Fabrication et essai d’aérogels catalytiques préparés par Extraction supercritique rapide

Résumé

Nous présentons ici des protocoles de préparation et d’essais des aérogels catalytiques en intégrant des espèces métalliques à plateformes d’aérogel de silice et d’alumine. Méthodes pour la préparation des matériaux à l’aide de sels de cuivre et nanoparticules contenant du cuivre sont en vedette. Les protocoles de tests catalytiques démontrent l’efficacité de ces aérogels pour des applications de catalyse de trois voies.

Résumé

Protocoles de préparation et d’essais des aérogels catalytiques en intégrant des espèces métalliques à plateformes d’aérogel de silice et d’alumine sont présentés. Trois méthodes de préparation sont décrites : (a) l’incorporation de métal sels en silice ou alumine gels humides à l’aide d’une méthode d’imprégnation ; (b) l’incorporation de métal sels en gels humides alumine en utilisant une méthode de co précurseur ; et (c) l’addition de nanoparticules métalliques directement dans un mélange de précurseurs de l’aérogel de silice. Les méthodes utilisent une presse hydraulique à chaud, permettant une rapide (< h 6) extraction supercritique et entraîne les aérogels de faible densité (0,10 g/mL) et de grande surface (200-800 m2/g). Alors que les travaux présentés ici se concentre sur l’utilisation des sels de cuivre et de nanoparticules de cuivre, l’approche peut être implémentée à l’aide d’autres sels métalliques et des nanoparticules. Un protocole pour tester la capacité catalytique trois voies de ces aérogels pour l’atténuation de la pollution automobile est également présenté. Cette technique utilise des équipements sur mesure, l’Union catalytique Testbed (UCAT), dans lequel un mélange de gaz d’échappement simulé est passé sur un échantillon d’aérogel à une température contrôlée et le débit. Le système est capable de mesurer la capacité de l’aérogel catalytique, sous les deux oxydants et des conditions, pour convertir le CO, non réductrices et non brûlé hydrocarbures (HC) au moins des espèces nuisibles (CO₂, H₂O et N₂). Exemple de résultats catalytique est présentés pour les aérogels décrits.

Introduction

Les aérogels de silice-alumine axée et ont des propriétés remarquables, y compris de faible densité, porosité élevée, grande surface, bonne stabilité thermique et une conductivité thermique faible¹. Ces propriétés rendent les matériaux aérogel attrayant pour une variété d’applications^1,2. Une application qui exploite la stabilité thermique et une grande surface d’aérogels est catalyse hétérogène ; plusieurs articles revue de la littérature dans cette zone^2,3,4,5

Protocole

Considérations de sécurité : Porter des lunettes de sécurité et gants de laboratoire à tous les fois lors de préparatoire travaux avec des solutions chimiques et lorsque vous manipulez des gels humides ou matériaux catalytiques aérogel. Gérer l’oxyde de propylène, tétraméthyle orthosilicate (ATESO), éthanol, méthanol, ammoniac, nanoparticules et solutions contenant l’un d'entre eux au sein d’une hotte aspirante. Lire données fiches sécurité (FDS) pour tous les produits chimiques, y compris les nanoparticules, avant de travailler avec eux. Porter un masque de particules lorsqu’on concasse des échantillons de l’aérogel et Pendant le chargement et le déchargement de la c....

Résultats

Les images photographiques de l’aérogel qui en résultent sont présentés dans la Figure 2. Parce que les gels humides ont été brisées en morceaux avant l’échange de solvant, les aérogels Al-Cu IMP et Si-Cu IMP sont en petits morceaux monolithique de forme irrégulière. Il ressort clairement de la coloration de ces échantillons contenant les aérogels cuivre espèces et que les variations dans la structure de spéciation et/ou ligand cuivre se produisent dans les m.......

Discussion

L’utilité de la méthode RSCE pour fabrication des aérogels catalytiques et le système UCAT pour démontrer la capacité catalytique a été démontrée dans les présentes. Principaux avantages de ces protocoles autres méthodes sont la vitesse de fabrication aérogel RSCE et l’approche relativement peu coûteux aux tests catalytiques par UCAT.

Gels à extraire peuvent être préparés par une variété de méthodes, y compris les Electrodes à base de sels métalliques dans une alumine ou matrice de wet gel de .......

Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article

Nom	Entreprise	Numéro de catalogue	Commentaires
Micropipettor variable, 100-1000 & micro ; L	Fabriqué par Eppendorf, acheté auprès de Fisher Scientific www.fishersci.com	S304665	Any 100-1000 & micro ; L pipette convient.
Pipette variable, 2,5-10 mL	Fabriqué par Eppendorf, acheté auprès de Fisher Scientific www.fishersci.com	21-379-25	N’importe quelle pipette variable convient.
Pipettes Pasteur	FisherScientific	13-678-6A
Seringue	Achetée chez Fisher Scientific	Z181390 seringue avec aiguille
Balance numérique	OHaus Explorer Pro		Toute balance numérique convient.
Béchers	Acheté chez Fisher Scientific		N’importe quel bécher en verre convient.
Cylindre gradué	Acheté chez Fisher Scientific		Tout cylindre gradué en verre convient.
Plaque magnétique	FisherScientific Isotemp	SP88854200P	Toute plaque magnétique ou agitateur convient.
Nettoyeur à ultrasons	FisherScientific FS6	153356 N’importe	quel sonicateur convient.
Moule	fabriqué en maison		Fabriquez en acier laminé à froid ou en acier inoxydable.
Presse à chaud hydraulique	Tetrahedron www.tetrahedronassociates.com	MTP-14 N’importe	quelle presse à chaud avec contrôle de la température et de la force fonctionnera. Nécessite une température maximale de ~550 F et une force maximale de 24 tonnes.
UCAT (Union Catalytic Testbed)	Fabriqué en interne		Décrit en détail dans la référence #21 :  ; Bruno, B.A., Anderson, A.M., Carroll, M.K., Brockmann, P., Swanton, T., Ramphal, I.A., Palace, T. Essai à l’échelle de paillasse des catalyseurs d’aérogel. Document technique SAE 2016-01-920 (2016).
Bar 97 Gaz	Praxair	MS_BAR97ZA-D7

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