K+ Regulation of MER Zeolite and Its Effect on O2 and N2 Adsorption Kinetics

doi:10.7503/cjcu20240411

Abstract

Abstract:

By varying the amount of mineralizer added during feedstock preparation， the microporous structure of the material was precisely controlled， leading to a differentiation in the adsorption kinetics of O₂ and N₂ within the zeolite pore channels. The experimetal results indicate that as the K/Si molar ratio increases， the pore structure of the material contracts， and porosity gradually decreases. Notably， the O₂/N₂ kinetic selectivity of K-MER-0.41 ［n（K）/n（Si）=0.41］ reaches its highest value（3.24） at 298 K. Molecular dynamics simulations further suggest that the diffusion rate of O₂ on K-MER-0.41 is also greater than that of N₂.

Key words: Zeolite, Adsorption kinetics, O₂/N₂, Kinetic selectivity, Diffusion rate

CLC Number:

O647

TrendMD:

BAI Xiaowei, TANG Xuan, WANG Yating, ZHANG Feifei, LI Jinping, YANG Jiangfeng. K⁺ Regulation of MER Zeolite and Its Effect on O₂ and N₂ Adsorption Kinetics[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2025, 46(2): 20240411.

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References 37

1	Jiang G. S.， Mod. Chem. Res.， 2023，（6）， 127—129
	姜广栓. 当代化工研究， 2023，（6）， 127—129
2	Liu H.， Yuan D.， Yang L.， Xing J.， Zeng S.， Xu S.， Xu Y.， Liu Z.， Mater. Horiz.， 2022， 9（2）， 688—693
3	Banaszkiewicz T.， Chorowski M.， Gizicki W.， AIP Conf. Proc.， 2014， 1573（1）， 1373—1378
4	Bernardo P.， Drioli E.， Golemme G.， Ind. Eng. Chem. Res.， 2009， 48（10）， 4638—4663
5	Jaramillo D. E.， Jaffe A.， Snyder B. E. R.， Smith A.， Taw E.， Rohde R. C.， Dods M. N.， Desnoo W.， Meihaus K. R.， Harris T. D.， Neaton J. B.， Long J. R.， Chem. Sci.， 2022， 13（35）， 10216—10237
6	Adil K.， Belmabkhout Y.， Pillai R. S.， Cadiau A.， Bhatt P. M.， Assen A. H.， Maurin G.， Eddaoudi M.， Chem. Soc. Rev.， 2017， 46（11）， 3402—3430
7	Tang Y.， Wang X.， Wen Y.， Zhou X.， Li Z.， Wang X.， Wen Y.， Ind. Eng. Chem. Res.， 2020， 59（13）， 6219—6225
8	Li L.， Liu D.， Zhen D.， Ge Z.， Zhang X.， Xiong B.， Li Z.， Zhang K.， Xing T.， Xu W.， Zhang F.， Gu X.， Dai P.， Zhao X.， ACS Appl. Nano Mater.， 2022， 5（8）， 11414—11422
9	Nabais J. M. V.， Carrott P. J. M.， Carrott M. M. L. R.， Padre-Eterno A. M.， Menéndez J. A.， Dominguez A.， Ortiz A. L.， Carbon， 2006， 44（7）， 1158—1165
10	Nandi S. P.， Walker P. L.， Sep. Sci. Technol.， 1976， 11（5）， 441—453
11	Jüntgen H.， Knoblauch K.， Harder K.， Fuel， 1981， 60（9）， 817—822
12	Mullangi D.， Evans H. A.， Yildirim T.， Wang Y.， Deng Z.， Zhang Z.， Mai T. T.， Wei F.， Wang J.， Hight Walker. A. R.， Brown C. M.， Zhao D.， Canepa P.， Cheetham A. K.， J. Am. Chem. Soc.， 2023， 145（17）， 9850—9856
13	Ma S.， Wang X. S.， Yuan D.， Zhou H. C.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2008， 47（22）， 4130—4133
14	Ma S.， Wang X. S.， Collier C. D.， Manis E. S.， Zhou H. C.， Inorg. Chem.， 2007， 46（21）， 8499—8501
15	Shimomura S.， Higuchi M.， Matsuda R.， Yoneda K.， Hijikata Y.， Kubota Y.， Mita Y.， Kim J.， Takata M.， Kitagawa S.， Nat. Chem.， 2010， 2（8）， 633—637
16	Li J.， Gao M.， Yan W.， Yu J.， Chem. Sci.， 2023， 14（8）， 1935—1959
17	Shang Y.， Wu J.， Zhu J.， Wang Y.， Meng C.， J. Alloys Compd.， 2009， 478（1/2）， L5—L7
18	Zhou Y.， Zhang J.， Wang L.， Cui X.， Liu X.， Wong S. S.， An H.， Yan N.， Xie J.， Yu C.， Zhang P.， Du Y.， Xi S.， Zheng L.， Cao X.， Wu Y.， Wang Y.， Wang C.， Wen H.， Chen L.， Xing H.， Wang J.， Science， 2021， 373（6552）， 315—320
19	Chai Y.， Han X.， Li W.， Liu S.， Yao S.， Wang C.， Shi W.， Da⁃Silva I.， Manuel P.， Cheng Y.， Daemen L. D.， Ramirez⁃Cuesta A. J.， Tang C. C.， Jiang L.， Yang S.， Guan N.， Li L.， Science， 2020， 368（6494）， 1002—1006
20	Li Y.， Yu J.， Nat. Rev. Mater.， 2021， 6（12）， 1156—1174
21	Zhang Q.， Yu J.， Corma A.， Adv. Mater.， 2020， 32（44）， 2002927
22	Iwamoto M.， Yamaguchi K.， Akutagawa Y.， Kagawa S.， J. Phys. Chem.， 1984， 88（19）， 4195—4197
23	Niwa M.， Yamazaki K.， Murakami Y.， Ind. Eng. Chem. Res.， 1991， 30（1）， 38—42
24	Wang Y.， Yang R. T.， ACS Sustainable Chem. Eng.， 2019， 7（3）， 3301—3308
25	Liu H.， Yuan D.， Liu G.， Xing J.， Liu Z.， Xu Y.， Chem. Commun.， 2020， 56（75）， 11130—11133
26	Tang X.， Wei M.， Bai X.， Sep. Purif. Technol.， 2024， 339， 126601
27	Choi H. J.， Jo D.， Min J. G.， Hong S. B.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2020， 60（8）， 4307—4314
28	Chagger H. K.， Ndaji F. E.， Sykes M. L.， Thomas K. M.， Carbon， 1995， 33（10）， 1405—1411
29	Wang C.， Li L.， Bell J. G.， Lv X.， Tang S.， Zhao X.， Thomas K. M.， Chem. Mater.， 2015， 27（5）， 1502—1516
30	Zhao X.， Xiao B.， Fletcher A. J.， Thomas K. M.， Bradshaw D.， Rosseinsky M. J.， Science， 2004， 306（5698）， 1012—1015
31	Tian S. S.， Wang J. H.， Yuan Z. A.， Zhang X. X.， Jin X. P.， Liu W. H.， Deng G. Y.， Adv. Eng. Sci.， 2023， 55（4）， 57—66
	田双双，王家浩，袁子安，张晓星，靳小平，刘伟豪，邓广宇. 工程科学与技术， 2023， 55（4）， 57—66
32	O'malley A. J.， García Sakai. V.， Silverwood I. P.， Dimitratos N.， Parker S. F.， Catlow C. R. A.， Phys. Chem. Chem. Phys.， 2016， 18（26）， 17294—17302
33	Mousavi S. H.， Tamnanloo J.， Mokarizadeh A. H.， Zavabeti A.， Liu J. Z.， Li G. K.， Phys. Chem. Chem. Phys.， 2023， 25（27）， 18259—18265
34	Du S.， Huang J.， Ryder M. R.， Daemen L. L.， Yang C.， Zhang H.， Yin P.， Lai Y.， Xiao J.， Dai S.， Chen B.， Nat. Commun.， 2023， 14（1）， 1197
35	Kuznicki S. M.， Bell V. A.， Nair S.， Hillhouse H. W.， Jacubinas R. M.， Braunbarth C. M.， Toby B. H.， Tsapatsis M.， Nature， 2001， 413（6856）， 652
36	Khanday W. A.， Majid S. A.， Chandra Shekar S.， Tomar R.， Arab. J. Chem.， 2014， 7（1）， 115—123
37	Mallette A. J.， Seo S.， Rimer J. D.， Nat. Synth.， 2022， 1（7）， 521—534

Sample	Amount of K₂O， x	K/Si molar ratio	Unit cell composition
K⁃MER⁃0.35	2.000	0.35	K_8.6\|［Al_8.6Si_23.4O_64.0］
K⁃MER⁃0.41	2.250	0.41	K_9.1\|Al_9.1Si_22.9O_64.0］
K⁃MER⁃0.43	2.625	0.43	K_9.5\|［Al_9.5Si_22.5O_64.0］

Sample	Amount of K₂O， x	K/Si molar ratio	Unit cell composition
K⁃MER⁃0.35	2.000	0.35	K_8.6\|［Al_8.6Si_23.4O_64.0］
K⁃MER⁃0.41	2.250	0.41	K_9.1\|Al_9.1Si_22.9O_64.0］
K⁃MER⁃0.43	2.625	0.43	K_9.5\|［Al_9.5Si_22.5O_64.0］

	O₂		N₂
	k₁/min^-1	R²	k₁/min^-1	R²
K⁃MER⁃0.35	0.2261	0.96	0.1485	0.98
K⁃MER⁃0.41	0.1549	0.97	0.0478	0.99
K⁃MER⁃0.43	0.0599	0.99	0.0347	0.95

	O₂		N₂
	k₁/min^-1	R²	k₁/min^-1	R²
K⁃MER⁃0.35	0.2261	0.96	0.1485	0.98
K⁃MER⁃0.41	0.1549	0.97	0.0478	0.99
K⁃MER⁃0.43	0.0599	0.99	0.0347	0.95

Temperature/K	O₂		N₂
Temperature/K	k₁/min^-1	R²	k₁/min^-1	R²
273	0.0705	0.99	0.0335	0.95
298	0.1189	0.96	0.0412	0.98
313	0.2096	0.96	0.0916	0.98

K⁺ Regulation of MER Zeolite and Its Effect on O₂ and N₂ Adsorption Kinetics

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[1]	XIAO Peiwen, YANG Aili, LIU Bolun, HAN Xue, LI Hui, YE Yinzhu, WANG Runwei, ZHANG Zongtao. Synthesis of Aerosol-like Amphiphilic ZSM-5 Zeolite [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2025, 46(2): 20240261.
[2]	WANG Shengcheng, WANG Cunmin, HAO Yaxin, ZHU Guiying, LI Xinyu, SONG Xinyi, ZHANG Mingming, XU Huan, HE Xinjian. ZIF-8 Nanosheet-functionalized Poly（lactic acid） Nanofibrous Membranes for Efficient Filtration of Ultrafine Particles [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2025, 46(2): 20240426.
[3]	WANG Chenzhu, GAO Mingkun, GAO Yanjing, QI Sixian, YU Jihong. Beta@ZIF-67 Composite for Catalytic Degradation of Polylactic Acid Plastics [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2024, 45(9): 20240221.
[4]	ZHANG Xiaolong, ZHANG Yicheng, LI Qingchao, ZHA Fei, CHANG Yue, TANG Xiaohua. Catalysis and Simulation of SBA-15 Zeolite Supported p-Toluenesulfonic Acid for the Synthesis of Dicumyl Peroxide [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2024, 45(6): 20240067.
[5]	SONG Yuhang, LIU Zhan, LYU Jiamin, YU Shen, LI Xiaoyun, SUN Minghui, CHEN Lihua, SU Baolian. Synergistic Effects of Hierarchically Interconnected Porous Structure and Fe Modification on Zeolite ZSM-5 for Efficient Benzyl Alcohol Alkylation [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2024, 45(5): 20240095.
[6]	MENG Qinghua, SHI Chao. Storage Weathering Resistance of Zeolitic Acoustically Enhanced Materials [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2024, 45(3): 20230474.
[7]	XIONG Wenpeng, CHU Yueying, WANG Qiang, XU Jun, DENG Feng. Theoretical Calculation of Relationship Between Zeolite Confinement Effect and Adsorbed 2-¹³C-acetone ¹³C Chemical Shift [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2023, 44(8): 20230063.
[8]	YANG Yingnan, SUN Qiming. Synthesis of EAB Zeolite and Its Application in Methanol-to-olefin Reaction [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2023, 44(8): 20230119.
[9]	XIE Xiaolan, LIU Zhan, LYU Jiamin, YU Shen, LI Xiaoyun, SU Baolian, CHEN Lihua. Preparation of Cu-based Hierarchical Pore ZSM-5 Zeolite Single Crystals and Their Catalytic Properties for Nitrobenzene Hydrogenation [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2023, 44(10): 20230109.
[10]	ZHANG Zongyang, LI Yuping, ZHANG Ruoxi, LIU Yufeng, CHEN Ze, HAN Lina, HAN Peide. Rapid Synthesis of SSZ-13 Zeolite via Interzeolite Transformation of L Zeolite and Formation Mechanism of Its Hollow Structure [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2023, 44(10): 20230034.
[11]	QI Ganggang, MENG Xiangju. Recent Breakthrough Progresses in the Fundamental Research of Zeolites in China [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2023, 44(10): 20230227.
[12]	WANG Shuqi, DU Ke, LI He, ZHANG Yahong. Iridium-based Catalyst Immobilized on Zeolite Subcrystals and Its Catalytic Transfer Hydrogenation Performance [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2023, 44(10): 20230224.
[13]	YAO Yiting, LYU Jiamin, YU Shen, LIU Zhan, LI Yu, LI Xiaoyun, SU Baolian, CHEN Lihua. Preparation of Hierarchical Microporous-mesoporous Fe₂O₃/ZSM-5 Hollow Molecular Sieve Catalytic Materials and Their Catalytic Properties for Benzylation [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(8): 20220090.
[14]	CHEN Weiqin, LYU Jiamin, YU Shen, LIU Zhan, LI Xiaoyun, CHEN Lihua, SU Baolian. Preparation of Organic Hybrid Mesoporous Beta Zeolite for Alkylation of Mesitylene with Benzyl Alcohol [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(6): 20220086.
[15]	LI Zhiguang, QI Guodong, XU Jun, DENG Feng. Role of Catalyst Acidity in Glucose Conversion over Sn-Al-β Zeolite as Studied by Solid-state NMR [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(6): 20220138.