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Chemistry

ADOR (विधानसभा-Disassembly-संगठन-दुबारा जोड़ना) मार्ग का उपयोग कर Zeolites के संश्लेषण

Published: April 3, 2016 doi: 10.3791/53463
Automatic Translation
1, 2, 1
1EaStChem School of Chemistry, The University of St Andrews, 2J. Heyrovský Institute of Physical Chemistry, Academy of Sciences of the Czech Republic

Summary

ADOR द्वारा उपन्यास zeolites की तैयारी के लिए एक प्रोटोकॉल (ए डी ssembly- isassembly- हे rganization- आर eassembly) सिंथेटिक मार्ग प्रस्तुत किया है।

Introduction

Zeolites ठोस उस कोने-शेयरिंग टेट्राहेड्रा की एक तीन आयामी खुले व्यवस्था है, जहां tetrahedral के केन्द्रों पर धातु केशन (पारंपरिक सिलिकॉन और एल्यूमीनियम) 4 ऑक्साइड anions से घिरे रहे हैं से मिलकर बनता है की एक वर्ग के हैं। अलग जिओलाइट चौखटे कि ताकना आर्किटेक्चर की एक विस्तृत विविधता अधिकारी कर सकते हैं करने के लिए इन कोने-शेयरिंग टेट्राहेड्रा नेतृत्व की अलग व्यवस्था। ये ताकना संरचनाओं छोटे अणुओं, जो पेट्रोकेमिकल, परमाणु और चिकित्सा क्षेत्र के भीतर अपने आवेदन करने के लिए होता है, दूसरों के बीच में समायोजित करने में सक्षम हैं। ध्यान दें कि जिओलाइट टोपोलॉजी और सामग्री कोड है कि उनके टोपोलॉजी (जैसे यूटीएल) के रूप में या एक वास्तविक सामग्री (जैसे, भारतीय दंड संहिता -2) की पहचान दिया जाता है - अधिक जानकारी के लिए कृपया अंतर्राष्ट्रीय जिओलाइट एसोसिएशन की वेबसाइट देखते हैं, www.iza-online.org ।

zeolites की महत्वपूर्ण विशेषता उनकी porosity, जो राशि और accessibil शासी द्वारा उनकी उपयोगिता को परिभाषित करता हैआंतरिक सतह क्षेत्र है, जहां महत्वपूर्ण रसायन विज्ञान के सबसे होता है की अल्पसंख्यक। यह बदले में रासायनिक गतिविधि और सामग्री के चयनात्मकता निर्धारित करता है। जिओलाइट विज्ञान (और वास्तव में सभी झरझरा सामग्री विज्ञान के क्षेत्र में) में एक प्रमुख लक्ष्य porosity नियंत्रित करने के लिए है।

Zeolites पारंपरिक रूप से जलतापीय विधि, 1, 2, जो पिछले 50 वर्षों में थोड़ा बदल गया है द्वारा संश्लेषित कर रहे हैं। वास्तव में, पिछले प्रमुख अग्रिमों संरचना निर्देशन एजेंटों 1 के रूप में और खोज की है कि फास्फोरस सिलिकॉन सामग्री की aluminophosphate परिवार को जन्म देने के लिए प्रतिस्थापित किया जा सकता है के साथ 1982 में चतुर्धातुक अमोनियम लवण की शुरूआत के साथ 1961 में हुई। 3 की महान उपयोगिता को देखते हुए zeolites, वहाँ उपन्यास सामग्री के लिए नए मार्गों को विकसित करने में बहुत रुचि है। 7 जहां एक माता पिता जिओलाइट इकट्ठा किया जाता है, तो Disassembl - इस तरह के एक मार्ग हाल ही में विकसित ADOR रणनीति 4एड और इस तरह से संगठित रूप में एक नया ठोस में अंतिम दुबारा अनुमति देने के लिए जिसके परिणामस्वरूप प्रजातियों। यह एक पूर्व तैयार जिओलाइट निहित अस्थिरता इसकी रूपरेखा है, जो हम दोहन कर सकते हैं में बनाया गया है का उपयोग करता है। 8 यह गरीब स्थिरता hydrolytically अस्थिर जर्मेनियम का समावेश है कि रियायत के D4R (डबल चार अंगूठी) इकाइयों के भीतर स्थित है की वजह से उपजी है कि बाँध आसन्न सिलिका अमीर एक साथ परतों (चित्रा 1)। ये D4R इकाइयों चुनिंदा एक अपेक्षाकृत हल्के उपचार की अनुमति के आगे रासायनिक जोड़तोड़ मध्यवर्ती बहुस्तरीय सामग्री पर प्रदर्शन किया जाएगा का उपयोग कर हटाया जा सकता है। 4

पारंपरिक जलतापीय संश्लेषण और ADOR के बीच प्रमुख अंतर ढांचे के निर्माण के अंतिम विधि है। जलतापीय संश्लेषण में यह एक प्रतिवर्ती प्रक्रिया अंतिम संरचना क्रिस्टलीय होने की अनुमति है। ADOR प्रक्रिया में, हालांकि, अंतिम ढांचे के गठन के मंच (दुबारा) एक अपरिवर्तनीय सह हैउच्च तापमान पर परतों के ndensation। अत्यधिक क्रिस्टलीय अंतिम माल हो रही महत्वपूर्ण तो संगठन कदम है, जहां बहुस्तरीय मध्यवर्ती सही रिश्तेदार की स्थिति में व्यवस्थित कर रहे हैं नए चौखटे में अपरिवर्तनीय संक्षेपण के रूप में बेहतर रूप में संभव है ऐसा करने की अनुमति है।

निम्न उदाहरण में हम कैसे माता पिता जिओलाइट, यूटीएल जिओलाइट टोपोलॉजी, 9 के साथ एक germanosilicate, 10 तैयार किया जा सकता (विधानसभा कदम) एक संरचना-निर्देशन एजेंट (एसडीए) के रूप में एक पूर्व तैयार जैविक केशन का उपयोग कर दिखा। इस प्रोटोकॉल की सफलता की कुंजी जिओलाइट, जो माता-पिता Ge- यूटीएल disassembled किया जा करने के लिए और संगठित, एसिड में हाइड्रोलिसिस का उपयोग कर बहुस्तरीय मध्यवर्ती आईपीसी-1P कहा जाता है का उत्पादन करने की अनुमति देता में विशिष्ट स्थानों में जर्मेनियम का स्थान है। इस मध्यवर्ती तो दो अलग अलग तरीकों से इलाज किया जा सकता है। उच्च तापमान पर आईपीसी-1P सामग्री का प्रत्यक्ष दुबारा जोड़ना टी जाता हैआईपीसी -4 संरचना, जिसका टोपोलॉजी अंतर्राष्ट्रीय जिओलाइट एसोसिएशन (IZA) द्वारा कोड पीसीआर दिया जाता है साथ OA जिओलाइट। हालांकि, भारतीय दंड संहिता-1P परतों के बीच एक सिलिकॉन युक्त प्रजातियों की मध्यनिवेश के माध्यम से अलग तरह का आयोजन किया जा सकता है। हम इस हेरफेर आईपीसी-2P का परिणाम कहते हैं। इस intercalated और संगठित आईपीसी-2P सामग्री की उच्च तापमान उपचार के लिए एक नया जिओलाइट आईपीसी -2 कहा जाता है, जिसका टोपोलॉजी IZA कोड OKO दिया जाता है की ओर जाता है। OKO (आईपीसी -2) और पीसीआर (आईपीसी -4) टोपोलॉजी के बीच अंतर यह है कि आईपीसी 2 परतों की तरह यूटीएल के बीच सिलिका सब यूनिटों (एक चार अंगूठी, S4R) शामिल हैं जबकि भारतीय दंड संहिता -4 कोई S4R यूनिट है।

Zeolites एक्स-रे विवर्तन, एन 2 सोखना और ऊर्जा फैलानेवाला एक्स-रे विश्लेषण एक स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप का उपयोग की विशेषता है।

Protocol

सावधानी: कृपया सभी प्रासंगिक सामग्री सुरक्षा डाटा शीट (MSDS) से परामर्श और उपयोग करने से पहले सभी प्रक्रियाओं के एक जोखिम मूल्यांकन के लिए बाहर ले। इस संश्लेषण प्रक्रिया में प्रयुक्त रसायनों के कई तीव्रता से विषाक्त और कैंसर हैं। इंजीनियरिंग नियंत्रण (धूआं हुड) और व्यक्तिगत सुरक्षा उपकरण (सुरक्षा चश्मा, प्रयोगशाला कोट और उपयुक्त रासायनिक प्रतिरोधी दस्ताने) सहित इन प्रक्रियाओं की अवधि के दौरान सभी उचित सुरक्षा प्रक्रियाओं का उपयोग करें।

यूटीएल के संश्लेषण के लिए संरचना-निर्देशन एजेंट की 1. तैयारी

  1. आसुत जल की 140 मिलीलीटर में सोडियम हाइड्रॉक्साइड के 5.68 ग्राम भंग। 1,4-dibromobutane के 30.66 छ समाधान और हलचल में जोड़े।
  2. समाधान हीट भाटा के लिए (110 डिग्री सेल्सियस पर तेल स्नान)।
  3. जोड़ें बुद्धिमान ड्रॉप (~ प्रति सेकंड 1 ड्रॉप) (2R, 6s) -2,6-dimethylpiperidine और एक और 12 घंटे के लिए भाटा के लिए जारी की 16.07 छ।
  4. एक बर्फ स्नान में आरटी शांत और फिर शांत रहो।
  5. सोडियम की 50 ग्राम भंगआसुत जल के 75 मिलीलीटर में हाइड्रॉक्साइड एक 40 wt% समाधान तैयार करने के लिए। बर्फ पर शांत। बर्फ के जोड़े 70 मिलीलीटर ऊपर ठंडा समाधान के लिए 40 भार% सोडियम हाइड्रॉक्साइड समाधान ठंडा।
  6. सफेद वेग फिल्टर और कम से कम क्लोरोफॉर्म में भंग।
  7. (तीन भागों 200 मिलीलीटर) क्लोरोफॉर्म के साथ जलीय अवशेषों को निकालें। क्लोरोफॉर्म भागों का मिश्रण है और का उपयोग कर ~ निर्जल सोडियम सल्फेट के 20 ग्राम सूखी।
  8. फिल्टर पेपर का उपयोग निस्पंदन द्वारा सोडियम सल्फेट निकालें, और क्लोरोफॉर्म (50 एमएल) से धो लें।
  9. आंशिक रूप से एक रोटरी बाष्पीकरण का उपयोग कर जब तक एक सफेद वेग फार्म शुरू होता क्लोरोफॉर्म लुप्त हो जाना। रोटरी बाष्पीकरण से निकालें और Diethyl ईथर जोड़ने जब तक आगे कोई वर्षा दिख रहा है।
  10. एक कीप में फिल्टर पेपर का उपयोग निस्पंदन द्वारा सफेद वेग स्वस्थ और Diethyl ईथर (50 एमएल) से धो लें।
  11. 60 डिग्री सीओ पर सफेद वेग सूखे / एन नमक (6R, 10s) -6,10-डाइमिथाइल-5-azoniaspiro [4,5] decane ब्रोमाइड उपज के लिए।
  12. के 25.0 ग्राम भंग(6R, 10s) -6,10-डाइमिथाइल-5-azoniaspiro [4,5] आसुत जल का 50 मिलीलीटर में decane ब्रोमाइड।
  13. एक हाइड्रोक्साइड आयन एक्सचेंज राल का उपयोग करके हाइड्रॉक्साइड आयनों के लिए ब्रोमाइड आयनों विनिमय।
    1. एक हाइड्रोक्साइड आयन एक्सचेंज राल का 25.0 छ ब्रोमाइड नमक के घोल में जोड़ें और 12 घंटे के लिए हलचल।
    2. फिल्टर पेपर के साथ समाधान फ़िल्टर और 12 घंटे के लिए सरगर्मी के तहत हाइड्रॉक्साइड आयन एक्सचेंज राल का 25.0 जी को छानना फिर से बेनकाब। हाइड्रॉक्साइड आयन एक्सचेंज राल के लिए जोखिम को दोहराएँ जब तक हैलोजन के लिए एक चांदी नाइट्रेट परीक्षण एक नकारात्मक परिणाम देता है।
      नोट: चांदी नाइट्रेट परीक्षण ब्रोमाइड आयनों के लिए एक बहुत ही संवेदनशील परीक्षा है।
      1. साथ 2 मिलीलीटर नाइट्रिक एसिड (1.0 एम) पतला उत्पाद समाधान के 0.25 मिलीलीटर खट्टा। उत्पाद समाधान के लिए चांदी नाइट्रेट समाधान (0.05 एम) के 2-3 बूँदें जोड़ें। एक वेग रूपों तो हाइड्रॉक्साइड आयन एक्सचेंज राल के लिए जोखिम को दोहराने और जांचना तक कोई वेग देखा जा सकता है।
  14. hydroxid की एकाग्रता की पुष्टि0.1 एम हाइड्रोक्लोरिक एसिड एक संकेतक के रूप phenolphthalein समाधान का उपयोग (जो 0.1 एन के बराबर है) के साथ अनुमापन द्वारा ई। एक burette का उपयोग करना, धीरे-धीरे जब तक phenolphthalein सूचक सिर्फ रंग बदलता उत्पाद समाधान के ज्ञात मात्रा के एक छोटे से हिस्से के लिए 0.1 एम हाइड्रोक्लोरिक एसिड के छोटे aliquots जोड़ने (यानी, अंत बिंदु तक पहुँच जाता है)। हाइड्रोक्लोरिक एसिड जोड़ा के moles की कुल संख्या प्रारंभिक समाधान में हाइड्रॉक्साइड के moles की संख्या के बराबर है।
  15. आसुत जल के साथ समाधान पतला 0.625 एम हाइड्रॉक्साइड में की एकाग्रता देने के लिए।

2. जनक जीई यूटीएल जिओलाइट की तैयारी

  1. (6R, 10s) संरचना निर्देशन एजेंट का एक समाधान के 15 मिलीलीटर -6,10-डाइमिथाइल-5-azoniaspiro [4,5] decane हाइड्रॉक्साइड (0.625 एम की एकाग्रता) में जर्मेनियम डाइऑक्साइड की 1.08 ग्राम भंग।
  2. fumed सिलिकॉन डाइऑक्साइड की भाग-वार 1.246 जी ऊपर समाधान करने के लिए जोड़ सकते हैं और एक और 30 मिनट के लिए हलचल जब तक एक सजातीय समाधान का गठन किया है।
    नोट: 0.4 भू: 2: 0.4 आरओएच: जिसके परिणामस्वरूप जेल 0.8 2 Sio की एक दाढ़ रचना है 30 एच 2 हे, जहां आरओएच संरचना निर्देशन एजेंट है।
  3. एक polytetrafluoroethylene लाइन आटोक्लेव (30 मिलीलीटर क्षमता) को जेल स्थानांतरण। फिर 10 दिनों के लिए एक ओवन 175 डिग्री सेल्सियस के लिए गर्मी में जगह है।
  4. 10 दिनों के बाद, ओवन से आटोक्लेव हटाने, और आरटी के लिए स्वाभाविक रूप से शांत करने के लिए अनुमति देते हैं। निस्पंदन द्वारा सफेद जिओलाइट उत्पाद की वसूली। पानी की प्रचुर मात्रा में (~ 200 एमएल) के साथ धो लें। 70 डिग्री सीओ / एन पर जिओलाइट सूखी।
  5. 1, 2 डिग्री सेल्सियस की दर से आरटी ठंडा करने के लिए जा रहा से पहले 6 घंटे के लिए 550 डिग्री सेल्सियस पर आयोजित - 1 डिग्री सेल्सियस मिनट की दर से 550 डिग्री सेल्सियस के लिए जिओलाइट हीटिंग द्वारा जिओलाइट के छिद्रों से संरचना निर्देशन एजेंट हटाये मिनट - 1।
  6. निर्माता प्रोटोकॉल का उपयोग कर संरचना की पुष्टि के लिए एक पाउडर एक्स-रे विवर्तन स्पेक्ट्रम मोल।
    नोट: पाउडर एक्स-रे विवर्तन पैटर्न है कि आज का मैच चाहिएn चित्रा 2 में यूटीएल के लिए।
  7. एक एन 2 सोखना इज़ोटेर्म मोल निर्माता प्रोटोकॉल का उपयोग कर porosity पुष्टि करने के लिए।
  8. ऊर्जा फैलानेवाला एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग निर्माता प्रोटोकॉल का उपयोग करने के मौलिक विश्लेषण मोल।
  9. एक सूखी अक्रिय वातावरण में कैलक्लाइंड जिओलाइट स्टोर सामग्री के हाइड्रोलिसिस रोकने के लिए।

3. जीई यूटीएल की hydrolysis फार्म के लिए भारतीय दंड संहिता-1P

  1. कैलक्लाइंड जिओलाइट का 1.0 जी एक 0.1 एम हाइड्रोक्लोरिक एसिड समाधान के 160 मिलीलीटर के लिए जोड़ें।
  2. 18 घंटा, आरटी को शांत करने के लिए 95 डिग्री सेल्सियस पर इस मिश्रण गर्मी और एक फिल्टर पेपर का उपयोग निस्पंदन द्वारा ठोस ठीक हो। प्रचुर (300 मिलीलीटर ~) 70 डिग्री सीओ / एन पर सूखा पानी की मात्रा और साथ धोएं।
  3. निर्माता प्रोटोकॉल का उपयोग कर आईपीसी-1P की संरचना की पुष्टि के लिए एक पाउडर एक्स-रे विवर्तन स्पेक्ट्रम मोल।
    नोट: पाउडर एक्स-रे विवर्तन पैटर्न से मेल खाना चाहिए कि चित्रा 2 में आईपीसी-1P के लिए दिए गए सूखे उत्पाद नामित किया गया है।आईपीसी-1P और आगे उपयोग के लिए भंडारित किया जाता है।

4. आईपीसी -4 जिओलाइट की तैयारी

  1. 1 डिग्री सेल्सियस मिनट की एक हीटिंग दर पर एक चीनी मिट्टी क्रूसिबल और 575 डिग्री सेल्सियस के लिए गर्मी में आईपीसी-1P की 0.5 ग्राम की जगह - 1, 2 डिग्री सेल्सियस मिनट की दर पर आरटी ठंडा करने के लिए जा रहा से पहले 6 घंटे के लिए 575 डिग्री सेल्सियस पर पकड़ - 1।
  2. निर्माता प्रोटोकॉल का उपयोग कर संरचना की पुष्टि के लिए एक पाउडर एक्स-रे विवर्तन स्पेक्ट्रम मोल।
    नोट: पाउडर एक्स-रे विवर्तन पैटर्न से मेल खाना चाहिए कि चित्रा 2 में आईपीसी-4 के लिए दिए गए।
  3. एक एन 2 सोखना इज़ोटेर्म मोल निर्माता प्रोटोकॉल का उपयोग कर porosity पुष्टि करने के लिए।
  4. ऊर्जा फैलानेवाला एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग निर्माता प्रोटोकॉल का उपयोग करने के मौलिक विश्लेषण मोल। यह कितना जीई संरचना में रहता है के बारे में जानकारी दे देंगे।

5. आईपीसी -2 जिओलाइट की तैयारी

  1. आईपीसी-1P की 0.5 ग्राम 1.0 एम नाइट्रिक के 10 मिलीलीटर में जोड़ेएसिड समाधान।
  2. diethoxydimethylsilane की 0.1 ग्राम (DEDMS) समाधान करने के लिए जोड़ें।
  3. 18 घंटे के लिए 175 डिग्री सेल्सियस पर एक ओवन में एक polytetrafluoroethylene लाइन आटोक्लेव और गर्मी का हल स्थानांतरण।
  4. ओवन से निकालें और आटोक्लेव आरटी के लिए स्वाभाविक रूप से शांत करने के लिए अनुमति देते हैं।
  5. , निस्पंदन द्वारा सफेद उत्पाद की वसूली प्रचुर (100 मिलीलीटर ~) 70 डिग्री सीओ / एन पर सूखा पानी की मात्रा और से धो लें।
  6. संरचना की पुष्टि के लिए एक पाउडर एक्स-रे विवर्तन स्पेक्ट्रम मोल। पाउडर एक्स-रे विवर्तन पैटर्न है कि चित्रा 2 में आईपीसी-2P के लिए दिए गए मेल खाना चाहिए।
  7. 1 डिग्री सेल्सियस मिनट की एक हीटिंग दर पर एक चीनी मिट्टी क्रूसिबल और 575 डिग्री सेल्सियस के लिए गर्मी में उत्पाद की जगह - 1, 2 डिग्री सेल्सियस मिनट की दर पर आरटी ठंडा करने के लिए जा रहा से पहले 6 घंटे के लिए 575 डिग्री सेल्सियस पर पकड़ - 1।
  8. निर्माता प्रोटोकॉल का उपयोग कर संरचना की पुष्टि के लिए एक पाउडर एक्स-रे विवर्तन स्पेक्ट्रम मोल।
    नोट: विवर्तन पैटर्न से मेल खाना चाहिए टीचित्रा 2 में आईपीसी-2 के लिए दी गई टोपी।
  9. एक एन 2 सोखना इज़ोटेर्म मोल निर्माता प्रोटोकॉल का उपयोग कर porosity पुष्टि करने के लिए।
  10. ऊर्जा फैलानेवाला एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग निर्माता प्रोटोकॉल का उपयोग करने के मौलिक विश्लेषण मोल।

Representative Results

पाउडर एक्स-रे विवर्तन पैटर्न (चित्रा 2) मध्यवर्ती परत चरणों आईपीसी-1P और आईपीसी-2P सहित सभी सामग्री का उत्पादन किया, के लिए एकत्र किए गए थे। पाउडर एक्स-रे विवर्तन प्राथमिक वर्तमान जिओलाइट चरणों की प्रकृति का निर्धारण करने के लिए तकनीक का इस्तेमाल किया है। ध्यान दें कि आईपीसी-1P और आईपीसी-2P के क्रिस्टल संरचना पूरी तरह से, विशेषता नहीं कर रहे हैं सामग्री के रूप में हमेशा से रहे हैं कुछ हद तक अव्यवस्थित। हालांकि, प्रत्येक पाउडर विवर्तन पैटर्न एक ब्याज के चरण के लिए फिंगरप्रिंट 'के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है। सबसे महत्वपूर्ण विशेषता देखने के लिए पैटर्न है, जो इकाई कोशिका के आकार के बारे में जानकारी देता है में चोटियों की स्थिति है। Zeolites (और मध्यवर्ती) से प्रत्येक एक अलग इकाई सेल आकार की है और इसलिए प्रत्येक एकत्र विवर्तन पैटर्न में चोटी की स्थिति है कि विशेष चरण की उपस्थिति के लिए नैदानिक ​​हैं, और चित्रा 2 में दिखाया संदर्भ पैटर्न के पदों से मेल खाना चाहिए। में गड्डसबसे तीव्र चोटी की स्थिति cular पहली बात के लिए लग रही है। यह मुख्य शिखर की स्थिति संदर्भ पैटर्न में स्थिति से मेल खाता है तो एक देखने के लिए अगर अन्य चोटियों भी मैच देखना चाहिए। इस्तेमाल किया diffractometer अच्छी तरह से गठबंधन किया और बनाए रखा है तो इस मैच अपेक्षाकृत अच्छा होना चाहिए। अतिरिक्त नमूना एक्स-रे विवर्तन पैटर्न है कि चित्रा 2 में संबंधित पैटर्न में मौजूद नहीं हैं चोटियों में मौजूद संकेत मिलता है कि तैयार नमूना चरण शुद्ध नहीं है। विवर्तन पैटर्न में चोटियों की तीव्रता चरण पहचान प्रक्रिया के लिए महत्वपूर्ण नहीं हैं, और वे क्योंकि इंस्ट्रूमेंटेशन में अंतर का नमूना और संदर्भ पैटर्न के बीच अलग कर सकते हैं इसलिए नजरअंदाज किया जा सकता है। तीव्रता केवल महत्वपूर्ण हो गया है जब पूर्ण संरचनात्मक पढ़ाई पूरी करने के लिए परमाणु पदों पर है, जो इस अध्ययन में आवश्यक नहीं है के बारे में जानकारी पाने के लिए।

जबकि एक्स-रे विवर्तन प्राथमिक मेथ हैसंरचनात्मक विश्लेषण, नाइट्रोजन सोखना isotherms (चित्रा 3) के आयुध डिपो भी उत्पाद zeolites को चिह्नित करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। इस प्रयोगात्मक विधि से पहले जरूरी है कि किसी भी अणु (आमतौर पर पानी) है कि चैनल के छिद्रों में मौजूद हैं नमूना हीटिंग, आमतौर पर एक वैक्यूम के अंतर्गत द्वारा हटा रहे हैं। तब नमूना ठंडा किया जाता है, आम तौर पर 77 कश्मीर के लिए, और नाइट्रोजन गैस की थोड़ी मात्रा व्यवस्था करने के लिए प्रशासित रहे हैं और या तो gravimetric या बड़ा माप का निर्धारण करने के लिए कितना नाइट्रोजन नमूना द्वारा adsorbed कर दिया गया है इस्तेमाल किया। नाइट्रोजन adsorbed की राशि गैस के दबाव isotherms 3 चित्र में दिखाया देने के खिलाफ साजिश रची है। एक सफल संश्लेषण चित्रा 1 में उन लोगों को दिखाने के लिए एक समान आकार की isotherms दिखाएगा। सबसे अच्छा स्थितियों कुल राशि adsorbed के लिए सबसे बड़ा हो जाएगा माता-पिता यूटीएल नमूना, राशि आईपीसी -2 और सबसे कम के लिए कम होने आईपीसी-4 के लिए के साथ। यह ध्यान में लीन होना आकार में परिवर्तन मेल खाता है। इस सेडेटा यह भी शर्त समीकरण (तालिका 1) का उपयोग कर सतह क्षेत्रों प्राप्त करने के लिए संभव है। 11

मौलिक विश्लेषण एक और तकनीक है कि किस हद तक जर्मेनियम उत्पाद से हटा दिया गया है निर्धारित करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। किसी भी उपयुक्त रासायनिक विश्लेषण तकनीक का इस्तेमाल किया जा सकता है, लेकिन हम ऊर्जा फैलानेवाला एक्स-रे विश्लेषण (EDX) माता-पिता जीई यूटीएल जिओलाइट की संरचना का पता लगाने के लिए एक स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप का उपयोग और अंतिम zeolites आईपीसी -2 और -4 (तालिका का इस्तेमाल किया है 1)।

चित्रा 4
चित्रा 1. अंतिम zeolites के लिए माता पिता जिओलाइट यूटीएल से तंत्र के योजनाबद्ध प्रस्तावित आईपीसी -2 और माता-पिता की यूटीएल -4। D4R इकाई लाल रंग में प्रकाश डाला है। पीपट्टे यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 4
चित्रा 2. पाउडर एक्स-रे विवर्तन 'के रूप में' बनाया माता पिता और कैलक्लाइंड यूटीएल जिओलाइट (बाएं) और मध्यवर्ती और अंतिम zeolites (दाएं) के पैटर्न। आईपीसी-2P DEMDA प्रायर के साथ बहुस्तरीय आईपीसी-1P intercalating का उत्पाद है पकाना है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 4
चित्रा 3। नाइट्रोजन सोखना यूटीएल (काला) के लिए 77 कश्मीर में दर्ज isotherms, आईपीसी -2 (नीला) और भारतीय दंड संहिता -4 (लाल)। सोखना इज़ोटेर्म रिक्त आकार और desorpti के रूप में दिखाया गया हैभरा आकार के रूप में इज़ोटेर्म पर। यह आंकड़ा कृपया संदर्भ 4. से प्रकृति प्रकाशन समूह की अनुमति से reproduced है यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

ज़ीइलाइट शर्त सतह क्षेत्र (एम 2 / छ) सी: जीई अनुपात
जीई यूटीएल 541.3 ± 1.1 5.8
आईपीसी -2 334 ± 1.0 > 500
आईपीसी -4 236 ± 0.7 90

तालिका 1। Porosity मूल्यों और zeolites की मौलिक रचना।

Discussion

ADOR प्रक्रिया के वास्तविक तंत्र का पूरा विवरण इस पत्र के दायरे से बाहर है, लेकिन प्रकाशित पत्र में पाया जा सकता आह्वान किया। 3, 5, 8 हालांकि, यह प्रक्रिया की संभावित महत्व पर विस्तार के लायक है। जिओलाइट तैयारी की ADOR विधि है जिसमें अंतिम सामग्री तैयार किया जाता तरीके से जिओलाइट संश्लेषण के पारंपरिक तरीकों से काफी अलग है। इस का सबसे महत्वपूर्ण परिणाम ADOR प्रक्रिया का उपयोग कर तैयार माल की क्षमता है कि परंपरागत रूप से बनाया zeolites से मौलिक रूप से अलग होने के लिए है। विशेष रूप से सामग्री है कि उर्जा अलग कर रहे हैं तैयार करने के लिए ADOR विधि का उपयोग करने गुंजाइश है। इस के पीछे सिद्धांत संदर्भ 8 में वर्णित है।

Porosity पर नियंत्रण एक अन्य क्षेत्र है जहां ADOR विधि पारंपरिक तरीकों के लिए अलग अलग गुणों से पता चलता है। 13 विशेष रूप से, यह prepa के लिए संभव हैलगातार tuneable porosity, जो अब तक नहीं zeolites के लिए संभव हो गया है साथ zeolites की एक पूरी श्रृंखला पुन जलतापीय संश्लेषण का उपयोग कर तैयार। श्रृंखला सक्षम करने के लिए संशोधन ऊपर वर्णित प्रक्रिया के चरण 3 में है। 6 एम (और भी परे) करने के लिए सभी तरह से ऊपर 0.1 एम से इस्तेमाल किया एसिड की एकाग्रता में फेरबदल करके एक अंतिम सामग्री की प्रकृति दर्जी कर सकते हैं। यह कैसे प्राप्त किया जा सकता का पूर्ण विवरण संदर्भ 13. में दी गई है यह दोनों एक महान अवसर है और एक जोखिम है। कभी कभी तो एसिड की एकाग्रता के लिए इस्तेमाल किया, तापमान और समय प्रतिक्रिया करने के लिए इष्टतम परिणामी सामग्री एक विवर्तन पैटर्न जहां सबसे तीव्र चोटी की स्थिति चित्रा 2 में दिखाया गया है उन से मेल नहीं खाता नहीं दिखा रहे हैं छोड़ दिया है। हालांकि, ऐसी स्थिति में इस संदर्भ 13 में वर्णित उन लोगों के साथ प्रयोग से पाउडर एक्स-रे पैटर्न की तुलना द्वारा मान्यता प्राप्त किया जा सकता है।

प्रोटोकॉल में महत्वपूर्ण कदम है कि एक सफल कहां कि यह सुनिश्चित करेंtcome हासिल की है उन जोड़तोड़ के साथ काम कर रहे हैं। सबसे पहले यह जरूरी है कि बहुस्तरीय मध्यवर्ती के साथ संपर्क में किसी भी समाधान के रूप में इस सिलिका के विघटन को बढ़ावा देता है, विशेष रूप से उच्च तापमान पर, क्षारीय नहीं हैं। दूसरे, ADOR की प्रक्रिया के अंतिम चरण के लिए अपरिवर्तनीय महत्वपूर्ण कारक है, और इसलिए सामग्री का उचित संगठन (3.2 और 5.2 कदम) प्रक्रिया की सफलता के लिए महत्वपूर्ण है। जैसा कि ऊपर वर्णित है, समय और अम्लता दोनों की प्रक्रिया में महत्वपूर्ण चर और इसलिए यह सुनिश्चित करना है कि इन कदमों अनुकूलित कर रहे हैं अत्यंत महत्वपूर्ण है।

जैसा कि ऊपर वर्णित है कि वहाँ एक आवश्यकता है कि माता-पिता जिओलाइट संरचना में विशिष्ट स्थानों में स्थित जर्मेनियम के साथ एक germanosilicate है। इस zeolites कि माता पिता के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है की संख्या सीमित कर देगा। जिओलाइट यूटीएल केवल सामग्री उल्लेखनीय है कि एक अभिभावक के रूप में पता लगाया गया है। हालांकि, वहाँ जल्दी संकेत मिले हैं कि अन्य माता पिता को सफलतापूर्वक एपी हो सकता हैइस प्रक्रिया के लिए plied, लेकिन आगे का काम इस क्षेत्र में आवश्यक है।

ADOR विधि काम करता है सुनिश्चित करने के लिए बड़ी सावधानी disassembly के कदम के बाद जोड़तोड़ में लिया जाना चाहिए कि यह सुनिश्चित करने मध्यवर्ती आईपीसी-1P की परतों को भंग करने या महत्वपूर्ण पुनर्व्यवस्था से गुजरना नहीं है। यह भी अम्लता, समय और प्रतिक्रिया की स्थिति अंतिम उत्पादों का अनुकूलन करने के अधिकार का तापमान पाने के लिए महत्वपूर्ण है। प्रतिक्रिया की स्थिति में इस तरह के ठीक नियंत्रण के बजाय पहले उदाहरण में भ्रमित किया जा सकता है, और प्रक्रिया का एक वीडियो वर्णन करने के लिए हमारी इच्छा के पीछे एक प्रमुख प्रेरक बल है।

अंत में, इस प्रक्रिया का वर्णन कैसे जिओलाइट संश्लेषण की ADOR विधि दो अलग zeolites, आईपीसी -2 (OKO) और भारतीय दंड संहिता -4 (पीसीआर) के रूप में यूटीएल ढांचे संरचना के साथ germanosilicate के लिए लागू किया जा सकता है।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Sodium hydroxide Fisher Chemical S/4920/53 99%
1,4-dibromobutane Aldrich 140805-500G 99%
(2R,6S)-2,6-dimethylpiperidine  Aldrich 41470-100ML >99%
Paraffin oil Fisher Chemical P/0320/17
Chloroform Fisher Chemical C/4920/17 >99%
Sodium sulfate (anhydrous) Fisher Chemical S/6600/60 >99%
Diethyl ether Sigma Aldrich 24002-2.5L >99.5%
Ambersep 900-OH Acros Organics 301340025
Hydrochloric acid, 0.1 N Fluka 318965-500ML
Phenolphthalein Sigma Aldrich 105945-50G ACS Reagent
Silver nitrate Ames Goldsmith
Germanium dioxide Alfa Aesar 11155 100.00%
fumed silica (Cab-o-sil M-5) Acros Organics 403731500

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References

  1. Cundy, C. S., Cox, P. A. The hydrothermal synthesis of zeolites: History and development from the earliest days to the present time. Chem. Rev. 103 (3), 663-701 (2003).
  2. Cundy, C. S., Cox, P. A. The hydrothermal synthesis of zeolites: Precursors, intermediates and reaction mechanism. Micropor. Mesopor. Mater. 82 (1-2), 1-78 (2005).
  3. Wilson, S. T., Lok, B. M., Messina, C. A., Cannan, T. R., Flanigen, E. Aluminophosphate molecular-sieves - a new class of microporous crystalline inorganic solids. J. Am. Chem. Soc. 104 (4), 1146-1147 (1982).
  4. Roth, W. J., et al. A family of zeolites with controlled pore size prepared using a top-down method. Nat. Chem. 5 (7), 628-633 (2013).
  5. Roth, W. J., Nachtigall, P., Morris, R. E., Cejka, J. Two-Dimensional Zeolites: Current Status and Perspectives. Chem. Rev. 114 (9), 4807-4837 (2014).
  6. Chlubná, P., et al. 3D to 2D Routes to Ultrathin and Expanded Zeolitic Materials. Chem. Mater. 25 (4), 542-547 (2013).
  7. Chlubná-Eliášová, P., et al. The Assembly-Disassembly-Organization-Reassembly Mechanism for 3D-2D-3D. Transformation of Germanosilicate IWW Zeolite. Angew. Chem. Int. Ed. 53 (27), 7048-7052 (2014).
  8. Morris, R. E., Čejka, J. Exploiting chemically selective weakness in solids as a route to new porous materials. Nat. Chem. 7 (5), 381-388 (2015).
  9. Paillaud, J. L., Harbuzaru, B., Patarin, J., Bats, N. Extra-large-pore zeolites with two-dimensional channels formed by 14 and 12 rings. Science. 304 (5673), 990-992 (2004).
  10. Corma, A., Diaz-Cabanas, M. J., Rey, F., Nicolooulas, S., Boulahya, K. ITQ-15: The first ultralarge pore zeolite with a bi-directional pore system formed by intersecting 14- and 12-ring channels, and its catalytic implications. Chem. Comm. , 1356-1357 (2004).
  11. Rouquerol, J., Llewellyn, P., Rouquerol, F. Is the BET equation applicable to microporous adsorbents? Stud. Surf. Sci. Catal. 160, 49-56 (2006).
  12. Trachta, M., Bludsky, O., Cejka, J., Morris, R. E., Nachtigall, P. From Double-Four-Ring Germanosilicates to New Zeolites: In Silico Investigation. Chemphyschem. 15 (14), 2972-2976 (2014).
  13. Wheatley, P., et al. Zeolites with continuously tuneable porosity. Angew. Chem. Int. Ed. 53 (48), 13210-13214 (2014).

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रसायन विज्ञान अंक 110 zeolites संश्लेषण ADOR तंत्र porosity germanosilicate सिलिका
ADOR (विधानसभा-Disassembly-संगठन-दुबारा जोड़ना) मार्ग का उपयोग कर Zeolites के संश्लेषण
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Wheatley, P. S., Čejka, J., Morris, R. E. Synthesis of Zeolites Using the ADOR (Assembly-Disassembly-Organization-Reassembly) Route. J. Vis. Exp. (110), e53463, doi:10.3791/53463 (2016).

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