Reaksi Uji Katalitik pada HOZ (Hierarchically Organized Zeolite)
Setelah zeolit hierarki yang diberikan telah disiapkan dan dikarakterisasi dengan baik dengan metode fisika-kimia yang berbeda, langkah selanjutnya adalah mengkorelasikan sifat-sifatnya dengan kinerja katalitik.
Dalam artikel ini, katalisis dianggap sebagai alat untuk mengkarakterisasi zeolit berurutan hierarkis dengan menghubungkan hasil katalitik dengan hierarki properti secara langsung. Dengan demikian, katalisis merupakan salah satu cara untuk menguji pengaruh hierarki dalam meningkatkan proses transpor pada katalis zeolit.
Evaluasi Kinetika
Meskipun evaluasi kinetika reaksi adalah cara terbaik dan
paling dapat diandalkan untuk memperoleh informasi tentang pengaruh
transportasi massa pada kinerja katalis, studi tersebut memakan waktu dan
tenaga. Selain itu, mereka memerlukan penentuan koefisien difusi efektif, yang
memerlukan teknik khusus untuk mengukur atau menghitung.
Atau, aktivitas dan selektivitas dalam reaksi uji yang
sesuai ditentukan dan dibandingkan untuk katalis yang berbeda. Namun, parameter
ini sering juga dipengaruhi oleh sifat lain dari katalis seperti adanya cacat
serta jumlah dan distribusi situs aktif. Oleh karena itu, hasil dari tes
katalitik harus ditafsirkan dengan hati-hati.
Namun demikian, banyak laporan tentang pengujian katalitik
zeolit hierarkis melibatkan pengukuran aktivitas sederhana. Biasanya, zeolit
hierarkis yang baru disiapkan diuji dibandingkan dengan katalis zeolit
induk dalam reaksi uji yang dipilih sebelumnya. Sebelum melakukan uji
katalitik, harus dipastikan dengan teknik karakterisasi yang tepat bahwa
katalis yang dibandingkan (induk dan hierarkis) hanya berbeda dalam porositas,
tetapi memiliki kerapatan dan kekuatan situs aktif yang serupa.
Isu penting lainnya adalah pemilihan reaksi uji yang tepat.
Mengenai pemilihan reaksi uji yang sesuai, beberapa aspek harus
dipertimbangkan: i) Apakah reaksi dipengaruhi oleh difusi reaktan, ii) apa
hasil yang diharapkan dari pengukuran katalitik tersebut, iii) apakah reaksi
uji berlangsung sepenuhnya di mikropori atau di permukaan luar?
Dalam mengevaluasi kinerja katalitik zeolit hierarkis,
kasus-kasus berikut dapat dibedakan:
a) Reaksi yang
terjadi seluruhnya di pori-pori mikro
Ketika zeolit dengan karakteristik yang sama kecuali
porositas diuji dalam reaksi tersebut, adalah mungkin untuk mengevaluasi
keuntungan dari hirarki dalam memperpendek panjang jalur difusi dan dengan
demikian mengurangi keterbatasan transportasi massa.
Sifat penting dari reaksi uji yang sesuai adalah bahwa
reaksi harus berlangsung secara eksklusif di pori mikro, yaitu, tidak ada situs
aktif yang terletak di sistem pori tambahan. Selain itu, tidak ada penonaktifan
seperti kokas atau dealuminasi yang harus dilakukan selama reaksi.
Harus diingat bahwa penonaktifan juga dipengaruhi oleh
kepadatan, kekuatan, dan lokasi situs aktif. Contoh yang baik untuk kategori
ini adalah reaksi uji yang berlangsung dalam fase cair, misalnya, alkilasi
aromatik dengan benzil alkohol. Bahkan beberapa reaksi fase gas tertentu yang
berjalan pada suhu rendah seperti perengkahan kumena mungkin berguna.
b) Peningkatan
selektivitas
Dalam hal ini, baik induk maupun katalis hierarkis
menunjukkan aktivitas katalitik yang serupa, tetapi salah satu katalis
menunjukkan selektivitas yang lebih baik terhadap produk yang diinginkan. Jika
katalis ini bersifat hierarkis, maka dapat disimpulkan bahwa keberadaan
pori-pori transpor memfasilitasi penghilangan cepat produk yang diinginkan dari
mikropori, sehingga mengurangi konversi lebih lanjut dari produk menjadi produk
samping yang tidak diinginkan.
Reaksi seperti itu harus berlangsung dalam mikropori dan
pembentukan produk yang tidak diinginkan terjadi melalui reaksi yang berurutan.
c) Konversi molekul
besar dan katalisis mulut pori
Kepentingan utama di sini adalah untuk menunjukkan bahwa
penambahan baik mesopori atau makropori meningkatkan aksesibilitas ke situs
aktif untuk molekul yang terlalu besar untuk memasuki mikropori. Reaksi
tersebut diketahui berlangsung di pintu masuk pori atau di situs aktif yang
terletak di permukaan luar kristal zeolit.
Kristal zeolit konvensional memiliki luas permukaan luar
yang rendah dan, dengan demikian, menunjukkan aktivitas yang sangat rendah
dalam reaksi tersebut. Dengan terciptanya pori-pori yang besar, baik luas
permukaan luar maupun jumlah mulut pori yaitu pintu masuk ke mikropori zeolit
diharapkan dapat meningkat.
Dengan demikian, zeolit hierarkis harus menunjukkan
konversi yang lebih tinggi daripada zeolit konvensional dalam reaksi ini.
Contoh yang baik untuk reaksi uji yang melibatkan molekul besar adalah
isomerisasi dan perengkahan reaktan yang berasal dari bahan baku terbarukan
seperti biomassa. Bahkan reaksi fase cair yang bertujuan untuk sintesis senyawa
dengan kepentingan farmasi adalah reaksi uji yang khas untuk tujuan ini.
Karena banyak reaksi dalam kategori ini tidak terjadi di
dalam mikropori, keuntungan dari porositas yang terstruktur secara hierarkis
bukanlah untuk mengurangi keterbatasan transpor massa tetapi hanya untuk
meningkatkan jumlah situs aktif yang terletak di permukaan luar serta jumlah
mulut pori. bukaan.
Konversi produk turunan biomassa besar seperti gula
(misalnya, glukosa), biodiesel, dan minyak nabati dapat digunakan untuk
menunjukkan kemampuan zeolit hierarkis dalam memproses bahan baku yang sangat
rumit dan dalam memperluas aplikasi zeolit dalam katalisis
Masalah
khusus yang perlu dipertimbangkan adalah pembentukan kokas. Pemblokiran situs
aktif melalui pembentukan senyawa karbon monomer ( kokas lunak ) atau polimer (
kokas keras ) adalah alasan utama untuk penonaktifan katalis selama konversi
hidrokarbon di atas zeolit .
Pembentukan
kokas melibatkan, dalam banyak kasus, serangkaian reaksi berurutan. Awalnya,
produk akhir atau antara terbentuk dan kemudian tetap kuat secara kimia di
situs aktif atau mudah terdesorbsi dan bereaksi dengan spesies lain untuk
membentuk senyawa karbon polimer saat transit di dalam saluran mikropori.
Dalam kedua
kasus, aksesibilitas ke situs aktif oleh reaktan berkurang dan mengakibatkan
hilangnya aktivitas katalitik. Kasus pertama chemisorption sebagian besar
dipengaruhi oleh kekuatan, jumlah, dan distribusi situs asam, sedangkan reaksi
berturut-turut tergantung pada sifat situs aktif dan waktu tinggal produk dalam
mikropori zeolit.
Jadi,
dengan memperkenalkan sistem pori yang terstruktur secara hierarkis,
dimungkinkan untuk meminimalkan reaksi berurutan. Dengan demikian, reaksi
katalitik yang melibatkan pembentukan kokas dapat digunakan untuk menguji
kemampuan zeolit hierarkis yang diberikan untuk mengurangi penonaktifan
katalis melalui pembentukan kokas.
Hal ini
terutama dilakukan dengan mengukur aktivitas serta selektivitas zeolit induk
dan hierarki sebagai fungsi waktu-on-stream. Plot aktivitas atau selektivitas
versus waktu-on-stream, memungkinkan untuk membandingkan masa pakai kedua
katalis. Jika sistem pori hierarkis disetel dengan baik, katalis hierarkis
harus menunjukkan masa pakai yang lebih lama daripada induknya.
Masa pakai
katalis yang lebih baik dapat dijelaskan dengan i) pengurangan pembentukan
kokas karena penghilangan cepat produk reaksi dari katalis melalui pori-pori
transpor atau ii) ketahanan yang lebih baik terhadap penonaktifan melalui
pembentukan kokas karena peningkatan akses ke situs aktif.
Dalam kasus
kedua, bahkan lebih banyak kokas yang dapat diendapkan pada hierarki daripada
pada zeolit induk. Namun demikian, bahan hierarkis masih menunjukkan masa
pakai yang lebih lama karena alasan berikut: i) sebagian besar kokas disimpan
di mesopori dan, dengan demikian, penyumbatan pori mikro diminimalkan atau ii)
masuknya mesopori meningkatkan jumlah mulut pori lubang, sehingga jumlah kokas
yang lebih tinggi diperlukan untuk memblokir semua pintu masuk pori.
Contoh yang
baik untuk kelompok reaksi uji ini adalah konversi metanol menjadi hidrokarbon,
yang telah dipelajari oleh banyak kelompok. Selain uji katalitik, jumlah total
kokas yang disimpan dalam katalis harus dianalisis.
Ini
biasanya dilakukan dengan menggunakan analisis termogravimetri (TGA). Untuk
membedakan antara kokas yang diendapkan di dalam mikropori dan pada permukaan
luar, sifat tekstur dari katalis segar dan katalis bekas harus dianalisis
dengan, misalnya, fisisorpsi gas (lihat di atas) atau spektroskopi 129Xe NMR.
Selain itu,
direkomendasikan bahwa endapan karbon dalam katalis bekas dianalisis dengan
menggunakan oksidasi terprogram suhu (TPO) untuk mengklasifikasikannya menjadi
fraksi kokas "lunak" dan "keras". Parameter eksklusif untuk
klasifikasi ini adalah suhu oksidasi (misalnya, maksimum pembentukan CO2).
Puncak pada
suhu oksidasi di bawah 400 °C biasanya dikaitkan dengan kokas lunak, sedangkan
maksimum di atas 400 °C menunjukkan pembentukan kokas keras. Soft coke sering
terdiri dari struktur amorf yang dominan, mono- dan di-aromatik teralkilasi,
dan hanya sejumlah kecil poliaromatik.
Sebaliknya,
kokas keras memiliki tingkat grafitisasi yang lebih tinggi, yaitu, terutama
terdiri dari senyawa aromatik poli-kondensasi. Karena keberadaan atom hidrogen
dalam struktur karbon meningkatkan reaktivitas, kokas lunak sering kali
menampilkan rasio H/C yang lebih besar daripada kokas keras. Selain itu, kokas
lunak dapat mewakili prekursor untuk pembentukan kokas keras melalui, misalnya,
grafitisasi.
Dalam kasus
katalis dengan makropori tambahan, korelasi yang jelas antara diameter
makropori, masa pakai katalis, dan kandungan kokas telah ditetapkan. Masa pakai
katalis diperpanjang secara signifikan dibandingkan dengan katalis
konvensional.
Namun,
analisis TGA dari katalis yang dinonaktifkan menunjukkan kandungan kokas yang
jauh lebih rendah dalam katalis berpori daripada di katalis mesopori.
Akibatnya, pori-pori makro secara dominan menyebabkan penurunan laju
pembentukan kokas sementara mesopori tambahan secara dominan meningkatkan
ketahanan terhadap penonaktifan oleh kokas.
Jika meso-
dan makropori intrakristalin digabungkan dalam satu katalis, peningkatan
sepuluh kali lipat dalam masa pakai katalis tercapai. Selain efek pada masa
pakai katalis, juga diamati efek kuat dari sistem pori tambahan pada
selektivitas katalis.
Katalis
yang mengandung mesopori menunjukkan penurunan selektivitas terhadap olefin
rantai pendek dan peningkatan selektivitas terhadap hidrokarbon yang lebih
besar dibandingkan dengan katalis tanpa sistem mesopori.
Penilaian
reaksi uji katalitik:
Pra-kondisi:
Bahan hierarkis aktif secara katalitik.
Keuntungan:
Reaksi uji katalitik adalah teknik karakterisasi yang berhubungan dengan
kinerja, yang tidak memerlukan instrumentasi yang mahal.
Keterbatasan:
Hasil katalitik harus didiskusikan dibandingkan dengan katalis induk
non-hierarkis yang memiliki situs aktif dengan kekuatan yang sama dan kerapatan
situs aktif yang serupa.
Peluang:
Korelasi antara parameter tekstur (struktural) (luas permukaan, distribusi
ukuran/volume pori, karakteristik jaringan pori) dan indikator kinerja
(konversi, selektivitas, energi aktivasi, faktor efektivitas, modulus Thiele)
diperlukan untuk memahami sepenuhnya manfaat dari hierarki sistem pori dan
meningkatkan katalis zeolit dalam reaksi tertentu yang penting bagi
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.
Komentar
Posting Komentar