Karakterisasi Zeolit ​​Berurutan Hirarki: Aspek Khusus

Desain zeolit ​​hierarkis yang ditargetkan untuk aplikasi yang dibayangkan sangat bergantung pada kemampuan untuk memahami hubungan struktur-propertinya, yaitu, hubungan antara sifat fisik/kimia dan struktural dan karakteristik kinerjanya.

Dengan demikian, sifat-sifat seperti karakter zeolitik, tekstur, konektivitas pori, distribusi situs aktif, dan stabilitas hidrotermal harus dikarakterisasi dan dipahami dengan baik untuk mengidentifikasi dan memahami peran hierarki dalam katalisis dan pemisahan.

Adsorpsi Fisik: Analisis Luas Permukaan dan Ukuran Pori

Data ilmiah merangkum teknik-teknik penting untuk karakterisasi zeolit ​​yang tersusun secara hierarkis, di mana setiap metode memiliki skala panjang yang terbatas dalam penerapannya untuk analisis ukuran pori. Di antara metode ini fisisorpsi banyak digunakan untuk analisis ukuran pori nano, karena memungkinkan untuk menilai berbagai ukuran pori, termasuk kisaran lengkap mikro dan mesopori yang semuanya mungkin ada dalam struktur pori hierarkis.

Metode yang paling sering digunakan untuk karakterisasi adsorpsi fisik, yang biasanya dilakukan dengan nitrogen, argon, dan kripton pada suhu kriogenik (misalnya, 77 dan 87 K) adalah metode manometrik (volumetrik). Deskripsi rinci metode manometrik (dan prosedur komputasi yang sesuai) diberikan dalam berbagai buku teks.

Dalam dua dekade terakhir kemajuan besar telah dibuat dalam pemahaman tentang adsorpsi dan perilaku fase cairan dalam bahan berpori memerintahkan dan dalam pengembangan pendekatan lanjutan berdasarkan mekanika statistik seperti simulasi molekuler dan teori fungsional kepadatan cairan homogen.

Kemajuan ini, ditambah dengan ketersediaan prosedur eksperimental resolusi tinggi untuk adsorpsi berbagai cairan subkritis, telah menyebabkan kemajuan besar dalam karakterisasi struktural dengan adsorpsi fisik. Kemajuan ini dan rekomendasi terkait untuk karakterisasi fisisorpsi juga dirangkum dalam laporan teknis IUPAC yang terakhir diperbarui pada tahun 2015.

Pemilihan adsorbsi yang tepat sangat penting untuk melakukan karakterisasi fisisorpsi yang andal. Khususnya untuk material mikropori dan mikromesopori yang menunjukkan fungsionalitas permukaan kutub, adsorpsi argon pada 87 K (dan bukan adsorpsi nitrogen pada 77 K) sekarang direkomendasikan untuk mendapatkan analisis ukuran pori yang andal.

Telah diketahui dengan baik bahwa momen quadrupole dari molekul nitrogen sebagian besar bertanggung jawab untuk interaksi spesifik dengan berbagai kelompok fungsional permukaan dan ion yang terpapar yang sangat mempengaruhi tekanan pengisian mikropori.

Oleh karena itu, tekanan pengisian pori tidak berkorelasi dengan ukuran pori secara langsung. Berlawanan dengan ini, adsorpsi argon pada 87 K memungkinkan untuk mendapatkan isoterm adsorpsi resolusi tinggi yang andal yang memungkinkan seseorang untuk menyelesaikan perbedaan kecil dalam tekstur; pada kenyataannya, isoterm argon (87 K) tersebut dapat dianggap sebagai sidik jari dari struktur pori.

Sementara kriostat murah yang tersedia secara komersial digunakan untuk melakukan adsorpsi argon pada 87 K tanpa memerlukan argon cair. Penggunaan adsorpsi argon pada 87 K memungkinkan juga untuk memperoleh luas permukaan yang jauh lebih andal dengan metode Brunauer-Emmett-Teller (BET) dibandingkan dengan adsorpsi nitrogen pada 77 K.

Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa interaksi spesifik molekul nitrogen dengan fungsionalitas permukaan kutub melalui momen kuadrupolnya menyebabkan ketidakpastian dalam orientasi molekul dan luas penampang efektif, yang mengakibatkan kesalahan dalam analisis luas permukaan N2 BET dari hingga 20-30%.

Namun, bagaimanapun, kehati-hatian diperlukan dalam menerapkan metode BET untuk analisis luas permukaan zeolit ​​hierarkis karena adanya mikropori, teori BET tidak valid dan hanya luas permukaan yang terlihat yang dapat diperoleh. prosedur untuk menentukan kisaran tekanan untuk penerapan metode BET dengan cara yang tidak ambigu, yang memungkinkan seseorang untuk memastikan reproduktifitas, tetapi tetap saja, hanya area BET yang jelas yang dapat diperoleh.

Oleh karena itu untuk banyak zeolit ​​yang terstruktur secara hierarkis, luas BET yang diperoleh hanya mewakili luas permukaan yang tampak. Namun, area BET masih dapat dianggap sebagai "sidik jari" yang berguna yang dapat dikorelasikan dengan kinerja dalam aplikasi berbasis katalisis dan pemisahan.

Berkenaan dengan analisis ukuran pori, telah ditunjukkan bahwa penerapan metode berbasis simulasi DFT dan Monte Carlo memberikan distribusi ukuran pori (PSD) yang andal pada rangkaian lengkap mikro dan mesopori. Metode ini sekarang banyak digunakan dan tersedia secara komersial untuk banyak sistem adsorptif/adsorben penting.

Selanjutnya, metode berbasis DFT (misalnya, teori fungsional kepadatan nonlokal, NLDFT) memungkinkan seseorang untuk memprediksi secara kuantitatif perilaku kondensasi pori dan histeresis dengan mempertimbangkan mekanisme adsorpsi-desorpsi yang mendasari termasuk penundaan kondensasi karena metastabilitas cairan pori.

Keuntungan ini sangat penting dalam analisis ukuran pori bahan yang menimbulkan loop histeresis H2, H3, H4, dan H5, yaitu, di mana efek jaringan pori mempengaruhi posisi cabang desorpsi dari loop histeresis dan pori/rongga yang andal. karakterisasi ukuran perlu diturunkan dari cabang adsorpsi.

Penilaian Kimia Permukaan dengan Adsorpsi Fisik

Metode untuk menilai heterogenitas permukaan, termasuk distribusi energi permukaan dan hidrofilisitas/hidrofibisitas dinding pori didasarkan pada studi adsorpsi lanjutan, memanfaatkan berbagai adsorbsi dengan polaritas dan sensitivitas yang berbeda terhadap fungsionalitas permukaan termasuk teknik manometrik, gravimetri, dan dinamis, seperti suhu -program de-sorption (TPD) dan eksperimen terobosan.

Untuk menilai hidrofilisitas/hidrofobitas permukaan pori, disarankan indeks hidrofobisitas yang dapat ditentukan dengan mempelajari adsorpsi kompetitif campuran air/toluena atau air/metilsikloheksana melalui eksperimen terobosan.

Pendekatan serupa, tetapi secara eksperimental kurang menuntut telah mengarah pada definisi indeks hidrofilik, yang didasarkan pada perbandingan isoterm adsorpsi kesetimbangan dari suatu zat penyerap, yang sensitif terhadap kimia permukaan (misalnya, adsorpsi air pada suhu kamar), dengan isoterm adsorpsi dari bahan penyerap yang mengarah ke film adsorbat yang sepenuhnya membasahi permukaan adsorben (misalnya, argon pada 87 K).

Jika bahan penyerap yang sensitif terhadap kimia permukaan bukan air, indeks keterbasahan yang lebih umum dapat diturunkan. Penerapan konsep yang terakhir telah ditunjukkan untuk serangkaian bahan, termasuk zeolit ​​mesopori yang terstruktur secara hierarkis.

Telah ditunjukkan bahwa indeks hidrofilisitas ini bahkan dapat mendeteksi perbedaan kimia permukaan antara sistem pori yang berbeda dalam bahan tertentu, yaitu, seperti yang ditunjukkan dalam zeolit ​​ZSM-5 yang berstruktur hierarki, di mana dinding mikropori bersifat hidrofobik, sedangkan permukaan mesopori sangat hidrofilik.

Dalam konteks ini indeks aksesibilitas (ACI) disarankan, yang diturunkan dari spektroskopi inframerah dari alkilpiridin tersubstitusi dalam kristal ZSM-5 berpori hierarkis. ACI untuk molekul tertentu didefinisikan sebagai jumlah situs asam yang terdeteksi oleh adsorpsi molekul probe dibagi dengan jumlah total situs asam dalam zeolit ​​berdasarkan kandungan aluminium yang diukur. Namun, pertanyaan penting mengenai kimia permukaan dinding pori dan penentuan lokasi yang tepat dari situs aktif masih terbuka.

Menilai Karakteristik Jaringan Pori dengan Adsorpsi Fisik

Karakterisasi adsorpsi fisik tingkat lanjut sangat penting untuk memahami jaringan berpori dari struktur hierarkis dan memungkinkan untuk mengoptimalkan desain bahan, yang pada akhirnya mengarah pada peningkatan sifat, misalnya, peningkatan aktivitas katalitik. Secara khusus, aksesibilitas dan interkonektivitas antara pori mikro, meso, dan/atau makro sangat penting.

Untuk mengkorelasikan dan memberi peringkat kinerja katalitik dari zeolit ​​mesopori yang berbeda dengan strukturnya, yang disebut faktor hierarki (HF) diperkenalkan. Faktor ini menggunakan data fisisorpsi dan didefinisikan sebagai produk (Vmicro/Vpore) × (Smeso/SBET), di mana Vmicro adalah volume mikropori, Vpore adalah volume total pori, Smeso adalah luas permukaan mesopori, dan SBET adalah luas BET .

HF diusulkan sebagai alat sederhana untuk menentukan peringkat kinerja katalitik dari zeolit ​​mesopori yang berbeda, terlepas dari komposisinya. Namun, meskipun sangat berguna, faktor hierarki yang dijelaskan saja tidak cocok untuk mengkarakterisasi sistem pori hierarkis, karena tidak memungkinkan seseorang untuk memeriksa interkonektivitas sistem pori.

Bergantung pada jalur sintesis, dua zeolit ​​mesopori secara teoritis dapat memiliki HF yang sama tetapi interkonektivitas pori yang sangat berbeda, yang terakhir memiliki pengaruh dramatis pada aktivitas katalitik seperti yang dibahas di atas.

Informasi penting tentang karakteristik jaringan pori termasuk konektivitas pori dapat diperoleh dengan analisis yang tepat dari loop histeresis kondensasi pori yang disebutkan di atas. Perilaku adsorpsi dan fase dalam struktur hierarki diatur oleh kombinasi berbagai fenomena termasuk pengisian mikropori, kondensasi pori, penyumbatan/perkolasi pori, dan penguapan yang diinduksi kavitasi, yang tercermin dalam bentuk isoterm adsorpsi dan jenis karakteristik histeresis adsorpsi.

Dalam konteks ini, prosedur yang ditargetkan telah disarankan untuk membedakan antara mekanisme yang berbeda yang berkontribusi terhadap histeresis, yang mencakup penyelidikan efek suhu pada adsorpsi dan histeresis, penggunaan adsorbsi yang berbeda, serta pemindaian loop histeresis.

Pemindaian isoterm diukur dengan membalikkan arah variasi tekanan gas dalam proses adsorpsi atau desorpsi selama rentang tekanan relatif di mana histeresis terjadi. Loop histeresis pemindaian yang diamati secara langsung berkorelasi dengan mekanisme yang mendasari kondensasi kapiler (cabang adsorpsi), penguapan (cabang desorpsi), dan karenanya dengan rincian struktur jaringan pori.

Mereka memungkinkan seseorang untuk mendapatkan informasi tambahan yang mendalam tentang karakteristik jaringan pori termasuk konektivitasnya. Untuk padatan mesopori yang tidak teratur, deskripsi isoterm pemindaian tidak dapat dicapai berdasarkan model adsorpsi dalam pori-pori individu; perlu mempertimbangkan sifat kooperatif dari proses kondensasi dan desorpsi kapiler dalam jaringan pori 3D dengan parameter geometri terdistribusi dari masing-masing pori.

Dalam konteks ini, metodologi canggih juga berdasarkan teori perkolasi digunakan untuk interpretasi kurva pemindaian. Baru-baru ini, model perkolasi histeresis adsorpsi dikembangkan lebih lanjut, yaitu, berdasarkan perkiraan Bethe analitis dan Monte Simulasi Carlo dari kisi kubik 3D.

Selanjutnya, memanfaatkan efek kurungan pada perilaku fase cairan ditambah dengan pendekatan canggih seperti pemindaian histeresis, memungkinkan penilaian yang cukup rinci dari struktur pori dan karakteristik jaringan pori.

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.