Síntese livre de agentes de direção de estrutura orgânica para *membrana zeolite tipo BEA
Summary
Um cristal de sementes *BEA foi carregado em um suporte poroso α-Al2O3 pelo método de revestimento de mergulho, e cultivado hidrotermicamente sem usar um agente de direção de estrutura orgânica. Uma membrana zeolite tipo BEA com pouquíssimos defeitos foi preparada com sucesso pelo método de crescimento secundário.
Abstract
A separação da membrana chamou a atenção como um novo processo de separação de economia de energia. As membranas zeólitos têm grande potencial para a separação de hidrocarbonetos em campos de petróleo e petroquímicos devido à sua alta força térmica, química e mecânica. Um zeolite tipo BEA é um material de membrana interessante devido ao seu grande tamanho de poros e ampla gama Si/Al. Este manuscrito apresenta um protocolo para a preparação da membrana BEA por um método secundário de crescimento que não utiliza um agente de direção de estrutura orgânica (OSDA). O protocolo de preparação consiste em quatro etapas: pré-tratamento de suporte, preparação de sementes, revestimento de mergulho e cristalização da membrana. Primeiro, o cristal de sementes *BEA é preparado pela síntese hidrotérmica convencional usando OSDA. O cristal de sementesintetizado é carregado na superfície externa de um suporte tubular α-Al2O3 de 3 cm de comprimento por um método de revestimento de dip. A camada de sementes carregadas é preparada com o método de crescimento secundário usando um tratamento hidrotérmico a 393 K por 7 dias sem usar o OSDA. Uma membrana *BEA com pouquíssimos defeitos é obtida com sucesso. As etapas de preparação de sementes e revestimento de mergulho afetam fortemente a qualidade da membrana.
Introduction
A separação da membrana chamou a atenção como processo de separação de economia de energia. Muitos tipos de membranas foram desenvolvidas nas últimas décadas. As membranas poliméricas têm sido amplamente utilizadas para a separação do gás, criando água potável a partir da água do mar1e tratamento de águas residuais2.
Materiais de membrana inorgânicocomo sílica3, peneira molecular de carbono4, e zeolite têm vantagens para força térmica, química e mecânica em comparação com membranas poliméricas. Portanto, membranas inorgânicas tendem a ser utilizadas em condições mais severas, como a separação de hidrocarbonetos em campos de petróleo e petroquímicos.
Zeolite tem adsorção única e propriedades de peneira molecular devido aos seus microporos. Além disso, zeolite tem uma habilidade de troca de cárum estocada que contribui para controlar a adsorção de Zeolite e propriedades de peneira molecular. O número de cações em zeolite é determinado pela razão Si/Al da estrutura zeolite. Portanto, o tamanho dos microporos e da relação Si/Al são características fundamentais que determinam as propriedades de permeação e separação das membranas zeólitos. Por essas razões, o zeolite é um tipo promissor de material de membrana inorgânica. Algumas membranas zeólitos já foram comercializadas para desidratação de solventes orgânicos devido à sua hidrofilia e propriedades molecularesde peneiração5,6,7,8.
*Zeólito tipo BEA é um material de membrana interessante devido ao seu grande tamanho de poros e ampla gama Si/Al. *A BEA tem sido geralmente preparada por tratamento hidrotérmico usando hidróxido de tetraetimlamônio como agente de direção de estrutura orgânica (OSDA). No entanto, o método de síntese utilizando a OSDA tem desvantagens econômicas e ambientais. Recentemente, foi relatado um método assistido por sementes para síntese *BEA sem usar o OSDA9,10.
*BEA é um cristal intercrescimento de polimorfisma A e polimorfo B. Assim, “*” representa um material intercrescimento. Atualmente, não se sabe nenhum material a granel composto apenas de polimorfo A ou B.
Preparamos com sucesso *membranas BEA sem usar o OSDA por um método modificado assistido por sementes11. A membrana *BEA teve pouquíssimos defeitos e apresentou alto desempenho de separação para hidrocarbonetos devido ao seu efeito de peneira molecular. É sabido que a calcinação para remover a OSDA após a síntese é uma das causas mais comuns de formação de defeitos nas membranas zeólitos12,13. Nossa membrana *BEA preparada sem usar o OSDA mostrou bom desempenho de separação possivelmente porque este passo de calcinação foi ignorado.
A preparação das membranas zeolite susfaz-se do know-how e da experiência acumulada em laboratório. Consequentemente, é difícil para um iniciante sintetizar membranas zeólitos sozinho. Aqui, gostaríamos de compartilhar um protocolo para a preparação da membrana BEA como referência para todos que querem iniciar a síntese de membranas.
Protocol
Representative Results
Discussion
Existem muitos tipos de fontes Si e Al para a síntese de zeolite. No entanto, não podemos trocar matérias-primas para a preparação dessa membrana do tipo BEA. Se as matérias-primas forem alteradas, a fase de zeolite cristalizada e/ou taxa de crescimento pode ser alterada.
Os béquers de vidro não podem ser usados para a preparação do gel de síntese porque o gel de síntese tem alta alcalinidade. Garrafas e béquers feitos de polietileno, polipropileno e Teflon podem ser usados em vez…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabalho foi parcialmente apoiado pela JST CREST (agência de Ciência e Tecnologia do Japão, Criar sementes tecnológicas REvolutivas para o programa de inovação em Ciência e Tecnologia), Grant Number JPMJCR1324, Japão.
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 |
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