Hal Penting Tentang Modifikasi Permukaan Zeolit

Modifikasi zeolit ​​(sintesis sekunder) dapat memenuhi kebutuhan katalisis atau adsorpsi khusus. Selain itu, selama sintesis zeolit, spesies yang tidak diinginkan seperti molekul organik atau kompleks logam berinteraksi dengan kerangka zeolit ​​​​yang dapat mempengaruhi sifat-sifat zeolit.

Beberapa teknik telah digunakan untuk memodifikasi permukaan luar dan saluran internal zeolit. Teknik-teknik ini biasanya mengikuti metode tertentu seperti suhu tinggi (kalsinasi), sintesis sekunder (baik menambah atau menghilangkan molekul tamu), pertukaran kation (permukaan luar), dan modifikasi saluran (permukaan internal).

Kalsinasi Suhu Tinggi

Kalsinasi suhu tinggi digunakan untuk menghilangkan template yang telah dimasukkan selama sintesis zeolit. Umumnya, bahan organik teroksidasi dan dengan demikian terurai selama kalsinasi suhu tinggi menjadi air dan karbon dioksida. Selain itu, kalsinasi zeolit ​​pada suhu yang lebih tinggi meningkatkan stabilitas termal dan durasi kerangka.

Lu et al., menunjukkan bahwa pada reaksi perengkahan n-butana, zeolit ​​yang digunakan sebagai katalis lebih stabil setelah kalsinasi suhu tinggi. Namun, kalsinasi suhu tinggi dapat mempengaruhi kristalinitas zeolit ​​dan keseimbangan muatan kerangka.

Kalsinasi zeolit ​​​​pada suhu yang lebih tinggi dan laju tanjakan yang rendah merupakan pendekatan yang berguna dalam mempertahankan kristalinitas zeolit ​​​​ketika menghilangkan tamu organik dari kerangka.

Pertukaran Kation Dalam Zeolit

Zeolit ​​telah banyak digunakan karena sifat pertukaran kationnya. Juga, pertukaran kation adalah salah satu metode yang umum digunakan dalam modifikasi atau permukaan dan saluran zeolit. Umumnya, ketika zeolit ​​bertukar kation dengan logam alkali tanah ukuran pori zeolit ​​bervariasi.

Akibatnya, zeolit ​​memiliki sifat adsorpsi dan katalitik yang baru. Kemampuan nilai tukar kation dalam memodifikasi zeolit ​​dapat dipengaruhi oleh banyak faktor. Beberapa faktor umum ini adalah ukuran ion alkali, konsentrasi kation, pH dan suhu. Namun, kapasitas tukar kation lebih tinggi dengan zeolit ​​jenis ransum Si/Al rendah.

Modifikasi Permukaan Luar Zeolit

Zeolit ​​telah banyak digunakan karena luas permukaan internal yang dapat diakses dan oleh karena itu, banyak penelitian telah dilakukan untuk memodifikasi permukaan zeolit ​​dengan sifat baru. Modifikasi permukaan luar dapat dilakukan dengan metode sililasi.

Metode ini dilakukan dengan deposisi uap kimia (CVD) agen silan. Silan mengandung gugus fungsi hidroksil (C–O–H) yang berinteraksi dengan gugus hidroksil pada permukaan luar zeolit. Dengan menggunakan teknik CVD diikuti dengan kalsinasi, peneliti dapat mempersempit bukaan pori zeolit ​​melalui pengendapan agen silan pada bukaan saluran dan permukaan luar zeolit ​​untuk meningkatkan sifat pemurnian dan pemisahan.

Zeolit ​​​​dengan rasio Si/Al rendah/sedang memiliki beberapa batasan ketika berinteraksi dengan matriks polimer karena sifat hidrofilisitasnya. Grafting zeolit ​​dengan agen silan dapat meningkatkan antarmuka antara bahan hibrida polimer anorganik (mordenit dan Nafion) yang mengarah ke adhesi antarmuka yang lebih baik dan interaksi antara kedua fase.

Untuk mencapai hal tersebut, modifikasi permukaan zeolit ​​dengan silan dapat mengubah sifat permukaan zeolit ​​dari hidrofilik menjadi hidrofobik. Selain itu, sililasi zeolit ​​juga mempengaruhi volume pori. Namun, agen silan telah dipertimbangkan karena biayanya.

Sulfonasi zeolit

Melampirkan gugus asam sulfonat ke permukaan zeolit ​​dikenal sebagai sulfonasi (sulfonasi). Salah satu sifat unik Nafion adalah konduktivitas proton. Hal ini mungkin disebabkan adanya gugus asam sulfonat yang melekat pada Nafion di mana sebuah proton dapat melompat dari satu tempat asam ke tempat asam lainnya.

Menerapkan pendekatan yang sama pada membran komposit pengisi anorganik (misalnya zeolit) dapat meningkatkan konduktivitas proton, sehingga meningkatkan efisiensi sel bahan bakar. Zeolit ​​tersulfonasi dapat menahan molekul air dalam rongganya terutama pada suhu yang relatif tinggi. Selain itu, meningkatkan konduktivitas zeolit ​​itu sendiri.

Beberapa asam lain seperti asam poli akrilik telah melekat pada permukaan zeolit ​​yang juga telah dilaporkan sebagai penghalang metanol potensial tanpa mempengaruhi konduktivitas protonnya dengan penurunan permeabilitas metanol [91-93]. Gambar berikut menunjukkan skema sederhana pencangkokan gugus sulfonat pada permukaan zeolit setelah dicampur dengan asam sulfat (1,0 M) selama semalam menggunakan silane coupling agent.

Grafena Oksida (GO)

Oksidasi grafit dengan menggunakan zat pengoksidasi kuat menghasilkan oksida grafit di mana lapisan monomolekul dari bahan curah dikenal sebagai oksida graphene (GO). Grafena adalah bahan karbon dua dimensi dengan atom diatur dalam kisi heksagonal.

Karena luas permukaan yang besar, gugus fungsi, stabilitas kimia dan mekanik oksida graphene telah digunakan sebagai pengisi anorganik dan digunakan dalam sel bahan bakar metanol langsung sebagai membran komposit nano untuk mengurangi crossover metanol [94]. Informasi singkat tentang sintesis, struktur, dan sifat GO sangat penting untuk membenarkan penggunaan GO dalam sel bahan bakar.

Struktur Kimia Grafena Oksida (GO)

Berbagai model struktur oksida graphene disarankan oleh para peneliti. Secara umum empat struktur yang biasa dilaporkan oleh Hofmann, Ruess, Scholz-Boehm, dan Lerf. Pada tahun 1939 Hofmann menyarankan model GO di mana konfigurasi atom terdiri dari dua kelompok epoksi yang terletak di permukaan (bidang basal) dari oksida graphene. Gugus hidroksil pada permukaan grafena oksida kemudian diperkenalkan oleh Ruess.

Hofmann mengasumsikan dalam model GO-nya bahwa gugus epoksi duduk di situs jembatan atom karbon (1,2 eter) sp2. Kemudian Ruess menyatakan bahwa gugus epoksi juga ada pada bidang (1,3 eter) sp3 [96]. Sementara kemudian, pada tahun 1969, Scholz dan Boehm menghilangkan gugus epoksi dan gugus eter yang menggantikan spesies quinoidal biasa dalam tulang punggung bergelombang.

Pada tahun 1990, Mermoux et al menyepakati model struktural GO yang dipelajari oleh Ruess dan Hofmann. Dengan menggunakan studi FTIR dan 13C NMR, ia menyimpulkan bahwa grafit oksida mengandung jembatan eter, gugus hidroksil, karbon terkoordinasi sp2, dan gugus fungsi terdistribusi secara teratur dalam struktur GO.

Semua model di atas menyetujui grup fungsional GO tetapi berdebat tentang lokasi grup fungsional ini. Sebagian besar peneliti setuju dengan model struktur graphene Lerf-Klinowski. LerfKlinowski mendukung penelitiannya dengan menggunakan NMR dan reaksi lebih lanjut dari GO dengan reagen yang berbeda untuk menargetkan gugus fungsi yang mengandung oksigen (epoksi dan hidroksil) yang berbeda.

Gugus fungsi utama GO adalah epoksi (1,2 eter) dan gugus hidroksil (C—O—C, C—OH) [100]. Kelompok-kelompok ini didistribusikan secara acak di seluruh lapisan karbon sedangkan karboksil, lakton, dan karbonil terletak di tepi. Gugus fungsi terletak di atas dan bawah kisi karbon.

Lerf menyimpulkan GO terdiri dari dua wilayah utama (wilayah aromatik dan wilayah cincin beranggota enam alifatik) dan ukurannya bergantung pada tingkat oksidasi. Karena orbital hibrida sp3 (struktur tetrahedral) antara atom karbon dan gugus hidroksil, kisi karbon GO hampir datar tidak termasuk area di mana konfigurasi tetrahedral berada, kisi karbon mengandung beberapa kerutan.

Sintesis GO

Grafena oksida pertama kali dibuat oleh ilmuwan Inggris B. C. Brodie pada tahun 1859 [99]. Dalam eksperimennya, Brodie mereaksikan grafit dengan kalium [kalium klorat (KClO2)] dan pengasapan dengan asam nitrat (HNO3). Dia menyimpulkan bahwa produk reaksinya mengandung karbon, oksigen, dan hidrogen yang menyebabkan perubahan berat pada serpihan grafit.

Empat puluh tahun kemudian, L. Staudenmaier meningkatkan oksidasi grafit (metode Brodie) dengan menambahkan KClO2 dalam beberapa penambahan, bukan penambahan tunggal, dan dengan meningkatkan keasaman campuran melalui asam sulfat (H2SO4).

Karena waktu dan bahaya penambahan kalium klorida ke dalam campuran grafit dalam metode Staudenmaier, Hummers mengoksidasi grafit dengan menambahkan asam sulfat, kalium permanganat, dan natrium nitrat. Persiapan oksida grafit sekitar dua jam dan di bawah 45°C, Hummers menemukan pendekatan ini menghemat waktu dan lebih aman.

Grafena oksida yang disintesis dengan metode Hummers memiliki derajat oksidasi yang rendah. Sifat oksida grafena bervariasi berdasarkan jenis grafit (sumber grafit), dan zat oksidasi yang digunakan dalam pembuatan oksida grafena. Metode Hummers biasanya dimodifikasi untuk tujuan meningkatkan derajat oksidasi dan menghasilkan GO dalam jumlah besar.

Salah satu pendekatan baru dalam memodifikasi metode Hummer adalah menghilangkan natrium nitrat untuk menghindari adanya gas beracun yang dihasilkan selama oksidasi grafit. Grafena oksida adalah lapisan tunggal oksida grafit. Pencampuran zat pengoksidasi dengan grafit memperkenalkan gugus fungsi oksigen pada permukaan bahan curah. Untuk mengelupas lapisan susun (GO) ini dari bahan curah, biasanya digunakan teknik pengelupasan kimia, mekanis, atau termal.

Interaksi antara lapisan yang ditumpuk adalah gaya tarik van der Waals yang cukup lemah untuk memungkinkan pemisahan lapisan ini satu sama lain. Pengelupasan kimia telah digunakan untuk meningkatkan jarak (d-spasi) antara lapisan-lapisan ini dengan memperpanjang proses oksidasi.

Ditemukan selama oksidasi grafit, jarak d meningkat dari 0,3 nm menjadi 0,7 nm karena ikatan gugus fungsi dengan grafit yang menunjukkan kelemahan pada gaya van der Waals, sehingga menguntungkan pengelupasan kulit. GO lapisan. Selain pengelupasan kimia di atas, teknik perendaman cair juga telah digunakan untuk melepaskan lapisan GO.

Pelarut yang umum digunakan dalam teknik perendaman cair adalah dimetilformamida (DMF) dan N-metil-2-pirolidon (NMP). Pengelupasan termal mendapat manfaat dari penumpukan tekanan yang terjadi selama proses pemanasan. Begitu tekanan yang terakumulasi (hasil dari gas oleh dekomposisi kelompok fungsional) melebihi daya tarik van der Waals, pengelupasan terjadi.

Teknik ini berguna karena waktu (berlangsung dalam beberapa detik) dan menghasilkan oksida graphene kering. Pengelupasan mekanis seperti ultrasonikasi, pengocokan dan pengadukan adalah metode yang paling umum. Selama sonikasi, GO dipisahkan dari material curah dengan gaya geser mencatat bahwa sonikasi keras dapat mematahkan lembar GO.

Semua teknik pengelupasan di atas digunakan tergantung pada proses dan aplikasi GO. Salah satu metode eksfoliasi graphene yang unik ditemukan oleh Andre Geim dan Konstantin Novoselov di mana mereka menggunakan selotip untuk mengupas lapisan graphene dari grafit.

Untuk meringkas tiga metode umum pembuatan grafena oksida, metode Brodie sangat teroksidasi dengan sedikit kontaminasi belerang dan waktu persiapan sekitar satu minggu. Grafena oksida Staudenmaier teroksidasi penuh, tetapi waktu persiapannya lebih lama daripada Brodie. Akhirnya, oksida graphene Hummers dibuat dengan waktu persiapan yang lebih sedikit (~ 2 jam) pada suhu rendah tetapi dengan oksidasi yang lebih sedikit .

Sifat Grafena Oksida

Sifat-sifat graphene oxide tergantung pada metode preparasi dan gugus fungsi. Grafena oksida memiliki sifat mekanik, termal, optik dan listrik yang menarik. Karena jaringan ikatan sp2, oksida graphene adalah konduktor listrik yang buruk. Untuk mengembalikan sifat listriknya, graphene oxide melalui proses reduksi.

Reduksi menjadi graphene menghilangkan gugus fungsi yang mengarah pada reduksi graphene oxide (rGO) yang berguna dalam baterai lithium, kapasitor, dan aplikasi lainnya. Namun, di bidang sel bahan bakar, gugus fungsi asam pada permukaan grafena oksida dapat meningkatkan transpor proton (pelompatan proton) dari anoda ke katoda melalui elektrolit.

Gugus fungsi membuat grafena oksida menjadi bahan hidrofilik yang membuatnya tersebar di sebagian besar pelarut polar seperti air. Selain itu, hidrofilisitas dalam grafena oksida dapat menahan air sehingga berfungsi dalam pengelolaan air di sel bahan bakar.

Telah dilaporkan bahwa pengambilan air dari membran komposit Nafion/GO adalah ~ 33% lebih tinggi (pada 4,5% berat GO konten) dari membran Nafion. Selain sifat transportasi proton dari graphene oxide melalui gugus fungsi, ia juga dapat bertindak sebagai penghambat metanol. GO dapat meningkatkan tortuositas sehingga mengurangi permeabilitas metanol pada PEMFC. Meningkatkan jalur difusi (tortuositas) meningkatkan sifat penghalang di sel bahan bakar.

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.