Dispositivo adsorbimento Sulla base di un Langatate cristallo Microbilancia per ALTA TEMPERATURA ALTA PRESSIONE adsorbimento di gas a Zeolite H-ZSM-5

L'obiettivo generale di questo esperimento è quello di ottenere isoterme di assorbimento ad alta temperatura di gas su zeolite H-ZSM-5, o altri materiali microporosi, utilizzando un dispositivo di misura dell'assorbimento basato su una microbilancia a cristalli di langatate. Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave nel campo della misurazione dell'assorbimento di gas ad alta temperatura di materiali microporosi, ad esempio come sintetizzare materiali microporosi sulla nostra microbilancia oscillante ad alta frequenza. Il vantaggio principale di un metodo basato su microbilance oscillanti ad alta frequenza è che è più conveniente rispetto a un metodo formatiale e gravimetrico commercializzato.

Il vantaggio principale di una microbilancia a cristalli langatate rispetto a una microbilancia a cristalli quad è che non è limitata a temperature inferiori a 80 gradi Celsius. La portata target qui è compresa tra 200 e 300 gradi Celsius. Per iniziare la procedura, lavare accuratamente due LCM con acqua deionizzata.

Quindi pulire gli LCM in un bagno ad ultrasuoni con acqua deionizzata e asciugarli in forno a 80 gradi Celsius per diversi minuti. Nel frattempo, pulire il supporto LCM, gli O-ring e la camera del campione con acetone e aria compressa. Posizionare entrambi gli LCM puliti e asciutti sul supporto LCM pulito e asciutto e designare un LCM come riferimento e uno come posizione del campione.

Quindi, collegare il supporto LCM all'oscillatore tramite cavi elettrici resistenti alle alte temperature. Prestare particolare attenzione alle posizioni degli LCM sul supporto, poiché solo le posizioni appropriate garantiscono il rilevamento delle frequenze di risonanza. Infine, accendi l'oscillatore.

Utilizzando il software dell'oscillatore, verificare la presenza di frequenze di risonanza per entrambi gli LCM. Chiudere, isolare ed evacuare la camera del campione. Evacuare e spurgare più volte la camera con azoto gassoso, quindi impostare la pressione della camera alla pressione più bassa da testare.

Una volta che la pressione si è stabilizzata, impostare la temperatura della camera sulla temperatura più bassa da testare. Una volta che la temperatura si è stabilizzata, misurare le frequenze di risonanza di entrambi gli LCM utilizzando un modello di circuito equivalente a Butterworth Van Dyke montato dal software dell'oscillatore. Determinare e registrare il valore F-0.

Quindi, aggiungere lentamente azoto gassoso per pressurizzare la camera del campione alla pressione successiva da testare. Attendere che la pressione si stabilizzi prima di ottenere il valore delta F-0. Ripetere questo processo per ogni pressione da testare.

Ottenere valori delta F-0 per ogni temperatura per la quale verrà determinata un'isoterma in questo modo. Preparare una miscela di sintesi di zeolite H-ZSM-5 come descritto nel protocollo di testo. Una volta preparato, il composto deve essere utilizzato entro cinque ore.

Con una pipetta, posizionare con cura diverse gocce di miscela di zeolite sull'elettrodo d'oro centrale del campione LCM. Non lasciare che la miscela entri in contatto con i punti di connessione dell'oscillatore sugli elettrodi d'oro esterni. Asciugare l'LCM caricato in un forno a 80 gradi Celsius per due ore per ottenere un gel viscoso sull'elettrodo.

Mettere 10 millilitri di acqua deionizzata in un reattore autoclave rivestito in PTFE. Quindi, posizionare un supporto in PTFE nel reattore. Posizionare l'LCM caricato sul supporto, assicurandosi che l'LCM non entri in contatto con l'acqua liquida, e chiudere il reattore dell'autoclave.

Trasferire con cura il reattore dell'autoclave in un forno. Riscaldare il reattore a 150 gradi Celsius per 48 ore per eseguire la cristallizzazione assistita da vapore. Una volta completata la cristallizzazione, lavare l'LCM caricato con acqua deionizzata e asciugarlo in forno.

Quindi, lasciare raffreddare l'LCM a temperatura ambiente. Mettere l'LCM caricato in un forno e, a una velocità di tre Kelvin al minuto, riscaldare il risonatore a 450 gradi Celsius per la calcinazione. Programmare un tempo di mantenimento di quattro ore a 450 gradi Celsius, seguito da una velocità di raffreddamento dello stesso modo, lì Kelvin al minuto a temperatura ambiente.

Quindi, immergere l'LCM caricato in un millimolare di cloruro di ammonio per eseguire lo scambio ionico. Ripetere il processo una volta per completare lo scambio ionico. Calcinare nuovamente l'LCM caricato con lo stesso metodo per ottenere l'LCM caricato con cristalli H-ZSM-5.

Innanzitutto, posizionare sia l'LCM di riferimento che quello di campionamento nel supporto e assicurarsi che le frequenze di risonanza possano essere rilevate. Quindi, chiudere ed evacuare la camera del campione. Riscalda gli LCM durante la notte sotto vuoto per attivare la zeolite.

Impostare la temperatura nella camera del campione a 50 gradi Celsius per le misure di assorbimento e attendere che la temperatura si stabilizzi. Collegare l'LCM del campione all'oscillatore e misurarne la frequenza di risonanza per ottenere il valore della frequenza di risonanza dell'LCM del campione caricato. Quindi, collegare l'oscillatore all'LCM di riferimento e misurarne la frequenza di risonanza per ottenere il valore della frequenza di risonanza dell'LCM di riferimento.

Utilizzando l'equazione di Sauerbrey e le differenze misurate nelle frequenze di risonanza, determinare la massa dell'H-ZSM-5 depositato sul campione LCM. Per iniziare le misure di assorbimento, riempire lentamente la camera del campione con il gas selezionato fino alla prima pressione desiderata. Una volta che la temperatura si è stabilizzata, misurare e registrare le frequenze di risonanza degli LCM di riferimento e del campione.

Ripetere queste misurazioni a diverse pressioni. Per ogni misurazione, calcolare la massa combinata di H-ZSM-5 e il gas assorbito utilizzando l'equazione di Sauerbrey e quindi sottrarre la massa depositata di H-ZSM-5. La differenza è la massa del gas assorbito.

Utilizzare le masse calcolate del gas assorbito ad ogni pressione per determinare l'isoterma di assorbimento del gas a quella temperatura. Le isoterme di assorbimento dell'anidride carbonica determinate con questa procedura sono adattate con il metodo dei minimi quadrati ad un modello isotermico di Langmuir a sito singolo, dal quale è possibile calcolare le costanti di equilibrio di assorbimento per ciascuna temperatura. Queste costanti di equilibrio sono utilizzate in un diagramma di Van't Hoff, che fornisce l'entalpia di assorbimento e l'entropia di assorbimento per l'anidride carbonica in H-ZSM-5.

I parametri di assorbimento dell'anidride carbonica in H-ZSM-5 utilizzando questa tecnica basata su LCM sono vicini ai valori riportati in letteratura per l'assorbimento di anidride carbonica in altre zeoliti di tipo MFI. Una volta padroneggiata, questa tecnica può essere eseguita in 30 minuti per una misurazione se eseguita correttamente. Durante il tentativo di questa procedura, è importante ricordare che un buon controllo della temperatura del campione grazie a un buon isolamento della camera del campione e l'attento preriscaldamento del gas dei piedi è fondamentale per un'elevata uguaglianza di misura.

Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come sintetizzare i cristalli di zeolite sulla superficie desiderata dell'LCM e utilizzare il dispositivo LCM per misurazioni dell'assorbimento di gas ad alta temperatura. Non dimenticare che lavorare con materiali tossici, infiammabili o esplosivi può essere estremamente pericoloso e che durante l'esecuzione di questa procedura è necessario prendere sempre precauzioni, come una stiva per i fumi o un vano portaoggetti. Dopo il suo sviluppo, questa tecnica ha aperto la strada ai ricercatori nel campo della catalisi o dei microprosolidi per esplorare l'assorbimento di gas multicomponente, soprattutto in condizioni di alta temperatura e pressione.