., Madero, J. E., Bono, M. S. Jr Epoxide-Assisted Alumina Aerogels by Rapid Supercritical Extraction. J. Non-Cryst. Solids. 426, 141-149 (2015).
Catalyst, Catalytic Converter and Method for the Production Thereof. US Patent. , 9,358,534 (2016).
Smith, L. C., Anderson, A. M., Carroll, M. K. Preparation of vanadia-containing aerogels by rapid supercritical extraction for applications in catalysis. J. Sol-Gel Sci. Technol. 77, 160-171 (2016).
Bouck, R. M., Anderson, A. M., Prasad, C., Hagerman, M. E., Carroll, M. K. Cobalt-alumina Sol Gels: Effects of Heat Treatment on Structure and Catalytic Ability. J. Non-Cryst. Solids. 453, 94-102 (2016).
Anderson, A. M., Donlon, E. A., Forti, A. A., Silva, V., Bruno, B. A., Carroll, M. K. Synthesis and Characterization of Copper-Nanoparticle-Containing Silica Aerogel Prepared Via Rapid Supercritical Extraction for Applications in Three-Way Catalysis. MRS Advances. , 1-6 (2017).
Tobin, Z. M., Posada, L. F., Bechu, A. M., Carroll, M. K., Bouck, R. M., Anderson, A. M., Bruno, B. A. Preparation and Characterization of Copper-containing Alumina and Silica Aerogels for Catalytic Applications. J. Sol-Gel Sci. Technol. , (2017).
Heck, R., Farrauto, R., Gulati, S. Catalytic Air Pollution Technology. , 3rd, John Wiley & Sons Inc. Hoboken, New Jersey, USA. (2009).
Gauthier, B. M., Bakrania, S. D., Anderson, A. M., Carroll, M. K. A Fast Supercritical Extraction Technique for Aerogel Fabrication. J. Non-Cryst. Solids. 350, 238-243 (2004).
Method and Device for Fabricating Aerogels and Aerogel Monoliths Obtained Thereby. US Patent No. , 7,384,988 (2008).
Method and Device for Fabricating Aerogels and Aerogel Monoliths Obtained Thereby. US Patent. , 8,080,591 (2011).
Roth, T. B., Anderson, A. M., Carroll, M. K. Analysis of a Rapid Supercritical Extraction Aerogel Fabrication Process: Prediction of Thermodynamic Conditions During Processing. J. Non-Cryst. Solids. 354 (31), 3685-3693 (2008).
Carroll, M. K., Anderson, A. M., Gorka, C. A. Preparing Silica Aerogel Monoliths via a Rapid Supercritical Extraction Method. J. Vis. Exp. (84), e51421(2014).
Harper-Leatherman, A. S., Pacer, E. R., Kosciuszek, N. D. Encapsulating Cytochrome c in Silica Aerogel Nanoarchitectures without Metal Nanoparticles while Retaining Gas-phase Bioactivity. J. Vis. Exp. (109), e53802(2016).
Subrahmanyam, R., Gurikov, P., Meissner, I., Smirnova, I. Preparation of Biopolymer Aerogels Using Green Solvents. J. Vis. Exp. (113), e54116(2016).
Campbell, P. G., Worsley, M. A., Hiszpanski, A. M., Baumann, T. F., Biener, J. Synthesis and Functionalization of 3D Nano-graphene Materials: Graphene Aerogels and Graphene Macro Assemblies. J. Vis. Exp. (105), e53235(2015).
Kapteijn, F., Stegenga, S., Dekker, N. J. J., Bijsterbosch, J. W., Moulijn, J. A. Alternatives to noble metal catalysts for automotive exhaust purification. Catalysis Today. 16 (2), 273-287 (1993).
Baumann, T., Gash, A., Chinn, S., Sawvel, A., Maxwell, R., Satcher, J. Synthesis of high-surface-area alumina aerogels without the use of alkoxide precursors. Chem. Mater. 17, 395-401 (2005).
Bruno, B. A., Anderson, A. M., Carroll, M. K., Brockmann, P., Swanton, T., Ramphal, I. A., Palace, T. Benchtop Scale Testing of Aerogel Catalysts. SAE Technical Paper 2016-01-920. , (2016).
Anderson, A. M., Wattley, C. W., Carroll, M. K. Silica Aerogels Prepared via Rapid Supercritical Extraction: Effect of Process Variables on Aerogel Properties. J. Non-Cryst. Solids. 355 (2), 101-108 (2009).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

الوسوم

تصنيع واختبار أيروجيلس الحفاز أعدت عن طريق استخراج فوق الحرجة السريع