СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СВОЙСТВ ЦЕОЛИТА ТИПА LTA В ЗАВИСИМОСТИ ОТ МЕТОДА ПОЛУЧЕНИЯ: ГИДРОТЕРМАЛЬНЫЙ И УЛЬТРАЗВУКОВОЙ
Аннотация
Целью работы явилось установление основных закономерностей влияния использования ультразвука на стадии синтеза в сравнении с гидротермальным способом производства на физико-химические свойства цеолита типа LTA. Главным условием синтеза данного цеолита является наличие прекурсоров, а именно алюминатов и алюмосиликатов натрия кубической сингонии. В качестве сырья для синтеза цеолита использовали метакаолин, твердый гидроксид натрия и оксид алюминия. Ультразвуковую обработку проводили при частоте 22 кГц и амплитудой на конце концентратора 8 мкм в течение 10 мин. Промышленный аналог синтезирован по ТУ 2163-005-21742510-2004. В данной работе для исследования кислотно- основных свойств цеолитных структур в качестве зонда использовали аммиак. Выбор аммиака обусловлен его высокой степенью основности, позволяющей определить не только сильнокислотные центры, но и слабые центры, небольшим размером данной молекулы. Динамическую активность по парам воды при проскоковой концентрации определяли в проточном режиме. Размер частиц цеолитов измеряли непосредственно с помощью сканирующей электронной микроскопии. Обнаружено, что у образца, синтезированного с помощью ультразвука, концентрация обменных катионов натрия больше в 2,5 раза, чем у гидротермального аналога и составляет 80 и 30 мкг-экв/100 г соответственно. Методом термопрограммированной десорбции аммиака определили силу и количество кислотных центров синтезированных цеолитов, для синтезированного цеолита LTA ее значения лежат в пределах 0,06 1019 ед/м2, у промышленного аналога ниже на 5-10% и составляют 0,05 1019 ед/м2. Используя данные кинетики десорбции аммиака при различных скоростях нагрева, были рассчитаны значения энергии активации для десорбции аммиака, результаты лежат в пределах от 18,26 до 74,27 кДж/моль. Исследование кислотно-основных свойств показало более развитую поверхность у цеолита, полученного ультразвуковым методом, что объясняет большую кислотность, энергию активации.
Для цитирования:
Гордина Н.Е., Борисова Т.Н., Клягина К.С., Румянцев Р.Н., Прозоров Д.А. Сравнительный анализ свойств цеолита типа LTA в зависимости от метода получения: гидротермальный и ультразвуковой. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2022. Т. 65. Вып. 9. С. 90-96. DOI: 10.6060/ivkkt.20226509.6633.
Литература
Gordina, N.E., Pro-kof’ev, V.Yu., Khmylova, O.E., Soloninkina, S.G., Kul’pina, Yu.N. Synthesis of the granulated low-modulus zeolites from a metakaolin using ultrasonic treatment. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2016. V. 59. N 11. P. 70–76. DOI: 10.6060/tcct.20165911.5463.
Mubashir M., Fong Y.Y., Keong L.K., Ting S.S. CO2 Adsorption Study Using Deca-Dodecasil 3 Rhombohedral (DDR3) Zeolite Synthesized Via Ultrasonic Irradiation Coupled with Hydrothermal Heating Method. Procedia Eng. 2016. 148. P. 122–127. DOI: 10.1016/J.PROENG.2016.06.492.
Askari S., Halladj R. Ultrasonic pretreatment for hydrother-mal synthesis of SAPO-34 nanocrystals. Ultrason. Sonochem. 2012. 19. P. 554–559. DOI: 10.1016/j.ultsonch.2011.09.006.
Gordina N.E., Prokof’ev V.Yu., Borisova T.N., Elizarova A.M. Synthesis of granular low-modulus zeolites from metakaolin using mechanochemical activation and ultrasonic treatment. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2019. V. 62. N 7. P. 99–106. DOI: 10.6060/ivkkt201962fp.5725
Il'in A.A., Smirnov N.N., Rumyantsev R.N., Ivanova T.V., Il'in A.P. Mechanochemical synthesis of zinc oxides with the use of liquid and gaseous media. Russ. J. Appl. Chem. 2014. 87(10). P. 1412–1416. DOI: 10.1134/S1070427214100036.
Sadeghpour P., Haghighi M., Khaledi K. High-temperature efficient isomorphous substitution of boron into ZSM-5 nanostructure for selective and stable production of ethylene and propylene from methanol. Mater. Chem. Phys. 2018. 217. P. 133–150. DOI: 10.1016/J.MATCHEMPHYS.2018.06.048.
Ilyin A.A., Rumyantsev R.N., Zhukov A.B., Ilyin A.P. Mechanochemical synthesis of iron-molybdenum catalyst for formaldehyde synthesis. Nanotechnol. in Russia. 2016. 11 (9-10). P. 569–578. DOI: 10.1134/S1995078016050086.
Prozorov D.A., Afineevskii A.V., Knyazev A.V., Sukhachev Y.P., Sukhacheva M.D. Deactivation of Supported Nickel-Based Hydrogenation Catalysts with Sulfide Ions. Russ. J. Phys. Chem. A. 2019. 93 (11). 2158–2162. DOI: 10.1134/S0036024419110220.
Melnikov A.A., Gordina N.E., Sinitsyn A.P., Gusev G.I., Gushchin A.A., Rumyantsev R.N. Investigation of the in-fluence of mechanochemical effects on the structure and properties of vermiculite sorbents. J. Solid State Chem. 2022. 306. P. 122795. DOI: 10.1016/j.jssc.2021.122795.
Prokof'ev V.Y., Gordina N.E. Natural mechanisms of mechanochemical interactions in oxide powders. Glass Ceramics. 2014. 71(1-2). P. 10–14. DOI: 10.1007/s10717-014-9605-2.
Gordina N.E., Prokof’ev V.Yu., Kul’pina Yu.N., Petukhova N.V., Gazakhova S.I., Khmylova O.E. Use of Ul-trasonic Processing at Early Stages of LTA Zeolite Synthesis from Metakaolin. Glass Ceram. 2016. 73. 9. P. 334–337. DOI: 10.1016/j.ultsonch.2016.05.008.
Gordina N.E., Prokof’ev V.Yu., Kul’pina Yu.N., Petu-khova N.V., Gazakhova S.I., Khmylova O.E. Effect of ul-trasound on the synthesis of low-modulus zeolites from a metokaolin. Ultrason. Sonochem. 2016. 33. P. 210–219. DOI: 10.1016/j.ultsonch.2016.05.008.
Gordina N.E., Borisova T.N., Klyagina K.S., Astrakhantseva I.A., Ilyin A.A., Rumyantsev R.N. Investigation of NH3 Desorption Kinetics on the LTA and SOD Zeolite Membranes. Membranes. 2022. 12. P. 147. DOI: 10.3390/membranes12020147.
Gordina N.E., Prokof'ev V.Y., Il'in A.P. Extrusion Molding of Sorbents Based on Synthesized Zeolite. Glass Ceram. 2005. 62. P. 282-286. DOI: 10.1007/S10717-005-0092-3.
Aghamohammadi S., Haghighi M., Ebrahimi A. Pathways in particle assembly by ultrasound-assisted spray-drying of kaolin/SAPO-34 as a fluidized bed catalyst for methanol to light olefins. Ultrason. Sonochem. 2019. 53. P. 237–251. DOI: 10.1016/j.ultsonch.2019.01.009.
Yit Siew Ng T., Leng Chew T., Fong Yeong Y. Synthesis of small pore zeolite via ultrasonic-assisted hydrothermal synthesis. Mater. Today. Proc. 2019. 16. P. 1935–1941. DOI: 10.1016/J.MATPR.2019.06.071.
Zhuang S., Hu Z., Huang L., Qin F., Huang Z., Sun C., Shen W., Xu H. Synthesis of ZSM-5 catalysts with tunable mesoporosity by ultrasound-assisted method: A highly stable catalyst for methanol to propylene. Catal. Commun. 2018. 114. P. 28–32. DOI: 10.1016/J.CATCOM.2018.06.001.
Maier W.M. Molecular Sieves: Society of Chemical Industry. London. 1968. 10 p.
Gordina N.E., Prokof’ev V.Y., Hmylova O.E., Kul’pina Y.N. Effect of ultrasound on the thermal behavior of the mixtures for the LTA zeolite synthesis based on metakaolin. J. Therm. Anal. Calorim. 2017. 129. P. 1415-1427. DOI: 10.1007/s10973-017-6357-6.
Shu Y., Ma D., Xu L. Methane dehydro‐aromatization over Mo/MCM‐22 catalysts: a highly selective catalyst for the formation of benzene. Catal. Lett. 2000. 70. P. 67–73. DOI: 10.1023/A%3A1019079603279.
Deng C., Zhang J., Dong L., Huang M., Li B., Jin G., Gao J., Zhang F., Fan M., Zhang L. The effect of positioning cations on acidity and stability of the framework structure of Y zeolite. Sci. Rep. 2016. 6. P. 23382. DOI: 10.1038/srep23382.
Miki N., Shinji N., Naonobu K. IRMS–TPD of ammonia for characterization of acid site in b-zeolite. Micropor. Mesopor. Mater. 2005. 82. P. 105–112. DOI: 10.1016/j.micromeso.2005.03.002.
Xiang L., Hai-fu G., Hua-ming C. Determination of the Activation Energy for Desorption by Derivative Thermogravimetric Analysis. Adsorpt. Sci. Technol. 2006. 24. P. 907-914. DOI: 10.1260/026361707781421960.
Nechaev Yu.S. On the nature, kinetics and limiting values of hydrogen sorption by carbon nanostructures. Phys. Usp. 2006. 49:6. 563-591. DOI: 10.3367/UFNR.0176.200606B.0581.
Holba P., Šesták J. Imperfections of Kissinger evaluation method and crystallization kinetics. Glass. Phys. Chem. 2014. 40. P. 486–495. DOI: 10.1134/S1087659614050058.
Deng C., Zhang J., Dong L., Huang M., Li B., Jin G., Gao J., Zhang F., Fan M., Zhang L., Gong Y. The effect of po-sitioning cations on acidity and stability of the framework structure of Y zeolite. Sci. Rep. 2016. 6. 23382. DOI: 10.1038/srep23382.
