Dari Bahan Katalitik Zeolit ​​3D Ke 2D: Nanozeolit

Zeolit menjadi salah satu mineral alam yang sangat menguntungkan saat ini. Apalagi, jumlahnya juga sangat melimpah. Wajar jika kemudian banyak ilmuwan dan para peneliti yang bekerja keras untuk mengetahui kandungan di dalamnya sehingga bisa bermanfaat untuk masa depan. Saat ini, bahkan sudah ada banyak sekali manfaat yang didapatkan dari zeolit baik secara langsung maupun dengan pengolahan berupa modifikasi atau sintesis.

Zeolit 3D dan 2D

Jika dilihat lebih detail, maka kita akan menemukan bahwa zeolit ini terdiri dari 3 dimensi dan 2 dimensi. Masing-masing memiliki keunggulan. Hanya saja, dilihat dari berbagai sudut pandang, zeolit 2 dimensi dianggap memiliki lebih banyak kelebihan daripada zeolit 3 dimensi. Oleh sebab itu, para peneliti pun bekerja keras untuk mengetahui bagaimana caranya merubah bahan katalitik zeolit 3D menjadi 2D.

Zeolit ​​​​dua dimensi (2D) dengan struktur yang dapat dimodifikasi, dapat memiliki keunggulan besar dalam katalisis dibandingkan dengan yang kaku, tiga dimensi (3D). Paling tidak, ada tiga jenis zeolit ​​2D, yaitu; yang pipih tradisional, zeolit ​​2D yang diinduksi oleh pertumbuhan berorientasi dengan agen pengarah struktural yang dirancang khusus, dan intermediet 2D yang berasal dari germanosilikat.

Katalis turunan zeolit ​​2D dengan luas permukaan yang lebih tinggi, ukuran pori yang lebih besar atau sistem pori hierarkis melepaskan kendala difusi dan meningkatkan aksesibilitas situs aktif, tetapi mereka juga dapat menunjukkan lingkungan mikro yang berbeda dengan zeolit ​​3D tradisional.

Tidak sedikit pembahasan dan penelitian yang fokus pada hubungan kompleks antara arsitektur pori, lokasi situs aktif dan sifat katalitik dengan membandingkan katalis zeolit ​​2D dengan katalis 3D dalam reaksi yang dikatalisis oleh kerangka Al atau heteroatom lainnya (Ti dan Sn), seperti alkilasi, selektif reaksi oksidasi dan isomerisasi.

Pada artikel ini, kami akan melanjutkan pembahasan tentang dari bahan katalitik zeolit 3D ke 2D dengan materi nanozeolit. Ulasan lain tentang bahan katalitik zeolit 3D ke 2D akan kami bahas pada artikel selanjutnya.

Nanozeolit

Mikroporositas intrinsik zeolit, dengan bentuk pori yang seragam dan distribusi ukuran yang sempit, memberikan sifat yang sangat baik sebagai saringan molekuler dan sebagai katalis selektif bentuk. Namun, kelemahan utama mereka ketika zeolit ​​perlu memproses senyawa besar yang tidak dapat mengakses situs aktif internal. Keterbatasan ini telah memotivasi penelitian intensif di seluruh dunia yang mencoba mengembangkan bahan zeolit ​​​​dengan aksesibilitas yang ditingkatkan.

Mengurangi ukuran kristal ke skala nanometer adalah cara yang efektif untuk memperbesar luas permukaan eksternal dan rasio situs aktif eksternal/internal, dengan konsekuensi peningkatan aksesibilitas mereka ke molekul besar. Selain itu, panjang jalur difusi dipersingkat meningkatkan transportasi massa reaktan / produk. Menurut modifikasi ini, aplikasi katalitik zeolit ​​​​dapat diperluas ke reaksi yang melibatkan molekul besar.

Manfaat lain yang dilaporkan termasuk masa pakai yang lebih lama dan toleransi yang lebih tinggi terhadap kokas daripada zeolit ​​konvensional. Di antara berbagai ukuran kristal yang dapat diperoleh dalam kategori nanozeolit, ada minat khusus untuk mencapai nilai di bawah 100 nm karena sifat unik yang mereka berikan.

Di bawah ukuran ini, nanozeolit ​​dapat diperoleh dalam bentuk suspensi koloid stabil dengan distribusi ukuran partikel sempit, yang merupakan prekursor yang sangat baik untuk preparasi membran, film, komposit atau struktur hierarki, dengan aplikasi potensial dalam berbagai bidang seperti heterogen katalisis, pemisahan molekul, pertukaran ion, sensor kimia dan obat-obatan.

Ada beberapa ulasan yang menyajikan kemajuan terbaru dalam studi strategi sintesis, mekanisme pembentukan, sifat, aplikasi, dan jenis zeolit ​​​​yang disiapkan sebagai kristal nano. Metode sintesis tradisional untuk mendapatkan nanokristal zeolit ​​menggunakan larutan bening atau gel yang mengandung prekursor zeolit.

Larutan bening direkomendasikan bila diinginkan suspensi stabil dengan distribusi ukuran partikel yang lebih kecil dan sempit. Kondisi sintesis harus dikontrol dengan hati-hati untuk mendorong nukleasi pada pertumbuhan kristal. Misalnya, lebih disukai untuk bekerja pada suhu sintesis rendah, karena energi aktivasi nukleasi umumnya lebih rendah daripada pertumbuhan kristal.

Untuk menghindari agregasi nanocrystals zeolit, konsentrasi besar organic structure-directing agents (OSDA) digunakan, sedangkan kandungan kation alkali dikurangi karena kation tersebut menetralkan partikel sub-koloid bermuatan negatif (alumino)silikat.

Selain itu, jika tujuannya adalah untuk mencapai suspensi koloid dari kristal nano, suspensi yang disintesis harus mengalami beberapa kali urutan sentrifugasi-redispersi berkecepatan tinggi dalam cairan (menggunakan perangkat ultrasonik).

Dapat disimpulkan bahwa strategi sintesis tradisional nanozeolit ​​menghadirkan kesulitan serius untuk mencapai kelayakan industri karena sejumlah besar OSDA yang digunakan, bersama dengan waktu sintesis yang lama dan hasil zeolit ​​​​massa yang rendah.

Demikian juga, penghapusan template organik dari nanozeolit ​​as-disintesis dilakukan dengan kalsinasi pada suhu yang relatif tinggi, yang dapat menyebabkan agregasi nanocrystals dengan beberapa kehilangan homogenitas ukuran dan luas permukaan luar, atau bahkan kerusakan struktur zeolit.

Untuk alasan ini, strategi bebas template telah dieksplorasi. Generasi nanocrystals kecil dan homogen lebih berhasil di bawah kondisi sintesis ringan, pengadukan kuat, dan kristalisasi dalam beberapa langkah.

Salah satu zeolit ​​pertama yang berhasil dibuat tanpa adanya template organik adalah tipe FAU, khususnya zeolit ​​Y dan X. Kontrol jumlah air dalam gel awal dan suhu kristalisasi, dilakukan dalam 2 atau 3 tahap, memungkinkan diperolehnya partikel individu sekecil 30 nm.

Baru-baru ini, sintesis nanozeolit ​​NaX berbiaya rendah dengan metode hidrotermal tanpa penambahan template organik dan menggunakan limbah pertanian, khususnya abu rembesan batang (SSA), sebagai sumber silika telah dilaporkan.

Agregat nanopartikel dengan ukuran rata-rata di bawah 70 nm diperoleh dari larutan jernih yang diolah secara hidrotermal pada suhu 60 °C dan mengandung natrium aluminat, natrium hidroksida, air dan silika yang diekstraksi dari SSA. Abu sekam padi (RHA) juga telah digunakan sebagai sumber silika murah oleh Ng et al. untuk mensintesis nanocrystals tipe EMT dengan rute hidrotermal bebas organik.

Nanocrystals tipe EMT yang sangat kristal dengan ukuran rata-rata 15 nm, distribusi ukuran partikel yang sempit dan hasil yang relatif tinggi berdasarkan silika (75% berat) diperoleh setelah 28 jam kristalisasi hidrotermal pada 28 °C dalam kondisi basa kuat. Penggunaan agen pengarah struktur organik juga dapat dihindari dengan menyemai gel sintesis awal dengan sejumlah kecil biji zeolit, seperti yang dilaporkan untuk zeolit ​​Mordenit, Beta74 dan ZSM-5.

Bersama dengan kondisi sintesis, jumlah benih yang dimasukkan mempengaruhi ukuran kristal akhir. Misalnya, ketika penyemaian diterapkan untuk menyiapkan ZSM-5 berukuran nano, diamati bahwa suhu sintesis yang lebih rendah dan konsentrasi benih yang lebih tinggi menyebabkan nanopartikel yang lebih kecil, dengan nilai berkisar antara 140 dan 230 nm tergantung pada kondisinya.

Selain itu, hasil padat secara signifikan lebih tinggi (80%) daripada nilai tipikal yang sesuai dengan rute sintesis tradisional. Contoh lebih lanjut mengenai penggunaan biji pada persiapan nanozeolit ​​dapat ditemukan dalam literatur review.

Banyak pendekatan lain telah diusulkan untuk preparasi zeolit ​​berukuran nano tanpa adanya template organik. Beberapa di antaranya adalah modifikasi dari prosedur sintesis tradisional, seperti mengganti pemanasan konvensional dengan iradiasi gelombang mikro, mikroreaktor fluida atau matriks padat inert sebagai templat (sintesis ruang terbatas).

Strategi top-down juga telah dilaporkan, seperti halnya penggilingan zeolit ​​primer dengan ukuran mikrometer, biasanya diikuti dengan rekristalisasi. Namun demikian, rute top-down dicirikan oleh distribusi ukuran partikel yang lebih luas.

Setelah perawatan pasca-sintesis yang tepat (pencucian intensif dan netralisasi pH), zeolit ​​berukuran nano biasanya sangat stabil dalam pelarut yang berbeda. Ini memungkinkan pemrosesan lebih lanjut ke bentuk akhir atau struktur makroskopik tergantung pada aplikasinya. Untuk aplikasi sorpsi dan katalitik, zeolit ​​berukuran nano biasanya dicetak sebagai ekstrudat dengan berbagai bentuk (bola, silinder) dengan bantuan pengikat (silika atau alumina).

Untuk perangkat optik dan sensor kimia, lapisan nanozeolit ​​tipis-ke-tebal dapat dibuat dengan rute yang berbeda, termasuk sablon, teknik sol-gel, pelapisan celup atau spin dan pertumbuhan langsung substrat. Zeolit ​​juga biasanya digunakan untuk membuat membran untuk proses pemisahan gas-uap dan cair-cair. Saat ini terdapat sekitar 20 jenis zeolit ​​yang disintesis dalam skala nano (termasuk SOD, LTA, MTW, MEL, FAU, EMT, MFI, BEA, MOR), namun diperkirakan jumlah ini akan terus meningkat secara progresif.

Tantangannya adalah untuk mengembangkan strategi yang efisien untuk menstabilkan nanocrystals menjadi partikel kecil (<100 nm), diskrit dan homogen serta untuk meningkatkan kontrol sifat fisiko-kimia mereka. Keberhasilan target ini akan memungkinkan ekspansi mereka ke aplikasi baru di berbagai bidang industri, termasuk makanan, kosmetik, obat-obatan dan nanoteknologi.

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.