غشای زئولیت

زئولیت ها آلومینوسیلیکات های کریستالی هیدراته با منافذ کوچک قابل مقایسه با مولکول در چارچوب های مبتنی بر شبکه های سه بعدی گسترده یون های اکسیژن هستند. زئولیت ها به طور معمول به عنوان جاذب، مبدل یونی و کاتالیزور استفاده می شوند. در این کاربردها، زئولیت ها معمولاً به صورت پودر و گلوله استفاده می شوند.

اخیراً توجه زیادی به غشاهای زئولیت ها شده است زیرا ساختارهای منحصر به فرد و خواص فیزیکوشیمیایی زئولیت ها غشاهای زئولیت را برای طیف گسترده ای از کاربردهای عملی از جمله جداسازی گاز و بخار، راکتورهای غشایی، حسگرهای انتخابی شیمیایی و دستگاه های نوری جذاب می کند. در این فصل، خواص سنتز و جداسازی غشاهای زئولیت به طور خلاصه شرح داده شده است.

روش‌های قبلی که برای سنتز زئولیت‌ها استفاده می‌شد، با استفاده از شرایط هیدروترمال برای متبلور کردن فازهای زئولیت از ژل‌های آبی متشکل از منابع آلومینیوم و سیلیس در شرایط بسیار قلیایی، تمایل به تقلید تشکیل آن‌ها در طبیعت داشتند. تغییر ترکیبات Si/Al، مقدار آب، و کاتیون(های) متفاوت همراه با تغییرات دما، فشار خودزا، و زمان منجر به طیف وسیعی از محصولات شد.

لایه های زئولیت

غشاهای زئولیت جدیدترین شاخه غشاهای معدنی را تشکیل می دهند. زئولیت ها سیلیکات های متخلخل کریستالی با ساختار بلوری پیچیده ای هستند که باعث ایجاد منافذ به اندازه مولکول خاصی می شود. آنها می توانند ترکیبات متنوعی داشته باشند و برخی از اتم های سیلیکون با کاتیون های دیگر جایگزین شوند. کاتیون ها همچنین مسئول خواص کاتالیزوری این مواد هستند.

زئولیت‌ ها معمولاً با عملیات هیدروترمال محلول سنتز سوزاننده حاوی منبع سیلیس و یک عامل هدایت کننده ساختار مناسب به عنوان یون‌های تتراپروپیل آمونیوم (TPA) تهیه می‌شوند [[100]. برای سوزاندن TPA و آزاد کردن منافذ زئولیت، یک مرحله کلسیناسیون لازم است.

لایه‌های زئولیت را می‌توان به طور مشابه، با غوطه‌ور کردن یک تکیه‌گاه چند لایه در محلول سنتز زئولیت در اتوکلاو و درمان کل هیدروترمال ساخت. تکلیس بعدی منافذ زئولیت را باز می کند. این پردازش منجر به تشکیل و رشد کریستال زئولیت بر روی سطح نگهدارنده می شود و به همین دلیل تبلور مستقیم درجا نامیده می شود.

یک رویکرد جایگزین و جدیدتر یک فرآیند دو مرحله ای به نام کاشت و رشد ثانویه است. ابتدا، برخی از دانه‌های کریستال زئولیت بر روی سیستم پشتیبانی رسوب می‌کنند، و سپس کل آن مانند حالت تبلور مستقیم رفتار می‌شود. در هر دو مورد، لایه های غشایی زئولیت تشکیل شده همیشه پلی کریستالی هستند و منافذ بین کریستالی ایجاد می کنند که عموماً تا حدودی بزرگتر از منافذ زئولیت درون کریستالی هستند.

به طور کلی برای رسیدن به غشاهای با کیفیت بالا با خواص الک مولکولی، رسوب چند لایه لازم است. در مسیر تبلور مستقیم، لایه زئولیت در تکیه گاه نفوذ می کند. در مسیر کاشت و رشد ثانویه، لایه زئولیت یک لایه نازک رویی در بالای تکیه گاه است. در حالت آخر، نفوذپذیری غشای نهایی بیشتر است و جهت گیری های خاصی از کریستال های زئولیت را می توان به دست آورد. یک مسیر جدید امیدوارکننده اخیر در سنتز غشای زئولیت، استفاده از گرمایش مایکروویو در فرآیند کاشت و رشد ثانویه است.