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

Adanya porositas bimodal pada zeolit ​​hierarkis menyebabkan perubahan yang tajam pada banyak sifat fisikokimia material tersebut dibandingkan dengan zeolit ​​konvensional.

Dengan demikian, zeolit ​​hierarkis biasanya menunjukkan aksesibilitas yang ditingkatkan, sifat tekstur yang ditingkatkan, sifat transportasi intrapartikel yang lebih cepat, perubahan keasaman dan ketahanan yang lebih baik terhadap penonaktifan oleh pembentukan kokas dibandingkan dengan rekan-rekan konvensional mereka.

Selain itu, seperti yang telah ditunjukkan sebelumnya, zeolit ​​hierarkis dapat diubah menjadi bahan multifungsi dengan penggabungan dan/atau pencangkokan komponen lain dengan memanfaatkan sebagian besar volume dan permukaan mesopori.

Aksesibilitas Dan Sifat Tekstur

Sedangkan untuk zeolit ​​konvensional sifat tekstur terutama ditentukan oleh pori mikro zeolit, pada zeolit ​​hierarki baik pori mikro dan mesopori memberikan kontribusi yang signifikan terhadap luas BET dan volume pori.

Jadi, tergantung pada metode preparasi dan jenis zeolit, mesopori dapat mencapai hingga 50% dari keseluruhan area BET. Fakta ini memungkinkan aksesibilitas yang tinggi karena permukaan mesopori dapat berinteraksi dan menyerap senyawa besar yang, sebaliknya, tidak dapat menembus ke dalam pori mikro zeolitik.

Mesopori yang terjadi pada zeolit ​​hierarkis, serta konektivitasnya dengan mikropori zeolit, telah divisualisasikan menggunakan mikroskop elektron transmisi, serta dengan teknik lain, seperti Xe-NMR hiperpolarisasi, pemusnahan positron, dan tomografi elektron.

Berbagai teknik mikroskopis 2D dan 3D telah ditunjukkan untuk menyelidiki struktur pori zeolit ​​hierarkis.96 Dengan demikian, kristal tunggal zeolit ​​dengan mesopori intrakristalin yang menggabungkan partikel oksida logam telah ditandai dengan pencitraan stereo TEM langsung, sedangkan mikroskop cahaya terpolarisasi telah dilakukan. digunakan untuk mengungkap geometri pori kristal ZSM-5 yang mengandung mesopori.

Demikian juga, spektroskopi Xe-NMR satu dan dua dimensi telah digunakan untuk mempelajari porositas zeolit ​​hierarkis di bawah aliran kontinu gas xenon hiperpolarisasi laser, menunjukkan bahwa pori-pori hierarkis ini telah menghubungkan jaringan yang memfasilitasi difusi dan pertukaran xenon.

Di sisi lain, porositas zeolit ​​hirarkis juga telah ditandai dengan tomografi elektron kontras tinggi, sampel yang didukung dengan platinum. Tomogram yang dihasilkan menunjukkan jaringan yang tidak teratur dan saling berhubungan dari kawat nano dan lembaran nano Pt, yang sesuai dengan bentuk mesopori yang diarahkan oleh surfaktan. Diusulkan bahwa mikropori dan mesopori dapat dihubungkan melalui lubang, di mana leher molekul surfaktan telah ditemukan.

Zeolit ​​hierarkis biasanya menghadirkan area BET yang ditingkatkan dibandingkan dengan yang konvensional. Fakta ini adalah hasil dari pembatasan yang lebih rendah yang ada untuk adsorpsi gas di atas permukaan mesopori, seperti yang terjadi juga pada permukaan luar kristal nano zeolit.

Dengan demikian, tren umum diamati untuk zeolit ​​hierarkis, menunjukkan peningkatan area BET karena kontribusi mesoporositas sekunder. Dalam kasus hierarki zeolit ​​ZSM-5, nilai area BET hingga 800 m2 g-1 telah dilaporkan untuk sampel yang disiapkan menggunakan organosilan, yang mewakili hampir dua kali lipat dari sampel zeolit ​​konvensional.

Mengenai penilaian distribusi ukuran pori, penerapan model NLDFT telah membuat perhitungan kontribusi individu dari mikro dan mesoporositas terhadap sifat tekstur zeolit ​​secara keseluruhan mungkin, juga memberikan kurva distribusi ukuran pori terus menerus membentang dari mikro ke mesopori.

Data menunjukkan kurva distribusi volume pori dan ukuran pori kumulatif yang diperoleh dengan menerapkan model NLDFT pada isoterm adsorpsi Ar (87 K) dari zeolit ​​Beta hierarkis sebelum dan setelah mengalami (disebutkan di atas) perlakuan penyempitan mesopori dengan larutan surfaktan/amonia.

Sifat Transportasi Massal

Kehadiran mesopori dalam zeolit ​​hierarkis menyebabkan difusi reaktan lebih cepat menuju situs aktif, yang menghasilkan peningkatan laju reaksi untuk sistem di bawah kendali difusi. Demikian juga, produk yang terbentuk di dalam pori mikro zeolit ​​berdifusi lebih cepat, membatasi reaksi sekunder dan meningkatkan selektivitas.

Saat menggunakan zeolit ​​konvensional, transpor massa intrakristalin sangat terhambat karena kesamaan antara diameter kinetik reaktan/produk dan diameter mikropori zeolit ​​(difusi konfigurasi).

Dalam zeolit ​​hierarkis, efek kinetik utama yang berasal dari porositas sekunder adalah pemendekan panjang efektif jalur difusi yang menyebabkan peningkatan laju difusi keseluruhan. Dengan demikian, keberadaan jaringan mesopori dan mikropori yang saling berhubungan telah diusulkan untuk mendukung transpor massa intrakristalin dalam zeolit ​​hierarkis.

Studi literatur yang berbeda menyelidiki secara eksperimental peningkatan yang diharapkan dari laju transportasi massal dalam zeolit ​​hierarkis. Peningkatan dua urutan besarnya dalam laju difusi neopentana dalam ZSM-5 yang dikeringkan telah diamati, karena panjang jalur difusi yang lebih pendek dan adanya jaringan mesopori yang dapat diakses.

Demikian pula, difusi air disukai di zeolit ​​Na+ di mana, selain mikropori, kristal dilalui oleh jaringan mesopori. Misalnya, untuk zeolit ​​*BEA, peningkatan laju difusi air dengan faktor 3 diamati. Pengaruh mesopori pada sifat adsorpsi dan difusi zeolit ​​MFI dipelajari untuk n-heptana dan toluena menggunakan metode kolom nol panjang (ZLC).

Koefisien difusi efektif dari hidrokarbon ini meningkat pesat dengan adanya mesopori, sedangkan energi aktivasi yang sesuai menurun. Diharapkan (dengan mempertimbangkan ukuran dan bentuk dari dua molekul), peningkatan yang lebih tinggi diamati untuk toluena relatif terhadap n-heptana.

Peningkatan laju transportasi massal dipertahankan bahkan ketika zeolit ​​hierarkis dibentuk menjadi bentuk teknis menggunakan pengikat. Pengaruh pembentukan pada sifat adsorpsi dan difusi hierarki ZSM-5 telah dinilai dengan mempelajari serapan gravimetri 2,2-dimetilbutana pada serbuk dan benda berukuran milimeter.

Peningkatan difusivitas intrakristalin (karena adanya mesopori yang saling berhubungan) diamati dalam bubuk serta di badan makroskopik, terlepas dari metode pembentukan atau pengikat yang diterapkan.

Keasaman

Terlepas dari kenyataan bahwa banyak reaksi, di mana zeolit ​​​​digunakan sebagai katalis, terjadi di atas situs asam, efek porositas sekunder terhadap keasaman zeolit ​​relatif kurang diselidiki daripada faktor-faktor lain dalam literatur; dalam beberapa kasus dengan kesimpulan yang kontradiktif, khususnya tentang kekuatan dan sifat situs asam yang terletak di permukaan mesopori.

Untuk zeolit ​​hierarkis yang dibuat dengan desilikasi, telah disimpulkan bahwa kekuatan asam situs Brønsted dari zeolit ​​tidak berubah secara signifikan setelah pembentukan mesopori. Untuk ZSM-5 mesopori yang dibuat menggunakan organosilan amfifilik, konsentrasi situs asam Brønsted yang lebih rendah dibandingkan dengan ZSM-5 konvensional dinilai dengan spektroskopi massa inframerah/desorpsi terprogram suhu (IRMS-TPD) amonia.

Karakterisasi dengan FTIR/piridin zeolit ​​ZSM-5 hierarki, yang dibuat menggunakan organosilan, telah menunjukkan bahwa mereka mengandung proporsi situs asam Lewis yang lebih tinggi dibandingkan dengan sampel konvensional, yang mungkin muncul dari konsentrasi spesies Al ekstra-kerangka yang lebih besar pada sampel sebelumnya.

Pembentukan situs asam Lewis dalam sampel ZSM-5 hierarkis selama kalsinasi udara tipikal telah diselidiki, menunjukkan bahwa itu terjadi pada tingkat yang lebih tinggi daripada ZSM-5 konvensional, karena stabilitas yang lebih rendah dari atom Al yang terletak di mesopori.

Namun, ketika perlakuan kalsinasi dua langkah (nitrogen/udara) diterapkan, hierarki ZSM-5 yang diperoleh mempertahankan sebagian besar atom Al dalam koordinasi tetrahedral yang memiliki situs asam terutama tipe Brønsted. Hasil ini mencatat kemungkinan membatasi pembentukan spesies Al ekstra-kerangka, serta situs asam Lewis terkait, memberikan perawatan kalsinasi yang nyaman.

Untuk menggambarkan secara rinci situs asam dalam bahan ZSM-5 hierarki, apa yang disebut "indeks aksesibilitas" telah ditentukan dari spektrum FTIR yang diperoleh setelah mengadsorpsi alkilpiridin tersubstitusi dengan ukuran molekul berbeda: piridin (0,57 nm), 2,6-lutidin ( 0,67 nm) dan 2,4,6-kolidin (0,74 nm).

Indeks aksesibilitas didefinisikan sebagai rasio antara jumlah situs asam Brønsted yang diperiksa oleh alkilpiridin yang digunakan dan jumlah total situs asam Brnsted yang ditentukan dari adsorpsi piridin. Sementara 2,6-lutidine memiliki akses ke sekitar 50% dari situs asam ZSM-5, collidin hanya menyelidiki situs asam yang ada di permukaan eksternal/mesopore.

Studi aksesibilitas situs asam dalam zeolit ​​ZSM-5 hierarki juga telah dilakukan dengan pengukuran IR setelah adsorpsi pivalonitril, menentukan faktor aksesibilitas yang sesuai (AF) yang dirujuk ke piridin. Keuntungan utama dari molekul probe ini adalah dapat berinteraksi dan, oleh karena itu, menilai situs asam Brønsted dan Lewis. Teknik ini diterapkan pada zeolit ​​ZSM-5 desilikat, mengamati bahwa aksesibilitas situs asam Lewis dalam sampel desilicated bahkan lebih ditingkatkan daripada situs Brønsted.

Para penulis mengusulkan bahwa dalam zeolit ​​desilikasi sebagian besar situs Lewis berasal dari dehidroksilasi gugus Si-OH-Al, yang sebelumnya dibentuk oleh penyisipan kembali Al yang diekstraksi dari zeolit ​​selama perlakuan basa. Dengan demikian, situs Lewis yang baru terbentuk diharapkan terletak terutama pada permukaan mesopori, yang memfasilitasi aksesibilitas molekul besar seperti pivalonitril.

Perlambatan Efek Penonaktifan

Katalis zeolit ​​hierarkis menunjukkan dalam banyak reaksi peningkatan masa pakai karena ketahanannya yang lebih tinggi terhadap penonaktifan kokas dibandingkan dengan zeolit ​​konvensional. Menariknya, dalam banyak kasus ini tidak disebabkan oleh pembentukan kokas yang lebih rendah.

Efek penonaktifan deposit kokas dilemahkan dalam zeolit ​​hierarkis berkat konektivitas antara mikro dan mesopori yang ada dalam bahan ini yang menurunkan perluasan fenomena penyumbatan pori ketika kokas disimpan. Selain itu, prekursor kokas yang terbentuk di pori mikro dapat berdifusi lebih mudah dalam zeolit ​​hierarkis, menghindari transformasinya menjadi kokas.

Perlambatan penonaktifan telah diamati dalam sejumlah reaksi pada zeolit ​​ZSM-5, seperti isomerisasi 1,2,4-trimetilbenzena, perengkahan kumena dan esterifikasi benzil alkohol dengan asam heksanoat. Dalam semua kasus, hierarki ZSM-5 menunjukkan tingkat penonaktifan yang lebih rendah daripada ZSM-5 konvensional. Dalam reaksi metanol-ke-hidrokarbon, masa pakai katalis lebih dari tiga kali lebih lama menggunakan hierarki ZSM-5 dibandingkan dengan ZSM-5 konvensional.

Dampak dari sifat tekstur zeolit ​​ZSM-5 hirarki dan nanokristalin telah diselidiki dalam konversi etanol menjadi hidrokarbon. Masa pakai katalis tidak berkorelasi dengan laju kokas tetapi dengan jumlah mulut pori. Dengan demikian, masa hidup katalis terpanjang (> 100 jam) diamati dengan zeolit ​​berukuran nano hierarkis meskipun sebagian besar situs asamnya diracuni.

Perpanjangan masa pakai katalis juga telah dilaporkan untuk jenis zeolit ​​hierarkis lainnya. Dengan demikian, isomerisasi dan cracking n-hexadecane telah diselidiki pada zeolit ​​ZSM-12 yang mengandung mesopori, menunjukkan peningkatan ketahanan yang signifikan terhadap keracunan oleh pembentukan kokas.

Demikian pula, zeolit ​​Y hierarki telah ditemukan menunjukkan ketahanan yang sangat tinggi terhadap penonaktifan dalam kondensasi aldol benzaldehida dengan n-butil alkohol daripada zeolit ​​Y komersial, yang dikaitkan dengan strukturnya yang sangat mesopori yang meminimalkan panjang difusi prekursor kokas keluar dari matriks zeolit.

Fitur Multifungsi

Porositas sekunder yang ada dalam zeolit ​​hierarki adalah ruang yang ideal untuk penggabungan fase aktif lainnya, membuka rute baru untuk persiapan bahan multifungsi. Fakta ini telah tercermin dalam banyak makalah baru-baru ini menggunakan zeolit ​​hierarkis sebagai pendukung untuk berbagai fase aktif katalitik.

Logam yang berbeda, seperti Pt, Pd, Ni, Co dan Cu, telah ditambahkan ke zeolit ​​hierarkis dengan impregnasi prekursor. Logam-logam ini biasanya ada dalam bentuk nanopartikel yang terletak terutama di mesopori dalam kontak dekat dengan penyangga dan dengan dispersi yang lebih baik dibandingkan dengan penggunaan zeolit ​​konvensional.

Temuan ini telah dikaitkan dengan keberadaan mesoporositas yang signifikan dalam zeolit ​​hierarkis, serta terjadinya konsentrasi tinggi situs cacat struktural, yang bertindak sebagai titik deposisi yang disukai untuk dispersi fase logam. Bahan tersebut menunjukkan sifat bifungsional, yang diterapkan dalam hidrogenasi, hidroisomerisasi, sintesis Fischer-Tropsch, dan pengurangan hidrokarbon.

Oksida logam, sulfida dan fosfida juga telah didukung di atas zeolit ​​hierarkis untuk memperluas aplikasi katalitiknya dalam reaksi seperti aromatisasi, alkilasi, desulfurisasi dan hidrodeoksigenasi.

Dengan demikian, katalis zeolit ​​MFI yang mengandung ZnO dengan struktur pori hierarkis bimodal dan trimodal telah dipelajari untuk konversi metanol menjadi aromatik. Kehadiran kluster ZnO yang sangat tersebar meningkatkan selektivitas untuk aromatik.

Menariknya, katalis dengan sifat dasar telah disintesis dengan mendukung MgO di atas silikalit-1 hierarkis, menunjukkan aktivitas katalitik yang lebih baik untuk alkilasi rantai samping toluena dengan metanol dibandingkan dengan MgO massal.

Di sisi lain, ZSM-5 mesopori yang dimodifikasi dengan logam sulfida (NiMoS/ZSM-5 dan CoMoS/ZSM-5) aktif dalam hidrogenasi dalam fenantrena. Ni2P telah didukung melalui zeolit ​​ZSM-5 hierarki, menunjukkan peningkatan aktivitas dalam reaksi hidrodeoksigenasi senyawa model bio-minyak.

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.