Penyerapan Reaktan Dan Produk Dalam Pori-Pori Zeolit

Zeolit ​​banyak digunakan sebagai katalis padat atau komponen katalis dalam penyulingan minyak bumi dan sintesis kimia karena sifatnya yang unik dan kemungkinan untuk menyesuaikan bahan mikropori sehubungan dengan konsentrasi dan sifat situs aktif katalitik dan lingkungan terdekatnya.

Ini termasuk mengontrol akses molekul ke situs katalitik aktif, properti yang biasanya hanya terkait dengan enzim. Pada gilirannya, ia memiliki kelemahan yang melekat bahwa ia membatasi ukuran molekul yang dapat direaksikan dalam saringan molekuler dan bahwa pengangkutan ke situs-situs ini dapat menjadi langkah pembatas laju.

Harus disebutkan pada titik ini bahwa molekul diklaim dapat bereaksi di pintu masuk pori, ketika terlalu besar untuk masuk. Karena densitas pintu masuk pori sangat terkait dengan ukuran kristal primer, upaya signifikan telah dilakukan untuk membuat struktur pori sekunder untuk memaksimalkan bukaan pori dan untuk meminimalkan juga rentang waktu molekul yang bereaksi harus melewati kristal zeolit.

Juga telah ditunjukkan selama 20 tahun terakhir bahwa zeolit ​​​​dalam tahap kristalisasi tertentu dapat didelaminasi menjadi lembaran kristal. Lembaran semacam itu dapat ditumpuk atau dipilar secara sewenang-wenang untuk meningkatkan ruang bagi molekul untuk bereaksi, sambil mempertahankan lingkungan kristal yang terdefinisi dengan baik dari situs aktif katalitik. Hal ini memungkinkan menstabilkan situs asam Brønsted di lingkungan yang lebih terbuka, secara konseptual menghasilkan akses juga untuk molekul yang sangat besar.

Sementara secara teoritis sejumlah besar struktur dimungkinkan, hanya sedikit yang saat ini diterapkan di industri. Struktur tersebut meliputi material berpori besar seperti faujasite, mordenite dan zeolit Beta, zeolit berpori sedang seperti ZSM-5 dan MCM-22, serta material berpori sempit seperti ferrierite dan ZSM-22.

Selain itu, struktur zeolit di mana kation logam transisi seperti Ti telah disubstitusi untuk atom kisi tetrahedral dan zeotipe aluminium fosfat mikropori juga digunakan dalam skala besar. Alasan untuk jumlah yang relatif rendah ini terkait dengan faktor biaya dalam sintesis industri dan dengan fakta bahwa sebagian besar struktur yang ada dapat disetel sedemikian rupa sehingga sangat cocok untuk aplikasi yang diperlukan.

Molekul Sebagai Komponen Katalis

Popularitas penggunaan saringan molekuler sebagai komponen katalis kunci telah disebabkan oleh tiga sifat unik saringan molekuler zeotipe:

(i) Konsentrasi situs aktif yang tinggi dibandingkan dengan campuran oksida yang diinduksi oleh struktur kristal menghasilkan katalis yang sangat aktif.

(ii) Struktur pori yang ditentukan mengontrol penyerapan reaktan dan produk dan memungkinkan lebih memilih dan mengecualikan reaktan agar tidak diubah dan/atau produk dibentuk atau diangkut keluar dari pori-pori yang menggunakan batasan sterik (selektivitas bentuk), yaitu, untuk mengontrol laju reaksi melalui entropi transisi.

(iii) Situs aktif dan lingkungan situs tersebut dapat dirancang pada tingkat atom misalnya dengan pertukaran ion atau fungsionalisasi kimia dari kerangka tersebut.

Banyak dari sifat katalitik yang unik dihasilkan dari kedekatan molekul dan dinding zeolit ​​sekitarnya, yang pada dasarnya merupakan nanoreaktor yang terbuat dari kuarsa (SiO2) yang memiliki situs aktif (menjembatani gugus SiOHAl) di lokasi tertentu. Kedekatan memungkinkan kontribusi besar dari gaya dispersi jarak pendek, yang mendominasi interaksi kimia tertentu untuk hampir semua molekul yang lebih besar.

Meskipun ini tidak terbatas pada zeolit, keteraturan pori-pori membuat situs lebih mudah diakses daripada oksida berpori tidak beraturan lainnya. Untuk kasus proton yang mengandung zeolit ​​dapat dibedakan antara ikatan kimia terarah (pada sisi aktif) dan ikatan yang dihasilkan dari gaya dispersi London.

Hasil interaksi langsung dari ikatan kimia lokal yang berkisar dalam kekuatan dari ikatan jembatan hidrogen yang diinduksi dipol dengan alkana hingga pembentukan kation dengan basa kuat seperti amonia. Interaksi yang dihasilkan dari gaya dispersi London merangkum semua bentuk interaksi yang tidak terlokalisasi, serupa sifatnya dengan ikatan yang menimbulkan perilaku non-ideal gas nyata.

Partisi antara dua gaya ini tergantung pada ukuran molekul, kesesuaian antara molekul yang diserap dan pori tertentu, serta kekuatan interaksi asam-basa yang memungkinkan pengaturan optimal antara molekul yang diserap dan situs aktif.

Untuk zeolit ​​dimungkinkan untuk memperkirakan kontribusi yang berbeda dengan membandingkan penyerapan dalam zeolit ​​dengan dan tanpa aluminium dalam kisi (misalnya, dengan dan tanpa situs asam Brønsted). Gambar 3 menunjukkan ketergantungan panas penyerapan n-alkana pada panjang rantainya.

Panas penyerapan awal meningkat secara linier dengan panjang rantai untuk ZSM-5 dan zeolit ​​Y47,48, yang dikaitkan dengan peningkatan linier gaya dispersi London dengan ukuran alkana.

Dua pengamatan penting, yaitu,

(i) kenaikan panas serapan per atom karbon lebih besar untuk bahan ZSM-5 berpori sedang daripada untuk zeolit ​​Y berpori besar dan

(ii) keberadaan situs asam Brønsted yang kuat meningkatkan panas penyerapan sebesar 7-10 kJ mol^-1.

Kontribusi yang lebih besar dari istilah terakhir untuk ZSM-5 menunjukkan bahwa itu adalah asam yang lebih kuat dari dua yang dipelajari. Peningkatan yang lebih besar dari panas adsorpsi per atom karbon untuk bahan ini, bagaimanapun, menunjukkan bahwa pori-pori yang lebih sempit berinteraksi lebih kuat dengan hidrokarbon daripada yang lebih lebar.

Sangat mengesankan untuk melihat bahwa kontribusi situs asam Brønsted terhadap panas adsorpsi keseluruhan kecil dibandingkan dengan kontribusi gaya dispersi yang menunjukkan bahwa penyerapan, tetapi bukan katalisis, hidrokarbon diatur oleh fisisorpsi.

Harap dicatat, seberapa halus aksesibilitas situs asam Brønsted, misalnya, mempengaruhi dua kontribusi terhadap ikatan serapan. Sementara interaksi langsung n-heksana melalui ikatan hidrogen yang diinduksi muatan adalah sekitar 10 kJ/mol untuk HZSM-5, kontribusi ini hanya 2 kJ/mol untuk benzena. Meskipun merupakan sorben dengan kekuatan basa yang lebih tinggi, ukurannya yang lebih besar mencegah molekul mencapai jarak minimum ikatan hidrogen.

Juga harus disebutkan pada titik ini bahwa kation logam (terutama yang berjari-jari lebih besar dan dengan muatan lebih tinggi) menginduksi polarisasi hidrokarbon yang jauh lebih kuat dan, karenanya, interaksi yang jauh lebih kuat Penyerapan dalam pori-pori juga mengurangi derajat kebebasan untuk molekul yang diserap, yang dimanifestasikan dalam penurunan entropi dibandingkan dengan keadaannya dalam fase gas.

Hal ini terutama disebabkan oleh pengurangan setidaknya satu derajat kebebasan translasi dalam transfer ke keadaan teradsorpsi. Akibatnya, ikatan yang lebih kuat harus mengarah pada pengurangan derajat kebebasan translasi yang lebih jelas dan akibatnya entropi sorbat.

Memang, dapat dilihat bahwa dengan bertambahnya panjang rantai alkana (meningkatkan panas penyerapan) juga entropi dalam keadaan tersorbsi menurun, mengikuti hubungan linier. Untuk panas adsorpsi tertentu, bagaimanapun, hilangnya entropi berkurang dengan ukuran pori saringan molekuler.

Hal ini menunjukkan bahwa untuk bahan berpori yang lebih besar, hidrokarbon mempertahankan entropi konfigurasional yang lebih banyak dan akibatnya kehilangan entropi yang lebih sedikit dibandingkan dengan keadaannya dalam fase gas. Pengaruh ukuran pori ini berkurang dengan ukuran molekul yang menunjukkan bahwa untuk metana peran ukuran pori akan sangat terbatas.

Harus ditekankan poin ini bahwa kompensasi antara entropi adsorpsi dan entropi menunjukkan bahwa dengan meningkatnya suhu reaksi situasi dapat terjadi bahwa perbedaan entalpi adsorpsi dikompensasikan, yaitu, zeolit ​​menunjukkan entalpi adsorpsi yang lebih tinggi memiliki cakupan yang lebih rendah dari molekul teradsorpsi. .

Bhan dan Iglesia telah menunjukkan dalam konteks ini bahwa untuk HZSM-5 data termodinamika serapan hidrokarbon yang diekstrapolasi ke suhu reaksi tipikal menunjukkan cakupan yang sama untuk dalam alkana antara tiga dan delapan atom karbon, sedangkan pada suhu kamar cakupan propana dan n-heksana hampir dua kali lipat terpisah51.

Untuk katalisis, pengamatan ini menunjukkan bahwa perbedaan laju reaksi yang ditemukan dengan zeolit ​​​​dengan berbagai ukuran pori untuk reaksi seperti perengkahan alkana tentu saja dipengaruhi oleh konsentrasi reaktan dalam pori-pori zeolit, tetapi efek ini tergantung pada entropi adsorpsi. dan entalpi.

Telah dilaporkan bahwa energi sebenarnya dari aktivasi perengkahan monomolekuler alkana tidak hanya identik untuk sejumlah besar alkana dalam satu ayakan molekuler, tetapi juga untuk ayakan molekul yang berbeda seperti zeolit ​​Y atau HZSM-5 energi aktivasi yang sama ditemukan.

Keteguhan energi aktivasi yang sebenarnya dihasilkan dari kompensasi antara energi aktivasi yang tampak dan panas adsorpsi. Karena setidaknya untuk HZSM-5 juga cakupan yang sama untuk berbagai alkana telah diamati, variasi drastis dalam laju yang diamati (peningkatan linier dalam laju dengan jumlah karbon alkana) menunjukkan pengaruh penting dari entropi transisi.

Pada gilirannya, hasil komputasi terbaru menunjukkan fakta bahwa memang entropi akan memainkan peran utama dalam menentukan konversi katalitik alkana dan bahwa ekstrapolasi data termodinamika dimungkinkan pada rentang suhu yang substansial.

Efek kuat seperti itu, bagaimanapun, tidak terbatas pada molekul yang sepenuhnya diserap ke dalam pori-pori zeolit, tetapi juga tampaknya memainkan peran dengan molekul yang tidak dapat sepenuhnya menembus pori-pori zeolit. Molekul tersebut dapat menyerap dan bereaksi di pintu masuk pori. Dalam keadaan seperti itu, bagaimanapun, hubungan antara entropi dan entalpi agak kompleks yang mengarah ke efek ketergantungan cakupan yang agak kuat.

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.