Synthesis, Characterization and Application of Hydrophobic Zeolites
Heidari, Rulis (2016)
Heidari, Rulis
Tampereen ammattikorkeakoulu
2016
All rights reserved
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2016121420468
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2016121420468
Tiivistelmä
Tämän opinnäytetyön tarkoituksena oli suunnitella ja syntetisoida zeoliitti, joka on hydrofobinen ja omaa oikeanlaisen huokoskoon. Tuotetta on tarkoitus käyttää etanolin absorboimiseen vesiliuoksesta.
Työn kirjallisessa osassa käsitellään zeoliitin historiaa, ominaisuksia, rakenteita, sen sovelluksia, bioetanolin fermentointia ja adsorptioisotermejä. Kokeellinen osa tehtiin kahdella eri järjestelmällä: hydroksidiperusjärjestelmällä ja vetyfluoridineutraalijärjestelmällä. Piioksidin zeoliitin oletetaan olevan hyvin hydrofobinen ja korkeasti huokoinen. Työssä suunniteltiin ja syntetisoitiin neljä erilaista huokoskokoja omaavia piioksidin zeoliitteja. Lisäksi testattiin niiden adsorptio etanolin laimeassa vesiliuoksessa. Zeoliitin luonnehdinta suoritettiin käyttämällä röntgensädediffraktio-mittauslaitetta ja analysointielektronimikroskooppia käytettiin kuvien morfologiseen käsittelyyn ja typen adsorption-desorptiota adsorption analyysiin. Etanolin adsorptio laimeasta liuoksesta tehtiin käyttämällä etanoli-vesiliuosta. Zeoliittinäytteet analysoitiin liekkiionisaatiodetektorilla (FID) varustetulla kaasukromatografialla niiden etanolipitoisuuden
testaamiseksi.
Röntgensädediffraktion avulla osoitettiin näytteiden yhteys pentasil-ryhmään kuuluvan zeoliitin kehystyyppi-MFI:n kiteisyyteen ja niiden puhtauteen. Analysointielektronimikroskoopilla (SEM) kuvattiin morfologian kidekokoa välillä 1.0–5.0 μm ja 100–200 nm. Typen adsorption-desorption isotermillä osoitettiin materiaalin tyyppiä (tyypi-1 isotermi eli Langmuirin adsorptioisotermi) ja huokoskokoa. Adsorption testauksella osoitettiin, että hydrofobiset zeoliitit olivat parempia kuin yleisimmät zeoliitit. Hydrofobisia zeoliiteja voidaan käyttää muun muassa orgaanisten aineiden poistossa vedestä, alkoholin adsorptiossa vedestä ja yleisen pyykinpesuaineissa vedenpehmentimenä. Pyykinpesuaineissa adsorptio on fysikaalinen adsorptio, joka tapahtuu van der Waalsin voimalla, heikoilla vuorovaikutuksilla, ja jonka kyky perustuu adsorption pintaan. Zeoliiteilla on suuri pinta-ala, josta on hyötyä molekyylin pinta-adsorptiolle. Hydrofobiset zeoliitit ovat potentiaalinen sovellusmahdollisuus bioetanolin fermentointiin.
Työn kirjallisessa osassa käsitellään zeoliitin historiaa, ominaisuksia, rakenteita, sen sovelluksia, bioetanolin fermentointia ja adsorptioisotermejä. Kokeellinen osa tehtiin kahdella eri järjestelmällä: hydroksidiperusjärjestelmällä ja vetyfluoridineutraalijärjestelmällä. Piioksidin zeoliitin oletetaan olevan hyvin hydrofobinen ja korkeasti huokoinen. Työssä suunniteltiin ja syntetisoitiin neljä erilaista huokoskokoja omaavia piioksidin zeoliitteja. Lisäksi testattiin niiden adsorptio etanolin laimeassa vesiliuoksessa. Zeoliitin luonnehdinta suoritettiin käyttämällä röntgensädediffraktio-mittauslaitetta ja analysointielektronimikroskooppia käytettiin kuvien morfologiseen käsittelyyn ja typen adsorption-desorptiota adsorption analyysiin. Etanolin adsorptio laimeasta liuoksesta tehtiin käyttämällä etanoli-vesiliuosta. Zeoliittinäytteet analysoitiin liekkiionisaatiodetektorilla (FID) varustetulla kaasukromatografialla niiden etanolipitoisuuden
testaamiseksi.
Röntgensädediffraktion avulla osoitettiin näytteiden yhteys pentasil-ryhmään kuuluvan zeoliitin kehystyyppi-MFI:n kiteisyyteen ja niiden puhtauteen. Analysointielektronimikroskoopilla (SEM) kuvattiin morfologian kidekokoa välillä 1.0–5.0 μm ja 100–200 nm. Typen adsorption-desorption isotermillä osoitettiin materiaalin tyyppiä (tyypi-1 isotermi eli Langmuirin adsorptioisotermi) ja huokoskokoa. Adsorption testauksella osoitettiin, että hydrofobiset zeoliitit olivat parempia kuin yleisimmät zeoliitit. Hydrofobisia zeoliiteja voidaan käyttää muun muassa orgaanisten aineiden poistossa vedestä, alkoholin adsorptiossa vedestä ja yleisen pyykinpesuaineissa vedenpehmentimenä. Pyykinpesuaineissa adsorptio on fysikaalinen adsorptio, joka tapahtuu van der Waalsin voimalla, heikoilla vuorovaikutuksilla, ja jonka kyky perustuu adsorption pintaan. Zeoliiteilla on suuri pinta-ala, josta on hyötyä molekyylin pinta-adsorptiolle. Hydrofobiset zeoliitit ovat potentiaalinen sovellusmahdollisuus bioetanolin fermentointiin.