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Chemistry

निर्माण और तेजी से सुपरक्रिटिकल निष्कर्षण के माध्यम से तैयार उत्प्रेरक Aerogels का परीक्षण

Published: August 31, 2018 doi: 10.3791/57075
Automatic Translation
*1, *1, 1, 2, *2
1Department of Mechanical Engineering, Union College, 2Department of Chemistry, Union College
* These authors contributed equally

Summary

यहां हम धातु प्रजातियों को सिलिका और एल्यूमिना aerogel प्लेटफार्मों में शामिल करके उत्प्रेरक aerogels तैयार करने और परीक्षण करने के लिए प्रोटोकॉल प्रस्तुत करते हैं । तांबे लवण और तांबे युक्त नैनोकणों का उपयोग कर सामग्री तैयार करने के लिए तरीके चित्रित कर रहे हैं । उत्प्रेरक परीक्षण प्रोटोकॉल तीन तरह catalysis अनुप्रयोगों के लिए इन aerogels की प्रभावशीलता प्रदर्शित करता है ।

Abstract

धातु प्रजातियों को सिलिका और एल्यूमिना aerogel प्लेटफार्मों में शामिल करके उत्प्रेरक aerogels तैयार करने और परीक्षण करने के लिए प्रोटोकॉल प्रस्तुत किए गए हैं । तीन तैयारी विधियों का वर्णन किया गया है: (क) एक गर्भवती विधि का उपयोग कर सिलिका या एल्यूमिना गीला जैल में धातु लवण का निगमन; (ख) एक सह प्रणेता विधि का उपयोग कर एल्यूमिना गीला जैल में धातु लवण का निगमन; और (ग) धातु नैनोकणों के अतिरिक्त एक सिलिका aerogel प्रणेता मिश्रण में सीधे. तरीकों एक हाइड्रोलिक गर्म प्रेस, जो तेजी के लिए अनुमति देता है का उपयोग (< 6 ज) सुपरक्रिटिकल निष्कर्षण और कम घनत्व के aerogels में परिणाम (०.१० ग्राम/एमएल) और उच्च सतह क्षेत्र (200-800 एम2/g) । जबकि यहां प्रस्तुत काम तांबे लवण और तांबे नैनोकणों के उपयोग पर केंद्रित है, दृष्टिकोण अंय धातु लवण और नैनोकणों का उपयोग कर कार्यांवित किया जा सकता है । ऑटोमोटिव प्रदूषण शमन के लिए इन aerogels की तीन तरह की उत्प्रेरक क्षमता के परीक्षण के लिए एक प्रोटोकॉल भी प्रस्तुत किया गया है । इस तकनीक का उपयोग करता है कस्टम निर्मित उपकरण, संघ उत्प्रेरक Testbed (UCAT), जिसमें एक नकली निकास मिश्रण एक नियंत्रित तापमान और प्रवाह दर पर एक aerogel नमूना पर पारित किया है । प्रणाली उत्प्रेरक aerogels की क्षमता को मापने में सक्षम है, दोनों ऑक्सीकरण और शर्तों को कम करने, सह परिवर्तित करने के लिए, नहीं और unburnेड हाइड्रोकार्बन (HCs) कम हानिकारक प्रजातियों (co2, H2ओ और एन2) के लिए । उदाहरण उत्प्रेरक परिणाम वर्णित aerogels के लिए प्रस्तुत कर रहे हैं ।

Introduction

सिलिका और एल्यूमिना-आधारित aerogels में उल्लेखनीय गुण होते हैं, जिनमें कम घनत्व, उच्च porosity, उच्च सतह वाला क्षेत्र, अच्छा थर्मल स्थिरता और कम थर्मल चालकता1शामिल है । इन गुणों aerogel सामग्री1,2आवेदनों की एक किस्म के लिए आकर्षक रेंडर । एक आवेदन है कि थर्मल स्थिरता और aerogels के उच्च सतह क्षेत्र का शोषण विषम catalysis है; कई लेख इस क्षेत्र में साहित्य की समीक्षा2,3,4,5। वहाँ aerogel आधारित उत्प्रेरक के निर्माण के लिए कई दृष्टिकोण हैं, शामिल या एक सिलिका या एल्यूमिना aerogel के ढांचे के भीतर उत्प्रेरक प्रजातियों के फंसाने5,6,7, 8,9,10,11. वर्तमान काम तेजी से सुपरक्रिटिकल निष्कर्षण (RSCE) और मोटर वाहन प्रदूषण शमन के लिए aerogel सामग्री के उत्प्रेरक परीक्षण के माध्यम से तैयारी के लिए प्रोटोकॉल पर केंद्रित है, और उदाहरण के रूप में तांबे युक्त aerogels का उपयोग करता है ।

तीन तरह के उत्प्रेरक (TWCs) सामांयतः गैसोलीन इंजन के लिए प्रदूषण शमन उपकरण में कार्यरत है12। आधुनिक TWCs प्लैटिनम, पैलेडियम और/या रोडियाम, प्लैटिनम समूह धातुओं (PGMs) है कि दुर्लभ है और इसलिए, महंगा है और पर्यावरण की दृष्टि से प्राप्त महंगा होते हैं । अधिक आसानी से उपलब्ध धातुओं के आधार पर उत्प्रेरक सामग्री महत्वपूर्ण आर्थिक और पर्यावरणीय लाभ होगा ।

Aerogels1तरीकों की एक किस्म का उपयोग कर गीला जैल से तैयार किया जा सकता है । लक्ष्य को ताकना पतन से बचने के रूप में विलायक जेल से हटा दिया जाता है । इस प्रोटोकॉल में कार्यरत प्रक्रिया एक रैपिड सुपरक्रिटिकल निष्कर्षण (RSCE) विधि है जिसमें निष्कर्षण एक प्रोग्राम हाइड्रोलिक गर्म प्रेस13,14,15में एक धातु मोल्ड के भीतर सिमटा जेल से होता है, 16. सिलिका aerogel monoliths के निर्माण के लिए इस RSCE प्रक्रिया का उपयोग पहले एक17प्रोटोकॉल, जिसमें अपेक्षाकृत कम तैयारी समय इस दृष्टिकोण के साथ जुड़े पर बल दिया गया था में प्रदर्शन किया गया है । सुपरक्रिटिकल co2 निष्कर्षण एक अधिक आम दृष्टिकोण है, लेकिन अधिक समय लगता है और सॉल्वैंट्स के अधिक से अधिक उपयोग की आवश्यकता है (2सह सहित) RSCE से । अंय समूहों ने हाल ही में सुपरक्रिटिकल CO2 निष्कर्षण18,19,20का उपयोग aerogels के प्रकार की एक किस्म की तैयारी के लिए प्रोटोकॉल प्रकाशित किया है ।

यहाँ, निर्माण के लिए प्रोटोकॉल और उत्प्रेरक के प्रकार की एक किस्म का परीक्षण तांबे से युक्त उत्प्रेरक aerogels प्रस्तुत कर रहे हैं । कोई कमी और कार्बन के सह ऑक्सीकरण गतिविधि रैंकिंग के आधार पर ब्याज की शर्तों के तहत आधार धातु उत्प्रेरक समर्थित ऑटोमोटिव प्रदूषण शमन Kapteijn एट अल द्वारा प्रदान की गई । 21, कॉपर इस काम के लिए उत्प्रेरक धातु के रूप में चुना गया था । निर्माण दृष्टिकोण शामिल है (क) एल्यूमिना या सिलिका गीला जैल11में तांबे लवण का छोटा सा भूत (), (ख) तांबे का उपयोग (II) और एल्यूमीनियम लवण के रूप में सह-पुरोगामी (co-P) जब निर्माण तांबे-एल्यूमिना aerogels6,22, और (ग) entrapping तांबे-युक्त नैनोकणों में एक सिलिका aerogel मैट्रिक्स के दौरान निर्माण10. प्रत्येक मामले में, एक RSCE विधि गीला जेल मैट्रिक्स के pores से विलायक को हटाने के लिए प्रयोग किया जाता है13,14,15।

मोटर वाहन प्रदूषण शमन के लिए TWCs के रूप में इन सामग्रियों की उपयुक्तता के आकलन के लिए एक प्रोटोकॉल, संघ उत्प्रेरक Testbed (UCAT)23का उपयोग कर, भी प्रस्तुत की है । UCAT प्रणाली, जिनमें से मुख्य भाग के उद्देश्य से चित्र 1में योजनाबद्ध ढंग से दिखाए जाते हैं, को रासायनिक, थर्मल अनुकरण है, और प्रवाह की स्थिति एक ठेठ गैसोलीन इंजन उत्प्रेरक कनवर्टर में अनुभवी । एक नियंत्रित तापमान और प्रवाह की दर पर एक aerogel नमूना पर एक नकली निकास मिश्रण गुजर द्वारा UCAT कार्य करता है । aerogel नमूना एक २.२५ सेमी व्यास ट्यूबलर पैक बिस्तर प्रवाह सेल ("परीक्षण अनुभाग") है, जो दो स्क्रीन के बीच नमूना शामिल है में भरी हुई है । लोड फ्लो सेल एक ओवन में रखा है निकास गैस और उत्प्रेरक तापमान, और इलाज निकास के नमूनों को नियंत्रित करने के लिए (यानी निकास पैक बिस्तर के माध्यम से प्रवाहित) और अनुपचारित गैस (यानी पैक बिस्तर को दरकिनार) तापमान की एक सीमा पर जांच कर रहे है अप करने के लिए ७०० ˚ग. तीन प्रमुख प्रदूषकों की सांद्रता--सह, नहीं, और unburnेड हाइड्रोकार्बन (HCs)-aerogel उत्प्रेरक द्वारा इलाज किया जा रहा है के बाद एक पांच गैस विश्लेषक का उपयोग कर मापा जाता है और, अलग से, एक अनुपचारित में ("बाईपास") प्रवाह; इन आंकड़ों से प्रत्येक प्रदूषक के लिए "प्रतिशत रूपांतरण" की गणना की जाती है. परीक्षण के लिए यहां वर्णित है, एक व्यावसायिक रूप से उपलब्ध निकास मिश्रण, कैलिफोर्निया मोटर वाहन मरंमत (बार) ९७ कम उत्सर्जन मिश्रण के ब्यूरो कार्यरत था । UCAT's डिजाइन और कामकाज का पूरा विवरण ब्रूनो एट अल.23 में प्रस्तुत कर रहे हैं

Figure 1
चित्र 1. UCAT परीक्षण अनुभाग और नमूना प्रणाली । 2016-01-0920 (ब्रूनो एट अल से अनुमति के साथ पुनर्मुद्रित । २३), यसको २०१६ SAE अन्तर्राष्ट्रिय लागि हो । इस सामग्री के आगे वितरण SAE से पूर्व अनुमति के बिना अनुमति नहीं है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

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Protocol

सुरक्षा विचार: रासायनिक समाधान के साथ तैयारी काम करते समय और गीला जैल या उत्प्रेरक aerogel सामग्री हैंडलिंग जब हर समय पर सुरक्षा चश्मा या काले चश्मे और प्रयोगशाला दस्ताने पहनते हैं । संभाल propylene ऑक्साइड, tetramethyl orthosilicate (TMOS), इथेनॉल, मेथनॉल, अमोनिया, नैनोकणों और समाधान एक धुएं हुड के भीतर इनमें से किसी भी युक्त । उनके साथ काम करने से पहले, नैनोकणों सहित सभी रसायनों के लिए सुरक्षा डेटा पत्रक (एसडीएस) पढ़ें । aerogel नमूनों को कुचलने और परीक्षण सेल के लदान और उतराई के दौरान जब एक कण मुखौटा पहनते हैं । हाइड्रोलिक गर्म प्रेस या उत्प्रेरक परीक्षण बिस्तर ऑपरेटिंग जब सुरक्षा चश्मे या चश्मे पहनें । वापस लंबे बाल टाई और ढीले कपड़े (स्कार्फ, उदाहरण के लिए) जब गर्म प्रेस के साथ काम नहीं पहनते हैं । के रूप में हमारे पिछले प्रोटोकॉल17में उल्लेख किया है, गर्म प्रेस के आसपास एक सुरक्षा कवच को रोजगार, ठीक से गर्म प्रेस वेंट और कुछ है कि वहां कोई प्रज्वलन स्रोतों पास कर रहे हैं । परीक्षण बिस्तर और सभी गैस निकास के सही वेंटिलेशन प्रदान करें और. ऑपरेटर उत्प्रेरक परीक्षण बिस्तर के साथ जुड़े अंतरिक्ष में कोई और सह गैस पर नज़र रखता है । ओवन दस्ताने पहनते है जब हटाने या एक गर्म परीक्षण सेल की जगह ।

1. तांबा-कॉपर सोल जैल का उपयोग कॉपर लवण का निर्माण

नोट: एल्यूमिना-तांबे (Al-घन) सोल जैल के लिए व्यंजन विधि 1 टेबलमें दिखाई जाती है । सभी समाधान तैयारी एक धुएं हुड के भीतर प्रदर्शन कर रहे हैं ।

  1. रिएजेंट और अन्य आपूर्ति तैयार
    1. इकट्ठा reagent की जरूरत: एल्यूमिनियम क्लोराइड hexahydrate, कॉपर नाइट्रेट trihydrate, propylene ऑक्साइड, एजेंट ग्रेड इथेनॉल, और निरपेक्ष इथेनॉल ।
    2. आपूर्ति की जरूरत प्राप्त: स्वच्छ और शुष्क यूरिन (२ २५०-एमएल); स्वच्छ, शुष्क, चुंबकीय हलचल बार; ५०-या १००-एमएल स्नातक सिलेंडर; १ १०-एमएल hypodermic सिरिंज; एक तुले डिजिटल संतुलन ।
    3. एक छोटी सी प्रयोगशाला-स्केल sonicator प्राप्त करें और पानी को भरने के लिए लाइन से जोड़कर उपयोग के लिए तैयार है और यह सुनिश्चित करना है कि दोनों यूरिन पर tipping बिना sonicator में रखा जा सकता है ।
  2. एक गर्भवती विधि (अल घन छोटा सा भूत) के माध्यम से एल्यूमिना-कॉपर सोल जैल संश्लेषित
    1. एक नपे डिजिटल संतुलन का उपयोग कर, बाहर एल्यूमीनियम क्लोराइड hexahydrate के ५.९२ ग्राम वजन, और २५० मिलीलीटर चोंच में जोड़ें । एजेंट ग्रेड इथेनॉल के ४० मिलीलीटर और एक ही २५० मिलीलीटर चोंच के लिए एक हलचल बार जोड़ें । तेल फिल्म और मध्यम गति से उभार के लिए चुंबकीय प्लेट पर जगह के साथ चोंच कवर जब तक एल्यूमीनियम नमक (लगभग 15 मिनट) भंग कर दिया है । चुंबकीय प्लेट और उजागर से चोंच निकालें ।
    2. propylene ऑक्साइड की बोतल पर पट को पियर्स करने के लिए 10 एमएल सिरिंज का इस्तेमाल करें और २५० एमएल के यूरिन में 8 एमएल का propylene ऑक्साइड डालें । चोंच और मध्यम गति पर सरगर्मी के लिए चुंबकीय प्लेट पर जगह पर तेल फिल्म बदलें जब तक समाधान gelled है (लगभग 5 मिनट) । चुंबकीय प्लेट से चोंच निकालें और 24 ज के लिए कमरे के तापमान पर उम्र के लिए जेल की अनुमति दें ।
    3. एक नपे डिजिटल संतुलन का उपयोग कर, तांबे नाइट्रेट के १.४ ग्राम बाहर वजन trihydrate और एक चोंच में जोड़ें । चोंच में निरपेक्ष इथेनॉल के ४० मिलीलीटर जोड़ें । sonicator और sonicate में चोंच को तब तक रखें जब तक कि तांबे का नमक घुल न जाए (लगभग 10 मिनट) ।
    4. एल्यूमिना जेल से किसी भी अतिरिक्त विलायक डालो, हलचल बार निकालें और जेल कई टुकड़ों में तोड़ (प्रति पक्ष 5-10 mm) एक रंग का उपयोग कर । जेल से युक्त चोंच में तांबे समाधान डालो । आयल फिल्म के साथ चोंच कवर, और 24 घंटे के लिए कमरे के तापमान पर जेल की अनुमति ।
    5. अधिक विलायक बंद डालो और ताजा निरपेक्ष इथेनॉल के ४० मिलीलीटर जोड़ें । चोंच पर आयल फिल्म बदलें, और कमरे के तापमान पर एक और 24 घंटे के लिए जेल की अनुमति ।
    6. अतिरिक्त propylene ऑक्साइड (रिएजेंट) को हटाने और कोई भी प्रतिक्रिया प्रतिफल6को सुनिश्चित करने के लिए चरण 1.2.5 को दोहराएँ ।
    7. आगे बढ़ने के लिए चरण 3 (Aerogels... में प्रसंस्करण ...) aerogels उपज के लिए गीला जैल से विलायक के सुपरक्रिटिकल निष्कर्षण प्रदर्शन करने के लिए ।
  3. एक सह-अग्रदूत विधि (अल घन पुलिस) के माध्यम से एल्यूमिना-कॉपर सोल जैल संश्लेषित
    1. एक नपे डिजिटल संतुलन का उपयोग कर, बाहर एल्यूमीनियम क्लोराइड hexahydrate के ४.५२ ग्राम, और तांबे नाइट्रेट के १.४ ग्राम trihydrate । इन साल्ट को एक साफ २५० एमएल वाला यूरिन में डालें । एजेंट ग्रेड इथेनॉल के ४० मिलीलीटर और २५० मिलीलीटर चोंच के लिए एक हलचल बार जोड़ें । तेल फिल्म और मध्यम गति से उभारने के लिए चुंबकीय प्लेट पर जगह के साथ चोंच कवर जब तक एल्यूमीनियम और तांबे लवण (लगभग 15 मिनट) भंग कर दिया है । चुंबकीय प्लेट और उजागर से चोंच निकालें ।
    2. propylene ऑक्साइड की बोतल पर पट को पियर्स करने के लिए 10 एमएल सिरिंज का इस्तेमाल करें, और २५० एमएल वाले यूरिन में ९.५ एमएल propylene ऑक्साइड डालें । चुंबकीय प्लेट पर तेल फिल्म चोंच और जगह पर बदलें । हलचल जब तक समाधान gelled है (15-20 मिनट) । चुंबकीय प्लेट से चोंच निकालें और 24 ज के लिए कमरे के तापमान पर उम्र के लिए जेल की अनुमति दें ।
    3. जेल से किसी भी अतिरिक्त विलायक डालो, और कई टुकड़ों में जेल तोड़ (प्रति पक्ष 5-10 mm) एक रंग का उपयोग कर । चोंच के लिए ताजा निरपेक्ष इथेनॉल के ४० मिलीलीटर जोड़ें, आयल फिल्म के साथ २५० मिलीलीटर चोंच कवर, और 24 घंटे के लिए कमरे के तापमान पर जेल की अनुमति ।
    4. अधिक विलायक बंद डालो और ताजा निरपेक्ष इथेनॉल के ४० मिलीलीटर जोड़ें । चोंच पर आयल फिल्म बदलें और कमरे के तापमान पर एक और 24 घंटे के लिए जेल की अनुमति ।
    5. दोहराएँ चरण 1.3.4. आदेश में अतिरिक्त propylene ऑक्साइड और किसी भी प्रतिक्रिया को दूर करने के लिए एक बार कम ।
    6. Aerogels... में कदम 3 (प्रसंस्करण ...) के लिए आगे बढ़ें Aerogels उपज के लिए गीला जैल से विलायक के सुपरक्रिटिकल निष्कर्षण प्रदर्शन करने के लिए ।

2. सिलिका तांबे सोल जैल तांबे लवण का उपयोग का निर्माण

नोट: तालिका 2में सिलिका-कॉपर (Si-घन) सोल जैल के लिए नुस्खा दिखाया गया है । सभी समाधान तैयारी एक धुएं हुड के भीतर प्रदर्शन कर रहे हैं ।

  1. रिएजेंट और अन्य आपूर्ति तैयार
    1. इकट्ठा रिएजेंट की जरूरत: tetramethyl orthosilicate (TMOS), मेथनॉल, जल, अमोनिया, तांबा नाइट्रेट trihydrate, और निरपेक्ष इथेनॉल ।
    2. १४.८-मीटर केंद्रित अमोनिया के कमजोर १०.१ मिलीलीटर द्वारा १.५-मीटर अमोनिया समाधान के १०० मिलीलीटर के लिए पानी के साथ १०० मिलीलीटर ।
    3. प्राप्त आपूर्ति की जरूरत: स्वच्छ और शुष्क यूरिन (सहित १ २५०-एमएल और १ १००-एमएल चोंच); नपे चर-वॉल्यूम पिपेट (१ १०००-µ l और एक १०.०-एमएल डिजिटल पिपेट उपयुक्त सुझावों के साथ अनुशंसित); १ ५०-एमएल या १००-एमएल स्नातक सिलेंडर; एक तुले डिजिटल संतुलन ।
    4. लघु प्रयोगशाला-स्केल sonicator प्राप्त करें और पानी को भरने के लिए लाइन से जोड़कर उपयोग के लिए तैयार है और यह सुनिश्चित करना है कि दोनों यूरिन पर tipping बिना sonicator में रखा जा सकता है ।
  2. एक गर्भवती विधि के माध्यम से संश्लेषित सिलिका-कॉपर सोल जेल (Si-घन छोटा सा भूत)
    1. पिपेट ८.५ मिलीलीटर में TMOS के २५० मिलीलीटर चोंच । एक एेसे सिलेंडर का उपयोग कर २५०-एमएल यूरिन के लिए २७.५ मिलीलीटर मेथनॉल जोड़ें । २५०-एमएल यूरिन में ३.६ मिलीलीटर पानी की पिपेट । कवर २५०-एमएल आयल फिल्म के साथ चोंच और मिश्रण sonicate जब तक यह एक monophasic समाधान (5-10 मिनट) है, तो उजागर ।
    2. २५०-एमएल यूरिन में १.५-एम एनएच3 का पिपेट १.३५ एमएल है । चोंच और sonicate पर आयल फिल्म बदलें जब तक जमाना (लगभग 2 मिनट) होता है । जेल की अनुमति दें 24 घंटे के लिए कमरे के तापमान पर उंर के लिए ।
    3. एक नपे डिजिटल संतुलन का उपयोग कर, तांबे नाइट्रेट के ०.५५ ग्राम बाहर वजन trihydrate और एक १०० मिलीलीटर चोंच में जोड़ें । १००-एमएल यूरिन के लिए निरपेक्ष इथेनॉल के 20 मिलीलीटर जोड़ें । प्लेस १००-sonicator और sonicate में मिलीलीटर चोंच जब तक तांबे नमक पूरी तरह से भंग कर दिया है (लगभग 10 मिनट) ।
    4. सिलिका जेल तोड़ कई टुकड़ों में (प्रति पक्ष 5-10 मिमी) एक रंग का उपयोग कर, और तांबे के समाधान के लिए २५०-मिलीलीटर जेल युक्त चोंच जोड़ें । चोंच पर आयल फिल्म बदलें और जेल की अनुमति दें 24 घंटे के लिए कमरे के तापमान पर उंर के लिए ।
    5. अधिक विलायक बंद डालो और ताजा निरपेक्ष इथेनॉल के 20 मिलीलीटर जोड़ें । यूरिन पर आयल फिल्म बदलें और एक और 24 ज के लिए उम्र के लिए जेल की अनुमति दें ।
    6. दोहराएँ चरण 2.2.5. एक बार में कम ।
    7. Aerogels... में कदम 3 (प्रसंस्करण ...) के लिए आगे बढ़ें Aerogels उपज के लिए गीला जैल से विलायक के सुपरक्रिटिकल निष्कर्षण प्रदर्शन करने के लिए ।

3. प्रसंस्करण एल्यूमिना-तांबे और सिलिका-कॉपर सोल जैल तेजी से सुपरक्रिटिकल निष्कर्षण के माध्यम Aerogels में तांबे लवण का उपयोग कर बनाया

  1. गर्म प्रेस और मोल्ड तैयार
    1. एक उचित आकार स्टेनलेस स्टील मोल्ड प्राप्त करें । उदाहरण के लिए, एक १२.७ cm x १२.७ cm x १.८ cm चार परिपत्र कुओं के साथ ढालना व्यास में ३.८ सेमी और गहराई में १.५ सेमी मापने ।
    2. गैसकेट सामग्री तैयार करते हैं । काटने के आकार में पर्याप्त (इस उदाहरण में, > 12.7 सेमी x > 12.7 सेमी) १.६-mm-मोटी ग्रेफाइट गैसकेट सामग्री और ०.०१२ मिमी मोटी स्टेनलेस स्टील पन्नी से मोल्ड कवर के लिए सील गैसकेट ।
    3. कार्यक्रम इथेनॉल निष्कर्षण के लिए गर्म प्रेस, मानकों के लिए तालिका 3 देखें ।
  2. गर्म प्रेस में सुपरक्रिटिकल निष्कर्षण प्रदर्शन
    1. गीला जैल (कदम 1.2.6, 1.3.5 या 2.2.6) की तैयारी और इथेनॉल विनिमय के बाद, खिचड़ी भाषा अतिरिक्त विलायक ।
    2. मोल्ड के कुओं में गीला सोल जैल वितरित, और गर्म प्रेस हीटिंग प्लेट पर मोल्ड केंद्र । पूर्ण इथेनॉल के साथ एक अच्छी तरह से ऊपर ।
    3. जगह गैसकेट सामग्री, मोल्ड सील करने के लिए इस्तेमाल किया, मोल्ड के शीर्ष पर: स्टेनलेस स्टील पंनी पहले, तो ग्रेफाइट शीट ।
    4. गर्म प्रेस निष्कर्षण कार्यक्रम शुरू करो ।
    5. एक बार प्रक्रिया (लगभग 5 घंटे) पूरा हो गया है, गर्म प्रेस से मोल्ड हटा दें । मोल्ड से गैसकेट सामग्री निकालें, और नमूना कंटेनरों में aerogels हस्तांतरण ।

4. तांबे का निर्माण-Nanoparticle-मैगनीज सिलिका Aerogel Monoliths (Si-घन एनपी)

  1. रिएजेंट और आपूर्ति तैयार
    1. एजेंट इकट्ठा: TMOS, मेथनॉल, जल, 25-५५-एनएम आकार तांबे (द्वितीय) ऑक्साइड नैनोकणों 20 wt% पर पानी में फैलाया, और १.५-M जलीय अमोनिया समाधान (के रूप में कदम 2.1.2 में वर्णित है.) । विभिंन प्रकार (ऑक्सीकरण राज्यों, आकार) और नैनोकणों की एकाग्रता नुस्खा के समायोजन के साथ इस्तेमाल किया जा सकता है ।
    2. तैयार आपूर्ति: स्वच्छ और शुष्क यूरिन (१ २५० मिलीलीटर और १ १०० मिलीलीटर सहित); नपे चर-मात्रा पिपेट (१ १०-एमएल और १ १,०००-µ एल डिजिटल पिपेट उचित सुझावों के साथ) की सिफारिश कर रहे हैं; डिस्पोजेबल पाश्चर पिपेट; एक तुले डिजिटल संतुलन ।
    3. लघु प्रयोगशाला-स्केल sonicator प्राप्त करें और पानी को भरने के लिए लाइन से जोड़कर उपयोग के लिए तैयार है और यह सुनिश्चित करना है कि दोनों यूरिन पर tipping बिना sonicator में रखा जा सकता है ।
  2. गर्म प्रेस और मोल्ड तैयार
    1. तैयार उचित आकार इस्पात मोल्ड । इस उदाहरण में, एक १२.७ cm x १२.७ cm x १.९०५-सेमी मोल्ड, नौ परिपत्र के साथ १.९०५ के कुओं के माध्यम से मुख्यमंत्री व्यास. उच्च तापमान स्नेहक के साथ स्प्रे कुओं प्रसंस्करण के बाद aerogels को हटाने की सुविधा के लिए ।
    2. गैसकेट सामग्री तैयार करते हैं । इकट्ठा १.६-mm-मोटी ग्रेफाइट गैसकेट सामग्री और ०.०१२-mm-मोटी स्टेनलेस स्टील पंनी और हर आकार में पर्याप्त के तीन टुकड़े काट मोल्ड कवर करने के लिए पूरी तरह से (इस उदाहरण में, > 12.7 सेमी x > 12.7 सेमी) ।
    3. कार्यक्रम सील और निष्कर्षण के लिए गर्म प्रेस । तालिका 4 और तालिका 5, क्रमशः, प्रोग्राम मानों के लिए देखें ।
      नोट: सील मोल्ड के खुले नीचे कुओं से बाहर रिसाव से तरल को रोकने के लिए आवश्यक है ।
    4. जगह गैसकेट सामग्री और गर्म प्रेस platens के केंद्र में मोल्ड निंनलिखित क्रम में: ग्रेफाइट, पंनी, मोल्ड, पंनी, ग्रेफाइट । ( तालिका 4में पैरामीटर्स का उपयोग करके) सीलिंग प्रोग्राम प्रारंभ करें ।
  3. Si-घन एनपी Aerogels के लिए प्रणेता समाधान बनाओ
    नोट: 5 wt% तांबे (II) ऑक्साइड नैनोकणों युक्त सिलिका aerogel के लिए नुस्खा 6 तालिका में सूचीबद्ध है । इस नुस्खा के लिए तांबे के विभिंन वजन प्रतिशत मात्रा को शामिल संशोधित किया जा सकता है । सभी समाधान और नियंत्रित किया जाना चाहिए एक धुएं डाकू में मिलाया ।
    1. तुले हुए डिजिटल बैलेंस पर एक साफ २५०-एमएल वाला यूरिन रखें और २५०-एमएल यूरिन में TMOS की लगभग 13 मिलीलीटर पिपेट । TMOS के १३.०४ माम के कुल के लिए पाश्चर पिपेट के साथ आवश्यकतानुसार अतिरिक्त TMOS जोड़ें ।
    2. पिपेट को २५०-एमएल यूरिन में कुल ३२.६३ ग्राम मेथनॉल । पिपेट ३.९० ग्राम २५०-एमएल चोंच में पानी के लिए ।
    3. शेक 20 wt% कॉपर (II) ऑक्साइड nanodispersion को सुनिश्चित करने के लिए जो कोई भी नैनोकणों है जो कि नीचे की ओर है, पुनः निलंबित कर दिया गया है, फिर nanodispersion के पिपेट १.५० g को २५०-एमएल यूरिन के प्रणेता समाधान में । २५०-एमएल चोंच में १.५-मीटर अमोनिया के पिपेट २०० µ एल.
    4. आयल फिल्म के साथ चोंच कवर और 5-10 मिनट के लिए मिश्रण sonicate जब तक यह एक monophasic समाधान है ।
  4. गर्म प्रेस में जमाना और सुपरक्रिटिकल निष्कर्षण प्रदर्शन
    1. सील कार्यक्रम पूरा होने के बाद, शीर्ष गैसकेट निकालें, ध्यान रखने के लिए नहीं मोल्ड ले जाने के लिए । इस बिंदु पर, मोल्ड के नीचे सील किया गया है ।
    2. प्रत्येक अच्छी तरह से प्रणेता समाधान के साथ पूरी तरह भरें ।
      नोट: वहां समाधान पर छोड़ दिया जाएगा । यह छोड़ दिया जा सकता है या xerogels बनाने के लिए परिवेश परिस्थितियों में शुष्क करने के लिए छोड़ा ।
    3. प्लेस पंनी का एक ताजा टुकड़ा तो मोल्ड के शीर्ष पर ग्रेफाइट का एक ताजा टुकड़ा ।
    4. ( तालिका 5में पैरामीटर्स का उपयोग करके) निष्कर्षण प्रोग्राम प्रारंभ करें ।
    5. जब निष्कर्षण कार्यक्रम पूरा हो गया है (लगभग 8 घंटे), गर्म प्रेस से मोल्ड और पाल बांधने की रस्सी सामग्री निकालें । धीरे मोल्ड के ऊपर से पाल बांधने की रस्सी सामग्री छील और इसे त्यागें । ध्यान से एक नमूना एक दस्ताने उंगली का उपयोग कर कंटेनर में प्रत्येक aerogel धक्का ।

5. संघ उत्प्रेरक परीक्षण बिस्तर आपरेटिंग

  1. तैयार और लोड नमूना
    1. हल्के से लगभग 1 में aerogel के लगभग 30 मिलीलीटर क्रश-2 मिमी व्यास एक मोर्टार और मूसल का उपयोग कर टुकड़े । एक पाउडर में aerogel क्रश न करें ।
    2. उत्प्रेरक aerogel एक साफ, सूखे स्नातक सिलेंडर का उपयोग कर टुकड़े के लगभग 30 मिलीलीटर उपाय ।
      नोट: aerogels गर्मी उपचार के साथ हटना होगा, तो यह सुनिश्चित करें कि वहां aerogel गर्मी उपचार के बाद परीक्षण के लिए उपलब्ध की 15-20 मिलीलीटर है आवश्यक है ।
    3. चीनी मिट्टी crucibles में aerogel प्लेस, crucibles ढीला कवर, और एक भट्ठी में calcine ८०० ˚ सी में 24 घंटे के लिए ।
    4. भट्ठी से crucibles निकालें और शांत हो जाओ ।
    5. aerogel के 20 मिलीलीटर उपाय और एक साफ, शुष्क UCAT परीक्षण अनुभाग में डाल और परीक्षण के दौरान जगह में नमूना बनाए रखने के लिए एक अंत स्क्रीन डालें ।
    6. तांबा वाशर और सील करने के लिए clamps का उपयोग कर UCAT विधानसभा में परीक्षण अनुभाग लोड करें । UCAT ओवन को सुरक्षित रूप से बंद करें ।
      नोट: ओवन क्षति या बिजली के शॉर्ट सर्किट से बचने के लिए, सुनिश्चित करें कि परीक्षण अनुभाग ओवन की आंतरिक दीवार से संपर्क नहीं करता है ।
  2. संघ उत्प्रेरक परीक्षण बिस्तर तैयार
    1. जांच करें कि सीओ और कोई डिटेक्टरों पर और काम कर रहे हैं ।
    2. नकली निकास गैस की आपूर्ति की जाँच करें । परीक्षण शुरू करने से पहले नकली निकास बोतल बदलें यदि दबाव ७०० केपीए नीचे है ।
    3. गैस प्रेशर रेगुलेटर को ३४५ केपीए पर सेट करें । ३४५ केपीए के लिए एयर प्रेशर रेगुलेटर सेट करें । रिसाव परीक्षण निकास गैस प्रवाह लाइनों ।
    4. पर बारी और शूंय नपे पांच गैस विश्लेषक । मापने के लिए विश्लेषक सेट करें । 30 मिनट के लिए गर्म करने के लिए पर विश्लेषक छोड़ दें ।
    5. वांछित ओवन तापमान सेट (आमतौर पर २०० ˚ सी पहली पढ़ने के लिए) और ओवन शुरू करते हैं । सुनिश्चित करें कि बाईपास वाल्व परीक्षण सेल के माध्यम से हवा देने के लिए निर्धारित है ।
    6. (warmup के दौरान इस्तेमाल) और नकली निकास (परीक्षण के दौरान इस्तेमाल किया) वांछित अंतरिक्ष वेग बनाए रखने के लिए हवा की सही मात्रा में वितरित करने के लिए जन प्रवाह दर नियंत्रकों को समायोजित करें ।
      नोट: हमारी प्रणाली में यह बस प्रणाली के नियंत्रण कार्यक्रम में वांछित अंतरिक्ष वेग की स्थापना से पूरा किया है । जन प्रवाह नियंत्रकों स्वचालित और चयनित अंतरिक्ष वेग को बनाए रखने के लिए, ओवन तापमान पर आधारित है, आवश्यक मूल्यों के लिए जन flowrates समायोजित कर रहे हैं ।
    7. परीक्षण सेल के माध्यम से गर्म ऊपर/शुद्ध हवा के प्रवाह को चालू करें और परीक्षण सेल के माध्यम से प्रवाह के लिए प्रतीक्षा करने के लिए वांछित परीक्षण के तापमान पर स्थिर (आमतौर पर 30 मिनट) ।
  3. माप ले ।
    1. फिर से पांच गैस विश्लेषक शूंय और बाईपास वाल्व सेट करने के लिए परीक्षण अनुभाग बाईपास प्रवाह भेजें । हवा को गर्म करें/
    2. नकली निकास प्रवाह चालू करें. पांच गैस विश्लेषक रीडिंग (लगभग ९० एस) और रिकॉर्ड बाईपास (नकली निकास बोतल) प्रदूषक सांद्रता को स्थिर करने के लिए अनुमति दें ।
    3. परीक्षण अनुभाग के माध्यम से प्रवाह को निर्देशित करने के लिए बाईपास वाल्व सेट करें । पांच गैस विश्लेषक रीडिंग को स्थिर करने की अनुमति दें (लगभग ३६० s) और रिकॉर्ड नहीं ऑक्सीजन निकास प्रदूषक सांद्रता का इलाज किया ।
    4. मिश्रण करने के लिए ऑक्सीजन के अलावा चालू करें । पांच गैस विश्लेषक रीडिंग को स्थिर करने की अनुमति दें (लगभग ९० s) और रिकॉर्ड के साथ इलाज-ऑक्सीजन निकास प्रदूषक सांद्रता.
    5. बाईपास वाल्व परीक्षण अनुभाग बाईपास के लिए प्रवाह भेजने के लिए सेट करें । पांच गैस विश्लेषक रीडिंग (लगभग ९० एस) और रिकॉर्ड बाईपास (नकली निकास बोतल) प्रदूषक सांद्रता फिर से स्थिर करने के लिए अनुमति दें ।
    6. नकली निकास प्रवाह को बंद कर दें ।
    7. वृद्धि ओवन तापमान अगले वांछित हालत (आमतौर पर ५० ˚ सी उच्च), तो दोहराएँ कदम 5.2.6 करने के लिए 5.3.6. जब तक माप वांछित अधिकतम तापमान (आमतौर पर ६०० ˚ सी) पर पूरा किया गया है जारी रखें ।
  4. केंद्रीय उत्प्रेरक परीक्षण बिस्तर बंद
    नोट: अंतिम बाईपास पूरा करने के बाद (typ पर ६०० ˚ C) परीक्षण पूरा हो गया है. परीक्षण बिस्तर बंद ।
    1. नकली निकास बोतल वाल्व और नियामकों बंद कर दें । ओवन, पांच गैस विश्लेषक और हवा बंद कर दें ।
रासायनिक राशि (गर्भवती विधि) राशि (सह-प्रणेता पद्धति)
AlCl3• 7H2हे ५.९२ छ ४.५२ छ
घन (कोई3)2• 3H2हे १.४ छ १.४ छ
Propylene ऑक्साइड 8 मिलीलीटर ९.५ एमएल
रिएजेंट ग्रेड इथेनॉल ४० एमएल ४० एमएल
निरपेक्ष इथेनॉल १२० एमएल १२० एमएल

तालिका 1. एल्यूमिना-कॉपर सोल जैल तैयार करने की विधि ।

रासायनिक राशि (गर्भवती विधि)
TMOS ८.५ एमएल
MeOH २७.५ एमएल
एच२ओ ३.६ एमएल
१.५-एम एनएच3 १.३५ एमएल
निरपेक्ष इथेनॉल ६० एमएल
घन (कोई3)2• 3H2हे ०.५५ छ

तालिका 2. सिलिका तांबे सोल जैल की तैयारी के लिए नुस्खा ।

कदम तापमान (° c) Temp दर (° c/ बल (केएन) बल दर (केएन/ निवास का समय (min)
1 30 ३०० २०० ३००० ०.२५
2 २५० २.२ २०० -- 30
3 २५० -- ४.५ ४.५ 15
4 30 २.२ ४.५ -- 1
5 अंत

तालिका 3. हॉट प्रेस एल्यूमिना-तांबा और सिलिका तांबे सोल जैल के लिए निष्कर्षण कार्यक्रम मापदंडों ।

कदम तापमान (° c) Temp दर (° c/ बल (केएन) बल दर (केएन/ निवास का समय (min)
1 बंद -- ९० ३००० 10
2 अंत

तालिका 4. गर्म प्रेस कार्यक्रम मापदंडों सील ।

कदम तापमान (° c) Temp दर (° c/ बल (केएन) बल दर (केएन/ निवास का समय (min)
1 30 ३०० १८० ३००० ०.२५
2 २९० १.६ १८० -- 30
3 २९० -- ४.५ ४.५ 15
4 ४० १.६ ४.५ -- 1
5 अंत

तालिका 5. कॉपर-nanoparticle-मैगनीज सिलिका aerogels के लिए गर्म प्रेस निष्कर्षण कार्यक्रम मापदंडों ।

रासायनिक राशि (एमएल) राशि (g)
TMOS १२.७५ १३.०४
मेथनॉल ४१.२५ ३२.६३
पानी ३.९ ३.९
Nanodispersion १.५ १.५
अमोनिया ०.२ ०.१५

तालिका 6. 5 wt% तांबे के निर्माण के लिए नुस्खा-nanoparticle-मैगनीज सिलिका Aerogels ।

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Representative Results

परिणामस्वरूप aerogels के फोटोग्राफिक चित्र चित्र 2में प्रस्तुत किए गए हैं । क्योंकि गीले जैल टुकड़ों में टूट गया विलायक विनिमय से पहले, अल घन छोटा सा भूत और Si-घन छोटा सा भूत aerogels छोटे, अनियमित आकार का अखंड टुकड़े में हैं । यह इन नमूनों की रंगाई से स्पष्ट है कि aerogels तांबे की प्रजातियों में होते हैं और कि तांबे speciation और/या ligand संरचना में भिन्नता सामग्री के भीतर हो. अल घन छोटा सा भूत aerogels (चित्रा 2a) रंग11में हरे-ग्रे करने के लिए लाल दिखाई देते हैं । अल घन सिपाही aerogels (नहीं दिखाया गया है) हरे रंग में ग्रे के लिए हरी हैं । Si-घन छोटा सा भूत aerogels लाल, पीले और हरे रंग के साथ एक विचित्र उपस्थिति है, (चित्रा बी) मनाया । Si-घन एनपी aerogels रंग है कि nanoparticle के वजन प्रतिशत के साथ बदलती है और भी अच्छी तरह से मोल्ड में अच्छी तरह से भिंन है, मोल्ड में विभिंन स्थानों पर अनुभव प्रसंस्करण की स्थिति में कुछ बदलाव का संकेत के साथ अखंड रहे हैं । 10 उदाहरण के लिए, Si-घन NP aerogel monoliths से तैयार घन+ 2 फैलाव पर 3 wt%, और एक ही बैच में संसाधित, पीला, जामुनी, गुलाबी (चित्र 2c) और हरा (नहीं दिखाया गया है) ।

तालिका 7 प्रतिनिधि के रूप में तैयार तांबे युक्त aerogels की भौतिक विशेषताओं को सूचीबद्ध करता है । Si-घन एनपी aerogels के लिए सतह क्षेत्र नैनोकणों वृद्धि का वजन प्रतिशत के रूप में कम हो जाती है, के रूप में एंडरसन एट अल.10 में वर्णित

aerogels में तांबे के फंसाने के सबूत SEM/EDX चित्र 3 की छवियों और 4 चित्राके XRD पैटर्न में दिखाया गया है । आंकड़े 3 ए और बी 1 के SEM/EDX छवियां Si-घन NP aerogel का उपयोग करके तैयार की गई घन+ 2 nanodispersion । एक ca. ४००-एनएम-व्यास तांबा युक्त nanoparticle दिखाया गया है, संकेत है कि मूल nanodispersion में 25 के लिए ५५-एनएम नैनोकणों के कुछ ढेर हुआ है । चित्रा 3 सी छोटे (ca. ५० एनएम) नैनोकणों अल घन छोटा सा भूत aerogel में फैलाया दिखाता है ।

के रूप में तैयार Si-घन छोटा सा भूत और si-घन एनपी aerogels के XRD पैटर्न (4 चित्रा, कम निशान) 2θ = ४३, ५० और ७४डिग्रीपर धातु तांबा करने के लिए इसी चोटियों होते हैं, यह दर्शाता है कि तांबे की प्रजातियों में से alcohothermal कमी RSCE के दौरान हुई जैल10,11के प्रसंस्करण । के रूप में तैयार अल घन छोटा सा भूत aerogel पैटर्न (चित्रा 4, शीर्ष ट्रेस) एल्यूमिना और एक तांबे (द्वितीय)-11प्रजातियों युक्त के pseudoboehmite रूप के अनुरूप XRD चोटियों से पता चलता है । ७०० डिग्रीसेल्सियस से ऊपर गर्मी उपचार के बाद, इन तांबे युक्त aerogels के सभी XRD चोटियों (नहीं दिखाया गया है) तांबे का संकेत (II) ऑक्साइड10,11.

चित्रा 5 में डेटा दर्शाते हैं कि तांबे से युक्त एल्यूमिना aerogels catalyzing प्रतिक्रियाओं में सक्षम हैं जो गैसोलीन इंजन के निकास (CO, not, and HCs) में चिंता के तीन प्रमुख प्रदूषकों में से प्रत्येक को समाप्त कर सकते हैं, जिनका परीक्षण11 . चित्रा 6 तांबे से युक्त सिलिका aerogels10,11 में उत्प्रेरक की क्षमता को दर्शाता है और इस तरह सबूत है कि धातु-मैगनीज aerogels की उत्प्रेरक क्षमताओं मजबूत कर रहे है प्रदान करता है (यानी गतिविधि का प्रदर्शन किया है सक्रिय तांबे प्रजातियों के साथ एक से अधिक aerogel मैट्रिक्स में शामिल) और दर्जी । उत्प्रेरक गतिविधि तांबा (speciation, कण आकार, लोड हो रहा है स्तर, आदि), कैसे तांबे aerogel (गर्भवती, सह अग्रदूत, तांबे नैनोकणों के साथ डोपिंग) और अंतर्निहित aerogel खुद को पेश किया है के विवरण पर निर्भर प्रतीत होता है ( अर्थात सिलिका बनाम एल्यूमिना). कैसे इन मापदंडों और बातचीत उत्प्रेरक प्रदर्शन को प्रभावित करने का ब्यौरा अभी तक अच्छी तरह से समझ में नहीं हैं, लेकिन वे करते है संकेत मिलता है कि वहां विशिष्ट कार्यों के लिए aerogel उत्प्रेरक सिलाई के लिए एक महत्वपूर्ण "डिजाइन अंतरिक्ष" है, और यह कि भविष्य के काम के लिए एक समृद्ध क्षेत्र है । इन परिणामों के आगे चर्चा पहले प्रकाशित काम10,11,23में पाया जा सकता है ।

Aerogel घनत्व (g/mL) सतह क्षेत्र (m2/g)
घन-Si छोटा सा भूत ०.११ ७८० ± ५०
घन-अल छोटा सा भूत ०.०९-०.११ ३९०-४३०
Si-घन एनपी ०.०८-०.१० २००-५००

तालिका 7. के रूप में तैयार Aerogels के लिए प्रतिनिधि शारीरिक लक्षण वर्णन डेटा ।

Figure 2
चित्रा 2 . तांबे युक्त aerogels की फोटोग्राफिक छवियां । (क) अल घन छोटा सा भूत; (ख) Si-घन छोटा सा भूत; (c) Si-घन NP (3 wt% घन+ 2से बनाया गया) । ध्यान दें कि रंग में बदलाव एक ही बैच में गढ़े aerogels के भीतर हो । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 3
चित्रा 3 . SEM माइक्रोग्राफ as-तैयार aerogels. (a) EDX backscattering छवि 3 Si-घन NP (3 wt% घन+ 2से बना) (नीचे दाएं कोने में स्केल बार: ८०० एनएम); (ख) के रूप में नमूना के लिए घन संकेत की EDX छवि (एक) (नीचे दाएं कोने में स्केल बार: ८०० एनएम); (ग) अल के SEM छवि घन छोटा सा भूत aerogel (नीचे बाएं कोने में पैमाने पर पट्टी: २०० एनएम) । सभी 50kX आवर्धन पर लिया छवियां । आंकड़े 3 ए और बी के एंडरसन एट अलसे पुनर्मुद्रित किया गया है । 10 चित्रा 3 सी Tobin एट अलसे पुनर्मुद्रित किया गया है । 11 कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 4
चित्र 4 . के रूप में तैयार aerogels के XRD पैटर्न । अल घन छोटा सा भूत aerogel pseudoboehmite (बी) और एक तांबे (द्वितीय) नमक (एक्स) के क्रिस्टल के सबूत से पता चलता है । एसआई घन aerogels के दोनों प्रकार (छोटा सा भूत और NP) धातु तांबा (घन) के सबूत दिखाओ । नोट x-अक्ष स्केल एक तांबे x-ray स्रोत ट्यूब का उपयोग कर एकत्रित डेटा के लिए प्रतिबिंबित बीम का प्रतिनिधित्व करता है; y-अक्ष स्केल इंगित नहीं क्योंकि प्रतिमान स्पष्टता के लिए ऑफ़सेट हैं । यह आंकड़ा एंडरसन एट अल.10 और Tobin एट अलसे संशोधित किया गया है । 11 कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 5
चित्रा 5 . गर्भवती विधि के माध्यम से तैयार किए गए एक तांबे से युक्त एल्यूमिना aerogel के लिए HCs, सं और कं का रूपांतरण । (क) ऑक्सीजन के अभाव में (३०० पीपीएम नहीं, ०.५% कं, ६.०% सह hc के लिए2 २०० पीपीएम प्रोपेन) और (बी) ऑक्सीजन की उपस्थिति में (०.३६% हे2, २९५ पीपीएम नहीं, ०.४९% सह, ५.९% सह hc के लिए2 १९७ पीपीएम प्रोपेन) । परीक्षण 20 एस के एक अंतरिक्ष वेग-1का उपयोग कर प्रदर्शन किया गया । त्रुटि पट्टियां पांच रन में मानक विचलन का प्रतिनिधित्व करती हैं । लाइनों आंखों के लिए एक सहायता के रूप में शामिल हैं । छायांकित क्षेत्र (नहीं, हरे-बाएं पर सह के लिए भूरे रंग के लिए गुलाबी; HC के लिए नीला और हरे-ग्रे के लिए सही पर सीओ के लिए) एक निष्क्रिय (सिलिका) aerogel के लिए मापा रूपांतरण गतिविधि इंगित करतेहैं । यह आंकड़ा Tobin एट अल से पुनर्मुद्रित है । 11 कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 6
चित्रा 6 . कॉपर-nanoparticle-मैगनीज सिलिका aerogels के लिए नहीं और सह के रूपांतरण । (क) ऑक्सीजन के अभाव में (३०० पीपीएम नहीं, ०.५% कं, ६.०% सह hc के लिए2 २०० पीपीएम प्रोपेन) और (बी) ऑक्सीजन की उपस्थिति में (०.३६% हे2, २९५ पीपीएम नहीं, ०.४९% सह, ५.९% सह hc के लिए2 १९७ पीपीएम प्रोपेन) । परीक्षण 20 एस के एक अंतरिक्ष वेग-1का उपयोग कर प्रदर्शन किया गया । लेजेंड में नोट किए गए के रूप में तीन भिंन प्रकार के नैनोकणों (घन0, घन+ 1, घन+ 2) को वजन प्रतिशत के साथ नियोजित किया गया था । अनसंशोधित सिलिका aerogel और Si-घन छोटा सा भूत aerogels के लिए डेटा भी Tobin एट अल से शामिल हैं । तुलना के लिए 11 । त्रुटि पट्टियां 2 या 3 रन के मानक विचलन का प्रतिनिधित्व करती हैं । लाइनों आंखों के लिए एक सहायता के रूप में शामिल हैं । यह आंकड़ा एंडरसन एट अल से रिप्रिंटेड है । 10

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Discussion

उत्प्रेरक aerogels के निर्माण के लिए RSCE विधि की उपयोगिता और उत्प्रेरक क्षमता का प्रदर्शन करने के लिए UCAT प्रणाली यहां प्रदर्शन किया गया है । अंय तरीकों से अधिक इन प्रोटोकॉल के प्रमुख लाभ RSCE aerogel निर्माण और UCAT द्वारा उत्प्रेरक परीक्षण के लिए अपेक्षाकृत सस्ती दृष्टिकोण की गति कर रहे हैं ।

जैल निकाला जा करने के लिए एक एल्यूमिना या सिलिका गीला जेल मैट्रिक्स में धातु लवण की गर्भवती सहित तरीकों की एक किस्म के माध्यम से तैयार किया जा सकता है, एल्यूमीनियम लवण के साथ सह-अग्रदूतों के रूप में धातु लवण का समावेश, और धातु युक्त नैनोकणों में शामिल सिलिका aerogels. जब गीले जेल pores केवल शराब और पानी (यानी सिलिका प्रोटोकॉल) होते हैं, विलायक विनिमय की आवश्यकता नहीं है । उस मामले में, तरल अग्रदूत मिश्रण सीधे धातु मोल्ड में डाला जा सकता है, जमाना और निष्कर्षण दोनों गर्म प्रेस प्रक्रिया के दौरान होने वाली के साथ, के रूप में पहले कैरोल एट al.17 में और Si-घन एनपी aerogels के लिए इस प्रोटोकॉल में प्रदर्शन किया । हम कुछ हद तक अब गर्म प्रेस की प्रक्रिया का उपयोग सुनिश्चित करने के लिए जमाना निष्कर्षण करने से पहले मोल्ड में होता है । इस दृष्टिकोण में, एक नुस्खा है कि परिवेश की स्थिति के तहत जेल में होगा < 4 h वांछनीय है । वैकल्पिक रूप से, RSCE विधि पूर्व gelled अखंड नमूने से विलायक निकालने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता6,11 या जेल के छोटे टुकड़े, एसआई घन छोटा सा भूत, अल घन छोटा सा भूत और इस प्रोटोकॉल में अल घन पुलिस सोल जैल में के रूप में ।

के रूप में पिछले प्रकाशनों16,17में उल्लेख किया, उचित निरोधक धातु मोल्ड को आपूर्ति बल की स्थापना बहुत सफल RSCE के लिए महत्वपूर्ण है; इस बल मोल्ड आकार और आकार के आधार पर समायोजित किया जाना चाहिए । प्रत्येक गर्म प्रेस एक अधिकतम निरोधक बल है, जो निष्कर्षण प्रति aerogel की प्राप्त मात्रा को सीमित करेगा । जैल और सॉल्वैंट्स RSCE प्रक्रिया के लिए उपयुक्त उन है कि तापमान और दबाव (टी/पी) नियोजित शर्तों का सामना कर सकते है और या तो धातु मोल्ड या गैसकेट सामग्री के साथ प्रतिक्रिया नहीं करने के लिए सीमित हैं । इसके अलावा, टी/पी शर्तों महत्वपूर्ण बिंदु के ऊपर जेल में विलायक (एस) लाना चाहिए, या ढह जैल aerogels के बजाय गठन किया जाएगा । RSCE प्रक्रिया में सिकुड़न की कमी के कारण, खुले नीचे वाले मोल्डों को monoliths बनाना होता है । एक खुले नीचे ढालना सील करने के लिए गर्म प्रेस platens पर प्रणेता मिश्रण के रिसाव को रोकने की आवश्यकता है । बरकरार monoliths अंत आवेदन के लिए आवश्यक नहीं हैं, तो एक बंद नीचे मोल्ड उपयोग में आसानी के लिए सिफारिश की है.

दृष्टिकोण जिसमें नैनोकणों एक आधार के लिए प्रणेता मिश्रण में शामिल हैं-catalyzed की प्रतिक्रिया सिलिका alkoxide पुरोगामी उपज अखंड aerogels एक प्रक्रिया है कि रसायनों के मिश्रण से केवल 8 एच की आवश्यकता है मोल्ड से aerogels को हटाने के लिए 10,17. यह काफी एक बहु-दिन की अवधि, प्रसंस्करण पर सुपरक्रिटिकल सह2 निष्कर्षण (जेल गठन सहित, विलायक एक्सचेंजों द्वारा aerogels की तैयारी के कुल समय की तुलना में कम है) । प्रसंस्करण समय हीटिंग और शीतलक गर्म प्रेस कार्यक्रम24में कार्यरत दरों में वृद्धि से कम के रूप में 3 घंटे के रूप में छोटा किया जा सकता है । एक गर्भवती दृष्टिकोण का उपयोग करें, के रूप में अल घन छोटा सा भूत इस प्रोटोकॉल में प्रदर्शित जैल में, कम से एक विलायक विनिमय की आवश्यकता है, और इस तरह aerogel निर्माण के लिए आवश्यक समग्र समय लंबा । 22 लवण से जैल की तैयारी के लिए epoxide-असिस्टेड विधि की आवश्यकता है एकाधिक विलायक एक्सचेंजों प्रसंस्करण से पहले, आदेश में अतिरिक्त epoxide और प्रतिक्रिया6के शोधकार्य को दूर करने के लिए । फलस्वरूप, हालांकि मिश्रण और जमाना के लिए आवश्यक समय कम है (< 1 h) और RSCE 5 ज में निपुण हो सकते हैं, इस प्रोटोकॉल में वर्णित एल्यूमिना-आधारित aerogels बनाने के लिए कुल मिलाकर समय कई दिनों में विस्तारित किया जाता है ।

यद्यपि इस प्रोटोकॉल में तांबा-युक्त aerogels की तैयारी पर ध्यान केंद्रित किया गया है, इन पद्धतियों में नैनोकणों सहित धातु-युक्त प्रजातियों की एक विस्तृत विविधता, एल्यूमिना-या सिलिका-आधारित aerogels7 में शामिल करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है, 8 , 9. जब नैनोकणों के निलंबन को रोजगार, प्रणेता मिश्रण के भीतर नैनोकणों के बसने परिणामी aerogel सामग्री में गैर वर्दी वितरण में परिणाम हो सकता है । इसके अलावा, aerogel के एक बैच में प्राप्त सामग्री के रंग में बदलाव से संकेत मिलता है कि स्थितियों में सूक्ष्म परिवर्तन कभी कभार प्रसंस्करण के दौरान एक जेल द्वारा अनुभव कर रहे हैं, उदाहरण के लिए, धातु मोल्ड के भीतर विभिन्न स्थितियों में. तांबे से युक्त प्रजातियों के मामले में, तांबे ऑक्सीकरण राज्य में महत्वपूर्ण परिवर्तन और ligand संरचना10,11प्रसंस्करण के दौरान होते हैं, जो आगे अध्ययन योग्यता ।

UCAT प्रणाली23 की शर्तों के तहत उत्प्रेरक aerogels के परीक्षण के लिए अनुमति देता है कि लगभग उन एक मोटर वाहन उत्प्रेरक कनवर्टर में एक ऑटोमोबाइल और परिष्कृत, महंगी वाणिज्यिक परीक्षण के प्रयोगशाला उपयोग की आवश्यकता के बिना सामना करना पड़ा उपकरण. UCAT के निर्माण की लागत लगभग 75k $ था । पता लगाने उन पांच गैस विश्लेषक द्वारा detectable गैसों तक ही सीमित है (co, co2, नहीं, O2, HCs), जो प्रतिक्रिया उत्पादों का एक पूरा आकलन प्रदान नहीं करता है । जब इस प्रोटोकॉल में प्रदर्शित शर्तों के तहत संचालित, कम करने और ऑक्सीकरण स्थितियों के तहत उत्प्रेरक प्रदर्शन का आकलन किया जा सकता है । चल रहे काम humidification और क्षणिक निकास मिश्रण सहित और अधिक विविध शर्तों के तहत परीक्षण की अनुमति के लिए UCAT करने के लिए क्षमताओं को जोड़ने पर केंद्रित है ।

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Disclosures

लेखकों का खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

Acknowledgments

उत्प्रेरक aerogels के लिए संश्लेषण विधियों का विकास राष्ट्रीय विज्ञान फाउंडेशन (NSF) अनुदान सं के माध्यम से वित्त पोषित किया गया । DMR-१२०६६३१. डिजाइन और UCAT के निर्माण NSF अनुदान सं के माध्यम से वित्त पोषित किया गया । CBET-१२२८८५१. केंद्रीय कॉलेज के फैकल्टी रिसर्च फंड द्वारा अतिरिक्त फंडिंग प्रदान की गई । लेखक भी जाकारी Tobin, औड बेचू, रयान Bouck, एडम Forti, और Vinicius सिल्वा के योगदान को स्वीकार करना चाहेंगे ।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Variable micropipettor, 100-1000 µL Manufactured by Eppendorf, purchased from Fisher Scientific www.fishersci.com S304665 Any 100-1000 µL pipettor is suitable.
Variable Pipettor, 2.5-10 mL Manufactured by Eppendorf, purchased from Fisher Scientific www.fishersci.com 21-379-25 Any variable pipettor is suitable.
Pasteur pipettes FisherScientific 13-678-6A
Syringe Purchased from Fisher Scientific Z181390 syringe with Z261297 needle
Digital balance OHaus Explorer Pro Any digital balance is suitable.
Beakers Purchased from Fisher Scientific Any glass beaker is suitable.
Graduated Cylinder Purchased from Fisher Scientific Any glass graduated cylinder is suitable.
Magnetic Plate/Stirrer FisherScientific Isotemp SP88854200P Any magnetic plate/stirrer is suitable.
Ultrasonic Cleaner FisherScientific FS6 153356 Any sonicator is suitable.
Mold Fabricated in House Fabricate from cold-rolled steel or stainless steel.
Hydraulic Hot Press Tetrahedron www.tetrahedronassociates.com MTP-14 Any hot press with temperature and force control will work. Needs maximum temperature of ~550 F and maximum force of 24 tons.
UCAT (Union Catalytic Testbed) Fabricated in House Described in detail in reference #21:  Bruno, B.A., Anderson, A.M., Carroll, M.K., Brockmann, P., Swanton, T., Ramphal, I.A., Palace, T. Benchtop Scale Testing of Aerogel Catalysts. SAE Technical Paper 2016-01-920 (2016).
Bar 97 Gas Praxair MS_BAR97ZA-D7

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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  2. Pierre, A. C., Pajonk, G. M. Chemistry of Aerogels and Their Applications. Chem. Rev. 102 (11), 4243-4266 (2002).
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  4. Vallribera, A., Molins, E. Aerogel Supported Nanoparticles in Catalysis. Nanoparticles and Catalysis. Astruc, D. , Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. Weinheim, Germany. (2007).
  5. Amonette, J. E., Matyas, J. Functionalized silica aerogels for gas-phase purification, sensing, and catalysis: A review. Mircopor. Mesopor. Mater. 250, 100-119 (2017).
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रसायन विज्ञान अंक १३८ Aerogel रैपिड सुपरक्रिटिकल निष्कर्षण सिलिका एल्यूमिना कॉपर साल्ट कॉपर नैनोकणों तीन तरह उत्प्रेरक उत्प्रेरक परीक्षण
निर्माण और तेजी से सुपरक्रिटिकल निष्कर्षण के माध्यम से तैयार उत्प्रेरक Aerogels का परीक्षण
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