Utafiti huu unachunguza kwa utaratibu mtengano wa joto wa kopolima ya Pluronic P123 inayotumiwa kama kiolezo cha vinyweleo katika utengenezaji wa silika ya mezovinyweleo iliyopangwa SBA-15. Watafiti walilinganisha P123 safi na P123 iliyopo ndani ya njia za SBA-15 baada ya usanisi; katika angahewa za nitrojeni na hewa sintetiki, kwa kiasi tofauti za sampuli na kasi za kupasha joto za 5–35 °C dakika⁻¹, kwa kutumia thermogravimetric analysis na differential scanning calorimetry.

Katika angahewa ya nitrojeni, P123 safi ilitengana takriban katika 300–430 °C, hasa kupitia mchakato mmoja wa endothermic. Kiasi cha sampuli kilipoongezwa kutoka takriban 0,6 mg hadi 15 mg, mabadiliko ya takriban 6 °C pekee yalionekana katika peak temperature. P123 ilipokuwa ndani ya muundo wa SBA-15 ambao haujakalshinishwa, athari ya kiasi cha sampuli ilibaki ndogo sana; hata hivyo, tail iliyo wazi iliundwa upande wa joto la juu wa peak kuu ya degradation. Watafiti waliunganisha mchakato mkuu na P123 iliyoko katika mezovinyweleo, na tail ya joto la juu na sehemu ya P123 inayotangamana kwa nguvu zaidi na microvinyweleo katika kuta za silika.

Chini ya nitrojeni, kasi ya kupasha joto ilipoongezwa kutoka 5 hadi 35 °C dakika⁻¹, DTG peak temperature ya P123 safi iliongezeka kutoka 360 hadi 388 °C, na peak temperature ya SBA-15 isiyokalshinishwa yenye P123 ikaongezeka kutoka 344 hadi 380 °C. Matokeo haya yanaonyesha kwamba kwa heating ya haraka, sampuli inahitaji instrument temperature ya juu zaidi ili kufikia kiwango kilekile cha conversion.

Katika angahewa ya hewa, tabia ilibadilika kabisa. Sampuli ndogo zaidi ya P123 safi ya takriban 0,4 mg ilionyesha mchakato mmoja wenye nguvu wa oxidation katika takriban 203 °C. Kiasi cha sampuli kilipoongezeka, pamoja na surface oxidation karibu 205–215 °C, mchakato wa pili mpana uliotembea kwenda joto la juu zaidi uliibuka. Watafiti wanapendekeza kwamba tabaka la mabaki ya carbonaceous au dense linaloundwa na oxidation ya kwanza huchelewesha oksijeni kufikia P123 katika sehemu ya ndani ya crucible.

P123 ilipokuwa ndani ya muundo wa SBA-15, mwelekeo wa athari ya kiasi cha sampuli katika hewa uligeuka. Kwa kiasi kidogo zaidi, mchakato mkuu ulionekana karibu 203 °C, lakini sampuli ilipokuwa kubwa zaidi degradation temperature ilishuka hadi takriban 168 °C. Watafiti wanaeleza matokeo haya kwa mchanganyiko wa catalytic effect inayowezekana ya silika, usafirishaji wa oksijeni hadi interface ya P123–silika, tabia yenye nguvu ya exothermic ya reaction na uwezo wa muundo wa mezovinyweleo kushikilia joto la ndani.

Katika hewa, athari ya heating rate kwa P123 safi ilisababisha peak shift ya takriban 50 °C, huku katika SBA-15 yenye P123 shift hii ikibaki karibu 10 °C. Hii inaonyesha kwamba oxidative na exothermic interactions ndani ya SBA-15 zinaweza kutawala athari ya kawaida ya heating rate.

Kiwango cha mgusano kati ya P123 na SBA-15 pia kilionekana kuwa muhimu. P123 safi ilionyesha degradation temperature ya juu zaidi, dry physical mixture ikabaki katika kiwango cha kati; sampuli ambayo P123 iliyeyushwa katika ethanol na kuchanganywa na SBA-15, pamoja na SBA-15 isiyokalshinishwa ambamo P123 iliwekwa moja kwa moja katika njia za silika wakati wa synthesis, zilionyesha degradation temperatures za chini zaidi. Kwa maneno mengine, kadiri mgusano kati ya P123 na silika unavyokuwa wa karibu zaidi, oxidative removal chini ya hewa huanza katika joto la chini zaidi.

Tathmini kwa mtazamo wa Uturuki: Matokeo yanaweza kutumiwa kwa usalama wa process na energy optimization katika maabara za utafiti zinazozalisha SBA-15 au silika nyingine za mezovinyweleo kwa catalyst supports, adsorbents, gas sensors, separation materials, drug delivery systems na environmental remediation materials. Hasa yanaonyesha kwamba sample loading, oxygen flow, heating program na bed thickness ndani ya furnace vinapaswa kudhibitiwa kwa pamoja.

Kabla ya kuhamia kutoka laboratory scale hadi pilot au industrial scale nchini Uturuki, temperature profiles zinapaswa kupimwa katika furnace geometries tofauti, gas flow rates na material bed heights; exhaust gases zichambuliwe; residual carbon amount, pore opening na final surface area zithibitishwe. Utafiti uliopo hautoi direct optimum calcination temperature au energy saving ratio kwa commercial furnace maalum.

SBA-15 ni nini na kwa nini P123 hutumiwa?

SBA-15 ni nyenzo ya silika ya mezovinyweleo yenye njia za cylindrical zilizopangwa kwa takriban hexagonal order. Mezovinyweleo ni vinyweleo vyenye diameter ya takriban 2–50 nm. Kwa sababu ya high surface area na tunable channel structure, SBA-15 hutumiwa katika;

• heterogeneous catalysis,
• gas na liquid adsorption,
• molecular separation,
• drug delivery systems,
• gas sensors,
• environmental pollutant removal

.

Njia zilizopangwa za SBA-15 hazisynthesizwi moja kwa moja kama nafasi tupu. Molekuli za surface-active au amphiphilic katika synthesis solution hujipanga kwanza zenyewe na kuunda temporary organic template. Silica precursor hukondensheni kuzunguka template hiyo. Organic template inapoondolewa baadaye, maeneo iliyokuwa imechukua huwa vinyweleo.

Pluronic P123 iliyotumika katika utafiti huu ina muundo:

\[ \mathrm{EO}_{20}\mathrm{PO}_{70}\mathrm{EO}_{20} \]

na ni triblock copolymer ya poly(ethylene oxide)-poly(propylene oxide)-poly(ethylene oxide). Hydrophilic EO blocks na PO block iliyo hydrophobic zaidi huruhusu organized micelles na mesophases kuundwa katika acidic aqueous medium.

Kwa nini P123 lazima iondolewe baada ya synthesis?

Synthesis inapokamilika, P123 bado iko ndani ya njia za SBA-15. Ikiwa template haijaondolewa:

• vinyweleo hubaki vimefungwa na organic polymer,
• accessible surface area hupungua,
• internal surface inayohitajika kwa adsorption na catalysis haiwezi kutumiwa,
• pore diameter na volume hupimwa chini kuliko thamani zake halisi,
• surface functionalization processes huwa na mipaka.

P123 inaweza kuondolewa kwa solvent extraction, oxidation kwa ozone, supercritical fluid, microwave-assisted processes au chemical bond cleavage methods. Hata hivyo, mbinu inayotumika sana ni kukalshinisha nyenzo katika hewa kwa takriban 500–550 °C kwa saa kadhaa.

Ni pengo gani la maarifa lililengwa katika utafiti?

Tafiti zilizopita zimeripoti thamani zinazotofautiana sana za degradation temperature ya P123. Kwa P123 safi, P123 iliyowekwa katika silica gel na P123 ndani ya SBA-15 iliyosynthesizwi, DTG peak temperatures zimeanzia takriban 140 °C hadi zaidi ya 400 °C.

Sababu zinazowezekana za tofauti hizi ni:

• kutumia angahewa ya hewa au nitrojeni,
• kutofautiana kwa heating rates,
• kutotaja kiasi cha sampuli,
• kubadilika kwa sample thickness katika crucible,
• kiwango cha mgusano kati ya P123 na silika,
• P123 kuwepo katika mesopores au micropores,
• kubadilika kwa silica precursor na synthesis conditions.

Watafiti wanaeleza kwamba kwa sababu majaribio mengi katika fasihi yalifanywa chini ya condition moja tu, matokeo hayawezi kulinganishwa moja kwa moja. Ubunifu wa utafiti ni kubadilisha variables hizi kwa utaratibu ndani ya experimental system moja.

Swali kuu la utafiti ni lipi?

Swali kuu linaweza kufupishwa kama ifuatavyo:

Degradation na oxidation temperature ya P123 hubadilika vipi wakati atmosphere, sample amount, heating rate na degree of contact na SBA-15 vinapobadilika?

Kuhusiana na swali hili, watafiti walichunguza maswali madogo yafuatayo:

• Je, degradation ya P123 safi chini ya nitrojeni inategemea sample amount?
• Je, SBA-15 channels hubadilisha degradation ya P123 chini ya nitrojeni?
• Kwa nini sample amount ina athari ya mwelekeo tofauti kwa P123 safi na SBA-15 yenye P123 wakati oksijeni ipo?
• Je, peak shift inayotokana na heating rate hupungua wakati silika ipo?
• Mgusano wa karibu kati ya P123 na silika hubadilisha oxidation kwa mwelekeo gani?

SBA-15 ilisynthesizwaje?

Katika synthesis, 4 g ya Pluronic P123 iliyeyushwa katika 30 cm³ za maji na kuongezwa kwenye 120 g ya 2 M HCl solution. Baada ya mixture kuchanganywa kwa saa moja, 8,5 g ya tetraethyl orthosilicate iliongezwa.

Synthesis program ilikuwa kama ifuatavyo:

1. Kuandaa solution ya P123, maji na acid,
2. baada ya kuongeza TEOS, kuchanganya kwa 24 saa katika 38 °C,
3. aging mixture kwa 24 saa katika 80 °C bila kuchanganya,
4. kuchuja white solid,
5. kuosha kwa distilled water mara tatu au nne,
6. kukausha hewani kwa 24 saa katika 80 °C.

Nyenzo inayopatikana katika hatua hii ni SBA-15 isiyokalshinishwa, au USBA kwa kifupi kama ilivyotumiwa katika utafiti. P123 bado iko ndani ya pore structure ya nyenzo na ilikadiriwa kuwa takriban %50 ya mass ya USBA.

Sampuli za SBA-15 zilizotumiwa kwa characterization zilipashwa joto hadi 550 °C kwa kasi ya takriban 5 °C dakika⁻¹, zikashikiliwa katika joto hili kwa saa tano na zikapozwa kwa takriban 15 saa.

Kiwango cha mgusano wa P123–SBA-15 kilibadilishwaje?

Ili kutenganisha athari ya mgusano, mipangilio mitatu tofauti ilichunguzwa:

1. Physical mixture: P123 safi na SBA-15 iliyokalshinishwa mapema zilichanganywa kavu kwa takriban uwiano wa 50/50.
2. Mixture prepared from solution: P123 iliyeyushwa katika ethanol, calcined SBA-15 ikaongezwa, ikachanganywa, na solvent ikaondolewa katika room temperature.
3. SBA-15 isiyokalshinishwa: P123 ilishiriki moja kwa moja katika formation ya silica mesostructure wakati wa synthesis na kuwekwa karibu sana na channels na silica walls.

Physical mixture inawakilisha kiwango cha chini zaidi cha mgusano, mixture prepared from solution kiwango cha juu zaidi, na USBA kiwango cha karibu zaidi na structural contact.

Ni vifaa gani vya uchanganuzi vilitumika?

Thermal analyses zilifanywa kwenye Mettler Toledo TGA/DSC 1 STAR. Gas flow rate ya nitrojeni na synthetic air iliwekwa 80 cm³ dakika⁻¹.

Kila thermal experiment ilikuwa na hatua tatu:

1. isothermal hold ya dakika tano katika 25 °C,
2. dynamic heating kati ya 25–850 °C kwa 5, 10, 20 au 35 °C dakika⁻¹,
3. isothermal hold ya dakika 20 katika 850 °C.

Pore analysis ilifanywa kwa iQ2 gas adsorption instrument; kabla ya measurement sampuli ilidegassed chini ya high vacuum kwa saa nne katika 250 °C. Morphology ilichunguzwa kwa Hitachi S3000N scanning electron microscope inayofanya kazi kwa electron energy ya 20 kV. Ordered pore structure ilitathminiwa kwa low-angle X-ray diffraction.

Kwa nini thermogravimetric curves zilinormalize?

P123 safi na sampuli za USBA hazina moisture, ash na final residue amounts zinazofanana. Ili tofauti hizi zisivuruge comparison ya curves, watafiti walinormalize mass juu ya 150 °C kwa expression ifuatayo:

\[ m_{\mathrm{norm}}(T)= \frac{w_T-w_{\mathrm{final}}} {w_{150}-w_{\mathrm{final}}} \]

Hapa:

• \(w_T\), mass iliyopimwa katika temperature yoyote juu ya 150 °C,
• \(w_{\mathrm{final}}\), residue mass mwisho wa experiment,
• \(w_{150}\), mass katika 150 °C

zinaonyeshwa.

Normalization hii huleta start na end points za organic fraction inayodegrade kwenye scale moja. Hata hivyo, peak areas katika normalized DTG curves hazipaswi kutafsiriwa moja kwa moja kama absolute amount ya mass inayodegrade. Kwa kuwa total area ya kila normalized curve ni takriban sawa, peak height inaonyesha jinsi process ilivyokuwa ya haraka na katika temperature range gani ilifanyika.

Muundo wa vinyweleo wa SBA-15 iliyosynthesizwi ukoje?

Mchoro 1 katika ukurasa wa 18. wa faili unaonyesha nitrogen adsorption-desorption isotherm. Curve inaonyesha Type IV behavior na H1-type hysteresis loop. Muundo huu unaendana na SBA-15 yenye mezovinyweleo vilivyopangwa na kwa kiasi kikubwa vya umbo la cylindrical.

Kiasi cha nitrojeni kilichoadsorb huongezeka kwa kasi wakati relative pressure \(P/P_0\) inapozidi takriban 0,6. Hysteresis kati ya adsorption na desorption branches inatokana na njia za kujaza na kuondoa vinyweleo kutokuwa sawa.

Thamani hizi zinaunga mkono kwamba muundo wa silika wa mezovinyweleo wenye high surface area ulisynthesizwi kwa mafanikio.

Picha za SEM zinaonyesha nini?

Mchoro 2 katika ukurasa wa 19. una SEM images katika magnification mbili tofauti. Katika magnification ndogo, nyenzo inaonekana kuwa na particles ndefu, za umbo la fiber au bundle. Katika magnification kubwa, particles hizi zinaonekana kuwa na rough surface iliyoundwa na kuungana kwa silica units ndogo zaidi.

SEM image haiwezi kutatua moja kwa moja 6 nm pore diameter. Mchango mkuu wa picha ni kuonyesha fibrous macromorphology ya SBA-15 iliyosynthesizwi. Mesopore size ilitokana na nitrogen adsorption, huku pore ordering ikitokana na low-angle XRD.

Matokeo ya low-angle XRD yanamaanisha nini?

Mchoro 3 katika ukurasa wa 20. unaonyesha diffraction features tatu katika eneo la takriban 0,5–2° 2θ. Zimehusishwa mtawalia na planes za (100), (110) na (200).

Kuonekana kwa reflections hizi tatu kwa pamoja kunaonyesha kwamba two-dimensional hexagonal pore ordering imehifadhiwa. Matokeo ya XRD hayamaanishi kwamba silika ni crystalline katika atomic scale; SBA-15 kwa kawaida ina amorphous silica walls lakini ordered mesoscopic channel arrangement.

P123 safi ilitenganaje chini ya nitrojeni?

Mchoro 4 katika ukurasa wa 21. unaonyesha DTG curves za P123 safi za takriban 0,6–15 mg katika heating rate ya 35 °C dakika⁻¹. Curves zinaunda peak moja kuu katika takriban 300–430 °C.

Kiasi cha sampuli kilipoongezeka:

• general shape ya peak ilihifadhiwa kwa kiasi kikubwa,
• peak temperature iliongezeka kwa takriban 6 °C pekee,
• separate second degradation mechanism haikuonekana wazi.

Kwa kuwa hakuna oksijeni katika mazingira ya nitrojeni, surface oxidation au layered burning inayotegemea oxygen diffusion haitokei. Kwa hiyo, athari ya sample amount ni ndogo sana kuliko katika angahewa ya hewa.

DSC curves za P123 safi chini ya nitrojeni zinaonyesha nini?

Mchoro 5 katika ukurasa wa 22. unaonyesha downward DSC peaks karibu 400 °C. Kwa sign convention iliyotumiwa katika utafiti, peaks hizi zinawakilisha endothermic process.

Kiasi cha sampuli kilipoongezeka:

• magnitude ya heat-flow peak iliongezeka,
• takriban linear relationship ilipatikana kati ya peak area na P123 mass,
• DSC na DTG peak temperatures zilionekana kuendana.

Matokeo haya yanaunga mkono kwamba main mass loss chini ya nitrojeni inahusiana na thermal chain scission inayohitaji energy na formation ya volatile products. Hata hivyo, identity ya volatile products haikuchambuliwa.

P123 ndani ya SBA-15 ilikuwaje chini ya nitrojeni?

Mchoro 6 katika ukurasa wa 23. una DTG curves za uncalcined SBA-15 chini ya nitrojeni. Main peaks za sample amounts tofauti zinakaribia kuingiliana kabisa. Hali hii inaonyesha kwamba sample amount ina athari ndogo sana kwa degradation temperature ya P123 ndani ya SBA-15.

Hata hivyo, tofauti na P123 safi, kuna tail ndefu upande wa high temperature wa peak. Watafiti wanatafsiri tabia ya sehemu mbili kama ifuatavyo:

• Main peak: Sehemu ya P123 iliyopo ndani ya larger mesopores za SBA-15 na inayofikika kwa urahisi zaidi.
• High-temperature tail: P123 chains zilizoingia katika micropores za silica walls au zinazotangamana kwa nguvu zaidi na silanol groups.

Ingawa main degradation temperature iko chini kidogo kuliko P123 safi, process imeenea katika temperature range pana zaidi. Hii inaonyesha kwamba “lower main peak temperature” na “complete template removal” si dhana sawa. Main mass inaweza kuanza kutengana mapema, lakini residues zinazobaki zimefungwa kwenye silica walls zinaweza kuhitaji joto la juu zaidi.

Tabia ya DSC ya USBA chini ya nitrojeni

Mchoro 7 katika ukurasa wa 24. unaonyesha endothermic DSC behavior ya sampuli za USBA. Ikilinganishwa na pure copolymer samples zenye similar P123 amount:

• heat flow ni ndogo,
• peak imeenea katika wider temperature range,
• takriban linear relationship bado ipo kati ya peak area na estimated P123 mass.

Lower apparent heat flow imehusishwa na distribution ya P123 ndani ya silica structure na staged decomposition katika pore environments tofauti. Utafiti haukutoa quantitative decomposition enthalpies per unit mass.

Athari ya heating rate chini ya nitrojeni

Mchoro 8 katika ukurasa wa 25. unalinganisha P123 safi na USBA katika 5 na 35 °C dakika⁻¹.

Heating rate inapoongezeka, instrument na sample temperatures hupanda haraka. Kwa kuwa muda unaopatikana kwa reaction kuendelea unapungua, kiwango kilekile cha conversion hutokea katika measured temperature ya juu zaidi. Thermal lag effect hii ni tabia inayojulikana katika thermal analysis.

Kufanana kwa magnitudes za shift kwa P123 safi na USBA chini ya nitrojeni kunaonyesha kwamba, bila oxidative catalysis au exothermic self-heating, heating rate inaathiri materials hizi mbili kwa namna inayofanana.

Kwa nini P123 safi chini ya hewa inategemea sana sample amount?

Mchoro 9 katika ukurasa wa 26. una DTG curves za P123 safi katika air atmosphere. Sampuli ndogo zaidi ya takriban 0,4 mg inaonyesha process moja kali karibu 203 °C. Katika kiasi hiki, sehemu kubwa ya sampuli inaweza kugusana moja kwa moja na oksijeni.

Sampuli inapoongezeka hadi takriban 3–15 mg, regions mbili hutokea:

1. surface oxidation inayoanza karibu 205–215 °C,
2. wider second degradation region inayohamia joto la juu zaidi kadiri sample amount inavyoongezeka.

Kulingana na maelezo ya watafiti, oxidation ya kwanza hutokea katika sehemu ya P123 iliyo juu au nje ya crucible. Residue layer inayoundwa na reaction hii hufanya iwe vigumu kwa oksijeni kufika kwenye polymer iliyo ndani zaidi. Sample thickness inapoongezeka, oksijeni huchukua muda mrefu kufika sehemu ya ndani na process ya pili huhamia joto la juu zaidi.

Hapa si total mass pekee inayobadilika. Pia hubadilika:

• sample bed height katika crucible,
• surface-to-mass ratio inayogusana na oksijeni,
• gas diffusion distance,
• local heat accumulation capacity

kwa pamoja.

DSC curves za P123 safi chini ya hewa

Mchoro 10 katika ukurasa wa 27. unaonyesha kwamba process chini ya hewa haijumuishi oxidation peak moja tu.

Karibu 200 °C kuna exothermic peak katika sampuli zote. Watafiti wanaeleza ukubwa unaofanana wa peak kwa kiasi cha surface kilicho katika direct contact na air ndani ya crucible kuwa sawa.

Katika sampuli kubwa zaidi:

• baada ya first exothermic process kuna endothermic region,
• katika higher temperature kuna second exothermic process

. Kuongezeka kwa endothermic region pamoja na sample amount kumehusishwa na uwezekano kwamba P123 katika sehemu ya ndani hupitia thermal decomposition kabla ya oksijeni kuifikia.

Maelezo ya thick au impermeable intermediate layer yanaendana na thermal curves. Hata hivyo, layer hii haikuchunguzwa baada ya experiment kwa SEM, Raman, FTIR au elemental analysis.

SBA-15 yenye P123 ilikuwaje chini ya hewa?

Mchoro 11 katika ukurasa wa 28. unaonyesha DTG curves za USBA samples chini ya hewa. Kinyume na P123 safi ambapo second process huhamia higher temperature sampuli inapoongezeka, katika USBA main degradation temperature hushuka sampuli inapoongezeka.

Watafiti wanaeleza reverse behavior hii kwa muunganiko wa effects nne:

• possible catalytic effect ya SBA-15 surface inayorahisisha P123 oxidation,
• P123 kuwa imesambazwa kwenye very large silica surface,
• strongly exothermic nature ya oxidation,
• mesoporous silica kuongeza local temperature rise kutokana na low thermal conductivity.

Sample amount inapoongezeka, total exothermic heat release huongezeka; ikiwa heat hii haiwezi kuondolewa kwa haraka vya kutosha ndani ya silica pores, reaction inaweza kuharakishwa katika lower furnace temperature.

Matokeo ya DSC ya USBA chini ya hewa

Mchoro 12 katika ukurasa wa 29. unaonyesha strong na broad exothermic peaks kwa USBA katika takriban 180–230 °C. Sample amount inapoongezeka, peak height na area huongezeka kwa wazi.

Ikilinganishwa na air curves za P123 safi, USBA inaonyesha:

• higher heat flow,
• broader exothermic region,
• lower onset na peak temperature,
• exothermic energy inayoongezeka na sample amount

.

Utafiti unaeleza kwamba kuna takriban linear relationship kati ya DSC peak area na amount ya P123 iliyochomwa. Hata hivyo, quantitative oxidation enthalpies katika J g⁻¹ hazijatolewa.

Athari ya heating rate chini ya hewa

Mchoro 13 katika ukurasa wa 30. unalinganisha DTG results za P123 safi na USBA katika 5 na 35 °C dakika⁻¹.

Katika P123 safi, classical thermal lag na oxygen transport effects ni kubwa. Katika USBA, surface interaction na exothermic heat release hukandamiza kwa kiasi fulani athari inayotarajiwa ya temperature ramp rate.

Matokeo haya yanaonyesha kwamba calcination temperature haiwezi kuchaguliwa kwa heating rate pekee. Heating program ileile inaweza kutoa actual reaction temperatures tofauti kwa pure polymer, physical mixture na template iliyowekwa ndani ya pores.

Athari ya mgusano kati ya P123 na SBA-15

Mchoro 14 katika ukurasa wa 31. unalinganisha sampuli nne chini ya air atmosphere ileile:

• P123 safi,
• physical mixture ya P123 na calcined SBA-15,
• P123–SBA-15 mixture prepared from ethanol solution,
• uncalcined SBA-15.

P123 safi hutengana katika highest temperature region. Physical mixture iko kati ya P123 safi na close-contact systems. Solution-prepared mixture na USBA hutengana katika lower temperature.

Mpangilio huu unaonyesha kwamba kadiri contact area kati ya P123 na silika inavyoongezeka, oxidative degradation inakuwa rahisi zaidi. Katika physical mixture, contact hutokea kwenye outer surfaces za particles pekee, huku katika solution-prepared mixture P123 ikisambazwa vizuri zaidi kwenye silica surface. Katika USBA, P123 iko moja kwa moja ndani ya channels wakati wa formation ya SBA-15 mesostructure.

“Catalytic effect” imethibitishwa kwa kiwango gani?

Observations za utafiti zinaendana na interpretation ya catalytic effect:

• Katika uwepo wa SBA-15, degradation temperature chini ya hewa hushuka.
• Contact degree inapoongezeka, temperature hushuka zaidi.
• Katika USBA, athari ya heating rate kwa peak temperature hupungua.
• Exothermic DSC peaks za USBA ni kubwa zaidi kuliko za P123 safi.

Hata hivyo, hitimisho kwamba “silika inafanya direct chemical catalysis” haliwezi kutenganishwa kwa uhakika kutokana na TGA na DSC pekee. Data zilezile zina effects hizi kwa pamoja:

• better distribution ya P123 kwenye silika,
• increased oxygen-contact surface,
• molecular interaction na silanol groups,
• local temperature rise,
• mabadiliko ya heat na mass transport katika mesopores.

Ili kuthibitisha catalytic mechanism, zinahitajika activation energy comparison, surface chemistry analysis, controlled silanol density, inert silica controls na identification ya gas products.

Maelezo makuu ya kimekanika ya utafiti

Maana ya matokeo kwa calcination process

Ujumbe muhimu zaidi wa utafiti ni kwamba hakuna “degradation temperature” moja ya P123 isiyotegemea conditions. Thamani ya temperature inayoripotiwa inapaswa kutolewa angalau pamoja na taarifa hizi:

• composition ya atmosphere,
• gas flow rate,
• sample amount,
• crucible geometry,
• bed thickness,
• heating rate,
• ikiwa P123 ni pure, mixture au iko ndani ya pores.

Katika large USBA samples chini ya hewa, reaction kutokea katika lower furnace temperature na higher heat flow kunaonyesha kwamba local hot spots zinapaswa kuzingatiwa wakati wa scale-up. Hii ni engineering interpretation inayotokana na utafiti; watafiti hawakufanya direct pilot au industrial furnace experiment.

Pia oxidation ya main P123 mass katika lower temperature haimaanishi kwamba organic residues zote zimeondolewa. Carbonaceous species katika micropores au silica walls zinaweza kuhitaji higher temperature. Complete template removal inapaswa kuthibitishwa kwa residual carbon, FTIR, elemental analysis na final pore volume.

Nguvu za utafiti ni zipi?

• Kulinganisha P123 safi na P123 ndani ya SBA-15 katika instrument na gas conditions zilezile,
• kuchunguza nitrojeni na hewa tofauti,
• kubadilisha sample amount katika wide milligram range,
• kutumia heating rates za 5, 10, 20 na 35 °C dakika⁻¹,
• kutafsiri TGA na DSC results kwa pamoja,
• kupima degree of P123–SBA-15 contact kwa arrangements tatu tofauti,
• kucharacterize synthesized SBA-15 kwa adsorption, SEM na low-angle XRD,
• kueleza apparent contradictions katika fasihi kupitia sample amount na experimental conditions,
• kuonyesha kwamba P123 safi na USBA zina reverse sample-amount behavior chini ya hewa.

Mapungufu ya utafiti ni yapi?

• Utafiti ni preprint ambayo haijapitiwa na wenzao.
• Idadi ya replicate experiments na measurement uncertainty hazijaelezwa.
• Error ranges za DTG peak temperatures hazijatolewa.
• Licha ya heating rates nyingi, activation energy haikukokotolewa.
• Degradation gases na intermediate products hazikutambuliwa chemically.
• Oxygen concentration na actual oxygen profile ndani ya sample hazikupimwa.
• Tofauti kati ya sample temperature na programmed instrument temperature haikupimwa moja kwa moja.
• Residue au barrier layer haikucharacterize moja kwa moja.
• Catalytic effect ya SBA-15 haikutenganishwa kwa uhakika na chemical catalysis dhidi ya heat na mass transfer effects.
• P123 fraction katika USBA imekadiriwa kuwa takriban %50; independent organic-content measurement kwa kila sample haijaripotiwa.
• Actual contact area katika physical na solution-prepared mixtures haikupimwa quantitatively.
• Crucible diameters tofauti na bed thicknesses hazikupimwa kama independent variables.
• Residual carbon amount baada ya conditions mbalimbali haijatolewa.
• Post-process BET area na pore volume za SBA-15 hazikulinganishwa kwa kila calcination condition.
• Hakuna pilot au industrial-scale furnace validation.

Utafiti unaunga mkono nini?

• Thermal behavior ya P123 inategemea sana atmosphere.
• Degradation ya P123 safi chini ya nitrojeni inaathiriwa kwa kiasi kidogo tu na sample amount.
• P123 ndani ya SBA-15 chini ya nitrojeni hutengana katika broad temperature range na kwa uhusiano na angalau structural environments mbili.
• P123 safi chini ya hewa inaonyesha delayed second oxidation process sample amount inapoongezeka.
• USBA chini ya hewa inaonyesha lower-temperature na stronger exothermic behavior sample amount inapoongezeka.
• Close contact na SBA-15 hupunguza degradation temperature ya P123 chini ya hewa.
• USBA chini ya hewa ina lower sensitivity kwa heating rate kuliko P123 safi.
• Sehemu muhimu ya tofauti za P123 temperatures zilizoripotiwa katika fasihi zinaweza kuelezwa na experimental-condition differences.

Utafiti haujathibitisha nini?

• Haujaonyesha kwa uhakika molecular catalytic mechanism ya SBA-15 katika P123 oxidation.
• Haujaonyesha kwamba P123 yote na carbonaceous residues zimeondolewa kabisa katika takriban 168 °C.
• Haujaonyesha kwamba mass loss chini ya nitrojeni huzalisha clean, carbon-free SBA-15.
• Haujaonyesha kwamba temperature behavior katika laboratory crucible itatokea vivyo hivyo katika industrial furnace.
• Haujaonyesha kwamba lower degradation temperature huboresha final SBA-15 quality kiotomatiki.
• Haujaonyesha kwamba proposed mechanisms zimethibitishwa kwa generated gas products.
• Haujatambua safest au lowest-energy commercial calcination program.

Mbinu na Matokeo ya Utafiti

Nyenzo zilizotumika

SBA-15 synthesis program

Characterization conditions

Thermal experiment program

Sample amounts

Kwa kuwa USBA ilikadiriwa kuwa na takriban %50 P123, estimated P123 mass ndani yake ilitumika katika figure captions badala ya total USBA mass. Kwa mfano, katika air experiments estimated P123 amounts zilizoonyeshwa kwenye figure ni 0,2; 1,6; 2,6; 4,1 na 5,1 mg.

Main quantitative results kwa atmosphere

Main messages za figures

• Mchoro 1, ukurasa 18: Type IV nitrogen isotherm na H1 hysteresis loop zinaunga mkono ordered mesoporous structure.
• Mchoro 2, ukurasa 19: Unaonyesha fiber- na bundle-like morphology ya SBA-15.
• Mchoro 3, ukurasa 20: (100), (110) na (200) reflections zinaonyesha two-dimensional hexagonal pore ordering.
• Mchoro 4, ukurasa 21: Unaonyesha single DTG process ya P123 safi chini ya nitrojeni inayoathiriwa kidogo tu na sample amount.
• Mchoro 5, ukurasa 22: Unaonyesha endothermic decomposition ya P123 safi chini ya nitrojeni na heat flow inayoongezeka na mass.
• Mchoro 6, ukurasa 23: Unaonyesha main peak ya USBA chini ya nitrojeni na high-temperature tail iliyohusishwa na micropores.
• Mchoro 7, ukurasa 24: Unaonyesha broader, lower-heat-flow endothermic profile ya USBA.
• Mchoro 8, ukurasa 25: Unaonyesha kwamba heating rate inapoongezeka chini ya nitrojeni, peaks za P123 safi na USBA hupanda takriban 30 °C.
• Mchoro 9, ukurasa 26: Unaonyesha two-stage oxidation katika P123 safi na second process inayohamia higher temperature sample inapoongezeka.
• Mchoro 10, ukurasa 27: Unaonyesha exothermic na endothermic processes za P123 safi chini ya hewa zikibadilika kulingana na sample amount.
• Mchoro 11, ukurasa 28: Unaonyesha main degradation peak ya USBA ikihamia lower temperature sample amount inapoongezeka.
• Mchoro 12, ukurasa 29: Unaonyesha broad exothermic peak ya USBA chini ya hewa inayokuwa stronger na sample amount.
• Mchoro 13, ukurasa 30: Unaonyesha kwamba P123 safi chini ya hewa ni sensitive zaidi kwa heating rate kuliko USBA.
• Mchoro 14, ukurasa 31: Unaonyesha degradation temperature ikishuka kadiri P123–silica contact degree inavyoongezeka.

Implications kwa laboratory na process design

Maelezo ya Chanzo na Mbinu

Jina kamili la asili la utafiti: Study of the thermal decomposition of pure Pluronic P123 and in the calcination of SBA-15 under different conditions

Waandishi: Morayma Muñoz; Inmaculada Blasco; Andrea Miranda; Antonio Marcilla; Angela. N. García.

Maelezo ya jina la mwandishi katika SSRN: Jina la Inmaculada Blasco limetolewa katika rekodi ya sasa ya SSRN kama Inmaculada Blasco Lopez.

Mpangilio wa waandishi: Orodha iliyo hapo juu inahifadhi mpangilio wa asili katika utafiti uliopakiwa.

Mwandishi mwenza wa kwanza au mchango sawa: Hakuna tamko kama hilo.

Mwandishi anayewajibika: Morayma Muñoz.

Barua pepe ya mwandishi anayewajibika: moraymam@corporacionalquimia.org

Taasisi: Universidad de Alicante, Chemical Engineering Department, PO. 99, 03080 Alicante, Spain; Instituto de Investigación Geológico y Energético.

DOI: 10.2139/ssrn.6934270

Jukwaa la uchapishaji: SSRN.

Jarida: Hakuna jina la jarida lililopitiwa na wenzao au final journal citation kwa toleo hili.

Nature ya publisher/platform: SSRN ni preprint na early-research platform ndani ya familia ya Elsevier. Kuchapishwa kwenye SSRN hakumaanishi final peer-reviewed journal publication.

Mwaka wa uchapishaji: 2026.

Tarehe ya kupakiwa kwa current version kwenye SSRN: 13 Juni 2026.

Idadi ya kurasa za current version: 49.

Aina ya chanzo: Experimental preprint research article yenye thermogravimetric analysis, differential scanning calorimetry na mesoporous material characterization.

Hali ya mapitio: Utafiti haujapitiwa na wenzao. Matokeo hayapaswi kutathminiwa kama final conclusions zilizopitia independent scientific peer review.

Kiungo rasmi cha utafiti:Ukurasa rasmi wa utafiti wa SSRN 6934270

Kiungo cha DOI:10.2139/ssrn.6934270

Ufadhili: Utafiti uliungwa mkono na Ministerio de Economía, Industria y Competitividad kupitia mradi CTQ2015-70726/P; na Conselleria de Educación, Investigación, Cultura y Deportes kupitia miradi IDIFEDER 2018/009 na PROMETEO2020/093.

Upatikanaji wa data: Watafiti wameeleza kwamba data itashirikiwa kwa ombi. Hakuna open data repository au direct download link iliyotolewa.

Mgongano wa maslahi: Hakuna separate conflict-of-interest statement katika utafiti uliopakiwa.

Michango ya waandishi: Morayma Muñoz alishughulikia investigation na initial draft writing; Inmaculada Blasco investigation, data curation na review; Andrea Miranda investigation na initial draft writing; Antonio Marcilla conceptualization, funding, supervision na review; Angela. N. García supervision, review na editing.

Maudhui haya ya Verianla yameandaliwa baada ya kuchunguza main text ya utafiti, literature comparison table, synthesis method, material characterization, normalization equation, three experimental tables na 14 original figures. Hakuna new scientific finding kutoka external sources iliyoongezwa kwenye scientific results. External sources zilitumika tu kwa bibliographic verification ya title, author names, current version, DOI, platform, upload date na peer-review status.

Kati ya faili ya kurasa 49 iliyopakiwa, kurasa 16 za kwanza zina main text na references, kurasa 18–31. zina original figures, kurasa 33–46. zina kwa kiasi kikubwa duplicate copies za figures zilezile, na final pages zina table appendices. Duplicates hizi hazikutathminiwa kama independent experiment au additional data.

Interpretation ya utafiti kuhusu “catalytic effect ya SBA-15” inategemea comparative thermal behavior. Kwa kuwa hakuna activation energy, surface active-site analysis au reaction-product identification, chemical catalysis, better P123 distribution, oxygen access na local exothermic heating effects haziwezi kutenganishwa kabisa.

Barrier layer inayodhaniwa kuundwa katika P123 safi pia ni interpretation kutoka DTG na DSC curves. Composition na morphology ya residue hazikuchambuliwa moja kwa moja.

Utafiti unaonyesha kwamba main oxidation peak kutokea katika lower temperature hakumaanishi P123 yote, species katika micropores na carbonaceous residues zimeondolewa kabisa. Wakati wa kuamua commercial au pilot calcination program, residual carbon analysis, chemical identification ya exhaust gases, pore volume na surface area measurements zinapaswa kutumiwa pamoja.