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

Zeolit ​​adalah kelas penting dari bahan kristal mikropori anorganik yang banyak digunakan dalam pertukaran ion, adsorpsi gas, dan katalisis heterogen. Zeolit ​​adalah salah satu katalis padat yang paling penting dalam industri kimia karena selektivitas bentuknya yang unik, keasaman intrinsik yang kuat, dan stabilitas yang tinggi. Selektivitas bentuk khususnya menjadikan zeolit sangat penting dalam katalisis heterogen.

Pegangan molekuler ini memberikan penyaringan reaktan dan/atau produk yang berdifusi masuk atau keluar dari zeolit menurut ukuran molekulnya, dan hanya keadaan transisi yang stabil dan terkait yang dapat dibentuk di bawah batasan sterik dari pori-pori, sangkar, dan saluran zeolit. Filosofi selektivitas bentuk dalam zeolit telah diterima dengan baik di industri perminyakan dan petrokimia dan dalam proses katalitik kimia halus.

Saringan molekuler zeolit ​​adalah bahan yang sangat diperlukan untuk katalisis berbasis asam dan proses pemisahan. Artikel ini mengulas material mikropori tipe zeolit yang mengandung sistem sekunder pori-pori yang lebih besar (meso-/makro-).

Bahan-bahan ini, sering disebut sebagai zeolit hierarkis, menunjukkan kinerja yang lebih baik dalam reaksi di mana transportasi massa yang lambat menghambat laju reaksi. Sebuah analisis kritis strategi sintetik yang berbeda untuk persiapan zeolit hirarkis disajikan. Prospek industri bahan-bahan ini juga dibahas.

Memang, zeolit hierarkis yang mengandung mikroporositas dan meso/makroporositas telah muncul sebagai cabang baru dan penting dari zeolit karena potensinya untuk meningkatkan perpindahan massa dan aksesibilitas molekul. Ini adalah kunci guna mengatasi masalah keterbatasan difusi, sterik dan juga termasuk pembentukan kokas di dalam reaksi katalitik.

Zeolit ​​Hierarkis

Istilah "zeolit ​​hierarkis" pertama kali diterapkan pada awal abad XXI untuk bahan zeolit ​​​​yang memiliki distribusi ukuran pori bimodal, terdiri dari mikropori zeolit ​​​​dan porositas sekunder (biasanya dalam kisaran mesopori). Mesoporositas ini dapat dihasilkan oleh berbagai strategi sintesis top-down atau bottom-up.

Beberapa penulis juga menyebut bahan-bahan ini sebagai "zeolit ​​mesopori", yang bisa agak menyesatkan karena mungkin hanya menyarankan adanya mesopori, sementara pada kenyataannya mereka masih mengandung sebagian besar pori mikro. Dengan demikian, istilah "zeolit ​​hierarkis" tampaknya lebih cocok.

Zeolit ​​hierarkis menunjukkan peningkatan aksesibilitas situs aktif, transportasi massa molekul yang lebih cepat dan biasanya lebih tahan terhadap penonaktifan kokas. Oleh karena itu, mereka sering menunjukkan aktivitas katalitik yang lebih tinggi daripada zeolit ​​konvensional, khususnya dalam reaksi yang menderita keterbatasan sterik dan/atau difusi.

Selain itu, porositas sekunder menyediakan ruang yang ideal untuk penggabungan dan penyambungan komponen dan fase lain, membuka berbagai rute untuk persiapan bahan multifungsi.

Dalam 15 tahun terakhir, sejumlah besar makalah asli telah diterbitkan tentang sintesis, sifat, dan aplikasi katalitik zeolit ​​hierarkis, yang sekarang ditinjau secara singkat. Harus dicatat bahwa beberapa artikel ulasan juga telah diterbitkan tentang topik yang muncul dan relevan ini.

Strategi sintesis untuk persiapan zeolit ​​hierarkis

Metode yang dilaporkan untuk persiapan zeolit ​​hierarki diklasifikasikan sebagai pendekatan bottom-up dan top-down, tergantung pada apakah penciptaan porositas sekunder diinduksi selama atau setelah kristalisasi zeolit.

Namun, klasifikasi ini agak sederhana dengan mempertimbangkan keragaman besar strategi sintesis yang telah dikembangkan dalam beberapa tahun terakhir, seperti perlakuan dealuminasi, desilikasi dan degermanasi, etsa fluorida, zeolitisasi padatan yang terbentuk sebelumnya, perakitan nanokristal zeolit, hard- templating oleh bahan karbon, penggunaan organosilan, templating oleh polimer dan penambahan surfaktan ke gel sintesis.

Beberapa hal yang telah lebih banyak diterapkan dalam literatur secara singkat dijelaskan di bawah ini.

Dealuminasi adalah perlakuan klasik zeolit ​​silika rendah yang sangat sering memicu perkembangan mesoporositas, yang dilakukan dengan mengukus pada suhu tinggi dan pencucian asam.

Perlakuan ini secara tradisional diterapkan pada zeolit ​​Y untuk menghilangkan sebagian aluminium dalam kerangka zeolit, sehingga meningkatkan stabilitas hidrotermalnya yang bertujuan untuk meningkatkan kinerjanya ketika digunakan sebagai katalis dalam perengkahan katalitik fluida (FCC), yang juga telah dicatat untuk membuat beberapa mesoporositas.

Degermanasi adalah metode yang didasarkan pada kewajiban ikatan Ge–O, yang biasanya terletak secara anisotropik dalam kerangka beberapa germanosilikat mikro. Metode ini akan dibahas di artikel lainnya.

Desilikasi didasarkan pada perlakuan zeolit ​​​​dengan basa (biasanya natrium hidroksida), yang menyebabkan pembentukan mesopori karena penghapusan silika dari kerangka.

Perlakuan alkali juga dapat dilakukan dengan menggunakan basa organik (misalnya tetrapropilamonium hidroksida dan tetrabutilamonium hidroksida) yang memungkinkan volume mesopori dioptimalkan, karena kation organik ini bertindak sebagai moderator pertumbuhan pori.

Desilikasi adalah metode yang cukup serbaguna karena telah berhasil diterapkan pada sejumlah besar struktur zeolit, meskipun penghancuran/pembubaran struktur zeolit ​​yang signifikan dapat terjadi.

Etsa fluoride agak mirip dengan desilikasi; namun, tidak selektif terhadap silikon atau aluminium (atau elemen lainnya). Dimulai dari batas antar kristal atau domain kristal, sehingga memisahkan kembar menjadi bagian kristal tunggal.

Dalam kondisi tertentu, pembentukan mesopori persegi panjang seragam diamati menghasilkan bahan dengan morfologi seperti keju Emmental, tetapi menjadi kristal penuh dan dengan sifat asam yang sama seperti induknya.

Hard-templating oleh bahan karbon adalah rute lain yang banyak digunakan untuk sintesis zeolit ​​hierarkis. Dalam pendekatan ini, zeolit ​​mengkristal di sekitar dan/atau di dalam partikel matriks karbon, yang dihilangkan dengan pembakaran setelah pembentukan kristal zeolit. Dengan demikian, mesopori dihasilkan di antara atau di dalam entitas zeolitik.

Keragaman sumber karbon telah digunakan, termasuk karbon aktif (baik mikro dan mesopori), karbon tercetak koloid, nanopartikel karbon, nanotube karbon berdinding banyak (MWNT), karbon aerogel dan karbon mesopori terurut (CMK-3). Dalam kasus nanopartikel karbon, efek substansial dari rezim gelombang mikro telah didokumentasikan.

Zeolit ​​hierarkis juga telah disiapkan mulai dari padatan yang telah terbentuk sebelumnya, yang kemudian mengalami kristalisasi menjadi zeolit, mempertahankan bentuk awal dan porositas meso/makro. Kristalisasi dilakukan dengan metode Vapor Phase Transport (VPT), ​​di mana campuran air dan bahan pengatur struktur diuapkan dan dikontakkan dengan gel kering.

Sebagai alternatif, Steam-Assisted Conversion (SAC) dapat diterapkan untuk mempromosikan proses zeolitisasi. Dalam rute SAC hanya air yang diuapkan dan zat pengatur struktur (senyawa non-volatil) sudah termasuk dalam gel padat.

Pendekatan ini telah digunakan untuk persiapan zeolit ​​hierarkis dari berbagai jenis prekursor padat, seperti gel kering, nanopartikel berbasis silika, padatan berstruktur meso, atau padatan amorf hierarki makroskopik.

Berbagai jenis polimer (polimer kationik, amfifilik dan blok) telah ditambahkan ke gel sintesis zeolit ​​untuk bertindak sebagai porogen dari porositas sekunder. Jadi, poli dialil dimetilamonium klorida mesoscale telah digunakan untuk pembuatan zeolit ​​Beta hierarkis, sedangkan bola polistirena telah digunakan untuk memperoleh zeolit ​​hierarkis dengan struktur pori mikro/makropori.

Demikian juga, kristal tunggal ZSM-5 dengan mesopori sejajar sumbu-b telah disiapkan menggunakan kopolimer amfifilik kationik yang dirancang sebagai templat skala meso. Dengan cara yang sama, zeolit ​​Y hierarki telah langsung disintesis menggunakan kopolimer blok (Pluronic F127) sebagai templat, yang memandu gel aluminosilikat untuk berkumpul menjadi zeolit ​​dengan mesoporositas yang signifikan.

Metode berbasis organosilan juga telah dilaporkan sebagai strategi yang sangat efektif untuk mengembangkan mesoporisitas pada zeolit. Mereka didasarkan pada penambahan berbagai jenis organosilan (organosilan sederhana, polimer sililasi atau organosilan amfifilik) ke gel sintesis zeolit ​​​​untuk mengganggu proses kristalisasi, menyebabkan generasi porositas sekunder.

Efeknya terlihat bahkan ketika memasukkan organosilane dalam jumlah yang relatif kecil. Organosilan amfifilik menjadi terkait dengan spesies aluminosilikat dalam gel, mempromosikan pengaturan mereka di sekitar misel amfifil yang terbentuk.

Dalam kasus menggunakan organosilan sederhana atau polimer sililasi, reagen ini ditambatkan pada permukaan luar unit nano protozeolitik, sebagian menghambat agregasinya dan, oleh karena itu, pertumbuhan kristal zeolit ​​standar. Dalam semua kasus, penghilangan organosilan menghasilkan mesoporositas yang akhirnya ada dalam zeolit ​​hierarkis.

Zeolit ​​hierarkis juga telah dibuat dengan penataan ulang kristal berbantuan surfaktan dari kerangka zeolit. Dengan demikian, zeolit ​​Y yang didealuminasi diperlakukan dengan larutan NH4OH/surfaktan (setiltrimetilamonium bromida), diikuti dengan pemanasan pada 150 °C di bawah tekanan autogenous.

Perlakuan ini menambah mesoporositas yang awalnya ada dalam sampel, yang mengarah ke bahan yang menunjukkan distribusi ukuran mesopori yang cukup seragam. Penulis mengusulkan bahwa penataan ulang lokal struktur zeolit ​​terjadi di sekitar misel surfaktan, yang memicu transformasi mesoporositas awal menjadi lebih seragam, sehingga bahan akhir menunjukkan fitur mesostruktur.

Metode lain untuk pembuatan zeolit ​​hierarkis telah dipertimbangkan dengan menggabungkan beberapa strategi yang disebutkan di atas untuk mencapai kontrol yang lebih baik dari sifat-sifat zeolit ​​akhir, dan khususnya mesoporositasnya. Dengan cara ini, kombinasi berurutan dari perlakuan desilikasi/dealuminasi telah dieksplorasi untuk sintesis sejumlah zeolit, seperti feriririt, klinoptilolit dan zeolit ​​L.

Tantangan utama dalam modifikasi pasca-sintetis zeolit ​​ini adalah kandungan Al yang tinggi, yang membutuhkan dealuminasi yang disesuaikan sebelum langkah desilikasi. Di sisi lain, kombinasi strategi silanisasi benih dan penataan ulang kristal berbantuan surfaktan sangat efektif untuk mendapatkan zeolit ​​TS-1, MFI dan *BEA dengan distribusi ukuran mesopori yang cukup seragam.

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.