Arsitektur Pori HOZ (Hierarchically Organized Zeolites)
Pada akhirnya, manfaat HOZ bergantung pada kemampuan kita untuk secara tepat merekayasa arsitektur pori dan dengan demikian sifat perpindahan massa untuk aplikasi katalitik yang ditargetkan. Struktur pori hierarkis dapat ditentukan oleh tiga pilar utama, yaitu jumlah, lokasi, dan konektivitas pori-pori yang terkait dengan setiap tingkat.
Dengan menyeimbangkan sifat-sifat ini dengan benar, sistem pori tambahan harus menerangi domain mikropori yang memungkinkan fungsi optimalnya. Analisis porositas dalam HOZs adalah tugas multidimensi yang mencakup mikropori dan setiap meso-/makropori yang terkait dengan kristal zeolit selain porositas interkristalin dari fase zeolit serta yang didefinisikan lebih lanjut setelah membentuk ke dalam bentuk teknis.
Bagian ini membahas aspek-aspek kunci, menilai penerapan dan strategi untuk memperluas metode tradisional serta pendekatan multiteknik canggih, yang dapat dimanfaatkan untuk mendapatkan wawasan tentang masing-masing parameter penting ini.
Ukuran dan Jumlah
Upaya awal untuk mengoptimalkan desain katalis HOZ yang berorientasi aplikasi didasarkan pada rasionalisasi kinerja dengan cara yang paling dapat diukur secara langsung, yaitu peningkatan luas permukaan mesopori volume.
Seperti disebutkan, karena kendala difusi di mana-mana, peningkatan aktivitas besar dapat dengan mudah ditunjukkan melalui HOZ dalam transformasi yang melibatkan substrat besar dan / atau aplikasi fase cair.
Untuk reaksi selektif bentuk, atau yang membutuhkan sifat asam yang terdefinisi dengan baik, dengan cepat disadari bahwa diperlukan kehati-hatian yang ekstrim untuk memastikan bahwa protokol sintesis mempertahankan integritas domain mikropori.
Dengan demikian, salah satu deskriptor paling sukses untuk kinerja HOZ hingga saat ini, faktor hierarki dan variannya, menyeimbangkan efek ini dengan memfaktorkan luas permukaan mesopori relatif dan volume mikropori. Kemampuan untuk mengkategorikan zeolit secara umum dari semua jenis kerangka dengan karakteristik porositas yang mudah dinilai sangat berharga.
Sementara penyerapan N2 dan Ar adalah metode yang populer untuk karakterisasi tekstur HOZ, Ar monatomik sering lebih disukai karena diameter kinetiknya yang lebih kecil (0,34 berbanding 0,37 nm), suhu adsorpsi yang lebih tinggi (87 berbanding 77 K) dan interaksi cairan-dinding yang lebih lemah daripada N2 diatomik, yang membantu mengurangi potensi keterbatasan difusi dan menggeser adsorpsi dalam mikropori ke tekanan yang lebih tinggi, masing-masing.
Dalam hal ini, hanya ada sedikit inovasi pada model tradisional yang diterapkan pada zeolit curah. Namun, metode standar untuk mengakses parameter struktural utama dari isoterm N2, seperti metode Brunauer–Emmett–Teller), t-plot dan BJH (Barrett–Joyner–Halenda), dikembangkan menggunakan isoterm referensi dari bahan tidak berpori.
Ketidakcukupan asumsi ini baru-baru ini ditunjukkan oleh pengungkapan bahwa analisis t-plot dapat menyebabkan perkiraan yang terlalu rendah hingga 40% dalam volume mikropori. Kesulitan yang terkait dengan penurunan distribusi ukuran pori (BJH) dari desorpsi N2, yang sering menghasilkan kontribusi phantom pada 4 nm yang dianggap bergantung pada konektivitas pori, juga telah dijelaskan secara luas.
Analisis komparatif dari cabang adsorpsi dan desorpsi dengan mudah menunjukkan masalah ini dan memungkinkan estimasi volume mesopori yang tersumbat atau menyempit. Implementasi lebih lanjut dari t-plot dan metode BJH generik untuk isoterm nitrogen atau argon telah diusulkan, yang menghilangkan ambiguitas penggunaan metode BJH tradisional dengan isoterm argon.
Untuk bulk dan HOZ, teknik pemodelan pori modern berdasarkan teori fungsional kepadatan non-lokal (NLDFT) sekarang secara rutin diadopsi untuk penilaian ukuran, volume, dan luas permukaan mikro dan mesopori dalam satu pendekatan, menghasilkan kesepakatan yang baik dengan Brunauer –Emmett–Luas permukaan Teller dan kondensasi kapiler.
Namun demikian, pendekatan ini mungkin dalam bahaya menjadi terlalu 'tekan tombol'. Perbedaan potensial dalam sifat penyerapan HOZs belum ditangani secara ketat. Studi pendahuluan oleh Cho et al. mengungkapkan perbedaan dalam transisi fase monoklinik-ortorombik dalam studi XRD in situ tentang perubahan struktural selama penyerapan Ar.
Demikian pula, perbedaan dalam hidrofobisitas dibuktikan dengan penyerapan air menyoroti bahwa permukaan jaringan pori sekunder tidak boleh didekati identik dengan zeolit massal. Probe non-standar seperti hidrokarbon atau air tidak diragukan lagi akan digunakan untuk karakterisasi porositas dengan pengembangan kernel yang ditingkatkan untuk analisis data, dan interaksi kimia probe dengan zeolit dapat dimanfaatkan untuk mendapatkan wawasan lebih lanjut tentang sifat permukaan.
Porosimetri merkuri menawarkan alat yang sangat komplementer untuk deskripsi komprehensif sistem pori bantu yang mengintegrasikan pori-pori berdiameter >4 nm, dan menjadi sangat penting selama peningkatan katalis zeolit menjadi bentuk makroskopik.
Pada prinsipnya, dengan menggabungkan informasi yang diperoleh dari porosimetri Hg dan penyerapan gas, dimungkinkan untuk mengakses distribusi ukuran pori di seluruh rentang skala panjang, yang organisasinya dapat divisualisasikan dengan jelas oleh FIB-SEM.
Namun luar biasa, sampai saat ini, tidak ada model terpadu yang dikembangkan untuk menjembatani data dari isoterm sorpsi dan kurva intrusi. Konvergensi menandai transisi dari teknik khusus untuk deskripsi terpadu dari struktur pori, menggambarkan arah yang jelas untuk pengembangan metode baru untuk mendapatkan wawasan bahan dengan struktur pori hirarkis.
Lokasi
Mengingat keragaman struktural HOZs, pengetahuan tentang sifat berpori massal saja tidak cukup untuk menetapkan aspek penting mengenai integrasi sistem pori tambahan, misalnya, apakah tingkat porositas yang berbeda hidup berdampingan dalam fase yang sama, bagaimana pori-pori didistribusikan dan sebagainya.
Dalam hal ini, tidak ada yang lebih nyata daripada visualisasi langsung dari arsitektur pori. Dibandingkan dengan zeolit massal, di mana teknik mikroskopis terutama digunakan untuk menentukan ukuran partikel dan morfologi, tantangan multidimensi untuk memeriksa organisasi struktural di HOZ telah memicu pengembangan pendekatan pencitraan yang jauh lebih maju.
Menghadapi gerakan ini, de Jong dkk. secara elegan mencontohkan rekonstruksi tomografi 3D TEM dan analisis kuantitatif jaringan pori dalam kristal zeolit USY komersial. Sementara ini memungkinkan penurunan fraksi mesopori yang menyempit, liku-liku jaringan mesopori dan distribusi ukuran domain mikropori yang tersisa, relevansi katalitik dari parameter ini belum banyak dieksplorasi.
Pada saat yang sama, Karwacki et al. mengambil strategi yang berbeda, menunjukkan penerapan mikroskop elektron pemindaian berkas ion terfokus untuk memeriksa, dengan resolusi 5.2 nm, heterogenitas ukuran mesopori yang dikembangkan pada pengukusan sehubungan dengan orientasi kristalografi. dalam kristal ZSM-5 berbentuk peti mati individu (100 × 20 × 20 μm3).
Meskipun berpotensi menghasilkan petunjuk mekanistik yang berharga untuk pembentukan mesopori, tidak jelas bagaimana wawasan ini akan diterjemahkan ke ukuran partikel yang lebih kecil dan/atau morfologi yang lebih kompleks yang khas dari zeolit industri, yang akan sulit untuk diperiksa secara langsung dengan metode ini.
Jelas bahwa pendekatan pencitraan yang optimal harus memberikan informasi yang tepat sambil memungkinkan throughput yang tinggi untuk memungkinkan keterwakilan statistik yang baik. Jadi, sampai metode yang ditingkatkan dikembangkan untuk mengotomatisasi akuisisi gambar, penyelarasan seri kemiringan, rekonstruksi, dan visualisasi dan interpretasi, metode tomografi kemungkinan tidak akan mendapatkan penerapan yang luas untuk analisis rutin.
Sebuah jembatan mungkin datang dalam bentuk strategi korelatif. Misalnya, dalam model zeolit tipe MFI dengan porositas curah setara, integrasi mesopori dalam konfigurasi 'terbuka' dan 'terbatas' yang berbeda dapat dikuatkan berdasarkan penilaian multiteknik.
Di sini, perbedaan volume mesopori yang ditentukan oleh penerapan porosimetri merkuri dalam hubungannya dengan penyerapan nitrogen, memberikan ukuran aksesibilitas jaringan pori tambahan.
Wawasan lebih lanjut tentang asal struktural dari aksesibilitas yang berbeda dicapai melalui pengamatan simultan dari struktur eksternal dan massal dengan lokasi identik elektron sekunder dan pencitraan medan gelap annular sudut tinggi, yang mengkonfirmasi lokasi yang lebih internal atau eksternal dari mesopori.
Tentu saja teknik berbasis elektron memiliki keterbatasan yang diketahui, seperti kebutuhan akan transparansi berkas dalam mode transmisi, dan sensitivitas struktural sampel terhadap iradiasi elektron serta metode pemotongan yang diterapkan selama preparasi sampel dan/atau akuisisi gambar.
Di sini, strategi untuk meminimalkan paparan sampel, seperti melalui penggunaan pemindaian atau mode pencitraan dosis rendah, dan untuk meningkatkan toleransi sampel, misalnya, melalui pendinginan kriogenik, menjadi semakin populer.
Konektivitas
Terlepas dari jumlah atau lokasi, jika jaringan pori tambahan tidak terhubung dengan baik, mereka tidak akan berkontribusi secara efisien pada peningkatan perpindahan massa di HOZ. Konektivitas adalah parameter multivariat kompleks yang mencakup antarmuka antara setiap tingkat porositas, yaitu penyatuan mikro-mesopori, mikro-makropori, dan meso-makropori.
Sementara pendekatan visualisasi dan porosimetri dijelaskan menangkap fitur tertentu dari konektivitas sistem pori sekunder, aspek yang paling menarik dari antarmuka mikro dan mesopori tetap menggoda di luar jangkauan.
Meskipun dimanifestasikan dalam respons berbagai metode, sejauh ini sangat sedikit kemajuan yang telah dibuat untuk membedakan secara kuantitatif dampak konektivitas pori. Contoh yang jelas adalah penyerapan gas. Beranjak dari analisis standar, penelitian terbaru oleh Garcia-Martinez et al. menunjukkan potensi untuk menyelidiki penyempitan pori dalam zeolit USY mesostruktur melalui pemindaian loop histeresis di isoterm Ar.
Sementara adsorpsi pori reversibel dibuktikan pada 87 K, dengan menurunkan suhu (77 dan 64 K) dimungkinkan untuk menginduksi dan dengan demikian mempelajari bentuk loop histeresis. Indikasi serupa dari sensitivitas penyerapan gas juga dicapai dengan simulasi molekuler Coasne et al., yang menunjukkan bahwa konfigurasi struktur pori hierarkis dapat mengganggu kondensasi kapiler, menekan loop histeresis pada isoterm N2.
Namun, penting untuk dicatat bahwa loop histeresis juga dapat ditekan oleh kekasaran permukaan serta suhu, dan kurangnya histeresis dapat disalahartikan sebagai struktur pori yang terhubung dengan baik.
Hanya baru-baru ini, spektroskopi seumur hidup pemusnahan positron terbukti memiliki sensitivitas yang belum pernah terjadi sebelumnya terhadap arsitektur pori di HOZs. Hebatnya, hubungan langsung antara pelepasan spesies orto-positronium yang terbentuk pada implantasi positron ke vakum, yang secara langsung berhubungan dengan konektivitas global jaringan pori, dan masa pakai katalis zeolit tipe MFI hierarkis dibuat dalam konversi metanol menjadi hidrokarbon.
Cara dinamis di mana positron menginterogasi padatan berpori membuka peluang unik untuk karakterisasi arsitektur pori dan fungsionalitas kimianya. Namun, pekerjaan ini saat ini dalam tahap yang sangat awal dan sejumlah faktor praktis, seperti kebutuhan akan sumber radioaktif dan kurangnya kerangka kerja yang komprehensif untuk analisis dan interpretasi spektral, perlu ditangani untuk memperluas penerapan teknik untuk penilaian HOZ.
Khususnya, sensitivitas spektroskopi seumur hidup pemusnahan positron hanya awalnya dikenali melalui perbandingan HOZ yang sengaja disintesis dengan lokasi mesopori yang berbeda. Ini menunjukkan bahwa, dengan pemahaman yang lebih baik, masih ada ruang untuk teknik lain yang kurang dikenal untuk berkontribusi pada meningkatnya permintaan akan pemahaman struktural yang tepat dari bahan hierarkis.
Misalnya, 129Xe NMR hiperpolarisasi, yang sebelumnya terbukti sensitif terhadap pertukaran antara lingkungan pori yang berbeda di zeolit delaminasi dan mesopori, belum dapat menawarkan cara yang lebih nyata untuk merasionalisasi perilaku perpindahan massa.
Karena konektivitas pori adalah salah satu parameter utama yang mempengaruhi transportasi molekuler, pengukuran difusi dari substrat dan produk sebenarnya, pada gilirannya, diharapkan dapat berkontribusi pada penjelasan konektivitas pori.
Misalnya, peningkatan konversi minyak-ke-bensin dan penurunan kecenderungan pembentukan kokas dalam berbagai katalis perengkahan katalitik fluida dengan difusivitas yang meningkat, sangat menguatkan hubungan antara masa pakai katalis dan konektivitas pori.
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.