Synthèse sans agent de direction de structure organique pour la membrane zéolite de type BEA
Summary
Un cristal de graine de BEA a été chargé sur un support poreux de 2O3 par la méthode de trempage-enrobage, et hydrothermally cultivé sans utiliser un agent organique de structure-direction. Une membrane zéolite de type BEA ayant très peu de défauts a été préparée avec succès par la méthode de croissance secondaire.
Abstract
La séparation des membranes a attiré l’attention comme un processus de séparation nouvelle économie d’énergie. Les membranes zéolites ont un grand potentiel de séparation des hydrocarbures dans les champs pétroliers et pétrochimiques en raison de leur forte résistance thermique, chimique et mécanique. Une zéolite de type BEA est un matériau membranaire intéressant en raison de sa grande taille de pores et de sa large gamme Si/Al. Ce manuscrit présente un protocole pour la préparation de la membrane BEA par une méthode de croissance secondaire qui n’utilise pas d’agent organique de direction de structure (OSDA). Le protocole de préparation se compose de quatre étapes : prétraitement du support, préparation des graines, immersion et cristallisation de la membrane. Tout d’abord, le cristal de graines beA est préparé par synthèse hydrothermale conventionnelle à l’aide de l’OSDA. Le cristal de graine synthétisé est chargé sur la surface extérieure d’un support tubulaire de 3 cm de long al-Al2O3 par une méthode de trempette. La couche de graines chargées est préparée avec la méthode de croissance secondaire à l’aide d’un traitement hydrothermal à 393 K pendant 7 jours sans utiliser OSDA. Une membrane de BEA ayant très peu de défauts est obtenue avec succès. La préparation des graines et les étapes de trempage affectent fortement la qualité de la membrane.
Introduction
La séparation des membranes a attiré l’attention en tant que processus de séparation d’économie d’énergie nouvelle. De nombreux types de membranes ont été développés au cours des dernières décennies. Les membranes polymères ont été largement utilisées pour la séparation des gaz, créant de l’eau potable à partir de l’eau de mer1, et le traitement des eaux usées2.
Les matériaux de membrane inorganique comme la silice3,le tamis moléculaire de carbone4,et la zéolite ont des avantages pour la force thermique, chimique, et mécanique comparée aux membranes polymères. Par conséquent, les membranes inorganiques ont tendance à être utilisées dans des conditions plus sévères, comme la séparation des hydrocarbures dans les champs pétroliers et pétrochimiques.
La zéolite a des propriétés uniques en adsorption et en tamisage moléculaire en raison de ses micropores. En outre, la zéolite a une capacité d’échange de cation qui contribue à contrôler l’adsorption de zéolite et les propriétés de tamisage moléculaire. Le nombre de cations dans la zéolite est déterminé par le rapport Si/Al de la structure zéolite. Par conséquent, la taille des micropores et le rapport Si/Al sont des caractéristiques clés qui déterminent les propriétés de perméation et de séparation des membranes zéolites. Pour ces raisons, la zéolite est un type prometteur de matériau membranaire inorganique. Certaines membranes zéolites ont déjà été commercialisées pour la déshydratation des solvants organiques en raison de leur hydrophilie et de leurs propriétés de tamisage moléculaire5,6,7,8.
La zéolite de type BEA est un matériau membranaire intéressant en raison de sa grande taille de pores et de sa large gamme Si/Al. Le BEA a généralement été préparé par traitement hydrothermal utilisant l’hydroxyde de tétraethylammonium comme agent organique de direction de structure (OSDA). Cependant, la méthode de synthèse utilisant osDA présente des inconvénients économiques et environnementaux. Récemment, une méthode assistée par les semences pour la synthèse de l’ABE sans utiliser l’OSDA a été signalée9,10.
Le BEA est un cristal intercroissance de polymorphe A et de polymorphe B. Par conséquent, « ô » représente un matériau d’intercroissance. À l’heure actuelle, aucun matériel en vrac composé uniquement de polymorphe A ou B n’est connu.
Nous avons préparé avec succès les membranes BEA sans utiliser OSDA par une méthode modifiée assistée par les semences11. La membrane de BEA a eu très peu de défauts et a montré la performance élevée de séparation pour des hydrocarbures en raison de son effet de tamisage moléculaire. Il est bien connu que la calcination pour enlever osDA après synthèse est l’une des causes les plus communes de la formation de défaut dans les membranes de zéolite12,13. Notre membrane BEA préparée sans utiliser OSDA a montré de bonnes performances de séparation peut-être parce que cette étape de calcination a été ignorée.
La préparation des membranes zéolites est basée sur le savoir-faire et l’expérience accumulés en laboratoire. Par conséquent, il est difficile pour un débutant de synthétiser les membranes de zéolite seul. Ici, nous aimerions partager un protocole pour la préparation de la membrane BEA comme une référence pour tous ceux qui veulent commencer la synthèse de la membrane.
Protocol
Representative Results
Discussion
Il existe de nombreuses sortes de sources De Si et Al pour la synthèse de la zéolite. Cependant, nous ne pouvons pas changer les matières premières pour la préparation de cette membrane de type BEA. Si les matières premières sont modifiées, la phase de zéolite cristallisée et/ou le taux de croissance peut être modifiée.
Les béchers en verre ne peuvent pas être utilisés pour la préparation du gel de synthèse parce que le gel de synthèse a une alcalinité élevée. Les bouteill…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ce travail a été partiellement soutenu par JST CREST (Japan Science and Technology agency, Create REvolutionary technological seeds for Science and Technology innovation program), Grant Number JPMJCR1324, Japon.
Materials
| a-Al2O3 support | Noritake Co. Ltd. | NS-1 | Average pore size, 150 nm; Outer diameter, 10 mm; Innar diameter, 7 mm |
| Colloidal silica | Nissan Chemical | ST-S | SiO2 30.5%, Na2O 0.44%, H2O 69.1% |
| Mesh filter (PTFE membrane) | Omnipore | JGWP04700 | Pore size, 200 nm |
| NaAl2O | Kanto Chemical | 34095-01 | Na2O 31.0-35.0%; Al2O3 34.0-39.0% |
| NaOH | Kanto Chemical | 37184-00 | 97% |
| Tetraethylammonium hydroxide | Sigma-Aldrich | 302929-500ML | 35 wt% solution |
References
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