Zeolit ​​Hirarki: Konsep dan Metode Bottom – Up

Zeolit ​​​​dan bahan mirip zeolit ​​dicirikan oleh sistem pori yang terdefinisi dengan baik, ditentukan secara struktural, dan dapat diprediksi dengan ukuran pori terutama dalam kisaran mikropori biasanya tidak lebih besar dari 1,2 nm. 

Untuk membuat sistem pori hierarkis dengan pori-pori zeolit ​​​​sebagai komponen fungsional utama, setidaknya satu tambahan, biasanya sistem pori yang lebih besar harus diimplementasikan ke dalam kristal zeolit ​​​​atau ditambahkan ke susunan kristal.

Interaksi kedua sistem pori menghasilkan hierarki dalam salah satu cara yang disebutkan di atas. Dalam tinjauan sebelumnya, pekerjaan pada zeolit ​​yang tersusun secara hierarki diringkas terutama dengan fokus pada persiapannya, sedangkan lebih sedikit makalah yang dikhususkan untuk karakterisasi dan aplikasi potensialnya.

Terlepas dari sejumlah besar makalah yang melaporkan sejumlah besar jalur preparasi, sebagian besar rute hanya mengikuti sedikit sekali prinsip preparasi umum, yaitu kristalisasi, agregasi, dan ekstraksi (atau kombinasinya) dengan prinsip fisika dan kimia dasar yang berbeda. Jadi, dalam cara yang sangat umum, seseorang dapat mengklasifikasikan hampir semua laporan terutama di bawah dua judul, di i) sistem zeolit ​​​​murni (semua bahan zeolit) dan ii) bahan komposit.

Bahan all-zeolit ​​(sistem zeolit ​​​​murni): Di sini penerapan porositas tambahan, porositas tingkat kedua, dibuat (kebanyakan) oleh langkah proses utama tambahan, misalnya, ekstraksi (setelah pemisahan fase) dan agregasi (pengaturan dari domain yang telah dibentuk sebelumnya).

Bahan komposit (sistem yang mengandung zeolit): Zeolit ​​sebagai sumber mikroporositas akan dikombinasikan dengan setidaknya bahan kedua, menghasilkan komposit yang mengandung zeolit.

Untuk sistem komposit seperti itu, pembentukan dengan pemadatan (kebanyakan campuran bahan termasuk setidaknya satu komponen pra-pembentukan zeolitik) atau pra-pemrosesan tubuh (misalnya, struktur seluler monolitik) diperlukan untuk menyediakan setidaknya satu tingkat kedua porositas, kemungkinan besar yang berpori.

Kedua jalur tersebut membutuhkan zeolit ​​yang telah diproses sebelumnya baik sebelum atau setelah proses pembentukan yang sudah diterapkan dalam bubur keramik atau dilapisi sesudahnya ke permukaan pendukung, masing-masing.

Material all-zeolit ​​dan material komposit dapat dibuat melalui keduanya, yang disebut pendekatan bottom-up atau top-down, yang saat ini merupakan diferensiasi umum. Klasifikasi lain menggunakan istilah sintesis "in situ" dan jalur persiapan "pasca-sintetis".

Mengikuti pendekatan bottom-up, proses pembentukan zeolit ​​selalu dimulai dari prekursor seperti pada proses kristalisasi zeolit ​​klasik. Hirarki sistem akan diinduksi oleh beberapa proses self-organization yang membentuk zeolit ​​berpori mikro dan sistem pori tambahan dalam satu langkah preparasi (juga disebut sintesis satu pot, sintesis in situ.

Pendekatan ini membutuhkan desain proses yang seimbang dengan parameter proses yang dipilih dengan cermat. Tiga kasus utama dapat dibedakan: i) templating keras, ii) templating lunak, dan iii) metode "non-templat". Sebaliknya, pendekatan top-down menggunakan rute pasca-sintetis untuk memperkenalkan sistem pori tambahan ke dalam kristal zeolit ​​yang sudah terbentuk sebelumnya.

Rute pasca-sintetis dapat diklasifikasikan sebagai;

i) metode “ekstraksi”, yang mencakup penghilangan (ekstraksi) konstituen kerangka tertentu dari zeolit ​​mikro berpori yang telah disintesis sebelumnya (misalnya, melalui demetalasi),

ii) delaminasi/penataan ulang dan/ atau perlakuan modifikasi lembaran zeolit ​​berlapis, dan

iii) pelarutan/rekristalisasi, dimana ekstraksi digabungkan dengan proses kristalisasi, yang langsung memanfaatkan produk ekstraksi in-situ.

Perlakuan pasca ekstraktif konstituen kerangka spesifik dari zeolit ​​mikro berpori yang telah disintesis sebelumnya dapat dilakukan dengan langkah persiapan yang sangat berbeda termasuk pengukusan, iradiasi, pencucian dengan media basa atau asam atau keduanya.

Namun, metode pasca-sintetik tersebut tidak terbatas pada penggunaan zeolit ​​murni untuk membentuk kristal zeolit ​​hierarkis, tetapi juga dapat diterapkan untuk menerapkan tingkat porositas tambahan ke dalam bahan yang menghasilkan zeolit ​​berurutan hierarkis dengan porositas ganda.

Pendekatan (Bottom-Up) Bawah-Atas

Metode yang digunakan dapat diklasifikasikan dalam tiga judul utama: i) templating keras, ii) templating lunak, dan iii) metode non-templat. Dalam artikel ini, akan dibahas template keras, adapun dua sisanya dibahas pada artikel bagian II.

Metode pembuatan template keras

Istilah hard template (sering juga disebut solid template) menunjukkan teknik bottom-up, yang memanfaatkan template (porogen) yang berada dalam keadaan padat di seluruh proses preparasi hierarki zeolit. Terlepas dari proses kristalisasi (misalnya, hidrotermal, solvothermal, konversi gel kering) dan parameter terkait, keberadaan dan stabilitas relatif dari template keras adalah karakteristik untuk metode ini.

Kasus khusus, yang memiliki untuk diklasifikasikan sebagai hard template juga, adalah apa yang disebut nano-casting dengan kristal zeolit ​​dibentuk sebelumnya. Selain itu, istilah endo- dan exo-templating juga telah digunakan.

Berbagai jenis bahan lebih disukai digunakan sebagai cetakan keras. Kelompok utama adalah bahan karbon (misalnya, serat karbon, partikel, nanotube, atau aerogels), templat biologis (misalnya, pati, bakteri, kayu, roti), template polimer (misalnya, polistirena, poliuretan, atau resorsinol-formaldehida), dan template anorganik (misalnya, nanopartikel silika atau partikel kalsium karbonat.

Kerangka keras (porogen padat) harus memenuhi persyaratan sebagai berikut:

i) sifat permukaan harus sesuai dengan sifat kimia reaktan yang digunakan,

ii) harus stabil pada suhu sintesis, dan

iii) fraksi zeolit ​​yang tersisa harus stabil setelah penghapusan hard template.

Sebaliknya, proses nanocasting membutuhkan zeolit ​​yang sudah terbentuk sebelumnya lebih disukai dalam bentuk kristal berukuran nano atau prekursornya. Biasanya, prekursor dituangkan dalam bentuk bubur ke dalam susunan hard template, merakit sendiri di sekitar hard template array dan mengisi kekosongan di antaranya.

Filtrasi hisap atau penguapan pelarut adalah proses yang berguna untuk mewujudkan hal ini dengan cara yang efektif. Sebelum melepas hard-template untuk membuka sistem pori tambahan, susunan kristal harus dibiarkan beragregasi sehingga membentuk sistem seperti monolit yang stabil. Untuk meningkatkan stabilitas jejak negatif dari struktur pengepakan seperti itu, perlakuan hidrotermal, kristalisasi dengan bantuan uap, atau transformasi padat sering diterapkan.

Dengan kombinasi berbagai proses soft-templating yang mengeksploitasi berbagai macam templat yang tersedia untuk proses pembentukan zeolit ​​itu sendiri dengan opsi templating keras yang berbeda, banyak hierarki sistem yang mengandung zeolit ​​dapat dibayangkan dan dirancang.

Dengan demikian, produk yang disiapkan sedemikian rupa menunjukkan struktur mesopori (3DOM) yang dipesan tiga dimensi dengan sistem pori antar kristal tambahan dengan i) setidaknya sistem mikro/makro pori bi-modular jika hanya kristal mikropori yang digunakan atau ii) sistem pori mikro/meso/makro setidaknya tri-modular jika kristal zeolit ​​mikro yang digunakan sudah mengandung meso- dan/atau makropori intra-kristal tambahan dalam setiap kristal tunggal.

Bentuk dan ukuran hard template mengontrol ukuran pori dan distribusi ukuran pori terkait dari sistem pori tambahan, sedangkan jenis/struktur zeolit ​​mengontrol mikroporositas. Baru-baru ini, penggunaan hard template yang disebut "reaktif" dilaporkan. Kerangka keras menyediakan perancah untuk pembentukan pori dan pada saat yang sama memberikan nutrisi untuk pembentukan zeolit ​​itu sendiri.

Nantinya dalam proses template ini akan dikonsumsi sepenuhnya melalui kristalisasi yang sedang berlangsung dan mengekspos porositas tambahan pada waktu yang sama. Seperti dalam prosedur templating keras klasik, kristalisasi fraksi mikropori terjadi di rongga kosong sebelumnya dalam pengemasan templat keras. Contoh tipikal dari hard template reaktif tersebut adalah partikel silika mesopori.

Selain itu, selain bubuk all-zeolit, yang biasanya dihasilkan dengan metode hard template ini, hard template juga dapat digunakan untuk menyediakan bahan all-zeolit ​​mandiri dalam geometri monolitik. Dua jalur dapat dibedakan: i) rute templating langsung dan ii) rute templating tidak langsung.

Yang pertama bergantung pada templating dengan dukungan pengorbanan atau yang disebut templating koloid. Dalam yang terakhir, seperti yang disebut struktur terurut 3D dengan badan monolitik, yang disebabkan oleh kecenderungan perakitan sendiri, bertindak sebagai struktur templat yang akhirnya aktif. Sebaliknya, jalur templating tidak langsung sudah dimulai dari monolit pra-bentuk atau pra-bentuk, yang terdiri dari bahan-bahan yang akan diubah menjadi kerangka zeolit.

Dalam kedua kasus, template harus dihilangkan, baik dengan pasca-perawatan, sebagian besar dengan proses pelarutan atau pembakaran, atau harus dikonsumsi selama proses kristalisasi itu sendiri tanpa kehilangan bentuk geometrisnya. Sebagai template pengorbanan, bahan alami seperti bakteri, gel pati, potongan kayu,…, dan spesimen teknis seperti busa organik, serat, rajutan, dapat digunakan untuk membentuk monolit all-zeolit ​​hierarki, masing-masing.

Proses templating koloid dibagi menjadi tiga langkah:

i) perakitan cetakan keras, seperti bola, bola silika, bola mikro karbon, dll., akan dibentuk;

ii) mengisi celah dan rongga antara kemasan dengan sol prekursor dan/atau suspensi berisi ukuran nano, dan

iii) mengkristalkannya di celah-celah membentuk kerangka interkoneksi yang stabil dari kristalit zeolit ​​kecil yang sangat saling tumbuh.

Rute templating tidak langsung menghasilkan sistem komposit jika penyangga inert digunakan. Jika monolit pra-bentuk, yang terdiri dari prekursor zeolit ​​​​sebagai komponen aktif, digunakan, kerangka kerja all-zeolit ​​mandiri diperoleh. Adapun proses templating hart:

- Prasyarat: Mulai dari prekursor konstituen zeolit, diperlukan pengetahuan tentang proses kristalisasi dengan adanya hard-template dan interaksinya.

- Keuntungan: Geometri dan fraksi porositas tambahan dapat disesuaikan dengan pemilihan properti dan jumlah (dan paket) hard template secara hati-hati.

- Keterbatasan: Penghapusan hard template dengan proses after-treatment yang keras diperlukan; pengetahuan intrinsik tentang proses kristalisasi diperlukan; hard template itu sendiri, khususnya permukaannya, dapat mempengaruhi proses pembentukan zeolit.

- Peluang: Kedua fraksi dari sistem reaksi, hard-template dan campuran reaksi dapat dioptimalkan secara independen, yang memungkinkan untuk merancang sejumlah besar kombinasi sistem pori tambahan dengan berbagai jenis 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.