بررسی مسیر‌های فعال سازی کائولن در سنتز زئولیت A به روش هیدروترمال با اعمال امواج فراصوت

محورهای موضوعی : شیمی معدنی

محبوبه اجتماعی ¹ , سپهر صدیقی ² , علیقلی نیایی ³ , مهدی رشیدزاده ⁴ , داریوش سالاری ⁵

1 - دانشجوی دکترای مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی شیمی و نفت، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران
2 - استادیار مهندسی شیمی، پژوهشکده توسعه فناوری‌های کاتالیست، پژوهشگاه صنعت نفت، تهران، ایران
3 - استاد مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی شیمی و نفت، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران
4 - دانشیار شیمی، پژوهشکده توسعه فناوری‌های کاتالیست، پژوهشگاه صنعت نفت، تهران، ایران
5 - استاد شیمی، دانشکده شیمی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

تاریخ دریافت : 1400/09/20 تاریخ پذیرش : 1400/12/26 تاریخ انتشار : 1401/03/01

کلید واژه: امواج فراصوت, سنتز هیدروترمال, کائولن, زئولیت LTA, ذوب قلیائی,

چکیده مقاله :

زئولیت LTA به عنوان یکی از پرکاربرد ترین زئولیت های صنعتی است که در فرایندهای متفاوت به عنوان جاذب، تبادل گر یونی و کاتالیست به کار گرفته می شود. در این پژوهش، زئولیت A با روش آب گرمایی از کائولن به عنوان منبع اتم های سیلیکون و آلومینیم تهیه شد. روش های متفاوت فعال سازی کائولن مانند کلسینه شدن، ذوب قلیایی و ذوب قلیایی-استخراج مورد ارزیابی قرار گرفتند. ویژگی نمونه های تهیه شده با پراش پرتو ایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی و جذب و واجذب نیتروژن بررسی و ظرفیت جذب آب ایستایی نمونه ها ارزیابی شدند. نتیجه ها نشان دادند، زمان تهیه در روش کلسینه شدن کمتر بود درحالی که ذوب قلیایی منجر به تهیه زئولیت با خلوص بالاتری شد. دمای °C 700 به عنوان دمای بهینه کلسینه شدن کائولن نتیجه گیری شد. افزون برآن، ظرفیت جذب آب نمونه های تهیه شده در شکل های پتاسیم و سدیم در روش ذوب قلیایی به ترتیب برابر با 14/35 و 24/36 درصد وزنی و در روش ذوب قلیایی-استخراج به ترتیب برابر با 70/14 و 06/25 درصد وزنی به دست آمد که این مقادیر، بیشتر از ظرفیت جذب آب برای نمونه تهیه شده در روش کلسینه شدن (به ترتیب برابر با 12/24 و 18/27 درصد وزنی) بود.

چکیده انگلیسی:

Zeolites LTA is widely used as an adsorbent, ion exchanger, and catalyst in the chemical and petrochemical industries. In the present study, at first, the Na form of zeolite A was synthesized by hydrothermal method from kaolin, using calcination and alkali fused activation methods. The samples were characterized by XRD, SEM, N2physisorption techniques. The obtained results showed that crystallization time is lower via the kaolin calcination route in comparison to the alkaline fusion. Moreover, the alkali activation method is more suitable compared to the calcination one and leads to the synthesis of zeolite with high purity. Sonochemical treatment reduced the crystallization and synthesis time. In addition, the water sorption capacity of the K and Na forms of zeolites prepared via the kaolin fusion were 14.35 and 24.36 wt. %, and for the samples prepared via fusion-extraction were 14.7 and 25.06 wt. %, respectively. These water sorption capacities are higher than the values reported for the samples prepared using metakaolin (equal to 12.24 and 18.27 wt %).

منابع و مأخذ:

[1] Maesen, T.; Marcus, B.; “The zeolite scene—An overview” in: van Bekkum, H.; Flanigen, E.M.; Jacobs, P.A.; Jansen, J.C.; “Studies in Surface Science and Catalysis”, Elsevier, Amesterdam, 2001.

[2] Hadi, N.; Farzi, A.; Alizadeh, R.; Niaei, A.; Microporous Mesoporous Mater. 306, 110406-110422, 2020.

[3] Shams, K.; Mirmohammadi, S.J.; Microporous Mesoporous Mater. 106 (1), 268-277, 2007.

[4] Kalantari, N.; Farzi, A.; Çaylak Delibaş, N.; Niaei, A.; Salari, D.; Res. Chem. Intermed. 47 (12), 4957-4984, 2021.

[5] Loiola, A.R.; Andrade, J.C.R.A.; Sasaki, J.M.; da Silva, L.R.D.; J. Colloid Interface Sci. 367 (1), 34-39, 2012.

[6] Jaramillo, E.; Chandross, M.; J. Phys. Chem. B. 108 (52), 20155-20159, 2004.

[7] Kulprathipanja, S., “Zeolites in Industrial Separation and Catalysis”. WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, 2010.

[8] Henao-Sierra, W.; Romero-Sáez, M.; Gracia, F.; Cacua, K.; Buitrago-Sierra, R.; Microporous Mesoporous Mater. 265, 250-257, 2018.

[9] Castillo, J.M.; Silvestre-Albero, J.; Rodriguez-Reinoso, F.; Vlugt, T.J.H.; Calero, S.; Phys. Chem. Chem. Phys. 15 (40), 17374-17382, 2013.

[10] Alkan, M.; Hopa, Ç.; Yilmaz, Z.; Güler, H.; Microporous Mesoporous Mater. 86 (1), 176-184, 2005.

[11] Maia, A.Á.B.; Angélica, R.S.; de Freitas Neves, R.; Pöllmann, H.; Straub, C.; Saalwächter, K.; Appl. Clay Sci. 87, 189-196, 2014.

[12] Maia, A.Á.B.; Neves, R.F.; Angélica, R.S.; Pöllmann, H.; Appl. Clay Sci. 108, 55-6, 2015.

[13] Ayele, L.; Pérez-Pariente, J.; Chebude, Y.; Díaz, I.; Appl. Clay Sci. 132-133, 485-490, 2016.

[14] Bukhari, S.S.; Rohani, S.; Kazemian, H.; Ultrason. Sonochemistry 28, 47-53, 2016.

[15] Andaç, Ö.; Tatlıer, M.; Sirkecioğlu, A.; Ece, I.; Erdem-Şenatalar, A.; Microporous Mesoporous Mater. 79 (1), 225-233, 2005.

[16] Ojumu, T.V.; Du Plessis, P.W.; Petrik, L.F.; Ultrason. Sonochemistry 31, 342-349, 2016.

[17] Otieno, S.O.; Kengara, F.O.; Kemmegne-Mbouguen, J.C; Langmi, H.W.; Kowenje, C.B.O.; Mokaya, R.; Microporous Mesoporous Mater. 290, 109668-109675, 2019.

[18] Bhattacharyya, K.G.; Gupta, S.S.; Adv. Colloid Interface Sci. 140 (2), 114-131, 2008.

[19] Abdullahi, T.; Harun, Z.; Othman, M.H.D.; Adv Powder Technol. 28 (8), 1827-1840, 2017.

[20] Ayele, L.; Pérez-Pariente, J.; Chebude, Y.; Díaz, I.; Microporous Mesoporous Mater. 215, 29-36, 2015.

[21] Melo, C.R.; Riella, H.G.; Kuhnen, N.C.; Angioletto, E.; Melo, A.R.; Bernardin, A.M.; da Rocha, M.R.; da Silva, L.; Mater. Sci. Eng. B. 177 (4), 345-349, 2012.

[22] Zhang, X.; Tang, D.; Jiang, G.; Adv Powder Technol. 24 (3), 689-696, 2013.

[23] Cheung, O.; Hedin, N.; RSC Adv. 4 (28), 14480-14494, 2014.

[24] Valiullin, R.; Kärger, J.; Cho, K.; Choi, M.; Ryoo, R.; Microporous Mesoporous Mater.142 (1), 236-244, 2011.

[25] Prokof'ev, V.Y.; Gordina, N.E.; Borisova, T.N.; Shamanaeva, N.V.; Microporous Mesoporous Mater. 280, 116-123, 2019.

[26] Thommes, M.; Kaneko, K.; Neimark, A.V.; Olivier, J.P.; Rodriguez-Reinoso, F.; Rouquerol, J.; Sing, K. S.W.; Pure Appl. Chem. 87 (9-10), 1051-1069, 2015.

[27] Leofanti, G.; Padovan, M.; Tozzola, G.; Venturelli, B.; Catal Today. 41 (1), 207-219, 1998.