Dari Bahan Katalitik Zeolit ​​3D Ke 2D: Zeolit ​​Dengan Bentuk 2 Dimensi Bag I

Zeolit ​​dianggap 2-dimensi ketika salah satu dimensi kristalnya kurang dari beberapa nanometer, sesuai dengan sekitar satu atau dua unit sel. Dalam kasus seperti itu, permukaan luar yang dapat diakses dengan baik per satuan massa/volume sangat meningkat (dibandingkan dengan zeolit ​​3D (konvensional)) dan sejumlah modifikasi pasca-sintesis (misalnya pembengkakan, pilar, pengelupasan, dll.), karakteristik berlapis bahan, menjadi mungkin.

Pada prinsipnya, ada 3 pendekatan umum untuk sintesis zeolit ​​2D;

(I) Beberapa zeolit ​​(FER, MWW, NSI, SOD, dan beberapa lainnya) dapat langsung dibuat sebagai prekursor pipih (yang dapat diproses atau dimodifikasi sedemikian rupa sehingga karakter 2Dnya dipertahankan).

(II) Zeolit ​​​​2D dapat diperoleh melalui mekanisme pertumbuhan kristal terbatas menggunakan zat pengarah struktur (surfaktan) yang dirancang khusus yang menghalangi pertumbuhan kristal di salah satu arah kristalografi yang membentuk kristal tunggal seperti lembaran.

(III) Modifikasi zeolit ​​pasca sintesis top-down dengan struktur anisotropik (yaitu germanosilikat).

Sintesis Hidrotermal

Zeolit ​​3D secara tradisional mengkristal dalam kondisi hidrotermal dari gel sintesis yang sesuai atau dari larutan bening. Beberapa dari mereka, bagaimanapun, membentuk prekursor pipih, yang diselingi dengan agen pengarah struktur (SDA).

Molekul-molekul SDA, antara lain, menjaga agar lapisan-lapisan itu tersusun sedemikian rupa sehingga gugus-gugus silanol yang berlawanan pada permukaan dua lapisan yang berdekatan dapat mengembun menjadi jembatan-jembatan oksigen sehingga membentuk zeolit ​​yang terhubung-4 sepenuhnya pada kalsinasi. Dalam beberapa kasus kondensasi tidak menghasilkan kerangka 3D (EU-19, RUB-20, RUB-40).

Zeolit ​​​​pertama, yang pembentukan prekursor berlapisnya diamati (dan sejauh ini yang paling banyak dipelajari dari zeolit ​​2D), adalah MWW. Dalam bentuk 3D (dilaporkan secara independen sebagai PSH-3, SSZ-25, MCM-22, ERB-1), ini adalah zeolit ​​berpori sedang dengan dua sistem saluran 2 dimensi independen dari pori 10 cincin. Salah satu sistem pori berisi 7.1 × 18.1 Å supercage.

Karakter berlapis dari bahan yang disintesis diungkapkan oleh para peneliti Mobil pada 1990-an dan dikonfirmasi oleh yang lain. Kemudian, rute sintesis menghasilkan MWW 3D (MCM-49) secara langsung, MWW terdelaminasi (MCM-56; bahan yang tidak mengembun menjadi zeolit ​​3D pada kalsinasi bahkan tanpa modifikasi lebih lanjut) dan, baru-baru ini, MWW yang membengkak di tempat (ECNU- 7) juga diungkapkan.

Ferrierite195 (kode IZA FER) adalah zeolit ​​penting lainnya yang ditemukan untuk membentuk prekursor pipih (dilambangkan sebagai PREFER). Faktanya, lapisan PREFER tidak mengembun hanya untuk membentuk feriit tetapi ketika disiapkan menggunakan prosedur yang berbeda, mereka digeser dan dikondensasi untuk membentuk struktur CDO (zeolit ​​CDS-1), yang terdiri dari lapisan yang sama tetapi ditumpuk di tempat yang berbeda. simetri.

Demikian pula, RUB-36 (prekursor lamelar CDO) dapat dikalsinasi secara langsung untuk membentuk zeolit ​​CDO, atau digembungkan dengan kation setiltrimetilamonium (lihat Bagian 5.4) dan dihilangkan pembengkakannya dengan EtOH/HCl yang menghasilkan pergeseran lapisan yang menghasilkan PREFER dan setelah kalsinasi 3D FER.

Bahkan dimungkinkan untuk beralih antara pengaturan CDO dan FER dengan interkalasi dan penyesuaian pH. Pasangan seperti itu pada zeolit ​​3D yang terdiri dari lapisan yang sama, di mana di salah satu lapisan dirambatkan dengan translasi sementara di yang lain dengan bidang cermin, diamati juga untuk struktur NSI/CAS, RRO/HEU dan FAU/EMT9 (untuk FAU dan EMT , prekursor pipih belum diungkapkan).

Sintesis Template Surfaktan

Sampai tahun 2009, satu-satunya bahan zeolit ​​​​lamelar yang diketahui adalah yang membentuk prekursor lamellar selama kristalisasi. Prekursor pipih ini kemudian dapat mengembun menjadi zeolit ​​3-dimensi yang sepenuhnya terhubung dengan empat pada kalsinasi (misalnya MWW, FER; lihat bab sebelumnya).

Peran utama SDA dalam kristalisasi zeolit ​​ini sama dengan yang membentuk jaringan 3 dimensi secara langsung; yaitu untuk mengisi dan menstabilkan volume rongga dalam struktur zeolit ​​terhadap pelarutan atau transformasi menjadi fasa yang lebih stabil (lebih padat).

Pada tahun 2009, kelompok Ryoo memperkenalkan konsep agen pengarah struktur surfaktan yang memungkinkan untuk menyiapkan bentuk lamellar (atau nanospons; vide infra) zeolit ​​​​seperti MFI atau MTW, yang belum diketahui membentuk prekursor lamellar secara langsung.

Surfaktan amonium kuarterner (misalnya cetyltrimethylammonium (CTMA)) digunakan sebelumnya dalam sintesis saringan molekuler mesopori; namun, efek templatingnya tidak cukup kuat untuk mendorong kristalisasi zeolit. Baru-baru ini sintesis LKM hierarkis menggunakan CTMA dalam kombinasi dengan KOH dilaporkan.

Choi dkk. menambah efek pengarah struktur merancang surfaktan amonium di-kuartener, di mana gugus amonium di bagian hidrofilik molekul dipisahkan oleh penghubung organik dengan struktur dan ukuran yang sesuai (n-C6 untuk MFI). Dalam karya perintis, surfaktan C22H45–N+(–CH3)2–C6H12–N+(–CH3)2–C6H13 (dilambangkan sebagai C22–6–6) digunakan untuk membentuk MFI dalam bentuk lembaran nano dengan ketebalan sekitar 2,5 nm. .

Sifat surfaktan SDA merupakan kunci untuk membentuk struktur berlapis. Ujung hidrofilik dengan dua kelompok amonium kuaterner membentuk kristalisasi zeolit ​​sedangkan rantai hidrofobik yang panjang mencegah pertumbuhan kristal di salah satu arah kristalografi (sumbu b untuk MFI).

Selain itu, rantai hidrofobik mendukung (dalam kondisi tertentu) penumpukan teratur dari kristal yang terbentuk (lembaran nano). Akibatnya, agregat yang lebih besar dari nanosheet (bukan suspensi koloid) terbentuk dan ini mudah diproses.

Perhatikan perbedaan penting dibandingkan dengan zeolit ​​yang membentuk prekursor pipih: nanosheet MFI (dan umumnya semua bahan yang dibuat menggunakan surfaktan SDA) tidak mengembun menjadi zeolit ​​3 dimensi pada kalsinasi tetapi lapisan menumpuk secara acak satu sama lain membentuk bahan dengan celah. berbentuk mesopori karena nanosheet tidak cocok secara teratur satu sama lain.

Kondensasi lembaran nano templat surfaktan menjadi struktur 3D masih menjadi tantangan dan khususnya dalam kasus lembaran nano MFI, hal itu dapat menghasilkan zeolit ​​baru.

Penyelidikan lebih dalam dari sintesis templat surfaktan mengungkapkan bahwa rantai hidrofobik yang lebih pendek (C18, C16) juga menyediakan fase MFI pipih dan dalam beberapa kasus bermanfaat untuk menggunakannya untuk mempersingkat waktu kristalisasi (misalnya untuk titanium silikalit-1 berlapis).

Panjang rantai hidrofobik minimum untuk membentuk LKM pipih adalah sekitar C10 dan panjang rantai hidrofobik memungkinkan untuk mengontrol jarak d antarlapisan. Penjahitan bagian hidrofilik dari SDA mengontrol ketebalan nanosheet MFI. Penambahan gugus amonium kuartener ketiga dan keempat menghasilkan pembentukan nanosheet yang terdiri dari 5 resp. 7 lapisan pentasil bukannya 3 untuk C22–6–6.

Di sisi lain, ketebalan nanosheet bisa serendah 2 lapisan pentasil (sel unit MFI) ketika surfaktan dengan dua ekor hidrofobik dan 3 kelompok amonium kuaterner digunakan [C18H35–N+(–CH3)2–C6H12–N+(– CH3)2–C6H12–N+(–CH3)2–C18H35] (singkatnya C18–N3–C18).

Dalam kondisi tertentu, surfaktan C18–N3–C18 juga dapat mendorong pembentukan material mesopori yang tersusun secara heksagonal dengan dinding MFI kristalin alih-alih LKM pipih (lembar nano) yang menjembatani batas antara zeolit ​​dan ayakan molekul mesopori.

Hal ini menunjukkan bahwa surfaktan SDA bukan satu-satunya parameter pendorong yang menentukan sifat bahan yang dihasilkan tetapi komposisi gel, alkalinitas dan parameter lainnya juga penting.

Choi dkk. menunjukkan bahwa konsentrasi ion Na+ mempengaruhi penumpukan nanosheet yang terbentuk (membentuk bahan yang dilambangkan sebagai multilamellar (susun teratur) atau unilamellar (susun tidak teratur)) dan studi tentang komposisi gel sintesis dilakukan oleh Machoke et al. dan Wei et al .

Konsep templating surfaktan juga diterapkan pada zeolit-zeolit ​​lain tetapi hasilnya tidak begitu jelas. Nanosheet MTW dilaporkan bersama dengan MFI menggunakan spacer –CH2–(p-phenylene)–CH2– selain n-C6. Mekanisme yang sama seperti untuk pertumbuhan kristal terbatas MFI telah diusulkan (Namun, studi lebih lanjut tentang bahan ini belum dilaporkan).

Menariknya, surfaktan dengan spacer fenilena di antara kelompok amonium juga dapat digunakan untuk saringan molekuler mesopori yang tidak teratur dengan dinding beta zeolit ​​dan bahan serupa dengan struktur *MRE dan MTW.

Berdasarkan gambar TEM, tampak bahwa pertumbuhan kristal dibatasi oleh template di semua 3 arah kristalografi dalam kasus ini. Namun demikian, bahan-bahan ini (kemudian dilambangkan sebagai zeolit ​​nanospons) memiliki struktur seperti spons hierarkis yang terdiri dari nanokristal zeolit ​​tumbuh dengan sistem interkristalin mesopori.

Berbeda dengan di atas (*BEA, *MRE dan MTW), nanospons MFI diperoleh ketika campuran sintesis untuk nanosheet MFI diunggulkan dengan kristal MFI massal atau polimer (polistirena) yang dicangkokkan secara acak dengan –CH2–N+(–CH3)2 –C6H12–N+(–CH3)2–C6H12–N+(–CH3)2–C6H13 digunakan.

MFI nanospons menjaga morfologi pipih sesuai dengan gambar TEM meskipun itu adalah bahan intertumbuh 3 dimensi dan manipulasi lapisan pasca sintesis yang berlaku untuk bahan 2 dimensi belum dilaporkan (dan kemungkinan besar tidak mungkin).

Morfologi mirip-spon yang serupa dari kristal MFI dan MEL pipih yang saling tumbuh juga disiapkan oleh Zhang et al. (disebut sebagai zeolit ​​pentasil (SPP) berpilar-sendiri); dan Chen et al. Menariknya, bahan-bahan ini diperoleh dengan menggunakan tetrabutilfosfonium dan tetrabutil amonium hidroksida SDA208 dan tidak ada surfaktan yang digunakan untuk mendukung pembentukan arsitektur lamellar atau hierarkis.

Nanosheet MFI, SPP, dan zeolit ​​nanospons MFI biasanya menunjukkan peningkatan luas BET (510–610 m2 g−1) dibandingkan dengan MFI konvensional (300–400 m2 g−1) dan hampir suatu urutan besarnya meningkatkan luas permukaan eksternal ( 270, 420, 360 m2 g−1 masing-masing vs. 20–60 m2 g−1), yang merupakan konsekuensi langsung dari karakter pipihnya.

Demikian pula, kapasitas adsorpsi totalnya (volume pori total) meningkat tergantung pada susunan lapisannya sebagai berikut: nanosheet MFI 0,36–0,65 cm3 < nanosponge MFI 0,56–0,62 cm3 < SPP 0,73–1,0 cm3vs. LKM konvensional 0,16–0,25 cm3 g−1.

Peningkatan sifat transpor dari katalis MFI di atas didokumentasikan dengan baik dalam eterifikasi benzil alkohol dengan adanya di-tert-butilpiridin (DTBP) melalui SPP, nanosheet MFI berpilar (vide infra) dan beberapa katalis MFI konvensional.

DTBP digunakan untuk menonaktifkan situs asam eksternal sehingga memungkinkan pengamatan fenomena transportasi melalui eterifikasi yang terjadi secara eksklusif di mikropori. Data yang diamati sangat sesuai dengan plot faktor efektivitas vs. Modulus thiele yang mendokumentasikan bahwa peningkatan yang umum diamati dari laju reaksi nyata dalam katalis 2D benar-benar menjelaskan untuk menekan keterbatasan difusi.

Meringkas temuan yang dibahas di atas, jelas bahwa templating surfaktan adalah alat yang berguna dan serbaguna untuk persiapan bentuk zeolit ​​berlapis, yang prekursor berlapisnya belum disintesis oleh sintesis hidrotermal; namun, dalam beberapa kasus bentuk nanokristalin daripada yang berlapis (nanosheet) dapat diperoleh.

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.