本文介绍了有关ZeoliteLTA制备中最有影响的合成变量的同时影响的研究。单纯形法用于确定最佳合成条件,其中合成沸石的相对结晶度(关于商业样品)定义为响应函数。通过X射线衍射测量结晶度。经过24次试验,找到了最佳条件,相对结晶度为95.4%,Na 2 O/SiO 2 =2.58,SiO 2 /Al 2 O 3 =1.45,H 2 O/Na 2 O=46.92摩尔比;11.7h晶体生长时间,6.1h结晶时间(反应)和78 o发现C反应温度是最佳合成条件。设计用于模拟沸石相图的计算机程序以验证优化算法指示的摩尔比是否导致所需的沸石类型。结果与使用固定因子方法的先前工作中的结果进行了比较。
沸石的形成机制可以被认为由三个阶段组成:成熟(当凝胶中的材料发生解聚和重新排序时)、成核(当形成结晶前体时)和晶体生长(Aurbach等人,2003年;Weitkamp和Puppe,1999年;赫尔曼,2005年)。一个细胞单元的化学表示(化学式)是Na 12 [(AlO 2 ) 12 (SiO 2 ) 12 ]· 27 H 2 O,这意味着ZeoliteLTA在每个细胞单元中有12个四面体,被12个钠原子占据和27个水分子。典型的反应凝胶组成如下:3.165Na2 O:Al 2 O 3 :1.926SiO 2 :128H 2 O(ThompsonandFranklin,2003)。
在目前的工作中研究了沸石LTA的合成,考虑了最重要的合成变量对产品结晶度的影响。根据我们的结果和文献中的结果(Herrmann,2005;Milton,1959;Thompson和Franklin,2003;Tosheva和Valtchev;2005),确定以下参数对沸石结晶度的影响最大:反应凝胶上的二氧化硅(SiO 2 )、氧化铝(Al 2 O 3 )、氧化钠(NaO 2 )和水、介质pH值、成熟时间、结晶时间和温度。已经发现振荡速度对合成没有显着影响(Bayati etal.,2008); 因此,一些研究报告称,即使没有搅拌也可以进行合成。然而,其他人已经表明振动速度可以设置在65到85rpm之间(Breck,1974)。
以前的工作中使用了一种独立评估变量的方法(同时允许其他变量被固定);然而,在这种经典方法中没有适当考虑合成变量的同时影响。顺序单纯形优化方法是一种简单而有效的方法,当两个或多个变量之间的数学关系未知时,允许考虑两个或多个变量对目标变量的同时影响(Spendley等,1962)。
单纯形由具有k+1个顶点的几何图形组成,其中k是阶乘空间的维数,表示实验中自变量的数量。优化方法是顺序的,这意味着只有知道前一步的响应,才有可能实现更接近最优的新阶段。实验中的每个检测都代表一组实验变量,根据目标变量的响应拒绝最差的检测。然后,通往最佳条件的搜索路径代表了一种进化机制,该机制总是试图开发出比以前的检测更好的响应。
顺序单纯形优化方法如下进行:具有最差响应的顶点(化验)反映在剩余k个顶点的质心上(α =1,反射系数);如果新顶点的响应比先前顶点获得的响应好,则应用这个新顶点的扩展(γ =2,扩展系数)以在反射方向上扩展运动;
如果新顶点的响应只比前一个最差的顶点好,但不比其余顶点好,则应用收缩(0< β <1,收缩系数)以减小新单纯形的步长;Nelder和Mead(Olsson和Nelson,1975年;Zhao等人,2009年;Burmen等人,2006年)提出了涉及反射、膨胀和收缩操作以及随方向变化的收缩运动(δ=-0,5)。当新的反应比以前的任何反应都差时,这种运动特别有用。
这些步骤导致了新单纯形的形成,该单纯形具有设置新论文实验条件的新顶点。单纯形方法在涉及多参数操作的R&D中具有宝贵的应用:色谱,(Romero,1997;Bakeas和Siskos,1996)化学合成(Sener等,1996;Bayraktar等,2003),光谱(Pergantis等人,1994年;Koch等人,1997年)、分子模拟(Ruiz等人,1996年)和系统建模(Xiong和Jutan,2003年)。
该研究表明,改进的单纯形法是一种重要的优化技术,可用于确定实验室中沸石LTA合成的最佳条件。它只涉及24次试验,在不同级别的优化变量上进行评估,以评估所有变量在寻找最佳值时的联合影响。此外,在目标响应演变过程中观察到单纯形方法的另一个比较优势:如果使用产生不满意响应的单纯形运动进行实验,则相同的算法能够自我纠正并返回到最佳方向的正确方向,而不会产生显著变化找到的最优值。