ゼオライト膜の調製は、研究室に蓄積されたノウハウと経験に基づいています。膜合成を始めたい方のリファレンスとして、このプロトコルを共有したいと考えています。この方法により、有機構造指示剤を用いずに良好な分離性能を有するBEA膜を得ることが可能になります。
運用上、ゼオライト膜の準備のための装置は非常にユニークです。このビデオは、ゼオライト膜を準備する方法を実行するのに役立ちます。この手順のデモンストレーションは、当研究室の大学院生である辻木勇人です。
まず、長い管状多孔質アルファアルミニウム酸化物支持体を3センチ切り出す。蒸留水で10分間、サポートを洗浄します。その後、アセトンで10分間洗います。
この洗浄プロセスを2回繰り返します。ビーカーを使用して洗浄した支持体をインキュベーターに移し、一晩で摂氏110度で乾燥させます。午前中に、サポートピースの重量を測定します。
まず、ポリプロピレン製の250mlボトルにコロイダルシリカ26.2グラムと水酸化テトラエチランモニウム8.39グラムを加えます。50°Cの水浴で20分間磁気スターラーを使用して混合物をかき混ぜます。その後、室温で20分間磁気スターラーを使用して混合物をかき混ぜます。
その後、水酸化テトラエチランモニウム8.39グラム、蒸留水5.79グラム、水酸化ナトリウム1.08グラム、アルミン酸ナトリウム0.186グラムをテフロンビーカーに加えます。室温で20分間磁気撹拌機を使用して、混合物をかき混ぜます。次に、溶液Bを250mlボトルに溶液Aに加える。
溶液AとBの混合物は乳白色になる。ボトルをキャップし、手で5分間激しく振ります。その後、混合物を攪拌し、磁気スターラーを使用し、室温で24時間撹拌する。
翌日、得られたゲルは合成ゲルであり、24個の酸化ナトリウムを200に200個の酸化アルミニウムに対して2905水酸化テトラエチランモニウム水酸化水酸化69個まで最終組成した。結晶化を行うために、テフロン裏地オートクレーブに合成ゲルを注ぎます。オートクレーブを摂氏100度のエアオーブンに7日間置きます。
その後、オートクレーブを流れる水で30分間クエンチします。200ナノメートルのメッシュフィルターを備えた真空ろ過装置により、オートクレーブの白色堆積物を取り外します。白い堆積物を200mlの熱湯で洗い、非晶質で結晶化していない材料を取り除きます。
一晩摂氏110度で皿に洗った堆積物を乾燥させます。乾燥した沈込は、種子結晶である。BEAシードスラリーを準備するには、ボトルに蒸留水100mlに0.5gの種子結晶を加えます。
種子結晶を分散させるために1時間の種子スラリーの超音波処理を行います。次に、テフロンテープを使用して、サポートの内側を差し込むために、ステンレス鋼の棒で管状の支持体を固定します。直径19mlのガラス管に種のスラリーを注ぎます。
固定された支持を注いだ種スラリーに浸し、1分間待ちます。その後、シリコンキャップを通して、毎秒約3センチメートルで種のスラリーを垂直に引き出します。ディップコーティングプロセスをもう一度繰り返します。
ディップコーティング後、摂氏70度で2時間乾燥させます。次に、ディップコーティングされたサポートを摂氏538度で6時間、毎分50度で温度率を上昇および低下させます。これによりOSDAが除去され、種子がサポート面に化学的に結合します。
焼成後、支持の重量を測定する。浸入塗布前後の支持重量の差として、ロードされた種結晶の量を計算します。蒸留水92.9グラム、水酸化ナトリウム9.39グラム、アルミン酸ナトリウム1.15グラムを250mlポリプロピレンボトルに加えます。
水浴で摂氏60度で30分間磁気スターラーを使用して混合物をかき混ぜます。その後、81.6グラムのコロイドシリカを1秒あたり1滴の段階的に混合物に加える。水浴で摂氏60度でさらに4時間かき混ぜます。
得られたゲルは合成ゲルであり、2000水に100シリコン酸化物に対して1酸化アルミニウムに30個の酸化ナトリウムの最終組成を有する。次に、シード支持体を垂直に配置したテフロン裏地オートクレーブに合成ゲルを注ぎます。オートクレーブを摂氏120度の空気オーブンに7日間置き、結晶化します。
結晶化後、オートクレーブを流れる水で30分間クエンチします。8時間熱湯で膜で支持を洗浄し、一晩乾燥させます。これがBEA膜です。
乾燥後、調製した支持物の重量を膜で測定する。結晶化前後の支持重量の差により膜の重量を計算します。合成されたBEAシード結晶のX線屈折パターンは、典型的な強い反射ピークを示し、2シータ前後、7.7度および22.1度に等しい。
また、BEA型ゼオライト以外の明らかな反射ピークは認められなかった。球状の種子結晶は、合成された種子結晶のFE-SEM画像を通して観察され、その大きさは均一に約200ナノメートルであった。合成されたBEA膜のX線屈折パターンは、種子結晶において観察された同じピークを示す。
また、26度、35.5度、38度に等しい2つのセタを有するアルファ酸化アルミニウムの反射ピークが観測された。合成された膜のFE-SEM画像は、結晶が支持体を均一に覆う八角形形態を切り捨てたことを明らかにする。ゼオライト合成にはジルコンやアルミニウムのソースが多く存在します。
ただし、このBEA型膜の準備のために材料を変更しないでください。
