Synthese van zeolieten met behulp van de ADOR (Assembly-Demontage-Organisatie-Montage) Route

Het algemene doel van deze video is om de assembly-disassembly-organization-reassembly-methode (ADOR) te demonstreren voor het bereiden van nieuwe zeolietmaterialen door een vooraf geassembleerde zeoliet te demonteren in zijn componenten, om deze vervolgens op verschillende manieren te organiseren en opnieuw samen te stellen tot nieuwe materialen. Zeolieten zijn uiterst belangrijke vaste stoffen die in diverse industrieën worden gebruikt, variërend van katalysatoren in olieraffinaderijen tot antibacteriële coatings op medische hulpmiddelen. De ADOR-methode voor het bereiden van zeolieten verschilt sterk van traditionele methoden voor zeolietanalyse.

En als gevolg hiervan verschillen ook de typen materialen die we kunnen prepareren. Dit opent vele mogelijkheden voor nieuwe toepassingen. In deze video laten we u zien hoe u twee nieuwe zeolieten met verschillende poriegroottes kunt maken: IPC-4, met de kleinste poriegrootte, en de grotere, IPC-2.

Om de ouder-germanium-UTL-zeoliet te assembleren, wordt eerst 1,08 gram germaniumdioxide opgelost in 15 milliliter van een oplossing van het structuursturende agens. Voeg 1,246 gram pyrogene siliciumdioxide in porties toe aan de oplossing en roer nog 30 minuten door tot er een homogene oplossing is gevormd. Breng de resulterende gel over naar een Polytetrafluoroethyleen-gevoerde autoclaaf.

Plaats het vervolgens in een oven en verhit het gedurende 10 dagen tot 175 °C. Haal de autoclaaf na 10 dagen uit de oven en laat deze op natuurlijke wijze afkoelen tot kamertemperatuur. Win het witte zeolietproduct terug via filtratie.

Was met overvloedige hoeveelheden water voordat de zeoliet gedurende de nacht bij 70 °C wordt gedroogd. Verwijder het structuursturende agens uit de poriën van de zeoliet door de zeoliet te verhitten tot 550 °C met een snelheid van 1 °C per minuut, houd de temperatuur vervolgens zes uur lang op 550 °C voordat het materiaal met een snelheid van 2 °C per minuut wordt afgekoeld tot kamertemperatuur. Verkrijg een poeder-röntgendiffractiepatroon om de structuur te bevestigen volgens het protocol van de fabrikant.

Bewaar de gecalcineerde zeoliet in een droge, inerte atmosfeer om hydrolyse van het materiaal te voorkomen. Om de ouderzeoliet te desintegreren, hydrolyseert u de germanosilicaat UTL om IPC-1P te vormen door 1 gram gecalcineerde zeoliet toe te voegen aan 160 milliliters van een 0,1 molaire zoutzuuroplossing. Nadat dit mengsel 18 uur lang is verhit bij 95 °C, laat u het afkoelen tot kamertemperatuur en wint u de vaste stof terug door filtratie met filterpapier.

Was het vaste bestanddeel met ruime hoeveelheden water en droog dit gedurende de nacht bij 70 °C. De laatste stappen bestaan uit het organiseren en opnieuw samenstellen van de IPC-1P in de nieuwe zeolieten. Plaats ter voorbereiding van de IPC-4-zeoliet 0,5 gram IPC-1P in een keramische smeltkroes.

Verhit het monster tot 575 °C met een opwarmsnelheid van 1 °C per minuut. Houd de temperatuur vervolgens zes uur lang constant op 575 °C, alvorens af te koelen tot kamertemperatuur met een snelheid van 2 °C per minuut. Neem een poeder-röntgendiffractiespectrum op om de structuur te bevestigen volgens het protocol van de fabrikant.

Om de IPC-2 zeoliet te bereiden, voegt u 0,5 gram IPC-1P toe aan 10 milliliter 1,0 molaire salpeterzuuroplossing. Voeg vervolgens 0,1 gram diethoxymethylsilaan toe aan de oplossing. Overbreng de oplossing naar een autoclaaf met een Polytetrafluoroethyleen-voering.

Verhit het mengsel vervolgens 18 uur lang in een oven bij 175 °C. Haal de autoclaaf uit de oven en laat deze op natuurlijke wijze afkoelen tot kamertemperatuur. Win het witte product terug via filtratie, was het met overvloedige hoeveelheden water en droog het gedurende de nacht bij 70 °C.

Plaats het product in een keramische smeltkروز en verhit dit volgens een verwarmings- en afkoelprotocol. Verkrijg tot slot een poeder röntgendiffractiespectrum om de structuur te bevestigen aan de hand van het protocol van de fabrikant. De bereiding van IPC-4 begint met de vooraf geassembleerde germanium UTL.

Blootstelling aan een 0,1 molaire zure oplossing leidt tot desassemblage, waarbij IPC-1P wordt gevormd. De IPC-1P-lagen worden vervolgens georganiseerd in een gunstige oriëntatie. Op dit punt worden de lagen via condensatie opnieuw geassembleerd tot een zeoliet om IPC-4 te vormen.

Hier wordt het algemene proces voor de preparatie van IPC-2 getoond. Blootstelling aan een 0,1 molaire zure oplossing leidt, zoals eerder beschreven, tot de vorming van IPC-1P. Vervolgens worden extra siliciumspecies tussen de lagen van de resulterende IPC-1P geïntroduceerd om het systeem te organiseren.

De lagen worden vervolgens via condensatie hersteld tot een zeoliet om IPC-2 te vormen. Het verschil tussen de uiteindelijke IPC-2 en IPC-4 materialen is hun poriegrootte, veroorzaakt door de introductie van extra silicium tussen de lagen. Het verschil tussen de twee structuren is zichtbaar in de röntgendiffractiepatronen.

De meest intense piek voor IPC-2 bevindt zich bij een lagere 2-theta hoek dan die voor IPC-4, wat aantoont dat het een grotere eenheidscel heeft. Andere technieken, zoals stikstofadsorptie-experimenten, kunnen ook worden gebruikt om het verschil in poriegrootte tussen de materialen te visualiseren. IPC-4 heeft een lagere capaciteit voor stikstof dan IPC-2, terwijl de moeder-UTL-zeoliet de hoogste capaciteit voor stikstof heeft.

Zodra deze procedure onder de knie is, is dit een betrouwbare en algemene methode voor het maken van zeolieten. Variaties in de procedure, die in de literatuur te vinden zijn, kunnen leiden tot andere zeolieten zoals IPC-6, IPC-7, IPC-9 en IPC-10. Na de ontwikkeling van deze techniek werd de weg vrijgemaakt voor onderzoekers op het gebied van zeolieten om de synthese van materialen te verkennen waarvan voorheen werd gedacht dat ze onuitvoerbaar waren.

Dergelijk werk opent grote mogelijkheden voor het prepareren van zeolieten met nieuwe typen structuren, waarvan we hopen dat ze vervolgens nieuwe toepassingen mogelijk maken. Na het bekijken van deze video zou u een goed begrip moeten hebben van hoe u het ADOR-proces uitvoert, en met een beetje oefening zou u in staat moeten zijn om de aanpassingen uit de gepubliceerde literatuur door te voeren om ook alle andere mogelijke zeolieten te maken. De belangrijkste voordelen van deze techniek zijn dat de uiteindelijke materialen werkelijk voorspelbaar zijn en dat de porositeit van de uiteindelijke vaste stof beheersbaar is op een manier die bij traditionele zeoliet-synthese niet mogelijk is.

Over het algemeen zullen personen die nieuw zijn met deze methode moeite hebben, omdat deze ingaat tegen de gangbare denkwijze. In plaats van het materiaal van onderaf op te bouwen, demonteert u eerst een materiaal, om het vervolgens opnieuw op te bouwen tot een materiaal met een nieuwe structuur.