Investigasi Katalitik Material 2D Vs. 3D: Reaksi Dehidrasi dan Konversi Biomassa Lain
Ini adalah lanjutan dari artikel sebelumnya tentang Investigasi Katalitik Material 2D Vs. 3D: Reaksi Kondensasi dan Isomerisasi. Kali ini, kita membahas reaksi selanjutnya dari transformasi biomassa;
Reaksi Dehidrasi
Reaksi dehidrasi adalah reaksi kimia antara dua senyawa dimana salah satu produknya adalah air. Misalnya, dua monomer dapat bereaksi di mana hidrogen (H) dari satu monomer mengikat gugus hidroksil (OH) dari monomer lain untuk membentuk dimer dan molekul air (H2O).
Gugus hidroksil adalah gugus pergi yang buruk, sehingga katalis asam Bronsted dapat digunakan untuk membantu memprotonasi hidroksil untuk membentuk -OH2+. Reaksi sebaliknya, di mana air bergabung dengan gugus hidroksil, disebut hidrolisis atau reaksi hidrasi.
Bahan kimia yang biasa digunakan sebagai agen dehidrasi termasuk asam fosfat pekat, asam sulfat pekat, keramik panas dan aluminium oksida panas. Reaksi dehidrasi sama dengan sintesis dehidrasi. Reaksi dehidrasi juga dapat dikenal sebagai reaksi kondensasi, tetapi lebih tepatnya, reaksi dehidrasi adalah jenis spesifik dari reaksi kondensasi.
Molekul platform penting dapat diproduksi dengan menginduksi reaksi dehidrasi pada senyawa organik yang berasal dari biomassa. Misalnya, gula dapat diubah menjadi 5-HMF (5-(hidroksimetil) furfural) dan furfural melalui reaksi dehidrasi yang dikatalisis oleh zeolit.
Dehidrasi heksosa (glukosa dan fruktosa) menjadi 5-HMF mengungkapkan bahwa hasil 5-HMF sangat tergantung pada kondisi reaksi, jenis gula yang digunakan dan sifat zeolit. Misalnya, fruktosa menghasilkan hasil 5-HMF yang lebih tinggi daripada glukosa.Di sisi lain, situs asam Brønsted kurang aktif dalam konversi glukosa; sehingga sebagian besar upaya dilakukan dalam pengembangan katalis zeolitik dengan keasaman Lewis dan Brönsted yang seimbang.
Hal ini dapat diatasi dengan menyiapkan campuran katalis, seperti Ti-Beta + Sn-Beta, sebagai pembawa pusat Lewis, dan HCl sebagai asam Brönsted,398 atau Sn-Beta (sebagai pembawa pusat Lewis) + Amberlyst (sebagai pembawa pusat Brønsted) . Namun, akan lebih praktis untuk menerapkan katalis zeolit bifungsional yang mengandung kedua jenis keasaman.
Penggunaan zeolit untuk menghasilkan furfural dengan dehidrasi xilosa turunan biomassa juga merupakan bidang yang menarik karena akan memungkinkan penggantian asam sulfat berbahaya dan tidak dapat dipulihkan yang digunakan secara industri sebagai katalis. Namun, ini adalah masalah yang rumit karena dehidrasi gula C5 menjadi furfural, yang dipromosikan oleh situs asam Brønsted, dapat mengganggu reaksi isomerisasi menjadi -xylulose, yang dikatalisis oleh keasaman Lewis.
Berbagai zeolit 3D telah digunakan untuk dehidrasi xilosa, termasuk MFI (ZSM-5), MOR (Mordenite), FAU (Y), *BEA (Beta) dan silicoaluminophosphates (SAPO-5, SAPO-11, SAPO-40) . Hasil yang sangat baik telah dilaporkan saat menggabungkan penggunaan Mordenite dengan pelarut yang terdiri dari -valerolactone (GVL) dan 10% berat air.
Dalam kondisi ini 80% hasil furfural tercapai, yang dikaitkan dengan penghambatan reaksi kondensasi samping antara intermediet furfural dan pentosa. Baru-baru ini, Iglesias et al. melaporkan bahwa zeolit dengan pori-pori yang lebih kecil (ZSM-5) kurang aktif dalam dehidrasi xilosa.
Mereka juga menemukan bahwa sifat situs asam adalah parameter kunci yang mendorong jalur reaksi utama untuk mengubah xilosa menjadi furfural. Dengan demikian, situs asam Lewis mempromosikan dehidrasi langsung xilosa, sedangkan katalis tipe Brønsted menghasilkan alkil xilosida sebagai zat antara.
Selain itu, Beta-zeolit dengan keseimbangan yang tepat antara keasaman Brønsted dan Lewis didalilkan sebagai katalis yang paling menjanjikan untuk memaksimalkan produksi furfural.
Zeolit 2D Vs. 3D Dalam Reaksi Dehidrasi
Lima dkk. menerapkan zeolit terdelaminasi (Si/Al = 29) sebagai katalis untuk dehidrasi fase cair xilosa menjadi furfural pada 170 °C, menggunakan sistem reaktor bifasik air-toluena. Zeolit terdelaminasi dibuat dengan pembengkakan dan ultrasonikasi prekursor laminar Nu-6 (2), menghasilkan luas permukaan BET mendekati tujuh kali lebih tinggi (151 m2 g−1) daripada bahan induk (25 m2 g− 1).
Peningkatan sifat tekstur dan peningkatan aksesibilitas yang demikian, menyebabkan peningkatan yang signifikan dengan hasil furfural sebesar 47%, lebih tinggi dari yang diperoleh (34%) dibandingkan H-Mordenit yang digunakan sebagai katalis referensi. Selain itu, penulis membuktikan tidak ada pelindian Al dan aktivitas daur ulang yang cukup stabil.
Baru-baru ini, Abdelrahman dkk. mengusulkan jalur termokimia alternatif untuk menghasilkan butadiena dari biomassa berdasarkan dehidrasi gula menjadi furfural, diikuti oleh dekarbonilasi dan hidrogenasi menjadi THF dan dehidrasi akhir dan langkah desiklisasi.
Mengenai langkah katalitik terakhir, dehidrasi dan pembukaan cincin THF, mereka membandingkan sampel pentasil berpilar mandiri yang mengandung silika (P-SPP) dengan berbagai macam katalis, termasuk ZSM-5, HY, Sn-Beta, ZrO2 dan silika-alumina. Di antara mereka, P-SPP menunjukkan kinerja yang sangat menjanjikan dengan selektivitas yang sangat tinggi terhadap butadiena (87-92%) dan konversi hingga 83%.
Aplikasi lain yang menarik dari zeolit berdasarkan reaksi dehidrasi molekul yang diturunkan dari biomassa adalah konversi gliserol menjadi akrolein. Akrolein adalah zat antara untuk produksi asam akrilat, molekul platform yang digunakan dalam pembuatan cat, plastik, perekat, dan penyerap super.
Baru-baru ini, dua penelitian serupa yang menggunakan katalis tipe MWW dalam reaksi ini telah dilaporkan. Dalam kedua kasus tersebut, zeolit MCM-22, MCM-36 berpilar dan zeolit ITQ-2 terdelaminasi dibandingkan dalam kondisi fase gas. ITQ-2 menonjol sebagai katalis terbaik dalam hal konversi, selektivitas dan kemampuan regenerasi.
Fitur yang diamati dijelaskan oleh aksesibilitas yang lebih tinggi dari situs aktif mereka (ITQ-2 memiliki morfologi rumah kartu) bersama dengan penghapusan kokas yang lebih mudah dari mesopori.
Reaksi Konversi Biomassa Lainnya
Seperti yang telah disebutkan di awal bagian ini, eksplorasi zeolit dalam bidang transformasi biomassa mencakup banyak jalur karena banyaknya variasi molekul yang berasal dari bahan baku itu dan akibatnya, berbagai macam produk yang akan diperoleh darinya.
Secara khusus, telah dibuktikan bahwa zeolit 2D dan 3D berlapis memiliki potensi tinggi dalam reaksi yang melibatkan senyawa besar (pirolisis katalitik, kondensasi aldol, isomerisasi dan dehidrasi) karena peningkatan aksesibilitas situs aktifnya. Tetapi kemampuan tinggi ini juga telah terungkap dalam reaksi katalitik lain yang terkait dengan konversi senyawa turunan biomassa.
Salah satu contohnya adalah penelitian yang dilaporkan oleh Yoon et al., di mana mereka menunjukkan peningkatan aktivitas Rh yang didukung pada MCM-22 yang membengkak dan turunan terpilarnya MCM-36 dibandingkan dengan pendukung asam lainnya (MCM-41 dan silika-alumina aerogel), ketika mereka diterapkan dalam hidrodeoksigenasi (HDO) guaiacol dan 1,3,5-trimethoxybenzeze (1,3,5-TMB).
Di antara zeolit-zeolit yang diuji, MCM-36 terutama merupakan katalis yang paling efisien, karena dispersi partikel Rh yang lebih tinggi. Meskipun dispersi Rh ke MCM-41 dan aerogel silika-alumina bahkan lebih tinggi, aktivitas di atas Rh/MCM-36 adalah yang terbesar karena aksesibilitas yang lebih tinggi dari situs asam yang terletak di permukaan luar, sehingga meminimalkan keterbatasan perpindahan massa.
Alkilasi menggunakan zeolit konvensional, zeolit asam 2D dan 3D berlapis telah dieksplorasi sebagai reaksi yang berguna baik untuk meningkatkan rasio H/C dalam bio-minyak, memproduksi biofuel410 atau untuk produksi bahan kimia bernilai tinggi, seperti xilena, etilbenzena dan etiltoluena.
Zeolit berpori besar lebih nyaman daripada yang berukuran pori kecil dan sedang karena pembatasan perpindahan massa yang lebih rendah. Di antara zeolit-zeolit 2D, ITQ-2 terdelaminasi secara khusus aktif dan selektif terhadap produk alkilasi berkat peningkatan permukaan yang dapat diakses dan panjang jalur difusi yang lebih pendek.
Enkapsulasi gugus kobalt dalam zeolit ZSM-5 hierarki telah menghasilkan katalis untuk produksi langsung isoparafin tengah melalui hidrogenasi karbon monoksida menjadi hidrokarbon (sintesis Fischer–Tropsch (FT)).
Dengan cara yang sama, zeolit Y hierarkis didukung katalis Co telah diuji dalam sintesis FT. Hidrokarbon menengah, dengan selektivitas yang luar biasa terhadap isoparafin, adalah produk utama karena optimalisasi fungsi hidrocracking dan isomerisasi yang dibawa oleh zeolit hierarkis.
Juga untuk reaksi ini, penambahan Mn ke dalam zeolit Y hierarkis Co/Na menyebabkan peningkatan yang signifikan dalam selektivitas bahan bakar diesel dengan menekan pembentukan CH4 dan hidrokarbon yang lebih ringan.
Zeolit MCM-22 terdelaminasi dan terpilar juga telah diaplikasikan sebagai pendukung kobalt untuk reaksi FT. Telah ditemukan bahwa baik menggunakan turunan delaminasi atau terpilar memungkinkan penyempitan distribusi produk dari reaksi FT karena selektivitas terhadap molekul C4-C12 meningkat.
Namun demikian, dibandingkan dengan induk MCM-22, penyangga terdelaminasi menghasilkan proporsi hidrokarbon C21+ yang lebih tinggi, yang dikaitkan dengan hilangnya keasaman yang disebabkan selama proses pengembangan dan delaminasi.
Last but not least, katalis ZSM-5 nanospons yang diresapi Co menunjukkan selektivitas tinggi untuk hidrokarbon bercabang dan olefin dalam kisaran bensin (C5-C11). Selektivitas yang diamati di atas terhadap hidrokarbon yang lebih ringan dan bercabang dihasilkan dari kedekatan yang erat antara logam dan fase aktif zeolit yang menghasilkan pemrosesan in situ dari hidrokarbon FT primer (linier).
Distributor Zeolit Untuk Berbagai Aplikasi dan Industri
Jika Anda adalah perusahaan yang membutuhkan zeolit untuk pengolahan berbagai produk Anda, kami siap membantu. Ady Water jual zeolit untuk filter air jenis batu, pasir, dan tepung. Kemasan zeolit per karung 20 kilogram dan eceran 4 kilogram.
Kami juga sudah suplai zeolit ke industri food and beverage, berbagai BUMN, kebutuhan softener (Pelunak Air / Pengurang Kesadahan Air) rumah tangga. Semua produk kami ready stock. Selain itu, kami juga dapat memberikan suplai hingga puluhan ton secara rutin per bulan atau sesuai dengan kebutuhan Anda.
Untuk informasi lebih lanjut bisa hubungi kami di;
Pusat Zeolit Unggulan Ady Water Bandung
Jalan Mande Raya No. 26, RT/RW 01/02 Cikadut-Cicaheum, Bandung 40194
Zeolit Filtrasi Air Jakarta
Jalan Tanah Merdeka No. 80B, RT.15/RW.5 Rambutan, Ciracas, Jakarta Timur 13830
Zeolit Untuk Air Bersih Jakarta Barat
Jalan Kemanggisan Pulo 1, No. 4, RT/RW 01/08, Kelurahan Pal Merah, Kecamatan Pal Merah, Jakarta Barat, 11480
Atau Anda juga bisa langsung kontak sales kami secara langsung baik via phone maupun WhatsApp:
• 0821 2742 4060 (Ghani)
• 0812 2165 4304 (Yanuar)
• 0821 2742 3050 (Rusmana)
• 0821 4000 2080 (Fajri)
• 0812 2445 1004 (Kartiko)
• 0812 1121 7411 (Andri)
Untuk Anda yang membutuhkan zeolit baik untuk kebutuhan pengolahan air rumah tangga maupun industri termasuk bagi Anda yang menjalankan bisnis pengolahan air, silahkan kontak kami segera.
Jika Anda memiliki pertanyaan seputar zeolit, silahkan kontak kami untuk diskusi lebih lanjut dan temukan produk zeolit sesuai kebutuhan. Kami di Ady Water menawarkan zeolit terbaik untuk berbagai aplikasi. Silahkan datang ke kantor kami atau kontak sales kami di nomor di atas. Terima kasih.
Tags :
Ady Water
ADY WATER
Konsultasi Gratis dengan para sales kami untuk menemukan solusi yang paling tepat untuk kebutuhan Bapak Ibu
- Ady Water
- Jalan Mande Raya No. 26, RT/RW 01/02 Cikadut-Cicaheum, Bandung 40194
- Jalan Tanah Merdeka No. 80B, RT.15/RW.5 Rambutan, Ciracas, Jakarta Timur 13830
- Jalan Kemanggisan Pulo 1, No. 4, RT/RW 01/08, Kelurahan Pal Merah, Kecamatan Pal Merah, Jakarta Barat, 11480
- Kupang Panjaan I No.18, DR. Soetomo, Kec. Tegalsari, Kota SBY, Jawa Timur 60264
- 022 723 8019