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

ADOR

Rute sintesis ke zeolit ​​2D dijelaskan vide supra membahas pendekatan bottom-up baik dengan template konvensional atau yang dirancang khusus. Protokol sintetik top-down adalah cara yang berlawanan, yang berlaku untuk zeolit ​​dengan struktur anisotropik yang memungkinkan penghilangan beberapa unit struktural secara selektif secara kimiawi. Ini didokumentasikan dengan baik untuk serangkaian germanosilikat, awalnya dimulai dengan zeolit ​​UTL diikuti oleh UOV dan SAZ-1.

Pengenalan Ge memungkinkan untuk mensintesis sejumlah zeolit ​​baru dengan pori-pori besar atau ekstra besar. Secara bersamaan, itu menghasilkan pembentukan ikatan Ge-O yang relatif labil. Lokasi germanium dalam cincin ganda-empat (d4r) adalah ciri khas zeolit ​​germanosilikat (kadang-kadang bahkan d3rs).

Unit d4r membentuk pilar penghubung antara lapisan individu (berpori atau tidak berpori tergantung pada struktur zeolit ​​​​) dalam kerangka. Diamati bahwa ikatan Ge-O dapat dengan mudah dihidrolisis dalam larutan berair tidak tergantung pada pH.

Hidrolisis ini memanfaatkan kelemahan kimia ikatan Ge–O dan mengarah pada penghilangan spesies dari unit d4r yang hancur sehingga sisa struktur zeolit ​​(kebanyakan lapisan zeolit ​​mengandung silika) tidak terpengaruh. Dalam kasus zeolit ​​UTL, bahan berlapis yang disebut IPC-1P terbentuk.

Mendapatkan lapisan IPC-1P dari zeolit ​​UTL membuka kemungkinan baru untuk memanipulasi lapisan dengan cara yang berbeda. Yang paling penting adalah penggunaan IPC-1P dan zeolit ​​berlapis terkait yang disiapkan dengan pendekatan top-down untuk persiapan zeolit ​​​​baru.

Hidrolisis zeolit ​​UTL menghasilkan pembentukan 4 gugus silanol pada setiap lapisan, bukan 4 sambungan ke setiap d4r asli. Dengan demikian, lapisan memiliki konsentrasi gugus silanol yang sangat tinggi, yang dapat digunakan baik untuk kondensasi atau untuk kimia antarlapisan lainnya.

Roth dkk. menggambarkan pembentukan lapisan IPC-1P dari zeolit ​​UTL ketika dihidrolisis pada suhu ambien atau peningkatan. Penghapusan puing-puing yang terbentuk dari unit d4r dari ruang interlayer tergantung pada pH larutan. Sementara dalam larutan encer hampir semua spesies tersebut dipindahkan ke fase berair, pada konsentrasi yang lebih tinggi spesies ini sebagian tetap berada di ruang interlayer.

Akibatnya, kalsinasi bahan berlapis yang terbentuk di bawah pH yang berbeda menyebabkan hasil yang berbeda. Dalam kasus IPC-1P yang terbentuk dalam kondisi encer, kalsinasi menyediakan PCR zeolit ​​​​baru yang memiliki lapisan individu yang dihubungkan hanya dengan jembatan oksigen (10-8-cincin). Ketika bagian dari d4r asli tetap berada di ruang interlayer, kalsinasi menyebabkan zeolit ​​OKO memiliki lapisan penghubung 4-cincin (s4r) tunggal.

Mekanisme yang mengarah pada PCR atau zeolit ​​OKO diberi nama ADOR (A – assembly, D – disassembly, O – organization, R – reassembly). Mekanisme ini menawarkan berbagai kemungkinan hasil khususnya karena preparasi top-down dari prekursor berlapis yang tidak tersedia melalui sintesis langsung. Saat ini, zeolit ​​PCR, OKO, IPC-6, dan IPC-7 telah dibuat dengan berbagai kondensasi lapisan IPC-1P.

OKO juga telah disiapkan menggunakan tekanan tinggi (sekitar 1 GPa) pada 200 °C, yang berarti pada suhu yang jauh lebih rendah daripada yang biasanya digunakan untuk kalsinasi (500-550 °C). Penerapan umum mekanisme ADOR baru-baru ini dikonfirmasi mulai dari zeolit ​​UOV dan memperoleh zeolit ​​baru IPC-12 dengan mengganti unit d4r untuk unit s4r dan baru-baru ini dari SAZ-1 membuat IPC-15 dan IPC-16.

Selain itu, lapisan IPC-1P individu dapat dihubungkan dengan pilar organik atau anorganik yang berbeda membuat sistem yang stabil dengan jarak lapisan yang lebih besar. Pencapaian ini membuka kemungkinan baru dalam menyiapkan bahan hibrida berpori yang dapat menerima modifikasi pasca-sintesis yang berbeda yang melibatkan penambahan gugus fungsi dengan aktivitas katalitik.

Target berikutnya dan sangat menarik untuk mekanisme ADOR adalah pergeseran lapisan individu sebelum kalsinasi, yang dapat mengarah pada kerangka kerja baru. Dalam kasus seperti itu, zeolit ​​​​dengan jumlah saluran ganjil dan memiliki energi yang relatif tinggi pada plot energi/kepadatan yang diusulkan oleh Deem harus dicapai.

Zeolit-zeolit ​​tersebut dianggap “tidak layak”. Mazur dan rekan kerja berhasil dalam hal ini dengan interkalasi kolin klorida pada pH tertentu ke dalam ruang interlayer, yang menyebabkan pergeseran lapisan.

Kondensasi tersebut menghasilkan zeolit ​​IPC-9 baru yang memiliki zeolit ​​10–7 cincin sedangkan penambahan silika ke ruang interlayer diikuti dengan kondensasi menghasilkan zeolit ​​IPC-10 (12–9-cincin). Fitur struktural zeolit ​​​​baru dirangkum dalam Tabel 1. Zeolit ​​ini belum disintesis oleh sintesis solvothermal langsung.

Untuk meningkatkan kestabilan zeolit ​​tersebut dilakukan substitusi Ge dengan Si yang lebih stabil. Tuel, Eliášová atau Wu dan tim mereka mengganti sebagian besar Ge dengan Si, yang secara dramatis meningkatkan stabilitas zeolit ​​ini. Selain itu, Si juga dapat digantikan oleh Al yang memperkenalkan situs asam ke situs struktur.

Opansenko dkk. dibuktikan untuk zeolit ​​ITH dan IWW bahwa aluminium dapat dimasukkan baik secara langsung ke dalam campuran sintesis atau melalui substitusi pasca-sintesis Ge dengan Al, sehingga memperkenalkan aktivitas untuk reaksi yang dikatalisis asam.

Tidak ada keraguan bahwa protokol ADOR merupakan terobosan substansial dalam sintesis zeolit ​​baru yang melengkapi pendekatan sintesis tradisional. Sampai saat ini ADOR masih terbatas pada zeolit ​​germanosilikat, menimbulkan tantangan penting untuk sintesis, yaitu bagaimana memperluas penerapan ADOR pada zeolit ​​tanpa germanium.

Modifikasi Pasca-Sintesis

Keuntungan besar dari zeolit ​​2D terletak pada fleksibilitas struktural dan kimia modifikasi pasca-sintesis yang kaya, terutama manipulasi lapisan dengan menambah, mengurangi atau mempertahankan jarak antar lapisan. Gambar ini didasarkan pada modifikasi zeolit ​​MWW (zeolit ​​dengan prekursor pipih yang disintesis secara hidrotermal); namun, ini dapat dianggap universal untuk semua zeolit ​​2D.

Seperti yang ditunjukkan dalam skema data, prekursor zeolit ​​​​2D terdiri dari lapisan silika kristal bergantian dan molekul SDA di antara lapisan. Berbeda dengan zeolit ​​3D (di mana strukturnya sepenuhnya terikat secara kovalen langsung setelah sintesis), tidak ada ikatan kovalen antara lapisan individu dan seluruh struktur (lapisan kristal dan molekul SDA) tetap bersama hanya dengan interaksi dengan molekul SDA dan ikatan hidrogen.

Dalam kasus transformasi ADOR, prekursor berlapis terbentuk tanpa SDA (misalnya IPC-1(P)) tetapi interkalasi berikutnya dengan molekul yang sesuai (langkah organisasi dalam mekanisme ADOR) adalah kunci untuk manipulasi lapisan dan bahkan lateral. pergeseran lapisan menghasilkan zeolit ​​“tidak layak” IPC-9 dan IPC-10 vide supra). Pendekatan ketiga – sintesis template surfaktan menghasilkan zeolit ​​2D yang mengembang secara intrinsik.

Molekul SDA mencegah koneksi kovalen 3 dimensi penuh (selama sintesis hidrotermal) tetapi menjaga lapisan dalam orientasi teratur satu sama lain (atau molekul interkalasi membantu mengarahkan lapisan dalam mekanisme ADOR).

Setelah kalsinasi, molekul SDA dihilangkan dan selanjutnya terjadi dehidrasi dari dua kelompok silanol yang sesuai membentuk jembatan oksigen kovalen yang menghubungkan lapisan diskrit ke dalam kerangka 3D yang terhubung penuh.

Dalam beberapa kasus, SDA dapat dihilangkan dari prekursor pipih tidak hanya dengan kalsinasi, tetapi juga pada suhu rendah (di bawah 80 °C; "ditempa"), dalam kondisi ketika kondensasi silanol menjadi jembatan oksigen tidak terjadi. Misalnya, template dari MCM-22(P) dapat dihilangkan dengan larutan HNO3 encer (<2 M).

Dalam bahan yang dihasilkan, yang disebut analog MCM-56, lapisan-lapisan diorientasikan secara acak satu sama lain dan bahan MWW yang didetemplasi menunjukkan peningkatan luas permukaan luar (150 vs. 117 m2 g−1) dan penurunan volume mikropori (0,13 vs. 0,17 cm3 g−1) sehubungan dengan 3D-MWW. Demikian pula, sifat tekstur IPC-1 (bahan yang sebagian tidak teratur yang dibentuk oleh pembongkaran UTL) menunjukkan volume mikropori yang lebih rendah dibandingkan dengan PCR yang dipasang kembali yang sesuai (0,095 cm3 g−1vs 0,106 cm3 g−1). Bahan runtuh ini disebut sub-zeolit.

Selain kalsinasi sederhana, membentuk kerangka 3D yang terhubung penuh, juga grup penghubung tambahan (baik atom silikon tambahan atau misalnya jembatan organik) dapat dimasukkan di antara lapisan dan dihubungkan ke grup silanol.

Akibatnya apa yang disebut zeolit ​​diperluas interlayer (IEZ) diperoleh. Proses ekspansi interlayer kadang-kadang disebut sebagai stabilisasi. Zeolit ​​ZEE dicirikan oleh bukaan pori interlayer yang lebih besar dibandingkan dengan struktur induknya.

Misalnya IEZ-MWW memiliki pori-pori 12-cincin dan jarak d-basal 2,7 nm sedangkan MWW konvensional memiliki pori-pori 10-cincin dan jarak-d basal 2,5 nm. Kecuali untuk bahan IPC-2 dan IPC-10, IEZ tidak sepenuhnya terhubung dengan kerangka kerja 3D dan gugus silanol bebas terdapat pada atom penghubung.

Langkah penting dalam modifikasi zeolit ​​2D adalah pemutusan ikatan hidrogen antarlapisan dan perluasan ruang antarlapisan. Proses ini disebut pembengkakan dan dijelaskan dengan baik untuk bahan pipih seperti tanah liat, phyllosilicates dan oksida logam berlapis. Dalam kasus zeolit ​​2D, pembengkakan pertama kali dilakukan menggunakan surfaktan amonium kuaterner pekat (25% berat) (misalnya setiltrimetilamonium hidroksida) dalam media pH tinggi.

Bahan yang mengembang menunjukkan jarak interlamellar yang sangat meningkat (misalnya MWW: d-spacing 5,2 nm vs. 2,6 nm di MWW(P). Perlu dicatat bahwa bahan yang dibuat menggunakan surfaktan mengembang secara intrinsik tetapi sebaliknya, ekor surfaktan adalah tidak mudah dihapus dari ruang interlayer karena merupakan bagian dari SDA.

Pembengkakan bukanlah langkah terakhir dari modifikasi pasca-sintesis dan setelah lapisan dipisahkan, sejumlah bahan lain dapat disiapkan. Lapisan dipisahkan satu sama lain oleh surfaktan organik dan ketika ini dihilangkan, mis. dengan kalsinasi, lapisan runtuh.

Namun, jika dukungan tambahan, yang dapat menahan kalsinasi, dimasukkan, jarak antar lapisan dapat dipertahankan. Ditemukan bahwa tetraethyl orthosilicate (TEOS) dengan mudah menembus di antara rantai surfaktan di ruang interlayer, di mana ia diubah menjadi pilar silika amorf mesopori.

Bahan zeolit ​​terpilar pertama adalah MWW yang dilambangkan dengan MCM-36. Pilaring saat ini merupakan salah satu standar modifikasi material zeolitik 2D (seperti halnya lempung); namun, struktur pilar yang sebenarnya tetap tidak pasti karena kurangnya keteraturan. Selain TEOS murni, juga campurannya dengan logam-alkoksida lainnya (misalnya titanium(IV) butoksida, timah(IV) isopropoksida) dapat digunakan untuk pembuatan pilar, yang menghasilkan pembentukan situs aktif katalitik tambahan.

Selain pilar berbasis silika amorf, juga dapat dimasukkan kelompok lain, seperti silsesquioxanes atau penghubung organik. Yang terakhir menyediakan bahan organik-anorganik hibrida dengan sifat adsorpsi yang menarik.

Baru-baru ini, juga penyisipan kovalen besi, titanium, timah, seng dan europium telah dilaporkan ke dalam RUB-36 (prekursor lamelar CDO). Selain itu, spesies logam yang berubah menjadi nanopartikel logam pada kalsinasi dapat disisipkan dengan memanfaatkan ruang yang diperbesar di antara lapisan zeolit.

Bahan delaminasi terdiri dari lamela berorientasi acak (akhirnya morfologi rumah kartu). Struktur yang sangat terbuka adalah fitur utama dari bahan ini dan idealnya, seluruh permukaan luar lamela dapat diakses dari ruang antar partikel atau mesopori yang lebar.

Corma dkk. menetapkan kelompok bahan ini dengan perlakuan ultrasonik dari lapisan MWW yang membengkak, membentuk bahan yang dilambangkan sebagai ITQ-2. Namun, prosedur delaminasi MWW umumnya tidak dapat diterapkan dan contoh zeolit ​​delaminasi lainnya jarang (hanya prekursor NSI, FER, RWR).

Beberapa upaya untuk mendelaminasi nanosheet MFI menggunakan kondisi yang mirip dengan ITQ-2 telah dilakukan; namun, analisis TEM mengungkapkan bahwa produk (walaupun memiliki luas BET hingga 800 m2 g−1 dan kapasitas adsorpsi total 1,50 cm3 g−1) hanyalah campuran fisik dari nanosheet induk MFI dan silika amorf yang keluar dari pelarutan parsial zeolit. dalam media dasar.

Last but not least, bahan yang membengkak dapat didispersikan ke dalam larutan koloid lamela tunggal. Yang disebut pengelupasan menjadi lapisan tunggal telah dilaporkan untuk zeolit ​​MWW255 dan MFI.

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.