Pendekatan Aksesibilitas Situs Asam Zeolit

Zeolit ​​​​adalah padatan kristal dengan struktur yang terdefinisi dengan baik yang terdiri dari pori-pori dan saluran skala molekul. Unit utama mereka seperti SiO4 dan AlO4 tetrahedra dihubungkan oleh atom oksigen pada simpulnya, menciptakan berbagai struktur kerangka mikropori.

(1). Unit AlO4 memberikan muatan negatif dalam kerangka yang harus diseimbangkan oleh spesies kationik

(2). Spesies kationik ini dipertahankan oleh efek sterik dan interaksi elektrostatik dan dapat ditukar dengan kation lain, membuat zeolit ​​sangat berharga sebagai penukar kation.

Lokasi dan Aksesibilitas Situs Asam

Zeolit ​​telah banyak digunakan dalam industri kimia dan petrokimia sebagai katalis heterogen. Ini karena serangkaian karakteristik unik mereka seperti kapasitas adsorpsi yang tinggi, keasaman intrinsik, stabilitas hidrotermal, dan selektivitas bentuk. Pemahaman rinci tentang sifat asamnya penting untuk desain, modifikasi dan aplikasi praktis katalis berbasis zeolit.

Umumnya, sifat yang paling penting untuk reaksi katalitik adalah jenis, kekuatan, distribusi, konsentrasi dan aksesibilitas situs asam. Sementara sifat mikropori zeolit ​​memberikan beberapa sifat esensialnya, seperti luas permukaan yang tinggi, kapasitas adsorpsi dan selektivitas bentuk, keberadaan pori mikro juga dapat menyebabkan keterbatasan difusi, masa pakai katalis yang lebih pendek dan aktivitas yang buruk.

Untuk mencapai potensi penuh katalis zeolit, penting untuk memaksimalkan aksesibilitas situs aktif dan efisiensi transpor baik untuk molekul umpan maupun produk dalam reaksi katalitik. Hal ini dapat dicapai dengan menggunakan zeolit ​​dengan struktur dan sistem pori yang berbeda, dan dengan memperkenalkan mesoporositas di samping jaringan mikropori yang ada.

Bahan-bahan ini, yang disebut zeolit ​​hierarkis, dikembangkan, disintesis, dan dimodifikasi dengan berbagai cara telah mendapat banyak perhatian. Tujuan dari artikel ini adalah untuk meninjau pekerjaan terbaru mengevaluasi lokasi situs asam dan aksesibilitas di zeolit ​​​​dengan sistem pori yang berbeda, dengan fokus pada pemahaman interaksi antara situs asam dan molekul probe, terutama menggunakan FTIR dan NMR solid-state, dan memberikan contoh data karakterisasi untuk zeolit ​​BEA dan MFI menggunakan berbagai molekul probe.

Aksesibilitas dan lokasi situs asam dalam banyak hal menentukan kinerja katalitik zeolit. Situs asam yang berada di permukaan luar zeolit ​​biasanya dapat diakses; aksesibilitas dalam sistem mikropori tergantung pada dimensi ruang pori relatif terhadap molekul tamu. Hubungan ini terkait erat dengan geometri lokal situs asam, posisi atom Al dan lingkungan kimia.

Spektroskopi Inframerah

Studi spektroskopi inframerah (IR) menggunakan adsorpsi molekul probe adalah salah satu alat yang paling penting untuk komprehensif karakterisasi, termasuk sifat, kekuatan dan aksesibilitas situs asam dalam katalis berbasis zeolit.

Sifat dan kekuatan situs asam Brønsted (BAS) (yaitu menjembatani kelompok OH) dan situs asam Lewis (LAS) dalam zeolit ​​telah dibahas secara rinci; bagian ini difokuskan pada evaluasi lokasi dan aksesibilitas situs asam.

Busca dan rekan penulis melakukan berbagai percobaan menggunakan pivalonitril sebagai molekul probe untuk membedakan situs asam pada permukaan internal dan eksternal dalam bahan tipe MCM-41, FER dan MFI. Nitril lain seperti propionitril, isobutironitril, 2,2-difenilpropionitril, benzonitril dan ortotolunitril juga digunakan untuk menilai aksesibilitas situs asam dalam sejumlah struktur zeolit.

Bila dibandingkan dengan molekul probe lain seperti piridin dan amina, nitril berinteraksi dengan situs asam kurang kuat, menciptakan ikatan yang relatif lemah dengan BAS dan LAS. Berbagai hidrokarbon juga telah digunakan; interaksi mereka dengan situs asam relatif lemah menghasilkan pembentukan ikatan hidrogen antara hidrokarbon dan gugus OH zeolit.

Alkena dan aromatik mencapai interaksi yang lebih kuat daripada hidrokarbon jenuh, yang masih lemah dibandingkan dengan kelas molekul probe lainnya. Lokasi dan kekuatan BAS dalam zeolit ​​ZSM-5 dievaluasi dengan membandingkan data yang diperoleh untuk sikloheksana dan benzena dengan 1,3,5-trimetilbenzena.

Disimpulkan bahwa mesoporositas hanya mempengaruhi aksesibilitas situs asam dengan memperpendek jalur difusi, sedangkan kekuatan interaksi dengan probe, yang mencerminkan kekuatan situs asam, tetap tidak terpengaruh.

Pendekatan Aksesibilitas Zeolit

Pendekatan lain untuk memahami aksesibilitas situs di zeolit ​​adalah co-adsorpsi molekul probe dengan ukuran yang berbeda. Adsorpsi molekul probe kecil (misalnya karbon monoksida (CO)) setelah pra-adsorpsi molekul probe yang lebih besar adalah subjek dari beberapa penelitian di mordenit.

Zeolit ​​ini memiliki dua jenis saluran: saluran utama cincin beranggota 12 dan saluran cincin beranggota 8 yang dihubungkan oleh kantong samping cincin beranggota 8. Piridin dapat berinteraksi dengan situs asam di saluran utama MOR tetapi tidak dengan mereka di dalam kantong samping yang lebih kecil, sedangkan CO berinteraksi dengan semua situs asam dalam sistem pori.

Akibatnya, dengan mengadsorbsi kedua probe ini, CO memberikan informasi tentang kekuatan situs asam Brønsted di lokasi yang berbeda, dan halangan sterik dari piridin memberikan bukti untuk lokasi situs asam. Co-adsorpsi CO dan nonana juga digunakan untuk menguji distribusi spasial platinum di mikropori dan mesopori katalis PtH-MFI bi-fungsional.

Teknik ini melibatkan pra-adsorpsi nonana antara dua percobaan kemisorpsi CO yang berurutan. Nesterenko dkk. dan Bleken et al. menyajikan metodologi berdasarkan co-adsorpsi alkilpiridin dan CO untuk analisis distribusi situs asam di mordenit dealuminasi dan zeolit ​​MFI.

Penggunaan molekul probe ini dengan peningkatan hambatan sterik memungkinkan diskriminasi antara situs asam yang terletak di permukaan internal dan eksternal. Baik piridin dan alkilpiridin diprotonasi oleh BAS. Namun, karena halangan sterik yang disebabkan oleh substituen besar, probe alkilpiridin tidak berinteraksi dengan LAS.

Molekul probe besar ini juga memiliki akses terbatas ke beberapa mikropori dan akibatnya cocok untuk memperoleh informasi tentang BAS di lokasi yang berbeda. Banyak laporan telah dipublikasikan tentang penerapan 2,6-di-tert-butilpiridin, 2,6-dimethylpyridine dan 2,4,6-trimethylpyridine untuk karakterisasi zeolit.

Misalnya, adsorpsi piridin dan 2,4,6-trimetilpiridin digunakan untuk mendeteksi jejak kokas dalam katalis MFI, dan untuk menentukan situs asam mana yang secara spesifik terganggu oleh molekul kokas. Dalam studi terakhir, penulis menemukan bahwa endapan kokas, yang dihasilkan dari isomerisasi orto-xilena, tidak mengganggu BAS tetapi mengganggu gugus silanol non-asam di dalam sistem mikropori.

Menggunakan pendekatan yang sama, Barbera et al. menegaskan bahwa keberadaan kokas dapat mempengaruhi penonaktifan katalis. Kedua studi dengan jelas membedakan antara kelompok silanol internal dan eksternal dan menunjukkan bahwa cacat silanol memainkan peran penting dalam pembentukan kokas pada katalis MFI.

Corma dkk. menggunakan 2,6-di-tert-butilpiridin untuk menyelidiki permukaan luar dari banyak struktur zeolitik. 2,6-di-tert-butilpiridin dapat memasuki saluran beranggota 12 BEA tetapi tidak dapat memasuki saluran cincin beranggota 10 dari ZSM-5 dan MCM-22.

Oleh karena itu, dapat digunakan untuk mengidentifikasi situs asam yang terletak pada permukaan luar zeolit ​​berpori sedang.2,4,6-trimetilpiridin dan 2,6-dimetilpiridin digunakan dalam pendekatan baru yang diperkenalkan oleh Thibault-Starzyk et al., untuk mengukur aksesibilitas situs asam dalam sampel ZSM-5 disiapkan dengan derajat yang berbeda dari mesoporositas intrakristalin.

Pendekatan ini didasarkan pada perhitungan indeks aksesibilitas (ACI), rasio antara jumlah BAS yang terdeteksi oleh piridin tersubstitusi dan jumlah total BAS dalam zeolit ​​yang terdeteksi oleh piridin (Py). Hasil penelitian menunjukkan bahwa pembentukan mesoporositas mengurangi panjang rata-rata mikropori dan menyebabkan peningkatan ketersediaan situs asam di mulut pori.

Metodologi ini telah berhasil digunakan untuk mengevaluasi aksesibilitas situs asam di zeolit ​​nanokristalin dan zeolit ​​dengan ukuran kristal yang relatif besar. Baru-baru ini, pendekatan ini juga diterapkan pada molekul probe lain, misalnya 2,6-di-tert-butylpyridine digunakan untuk mengukur BAS eksternal di berbagai induk dan zeolit ​​termodifikasi yang menunjukkan bahwa mesoporositas yang diperluas dan penurunan panjang rata-rata mikropori mengakibatkan peningkatan aksesibilitas BAS.

Adsorpsi pivalonitril digunakan untuk mengukur baik BAS dan LAS, termasuk kation logam transisi multivalen yang diinangi dalam zeolit, yang dianggap sebagai situs aktif dalam reaksi redoks.

Analisis kuantitatif dan interpretasi studi aksesibilitas memerlukan pertimbangan yang cermat. Memang, kunci untuk pengukuran kuantitatif adalah penggunaan koefisien penyerapan molar (ɛ). Untuk beberapa molekul uji, ada kekurangan nilai dalam literatur, dan untuk sebagian besar, nilai yang dilaporkan menunjukkan tingkat variasi yang signifikan.

Selanjutnya, interaksi probe dengan zeolit ​​dapat diperumit dengan penyumbatan pori karena beberapa molekul probe dapat teradsorpsi pada mulut pori zeolit ​​dan membatasi akses ke pori-pori internal yang dulu dapat diakses. Juga, kekuatan interaksi dengan beberapa molekul, seperti piridin dan asetonitril, dapat menyebabkan 'ekstraksi' proton dari posisi yang tidak dapat diakses, membuatnya dapat diakses.

Untuk alasan ini, beberapa molekul dengan diameter kinetik yang relatif besar dapat mengakses situs asam dalam pori-pori kecil zeolit. Misalnya, Armaroli dkk. melaporkan perilaku yang berbeda menggunakan probe dengan ukuran yang sama (2,6-dimethylpyridine dan meta-xylene) di ZSM-5. 2,6-dimetilpiridin memasuki pori-pori zeolit ​​ZSM-5 lebih mudah dibandingkan dengan meta-xilena.

Selain itu, Traa et al. menyarankan bahwa fleksibilitas dan bentuk molekul dalam kaitannya dengan bentuk bukaan pori juga harus dipertimbangkan. Secara keseluruhan, optimasi prosedur eksperimental dan penerapan kombinasi molekul probe sangat penting untuk evaluasi yang berhasil. lokasi dan kekuatan situs asam dalam bahan berbasis zeolit ​​yang berbeda.

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.