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

この実験の全体的な目標は、ランガテート結晶のマイクロバランスに基づく吸収測定装置を使用して、ゼオライトH-ZSM-5またはその他の微多孔質材料上のガスの高温吸収等温線を取得することです。この手法は、高周波振動ミクロ天びん上で微多孔質材料をどのように合成するかなど、微多孔質材料の高温ガス吸収測定の分野における重要な疑問に答えるのに役立ちます。高周波振動ミクロバランスに基づく方法の主な利点は、市販のフォーマティック法や重量法よりも手頃な価格であることです。

クワッド水晶振動子マイクロバランスに対するランガテート結晶マイクロバランスの主な利点は、摂氏80度未満の温度に限定されないことです。ここでの目標リーチは摂氏200〜300度です。手順を開始するには、2つのLCMを脱イオン水で十分に洗浄します。

次に、LCMを脱イオン水で超音波浴で洗浄し、摂氏80度のオーブンで数分間乾燥させます。その間、LCMホルダー、Oリング、サンプルチャンバーをアセトンと圧縮空気で清掃します。清潔で乾燥したLCMの両方を清潔で乾燥したLCMホルダーに置き、1つのLCMを基準として、もう1つをサンプル位置として指定します。

次に、LCMホルダーを耐高温電気ケーブルで発振器に接続します。ホルダ上のLCMの位置には特に注意してください。これは、適切な位置のみが共振周波数を確実に検出できるようにするためです。最後に、オシレーターをオンにします。

発振器ソフトウェアを使用して、両方のLCMの共振周波数の存在を確認します。サンプルチャンバーを閉じ、絶縁し、排気します。窒素ガスでチャンバーを数回排気してパージし、チャンバー圧力をテスト対象の最低圧力に設定します。

圧力が安定したら、チャンバー温度を試験する最低温度に設定します。温度が安定したら、発振器ソフトウェアによって適合されたバターワース・ヴァン・ダイクの等価回路モデルを使用して、両方のLCMの共振周波数を測定します。F-0 値を決定して記録します。

次に、窒素ガスをゆっくりと加えて、サンプルチャンバーを次にテストする圧力まで加圧します。圧力が安定するのを待ってから、デルタF-0値を取得します。テストするすべての圧力について、このプロセスを繰り返します。

この方法で等温線が決定される各温度のデルタF-0値を取得します。テキストプロトコルに記載されているように、ゼオライトH-ZSM-5合成混合物を準備します。調製後、混合物は5時間以内に使用する必要があります。

ピペットを使用して、ゼオライト混合物を数滴、サンプルLCMの中央の金電極に慎重に置きます。混合物を外側の金電極の発振器接続点に接触させないでください。装填したLCMを80°Cのオーブンで2時間乾燥させ、電極上に粘性ゲルを生成します。

10ミリリットルの脱イオン水をPTFEライニングオートクレーブ反応器に入れます。次に、PTFEホルダーを反応器に入れます。ロードされたLCMをホルダーに置き、LCMが液体水に接触しないようにし、オートクレーブ反応器を閉じます。

オートクレーブ反応器を慎重にオーブンに移します。反応器を摂氏150度で48時間加熱し、蒸気アシスト結晶化を行います。結晶化が完了したら、装填したLCMを脱イオン水で洗浄し、オーブンで乾燥させます。

次に、LCMを室温まで冷まします。装填したLCMをオーブンに入れ、毎分3ケルビンの速度で、共振器を摂氏450度に加熱して焼成します。摂氏450度で4時間の保持時間をプログラムし、その後、室温に毎分ケルビンの冷却速度

次に、装填したLCMを1ミリモルの塩化アンモニウムに浸してイオン交換を行います。このプロセスを一度繰り返して、イオン交換を完了します。同じ方法でロードされたLCMをもう一度焼成して、H-ZSM-5結晶をロードしたLCMを取得します。

まず、リファレンスLCMとサンプルLCMの両方をホルダーにセットし、共振周波数を検出できることを確認します。次に、サンプルチャンバーを閉じて排気します。LCMを真空下で一晩加熱して、ゼオライトを活性化します。

吸収測定のためにサンプルチャンバー内の温度を摂氏50度に設定し、温度が安定するのを待ちます。サンプルLCMを発振器に接続し、その共振周波数を測定して、ロードされたサンプルLCMの共振周波数の値を取得します。次に、発振器を基準LCMに接続し、その共振周波数を測定して、基準LCMの共振周波数の値を取得します。

ザウアーブレーの式と共振周波数の差の測定結果を使用して、サンプルLCMに堆積したH-ZSM-5の質量を求めます。吸収測定を開始するには、選択したガスをサンプルチャンバーに最初に必要な圧力までゆっくりと満たします。温度が安定したら、リファレンスLCMとサンプルLCMの共振周波数を測定して記録します。

これらの測定をいくつかの異なる圧力で繰り返します。各測定について、ザウアーブレー方程式を使用してH-ZSM-5と吸収ガスの合計質量を計算し、H-ZSM-5の堆積質量を差し引きます。違いは、吸収されたガスの質量です。

各圧力で吸収されたガスの計算された質量を使用して、その温度でのガス吸収等温線を決定します。この手順によって決定された二酸化炭素吸収等温線は、最小二乗法によって単一サイトのラングミュア等温線モデルに適合され、そこから各温度の吸収平衡定数を計算できます。これらの平衡定数は、H-ZSM-5の二酸化炭素の吸収エンタルピーと吸収エントロピーを提供するVan't Hoffプロットで使用されます。

この LCM ベースの手法を使用した H-ZSM-5 の二酸化炭素の吸収パラメータは、他の MFI タイプのゼオライトの二酸化炭素吸収について報告された文献値に近いです。この手法を習得すると、適切に実行すれば、1回の測定で30分で完了できます。この手順を試行する際には、サンプルチャンバーの良好な断熱と足のガスの慎重な予熱によるサンプルの適切な温度制御が、高い測定の平等性にとって重要であることを覚えておくことが重要です。

このビデオを見た後、LCM の目的の表面でゼオライト結晶を合成し、LCM デバイスを高温ガス吸収測定に使用する方法を十分に理解しているはずです。有毒物質、可燃性物質、または爆発性物質の取り扱いは非常に危険である可能性があるため、この手順を実行する際には、ヒュームホールドやグローブボックスなどの予防措置を常に講じる必要があることを忘れないでください。開発後、この技術は、触媒またはマイクロプロソリッドの分野の研究者が、特に高温および高圧条件でのマルチコンポナントガス吸収を探索する道を開きました。