Sintesi di zeoliti Uso del ADOR (Assembly-smontaggio-Organizzazione-riassemblaggio) Percorso

L'obiettivo generale di questo video è dimostrare il metodo di assemblaggio-disassemblaggio-organizzazione-riasseblaggio per preparare nuovi materiali zeolitici, disassemblando una zeolite preassemblata nei suoi componenti prima di organizzarli e riassemblarli in modi diversi per formare nuovi materiali. Le zeoliti sono solidi estremamente importanti utilizzati in una varietà di settori, dai catalizzatori per raffinerie di petrolio ai rivestimenti antibatterici su dispositivi medici. Il metodo ADOR per la preparazione delle zeoliti è molto diverso dai metodi tradizionali di sintesi zeolitica.

E di conseguenza anche i tipi di materiali che possiamo preparare risultano diversi. Ciò apre numerose opportunità per nuove applicazioni. In questo video vi mostreremo come sintetizzare due nuovi zeoliti con dimensioni di poro differenti: IPC-4, che ha la dimensione di poro più piccola, e il più grande IPC-2.

Per assemblare il zeolite germanio-UTL genitore, sciogliere prima 1,08 grammi di biossido di germanio in 15 millilitri di una soluzione dell'agente indirizzante la struttura. Aggiungere 1,246 grammi di biossido di silicio fumato, in porzioni, alla soluzione e mescolare per ulteriori 30 minuti fino a formare una soluzione omogenea. Trasferire il gel risultante in un'autoclave rivestita in politetrafluoroetilene.

Quindi posizionarlo in un forno e riscaldare a 175 gradi Celsius per 10 giorni. Dopo 10 giorni, rimuovere l'autoclave dal forno e lasciarlo raffreddare naturalmente a temperatura ambiente. Recuperare il prodotto zeolitico bianco mediante filtrazione.

Sciacquare con abbondante quantità di acqua prima di asciugare il zeolite a 70 gradi Celsius durante la notte. Rimuovere l'agente direttivo della struttura dai pori del zeolite riscaldando il zeolite a 550 gradi Celsius con una velocità di 1 grado Celsius al minuto, quindi mantenere la temperatura a 550 gradi Celsius per sei ore prima di raffreddare a temperatura ambiente con una velocità di 2 gradi Celsius al minuto. Acquisire un pattern di diffrazione a raggi X su polvere per confermare la struttura seguendo il protocollo del produttore.

Conservare la zeolite calcinata in un'atmosfera secca e inerte per prevenire l'idrolisi del materiale. Per disassemblare la zeolite madre, idrolizzare il germanosilicato UTL per formare IPC-1P aggiungendo 1 grammo di zeolite calcinata a 160 millilitri di una soluzione di acido cloridrico 0,1 molare. Dopo aver riscaldato questa miscela a 95 gradi Celsius per 18 ore, raffreddare a temperatura ambiente e recuperare il solido per filtrazione utilizzando carta da filtro.

Lavare il solido con abbondante quantità di acqua e asciugare a 70 gradi Celsius durante la notte. I passaggi finali consistono nell'organizzare e riassemblare la IPC-1P nei nuovi zeoliti. Per preparare la zeolite IPC-4, mettere 0,5 grammi di IPC-1P in un crogiuolo di ceramica.

Riscaldare il campione a 575 gradi Celsius con una velocità di riscaldamento di 1 grado Celsius al minuto. Successivamente, mantenere la temperatura a 575 gradi Celsius per sei ore, prima di raffreddare a temperatura ambiente con una velocità di 2 gradi Celsius al minuto. Acquisire uno spettro di diffrazione a raggi X su polvere per confermare la struttura, seguendo il protocollo del produttore.

Per preparare il zeolite IPC-2, aggiungere 0,5 grammi di IPC-1P a 10 millilitri di soluzione di acido nitrico 1,0 molare. Successivamente, aggiungere 0,1 grammi di dietossilmetilsilano alla soluzione. Trasferire la soluzione in un'autoclave rivestita in politetrafluoroetilene.

Riscaldare in forno a 175 gradi Celsius per 18 ore. Rimuovere l'autoclave dal forno e lasciarla raffreddare naturalmente a temperatura ambiente. Recuperare il prodotto bianco per filtrazione, lavarlo con abbondante quantità di acqua e asciugarlo a 70 gradi Celsius durante la notte.

Posizionare il prodotto in un crogiolo di ceramica e riscaldare seguendo un protocollo di riscaldamento e raffreddamento. Infine, acquisire uno spettro di diffrazione a raggi X su polvere per confermare la struttura, utilizzando il protocollo del produttore. La preparazione di IPC-4 inizia con il germanio UTL preassemblato.

L'esposizione a una soluzione acida 0,1 molare provoca la disassemblaggio, che forma IPC-1P. Gli strati di IPC-1P vengono quindi organizzati in un'orientazione favorevole. A questo punto, gli strati vengono riassemblati in un zeolite tramite condensazione per formare IPC-4.

Qui è mostrato il processo generale di preparazione dell'IPC-2. L'esposizione a una soluzione acida 0,1 molare porta alla formazione di IPC-1P, come in precedenza. Successivamente, vengono introdotte ulteriori specie di silicio tra gli strati dell'IPC-1P risultante per organizzare il sistema.

I livelli vengono quindi riassemblati in un zeolite attraverso condensazione per formare l'IPC-2. La differenza tra i materiali finali IPC-2 e IPC-4 è la dimensione dei pori, causata dall'introduzione di silicio aggiuntivo tra i livelli. La differenza tra le due strutture può essere osservata nei pattern di diffrazione a raggi X.

Il picco più intenso per IPC-2 si trova a un angolo 2-theta inferiore rispetto a quello di IPC-4, indicando che possiede una cella unitaria più grande. Altre tecniche, come esperimenti di adsorbimento di azoto, possono essere utilizzate per visualizzare la differenza nella dimensione dei pori tra i materiali. IPC-4 ha una capacità di adsorbimento dell'azoto inferiore rispetto a IPC-2, mentre la zeolite madre UTL presenta la capacità maggiore per l'azoto.

Una volta padroneggiato, questo processo rappresenta un metodo affidabile e generale per la preparazione di zeoliti. Variazioni della procedura, reperibili in letteratura, possono portare ad altri zeoliti come IPC-6, IPC-7, IPC-9 e IPC-10. Dopo il suo sviluppo, questa tecnica ha aperto la strada ai ricercatori nel campo degli zeoliti per esplorare la sintesi di materiali precedentemente ritenuti non realizzabili.

Questo tipo di lavoro apre grandi possibilità per la preparazione di zeoliti con nuovi tipi di struttura, che speriamo possano successivamente portare a nuove applicazioni. Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come eseguire il processo ADOR e, con un po' di pratica, dovresti essere in grado di apportare le modifiche elencate nella letteratura scientifica per ottenere tutti gli altri zeoliti possibili. I principali vantaggi di questa tecnica sono che i materiali finali sono effettivamente prevedibili e che la porosità del solido finale è controllabile in un modo non possibile nella sintesi tradizionale delle zeoliti.

Generalmente, le persone nuove rispetto a questo metodo incontreranno difficoltà perché esso va contro ciò che normalmente si pensa. Piuttosto che costruire il materiale dal basso verso l'alto, si inizia prelevando un materiale e smontandolo, per poi ricostruirlo nuovamente in un materiale con una nuova struttura.