Procédé et caractéristiques de préparation du tamis moléculaire de zéolite à partir d’argile naturelle de silice-alumine
Le tamis moléculaire de zéolite est une sorte de cristal d’aluminosilicate à structure poreuse régulière, qui est largement utilisé dans la séparation par adsorption de gaz, la catalyse industrielle, le contrôle de la pollution par ions de métaux lourds et d’autres domaines. La synthèse hydrothermale des tamis moléculaires traditionnels à zéolite utilise souvent des produits chimiques contenant du silicium et de l’aluminium et des gabarits organiques comme matières premières, ce qui est non seulement coûteux, mais pollue également l’environnement. Ces dernières années, avec la popularisation du concept d'«industrie chimique verte », les argiles naturelles de silice-alumine telles que le kaolin, la montmorillonite, la rectorite et l’illite présentent les avantages de réserves abondantes et de prix bas. Il a montré un grand potentiel, et ses méthodes de synthèse comprennent principalement la méthode des semences, la méthode de phase solide assistée par vapeur et la méthode sans solvant. 1. Méthode des semences Étant donné que Holmes et al. ont rapporté la production d’un tamis moléculaire ZSM-5 de haute pureté avec du kaolin naturel comme source de silicium et un tamis moléculaire commercial comme cristal de graine, la méthode du cristal de graine peut considérablement raccourcir la période d’induction de la synthèse, inhiber la formation et la régulation des hétérocristaux. D’excellents effets tels que la taille des grains, ainsi que les caractéristiques du processus de synthèse verte, un fonctionnement simple et pratique, aucun agent de gabarit organique pour la synthèse et réduisant considérablement les coûts de production, sont maintenant devenus l’une des voies représentatives de la synthèse verte des tamis moléculaires de zéolite. Le mécanisme de synthèse des tamis moléculaires de zéolite à base d’argile par des cristaux de graines tend vers le mécanisme de synthèse en phase liquide, c’est-à-dire que les graines de zéolite sont partiellement dissoutes au stade précoce de la cristallisation pour former de petits fragments avec la structure unitaire primaire des tamis moléculaires de zéolite; dans le même temps, ils sont activés par de l’argile naturelle de silice-alumine Les espèces actives de silice-alumine générées sont dissoutes-polycondensées pour former un gel d’aluminosilicate, qui enveloppera progressivement les fragments de cristal de graine et cristallisera sous le guidage structurel du cristal de graine pour former une structure de coquille avec le cristal de graine comme noyau. Avec la prolongation du temps de cristallisation, le gel d’aluminate amorphe génère progressivement des unités structurelles de tamis moléculaire primaire, qui se déposent de la coquille au noyau par condensation-polymérisation, et convertissent finalement les polymères géominéraux actifs formés par dépolymérisation de l’argile. Devenez un tamis moléculaire de zéolite. 2. Méthode de synthèse en phase solide La caractéristique de cette technologie est que la matière première pour la synthèse du tamis moléculaire de zéolite est placée dans la phase vapeur du solvant de réaction et de l’agent directeur de la structure pour la synthèse de cristallisation à l’aide de l’espaceur. Comparé au procédé traditionnel de synthèse hydrothermale, le système de synthèse en phase solide a été largement utilisé par les chercheurs ces dernières années pour ZSM-5, dans la synthèse de zéolithes telles que SSZ-13 et SAPO-34. Le processus de cristallisation des tamis moléculaires de zéolite à base de silice-alumine naturelle préparés par la technologie de synthèse en phase solide est plus conforme au mécanisme de cristallisation biphasée entre la synthèse en phase solide et la synthèse en phase liquide. C’est-à-dire qu’au stade initial de la cristallisation des tamis moléculaires de zéolite synthétique en phase solide, l’argile naturelle silice-alumine est dissoute sous la double action de la vapeur d’eau et de forts ions hydroxyde alcalins attachés à la surface de la matière première solide, et des espèces actives de silicium et d’aluminium sont générées. , et a pris la tête de la cristallisation en cristallites de tamis moléculaire de zéolite. Avec la prolongation du temps de cristallisation, les cristallites de zéolite absorbent des espèces de silicium et d’aluminium plus actives de leur environnement et se développent progressivement en suivant le mécanisme d’Oswald sous l’action de Na+ et d’agents directeurs de structure. Dans l’environnement de vapeur, le transfert de masse et le transfert de chaleur des espèces actives de silicium et d’aluminium dans l’environnement environnant du noyau cristallin sont considérablement augmentés, ce qui réduit non seulement l’activité de la surface du géopolymère, mais rend également le gabarit organique facilement attaché à la surface de la matière première solide. Il favorise également la dépolymérisation et le réarrangement des polymères géominéraux, accélérant ainsi le taux de croissance des cristaux. Bien que la préparation de tamis moléculaires de zéolite à base d’argile par la technologie de synthèse en phase solide surmonte les caractéristiques de synthèse verte d’une grande quantité de solvants synthétiques, l’opération de synthèse réelle est trop lourde, la pression dans le système est trop importante pendant la cristallisation et les produits de synthèse sont mélangés. Une série de problèmes pratiques ne peuvent toujours pas être appliqués industriellement. 3. Méthode sans solvant Afin de surmonter les problèmes de grande quantité de rejet de solution alcaline pour polluer l’environnement, faible rendement par bouilloire et haute pression du système de synthèse en raison de l’utilisation d’eau de solvant dans la synthèse traditionnelle des tamis moléculaires de zéolite, la technologie de synthèse sans solvant des tamis moléculaires de zéolite à base d’argile a vu le jour. Étant donné que la synthèse sans solvant du tamis moléculaire de zéolite appartient à l’interaction entre l’état solide et l’état solide, aucun solvant n’est ajouté dans le processus de synthèse, de sorte que le problème de la décharge de solvant et de la pression de synthèse causé par la production de zéolite est complètement éliminé. À l’heure actuelle, on pense que la synthèse sans solvant des tamis moléculaires de zéolite à base d’argile suit un mécanisme de transition de phase solide. C’est-à-dire que dans le processus de cristallisation de la zéolite, il passe par quatre étapes de diffusion, de réaction, de nucléation et de croissance. La différence avec la synthèse hydrothermale des cristaux de graines et la synthèse en phase solide assistée par la vapeur est que dans le processus de synthèse sans solvant des tamis moléculaires de zéolite, il n’y a ni dissolution des matières premières en phase solide ni implication directe de la phase liquide dans la nucléation du tamis moléculaire et la croissance cristalline. Dans le processus de synthèse de la zéolite, prolonger le temps de broyage et augmenter la force de broyage peut non seulement augmenter les chances de contact intermoléculaire, ce qui est propice à la diffusion spontanée des molécules, mais également augmenter l’énergie libre de surface des composants de la réaction, augmentant ainsi l’énergie libre totale de la synthèse de la zéolite. But. Au cours du processus de cristallisation, en fonction des vides abondants et des différences de gradient de concentration entre les interfaces de phase, les espèces actives de silicium et d’aluminium générées par l’activation et la dépolymérisation des argiles naturelles de silico-alumine polymérisent, formant progressivement un « noyau cristallin » primaire, puis continuellement polycondensation, condensation et enfin se combinent en monocristaux de tamis moléculaire.
Séparation par osmose inverse de molécules liquides organiques à l’aide d’une membrane de tamis moléculaire de carbone
La séparation et la purification sont très importantes dans la production et la vie. Environ 40 à 60% de l’énergie dans le processus de production est utilisée pour la séparation et la purification; la séparation de substances ayant des propriétés physiques similaires est également très difficile, comme la séparation entre les isomères. Les méthodes de séparation à base de membrane, si l’efficacité de séparation peut être améliorée, peuvent réduire considérablement la consommation d’énergie. Par exemple, les membranes de nanofiltration en solution organique sont utilisées pour la purification de produits de grande valeur, mais ne peuvent pas séparer efficacement des molécules de taille moléculaire similaire en raison d’une spécificité moléculaire insuffisante. Afin d’obtenir une meilleure méthode de séparation et de purification, de réduire efficacement la consommation d’énergie et d’améliorer l’efficacité de la séparation, les chercheurs doivent encore poursuivre leurs recherches. Introduction aux résultats Le 19 août, Ryan P. Lively, School of Chemical and Biomolecular Engineering, Georgia Institute of Technology, États-Unis, a signalé une membrane de fibre creuse de tamis moléculaire de carbone asymétrique (CMS) dans Nature en tant que technologie potentielle d’osmose inverse à solvant organique (OSRO). Matériel. La technologie d’osmose inverse à solvant organique utilisant un tamis moléculaire au carbone non seulement n’a pas besoin de changer la phase de la matière organique, réduit la perte d’énergie dans le processus de séparation, mais sépare également efficacement la matière organique avec des tailles moléculaires similaires. Les auteurs ont utilisé les changements dans la perméabilité du para-xylène et de l’ortho-xylène dans les films CMS pour refléter la performance de perméation de CMS. En utilisant la membrane du tamis moléculaire de carbone, la séparation par osmose inverse des molécules liquides organiques peut être réalisée, et la séparation peut être complétée efficacement sans modifier la morphologie de phase et réduire la consommation d’énergie. Perspective L’utilisation de la technologie de séparation par dialyse sous la basse température et la haute pression de la membrane de séparation peut réduire considérablement la consommation d’énergie, mais l’efficacité de séparation et la sélectivité de séparation restent de grands défis, et les efforts continus de la majorité des chercheurs sont encore nécessaires.
Tamis moléculaires de carbone de cellulose pour la séparation de l’hydrogène
tamis moléculaires de carbone La production d’hydrogène (H2) à partir du gaz naturel est considérée comme l’une des technologies les plus prometteuses pour l’énergie à faible émission de carbone à l’avenir et la réduction des émissions de gaz à effet de serre. Par rapport aux technologies conventionnelles de purification en H, les technologies de séparation à base de membrane ont fait l’objet d’une grande attention en raison de leur efficacité énergétique supérieure et de leur respect de l’environnement. Cependant, les membranes de séparation H2 et CO2 actuellement couramment utilisées souffrent généralement de faibles performances de séparation, d’un coût élevé et d’une faible stabilité à haute température et haute pression. Par conséquent, il est encore difficile de préparer des membranes de purification de H2 commercialement viables. Les membranes de tamis moléculaire de carbone (CMS) sont fabriquées par carbonisation contrôlée de précurseurs de polymères à haute température et ont des structures poreuses rigides. Lorsque la membrane CMS est transformée en une fibre creuse adaptée à un module membranaire, elle devrait avoir les propriétés de résistance aux hautes températures et aux hautes pressions. La cellulose a de fortes liaisons hydrogène interchaînes et intrachaînes, ce qui la rend peu soluble dans la plupart des solvants, avec seulement quelques solvants tels que la N-méthylmorpholine-N-oxyde (NMMO), les liquides ioniques et les sels inorganiques peuvent perturber efficacement leur réseau de liaison hydrogène. Cependant, l’obtention d’un diagramme de phase ternaire cellulose/solvant/non solvant précis est toujours difficile en raison de l’énorme viscosité de ce système. Sur cette base, Xuezhong He et al. de l’Université norvégienne de technologie ont préparé des membranes en fibre creuse de carbone (CHFM) en ajustant la température de solidification et la température de carbonisation finale du système cellulose/ionique liquide/eau et les ont utilisées pour la séparation H2. Les chercheurs ont préparé des précurseurs de fibres creuses de cellulose asymétriques par un processus de filage sec et humide, puis échangés avec de l’eau pour éliminer le solvant d’origine EmimAc et DMSO, et enfin obtenu la structure microporeuse correspondante par carbonisation à haute température. D’après les images SEM, on peut constater que les structures asymétriques de la couche sélective externe et de la couche de support interne poreuse d’environ 3 μm sont toujours maintenues lorsque différentes températures de carbonisation sont utilisées. CHFM-550 à la température de carbonisation la plus basse a la dureté et le module de Young les plus bas. Avec l’augmentation de la température de carbonisation, la dureté et le module de Young augmentent progressivement. L’augmentation de la dureté et du module peut être attribuée aux changements structurels internes causés par l’augmentation de la température de carbonisation. Dans le même temps, avec l’augmentation de la température de carbonisation, les pics de pores >5 Å se sont affaiblis, tandis que les pics de pores 800 et la sélectivité de H2 / CH4 est >5700, ce qui offre la possibilité de purification H2 dans certains processus. En résumé, ces travaux ont produit un matériau de fibre creuse de cellulose asymétrique en filant de la cellulose microcristalline et de l’EmimAc. Les fibres creuses de cellulose obtenues sont carbonisées à haute température pour obtenir des membranes de fibres creuses asymétriques dont la structure microporeuse les aide à séparer H2 des autres gaz.
Tamis moléculaires 4A, le rôle des tamis moléculaires 13x
Tamis moléculaires Tamis moléculaires 3A Tamis moléculaires 4A Tamis moléculaires 5A Tamis moléculaires 13X Tamis moléculaires au carbone Les tamis moléculaires 3A sont principalement utilisés dans : Déshydratant pour les industries chimiques, pétrolières, pharmaceutiques, isolantes et autres. Il est utilisé pour la déshydratation industrielle des hydrocarbures insaturés, tels que les gaz de craquage, le butadiène, le propylène, l’acétylène, etc. Il peut également être utilisé pour le séchage du gaz, du liquide polaire et du gaz naturel. En raison de la petite taille des pores des tamis moléculaires 3A, la co-adsorption d’autres molécules peut être contrôlée efficacement pendant le processus d’adsorption. Les tamis moléculaires 4A sont principalement utilisés dans : Déshydratation statique dans des systèmes gazeux ou liquides fermés. En tant que dessiccant statique dans les systèmes de réfrigération domestiques, les emballages pharmaceutiques, les climatiseurs automobiles, les composants électroniques, les produits chimiques périssables ou en tant qu’agent déshydratant dans les systèmes de revêtement en plastique. Il peut également être utilisé pour le séchage de matières hydrocarbonées saturées dans l’industrie et peut adsorber le méthanol, l’éthanol, le sulfure d’hydrogène, le dioxyde de carbone, etc. Disponible en systèmes R-12 et R-22. Il peut également être utilisé pour la séparation et la purification de composants gazeux et liquides, tels que la purification de l’argon, la préparation d’éthanol anhydre réactif, etc. Les tamis moléculaires 4A qui peuvent être adsorbés par des tamis moléculaires 3A peuvent être adsorbés. Les tamis moléculaires 5A sont principalement utilisés dans : Séparation de la n-isoparaffine, séparation de l’oxygène et de l’azote, séchage et raffinage des produits chimiques, du pétrole et du gaz naturel, du gaz de décomposition de l’ammoniac et d’autres gaz et liquides industriels. Les tamis moléculaires 13X sont principalement utilisés dans: La taille des pores du tamis moléculaire 13X est de 10A et l’adsorption de toute molécule est inférieure à 10A. Il peut être utilisé pour la co-porteuse de catalyseur, la co-adsorption de l’eau et du dioxyde de carbone, la co-adsorption de l’eau et du gaz sulfuré d’hydrogène. Il est principalement utilisé dans le séchage des médicaments et des systèmes de compression d’air. Variété professionnelle. Les tamis moléculaires au carbone sont principalement utilisés dans : Le tamis moléculaire de carbone est l’adsorbant du générateur d’azote PSA. Il adopte le principe de l’adsorption par variation de pression (PSA) pour séparer l’azote de l’air.
Combien de temps faut-il aux tamis moléculaires 4a pour traiter l’acétonitrile
Si le tamis moléculaire 4a activé devient trouble au cours du processus de déshydratation de l’acétonitrile, il peut d’abord être lavé à l’eau, puis mis dans le four à moufles pour activation, puis utilisé, de sorte que la turbidité ne sera pas traitée. Procédé d’élimination de l’eau pour acétonitrile traité par tamis moléculaire de type 4a 1. Ajouter l’anhydride phosphorique et le reflux jusqu’à ce que l’anhydride phosphorique ne jaunisse pas et le cuire à la vapeur sous protection contre l’azote;. 2. Ajouter l’hydrure de calcium et le reflux pendant six à huit heures et cuire à la vapeur sous la protection de l’azote; 3. Tamis moléculaire pour éliminer l’eau, sécher le tamis moléculaire 4A à environ 300 ° pendant 6-8 heures, le refroidir à température ambiante sous protection contre l’azote, l’ajouter à l’acétonitrile sous protection contre l’azote ou laisser reposer pendant plus de 12 heures dans un environnement sec. 4. Ajouter un gel de silice ou un tamis moléculaire 4A pour éliminer l’eau dans l’acétonitrile, puis ajouter de l’hydrure de calcium et remuer jusqu’à ce que l’hydrogène ne soit plus libéré, de sorte que l’acide acétique puisse être éliminé, ne laissant qu’une petite quantité d’eau. Ensuite, distillez à un taux de reflux élevé, en prenant soin d’empêcher l’humidité d’entrer. Pour cette raison, reflux sur l’hydrure de calcium, ou ajouter 0,5% -1% d’anhydride phosphorique à la fiole de distillation pour éliminer la majeure partie de l’eau restante. L’anhydride phosphorique doit être évité en excès car il formera un polymère orange. 5. (1) Élimination préliminaire de l’eau Mettez l’acétonitrile dans le récipient, mettez-le dans le tamis moléculaire 4A (tamis moléculaire sec) et placez-le dans un récipient scellé pendant 12 heures. (2) Rectification. La solution après élimination préliminaire de l’eau est versée dans une fiole à fond rond, une quantité appropriée d’anhydride phosphorique est ajoutée et un rotor d’agitation magnétique est utilisé. Distiller jusqu’à ce que l’anhydride phosphorique ne soit plus assombri (généralement 5 à 6 heures). La solution dans le distributeur a été libérée (utilisée pour laver la bouteille contenant la solution et séchée avec un sèche-cheveux). Après cela, la bouteille contenant la solution a été scellée et connectée à l’extrémité inférieure du distributeur, et le chauffage a été continué à distiller la solution restante, laissant environ 100 ml de vapeur à l’extérieur. REMARQUE: La solution doit rester bouillante tout au long du processus. (3) Conservation: Ajouter la solution rectifiée au tamis moléculaire sec et la stocker dans un endroit scellé à l’abri de la lumière. 6. L’acétonitrile est infiniment miscible avec l’eau et l’alcool, et peut former un azéotrope binaire avec l’eau. Sa composition et son azéotrope sont les suivants: azéotrope: 77 degrés Celsius (101,33 kpa), teneur en acétonitrile 77% (W) déshydratation de l’acétonitrile, due à l’acétonitrile et l’eau est infiniment miscible, et l’acétonitrile est difficile à déshydrater. L’acétonitrile et l’eau peuvent former un azéotrope, mais l’eau ne peut pas être séparée. Pour une purification ultérieure, il peut être séché avec du chlorure de calcium anhydre, filtré et ajouté avec 0,5-1% cinq oxyde de phosphore (P2O5) est reflux, puis distillé sous pression normale. Répétez cette opération jusqu’à ce que l’anhydride phosphorique (P2O5) ne soit plus coloré, puis ajoutez du carbonate de potassium anhydre (K2CO3) nouvellement fondu pour la distillation afin d’éliminer une trace d’anhydride phosphorique (P2O5). 7. Ajouter l’anhydride phosphorique (5-10g / V) à l’acétonitrile, reflux pendant 2-3 jours, puis cuire à la vapeur, ce qui peut éliminer la majeure partie de l’eau. Notez qu’un tube de séchage au chlorure de calcium doit être ajouté au tube du condenseur pendant le reflux. L’ajout excessif d’anhydride phosphorique doit être évité car des polymères orange peuvent se former. Une petite quantité de carbonate de potassium est ajoutée à l’acétonitrile distillé pour la re-distillation, ce qui peut éliminer la trace de pentoxyde de phosphore, et enfin utiliser une colonne de fractionnement pour le fractionnement. C’est très gênant, mais c’est plus pur de le sortir. 8. Reflux avec KMnO4 et K2CO3 pendant 8 heures, puis vapeur dans une fiole à fond rond avec P2O5. Reflux pendant 5 heures supplémentaires, puis évaporé.
Quelle est la densité apparente du tamis moléculaire 4A?
En tant que dessiccant d’adsorption, le tamis moléculaire 4A est utilisé plus fréquemment. Quelle est la densité apparente des tamis moléculaires 4A ? 4A tamis moléculaire sphéroïdes et barres. 4a Les bandes de tamis moléculaires ont un diamètre de 1,5 à 1,7 mm, une densité apparente de ≥0,66 g/ml, un diamètre de 3,0 à 3,3 mm et une densité apparente de ≥0,66 g/ml; 4a Diamètre sphérique du tamis moléculaire 1,7-2,5 mm, densité apparente ≥0,7 g/ml, diamètre 3,0-3,3 mm, densité apparente ≥0,7 g/ml; Les paramètres comprennent également la qualification de la taille des particules, le taux d’usure, la résistance à la compression, le taux d’adsorption statique de l’eau, le taux d’adsorption du formaldéhyde, la teneur en eau d’emballage, etc. Le tamis moléculaire 4a peut adsorber l’eau, le méthanol, l’éthanol, le sulfure d’hydrogène, le dioxyde de soufre, le dioxyde de carbone, l’éthylène, le propylène, etc., et n’adsorbe aucune molécule d’un diamètre supérieur à 4A (y compris le propane), et ses performances d’adsorption pour l’eau sont meilleures que celles de tout autre tamis moléculaire. Il s’agit d’une variété industrielle de tamis moléculaire avec un dosage plus important. 110 ° C est correct pour l’évaporation de l’eau dans l’atmosphère, mais l’eau dans le tamis moléculaire ne peut pas être déchargée. Par conséquent, en laboratoire, il peut être activé et déshydraté en séchant dans un four à moufle. La température est de 350°C. Sécher sous pression normale pendant 8 heures (s’il y a une pompe à vide, elle peut être séchée à 150°C avec extraction d’air). Le tamis moléculaire activé est refroidi à environ 200 ° C dans l’air (environ 2 minutes), c’est-à-dire qu’il doit être stocké dans un endroit sec immédiatement. Si possible, utilisez de l’azote sec pour protéger l’appareil après utilisation afin d’empêcher les polluants de réapparaître dans l’air. Le tamis moléculaire 4a activé doit être refroidi à environ 200 ° C (environ 2 minutes) dans l’air, c’est-à-dire qu’il doit être stocké immédiatement. . Influence du rapport Si/Al du tamis moléculaire En dessous de 100 est un faible rapport silicium / aluminium, 100-200 est un rapport silicium / aluminium moyen. Plus de 200 est un silicium élevé. Plus le rapport entre le silicium et l’aluminium est élevé, meilleure est la stabilité thermique et la conductivité thermique, et plus l’acidité est faible. Le tamis moléculaire contenant de l’aluminium a une acidité de surface. La raison de son acidité est que Al est trivalent, tandis que Si est tétravalent. Oui, il y a une paire de charges sur l’aluminium à trois coordonnées, qui est la source de l’acide L du tamis moléculaire. Si, afin d’équilibrer les charges, un groupe hydroxyle est attaché à l’aluminium, qui devient la source de l’acide B. Le rapport silice-alumine des tamis moléculaires peut fortement affecter ses propriétés acides, c’est-à-dire sa teneur en acide et sa force acide. Si le rapport du silicium à l’aluminium est augmenté, il y aura plus de silicium, la quantité d’acide sera réduite et la résistance à l’acide sera augmentée en même temps. Les tamis moléculaires utilisent des sels de sodium dans le processus de synthèse, de sorte que les tamis moléculaires formés sont d’abord de type Na, et le type H peut être obtenu après échange d’ions NH4 + et torréfaction. Les tamis moléculaires de type H contiennent une grande quantité d’acide B. Par conséquent, le rapport Si/Al a une influence décisive sur la réaction catalysée par l’acide.