Metode Simulasi Komputer Pada Struktur, Sintesis dan Aplikasi Zeolit

Meskipun sebenarnya bukan studi komputasi, salah satu alat yang sangat kuat dari program komputasi adalah visualisasi kerangka zeolit. Ini biasanya struktur kompleks yang sangat sulit untuk divisualisasikan dalam 3 dimensi, dan alat umum yang tersedia dalam program biasa seperti Material Studio, perangkat lunak yang mengkompilasi sejumlah kode komputasi, memfasilitasi visualisasi struktur ini , luar biasa perhitungan volume bebas untuk memvisualisasikan sistem pori zeolit.

Penelitian Struktur

Adanya potensi interatomik yang akurat untuk menggambarkan topologi zeolit ​​yang berbeda dikombinasikan dengan penggunaan model cangkang telah menyediakan alat untuk pemodelan struktur kerangka zeolit ​​yang akurat. Sebuah studi awal membantu dalam solusi struktur zeolit ​​Nu87, yang tidak dapat dipecahkan oleh data difraksi serbuk yang tersedia.

Mulai dari model perkiraan, teknik minimisasi energi menghasilkan kandidat struktur kerangka, yang kemudian disempurnakan oleh penyempurnaan Rietveld dari data difraksi dan menghasilkan solusi struktur zeolit ​​yang memuaskan.

Henson dan Gale melakukan perbandingan struktur eksperimental dan energi yang diminimalkan dan mempelajari meta-stabilitas zeolit ​​silikat murni, menemukan kesepakatan yang sangat baik dan karenanya membuktikan keandalan teknik potensial interatomik untuk deskripsi topologi zeolit.

Ada beberapa potensi yang tersedia untuk pemodelan bahan zeolit. Tidak hanya struktur kristal zeolit ​​yang sempurna, tetapi juga cacat dan permukaan kristal dapat dipelajari dengan teknik ini.

Aplikasi yang sangat umum dari perhitungan energi kisi adalah studi tentang distorsi yang dihasilkan oleh adanya dopan dalam jaringan zeolit ​​​​terutama Al yang menggantikan Si, serta stabilitas yang berbeda dari atom dopan yang terletak di situs T yang tidak ekuivalen dan distribusi relatif mereka.

Kesulitan utama di sini adalah banyaknya permutasi atom Si dan Al pada situs T yang berbeda; Namun, kode baru seperti SOD memfasilitasi penelitian dengan menemukan hubungan simetri antara distribusi yang berbeda dari dopan.

Penggabungan atom Si dalam kerangka aluminofosfat melalui mekanisme substitusi yang berbeda juga telah dipelajari dengan perhitungan energi kisi. Terlepas dari atom dopan yang tertanam dalam jaringan zeolit, lokasi dan stabilitas kation kerangka ekstra seperti Na+ atau K+ juga dapat dipelajari dengan andal oleh model MM.

Aplikasi komputasi yang sangat menarik dalam bidang struktur zeolit ​​adalah enumerasi struktur zeolit ​​hipotetis. Salah satu investigasi utama dalam ilmu zeolit ​​adalah terkait dengan penemuan struktur baru zeolit. Dalam pengertian ini, pengetahuan tentang struktur hipotetis apriori oleh mesin komputasi secara efisien dapat membantu dalam pencarian ini.

Jaringan zeolit ​​memiliki fitur struktural yang terdefinisi dengan baik; mereka dapat dilihat sebagai jaring 4-terhubung di mana setiap simpul (atom-T), terhubung ke empat tetangga terdekatnya melalui jembatan oksigen. Oleh karena itu, dimungkinkan untuk menghitung jaring-jaring yang terhubung secara periodik 3 dimensi dengan menerapkan pendekatan matematis yang berbeda, menggunakan pertimbangan topologi dan geometrik.

Selain hanya menghasilkan struktur hipotetis zeolit, stabilitas relatif mereka sebagai fungsi dari fitur topologi yang dikandungnya dapat dipelajari. Struktur zeolit ​​hipotetis yang dihasilkan dapat disempurnakan dengan teknik minimisasi energi kisi dan stabilitas relatifnya dipelajari. Diamati bahwa, seperti yang diharapkan, kepadatan yang lebih tinggi menyebabkan struktur yang lebih stabil.

Zwijnenburg dkk. menemukan bahwa tampaknya ada ukuran cincin rata-rata maksimum enam; oleh karena itu, ukuran cincin yang lebih besar dari 6 harus dikompensasi oleh kehadiran cincin yang lebih kecil secara simultan, memberikan dasar untuk pengamatan empiris awal Brunner dan Meier bahwa zeolit ​​dengan densitas rendah cenderung mengandung cincin 3 dan 4 kecil. Jenis studi ini telah memungkinkan mendapatkan wawasan baru ke dalam hubungan kompleks antara struktur zeolit ​​​​dan kelayakan.

Penelitian Sintesis Zeolit

Salah satu aplikasi utama dari model komputasi adalah studi tentang lokasi dan interaksi agen pengarah struktur organik (SDA) dengan kerangka zeolit ​​yang diarahkannya. Memahami dan merasionalisasi peran yang dimainkan oleh molekul organik ini dalam sintesis bahan mirip zeolit ​​​​adalah tujuan lama yang dicari dalam penelitian zeolit.

Biasanya, efisiensi molekul organik untuk mengarahkan struktur zeolit ​​tertentu terkait dengan energi interaksi yang mereka kembangkan, yang meliputi efek dari dua fitur utama yang mencirikan efisiensi SDA, kemampuan mengisi ruang dan penyesuaian antara molekul bentuk SDA dan dinding saluran zeolit.

Interaksi yang terbentuk antara molekul SDA dan kerangka zeolit ​​bersifat non-ikatan, Van der Waals dan interaksi elektrostatik. Oleh karena itu, untuk masalah khusus ini, metode MM berdasarkan potensi interatomik selalu digunakan.

Molekul SDA biasanya kation amonium kuaterner, dan muatan positifnya dikompensasi oleh jaringan zeolit ​​melalui keberadaan dopan bervalensi rendah seperti Al menggantikan Si, atau adanya cacat konektivitas bermuatan negatif.

Pemodelan kerangka zeolit ​​​​termasuk secara eksplisit cacat bermuatan negatif ini sulit, terutama dengan banyaknya kemungkinan distribusi. Solusi yang umum digunakan adalah mendistribusikan secara seragam semua muatan negatif yang diperlukan untuk keseimbangan muatan di sepanjang semua situs T, memperlakukan setiap situs T sebagai spesies rata-rata; ini akan mewakili model dengan distribusi acak dari cacat bermuatan negatif.

Asumsi ini umumnya berlaku untuk mempelajari lokasi dan interaksi molekul SDA dengan kerangka zeolit, tetapi tentu saja tidak memberikan informasi tentang distribusi Si/Al tergantung pada molekul SDA. Sebuah karya perintis oleh Lewis et al. mendemonstrasikan keandalan metode MM untuk menyelidiki lokasi dan efisiensi pengarah struktur molekul organik dalam sintesis beberapa struktur zeolit.

Mereka mengamati bahwa untuk mencapai kesepakatan yang baik antara pengamatan eksperimental dan komputasi, dalam hal efisiensi lokasi dan pengarah struktur, interaksi pengemasan, mis. interaksi antarmolekul antara molekul organik berurutan, harus diperhitungkan dalam model.

Mereka mengusulkan – dan memberikan bukti – bahwa efisiensi pengarah struktur molekul organik untuk mengarahkan sintesis kerangka zeolit ​​tertentu dapat dinyatakan dalam interaksi yang dikembangkan di antara mereka, yang mewakili ukuran penyesuaian antara volume pori zeolit ​​dan bentuk molekul organik, yaitu efek template.

Contoh efek template ini diberikan oleh lokasi ion amonium triquaternatry yang digunakan sebagai SDA untuk sintesis ZSM-18, di mana hubungan struktural yang jelas antara molekul organik dan permukaan internal zeolit ​​dapat diapresiasi.

Penelitian Pada Aplikasi Zeolit

Simulasi komputasi juga menyediakan alat yang berharga untuk memahami pada aplikasi tingkat atom di mana bahan zeolit ​​​​digunakan secara luas, termasuk adsorpsi, difusi dan katalisis. Seperti dalam kasus SDA, teknik simulasi berdasarkan mesin pencari minima global efisien untuk menemukan situs adsorpsi dalam kerangka zeolit.

Selain itu, isoterm adsorpsi molekul sorbat dapat disimulasikan melalui teknik simulasi MC Grand Canonical (NPT konstan), asalkan deskripsi yang baik tentang interaksi tuan rumah-tamu tersedia di medan gaya.

Metode konfigurasi-bias MC, yang dijelaskan sebelumnya, telah sangat berhasil dalam mensimulasikan adsorpsi alkana linier dan bercabang dalam zeolit ​​semua-silika, menemukan kesepakatan yang sangat baik dengan pengamatan eksperimental Simulasi MD sangat berguna untuk mempelajari difusi molekul tamu melalui sistem pori zeolit, merupakan masalah yang sangat penting baik dalam aplikasi katalitik maupun ayakan molekuler zeolit.

Dalam hal ini, masalah utama adalah ketika mempelajari molekul besar dengan proses difusi lambat, yang mungkin memerlukan waktu simulasi yang sangat lama yang tidak terjangkau oleh komputer saat ini; dalam kasus ini, teknik lain seperti teori keadaan transisi atau MC kinetik mungkin lebih berguna. Simulasi MD dapat dilakukan dengan kerangka kerja yang kaku atau fleksibel.

Diamati bahwa untuk mempelajari molekul kecil seperti metana, penggunaan kerangka kerja fleksibel, yang melibatkan biaya komputasi yang jauh lebih tinggi, menyebabkan perbedaan kecil dalam difusi yang ditemukan dibandingkan dengan kerangka kerja kaku.

Namun, Sastre et al. menemukan bahwa untuk molekul yang lebih besar seperti benzena dan propilena (dalam MCM-22), kesepakatan yang baik dengan eksperimen hanya dapat dicapai jika menggunakan kerangka fleksibel [34], membuktikan bahwa fleksibilitas kerangka penting ketika molekul sorbat memiliki dimensi yang sama dengan molekul sorbat. pori-pori zeolit.

Akhirnya, salah satu aplikasi utama dari model komputasi adalah studi tentang sifat katalitik, mekanisme reaksi dan hambatan energi dalam reaksi yang dikatalisis oleh doped-zeolit, yang mengandung situs aktif asam atau redoks. Tentu saja jenis simulasi ini pasti melibatkan penggunaan model QM karena implikasi penting elektron dalam katalisis, dengan DFT menjadi metodologi yang paling banyak diterapkan.

Biaya komputasi besar yang terkait dengan studi QM ini biasanya melibatkan penggunaan mesin Minimalisasi Energi yang lebih sederhana, meskipun dalam kasus tertentu teknik yang lebih canggih seperti MC atau MD (Car-Parrinello MD) digunakan.

Salah satu aplikasi yang paling penting adalah dalam studi mekanisme reaksi katalitik heterogen yang kompleks dan hambatan aktivasi. Dalam hal ini, untuk mendapatkan hambatan aktivasi, mesin pencari keadaan transisi yang mencari maxima di PES, titik yang ditandai dengan memiliki semua mode frekuensi positif tetapi satu – sesuai dengan koordinat reaksi – harus digunakan

*

QM = Quantum Mechanics

MC = Monte-Carlo

MD = Molecular Dynamics

 

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.