Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
CNF/Cu-ZSM-5 nanocomposite xanh: cảm biến amoniac linh hoạt xuất sắc
Springer Science and Business Media LLC - Trang 1-17 - 2023
Tóm tắt
Zeolit ZSM-5 đã được chuẩn bị thông qua kỹ thuật tổng hợp xanh, sau đó được điều chỉnh bằng quá trình trao đổi ion để tạo ra Cu-ZSM-5. Các phim cảm biến khí đã được chế tạo bằng cách trộn zeolit ZSM-5 đã được điều chỉnh với Các sợi nan Cellulose (CNF) thông qua phương pháp đúc dung dịch. Các nanocomposite tương thích sinh học đã được đặc trưng bằng phương pháp nhiễu xạ tia X, Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier, Kính hiển vi điện tử quét, Phân tích nhiệt (TGA/DTA) và kỹ thuật Brunauer–Emmett–Teller. Một nghiên cứu chi tiết về hiệu suất cảm biến khí amoniac của các phim composite CNF/Cu-ZSM-5 đã được thực hiện, trong đó nhiệt độ hoạt động, thời gian phản hồi/phục hồi và khả năng tiếp nhận khí đã được xác định cho mỗi cảm biến. Quan sát cho thấy mỗi cảm biến cảm nhận hiệu quả khí amoniac và thể hiện phản ứng cao với khí amoniac ở 30 °C, cho thấy nhiệt độ làm việc thấp của mỗi cảm biến. Hàm lượng CNF trong composite xác định phản ứng của cảm biến đối với amoniac. Đối với nồng độ CNF cụ thể (20%), cảm biến đã cho thấy độ nhạy cao ở mức 9841 đối với amoniac, cho thấy tác động hiệp lực của composite này. Composite với nồng độ CNF cụ thể có thể hoạt động như một activator xúc tác bằng cách tăng cường các vị trí hấp phụ khí. Các vị trí hấp phụ hoạt động cao hơn có thể chịu trách nhiệm cho sự tương tác lớn hơn của amoniac với các vị trí hoạt động của zeolit, tiếp theo là sự khuếch tán trong các lỗ zeolit và các phân tử bề mặt (OH−) trong CNF. Các khả năng tiếp nhận khí của các cảm biến composite đã được tìm thấy là chức năng của nồng độ CNF. Hàm lượng CNF càng cao thì khả năng phát hiện càng thấp. Các cảm biến đã thể hiện giới hạn phát hiện thấp nhất là 1 ppm amoniac. Các tính chất điện môi, được thực hiện trước và sau khi tiếp xúc với amoniac, đã xác nhận sự tương tác của cảm biến với amoniac. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc trộn CNF (20%) với Cu-ZSM-5 làm tăng hiệu suất cảm biến và có thể là ứng viên tiềm năng thích hợp trong lĩnh vực cảm biến. Các tính chất điện môi cũng có thể được sử dụng như những công cụ để đánh giá sự hấp phụ và phát hiện khí amoniac.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
M. Cheliotis, E. Boulougouris, N.L. Trivyza, G. Theotokatos, G. Livanos, G. Mantalos, A. Stubos, E. Stamatakis, A. Venetsanos, Review on the safe use of ammonia fuel cells in the maritime industry. Energies 14(11), 1–20 (2021). https://doi.org/10.3390/en14113023
D. Kwak, Y. Lei, R. Maric, Ammonia gas sensors: a comprehensive review. Talanta 204, 713–730 (2019). https://doi.org/10.1016/j.talanta.2019.06.034
M.A. Lakhane, A.L. Choudhari, R.S. Khairnar, M.P. Mahabole, Alcohol sensor based on Mg-STI zeolite thick films. Procedia Technol. 24, 595–602 (2016). https://doi.org/10.1016/j.protcy.2016.05.131
M. Lakhane, R. Khairnar, M. Mahabole, Metal oxide blended ZSM-5 nanocomposites as ethanol sensors. Bull. Mater. Sci. 39(6), 1483–1492 (2016). https://doi.org/10.1007/s12034-016-1286-8
B. Timmer, W. Olthuis, A. Van Den Berg, Ammonia sensors and their applications—A review. Sens. Actuators B 107(2), 666–677 (2005). https://doi.org/10.1016/j.snb.2004.11.054
E. Lisnawati, Y.K. Krisnandi, D. Triyono, Modification of hybrid NaY/ZSM-5/IDC zeolite composite with exchanged Cu2+ and its application as ammonia gas sensor. AIP Conf. Proc. 10(1063/1), 4978169 (2017)
M.P. Mahabole, M.A. Lakhane, A.L. Choudhari, R.S. Khairnar, Comparative study of natural calcium stilbite and magnesium exchanged stilbite for ethanol sensing. J. Porous Mater. 20(4), 607–617 (2013). https://doi.org/10.1007/s10934-012-9634-6
T. Simons, U. Simon, Zeolites as nanoporous, gas-sensitive materials for in situ monitoring of DeNOx-SCR. Beilstein J. Nanotechnol. 3(1), 667–673 (2012). https://doi.org/10.3762/bjnano.3.76
E.V. Makshina, J. Canadell, J. van Krieken, B.F. Sels, Potassium-modified ZSM-5 catalysts for methyl acrylate formation from methyl lactate: the impact of the intrinsic properties on their stability and selectivity. ACS Sustain. Chem. Eng. 10(19), 6196–6204 (2022). https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.1c08391
R. Binions, A. Afonja, S. Dungey, D. Lewis, I. Parkin, D.E. Williams, Zeolite modification: towards discriminating metal oxide gas sensors. ECS Trans. 19(6), 241–250 (2009). https://doi.org/10.1149/1.3118557
M.P. Mahabole, M.A. Lakhane, A.L. Choudhari, R.S. Khairnar, Comparative study of natural calcium stilbite and magnesium exchanged stilbite for ethanol sensing. J. Porous Mater. 20(4), 607–617 (2012). https://doi.org/10.1007/s10934-012-9634-6
S. Konkayan, P. Chanthaanont, W. Prissanaroon, P. Hormnirun, A. Sirivat, Ammonia sensing and electrical properties based on composite of poly(3-thiopheneacetic acid) and zeolite Y. Mater. Technol. 28(6), 332–338 (2013). https://doi.org/10.1179/1753555713Y.0000000065
N. Garg, M. Kumar, N. Kumari, A. Deep, A.L. Sharma, Chemoresistive room-temperature sensing of ammonia using zeolite imidazole framework and reduced graphene oxide (ZIF-67/RGO) composite. ACS Omega 5(42), 27492–27501 (2020). https://doi.org/10.1021/acsomega.0c03981
A. Dandotia, S.S. Tomar, P. Dipak, A.A. Bhat, R.K. Dandolia, R. Tomar, D.C. Tiwari, R.K. Tiwari, Studies on the synthesis and characterization of zeolite-LTL/PPy composite for gas sensing application. Bull. Mater. Sci. 45(2), 1–8 (2022). https://doi.org/10.1007/s12034-022-02674-9
P. Phumman, S. Niamlang, A. Sirivat, Fabrication of poly(p-phenylene)/zeolite composites and their responses towards ammonia. Sensors 9(10), 8031–8046 (2009). https://doi.org/10.3390/s91008031
H. Zhao, Y. Chang, R. Liu, B. Li, F. Li, F. Zhang, M. Shi, L. Zhou, X. Li, Facile synthesis of Vulcan XC-72 nanoparticles-decorated halloysite nanotubes for the highly sensitive electrochemical determination of niclosamide. Food Chem. 343, 128484 (2021). https://doi.org/10.1016/J.FOODCHEM.2020.128484
H. Zhao, M. Guo, F. Li, Y. Zhou, G. Zhu, Y. Liu, Q. Ran, F. Nie, V. Dubovyk, Fabrication of gallic acid electrochemical sensor based on interconnected Super-P carbon black@mesoporous silica nanocomposite modified glassy carbon electrode. J. Market. Res. 24, 2100–2112 (2023). https://doi.org/10.1016/J.JMRT.2023.03.129
H. Zhao, H. Ma, X. Li, B. Liu, R. Liu, S. Komarneni, Nanocomposite of halloysite nanotubes/multi-walled carbon nanotubes for methyl parathion electrochemical sensor application. Appl. Clay Sci. 200, 105907 (2021). https://doi.org/10.1016/J.CLAY.2020.105907
M. Lakhane, M. Mahabole, K. Bogle, R. Khairnar, V. Kokol, Nanocomposite Films prepared from differently modified ZSM-5 zeolite and cellulose nanofibrils for cationic and anionic dyes removal. Fibers and Polymers 20(10), 2127–2139 (2019). https://doi.org/10.1007/s12221-019-1139-3
N. Shahi, E. Lee, B. Min, D.J. Kim, Rice husk-derived cellulose nanofibers: a potential sensor for water-soluble gases. Sensors (2021). https://doi.org/10.3390/s21134415
A. Barhoum, H. Li, M. Chen, L. Cheng, W. Yang, A. Dufresne, Emerging applications of cellulose nanofibers, in Handbook of Nanofibers. (Springer, Cham, 2018), pp.1–26. https://doi.org/10.1007/978-3-319-42789-8_53-1
X. Li, L.G. Tabil, S. Panigrahi, Chemical treatments of natural fiber for use in natural fiber-reinforced composites: a review. J. Polym. Environ. 15(1), 25–33 (2007). https://doi.org/10.1007/s10924-006-0042-3
H. Xue, X. Guo, T. Meng, Q. Guo, D. Mao, S. Wang, Cu-ZSM-5 catalyst impregnated with Mn–Co oxide for the selected catalytic reduction of NO: physicochemical property-catalytic activity relationship and in situ DRIFTS study for the reaction mechanism. ACS Catal. 11(13), 7702–7718 (2021). https://doi.org/10.1021/acscatal.1c01172
A.W. Budiman, K.D. Nugrahaningtyas, S.D.P.W. Purnama, A.K. Nabila, P.I. Gerard, D.W.T. Wulansari, A.I. Sabiilagusti, R.I. Arvianto, The effect of alumina addition on the synthesis of zeolite from fly ash by hydrothermal method. J. Phys. (2022). https://doi.org/10.1088/1742-6596/2190/1/012003
N. Cai, S. Xia, X. Li, H. Xiao, X. Chen, Y. Chen, P. Bartocci, H. Chen, P.T. Williams, H. Yang, High-value products from ex-situ catalytic pyrolysis of polypropylene waste using iron-based catalysts: the influence of support materials. Waste Manage. 136, 47–56 (2021). https://doi.org/10.1016/J.WASMAN.2021.09.030
Treacy, M. M. J., & Higgins, J. B. (n.d.). Collection of Simulated XRD Powder Patterns for Zeolites Editors. http://www.iza-structure.org/databases/
T.A. Palankoev, K.I. Dement’ev, D.V. Kuznetsova, R.S. Borisov, A.L. Maximov, S.N. Khadzhiev, Acetone reaction pathways as a model bio-oxygenate in a hydrocarbon medium on zeolite Y and ZSM-5 catalysts: Isotope labeling study. Chem. Eng. J. 431, 134228 (2022). https://doi.org/10.1016/J.CEJ.2021.134228
M. Fan, D. Dai, B. Huang, Fourier transform infrared spectroscopy for natural fibres. Fourier Transform (2012). https://doi.org/10.5772/2659
M. Wang, L. Wang, Synthesis and characterization of carboxymethyl cellulose/organic montmorillonite nanocomposites and its adsorption behavior for Congo Red dye. Water Sci. Eng. 6(201104004), 272–282 (2013). https://doi.org/10.3882/j.issn.1674-2370.2013.03.004
R. Dutta, S. Dhar, K. Baruah, N. Dutta, S. Doley, P. Sedai, S.K. Dolui, B.C. Ray, B. Karmakar, Removal of organic solvents and oils from wastewater by absorption with crosslinked poly (ethylene-co-vinyl acetate) modified by cetyl alcohol. J. Water Process Eng. 49, 103073 (2022). https://doi.org/10.1016/J.JWPE.2022.103073
M.O. Guerrero-Pérez, G.S. Patience, Experimental methods in chemical engineering: fourier transform infrared spectroscopy—FTIR. Can. J. Chem. Eng. 98(1), 25–33 (2020). https://doi.org/10.1002/cjce.23664
A. Caiola, B. Robinson, X. Bai, D. Shekhawat, J. Hu, Study of the hydrogen pretreatment of gallium and platinum promoted ZSM-5 for the ethane dehydroaromatization reaction. Ind. Eng. Chem. Res. 60(30), 11421–11431 (2021). https://doi.org/10.1021/acs.iecr.1c01555
P. Sirajudheen, N.C. Poovathumkuzhi, S. Vigneshwaran, B.M. Chelaveettil, S. Meenakshi, Applications of chitin and chitosan based biomaterials for the adsorptive removal of textile dyes from water—A comprehensive review. Carbohyd. Polym. 273, 118604 (2021). https://doi.org/10.1016/J.CARBPOL.2021.118604
B. Eryildirim, H. Arbag, N. Oktar, G. Dogu, Comparison of microwave and conventionally heated reactor performances in catalytic dehydrogenation of ethane. Int. J. Hydrogen Energy 46(7), 5296–5310 (2021). https://doi.org/10.1016/J.IJHYDENE.2020.11.067
Y. Wu, H. Wang, H. Li, X. Han, M. Zhang, Y. Sun, X. Fan, R. Tu, Y. Zeng, C.C. Xu, X. Xu, Applications of catalysts in thermochemical conversion of biomass (pyrolysis, hydrothermal liquefaction and gasification): a critical review. Renew. Energy 196, 462–481 (2022). https://doi.org/10.1016/J.RENENE.2022.07.031
C. Li, Y. Dong, J. Yang, Y. Li, C. Huang, Modified nano-graphite/Fe3O4 composite as efficient adsorbent for the removal of methyl violet from aqueous solution. J. Mol. Liq. 196, 348–356 (2014). https://doi.org/10.1016/j.molliq.2014.04.010
H. Inami, C. Abe, Y. Hasegawa, Development of ammonia selectively permeable zeolite membrane for sensor in sewer system. Membranes (2021). https://doi.org/10.3390/membranes11050348
C.J. Rhodes, Properties and applications of zeolites. Sci. Prog. 93(3), 223–284 (2010). https://doi.org/10.3184/003685010X12800828155007
R. Liu, B. Yuan, S. Zhong, J. Liu, L. Dong, Y. Ji, Y. Dong, C. Yang, W. He, Poly(vinylidene fluoride) separators for next-generation lithium based batteries. Nano Select 2(12), 2308–2345 (2021). https://doi.org/10.1002/nano.202100118
S. Sun, Q. Jiang, D. Zhao, T. Cao, H. Sha, C. Zhang, H. Song, Z. Da, Ammonia as hydrogen carrier: Advances in ammonia decomposition catalysts for promising hydrogen production. Renew. Sustain. Energy Rev. 169, 112918 (2022). https://doi.org/10.1016/J.RSER.2022.112918
J. Tao, S.A. Cao, Flexible high dielectric thin films based on cellulose nanofibrils and acid oxidized multi-walled carbon nanotubes. RSC Adv. 10(18), 10799–10805 (2020). https://doi.org/10.1039/c9ra10915c
S. Maiti, M.R. Islam, M.A. Uddin, S. Afroj, S.J. Eichhorn, N. Karim, Sustainable fiber-reinforced composites: a review. Adv. Sustain. Syst. (2022). https://doi.org/10.1002/adsu.202200258