Synthesis and Characterization of Thin MFI-type Zeolite Layer on Porous Alumina Substrates
No Thumbnail Available
Date
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Saudi Digital Library
Abstract
تشكل الأغشية المصنعة من المواد البوليمرية أغلب الأغشية المتوفرة في معالجة وتحلية المياه ونظرا ً لقصور أدائها في بعض التطببيقات التي تصاحبها درجات حرارة عالية أو محيط مساعد على التآكل أصبحت الحاجة ملحة لخيارات أخرى تزيد من كفاءة هذه الأغشية .وتعتبر الأغشية السيراميكية خياراً ملائم جدا خصوصا لما تمتلك من صفات مثل الثبات الحراري والكيميائي تجعلها تنافس وبقوة الأغشية البوليمرية.أحد أنواع هذه الأغشية السيراميكية الغير عضوية هي مادة (MFI-zeolite) والتي تتميز على غيرها من الأغشية السيراميكية بإنتظام وتوحد إنتشار المسامات وكذلك صغر مساحة هذه المسامات في حدود (~ 0.5 nm) مما يجعلها مادة واعدة في كثير من تطبيقات الفصل واالمعالجة.ومازال إستخدام مثل هذه المادة في تصنيع طبقات فاعلة مع إمكانية التحكم في سمكها وإتجاهات مجموعات الكريستل المكونة للطبقات مع خلوها من التشققات محل تحدي وخطوة تحتاج إلى دراسة علمية وتجارب عديدة. تم التركيز في هذه الرسالة العلمية على تصنيع طبقة من مادة (MFI-zeolite) وذلك من خلال إستخدام تقنيتين مختلفتين الأولى تسمى(In-situ Crystallization) والأخرى تسمى تقنية(Secondary Growth). نظرا ًلأن تقنية (Secondary Growth) تتطلب خطوة مهمة جدا ً ألا وهي خطوة توزيع مجموعة الكريستال النانوية( البذور) على سطح القاعدة السيراميكية تهيئة لها لكي تنمو ونظرا ً لأن هذه الخطوة لها التأثير الواضح والأهمية القصوى في تشكل وجودة الطبقة المتكونة، قامت هذه الدراسة بإستخدام تقنيتين هما (Dip-coating) و (Spin-coating) من أجل الوصول إلى مستوى فائق من التحكم في مواصفات هذه الطبقة. تشير النتائج التي تم التوصل إليها وتحليلها بإستخدام أجهزة دقيقة ومتقدمة مثل جهاز(X-ray Diffraction Scanning) و (Scanning Electron Microscope) أن الطبقات التي تم تصنيعها بإستخدام تقنية (Secondary Growth) بإستخدام المايكرويف من أجل التسخين الحراري لمدة ساعتين ودرجة حرارة 1600C إلى إمكانية الحصول على طبقة متصلة ومتجانسة عالية الجودة من مادة (MFI-zeolite) على سطح القاعدة السيراميكية. مع القدرة على التحكم بإتجاه نمو مجموعات الكريستال النانويه من خلال عملية (Spin-coating) حيث أثبت النتائج أن الإنتقال من حالة النمو العشوائي إلى حالة النمو المنتظم في الإتجاه المفضل للكريستال(101) يتم بعد إعادة عملية (Spin-coating) ثلاث مرات لمحلول تركيز البذور فيه( 1wt.%) لبذورمن مادة (MFI-zeolite) حجمها (89 nm). وحتى يتم تفعيل هذه الطبقة لتصبح جاهزة لإستخدامها في التطبيقات المختلفة تم إزالة المادة العضوية- التي أستخدمت سابقا في صناعة التركيب الداخلية لمادة الزيولايت- وذلك بعد تسخين الطبقة عند درجة (5000C ) بمعدل تسخين منخفض ( (10C/min لمدة خمسة ساعات. ونظرا ً لتعاكس ردات الفعل أثناء التسخين بين القاعدة السيراميكية من مادة الألومينا وطبقة مادة (MFI-zeolite) مما قد يؤدي إلى تشققات على السطح بالإضافة إلى أن نتائج Energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS))) أظهرت أن أيونات الألمونيوم من القاعدة السيراميكية تستطيع النفاذ أثناء عملية التسخين العالية لتصبح جزءا من الكريستال المكون. لكن النتائج المعملية أثبتت أن 3 طبقات من البذور كافية لتشكل حاجزا منيعا أمام هذه النفاذية مع إنعدام وجود التشققات على سطح الطبقة مما يؤكد جودة الطبقة المصنعة لتصبح جاهزة لإستخدامها في تطبيقات مختلفة.