Zeolit ​​Hirarki: Konsep dan Metode Top-Down

Pendekatan top-down membutuhkan setidaknya satu perlakuan pasca-sintetis untuk memasukkan porositas tambahan ke dalam kristal zeolit ​​konvensional yang sudah dibentuk sebelumnya.

Selama perawatan seperti itu, fraksi dari kristal yang sebelumnya (hampir) utuh dihilangkan dengan cara yang destruktif dan ekstraktif. Jalur preparasi top-down ke zeolit ​​yang tersusun secara hierarkis dibandingkan dan diklasifikasikan ke dalam tiga kelompok: i) proses demetalasi atau ii) prosedur delaminasi dan perakitan dan iii) teknik campuran.

Metode Demetalasi

Istilah demetalasi menggambarkan metode destruktif dan ekstraktif, yang mencakup penghancuran kerangka kristal yang hampir utuh dan menghilangkan spesies yang hancur untuk membuka sistem pori tambahan.

Setidaknya dua metode top-down utama yang berbeda digunakan: perlakuan zeolit ​​dalam lingkungan basa atau asam, sebagian besar larutan berair (basadan/atau perlakuan asam).

Di kedua rute, kerangka T-O-T-ikatan rusak dan atom kerangka sebelumnya (misalnya, Al, Si, B, Ti, dan Ge, untuk menyebutkan hanya yang penting) harus dihilangkan menciptakan porositas tambahan, sebagian besar intrakristalin. Bahkan kombinasi dari kedua metode dilaporkan sebagai pilihan desain.

Pemutusan ikatan dapat dimulai dengan proses persiapan tambahan, hidrotermal (misalnya, mengukus), atau proses fisik (misalnya, paparan radiasi). Langkah demetalasi ekstraktif harus dilakukan pada proses tambahan kedua setelah menyerang ikatan T-O-T kerangka pada langkah pertama, langkah awal demetalasi.

Seringkali metode ini digabungkan untuk merancang struktur pori yang dioptimalkan. Zeolit ​​hierarkis yang dibuat melalui metode demetalasi dicirikan sebagai zeolit ​​dengan sistem pori intra-kristal tambahan, biasanya pori meso atau makro dengan distribusi ukuran pori yang lebih luas. Informasi yang komprehensif diberikan dalam makalah ulasan oleh penulis yang berbeda.

Dealuminasi, yaitu, lebih disukai spesies aluminium akan dihilangkan dari kerangka zeolit, dapat dicapai dengan perlakuan kristal zeolit ​​yang dibentuk sebelumnya dengan asam pada suhu tinggi atau dengan mengukus pada 500–600 °C.

Namun, proses ini tidak hanya memberikan rongga intra-kristal yang diinginkan dan sangat sering disertai dengan perubahan rasio Si/Al. Akibatnya proses mempengaruhi sifat asam dari zeolit ​​hirarki akhir dan dengan demikian, seringkali secara tidak sengaja, juga kinerja katalitik.

Secara historis, dalam industri, dealuminasi zeolit ​​Y (FAU) dengan pengukusan telah diterapkan secara teknis, menghasilkan apa yang disebut zeolit ​​USY, yaitu, komponen utama dan aktif dalam katalis fluid catalytic cracking (FCC).

Desilikasi, penghilangan sebagian besar silikon dari kerangka zeolit, adalah salah satu proses utama yang digunakan untuk menerapkan porositas tambahan tanpa berdampak besar pada sifat asam. Larutan alkali encer—baik anorganik atau organik, atau kombinasinya—digunakan pada suhu tinggi untuk menghilangkan silikon yang menghasilkan bahan dengan pori-pori yang sering kali saling berhubungan.

Ukuran/volume porinya dapat dengan mudah dikontrol dengan menyesuaikan kondisi, seperti waktu perawatan, suhu, jenis, dan konsentrasi basa, dan rasio padat/cair. Meskipun banyak laporan yang menggunakan metode ini berfokus pada zeolit ​​tipe MFI, metode ini dapat diterapkan secara luas pada berbagai macam topologi zeolit.

Namun, seiring dengan meningkatnya derajat desilikasi, aluminium juga akan dipindahkan dari kerangka ke tingkat yang lebih besar. Karena situasi bahwa aluminium tidak dapat dicuci seperti spesies silikon di bawah kondisi desilikasi, aluminium terakumulasi dalam sistem pori membentuk apa yang disebut spesies aluminium ekstra-kerangka.

Aluminium ekstra-kerangka seperti itu mengubah sifat asam dari material baru yang sekarang terstruktur secara hierarkis. Telah dilaporkan bahwa kombinasi keduanya, perlakuan basa dan asam, dapat menghilangkan spesies aluminium ekstra-kerangka tambahan dan residu lainnya, seperti fragmen yang hancur. Perlakuan gabungan semacam itu akan menghasilkan mesopori dan makropori yang bebas dari puing-puing. dan mengembalikan sifat asam awal dari bahan induk.

Selain pendekatan sekuensial ini, Valtchev dan rekan kerja melaporkan bahwa pelindian dengan larutan buffer dan larutan campuran amonium fluorida dan asam fluorida menghasilkan zeolit ​​hierarkis di mana proses demetalasi yang berjalan secara bersamaan tidak mempengaruhi komposisi kimianya, khususnya Si /Al rasio. Kerugian dari sudut pandang aplikasi teknis adalah konsentrasi yang relatif tinggi (20–40% berat) dari larutan amonium fluorida yang dibutuhkan.

Penilaian metode demetalasi:

Prakondisi: Tidak ada prakondisi khusus, zeolit ​​pra-sintesis dari proses konvensional harus disediakan.

Keuntungan: Prosesnya mudah dan layak secara teknis, juga berlaku untuk produk bubuk dan berbentuk.

Keterbatasan: Kelemahan utama dari teknik demetallasi adalah penghancuran zeolit ​​yang sudah disintesis, yang menurunkan kristalinitas dan hasil keseluruhan dari rute preparasi dan juga menghasilkan sejumlah besar limbah.

Peluang: Pendekatan ini tampaknya sangat murah dan secara teknis, tanpa perubahan peralatan yang tersedia terukur dan layak. Metode ini dapat diterapkan untuk hampir semua jenis zeolit ​​dan rasio Si/Al.

Metode Delaminasi dan Perakitan

Zeolit ​​​​yang ada bahkan dalam morfologi seperti berlapis, seperti sekitar 15 jenis kerangka zeolit ​​​​yang berbeda (yaitu, MWW, UTL, SOD, MFI, CDO, NSI, RRO, HEU, RWR, AFO, MTF, OKO, PCR, dan CAS ) memang menunjukkan karena fitur geometrisnya juga reaktivitas khas bahan berlapis, seperti tanah liat, bahan berbasis tanah liat, dan bahan 2D lainnya.

Oleh karena itu, metode yang awalnya dikembangkan untuk lempung, seperti interkalasi, pilar, dll., dapat diadaptasi untuk memasukkan porositas tambahan ke dalam zeolit ​​berlapis tersebut. Bahkan metode yang dikembangkan baru-baru ini, seperti teknik ADOR (perakitan, pembongkaran, organisasi, dan pemasangan kembali) dapat digunakan untuk memanipulasi dan mendesain material baru. Rincian tentang persiapan dan upaya modifikasi zeolit ​​​​berlapis dapat diambil dari ulasan terbaru.

Ada dua jalur preparasi prinsip yang sering diadopsi dan diadaptasi dari perilaku reaktivitas bahan berlapis terhadap kimia zeolit: i) pembentukan apa yang disebut "rumah kartu" (delaminasi dan perakitan) dan ii) proses "pillaring".

Jika lembaran berpori dari zeolit ​​berlapis seperti digunakan sebagai bahan awal, dalam kedua kasus diperoleh bahan dengan pori mikro dan sistem pori tambahan. Pori mikro biasanya terletak di dalam lembaran zeolit ​​sedangkan porositas tambahan dapat ditempatkan di ruang antara lembaran individu (ruang interlayer dengan dimensi dalam mikropori dan atau kisaran mesopori) dan antara lembaran tunggal agregat atau tumpukan lembaran (biasanya pori makro).

Untuk membentuk porositas tambahan antara lapisan zeolit, khususnya jika tidak berpori, setidaknya prosedur dua langkah harus diterapkan:

i) perluasan ruang interlayer melalui pengembangan dan interkalasi atau akhirnya delaminasi lengkap dan kemudian

ii) baik reassembly /stabilization (pilar) atau pembentukan "rumah kartu."

Delaminasi dapat diinduksi oleh interaksi berbasis muatan antara lembaran dan situasi kontra-ion di ruang interlamelar, misalnya, dimulai dengan interkalasi surfaktan di antara lembaran tunggal yang mengarah ke peningkatan jarak basal dan akhirnya ke keadaan terdelaminasi lengkap membentuk suspensi koloid.

Untuk membentuk rakitan “rumah kartu”, status delaminasi lembaran zeolit ​​​​berlapis harus dihancurkan lagi dengan mengganggu situasi muatan yang diseimbangkan dengan baik antara lamela zeolit ​​​​berlapis dan struktur penstabil ion lawan dalam suspensi koloid.

Sebaliknya, pembentukan zeolit ​​​​terpilar membutuhkan setidaknya keadaan interkalasi atau pembengkakan lembaran zeolit ​​​​tunggal yang ditumpuk di mana pilar akan diperkenalkan untuk membentuk susunan yang stabil untuk mencegah lembaran zeolit ​​​​tunggal runtuh, bahkan setelah menghilangkan senyawa awal yang digunakan untuk interkalasi, misalnya surfaktan.

Dalam proses pilar, volume antara surfaktan dalam ruang interlamelar akan diisi dengan bahan anorganik, sangat sering merupakan sumber yang mengandung silikon cair, lebih disukai tetraetil ortosilikat (TEOS).

Molekul TEOS dimasukkan ke dalam ruang interlamelar dan akan dihidrolisis secara bersamaan untuk membentuk pilar SiO2 yang stabil antara lembaran tunggal dan surfaktan (atau molekul lain) yang digunakan untuk interkalasi atau pembengkakan pada langkah pertama.

Penilaian Teknik Delaminasi dan Perakitan:

Prakondisi: Diperlukan zeolit ​​berlapis, pengetahuan tentang teknik delaminasi.

Keuntungan: Terkait dengan karakter seperti lapisan, panjang korelasi L sangat pendek. Prosesnya mudah dan layak secara teknis, berlaku untuk produk bubuk dan berbentuk.

Keterbatasan: Teknik delaminasi/perakitan sangat melelahkan dan terbatas pada zeolit ​​berlapis saja.

Peluang: Panjang korelasi pendek yang dihasilkan ditentukan secara kristalografis dan dapat disesuaikan secara independen dari proses delaminasi dan penataan ulang

Metode Campuran

Teknik campuran dicirikan oleh setidaknya dua proses yang tampaknya berlawanan. Teknik-teknik ini menggabungkan proses destruktif, sebagian besar disebabkan oleh pelarutan, misalnya, dengan perlakuan basa, dan (re)kristalisasi. Keduanya dapat, menurut klasifikasi yang kami usulkan, dihitung sebagai pendekatan "atas-bawah" dan "bawah-atas".

Dua kasus harus dibedakan: sintesis satu pot di mana kedua proses tampaknya berjalan secara bersamaan dalam proses satu langkah saja atau proses dua langkah berurutan di mana parameter proses berbeda satu sama lain, yang disebut i) mesostrukturisasi berpola surfaktan dan ii) pembubaran/(re)kristalisasi, masing-masing.

Untuk kedua prosedur, surfaktan diperlukan. Proses destruktif, biasanya demetalasi, terjadi di bawah kondisi basa yang sangat ringan memperlambat penghancuran dan memungkinkan rekristalisasi menjadi zeolit ​​yang terorganisir secara hierarkis yang memiliki sebagian besar mesopori sebagai sistem pori tambahan.

Molekul surfaktan yang ada melindungi kristal zeolit ​​dari pelarutan ekstensif di bawah kondisi basa yang berlaku. Selain itu, surfaktan (lebih disukai CTAB yang tersedia secara teknis) dapat membentuk agregat (misalnya, misel) dan bertindak dalam bentuk susunan molekul sebagai mesoporogen pengarah struktur untuk kristalisasi (ulang) yang menghasilkan zeolit ​​mesopori. Spesies kerangka terlarut dari zeolit ​​induk digunakan sebagai sumber untuk proses (re)kristalisasi.

Mengikuti klasifikasi kami yang disebutkan di atas, bahan hierarkis tidak akan selalu diperoleh. Variasi kondisi reaksi, misalnya, terutama hasil alkalinitas dan konsentrasi surfaktan, menurut klasifikasi yang diberikan oleh Ivanova dan Knyazeva[28] dalam tiga bahan yang berbeda, yaitu tipe I, II, dan III:

tipe I : kristal zeolit ​​hanya dilapisi silika mesopori,

tipe II: material komposit yang terdiri dari zeolit ​​terkristalisasi dan fasa mesopori, dan

tipe III: bahan mesopori dengan fragmen zeolitik di dinding.

Hanya tipe III yang dapat dihitung sebagai zeolit ​​yang tersusun secara hierarkis dalam arti sempit, sedangkan tipe I dan II merupakan komposit yang tersusun dari kristal zeolit ​​dan silika mesopori.

Penilaian teknik campuran:

Prakondisi: Surfaktan diperlukan, zeolit ​​pra-sintesis adalah bahan awal.

Keuntungan: Berbagai macam zeolit ​​pra-sintesis dapat digunakan untuk teknik ini.

Keterbatasan: Pencocokan proses destruktif dan kristalisasi; penghapusan surfaktan dengan perawatan pasca-sintesis yang keras.

Peluang: Secara teknis layak, daur ulang dan penggunaan kembali larutan (templat, alkalinitas) tampaknya mungkin. Dibandingkan dengan demetalasi kehilangan konstituen zeolit ​​sangat rendah (hasil tinggi).

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.