Investigasi Katalitik Material 2D Vs. 3D Zeolit: Kesimpulan dan Tinjauan Akhir
Tinjauan ini mencakup state-of-the-art sintesis dan sifat katalitik zeolit yang menyoroti pencapaian terpenting dalam beberapa tahun terakhir dan membahas kemajuan dalam penelitian tentang zeolit konvensional, nanozeolit, zeolit hierarkis hingga dua dimensi.
Zeolit sintetis biasanya dibuat dengan kristalisasi gel yang mengandung air, kation alkali, silika dan sumber alumina di bawah kondisi hidrotermal, pH dasar, suhu dalam kisaran 60-200 °C dan tekanan autogenous. Penggabungan senyawa organik ke dalam gel sintesis memungkinkan penemuan struktur zeolit baru, terutama dengan komposisi silika tinggi, karena bahan organik bertindak sebagai agen pengarah struktur.
Pembibitan telah banyak diterapkan dalam sintesis zeolit, tidak hanya untuk mempercepat proses kristalisasi, tetapi juga sebagai jalur hijau untuk sintesis zeolit yang bebas organotemplate, untuk mengurangi biaya reagen dan dampak lingkungan.
Protokol sintetik untuk meminimalkan kadar air selama kristalisasi zeolit, seperti konversi gel kering, transpor fase uap, konversi dengan bantuan uap dan perlakuan hidrotermal dari xerogel yang diresapi basah telah dijelaskan baru-baru ini.
Media yang mengandung fluorida telah digunakan untuk kristalisasi zeolit pada pH netral atau bahkan sedikit asam untuk menghasilkan kristal besar dengan konsentrasi cacat yang rendah dan sifat hidrofobik yang tinggi. Demikian pula, pemanasan gelombang mikro dan ultrasound telah digunakan dalam sintesis zeolit untuk mengurangi waktu sintesis yang memungkinkan kontrol yang lebih baik dari ukuran dan morfologi kristal.
Meskipun sejumlah besar struktur zeolitik telah diprediksi secara teoritis, dalam praktiknya, hanya sejumlah kecil yang telah diidentifikasi karena keterbatasan yang ada untuk sintesis sebenarnya. Dengan demikian, pada April 2018 Asosiasi Zeolit Internasional mengakui 235 struktur zeolit yang berbeda (diwakili oleh kode kerangka tiga huruf).
Baru-baru ini, metodologi ADOR (assembly-disassembly-organisation-reassembly) telah dikembangkan untuk preparasi struktur zeolit baru yang tidak dapat diperoleh dengan sintesis hidrotermal konvensional.
Pendekatan ini dimulai dari zeolit UTL, yang telah mengalami sejumlah transformasi pasca-sintesis (hidrolisis, organisasi dan kondensasi) untuk menghasilkan struktur zeolit yang berbeda. Strategi ini sangat efektif untuk pengembangan struktur zeolit baru, yang dalam banyak kasus memberikan topologi, yang tidak mungkin dilakukan oleh sintesis hidrotermal langsung.
Zeolit klasik sangat terkenal karena sifat asam dan pertukaran kationnya, yang berasal dari muatan negatif ekstra yang terkait dengan situs Al tetrahedral. Keasaman dalam zeolit muncul dari situs asam Brønsted yang terkait dengan kerangka atom Al, meskipun mereka mungkin juga mengandung sejumlah besar situs asam Lewis, yang dibentuk oleh dehidroksilasi dari yang pertama atau terkait dengan spesies Al ekstra-kerangka. Zeolit juga dapat menyajikan sifat dasar, yang dihasilkan oleh pertukaran ion dengan kation alkali atau dengan penggabungan logam dasar dan oksida logam.
Peningkatan rasio Si/Al telah umum digunakan sebagai metode untuk meningkatkan stabilitas zeolit. Sementara ini dapat dicapai dalam zeolit silika tinggi hanya dengan memvariasikan komposisi gel, untuk zeolit silika rendah biasanya dicapai dengan perawatan pasca-sintesis melalui ekstraksi dan penghilangan spesies Al.
Substitusi isomorfik spesies Al3+ atau Si oleh kation lain menghasilkan famili bahan zeolit yang berbeda, seperti metalosilikat, aluminofosfat, dan silicoaluminofosfat. Modifikasi ini memiliki efek yang kuat pada sifat zeolit, memungkinkan sintesis bahan dengan keasaman yang dapat dikontrol baik dari segi kekuatan dan jenisnya. Dengan cara ini, penggantian Al oleh kation tetravalen telah menghasilkan bahan yang menunjukkan keasaman Lewis dan sifat redoks yang sangat spesifik.
Fitur mendasar lainnya dari zeolit adalah selektivitas bentuk dan sifat penyaringan molekuler. Karena pori mikro zeolit memiliki diameter yang sangat dekat dengan ukuran banyak molekul, mereka dapat membedakan antara senyawa yang hanya memiliki variasi kecil dalam ukurannya, sehingga yang terbesar tidak dapat menembus struktur zeolit atau berdifusi sangat lambat melalui saluran zeolit. Fakta ini memiliki efek yang kuat pada distribusi produk dan, oleh karena itu, pada selektivitas luar biasa yang ditunjukkan oleh zeolit dalam banyak reaksi.
Namun, pada saat yang sama, ukuran pori kecil zeolit sangat membatasi penerapan bahan ini dalam proses yang melibatkan substrat besar, yang merupakan kasus banyak transformasi dalam konversi biomassa dan sintesis kimia halus. Oleh karena itu, dalam beberapa tahun terakhir, upaya penelitian yang sangat besar telah dikhususkan untuk menyesuaikan sifat zeolit yang terkait langsung dengan porositas dan aksesibilitas situs aktifnya.
Bahan zeolit baru menunjukkan peningkatan aksesibilitas dan luas permukaan eksternal / mesopori telah dikembangkan, yang meliputi zeolit ukuran nano, hierarkis dan dua dimensi. Proses sekuensial dapat dipertimbangkan dalam evolusi zeolit 3D konvensional, melewati pengurangan ukuran kristalnya di bawah 100 nm (nanozeolit), yaitu pengenalan porositas sekunder dalam kisaran mesopori (zeolit hierarkis) hingga akhirnya mencapai partikel pipih (2D zeolit).
Sejumlah keuntungan yang relevan telah dilaporkan secara luas ketika menggunakan bahan zeolitik dengan aksesibilitas yang ditingkatkan sebagai katalis: kemungkinan mengubah senyawa besar yang tidak dapat masuk ke pori mikro, meningkatkan pengangkutan reaktan, zat antara dan produk, dan efek penonaktifan yang kurang menonjol dengan pembentukan endapan kokas.
Hasil keseluruhan yang keluar adalah bahwa dalam banyak kasus bahan zeolit kelas baru ini menunjukkan sifat katalitik yang lebih baik daripada zeolit konvensional. Selain itu, adanya proporsi permukaan luar/mesopore yang tinggi merupakan aspek yang sangat positif ketika zeolit digunakan sebagai pendukung untuk fase katalisis lainnya, karena menyebabkan peningkatan dispersi yang terakhir dengan interaksi yang lebih kuat dengan zeolit. Bahan yang dihasilkan menyajikan sifat bifungsional atau bahkan multifungsi, yang membuka jalan untuk penggunaannya di banyak sektor, di luar bidang aplikasi zeolit yang khas.
Salah satu contoh aplikasi katalitik baru zeolit adalah pencarian rute berkelanjutan untuk menggunakan biomassa sebagai bahan baku, sesuai dengan konsep "biorefinery". Pirolisis katalitik, hydrotreatment, isomerizations, dehidrasi, dll, untuk menghasilkan baik biofuel atau bahan kimia berbasis bio, dipromosikan oleh katalis zeolit asam.
Namun, transformasi biomassa adalah masalah yang kompleks karena ada kesulitan intrinsik pada fitur bahan baku:
(a) komposisi yang kompleks;
(b) adanya heteroatom yang mengganggu proses katalitik dan kualitas produk akhir;
(c) kadar air yang tinggi dan
(d) kecenderungan yang tinggi untuk menonaktifkan zeolit dengan pengendapan kokas.
Keasaman dan porositas adalah fitur utama zeolit yang mempengaruhi aktivitas, selektivitas dan ketahanan deaktivasi oleh deposisi kokas dalam proses transformasi biomassa. Jumlah yang lebih tinggi dan situs asam yang lebih kuat biasanya terkait dengan aktivitas dan selektivitas yang lebih tinggi untuk menargetkan produk.
Efek menguntungkan ini diimbangi dengan jumlah kokas yang lebih besar dan, karenanya, penonaktifan katalis lebih cepat. Mengenai sifat berpori, zeolit dengan ukuran mikropori yang sangat kecil menunjukkan aktivitas yang buruk. Untuk mengurangi pembentukan kokas dan untuk meningkatkan aktivitas dan selektivitas dalam reaksi yang melibatkan molekul besar, berbagai modifikasi zeolit telah dicoba.
Sifat asam dapat dimodulasi oleh variasi rasio Si/Al, pertukaran kation dan dispersi fase kedua (logam, oksida logam). Aksesibilitas situs asam untuk senyawa besar dan sifat transportasi ditingkatkan dengan meningkatkan rasio volume permukaan / partikel eksternal atau dengan memperkenalkan mesoporositas sekunder.
Pendekatan pertama terutama disediakan oleh nanozeolit dan, baru-baru ini, oleh zeolit 2D, sedangkan mesoporositas sekunder adalah tipikal zeolit hierarkis. Namun demikian, untuk mencapai efek katalitik yang menguntungkan dengan zeolit yang disesuaikan dengan porositas ini dalam reaksi konversi biomassa, perlu untuk mencapai keseimbangan yang tepat dengan sifat asamnya.
Jadi, densitas tinggi situs asam kuat atau Brønsted pada permukaan yang dapat diakses harus dihindari karena terkait dengan pembentukan kokas atau bahkan kurang aktif dalam beberapa reaksi yang menarik, seperti dehidrasi glukosa menjadi 5-HMF.
Dalam hal ini, pembuatan katalis bifungsional dengan mendispersikan fase aktif pada zeolit dengan sifat tekstur yang ditingkatkan adalah cara yang sangat rasional untuk mengatasi keterbatasan tersebut. Meskipun mereka baru saja dieksplorasi saat ini, zeolit 2D adalah kandidat yang sangat baik, sehingga pekerjaan penelitian yang lebih intensif diharapkan di bidang ini dalam waktu dekat.
Meskipun zeolit saat ini memiliki posisi yang sangat kuat dalam aplikasi katalitik industri, masih banyak tantangan yang dapat ditingkatkan berkaitan dengan sintesisnya dan kemungkinan aplikasi di masa depan. Beberapa di antaranya disebutkan di sini:
(a) Sintesis zeolit-zeolit penting tanpa bahan pengatur struktur organik. Banyak sintesis yang berhasil tanpa organik baru-baru ini dilakukan tetapi beberapa zeolit yang menarik masih membutuhkan organik untuk disiapkan.
(b) Hanya sedikit zeolit yang dapat langsung disintesis pada seluruh rentang rasio Si/Al dari 1 hingga tak terhingga. Dalam kebanyakan kasus, kita perlu menerapkan berbagai metode pasca-sintesis untuk menyesuaikan komposisi kimia.
(c) Lokasi situs aktif dalam kerangka zeolit, di dalam saluran versus di permukaan luar, di pori-pori yang berbeda untuk zeolit yang memiliki lebih dari satu jenis saluran, masih merupakan masalah sintesis kebetulan daripada konsep ilmiah.
(d) Kurang dari 20 zeolit telah disiapkan sebagai analog dua dimensi; namun, kami dapat percaya bahwa mungkin semua zeolit akan dibuat dalam bentuk 2D, yang secara substansial dapat meningkatkan kemungkinan penerapannya.
Keempat poin ini dengan jelas menunjukkan bahwa meskipun posisi zeolit sangat kuat di laboratorium dan industri, masih banyak kemungkinan perbaikan. Semoga ulasan ini akan membantu dalam mencapainya segera.
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