Summary
Hier presenteren we protocollen voor het voorbereiden en testen van katalytische aerogels door het opnemen van metaal soorten in silica en aluminiumoxide aerogel platformen. Methoden voor het voorbereiden van materialen met behulp van zouten koper en koper-bevattende nanodeeltjes worden gekenmerkt. Katalytische testprotocollen tonen de effectiviteit van deze aerogels voor drieweg katalyse toepassingen.
Abstract
Protocollen voor het voorbereiden en testen van katalytische aerogels door het opnemen van metaal soorten in silica en aluminiumoxide aerogel platformen worden gepresenteerd. Drie bereidingswijzen worden beschreven: (a) de opneming van metalen zouten in kiezelzuur of aluminiumoxide natte gelen een impregnering methode; (b) de opneming van metalen zouten in natte gels aluminiumoxide met behulp van een voorloper van de co-methode; en (c) de toevoeging van metalen nanodeeltjes rechtstreeks in een silica aerogel voorloper mengsel. De methoden maken gebruik van een hydraulische hot press, dat voorziet in snelle (< 6 h) superkritische extractie en resultaten in aerogels van lage dichtheid (0,10 g/mL) en hoge oppervlakte (200-800 m2/g). Terwijl het werk gepresenteerd hier richt zich op het gebruik van KOPERZOUTEN en koperen nanodeeltjes, kan de aanpak worden geïmplementeerd met andere metalen zouten en nanodeeltjes. Een protocol voor het controleren van de mogelijkheid drieweg katalysator van deze aerogels voor automotive verontreiniging mitigatie is ook gepresenteerd. Deze techniek maakt gebruik van op maat gemaakte apparatuur, de Unie katalytische Testbed (UCAT), waarin een mengsel van gesimuleerde uitlaat over een aerogel monster bij een gecontroleerde temperatuur en stroomsnelheid wordt doorgegeven. Het systeem is geschikt voor het meten van het vermogen van de katalytische aerogels, onder beide oxiderende en vermindering van voorwaarden, als u wilt converteren van CO, niet en onverbrande koolwaterstoffen (HCs) minder schadelijke soorten (CO2, H2O en N2). In het volgende voorbeeld katalytische resultaten worden gepresenteerd voor de aerogels beschreven.
Introduction
Aerogels silica en aluminiumoxide gebaseerde hebben opmerkelijke eigenschappen, met inbegrip van lage dichtheid, hoge poreusheid, hoge oppervlakte, goede thermische stabiliteit en lage thermische geleidbaarheid1. Deze eigenschappen maken de aerogel materialen aantrekkelijk voor een verscheidenheid van toepassingen1,2. Een toepassing die gebruik maakt van de thermische stabiliteit en hoge oppervlakte van aerogels is heterogene katalyse; diverse artikelen bekijken de literatuur in dit gebied2,3,4,5. Er zijn vele benaderingen van de fabricage van aerogel gebaseerde katalysatoren, met inbegrip van de oprichtingsakte of beklemming van katalytische soorten in het kader van een kiezelzuur of aluminiumoxide aerogel5,6,7, 8,9,10,11. Het huidige werk richt zich op protocollen voor bereiding via snelle superkritische extractie (RSCE) en katalytische testen van aerogel materialen voor automotive verontreiniging mitigatie en koper-bevattende aerogels gebruikt als voorbeelden.
Drie-weg katalysator (TWCs) zijn vaak werkzaam in verontreiniging mitigatie apparatuur voor benzine motoren12. Moderne TWCs bevatten platina, palladium en/of rhodium, platina-groep metalen (PGMs), die zeldzaam zijn en dus dure en ecologisch duur te verkrijgen. Katalysator materialen gebaseerd op gemakkelijker verkrijgbaar metalen zou hebben aanzienlijke economische en ecologische voordelen.
Aerogels kan worden bereid uit natte gels met behulp van een verscheidenheid van methode1. Het doel is te voorkomen dat instorting van de porie als oplosmiddel wordt verwijderd uit de gel. Het proces van werkzaamheden in loondienst in dit protocol is een extractiemethode van de snelle superkritische (RSCE) waarin de winning van een gel beperkt binnen een metalen mal in een programmeerbare hydraulische hot press13,14,15plaatsvindt, 16. Het gebruik van dit RSCE proces voor de fabrikatie van silica aerogel monolieten is eerder aangetoond in een protocol17, waarin de relatief korte voorbereidingstijd die zijn gekoppeld aan deze benadering werd benadrukt. Superkritische CO2 extractie is een meer gemeenschappelijke aanpak, maar kost meer tijd en meer gebruik van oplosmiddelen (waaronder CO2) vereist dan RSCE. Andere groepen hebben onlangs gepubliceerd protocollen voor bereiding van een verscheidenheid van aerogels met behulp van superkritische CO2 extractie18,19,20soorten.
Hier worden de protocollen voor het fabriceren en catalytically testen een verscheidenheid van soorten koper-bevattende katalytische aerogels gepresenteerd. Op basis van de vermindering van NO en CO oxidatie activiteit ranking van koolstof-ondersteunde onedel metaal katalysatoren onder omstandigheden van belang auto vervuiling tegengaan geboden door Kapteijn et al. 21, koperen werd geselecteerd als de katalytische metaal voor dit werk. Fabricage benaderingen omvatten a impregneren (IMP) van KOPERZOUTEN in aluminiumoxide of kwartsglas natte gels11, (b) met behulp van copper(II) en aluminium zouten als co precursoren (Co-P) bij het fabriceren van koper-aluminiumoxide aerogels,6,22, en (c) entrapping door de koper-bevattende nanodeeltjes in een silica aerogel matrix tijdens fabricage10. In elk geval een RSCE-methode wordt gebruikt voor de verwijdering van het oplosmiddel uit de poriën van de natte gel matrix13,14,15.
Een protocol voor de beoordeling van de geschiktheid van deze materialen als TWCs voor automotive verontreiniging mitigatie, met behulp van de Unie katalytische Testbed (UCAT)23, wordt ook gepresenteerd. Het doel van het UCAT systeem, belangrijke gedeelten daarvan schematisch in Figuur 1 weergegeven worden, is, de chemische, thermische, simuleren en stromen voorwaarden ervaren in een typische benzine motor-katalysator. De functies van de UCAT door het passeren van een mengsel van gesimuleerde uitlaat over een aerogel monster bij een gecontroleerde temperatuur en debiet tarief. Het monster aerogel is geladen in een stroom van 2,25-cm-diameter buizen verpakt bed cel (""test sectie"", waarin het monster tussen twee schermen). De cel geladen stroom wordt geplaatst in een oven om te controleren de uitlaatgas en katalysator temperatuur en monsters van behandelde uitlaat (d.w.z. uitlaat stroomde door het ingepakte bed) en onbehandelde gas (d.w.z. het omzeilen van het verpakte bed) worden onderzocht op een aantal temperaturen tot 700 ˚C. De concentraties van de drie belangrijkste verontreinigende stoffen--CO, Nee, en onverbrande koolwaterstoffen (HCs)--worden gemeten met behulp van een vijf-gas analyzer na wordt behandeld door de aerogel katalysator en, afzonderlijk, in een onbehandelde stroom (""bypass""); uit deze gegevens wordt de "percentage conversie" "voor elke verontreinigende stof berekend. Voor het testen die hierin worden beschreven, een commercieel beschikbare uitlaat blend, lage emissies California Bureau van Automotive reparatie (BAR) 97 blend werkzaam was. De volledige gegevens van de UCAT's ontwerp en werking worden gepresenteerd in Bruno et al.23
Figuur 1. UCAT Test sectie- en bemonsteringssystemen. Herdrukt met toestemming van 2016-01-0920 (Bruno et al. 23), copyright 2016 SAE International. Verdere verspreiding van dit materiaal is niet toegestaan zonder voorafgaande toestemming van de SAE. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Veiligheidsoverwegingen: Draag veiligheidsbril of laboratorium handschoenen en bril op alle tijden wanneer uitvoeren van voorbereidende werken met chemische oplossingen en bij de behandeling van natte gels of katalytische aerogel materialen. Handvat propyleenoxide, tetramethyl orthosilicate (TMOS), ethanol, methanol, ammoniak, nanodeeltjes en oplossingen met een van deze in een zuurkast. Lees Safety Data Sheets (SDS) voor alle chemische stoffen, met inbegrip van nanodeeltjes, voorafgaand aan het werken met hen. Draag een zwevende masker wanneer aerogel monsters pletten en tijdens het laden en lossen van de meetkamer. Draag veiligheidsbril of bril wanneer de hydraulische hete pers of katalytische proefbank. Tie weer lang haar en draag geen losse kleding (sjaals, bijvoorbeeld) wanneer werken met de hete pers. Zoals opgemerkt in onze vorige protocol17, dienst een schild van de veiligheid rond de hete pers, goed vent de warme druk op en er zeker van zijn dat er geen ontstekingsbronnen in de buurt zijn. Het verstrekken van correcte ventilatie van de proefbank en alle gas uitlaten en NO en CO installeren gas monitoren in de ruimte van de exploitant die zijn gekoppeld aan de katalytische proefbank. Draag handschoenen van de oven wanneer verwijderen of vervangen van een hete meetkamer.
1. fabricage van aluminiumoxide-koper Sol Gels met behulp van zouten van koper
Opmerking: Recepten voor aluminiumoxide-koper (Al-Cu) sol gels zijn vermeld in tabel 1. Alle oplossing voorbereidingen zijn uitgevoerd in een zuurkast.
-
Bereiden van reagentia en andere benodigdheden
- Verzamelen van reagentia nodig: aluminium chloride-hexahydraat, koperen nitraat Trihydraat propyleenoxide, reagens-grade ethanol en absolute ethanol.
- Bevoorraden nodig: schoon en droog zijn bekers (twee 250 mL); schoon, droog en magnetische roer bar; 50 - of 100 mL studeerde aan de cilinder; een 10-mL hypodermische spuit; een digitale evenwicht gekalibreerd.
- Verkrijgen van een kleine laboratoriumschaal ultrasoonapparaat en voorbereiden voor gebruik door toevoeging van water aan de vullijn en ervoor te zorgen dat beide bekers in ultrasoonapparaat kunnen worden gebracht zonder kantelen.
-
Synthetiseren van aluminiumoxide-koper Sol Gels via een impregnering methode (Al-Cu IMP)
- Gebruik een gekalibreerde digitale evenwicht, Weeg 5.92 g van aluminium chloride-hexahydraat, en toevoegen aan het bekerglas van 250 mL. Voeg toe 40 mL reagens-grade ethanol en een roer-bar aan de dezelfde bekerglas van 250 mL. Dek het bekerglas af met paraffine film en plaats op magnetische plaat voor roeren bij matige snelheid totdat het aluminium zout is opgelost (ongeveer 15 min). Neem het bekerglas van magnetische plaat en ontdekken.
- Gebruik de 10 mL spuit om te doorboren het septum op de fles van propyleen oxide en 8 mL van propyleenoxide toevoegen aan het bekerglas van 250 mL. Vervang paraffine film op het bekerglas en de plaats op de magnetische plaat voor roeren bij matige snelheid totdat de oplossing heeft gegeleerde (ongeveer 5 min). Neem het bekerglas van de magnetische plaat en laat gel om leeftijd bij kamertemperatuur gedurende 24 uur.
- Gebruik een gekalibreerde digitale evenwicht, weeg 1.4 g van koperen nitraat Trihydraat en toevoegen aan een bekerglas. Voeg 40 mL absolute ethanol tot het bekerglas. Plaats het bekerglas in het ultrasoonapparaat en bewerk ultrasone trillingen ten tot het koperen zout oplost (ongeveer 10 min).
- Giet van elk overtollige oplosmiddel uit aluminiumoxide gel, verwijderen van de roer bar en breek de gel in verschillende stukken (5-10 mm per zijde) met behulp van een spatel. Giet koperen oplossing in het bekerglas van de gel. Dek bekerglas af met paraffine film, en laat de gel aan leeftijd bij kamertemperatuur gedurende 24 uur.
- Giet af overtollige oplosmiddel en voeg 40 mL verse absolute ethanol. Vervang paraffine film op het bekerglas en de gel om de leeftijd voor een andere 24 h staan bij kamertemperatuur.
- Herhaal stap 1.2.5 ten minste eenmaal om de verwijdering van overtollige propyleenoxide (reagens) en eventuele reactie bijproducten6.
- Gaat u verder met stap 3 (verwerking... tot Aerogels...) superkritische extractie van oplosmiddel uitvoeren vanaf natte gels aerogels opleveren.
-
Synthetiseren van aluminiumoxide-koper Sol Gels via een voorloper van de co-methode (Al-Cu CoP)
- Met behulp van een geijkte digitale evenwicht, weeg 4.52 g aluminium chloride-hexahydraat en 1.4 g van koperen nitraat Trihydraat. Deze zouten toevoegen aan een schoon 250 mL-bekerglas. Voeg toe 40 mL reagens-grade ethanol en een roer-bar aan de bekerglas van 250 mL. Dek het bekerglas af met paraffine film en plaats op magnetische plaat voor roeren bij matige snelheid totdat de aluminium en koper zouten hebben opgelost (ongeveer 15 min). Neem het bekerglas van magnetische plaat en ontdekken.
- Gebruik van de 10 mL spuit te doorboren het septum op de fles van propyleen oxide en 9.5 mL propyleenoxide toevoegen aan het bekerglas van 250 mL. Vervangen van paraffine film op het bekerglas en plaats op magnetische plaat. Roer tot de oplossing heeft gegeleerde (15-20 min). Neem het bekerglas van de magnetische plaat en laat de gel aan leeftijd bij kamertemperatuur gedurende 24 uur.
- Giet alle overtollige oplosmiddel uit gel, en breken de gel in verschillende stukken (5-10 mm per zijde) met behulp van een spatel. Voeg 40 mL verse absolute ethanol aan beaker, cover bekerglas van 250 mL met paraffine film, en laat de gel aan leeftijd bij kamertemperatuur gedurende 24 uur.
- Giet af overtollige oplosmiddel en voeg 40 mL verse absolute ethanol. Vervangen van paraffine film over bekerglas en laat de gel om de leeftijd voor een andere 24 h bij kamertemperatuur.
- Herhaal stap 1.3.4. ten minste eenmaal in om het overtollige Propyleenoxide verwijderen en reactie-bijproducten.
- Gaat u verder met stap 3 (Processing... in Aerogels...) uitvoeren van superkritische extractie van oplosmiddel van natte gels aerogels opleveren.
2. fabricage van Silica-koper Sol Gels met behulp van zouten van koper
Opmerking: Het recept voor silica-koper (Si-Cu) sol gels is weergegeven in tabel 2. Alle oplossing voorbereidingen zijn uitgevoerd in een zuurkast.
-
Bereiden van reagentia en andere benodigdheden
- Verzamelen van reagentia nodig: tetramethyl orthosilicate (TMOS), methanol, gedeïoniseerd water, ammoniak, koperen nitraat Trihydraat en absolute ethanol.
- 100 mL van een 1,5-M ammoniakoplossing maken door verder verdunnen van 10,1 mL geconcentreerde ammonia van 14,8-M met gedeïoniseerd water tot 100 mL.
- Bevoorraden nodig: schoon en droog zijn bekers (met inbegrip van een 250 mL en een bekerglas van 100 mL); gekalibreerd veranderlijk volume pipetten (één 1000-µL en één digitale 10,0 mL-pipet met passende tips worden aanbevolen); een 50 mL of 100 mL afgestudeerd cilinder; een digitale evenwicht gekalibreerd.
- Verkrijgen van kleine laboratoriumschaal ultrasoonapparaat en voorbereiden voor gebruik door toevoeging van water aan de vullijn en ervoor te zorgen dat beide bekers in ultrasoonapparaat kunnen worden gebracht zonder kantelen.
-
Synthetiseren van Silica-koper Sol-Gel via een impregnering methode (Si-Cu IMP)
- Pipetteer 8,5 mL TMOS af in het bekerglas van 250 mL. 27.5 mL methanol toevoegen aan het bekerglas van 250 mL met behulp van een gegradueerde cilinder. Pipetteer 3.6 mL water in het bekerglas van 250 mL. Bekerglas van 250 mL met paraffine film dekken en bewerk ultrasone trillingen ten het mengsel totdat het is een monofasische oplossing (5-10 min), dan ontdekken.
- Pipetteer 1.35 mL 1.5-M NH3 in het bekerglas van 250 mL. Vervang paraffine film op het bekerglas en bewerk ultrasone trillingen ten totdat gelering optreedt (ongeveer 2 min). Laat de gel aan leeftijd bij kamertemperatuur gedurende 24 uur.
- Gebruik een gekalibreerde digitale evenwicht, weeg 0.55 g van koperen nitraat Trihydraat en toevoegen aan een bekerglas van 100 mL. Voeg 20 mL absolute ethanol tot bekerglas van 100 mL. Plaats het bekerglas van 100 mL in het ultrasoonapparaat en bewerk ultrasone trillingen ten totdat koper zout volledig opgelost is (ongeveer 10 min).
- Breek de silicagel in verschillende stukken (5-10 mm per zijde) met behulp van een spatel en voeg Koperoplossing aan de 250 mL-bekerglas de gel. Vervangen van paraffine film over bekerglas en laat de gel aan leeftijd bij kamertemperatuur gedurende 24 uur.
- Giet af overtollige oplosmiddel en Voeg 20 mL verse absolute ethanol. Vervangen van paraffine film over bekerglas en laat gel om de leeftijd voor een andere 24 h.
- Herhaal stap 2.2.5. ten minste eenmaal.
- Gaat u verder met stap 3 (Processing... in Aerogels...) uitvoeren van superkritische extractie van oplosmiddel van natte gels aerogels opleveren.
3. de verwerking van aluminiumoxide-koper en Silica-koper Sol Gels gemaakt met behulp van koper zouten in Aerogels via snelle superkritische extractie
-
Hot Press en schimmel voorbereiden
- Het verkrijgen van een gepaste afmetingen roestvrij staal schimmel. Bijvoorbeeld, een 12,7 x 12,7 cm x 1,8 cm schimmel met vier cirkelvormige putten 3.8 cm in diameter en 1,5 cm diepte meten.
- Pakking materiaal voor te bereiden. Knippen dichting afdichtingen voldoende in grootte de mal om volledig te dekken (in dit voorbeeld > 12,7 cm x > 12,7 cm) van 1.6 mm dik-grafiet pakking materiaal en 0,012-mm dik roestvrij staal folie.
- De hete pers voor ethanol extractie Program, Zie tabel 3 voor parameters.
-
Superkritische extractie uit te voeren in hete pers
- Na bereiding en ethanol uitwisseling van natte gels (stap 1.2.6, 1.3.5 of 2.2.6), decanteren overtollige oplosmiddel.
- De natte sol gels in de putten van de mal, en gecentreerd spreiden de schimmel op de hete pers verwarming plaat. Top uit elk putje met absolute ethanol.
- Pakking materiaal, gebruikt voor het afdichten van de schimmel, op de top van de schimmel plaats: RVS folie eerst, vervolgens de graphite blad.
- Beginnen de warme druk extractie program.
- Zodra het proces is voltooid (ongeveer 5 h), schimmel verwijderen van hot press. Pakking materiaal verwijderen van de mal, en breng aerogels in monster containers.
4. fabricage van koper-Nanoparticle-Doped Silica Aerogel monolieten (Si-Cu NP)
-
Bereiden van reagentia en toebehoren
- Verzamelen van reagentia: TMOS, methanol, gedeïoniseerd water, 25 - tot 55-nm grootte koper (II) oxide nanodeeltjes gedispergeerd in water bij 20 wt % en 1,5-M waterige ammoniakoplossing (zoals beschreven in stap 2.1.2.). Verschillende types (oxidatie Staten, maten) en concentratie van nanodeeltjes kunnen worden gebruikt met aanpassingen aan het recept.
- Bereiden van leveringen: schoon en droog zijn bekers (met inbegrip van een 250 mL en een 100 mL); gekalibreerd veranderlijk volume pipetten (één 10 mL en een 1.000-µL digitale Pipetteer met passende tips aanbevolen); Wegwerp pipet van Pasteur; een digitale evenwicht gekalibreerd.
- Verkrijgen van kleine laboratoriumschaal ultrasoonapparaat en voorbereiden voor gebruik door toevoeging van water aan de vullijn en ervoor te zorgen dat beide bekers in ultrasoonapparaat kunnen worden gebracht zonder kantelen.
-
Hot Press en schimmel voorbereiden
- Gepaste afmetingen stalen mal voor te bereiden. In dit voorbeeld, een 12,7 cm x 12.7 cm x 1.905-cm schimmel, met negen circulaire door putjes van 1.905-cm doorsnede. Spray putjes met hoge temperatuur smeermiddel om de opheffing vergemakkelijkt van aerogels na verwerking.
- Pakking materiaal voor te bereiden. Verzamelen van 1.6 mm dik-grafiet pakking materiaal en 0,012-mm dik roestvrij-staal floret en knip drie stukken van elk voldoende in grootte de mal om volledig te dekken (in dit voorbeeld > 12,7 cm x > 12,7 cm).
- Programma warm pers voor afdichting en extractie. Raadpleeg tabel 4 en tabel 5, respectievelijk voor programma waarden.
Opmerking: Afdichting is noodzakelijk om te voorkomen dat vloeistof sijpelt uit de mal van open bodem wells. - Pakking materiaal en de mal in het midden van de hete pers platanen in de volgende volgorde plaats: grafiet, folie, schimmel, folie, grafiet. De afdichting starten (met behulp van parameters in tabel 4).
-
Voorloper oplossing maken voor Si-Cu NP Aerogels
Opmerking: Het recept voor de silica aerogel met 5 wt % koper (II) oxide nanodeeltjes is vermeld in tabel 6. Dit recept kan worden aangepast voor verschillende gewicht percentage hoeveelheden koper nemen. Alle oplossingen moeten worden behandeld en gemengd in een zuurkast.- Plaats een schoon 250 mL-bekerglas op de geijkte digitale evenwicht en Pipetteer ongeveer 13 mL TMOS af in het bekerglas van 250 mL. Voeg extra TMOS zo nodig met de Pipet van Pasteur voor een totaal van 13.04 g TMOS.
- Pipetteer een totaal 32.63 g methanol in het bekerglas van 250 mL. Pipetteer 3,90 g gede¨ uoniseerd water in het bekerglas van 250 mL.
- Schud de 20 wt % koper (II) oxide nanodispersion om ervoor te zorgen nanodeeltjes die hebben geregeld naar de onderkant opnieuw geschorst, pipetteer dan 1,50 g van de nanodispersion in het bekerglas van 250mL van voorloper oplossing. Pipetteer 200 µL van 1.5-M ammoniak in het bekerglas van 250 mL.
- Dek het bekerglas af met paraffine film en bewerk ultrasone trillingen ten het mengsel gedurende 5-10 minuten totdat het is een monofasische oplossing.
-
Het uitvoeren van gelering en superkritische extractie in hete pers
- Nadat de verzegeling programma voltooid is, verwijdert u de bovenste pakking, verzorgen als u niet wilt verplaatsen van de schimmel. Op dit punt, is de bodem van de mal afgesloten.
- Vul elk goed volledig met de voorloper oplossing.
Opmerking: Er zullen oplossing overblijft. Dit kan worden genegeerd of laat drogen onder de omgevingsomstandigheden te maken xerogels. - Plaats een nieuw stuk van folie dan een nieuw stuk van grafiet op de top van de schimmel.
- Extractie-programma start (met behulp van parameters in tabel 5).
- Wanneer de extractie-programma is voltooid (ongeveer 8 h), verwijderen van de schimmel en pakking materiaal uit de hete pers. Zachtjes schil de pakking materiaal vanaf de bovenkant van de schimmel en gooi het. Duw voorzichtig elke aerogel in een monsterrecipiënt met een gehandschoende vinger.
5. de werking van de Unie katalytische proefbank
-
Bereiden en laden van monster
- Licht crush ongeveer 30 mL Aerogel in ongeveer 1 tot 2 mm diameter stukken met behulp van een mortier en een stamper. Niet verpletteren aerogel tot een poeder.
- Meten van ongeveer 30 mL katalytische aerogel stukken met behulp van een schone, droge afgestudeerd cilinder.
Opmerking: De aerogels zal krimpen met thermische behandeling, zodat het noodzakelijk is om ervoor te zorgen dat er 15-20 mL beschikbaar om te testen na thermische behandeling Aerogel is. - Plaats de aerogel in keramische filterkroezen, losjes dekking van de filterkroezen met bodem en calcine in een oven op 800 ˚C gedurende 24 uur.
- Filterkroezen met bodem Verwijder uit oven en laat afkoelen.
- Meten van 20 mL Aerogel en giet in een schone, droge UCAT test sectie en invoegen van een einde-scherm als u wilt behouden van het monster in plaats tijdens het testen.
- Load test sectie in de vergadering van de UCAT met behulp van koperen ringen en klemmen te verzegelen. Veilig sluiten de UCAT oven.
Opmerking: Om te voorkomen beschadiging van de oven of elektrische kortsluiting, zien erop toe dat test afdeling geen contact op met het interieur wand van oven.
-
Voorbereiding van de Unie katalytische proefbank
- Controleer of CO en geen detectoren zijn op en de werking.
- Selectievakje gesimuleerd uitlaat gasvoorziening. Vervang gesimuleerde uitlaat fles vóór het begin van de test als de druk lager is dan 700 kPa.
- Stel de drukregelaar gas op 345 kPa. Lucht drukregelaar ingesteld op 345 kPa. Lekken test uitlaat gas flow lijnen.
- Inschakelen en de nul van de gekalibreerde vijf-rookgas analysers. Set analyzers te meten. Laat analysers op gedurende 30 minuten om op te warmen.
- Stel de gewenste oventemperatuur (meestal 200 ˚C voor de eerste lezing) en start van de oven. Ervoor zorgen dat de bypass klep is ingesteld op het leveren van lucht door de meetkamer.
- Aanpassen van de massastroom tarief domeincontrollers om te leveren van de juiste hoeveelheid lucht (gebruikt tijdens warmup) en gesimuleerde uitlaat (gebruikt tijdens het testen) om de gewenste ruimte snelheid.
Opmerking: Dit gebeurt in ons systeem gewoon door het instellen van de snelheid van de gewenste ruimte in het controleprogramma van het systeem. De massastroom controllers zijn automatische en de massale debieten aan de vereiste waarden, gebaseerd op de oventemperatuur, om de geselecteerde ruimte snelheid aanpassen. - Schakel op de warming-up / purge luchtstroom door de meetkamer en wacht tot de stroom door de meetkamer te stabiliseren op de gewenste temperatuur (meestal 30 min).
-
Neem een meting.
- Opnieuw de nul van de vijf-gas analyzer en stel de bypass klep voor het verzenden van stroom te omzeilen van de test-sectie. Uitschakelen van de warming / zuiveren van de lucht.
- De gesimuleerde uitlaatgasstroom inschakelen. Toestaan van vijf-gas analyzer lezingen te stabiliseren (ca. 90 s) en bypass (gesimuleerde uitlaat fles) verontreinigende stof concentraties opnemen.
- Stel de bypass klep naar de stroom direct door de test-sectie. Toestaan van vijf gas analyzer lezingen te stabiliseren (ca. 360 s) en record behandeld neen-zuurstof uitlaat verontreinigende stof concentraties.
- Inschakelen van zuurstof toevoeging aan de mix. Toestaan van vijf-gas analyzer lezingen te stabiliseren (ca. 90 s) en record behandelde met-zuurstof uitlaat van de concentraties van verontreinigende stoffen.
- Stel de bypass klep voor het verzenden van stroom te omzeilen van de test-sectie. Toestaan van vijf-gas analyzer lezingen te stabiliseren (ca. 90 s) en bypass (gesimuleerde uitlaat fles) verontreinigende stof concentraties opnieuw opnemen.
- De gesimuleerde uitlaatgasstroom uitschakelen.
- Increment oventemperatuur tot volgende gewenste toestand (meestal 50 ˚C hoger), herhaalt u stap 5.2.6 aan 5.3.6. Totdat metingen zijn afgerond op de gewenste maximale temperatuur (meestal 600 ˚C).
-
Sluiten van de Unie katalytische proefbank
Opmerking: Na het voltooien van de uiterste rondweg (typ op 600 ˚C) de test is voltooid. Afsluiten van de proefbank.- Uitschakelen gesimuleerde uitlaatkleppen fles en regelgevers. Uitschakelen van oven, vijf-gas analyzer en lucht.
| Chemische stof | Bedrag (impregnering methode) | Bedrag (de voorloper van de co-methode) |
| AlCl3•7H2O | 5.92 g | 4.52 g |
| Cu (3)2•3H2O | 1.4 g | 1.4 g |
| Propyleenoxide | 8 mL | 9.5 mL |
| Reagens-grade ethanol | 40 mL | 40 mL |
| Absolute ethanol | 120 mL | 120 mL |
Tabel 1. Recept voor de bereiding van aluminiumoxide-koper Sol Gels.
| Chemische stof | Bedrag (impregnering methode) |
| TMOS | 8,5 mL |
| MeOH | 27.5 mL |
| H2O | 3.6 mL |
| 1.5-M NH3 | 1.35 mL |
| Absolute Ethanol | 60 mL |
| Cu (3)2•3H2O | 0,55 g |
Tabel 2. Recept voor de bereiding van Silica-koper Sol Gels.
| Stap # | Temperatuur (° C) | Temp tarief (° C/min) | Kracht (kN) | Geldende tarief (kN/min) | Nadruktijd (min) |
| 1 | 30 | 300 | 200 | 3000 | 0,25 |
| 2 | 250 | 2.2 | 200 | -- | 30 |
| 3 | 250 | -- | 4.5 | 4.5 | 15 |
| 4 | 30 | 2.2 | 4.5 | -- | 1 |
| 5 | EINDE |
Tabel 3. Hot-Press extractie programmaparameters voor aluminiumoxide-koper en Silica-koper Sol Gels.
| Stap # | Temperatuur (° C) | Temp tarief (° C/min) | Kracht (kN) | Geldende tarief (kN/min) | Nadruktijd (min) |
| 1 | UITSCHAKELEN | -- | 90 | 3000 | 10 |
| 2 | EINDE |
Tabel 4. Hot-Press programmaparameters afdichten.
| Stap # | Temperatuur (° C) | Temp tarief (° C/min) | Kracht (kN) | Geldende tarief (kN/min) | Nadruktijd (min) |
| 1 | 30 | 300 | 180 | 3000 | 0,25 |
| 2 | 290 | 1.6 | 180 | -- | 30 |
| 3 | 290 | -- | 4.5 | 4.5 | 15 |
| 4 | 40 | 1.6 | 4.5 | -- | 1 |
| 5 | EINDE |
Tabel 5. Hot-Press extractie programma-Parameters voor koper-nanoparticle-doped Silica aerogels.
| Chemische stof | Bedrag (mL) | Bedrag (g) |
| TMOS | 12,75 | 13.04 |
| Methanol | 41.25 | 32.63 |
| Water | 3.9 | 3.9 |
| Nanodispersion | 1.5 | 1.5 |
| Ammoniak | 0.2 | 0,15 |
Tabel 6. Recept voor de fabricage van 5 wt % koper-nanoparticle-doped Silica Aerogels.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Fotografische afbeeldingen van de resulterende aerogels worden weergegeven in Figuur 2. Omdat de natte gels werden gebroken in stukken vóór oplosmiddel uitwisseling, zijn de Al-Cu IMP en Si-Cu IMP aerogels in kleine, onregelmatig gevormde monolithische stukken. Het is duidelijk uit de kleur van deze monsters die de aerogels koperen soorten en dat variaties in koperen speciatie en/of ligand structuur binnen de materialen optreden bevatten. Al-Cu IMP aerogels (Figuur 2a) worden rood naar groen-grijs kleur11. Aerogels van de al-Cu CoP (niet afgebeeld) zijn groen tot groen-grijs van kleur. Si-Cu IMP aerogels hebben een gespikkeld uiterlijk, met rode, gele en groene kleuren waargenomen (Figuur 2b). Si-Cu NP aerogels zijn monolithische met kleuren die variëren met gewicht procent van de nanoparticle en ook verschillend van goed tot goed in de mal, die aangeeft wat variatie in de verwerking van voorwaarden ervaren op verschillende locaties in de mal. 10 bijvoorbeeld, Si-Cu NP aerogel monolieten bereid uit de spreiding van de Cu+ 2 op 3 wt % en verwerkt in dezelfde batch, zijn geel, paars, roze (Figuur 2 c) en groen (niet afgebeeld).
Tabel 7 lijsten representatieve fysieke kenmerken van de als-bereid koper-bevattende aerogels. Voor de Si-Cu NP-aerogels afneemt de oppervlakte naarmate het percentage van het gewicht van nanodeeltjes toeneemt, zoals wordt beschreven in Anderson et al.10
Bewijs van beklemming van koper in de aerogels wordt weergegeven in de SEM/EDX beelden van Figuur 3 en de XRD patronen van Figuur 4. Figuren 3a en 3b Toon SEM/EDX beelden van de Si-Cu NP aerogel opgesteld op basis van de Cu+ 2 nanodispersion. Een ca. 400-nm-diameter nanoparticle met koper wordt weergegeven, die aangeeft dat bepaalde agglomeratie van de 25 - tot 55-nm nanodeeltjes in de oorspronkelijke nanodispersion is opgetreden. Figuur 3 c toont kleinere (ca. 50 nm) nanodeeltjes in de Al-Cu IMP aerogel verspreid.
De XRD patronen van de als-bereid Si-Cu IMP en Si-Cu NP aerogels (Figuur 4, lagere sporen) bevatten pieken overeenkomt met metallisch koper op 2θ = 43, 50 en 74°, die aangeeft dat de vermindering van de alcohothermal van de koperen soorten voorgedaan aan RSCE verwerking van de gels10,11. De als-bereid Al-Cu IMP aerogel patroon (Figuur 4, top trace) toont XRD pieken overeen met het formulier van de pseudoboehmite van aluminiumoxide en een koper (II)-bevattende soorten11. Na warmtebehandeling boven de 700 °C, al deze koper-bevattende aerogels hebben pieken XRD (niet afgebeeld) indicatieve copper(II) oxide10,11.
De gegevens in Figuur 5 blijkt dat de koper-bevattende aluminiumoxide aerogels geschikt zijn voor het katalyseren van reacties die elk van de drie belangrijkste verontreinigende stoffen van zorg in benzine motor uitlaat elimineren kunnen (CO, Nee, en HCs) onder de omstandigheden getest11 . Figuur 6 toont het katalytische vermogen in koper-bevattende siliciumdioxide aerogels10,11 en daardoor levert het bewijs dat de katalytische mogelijkheden van metaal-doped aerogels robuust zijn (d.w.z. activiteit is aangetoond met de actieve koperen soorten opgenomen in meer dan één aerogel matrix) en aangepast. De katalytische activiteit lijkt af te hangen van de details van de koper (soortvorming, deeltjesgrootte, laden niveau, etc.), hoe de koper is ingevoerd om de aerogel (impregneren, co voorloper, doping met koperen nanodeeltjes) en de onderliggende aerogel zelf () dat wil zeggen silica vs. aluminiumoxide). De details van de invloed van deze parameters en interacties op de katalytische prestaties zijn niet nog goed begrepen, maar ze blijkt dat er een ontwerpruimte aanzienlijke "" "voor het afstemmen van aerogel katalysatoren met specifieke functies, en dat dit is een rijk gebied voor toekomstige werkzaamheden. Verdere bespreking van deze resultaten kan worden gevonden in eerder gepubliceerde werk10,11,23.
| Aerogel | Dichtheid (g/mL) | Oppervlakte (/g m2) |
| Cu-Si Imp | 0.11 | 780 ± 50 |
| Cu-Al Imp | 0.09 - 0.11 | 390 - 430 |
| Si-Cu NP | 0.08 - 0.10 | 200 - 500 |
Tabel 7. Vertegenwoordiger fysische karakterisering gegevens voor de Aerogels als voorbereid.
Figuur 2 . Fotografische afbeeldingen van koper-bevattende aerogels. (een) Al-Cu IMP; (b) Si-Cu IMP; (c) Si-Cu NP (gemaakt van 3 wt % Cu+ 2). Opmerking dat variaties in kleur ontstaan binnen aerogels vervaardigd in dezelfde batch. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 3 . SEM microfoto van als-bereid aerogels. (een) EDX backscattering beeld van 3 Si-Cu NP (gemaakt van 3 wt % Cu+ 2) (schaal bar in de bodem juiste hoek: 800 nm); (b) EDX beeld van Cu signaal voor monster als in (a) (schaal bar in de bodem juiste hoek: 800 nm); (c) SEM beeld van de Al-Cu IMP aerogel (schaal bar in de linker benedenhoek: 200 nm). Alle foto's genomen op vergroting van de 50kX. Figuren 3a en 3b hebben van Anderson et al.herdrukt. 10 Figuur 3 c is van Tobin et al.herdrukt. 11 Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 4 . XRD patronen voor-bereid aerogels. De Al-Cu IMP aerogel toont bewijs van pseudoboehmite (B) en kristallen van een copper(II)-zout (X). Beide soorten Si-Cu aerogels (IMP en NP) blijk geven van metallisch koper (Cu). Opmerking die Hiermee geeft u de schaal van de x-as zichtbaar beam voor gegevens die zijn verzameld met behulp van een koperen buis voor de bron van de X-ray; de schaal van de y-as niet vermeld omdat patronen worden gecompenseerd voor de duidelijkheid. Dit cijfer is gewijzigd van Anderson et al.10 en Tobin et al. 11 Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 5 . Conversie van HCs, NO en CO voor een koper-bevattende aluminiumoxide aerogel bereid via de impregnering methode. (een) bij gebrek aan zuurstof (300 ppm Nee, 0,5% CO, 6,0% CO2 200 ppm propaan voor HC) en (b) in aanwezigheid van zuurstof (0.36% O2, 295 ppm Nee, 0,49% CO, 5,9% CO2 197 ppm propaan voor HC). Tests werden uitgevoerd met behulp van de snelheid van een ruimte van 20 s-1. Foutbalken vertegenwoordigen de standaarddeviatie in vijf runs. Lijnen worden opgenomen als een hulpmiddel voor het oog. Gearceerde gebieden (roze voor NO, groen-bruin voor CO op resterend; blauw voor HC en groen-grijs voor CO aan rechterzijde) duiden op de activiteiten van de conversie gemeten voor een inert (kiezelzuur) aerogel. Dit cijfer is herdruk van Tobin et al. 11 Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 6 . Conversie van NO en CO voor koper-nanoparticle-doped silica aerogels. (een) bij gebrek aan zuurstof (300 ppm Nee, 0,5% CO, 6,0% CO2 200 ppm propaan voor HC) en (b) in aanwezigheid van zuurstof (0.36% O2, 295 ppm Nee, 0,49% CO, 5,9% CO2 197 ppm propaan voor HC). Tests werden uitgevoerd met behulp van de snelheid van een ruimte van 20 s-1. Drie verschillende types van nanodeeltjes waren werkzaam (Cu0, Cu+ 1, Cu+ 2) met gewicht procent zoals opgemerkt in de legenda. Gegevens voor ongewijzigde silica aerogel en Si-Cu IMP aerogels zijn ook opgenomen van Tobin et al. 11 voor de vergelijking. Foutbalken vertegenwoordigen de standaarddeviatie van 2 of 3 punten. Lijnen worden opgenomen als een hulpmiddel voor het oog. Dit cijfer is herdruk van Anderson et al. 10
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Het nut van de RSCE-methode voor de fabricage van katalytische aerogels en het UCAT-systeem voor het aantonen van katalytische vermogen is hierin aangetoond. Grote voordelen van deze protocollen ten opzichte van andere methoden zijn de snelheid van RSCE aerogel fabricage en de relatief goedkope aanpak katalytische getest door UCAT.
Gels moet worden geëxtraheerd kunnen bereid worden via een verscheidenheid van methoden, waaronder impregneren van metaalzouten in een aluminiumoxide of silica natte gel matrix, opneming van metaalzouten als co precursoren met aluminium zouten, en opneming van metaalhoudende nanodeeltjes in silica-aerogels. Wanneer de natte gel poriën bevatten alleen alcohol en water (d.w.z. silica protocollen), is oplosmiddelen uitwisseling niet vereist. In dat geval kan de voorloper van de vloeibare mengsel worden gegoten direct in de metalen mal, met gelering en extractie beide die zich voordoen tijdens het proces van hot-pers, zoals eerder is gebleken in Carroll et al.17 en in dit protocol voor Si-Cu NP aerogels. We gebruiken een iets langere warme pers proces om gelering treedt op in de mal voorafgaand aan winning. In deze benadering, een recept dat zou gel onder omgevingsomstandigheden in < 4 h is wenselijk. Afwisselend, de RSCE-methode kan worden gebruikt om uit te pakken van oplosmiddel van vooraf gegeleerde monolithische monsters6,11 of kleinere stukken van gel, zoals in de Si-Cu IMP, de Al-Cu IMP en de Al-Cu CoP sol gels in dit protocol.
Zoals opgemerkt in eerdere publicaties16,17, is op de juiste wijze instellen van de remmende kracht geleverd aan de metalen mal erg belangrijk voor succesvolle RSCE; deze kracht moet worden aangepast afhankelijk van de grootte van de schimmel en vorm. Elke hete press heeft een maximum beteugeling van kracht, die de haalbare hoeveelheid aerogel per extractie beperken zal. Gels en oplosmiddelen geschikt voor het RSCE-proces zijn beperkt tot die bestand zijn tegen de temperatuur en druk (T/P) voorwaarden werkzaam en niet reageren met de metalen schimmel of pakking materiaal. Bovendien, de T/P-voorwaarden moeten brengen de solvent(s) in de gel boven het kritieke punt, of samengevouwen gels zal worden gevormd in plaats van aerogels. Vanwege het ontbreken van krimp in het RSCE-proces gewend open bodem mallen fabriceren monolieten. Afdichten van een open bodem schimmel is vereist om te voorkomen lekkage van voorloper mengsel op de hete pers platanen. Een gesloten onderkant schimmel wordt aanbevolen voor gebruiksgemak als intact monolieten niet nodig zijn voor de toepassing afsluiten.
Benaderingen in die nanodeeltjes worden opgenomen in het mengsel van de precursor voor een base-gekatalyseerde reactie van silica alkoxide precursoren opbrengst monolithische aerogels in een proces dat alleen 8 h vereist van het mengen van de chemicaliën voor verwijdering van de aerogels van de schimmel 10,17. Dit is aanzienlijk korter dan de totale tijd van voorbereiding van aerogels door superkritische extractie van CO2 (met inbegrip van de vorming van de gel, oplosmiddel uitwisselingen over een periode van meerdere dagen, verwerking). De verwerkingstijd kan worden verkort om als weinig als 3 h door verhoging van de verwarming en koeling tarieven werkzaam in de hete programma24. Gebruik van een benadering van de bevruchting, net als in de Al-Cu IMP gels aangetoond in dit protocol, is ten minste één oplosmiddel exchange vereist, en daardoor de totale tijd die nodig is voor aerogel fabrikatie verlengt. De methode epoxide-bijgewoonde voor het voorbereiden van de gels van zouten22 vereist meerdere oplosmiddel uitwisseling vóór verwerking, om het verwijderen van overtollige epoxide en bijproducten van de reactie6. Bijgevolg, hoewel de tijd die nodig is voor het mengen en gelering is korte (< 1 h) als RSCE kan worden bereikt in 5 h, de totale tijd voor het maken de aluminiumoxide gebaseerde aerogels beschreven in dit protocol wordt uitgebreid over meerdere dagen.
Hoewel dit protocol is gericht op de voorbereiding van het koper-bevattende aerogels, deze methoden kunnen worden gebruikt voor het nemen van een grote verscheidenheid van metaalhoudende soorten, met inbegrip van nanodeeltjes, in aluminiumoxide of silica gebaseerde aerogels7, 8 , 9. Wanneer de dienst schorsingen van nanodeeltjes, afwikkeling van de nanodeeltjes in het mengsel voorloper kan resulteren in niet-uniforme verdeling in het daaruit resulterende materiaal aerogel. Bovendien geven variaties in kleuren van materialen verkregen in één enkele batch Aerogel dat subtiele veranderingen in de omstandigheden soms door een gel tijdens de verwerking, bijvoorbeeld in verschillende posities binnen de metalen mal ervaren worden. In het geval van koper-bevattende soorten, ingrijpende veranderingen in de koperen oxidatiegetal en ligand structuur optreden tijdens de bewerking10,11, die verder onderzoek verdient.
De UCAT systeem23 zorgt voor het testen van katalytische aerogels onder omstandigheden die bij benadering die aangetroffen in een auto katalysator zonder laboratoriumgebruik van een auto en het verfijnde, dure commerciële test apparatuur. De kosten van de bouw van UCAT was ongeveer $75k. Detectie is beperkt tot deze gassen waarneembaar door de vijf-gas analyzer (CO, CO2, Nee, O2, HCs), die niet in een volledige beoordeling van de reactieproducten voorziet. Wanneer onderhouden onder de voorwaarden die in dit protocol wordt aangetoond, kan de katalysator prestaties onder verminderen en oxiderende omstandigheden worden beoordeeld. Lopende werkzaamheden richt zich op mogelijkheden toe te voegen aan UCAT toe te staan testen onder meer gevarieerd voorwaarden, met inbegrip van bevochtiging en voorbijgaande uitlaat mengsels.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
De auteurs hebben niets te onthullen.
Acknowledgments
Ontwikkeling van de synthesemethoden voor katalytische aerogels werd gefinancierd door middel van subsidie van de National Science Foundation (NSF) Nee. DMR-1206631. Het ontwerp en de bouw van UCAT werd gefinancierd door middel van NSF subsidie Nee. CBET-1228851. Aanvullende financiering werd verstrekt door de Union College faculteit onderzoeksfonds. De auteurs wil ook erkennen van de bijdragen van Zachary Tobin, Aude Bechu, Ryan Bouck, Adam Forti en Vinicius Silva.
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 |
References
- Aegerter, M. A., Leventis, N. Aerogels Handbook. Koebel, M. M. , Springer. New York, New York, USA. (2011).
- Pierre, A. C., Pajonk, G. M. Chemistry of Aerogels and Their Applications. Chem. Rev. 102 (11), 4243-4266 (2002).
- Schneider, M., Baiker, A. Aerogels in Catalysis. Catal. Rev. 37, 515-556 (1995).
- Vallribera, A., Molins, E. Aerogel Supported Nanoparticles in Catalysis. Nanoparticles and Catalysis. Astruc, D. , Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. Weinheim, Germany. (2007).
- Amonette, J. E., Matyas, J. Functionalized silica aerogels for gas-phase purification, sensing, and catalysis: A review. Mircopor. Mesopor. Mater. 250, 100-119 (2017).
- Juhl, S. J., Dunn, N. J. H., Carroll, M. K., Anderson, A. M., Bruno, B. A., Madero, J. E., Bono, M. S. Jr Epoxide-Assisted Alumina Aerogels by Rapid Supercritical Extraction. J. Non-Cryst. Solids. 426, 141-149 (2015).
- Catalyst, Catalytic Converter and Method for the Production Thereof. US Patent. Bono, M. S., Dunn, N. J. H., Brown, L. B., Juhl, S. J., Anderson, A. M., Bruno, B. A., Mahony, M. K. , 9,358,534 (2016).
- Smith, L. C., Anderson, A. M., Carroll, M. K. Preparation of vanadia-containing aerogels by rapid supercritical extraction for applications in catalysis. J. Sol-Gel Sci. Technol. 77, 160-171 (2016).
- Bouck, R. M., Anderson, A. M., Prasad, C., Hagerman, M. E., Carroll, M. K. Cobalt-alumina Sol Gels: Effects of Heat Treatment on Structure and Catalytic Ability. J. Non-Cryst. Solids. 453, 94-102 (2016).
- Anderson, A. M., Donlon, E. A., Forti, A. A., Silva, V., Bruno, B. A., Carroll, M. K. Synthesis and Characterization of Copper-Nanoparticle-Containing Silica Aerogel Prepared Via Rapid Supercritical Extraction for Applications in Three-Way Catalysis. MRS Advances. , 1-6 (2017).
- Tobin, Z. M., Posada, L. F., Bechu, A. M., Carroll, M. K., Bouck, R. M., Anderson, A. M., Bruno, B. A. Preparation and Characterization of Copper-containing Alumina and Silica Aerogels for Catalytic Applications. J. Sol-Gel Sci. Technol. , (2017).
- Heck, R., Farrauto, R., Gulati, S. Catalytic Air Pollution Technology. , 3rd, John Wiley & Sons Inc. Hoboken, New Jersey, USA. (2009).
- Gauthier, B. M., Bakrania, S. D., Anderson, A. M., Carroll, M. K. A Fast Supercritical Extraction Technique for Aerogel Fabrication. J. Non-Cryst. Solids. 350, 238-243 (2004).
- Method and Device for Fabricating Aerogels and Aerogel Monoliths Obtained Thereby. US Patent No. Gauthier, B. M., Anderson, A. M., Bakrania, S. D., Mahony, M. K., Bucinell, R. B. , 7,384,988 (2008).
- Method and Device for Fabricating Aerogels and Aerogel Monoliths Obtained Thereby. US Patent. Gauthier, B. M., Anderson, A. M., Bakrania, S. D., Mahony, M. K., Bucinell, R. B. , 8,080,591 (2011).
- Roth, T. B., Anderson, A. M., Carroll, M. K. Analysis of a Rapid Supercritical Extraction Aerogel Fabrication Process: Prediction of Thermodynamic Conditions During Processing. J. Non-Cryst. Solids. 354 (31), 3685-3693 (2008).
- Carroll, M. K., Anderson, A. M., Gorka, C. A. Preparing Silica Aerogel Monoliths via a Rapid Supercritical Extraction Method. J. Vis. Exp. (84), e51421 (2014).
- Harper-Leatherman, A. S., Pacer, E. R., Kosciuszek, N. D. Encapsulating Cytochrome c in Silica Aerogel Nanoarchitectures without Metal Nanoparticles while Retaining Gas-phase Bioactivity. J. Vis. Exp. (109), e53802 (2016).
- Subrahmanyam, R., Gurikov, P., Meissner, I., Smirnova, I. Preparation of Biopolymer Aerogels Using Green Solvents. J. Vis. Exp. (113), e54116 (2016).
- Campbell, P. G., Worsley, M. A., Hiszpanski, A. M., Baumann, T. F., Biener, J. Synthesis and Functionalization of 3D Nano-graphene Materials: Graphene Aerogels and Graphene Macro Assemblies. J. Vis. Exp. (105), e53235 (2015).
- Kapteijn, F., Stegenga, S., Dekker, N. J. J., Bijsterbosch, J. W., Moulijn, J. A. Alternatives to noble metal catalysts for automotive exhaust purification. Catalysis Today. 16 (2), 273-287 (1993).
- Baumann, T., Gash, A., Chinn, S., Sawvel, A., Maxwell, R., Satcher, J. Synthesis of high-surface-area alumina aerogels without the use of alkoxide precursors. Chem. Mater. 17, 395-401 (2005).
- 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).
- Anderson, A. M., Wattley, C. W., Carroll, M. K. Silica Aerogels Prepared via Rapid Supercritical Extraction: Effect of Process Variables on Aerogel Properties. J. Non-Cryst. Solids. 355 (2), 101-108 (2009).
