Mengenal Unsur Zeolit; Katalisis (Catalysis)

Sejak 1960-an zeolit ​​​​telah diterapkan sebagai katalis dalam berbagai reaksi kimia industri (misalnya perengkahan minyak bumi, reaksi isomerisasi dan alkilasi) yang digunakan untuk produksi bahan kimia halus, zat warna, deterjen, dan aroma.

Dalam banyak proses industri, alkilasi ini secara tradisional dilakukan dengan adanya asam cair beracun dan korosif (misalnya asam fluor dan asam sulfat), kerugiannya adalah bahwa produk yang dihasilkan kemudian perlu dipisahkan dari asam dengan proses yang sulit dan memakan energi.

Sifat Zeolit ​​Mengaktifkan Katalisis

Katalisis sebagian besar reaksi dapat dicapai karena sifat-sifat zeolit ​​yang diinginkan seperti luas permukaan yang besar, ukuran pori yang unik, kristalinitas, dan stabilitas termalnya, bersama dengan kemungkinan penyetelan ukuran pori zeolit ​​dalam zeolit ​​sintetis. Selain itu, zeolit ​​pada dasarnya adalah penukar ion – sifat yang memungkinkan mereka berfungsi sebagai asam Brønsted dalam reaksi katalitik.

Perpindahan Proton

Salah satu reaksi katalitik yang paling menonjol di mana zeolit ​​digunakan adalah Fluid catalytic cracking (FCC) – suatu proses reaksi yang digunakan dalam perengkahan minyak bumi. Dalam proses ini, fraksi hidrokarbon dengan berat molekul tinggi dari minyak mentah minyak bumi diubah menjadi bensin, gas olefin, dan produk lain yang lebih berharga.

Awalnya, memang proses dilakukan menggunakan metode termal, tapi seiring waktu diganti dengan perengkahan katalitik. Ini dikarenakan metode katalitik bisa menghasilkan lebih banyak bensin apalagi nilai oktan yang dihasilkan juga tinggi. Gas yang dihasilkan juga bisa dipastikan lebih ofelin. Oleh sebab itu, metode baru ini lebih diunggulkan daripada metode lama, yakni termal.

Reaksi perengkahan minyak bumi yang dikatalisis melalui penggunaan zeolit ​​didasarkan pada reaksi yang diprakarsai transfer proton hidrokarbon. Menurut data ilimiah, transfer proton "hanyalah langkah inisiasi dari matriks kompleks reaksi kompetitif dan berurutan yang pada akhirnya menghasilkan produk".

Menjadi berpusat pada pembentukan karbokation, reaksi ini karena itu tergantung pada keasaman permukaan dan struktur kristal katalis. Karena kemampuannya untuk bertukar proton, zeolit ​​​​dapat mengkatalisis reaksi ini dengan bertindak seperti asam Bronsted (spesies dengan kecenderungan untuk melepaskan proton) dalam urutan reaksi.

Proses yang terjadi pada perengkahan alkana, meskipun kompleks, telah dipelajari untuk sementara waktu dan sekarang telah ditetapkan. Ahli telah mengusulkan dua mekanisme yang menurutnya retak dapat terjadi. Sejalan dengan mekanisme pertama, prosesnya melibatkan pembentukan ion karbenium dan transfer ion hidrida. Ini adalah reaksi seperti rantai.

Ukuran Pori Zeolit

Ukuran pori-pori dalam zeolit ​​adalah hasil dari jumlah tetrahedral dalam cincin, bersama dengan jenis kation yang ada dalam zeolit ​​yang bersangkutan. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa kation menempati posisi yang cenderung menghalangi sebagian pori-pori.

Kation monovalen menempati setiap situs kationik dan menyebabkan ukuran pori lebih kecil daripada zeolit ​​dengan kation divalen, yang hanya menempati setiap posisi kationik lainnya, sehingga meninggalkan ruang yang lebih besar pada pori-pori zeolit.

Menurut penelitian, interaksi antara ion karbenium teradsorpsi dan permukaan zeolit ​​jauh lebih kuat pada zeolit ​​dengan diameter pori kecil. Fakta bahwa katalisis terjadi pada pori-pori zeolit ​​seperti yang ditunjukkan oleh data ilmiah membuktikan bahwa ukuran pori-pori zeolit ​​berpengaruh langsung pada proses katalitik.

Hal ini dapat digunakan untuk menjelaskan pengamatan bahwa zeolit ​​dengan ukuran pori yang lebih besar cenderung memiliki tingkat konversi yang sangat tinggi (di atas 95%), sedangkan zeolit ​​dengan ukuran pori yang relatif lebih kecil cenderung menunjukkan konversi yang lebih rendah.

Selain itu, zeolit ​​​​dengan ukuran pori besar telah ditemukan mengalami masalah stabilitas yang buruk sebagai katalis. Beberapa peneliti melaporkan sebuah fenomena di mana zeolit ​​berpori besar - karena pori-pori besar dan supercage - menyebabkan peningkatan pembentukan cincin aromatik yang kekurangan hidrogen.

Produk samping yang tidak diinginkan ini teradsorpsi kuat pada sisi asam zeolit, sehingga menyebabkan pengurangan sisi katalis yang tersedia, sehingga degradasi dan selanjutnya deaktivasi katalis.

Katalisis Selektif Bentuk

Selain ukuran pori, struktur zeolit ​​juga menentukan kapasitasnya untuk mengkatalisis beberapa reaksi dan bukan yang lain. Hubungan struktur-aktivitas zeolit ​​ini diberi nama Shape-Selective Catalysis oleh Weisz dan Frilette pada tahun 1960.

Reaksi selektif bentuk telah dikategorikan menjadi tiga jenis menurut mekanisme kerjanya. Jenis pertama adalah selektivitas reaktan – di mana beberapa molekul reaktan terlalu besar untuk masuk ke pori-pori zeolit ​​​​dan karenanya dikeluarkan dari reaksi. Contohnya terlihat pada dehidrasi butanol oleh Ca-A (yaitu zeolit ​​A, ditukar dengan kalsium).

N-butanol mudah mengalami dehidrasi karena dapat dengan mudah menembus kristal, sedangkan isobutanol (yang tidak menembus) tidak mengalami dehidrasi kimia. Hal ini dapat digunakan untuk menjelaskan mengapa beberapa zeolit ​​seperti zeolit ​​Ca-A dan ZSM-5 (digunakan oleh perusahaan Mobil) secara selektif hanya memecahkan parafin rantai lurus dari campuran parafin dan hidrokarbon aromatik menjadi produk rantai lurus, sedangkan sikloparafin, bercabang dan aromatik hidrokarbon yang mungkin ada dalam campuran tidak terpengaruh.

Kategori kedua - selektivitas produk - hasil ketika produk reaksi yang terbentuk di dalam pori-pori dibatasi untuk menyebar melalui pori-pori zeolit ​​​​karena ketidakcocokan yang disebabkan oleh ukuran dan / atau bentuknya. Molekul produk yang kurang terhalang secara sterik dapat berdifusi keluar dari kerangka mikropori zeolit, sedangkan produk berukuran besar terhalang untuk bergerak di seluruh rongga zeolit.

Produk-produk ini dapat diubah menjadi molekul yang lebih kecil (melalui kesetimbangan) atau akhirnya menumpuk dan memblokir semua pori-pori zeolit, yang menyebabkan keracunan dan penonaktifan akhir katalis. Efek selektivitas produk hampir sama dengan selektivitas reaktan..

Kategori ketiga dari reaksi selektif bentuk disebut dengan selektivitas keadaan transisi terbatas. Kategori ini terjadi ketika reaksi tertentu dicegah karena adanya halangan pembentukan zat antara reaksi tertentu dan/atau keadaan transisi dalam jalur reaksi, karena keterbatasan dalam bentuk dan/atau ukuran kisi mikropori.

Keadaan yang menggambarkan adanya kecenderungan untuk membutuhkan lebih banyak ruang daripada yang tersedia dalam volume rongga intrakristalin, kemungkinan besar tidak terbentuk akibat dari bentuk dan ukuran kisi mikropori yang memungkinkan akses spesies yang terbentuk untuk berinteraksi dengan situs aktif.

Selektivitas bentuk dalam zeolit ​​​​meningkat dengan penurunan ukuran pori, menyebabkan zeolit ​​dengan ukuran pori yang relatif lebih kecil mampu menekan reaksi yang mencakup pembentukan zat antara yang besar, sehingga hanya memungkinkan produk tertentu yang terbentuk.

Sifat selektif bentuk zeolit ​​ini merupakan akibat langsung dari interaksi yang kuat antara ion karbenium yang teradsorpsi dan permukaan zeolit. Interaksi ini lebih kuat pada zeolit ​​dengan diameter pori yang lebih kecil, yang menyebabkan selektivitas produk lebih tinggi dalam proses perengkahan. Untuk alasan ini, perengkahan butena dalam zeolit ​​dengan ukuran pori kecil menghasilkan pembentukan propena dan etena yang disukai.

Pertukaran ion

Pertukaran ion memainkan peran yang sangat penting dalam katalis zeolit. Kehadiran ion Al3+ dalam atom kerangka zeolit ​​menyebabkan situs kisi anionik yang harus diseimbangkan oleh kation. Jika kation yang dimaksud adalah proton atau ion amonium, situs kisi ini kemudian bertindak sebagai situs asam Brønsted.

Zeolit ​​dengan situs asam tersebut dapat digunakan dalam proses yang membutuhkan tekanan hidrogen tinggi (misalnya hydrocracking distilat minyak bumi berat). Sebagian besar zeolit ​​juga dapat beroperasi sebagai katalis bi-fungsional – mengandung situs asam Brønsted dan komponen yang mengaktifkan hidrogen (seperti logam mulia seperti paladium atau platinum). Zeolit-zeolit ​​tersebut dapat diterapkan dalam proses industri seperti isomerisasi bensin ringan.

Dalam pembuatan katalis zeolit, pertukaran ion juga memainkan peran yang luar biasa. Untuk banyak aplikasi katalitik, bentuk asam Brønsted dari zeolit ​​diperlukan. Situs asam Brønsted dalam zeolit ​​​​dapat dengan mudah dihasilkan dengan memasukkan ion amonium diikuti dengan perlakuan panas atau dengan memperkenalkan kation logam multivalen, biasanya kation dari tanah jarang, sekali lagi diikuti dengan perlakuan panas.

Dalam proses yang bekerja di bawah tekanan hidrogen, seperti perengkahan hidro dari distilat minyak berat atau isomerisasi bensin ringan, diperlukan katalis bifungsional yang mengandung situs asam Brønsted dan komponen yang mengaktifkan hidrogen, biasanya logam mulia seperti paladium atau platinum.

Logam mulia ini sekali lagi dapat dengan mudah dimasukkan ke dalam pori-pori zeolit ​​melalui pertukaran ion dengan bentuk kationik dari logam tersebut, mis. [Pd(NH3)4]2+ atau [Pt(NH3)4]2+, diikuti dengan penghilangan termal ligan amina. Baru-baru ini, penggunaan katalis zeolit ​​​​yang mengandung logam untuk reduksi selektif nitrogen oksida dengan hidrokarbon ringan, mis. dalam gas buang dari diesel telah menjadi topik penelitian di seluruh dunia.

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.