Oksidasi Situs Asam Zeolit ​​Dalam Campuran NO/O2 dan Sifat Katalitik Situs Baru Dalam Oksidasi NO

Oksidasi oksida nitrat (NO) fase gas homogen oleh O2 adalah aneh dalam arti bahwa konstanta laju reaksi menurun dengan meningkatnya suhu, menghasilkan perilaku Arrhenius yang tidak teratur dan menghasilkan energi aktivasi yang tampak negatif (∼−4,4 kJ mol−1).

Reaksi orde kedua pada NO dan orde pertama pada O2, ketergantungan yang telah diverifikasi pada tekanan total antara 25 mbar dan 1 bar. Oksidasi NO katalitik adalah reaksi penting dalam sejumlah proses kimia, dengan aplikasi mulai dari kimia lingkungan (reduksi NOx) hingga produksi produk kimia yang berharga seperti asam nitrat dan nitrat aromatik.

Reaksi saat ini diselidiki dalam konteks teknologi kontrol emisi diesel untuk mengurangi pelepasan nitrogen oksida (NOx). Salah satu teknologi tersebut adalah reduksi katalitik selektif dengan amonia (NH3-SCR) NOx menggunakan katalis zeolit, metode pengolahan pasca pembakaran yang efektif dan banyak digunakan yang mengubah polutan ini menjadi nitrogen dan air.

Zeolit ​​penukar Fe atau Cu, khususnya chabazites silika tinggi (CHA), seperti SSZ-13, adalah katalis yang efisien untuk teknologi SCR, yang mampu mempertahankan tingkat konversi NOx yang tinggi pada rentang suhu yang luas.

Pentingnya oksidasi NO di SCR atas zeolit ​​tidak jelas dan tampaknya tergantung pada katalis, karena kadang-kadang telah terlibat sebagai langkah penentu laju keseluruhan (RDS), sementara dalam kasus lain telah terbukti bukan.

Laporan Data Ilimiah

Meskipun demikian, Verma et al. baru-baru ini menunjukkan bahwa oksidasi NO dapat menjadi reaksi penyelidikan yang berguna untuk pemahaman yang lebih baik tentang proses SCR. Oksidasi NO juga memainkan peran penting dalam jalur homogen oksidasi CH4 yang dimediasi NOx untuk menghasilkan formaldehida (HCHO).

Iglesia dan rekan kerja telah menunjukkan bahwa CH4 ikatan tunggal campuran O2 dengan adanya NOx, khususnya NO2, menunjukkan peningkatan laju reaksi yang signifikan dan hasil HCHO. Terakhir, oksidasi NO adalah bagian dari sintesis asam nitrat melalui proses Ostwald (Persamaan (1), (2), (3)). Katalis efektif untuk oksidasi NO (Persamaan (2)) pada suhu tinggi akan memungkinkan gas dikonversi secara langsung tanpa memerlukan tahap pendinginan dalam proses.

Ada banyak penyelidikan tentang kinetika dan mekanisme reaksi oksidasi NO pada zeolit ​​yang mengandung logam, terutama dengan spesies tembaga dan besi. Kurang perhatian diberikan pada mekanisme oksidasi NO suhu tinggi pada bahan tanpa logam transisi.

Laporan awal oleh Halasz et al. menunjukkan bahwa H-ZSM-5 mampu mengkatalisis oksidasi NO, sedangkan Li-ZSM-5 menunjukkan aktivitas minimal pada suhu di atas 473 K. Para penulis menyarankan bahwa situs asam Brønsted kemungkinan merupakan situs aktif. untuk reaksi di atas 473 K.

Järås dan rekan kerja mempelajari NO oksidasi atas zeolit ​​mordenit (MOR) dan katalis zeolit ​​peringkat berdasarkan laju reaksi yang diamati dalam urutan H-MOR > Fe-MOR > Cu-MOR untuk NO oksidasi, tetapi dalam urutan terbalik untuk reduksi NO menggunakan NH3-SCR.

Tingkat oksidasi NO tergantung pada kandungan aluminium untuk katalis H-MOR, dan penulis menyarankan bahwa NO permukaan terlibat dalam siklus katalitik. Yogo dan rekan mengamati bahwa tingkat oksidasi NO pada Na/H-ZSM-5 meningkat dengan meningkatnya tingkat pertukaran proton, menyimpulkan bahwa situs asam di ZSM-5 bertanggung jawab atas aktivitas tersebut.

Mereka juga mencatat penghambatan yang kuat dari reaksi oleh air. Stakheev dkk. menemukan bahwa H-ZSM-5 sebenarnya lebih aktif daripada katalis Co/H-ZSM-5 dengan tingkat pertukaran Co yang rendah (<∼30%) dan menyarankan bahwa ion Co hanya menjadi aktif secara katalitik pada peningkatan beban ketika partikel kobalt oksida terbentuk.

Lonyi dkk. baru-baru ini mengamati aktivitas di atas H-ZSM-5 pada suhu antara 573 dan 823 K, meskipun secara substansial lebih rendah dibandingkan dengan Co-H-ZSM-5; aktivitas H-ZSM-5 ditugaskan ke situs asam Brønsted, meskipun mereka tidak mengusulkan mekanisme reaksi.

Miller dkk. [31] mengamati bentuk asam ZSM-5 dan MOR efektif untuk oksidasi NO pada 573 K, sementara USY dan silika-alumina menunjukkan aktivitas yang buruk. Laporan terbaru lainnya [32], [33] telah menunjukkan bahwa zeolit ​​mengandung silika dan bahan mikropori dapat mengkatalisis oksidasi NO dengan sangat efektif pada suhu di bawah 423 K.

Oksidasi NO

Teknik spektroskopi inframerah (IR) in-situ sering diterapkan untuk mengkarakterisasi struktur dan stabilitas spesies permukaan NxOy. Laporan sebelumnya telah meneliti adsorpsi NO/O2/NO2 pada zeolit ​​untuk mengidentifikasi adsorbat NxOy yang mungkin memiliki peran dalam NO reaksi oksidasi: Banyak spesies permukaan hadir, terutama pada suhu rendah. Ion nitrosonium (NO+) sering diamati karena kepentingan mekanistiknya dalam NH3-SCR dan oksidasi NO.

Ada kesepakatan umum bahwa NO+ menunjukkan tanda IR sekitar 2100-2200 cm-1, meskipun ketidakpastian tetap tentang kondisi di mana ia stabil dan peran yang tepat dalam mekanisme NH3-SCR dan oksidasi NO pada berbagai katalis.

Pentingnya NO+ dalam NH3-SCR mungkin terkait dengan amonium nitrit (NH4NO2), zat antara reaksi kunci yang terurai dengan cepat menjadi nitrogen dan air. Atom nitrogen dari gugus amonium dan gugus nitrit dalam NH4NO2 memiliki bilangan oksidasi formal masing-masing 3− dan 3+. NO+ dan NO2− (nitrit) adalah satu-satunya spesies NxOy dengan nitrogen dalam keadaan oksidasi formal 3+.

Baru-baru ini, kami melaporkan bahwa oksidasi NO pada suhu di bawah 423 K dikatalisis oleh beberapa jenis bahan mikro, seperti karbon aktif, kerangka logam-organik (MOFs), dan zeolit ​​dalam bentuk proton, natrium, dan silika. Laju terukur diamati menjadi 100-10.000 kali lebih besar dari laju reaksi fase homogen.

Sifat katalitik bahan dikaitkan dengan kemampuannya untuk menstabilkan keadaan transisi [N2O4]‡ dalam mikropori melalui non-kovalen van der Waals dan gaya elektrostatik. Efek kurungan ini mempercepat reaksi mirip homogen dan menghasilkan energi aktivasi yang besar dan negatif (−24,9 kJ mol−1 hingga 37,5 kJ mol−1) dibandingkan dengan reaksi fase homogen (−4,4 kJ mol−1).

Dalam laporan ini, kami menguji reaksi oksidasi NO pada suhu tinggi (T > 423 K) yang dikatalisis oleh tiga kerangka zeolit ​​(CHA, MFI, dan BEA) dan telah menyelidiki pengaruh rasio Si/Al dan kation ekstra kerangka (H+ , Na+, dan silika) pada laju oksidasi NO. Hasil penelitian menunjukkan bahwa oksidasi NO dikatalisis secara efektif pada zeolit ​​penukar H- dan Na (BEA, MFI, dan CHA) dan bahwa struktur dan komposisi zeolit ​​sangat mempengaruhi laju oksidasi NO.

Kami telah menggunakan spektroskopi in-situ Fourier transform infrared (FTIR) untuk memantau spesies permukaan NxOy yang terbentuk pada bahan zeolit, dan menunjukkan bahwa NO+ yang terkoordinasi dengan situs kerangka aluminium dalam pori-pori zeolit ​​terlibat langsung dalam katalisis. Studi FTIR juga mengungkapkan bahwa NO+ berada dalam kesetimbangan dengan fase gas NO dan desorpsi NO+ (sebagai NO) menghasilkan situs zeolit ​​teroksidasi.

Kesimpulan

Kinetika reaksi oksidasi NO pada sejumlah struktur zeolit ​​diselidiki pada suhu di atas 423 K menggunakan mikroreaktor aliran sumbat dan spektroskopi FTIR in situ. Laju oksidasi NO katalitik yang cepat (hingga 1000×) diamati pada kerangka zeolit ​​penukar H- dan Na (BEA, MFI, dan CHA) pada suhu di atas 423 K sehubungan dengan reaksi fase gas.

Laju oksidasi NO meningkat dengan suhu di atas H- dan Na-zeolit, sementara zeolit ​​mengandung silika menunjukkan sedikit aktivitas. Skala energi aktivasi dalam orde CHA < MFI < BEA (40,8–55,5 kJ mol−1), dan penerapan teori keadaan transisi menunjukkan bahwa pembentukan kompleks teraktivasi adalah proses yang dikontrol secara entalpi yang diuntungkan oleh ukuran pori zeolit ​​yang lebih kecil.

Dalam semua sampel, laju sebanding dengan konsentrasi NO dan O2, berbeda dengan laju katalitik suhu rendah Loiland et al. yaitu orde kedua pada NO dan orde pertama pada O2. Perbedaan ini menunjukkan bahwa mekanisme reaksi baru bekerja di atas 423 K.

Studi FTIR in-situ mengungkapkan bahwa NO+ terkoordinasi di situs kerangka di pori-pori zeolit ​​​​(Ikatan tunggalO−(NO+)ikatan tunggalAl) memainkan peran langsung dalam katalisis, dan mereka juga mengungkapkan bahwa laju oksidasi NO sebanding dengan jumlah NO+ hadir dalam sampel. Selanjutnya, ditemukan bahwa NO+ berada dalam kesetimbangan dengan fase gas NO dan bahwa desorpsi NO+ (sebagai NO) menghasilkan situs asam teroksidasi (Ikatan tunggalOradikal titik-titik ikatan tunggal Al).

Tidak ada bukti pembentukan NO+ yang teramati pada sampel zeolit ​​mengandung silika. Model kerja mekanisme reaksi untuk reaksi oksidasi NO suhu tinggi diusulkan untuk zeolit ​​asam yang konsisten dengan bentuk persamaan laju yang diamati dan zat antara reaksi NO+ yang diamati.

Hasil yang disajikan dalam laporan ini bersama dengan data yang dilaporkan dalam Ref. menunjukkan terjadinya dua rezim reaksi untuk oksidasi NO atas H- dan Na-zeolit: Aktivitas meningkat dengan penurunan suhu di bawah 423 K, dan aktivitas meningkat dengan meningkatnya suhu di atas 423 K. Dalam rezim suhu tinggi, percobaan menunjukkan bahwa kerangka zeolit ​​(CHA, BEA, MFI) memiliki efek substansial pada laju oksidasi NO, dengan aktivitas berbanding terbalik dengan 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.