Interaksi Antara Eksperimen Dan Teori Dalam Sifat Katalitik Situs Aktif Logam Dalam Zeolit

Seperti yang telah dibahas di artikel kami lainnya, kami berharap dapat mengilustrasikan (termasuk berdasarkan pengalaman peneliti) bagaimana perluasan spektrum properti yang dapat diakses dari basis eksperimental telah saling menginspirasi pengembangan alat komputasi untuk mengekstraksi informasi yang tertanam dalam hasil mentah dari pemodelan molekul.

Tidak hanya properti canggih yang dapat didekati dengan akurasi yang meningkat melalui penggunaan protokol komputasi cerdas, tetapi pemahaman dan panduan yang lebih dalam juga dapat diperoleh berdasarkan eksperimen teknologi tinggi.

Secara bertahap implementasi praktis prinsip pertama atau skema teori orbital molekul semiempiris menggunakan model molekul kecil membuka bidang penelitian baru, yaitu simulasi untuk katalisis, meskipun akses ke sumber daya komputer yang memadai dan rutinitas kimia kuantum yang sangat efektif masih dilakukan terbatas.

fungsi pasir zeolit fungsi batu zeolit ciri ciri batu zeolit kelebihan dan kekurangan batu zeolit cara membersihkan batu zeolit batu zeolit untuk dasar aquarium struktur zeolit zeolit filter pasir zeolit untuk filter air rumus kimia zeolit jenis-jenis zeolit

Sifat Katalistik Zeolit

Kontribusi awal dimulai dengan upaya untuk mereproduksi NMR spektroskopi dan tanda inframerah dari hidroksil penghubung dengan menerapkan teori orbital molekul semiempiris ke kluster (AlO)(n−1)(SiO)(4−n)[Si-OH-Al] (OSi)3, dengan n = 1-4, meniru lingkungan zeolitik dari empat jenis hidroksil penghubung, disarankan dalam kerangka faujazite.

Peneliti menemukan korelasi yang baik antara sifat yang dihitung dan data IR dan NMR spektroskopi; namun, harus diingat di sini bahwa pemodelan sederhana seperti itu hanya dapat dipercaya secara andal setelah validasi eksperimental yang ekstensif.

Dalam dekade berikutnya, kemajuan berkelanjutan yang dibuat dalam daya komputasi dan pengembangan perangkat lunak secara dramatis mengubah status pemodelan molekul. Perhitungan canggih pada mesin paralel masif terus memperluas cakupan dari apa yang dapat diakses dengan metodologi yang ditingkatkan.

Hal ini memicu ledakan studi teoritis pada katalisis zeolit. Langkah besar berikutnya dibuat dengan implementasi kuat dari teori fungsi kepadatan (DFT), memungkinkan pendekatan praktis untuk jalur reaksi katalitik dan mekanisme reaksi, meskipun logam transisi pertukaran terlibat.

Studi data ilmiah tentang mekanisme reaksi katalitik dalam zeolit ​​yang ditukar Ga adalah salah satu kontribusi ke sekian kali di bidang ini. Teori fungsi densitas digunakan untuk menggambarkan profil reaksi untuk langkah awal disosiasi metana pada ZSM-5 yang ditukar Ga, di mana struktur stabil pada jalur reaksi dikarakterisasi dan keadaan transisi didefinisikan secara eksplisit.

Namun demikian, membangun model struktural situs zeolitik yang tepat, meskipun agak sewenang-wenang, sangat diperlukan, karena bukti eksperimental tentang distribusi Al dalam kerangka silikalit dan posisi yang tepat dari pertukaran kation masih terbatas.

Di sisi lain, alat komputasi yang paling kuat telah dikomersialkan dan tidak tersedia secara luas untuk penelitian ilmiah. Dalam semangat ini, kelompok enam cincin atau lima cincin di sekitar posisi kerangka T12 atau T8 (situs T—silikon atau simpul aluminium dalam kisi zeolit) dengan satu atau dua atom aluminium diusulkan sebagai model yang sesuai untuk mengakomodasi Cu+ dan Cu2+ kation, masing-masing.

Cincin Si-O-Al (dioptimalkan dengan dan tanpa kation) kemudian ditumpangkan, dan deviasi akar kuadrat rata-rata antara koordinat atom dalam cincin dihitung. Mereka diambil sebagai tanda dari kekuatan interaksi kerangka dengan kation yang diinangi, dan berhasil dikaitkan dengan pergeseran frekuensi getaran kerangka (ukuran IR tidak langsung dari kekuatan interaksi).

Dengan cara ini, informasi tentang mode kerangka diekstraksi dari perhitungan klaster kecil, membuktikan bahwa model sederhana, bila digunakan dengan hati-hati, mampu meniru sifat global yang melekat dari kerangka kerja, seperti distorsinya pada substitusi tembaga.

Didorong oleh perspektif yang menjanjikan ini dan semakin pentingnya katalis zeolit ​​​​dalam ilmu lingkungan, peneliti menerapkan protokol komputasi serupa dalam kerja sama erat dengan data IR ke situs logam terpilih di zeolit. Perhatian khusus diberikan pada interaksi molekul probe dengan pusat logam, yang berfungsi baik sebagai alat eksperimental untuk menguji sifat situs aktif dan sebagai target untuk katalisis.

Pada tahun 2000-2006, serangkaian studi berdasarkan model cluster kecil lingkungan zeolit ​​dilakukan untuk menyelidiki situs kationik di zeolit ​​​​(terutama Cu+ dan Cu2+, kadang-kadang kation lain seperti Na+ atau Co2+) dan interaksinya dengan ligan kecil.

Molekul, yang dipelajari secara simultan dengan spektroskopi IR, seperti molekul probe standar (N2, CO dan nitril), molekul anorganik reaktan (NO, H2) dan molekul organik dengan elektron (alkena, alkuna, keton) menjadi sasaran analisis.

Keuntungan utama dari seri ini adalah korelasi simultan dari hasil pemodelan molekul dengan percobaan IR, yang berfungsi sebagai sumber informasi tentang heterogenitas dan aksesibilitas situs-situs tersebut dalam berbagai proses katalitik dalam zeolit.

Verifikasi eksperimental yang ekstensif sangat penting untuk penilaian data yang diperoleh secara in silico melalui pemodelan sederhana. Oleh karena itu, beragam faktor yang terkait dengan properti yang diinginkan diperiksa, misalnya, nilai perpanjangan ikatan (∆r, dihitung) dan perubahan bilangan gelombang untuk getaran regangan pada interaksi sehubungan dengan molekul fase gas (∆ν, diukur dan dihitung) digunakan sebagai ukuran sejauh mana aktivasi ikatan.

Keduanya (∆ν dan (∆ν bervariasi secara signifikan di antara molekul yang berinteraksi dengan kation yang dibahas (hingga dua orde besarnya), dan keduanya dibandingkan dengan data eksperimental dari sumber peneliti sendiri untuk kasus unggulan Cu(I)ZSM- 5. Jenis model yang dipilih dapat dirasionalisasikan dan digunakan sebagai alat prediksi untuk properti lain dan sistem terkait hanya setelah serangkaian faktor beragam yang cukup mencirikan situs menunjukkan persetujuan yang memuaskan dengan eksperimen.

Pada saat itu, aspek deNOx dari katalis zeolit ​​tertukar tembaga tampaknya menjadi yang paling menarik, dan dengan demikian model situs kationik (sudah diuji pada tingkat teori yang tersedia, vide infra) diterapkan pada analisis interaksi antara situs dan kemungkinan reaktan.

harga zeolit harga zeolit per kg harga zeolit filter harga zeolit alam harga zeolit bubuk harga zeolit alam per kg harga zeolit per sak harga zeolit untuk filter air harga zeolit powder jual batu zeolit jual zeolit jual pasir zeolit

Tentu saja, kesepakatan antara frekuensi IR yang dihitung dan diukur atau energi adsorpsi cukup memuaskan, daripada sempurna, karena berbagai keterbatasan alat pemodelan molekul. Sebagai contoh, mari kita bahas kasus NO teradsorpsi pada situs Cu(I) dalam Cu-ZSM-5: spektrum IR menunjukkan pergeseran merah dari frekuensi regangan NO sebesar 67 cm−1, sementara pada adsorpsi ke situs Cu(II), frekuensi meningkat sebesar +29 cm−1.

Perhitungan peneliti menghasilkan pergeseran merah masing-masing 106 dan 34 cm−1, yang jauh dari memuaskan. Namun, harus diingat di sini bahwa hasil terbaik yang tersedia yang diterbitkan pada tahun 2004 (diperoleh dengan menggunakan metodologi QM/MM yang ditingkatkan, sehingga memungkinkan untuk membedakan berbagai situs zeolit) adalah pergeseran sebesar −117 cm−1 untuk NO yang teradsorpsi pada Cu(I). ) MFI dan dengan 108 cm-1 untuk NO pada ferit Cu(I), sebanding dengan hasil kami.

Kesulitan reproduksi yang tepat dari frekuensi regangan NO telah dikaitkan dengan beberapa faktor, termasuk kopling kuat ke mode lentur, kontribusi anharmonik, atau kurangnya efek suhu dalam perhitungan kimia kuantum statis, dan ini belum dapat dipecahkan secara pasti.

Di sisi lain, reproduksi yang lebih baik dapat diharapkan untuk nilai relatif yang mewakili pengamatan fisikokimia (karena pembatalan kesalahan yang menguntungkan); memang, perbedaan antara pergeseran frekuensi NO yang disebabkan oleh interaksi dengan situs Cu(I) vs. situs Cu(II) dalam zeolit ​​yang sama tetap dalam batas yang dapat diterima: 96 cm−1 (diukur) dan 72 cm−1 ( dihitung), masing-masing.

Pada saat itu, aspek deNOx dari katalis zeolit ​​tertukar tembaga tampaknya menjadi yang paling menarik, dan dengan demikian model situs kationik (sudah diuji pada tingkat teori yang tersedia, vide infra) diterapkan pada analisis interaksi antara situs dan kemungkinan reaktan.

Tentu saja, kesepakatan antara frekuensi IR yang dihitung dan diukur atau energi adsorpsi cukup memuaskan, daripada sempurna, karena berbagai keterbatasan alat pemodelan molekul. Sebagai contoh, mari kita bahas kasus NO teradsorpsi pada situs Cu(I) dalam Cu-ZSM-5: spektrum IR menunjukkan pergeseran merah dari frekuensi regangan NO sebesar 67 cm−1, sementara pada adsorpsi ke situs Cu(II), frekuensi meningkat sebesar +29 cm−1.

Perhitungan peneliti menghasilkan pergeseran merah masing-masing 106 dan 34 cm−1, yang jauh dari memuaskan. Namun, harus diingat di sini bahwa hasil terbaik yang tersedia yang diterbitkan pada tahun 2004 (diperoleh dengan menggunakan metodologi QM/MM yang ditingkatkan, sehingga memungkinkan untuk membedakan berbagai situs zeolit) adalah pergeseran sebesar −117 cm−1 untuk NO yang teradsorpsi pada Cu(I). ) MFI dan dengan 108 cm-1 untuk NO pada ferit Cu(I), sebanding dengan hasil kami.

Kesulitan reproduksi yang tepat dari frekuensi regangan NO telah dikaitkan dengan beberapa faktor, termasuk kopling kuat ke mode lentur, kontribusi anharmonik, atau kurangnya efek suhu dalam perhitungan kimia kuantum statis, dan ini belum dapat dipecahkan secara pasti.

Di sisi lain, reproduksi yang lebih baik dapat diharapkan untuk nilai relatif yang mewakili pengamatan fisikokimia (karena pembatalan kesalahan yang menguntungkan); memang, perbedaan antara pergeseran frekuensi NO yang disebabkan oleh interaksi dengan situs Cu(I) vs. situs Cu(II) dalam zeolit ​​yang sama tetap dalam batas yang dapat diterima: 96 cm−1 (diukur) dan 72 cm−1 ( dihitung), masing-masing.

Studi tentang aktivasi etena dan etena oleh situs Cu(I) dan Ag(I) Dalam zeolit ​​ZSM5 harus memberikan contoh yang baik dari kehati-hatian ekstrim yang diperlukan untuk interpretasi kredibel dari hasil komputasi. Perhitungan peneliti menunjukkan melemahnya ikatan karbon-karbon, dibuktikan dengan perpanjangan ikatan CC serta penurunan frekuensi getaran peregangan yang sesuai.

Kesepakatan kualitatif dengan data eksperimen diperoleh untuk kedua hidrokarbon: pada kedua kation, pergeseran merah frekuensi CC yang dihitung dan diukur untuk etuna jauh lebih besar daripada untuk etena, sementara keduanya secara signifikan lebih rendah untuk perak daripada untuk situs tembaga.

Namun, perbandingan kuantitatif jauh dari sempurna, dan beberapa implikasi yang berasal dari tren yang diamati tampak berlawanan dengan intuisi: meskipun muatan yang dihitung ditransfer dari pusat logam ke molekul teradsorpsi untuk situs Ag(I) melebihi untuk situs Cu(I). , melemahnya ikatan rangkap CC di situs Ag(I) secara substansial kurang jelas (sebagaimana dibuktikan oleh perhitungan dan eksperimen).

Hanya setelah analisis tambahan dari komponen aliran kerapatan elektron antara fragmen yang dipilih dan penilaian yang cermat dari peran mereka dalam proses aktivasi, beberapa kesimpulan umum dapat dicapai berdasarkan sifat elektronik.

Topik ini dan wawasan lain tentang aspek elektronik di balik aktivasi berbagai ligan oleh situs kationik dalam zeolit ​​​​yang dihasilkan dari analisis reorganisasi kerapatan elektron pada adsorpsi akan dibahas bersama dengan pengembangan alat baru di bagian selanjutnya.

Pengalaman keseluruhan peneliti yang bermanfaat kemudian memungkinkan untuk mendekati intensitas pita IR, selain posisi mereka. Nilai koefisien kepunahan pita C≡C dan C=C IR dari etena dan etena, masing-masing, berinteraksi dengan Cu+ atau Ag+ dalam zeolit ​​ditentukan berdasarkan eksperimen IR kuantitatif dan perhitungan DFT kimia kuantum menggunakan QM/MM metode. Nilai eksperimental dan nilai yang dihitung berada dalam kesepakatan yang sangat baik, yang selanjutnya memvalidasi keandalannya dan mendorong penggunaan jenis pemodelan ini.

fungsi pasir zeolit fungsi batu zeolit ciri ciri batu zeolit kelebihan dan kekurangan batu zeolit cara membersihkan batu zeolit batu zeolit untuk dasar aquarium struktur zeolit zeolit filter pasir zeolit untuk filter air rumus kimia zeolit jenis-jenis zeolit


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.

 

Komentar

Postingan populer dari blog ini

2 Metode Sintesis Zeolit di Lab; Solvotermal dan Hidrotermal

Filter Air Berbiaya Rendah untuk Pasokan Air di Negara Berkembang Bag IV [PENUTUP]