Difusi dan Efisiensi Katalis Dalam Zeolit Hierarkis (HOZ)
Persiapan zeolit hierarkis dengan keterbatasan difusi berkurang dan efisiensi katalis ditingkatkan telah menjadi fokus penting dalam bidang zeolit dan kimia bahan berpori dalam beberapa dekade terakhir. Tinjauan ini akan fokus pada difusi dan efisiensi katalis zeolit hierarkis dan katalis industri.
Manfaat difusi dan efisiensi katalis pada dua tingkat hierarki (tingkat komponen zeolitik dan tingkat katalis industri) dari sudut pandang teknik reaksi kimia akan dianalisis.
Pada tingkat komponen zeolitik, disajikan tiga jenis mesopori berdasarkan strategi yang diterapkan untuk meningkatkan faktor efektivitas katalis: (i) 'mesopori fungsional' (meningkatkan difusivitas efektif); (ii) 'mesopori bantu' (mengurangi panjang difusi); dan (iii) ‘mesopori terintegrasi’ (kombinasinya). Pada tingkat katalis industri, lokasi dan interkonektivitas antara komponen konstitutif terungkap.
Interkonektivitas pori hierarkis dalam katalis industri multi-komponen berbasis zeolit dicontohkan oleh perengkahan katalitik fluida dan katalis hidroisomerisasi bi-fungsional. Desain rasional katalis zeolit industri pada komponen zeolit hierarkis dan tingkat tubuh katalis dapat sepenuhnya dipahami dengan menggunakan teknik spektroskopi, mikroskopis dan difraksi in situ dan/atau operando yang canggih.
Katalis Zeolit dan Difusi
Zeolit adalah bahan berpori kristal yang terdiri dari unsur-unsur yang terkoordinasi secara tetrahedral (Si, Al, P, Ti, dll) yang dihubungkan oleh ikatan jembatan oksigen. Karena struktur kristal yang unik, komposisi kimia yang bervariasi, stabilitas termal yang tinggi dan keasaman permukaan, zeolit banyak digunakan dalam pemurnian minyak bumi, petrokimia, kimia halus dan katalisis lingkungan.
Namun, untuk reaksi di mana molekul besar dengan diameter lebih besar dari mikropori zeolit yang terlibat, transportasi massa reaktan dari permukaan luar ke situs aktif asam mengalami resistensi difusi yang kuat, menyebabkan efisiensi katalis berkurang (vide infra).
Selanjutnya, bahkan jika reaktan cukup kecil untuk memasuki volume internal zeolit, resistensi difusi juga dapat memperpanjang waktu kontak dengan situs aktif asam dalam kristal, yang dapat menyebabkan reaksi samping dan penonaktifan. Oleh karena itu, meningkatkan efisiensi dan meningkatkan konversi catalytic cracking zeolit adalah salah satu masalah yang paling mendesak baik untuk akademisi maupun industri.
Analisis teoritis dari aspek teknik reaksi kimia dapat memberikan beberapa solusi untuk masalah tersebut di atas. Berdasarkan hukum aksi massa, laju reaksi sebanding dengan konsentrasi reaktan. Namun, karena resistensi difusi, konsentrasi di dekat permukaan katalis biasanya menyimpang dari konsentrasi di situs aktif asam. Oleh karena itu, dua deskriptor diusulkan untuk pengukuran kuantitatif efisiensi katalis dalam rekayasa reaksi kimia.
Difusi dan Efisiensi dalam Katalis Zeolit Hierarkis
Analisis teoritis dari aspek teknik reaksi kimia dapat memberikan beberapa solusi untuk masalah tersebut di atas. Berdasarkan hukum aksi massa, laju reaksi sebanding dengan konsentrasi reaktan. Namun, karena resistensi difusi, konsentrasi di dekat permukaan katalis biasanya menyimpang dari konsentrasi di situs aktif asam.
Dalam proses katalitik industri nyata, komponen zeolit saja (bahkan dengan struktur hierarkis) tidak dapat memenuhi semua persyaratan. Seperti ditunjukkan pada data,katalis multikomponen berbasis zeolit secara intrinsik memiliki struktur hierarki mikro/makropori yang terdiri dari mikroporositas zeolit dan makroporositas non-zeolit.
Jika komponen zeolit adalah zeolit hierarkis, mesopori tambahan akan terintegrasi dan membentuk badan katalis hierarki trimodal mikro/meso-/makropori.
Jelas, ada dua tingkat hierarki untuk badan katalis multikomponen zeolit, yaitu (i) hierarki di tingkat zeolit, dan (ii) hierarki di tingkat katalis industri. Pada bagian berikut dari tinjauan ini, kami akan mengungkapkan aspek sintesis, karakterisasi dan difusi dari katalis zeolit hierarki multi-komponen yang digunakan secara industri di kedua tingkat.
Penyusunan hierarki zeolit telah menjadi fokus di bidang zeolit dan ilmu material berpori dalam beberapa dekade terakhir. Mengingat peningkatan efisiensi katalis untuk reaksi katalitik yang dikendalikan difusi, klasifikasi mesopori sangat penting.
Mesopori Fungsional
Jika ketebalan dinding mesopori berada pada skala beberapa unit sel, kendala difusi dalam struktur mikropori dapat diabaikan. Untuk jenis bahan zeolitik hierarkis ini, lapisan zeolit sangat tipis sehingga dapat secara langsung dianggap sebagai dinding mesopori yang mencakup situs aktif asam di permukaannya.
Dalam hal ini, mesopori disebut mesopori fungsional. Karena dinding mesopori yang lebar, tipe difusi berubah dari difusi konfigurasi ke permukaan atau difusi Knudsen, dan Deff meningkat beberapa kali lipat, yang mengarah ke peningkatan besar efektivitas katalis. Mesopori di: (i) memesan bahan mesopori; (ii) zeolit berpori ekstra besar; dan (iii) lembaran nano zeolit ultra-tipis atau sel unit tunggal adalah contoh khas dari mesopori fungsional.
Difusi dan HOZ
Tujuan utama merancang HOZ adalah untuk memanfaatkan situs aktif secara lebih efisien dalam aplikasi katalitik dengan meningkatkan atribut transpor, yang dapat dinyatakan dalam hal efektivitas katalis. Faktor efektivitas dan profil konsentrasi yang diharapkan dari tamu dalam zeolit dapat diperkirakan dengan pengetahuan tentang difusivitas efektif dan beberapa parameter kinetik dasar.
Tergantung pada laju pertukaran antara mikropori dan jaringan pori tambahan, dua kasus pembatas dapat diidentifikasi yang menentukan kontribusi relatif dari difusi mesopori (pertukaran cepat) dan pengurangan panjang difusi karakteristik (pertukaran lambat) terhadap peningkatan transpor secara keseluruhan. dari HOZ yang diberikan.
Namun, meskipun kinerja HOZ yang unggul umumnya dianggap berasal dari transportasi molekuler yang difasilitasi, hingga saat ini hanya sejumlah penelitian yang mengukur karakteristik difusi. Peningkatan transpor pada prinsipnya dapat dengan mudah diakses melalui metode apa pun yang mampu mengikuti laju penyerapan dan pelepasan molekul tamu, seperti gravimetri, spektroskopi IR atau NMR, atau kolom dan frekuensi nol-panjang metode respon.
Namun, dalam praktiknya, variasi dalam nilai absolut dan peningkatan relatif dari difusivitas efektif atas orde besarnya tidak jarang tergantung pada teknik, kondisi pengukuran dan molekul probe yang digunakan, serta sifat sampel. Faktanya, untuk zeolit dan struktur pori hierarki tertentu, mekanisme perpindahan massa intrinsik yang berlaku dapat diubah oleh molekul tamu dan kondisi pengukuran.
Sehubungan dengan sampel, dua aspek yang sangat menantang berurusan dengan heterogenitas kristal dan ukuran dan geometri mesopori, yang efeknya dapat sepenuhnya mendominasi mekanisme pengaturan perpindahan massa.
Khususnya, karena prevalensi resistensi transpor pada permukaan luar atau di dalam kristal zeolit, bahkan perpindahan massa dalam zeolit massal tidak dapat dijelaskan dengan difusivitas intrakristalin saja.
Situasi hanya menjadi lebih kompleks untuk HOZ, di mana hambatan antarmuka antara tingkat porositas tambahan juga harus diperhitungkan. Jika perluasan domain mikropori jauh lebih kecil dari pada kristal, kontribusi hambatan tersebut untuk transportasi keseluruhan dapat mendominasi resistensi oleh difusi mikropori.
Akibatnya, untuk mendapatkan informasi tentang asal mikrodinamika peningkatan transportasi, analisis yang sangat terlibat yang membutuhkan keahlian khusus biasanya penting. Untuk mencapai impian memprediksi profil konsentrasi molekul dalam jaringan pori, eksplorasi mendalam dari proses dasar perpindahan massa melalui penerapan pengukuran difusi mikroskopis sangat penting. Pencitraan mikro IR (Inframerah) serta pelacakan molekul tunggal dan mikrospektroskopi, berpotensi dapat membedakan dua kasus pembatas distribusi tamu di HOZ.
Sementara pelacakan molekul tunggal memberikan informasi langsung tentang laju propagasi molekul individu, dan dengan demikian permeabilitas ruang pori, hamburan neutron kuasielastik dan gradien medan berdenyut NMR menawarkan wawasan pelengkap mengenai keseluruhan rakitan molekul.
Menjadi berlaku untuk setiap molekul yang mengandung proton, kisaran probe setuju untuk teknik terakhir secara signifikan melebihi pelacakan molekul tunggal, yang sejauh ini memerlukan penerapan fluorophores.
Sementara panjang jalur difusi yang dapat diakses oleh NMR gradien medan berdenyut bervariasi dari sekitar seratus nanometer hingga puluhan mikrometer, hamburan neutron kuasielastik sensitif terhadap perpindahan lebih dari nanometer yang memungkinkan laju perpindahan molekul dalam wilayah mikropori murni untuk dipantau bahkan dalam sistem pori hierarkis. .
Melengkapi informasi tentang tingkat pertukaran molekul antara ruang pori yang berbeda dapat diberikan oleh 129Xe NMR dan pertukaran solid state NMR dengan memanfaatkan kepekaannya terhadap lingkungan kimia. Studi simulasi mencari asal struktural resistensi ini juga mendapatkan peningkatan relevansi.
Meskipun kami sekarang membuang teknik yang sangat canggih untuk mengukur peningkatan transportasi dengan mengukur penyerapan dan pelepasan molekul tamu, korelasi dengan sifat katalitik HOZ masih agak terbatas. Kesulitan-kesulitan ini sebagian besar terkait dengan ukuran nanoscopic domain kristalin di HOZs, mengingat fakta bahwa pemantauan profil konsentrasi transien selama pemisahan massa dan konversi katalitik baru-baru ini menjadi mungkin dengan microimaging dalam kristal massal besar.
Pengetahuan tentang profil tersebut, bagaimanapun, merupakan prasyarat dari setiap pemahaman mendalam tentang fenomena perpindahan massa, dan diharapkan bahwa kemajuan akan memungkinkan perluasan teknik untuk mencocokkan atau melampaui pemetaan reaktivitas dicapai melalui mikroskop fluoresensi.
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.