Investigasi Katalitik Material 2D Vs. 3D: Transformasi Biomassa
Katalis heterogen telah menjadi elemen sentral dalam konversi efisien sumber daya fosil menjadi bahan bakar dan bahan kimia, tetapi peran mereka dalam pemanfaatan biomassa lebih ambigu. Zeolit merupakan kelas katalis heterogen yang menjanjikan dan perkembangan dalam beberapa tahun terakhir telah menunjukkan potensinya untuk digunakan secara luas dalam konversi biomassa.
Dalam perspektif ini kami meninjau dan mendiskusikan perkembangan yang telah terjadi di bidang konversi biomassa menggunakan zeolit. Penekanan diberikan pada konversi bahan lignoselulosa menjadi bahan bakar menggunakan zeolit konvensional serta konversi gula menggunakan zeolit asam Lewis untuk menghasilkan bahan kimia yang bermanfaat.
Selain itu, konsumsi minyak bumi secara besar-besaran dan lingkungan yang semakin memburuk telah memicu perhatian dan pengembangan kimia berkelanjutan akhir-akhir ini. Sumber biomassa adalah satu-satunya sumber karbon terbarukan di Bumi, yang dianggap sebagai alternatif potensial untuk bahan bakar fosil saat ini yang tidak dapat diregenerasi dalam waktu singkat. Dekade terakhir telah menyaksikan kemajuan besar dalam pemanfaatan biomassa dengan teknologi yang dikembangkan.
Namun, kualitas bio-minyak yang diperoleh dari pirolisis pada berbagai suhu buruk, yang tidak dapat langsung digunakan sebagai bahan kimia dan bahan bakar yang berharga. Katalis ayakan molekuler (zeolit) telah berhasil diterapkan dalam konversi katalitik berbagai produk setelah pirolisis biomassa, karena struktur porinya yang seragam, keasaman yang kuat, dan kerangka yang stabil.
Transformasi Biomassa
Keserbagunaan sifat katalitik zeolit telah memungkinkan ekspansi mereka ke aplikasi baru yang dituntut oleh kemajuan sosial ekonomi di seluruh dunia. Ini adalah kasus pencarian rute baru dan berkelanjutan untuk memenuhi kebutuhan umat manusia yang didorong oleh perubahan iklim. Di antara rute-rute ini, ada semua proses yang didasarkan pada penggunaan biomassa sebagai bahan baku, seperti produksi bahan kimia berbasis bio dan biofuel dalam konsep “biorefinery”.
Biomassa didefinisikan sebagai segala jenis bahan organik baik yang berasal dari hewan atau tumbuhan.330 Sifatnya yang dapat diperbarui, kelimpahan dan distribusinya di seluruh dunia telah mendorong penggunaannya sebagai sumber energi. Skenario yang menggembirakan ini bahkan lebih menarik ketika bahan baku biomassa terdiri dari bahan apa pun yang tidak bersaing dengan sektor pangan, seperti residu kehutanan dan pertanian.
Rute untuk mengubah biomassa menjadi bahan kimia berbasis bio dan bahan bakar nabati dapat dikelompokkan berdasarkan sifat kimia bahan baku biomassa (gula, lipid atau lignoselulosa). Beberapa aspek umum mengenai rute konversi yang paling relevan diuraikan di sini:
Gula atau pati sebagai bahan baku digunakan untuk memproduksi bahan bakar nabati, khususnya bioetanol. Prosesnya terdiri dari sakarifikasi atau hidrolisis menjadi gula sederhana dan fermentasi. Baru-baru ini, penggunaan gula telah diperluas untuk menghasilkan molekul platform melalui jalur katalitik, seperti isomerisasi (misalnya dari glukosa menjadi fruktosa), dehidrasi (misalnya produksi 5-(hidroksimetil)furfural (5-HMF), furfural dan asam levulinat) dan hidrogenasi (misalnya konversi glukosa dan xilosa menjadi sorbitol dan xylitol, masing-masing).
Lipid atau bahan berminyak dapat diubah menjadi biodiesel melalui reaksi transesterifikasi dengan alkohol. Bersama dengan bioetanol, mereka saat ini tersedia secara komersial sebagai biofuel dan dicampur dengan bahan bakar fosil konvensional di sektor transportasi.
Keduanya mewakili apa yang disebut “biofuel generasi pertama” karena diproduksi dari bahan mentah yang bersaing dengan industri makanan. Namun, bahan baku lipid dapat diperoleh dari tanaman yang tidak dapat dimakan, yang disebut tanaman energi, memecahkan masalah keberlanjutan yang terkait dengan biofuel generasi pertama.
Selain itu, teknologi alternatif telah diusulkan, seperti hydroprocessing dan catalytic cracking, untuk menghasilkan hidrokarbon dengan sifat yang mirip dengan bahan bakar fosil konvensional.
Lignoselulosa, menurut komposisinya yang lebih kompleks, telah dievaluasi sebagai bahan baku untuk rute termokimia dan biokimia yang berbeda untuk mendapatkan bahan bakar nabati atau bahan kimia berbasis bio. Syngas adalah produk utama gasifikasi untuk sintesis Fischer–Tropsch. Gula dapat diekstraksi dari lignoselulosa dengan cara hidrolisis.
Gula tersebut diproses lebih lanjut menjadi bioetanol (melalui fermentasi) atau menjadi bahan kimia dan/atau biofuel dengan proses katalitik lainnya. Lignin sisa dari perlakuan hidrolisis dapat dipirolisis atau digasifikasi.
Akhirnya, pirolisis lignoselulosa menghasilkan bio-minyak yang, setelah peningkatan katalitik, dapat menghasilkan bahan kimia dan biofuel yang berharga. Peningkatan katalitik ini dapat diklasifikasikan menjadi dua kelompok utama:
(a) hidroproses dari bio-minyak cair (hidrodeoksigenasi; HDO) dan
(b) membawa uap pirolisis ke dalam kontak dengan katalis (pirolisis katalitik) mempromosikan dehidrasi dan dekarboksilasi sebagai rute deoksigenasi yang disukai.
Sebuah diskusi rinci dari masing-masing teknologi berada di luar cakupan tinjauan ini dan dapat ditemukan dalam literatur. Semua proses ini menggabungkan satu atau beberapa langkah katalitik. Zeolit dapat menjadi katalis yang sangat relevan karena sifatnya yang asam dan berpori.
Namun, penerapannya di bidang transformasi biomassa cukup menantang karena menghadapi beberapa kesulitan yang melekat pada fitur bahan baku:
(a) komposisi kompleks, dengan senyawa besar dan banyak fungsi;
(b) adanya heteroatom yang mempengaruhi kualitas produk akhir (misalnya oksigen dalam bahan bakar nabati), mengganggu proses katalitik (misalnya Na+, K+) atau meracuni katalis (misalnya belerang);
(c) kandungan air yang tinggi, yang dapat merusak struktur dan aktivitas katalis, dan
(d) kecenderungan kuat untuk membentuk endapan karbon (kokas) di atas katalis, menyebabkan deaktivasinya.
Bagian ini berfokus pada peran sifat zeolit dalam kinerja proses transformasi biomassa yang paling relevan dan, khususnya, pada dampak perpindahan dari topologi 3D ke 2D dalam hal aktivitas, selektivitas, dan stabilitasnya hingga penonaktifan.
Pirolisis Katalitik Dari Biomassa Padat
Banyak transformasi biomassa dipromosikan oleh katalis asam. Namun demikian, beberapa reaksi yang tidak diinginkan, seperti perengkahan yang berlebihan dan pembentukan kokas, juga dikatalisis oleh asam dan dapat secara dramatis mempengaruhi kelangsungan reaksi.
Baik kepadatan dan kekuatan situs asam katalis harus dikontrol dengan hati-hati, tergantung pada bahan baku dan kondisi reaksi. Sifat berpori, karena menentukan aksesibilitas situs asam dan adanya efek selektivitas bentuk, juga merupakan sifat kunci.
Zeolit menunjukkan kinerja yang sangat baik dalam pirolisis katalitik biomassa padat, menunjukkan kemampuan mereka untuk meningkatkan produksi aromatik dan, oleh karena itu, menghasilkan minyak akhir dengan kandungan oksigen yang lebih rendah dan kualitas yang lebih tinggi sebagai biofuel. Situs asam mempromosikan dehidrasi levoglucosan menjadi furan, dan konversi lebih lanjut mereka menjadi aromatik oleh reaksi Diels-Alder dengan olefin ringan.
Situs asam Brønsted sangat aktif karena kekuatan asamnya yang lebih tinggi. Li et al.344 menguji zeolit dengan keasaman yang berbeda dalam pirolisis (500 °C) dan peningkatan katalitik berikutnya (550 °C) residu hidrolisis tongkol jagung menggunakan reaktor tipe Auger yang digabungkan ke reaktor unggun tetap hilir.
Secara khusus, zeolit FAU dan MFI digunakan sebagai katalis. Dalam kasus zeolit FAU, kekuatan situs asam agak rendah, sedangkan MFI menyajikan situs asam ringan dan kuat.
Oleh karena itu, zeolit USY menunjukkan aktivitas yang sangat rendah menghasilkan jumlah oksigenat (50%) sangat dekat dengan bio-minyak non-katalitik (51,3 area%). Sebaliknya, ZSM-5 mampu mengkatalisis transformasi bio-oil yang mengurangi jumlah senyawa teroksigenasi di bawah 10% area dan meningkatkan kandungan fenol dan aromatik (di atas 80%).
Meningkatkan densitas situs Brønsted zeolit merupakan cara yang efektif untuk meningkatkan minyak pirolisis melalui deoksigenasi dan aromatisasi. Konsentrasi situs asam Brønsted di zeolit MFI 17-212 telah dieksplorasi. Namun, bersama dengan hasil aromatik yang lebih tinggi, keasaman LKM pada rasio Si/Al yang rendah telah terbukti merugikan yang mengarah pada pembentukan gas dan kokas.
Atau, pertukaran kation dan impregnasi dengan logam atau oksida logam telah dieksplorasi untuk memodulasi keasaman zeolit untuk memperlambat pembentukan kokas sambil menjaga atau bahkan memaksimalkan aktivitas deoksigenasi dan aromatisasi.
Hasil yang paling sukses telah dicapai ketika spesies logam, ditukar atau diresapi pada zeolit, memiliki beberapa aktivitas katalitik intrinsik untuk setiap reaksi deoksigenasi. Misalnya, ketika Ga, Ni atau Zn baik kation dipertukarkan atau diresapi dalam MFI, selektivitas terhadap aromatik dalam bio-oil yang ditingkatkan meningkat.
Efek serupa telah ditemukan dengan Pt yang terdispersi pada MFI dalam pirolisis katalitik Miscanthus untuk meningkatkan reaksi perengkahan, hidrogenolisis, perengkahan hidro, dan dehidrogenasi Telah dilaporkan bahwa impregnasi MFI dengan NiO–MgO juga menyebabkan selektivitas yang lebih tinggi terhadap alkilbenzena dan lebih sedikit kokas. pembentukan.
Secara khusus, penulis menemukan bahwa dengan menggunakan MFI (rasio Si/Al = 50) yang memiliki 6% Ni + 2% Mg, bio-oil yang ditingkatkan mengandung jumlah senyawa hidrokarbon tertinggi, dengan hasil area kromatogram 35,52% (12,94%). untuk hidrokarbon alifatik dan 22,58% hidrokarbon aromatik), dibandingkan 10,22% dalam kasus proses non-katalitik.
Selain itu, pembentukan kokas adalah setengah (1,65% berat) dari nilai yang dicapai dengan zeolit induk (3,75% berat). Namun demikian, ada jumlah optimum spesies logam atau oksida logam untuk dimasukkan ke dalam zeolit karena beban berlebihan dapat menyebabkan hilangnya keasaman secara dramatis, terutama situs asam Brønsted, juga diperlukan untuk mendorong pembentukan aromatik melalui siklisasi dan oligomerisasi komponen ringan.
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