Síntese de zeólitas Usando o ADOR (Assembleia-Desmontagem-Organization-Remontagem) Route

O objetivo geral deste vídeo é demonstrar o método de montagem-desmontagem-organização-remontagem para preparar novos materiais de zeólita, desmontando uma zeólita pré-montada em seus componentes antes de organizá-los e remontá-los de diferentes maneiras para formar novos materiais. Os zeólitos são sólidos extremamente importantes que são usados em uma variedade de indústrias, desde catalisadores de refinarias de petróleo até revestimentos antibacterianos em dispositivos médicos. O método ADOR para preparar zeólitas é muito diferente dos métodos tradicionais de síntese de zeólitas.

E, como consequência, os tipos de materiais que podemos preparar também diferem. Isso abre muitas oportunidades para novas aplicações. Neste vídeo, mostraremos como fazer duas novas zeólitas com tamanhos de poros diferentes, o IPC-4, que tem o menor tamanho de poro, e o maior, o IPC-2.

Para montar a zeólita germânio-UTL original, primeiro dissolva 1,08 gramas de dióxido de germânio em 15 mililitros de uma solução do agente direcionador da estrutura. Adicionar 1,246 gramas de dióxido de silício pirogénico, por porção, à solução e agitar durante mais 30 minutos até formar uma solução homogénea. Transfira o gel resultante para uma autoclave revestida com politetrafluoretileno.

Em seguida, leve ao forno e aqueça a 175 graus Celsius por 10 dias. Após 10 dias, retire a autoclave do forno e deixe-a esfriar naturalmente até a temperatura ambiente. Recupere o produto de zeólita branca por filtração.

Lave com grandes quantidades de água antes de secar a zeólita a 70 graus Celsius durante a noite. Remova o agente direcionador da estrutura dos poros da zeólita aquecendo a zeólita a 550 graus Celsius a uma taxa de 1 grau Celsius por minuto e, em seguida, mantenha a temperatura a 550 graus Celsius por seis horas antes de resfriar à temperatura ambiente a uma taxa de 2 graus Celsius por minuto. Adquira um padrão de difração de raios X em pó para confirmar a estrutura usando o protocolo do fabricante.

Armazene a zeólita calcinada em uma atmosfera seca e inerte para evitar a hidrólise do material. Para desmontar a zeólita original, hidrolise o germanosilicato UTL para formar IPC-1P adicionando 1 grama de zeólita calcinada a 160 mililitros de uma solução de ácido clorídrico 0,1 molar. Depois de aquecer esta mistura a 95 graus Celsius por 18 horas, resfrie até a temperatura ambiente e recupere o sólido por filtração com papel de filtro.

Lave o sólido com grandes quantidades de água e seque a 70 graus Celsius durante a noite. As etapas finais são organizar e remontar o IPC-1P nos novos zeólitos. Para preparar a zeólita IPC-4, coloque 0,5 gramas de IPC-1P em um cadinho de cerâmica.

Aqueça a amostra a 575 graus Celsius a uma taxa de aquecimento de 1 grau Celsius por minuto. Em seguida, mantenha a temperatura em 575 graus Celsius por seis horas, antes de resfriar até a temperatura ambiente a uma taxa de 2 graus Celsius por minuto. Adquira um espectro de difração de raios X em pó para confirmar a estrutura usando o protocolo do fabricante.

Para preparar a zeólita IPC-2, adicione 0,5 gramas de IPC-1P a 10 mililitros de solução de ácido nítrico 1,0 molar. Em seguida, adicione 0,1 gramas de dietoximetilsilano à solução. Transfira a solução para uma autoclave revestida de politetrafluoretileno.

E aqueça em um forno a 175 graus Celsius por 18 horas. Retire a autoclave do forno e deixe-a esfriar naturalmente até a temperatura ambiente. Recupere o produto branco por filtração, lave com água em abundância e seque a 70 graus Celsius durante a noite.

Coloque o produto em um cadinho de cerâmica e aqueça com um protocolo de aquecimento-resfriamento. Por fim, adquira um espectro de difração de raios X em pó para confirmar a estrutura usando o protocolo do fabricante. A preparação do IPC-4 começa com o UTL de germânio pré-montado.

A exposição a uma solução ácida molar 0,1 leva à desmontagem, que forma o IPC-1P. As camadas do IPC-1P são então organizadas em uma orientação favorável. Neste ponto, as camadas são remontadas em uma zeólita por condensação para formar o IPC-4.

Aqui é mostrado o processo geral para a preparação do IPC-2. A exposição a uma solução ácida molar 0,1 leva à formação de IPC-1P, como antes. Espécies extras de silício são então introduzidas entre as camadas do IPC-1P resultante para organizar o sistema.

As camadas são então remontadas em uma zeólita por condensação para formar o IPC-2. A diferença entre os materiais IPC-2 e IPC-4 finais é o tamanho dos poros, causado pela introdução de silício extra entre as camadas. A diferença entre as duas estruturas pode ser vista nos padrões de difração de raios-x.

O pico mais intenso para o IPC-2 está em um ângulo de 2 mais baixo do que o do IPC-4, mostrando que ele tem uma célula unitária maior. Outras técnicas, como experimentos de adsorção de nitrogênio, também podem ser usadas para visualizar a diferença no tamanho dos poros entre os materiais. O IPC-4 tem uma capacidade menor de nitrogênio do que o IPC-2, enquanto o zeólito UTL original tem a maior capacidade de nitrogênio.

Uma vez dominado, esse processo é um método confiável e geral de fazer zeólitas. Variações no procedimento, que podem ser encontradas na literatura, podem levar a outros zeólitos como IPC-6, IPC-7, IPC-9 e IPC-10. Após seu desenvolvimento, essa técnica abriu caminho para que pesquisadores da área de zeólitas explorassem a síntese de materiais que antes se pensava serem inviáveis.

Esse trabalho abre grandes possibilidades para preparar zeólitas com novos tipos de estrutura que esperamos que posteriormente abram novas aplicações. Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como realizar o processo ADOR e, com um pouco de prática, poderá fazer as modificações listadas na literatura publicada para tornar todas as outras zeólitas possíveis também. As principais vantagens desta técnica são que os materiais finais são verdadeiramente previsíveis e que a porosidade do sólido final é controlável de uma forma que não é possível na síntese tradicional de zeólitas.

Geralmente, os indivíduos novos neste método terão dificuldades porque vai contra o que normalmente se pensa. Em vez de construir o material de baixo para cima, você primeiro pega um material e o desmonta, antes de reconstruí-lo de volta em material com uma nova estrutura.