Kekuatan Asam ZeolitDan Implikasinya Dalam Katalisis
Sebelum tahun 1994, zeolit penukar H disebut sebagai “superasam”, yaitu dengan kekuatan asam yang lebih besar daripada asam sulfat pekat. Akibatnya, mekanisme reaksi yang dikatalisis oleh H-zeolit seperti perengkahan hidrokarbon, dianggap berasal dari istilah yang melibatkan ion karbenium sederhana dan dirasionalisasikan menurut kimia yang diketahui dari zat antara energi tinggi yang eksotik ini, seperti yang diperoleh dari studi yang dibuat tentang reaksi dalam media superasam cair sejati.
Kekuatan Asam Zeolit
Namun, berdasarkan bukti baru, mungkin lebih masuk akal untuk menyebut H-zeolit sebagai ''asam padat'' atau ''katalis asam padat'', daripada menentukan derajat keasaman tertentu. Subyek telah ditinjau oleh Haw yang telah membuat kontribusi mani untuk topik.
Sulit untuk menentukan kekuatan asam bahan padat karena zat tertentu mungkin mengandung campuran situs asam Brønsted (proton) dan situs asam Lewis, dan beberapa zeolit juga mengandung kation polivalen dan situs cacat permukaan yang juga dapat berfungsi dengan cara sebuah asam. Oleh karena itu properti ini lebih jauh lagi agak sulit untuk diukur.
Sejumlah metode spektroskopi telah digunakan, dalam hubungannya dengan adsorpsi molekul basa probe, untuk mengukur kekuatan asam basa yang dihasilkan '' netralisasi '' situs Brønsted. Memang sekarang diperkirakan bahwa penggunaan indikator Hammett yang teradsorpsi pada permukaan zeolit dan asam padat lainnya mungkin menjadi penyebab banyak kebingungan tentang kekuatan asam dari bahan-bahan ini.
Keasaman Hammett (HBH+) dari 100% asam sulfat adalah 12, dan ini dianggap sebagai nilai ambang batas di mana sistem didefinisikan sebagai superasam. Kekuatan asam zeolit sering disebut dalam kisaran 12 sampai 24 dan dengan jelas mereka akan dianggap sebagai superasam padat.
Daripada mengandalkan perubahan warna indikator, yang sulit ditentukan dalam media padat, Haw et al. menggunakan NMR sebagai ukuran langsung derajat protonasi untuk empat indikator Hammett yang umum. Kesimpulannya adalah bahwa meskipun basa kuat p-fluoroanilin (HBH+ +2.4) terprotonasi pada zeolit HY dan H-ZSM-5, basa lemah p-fluoronitrobenzena (HBH+ 12.4) tidak terprotonasi, sehingga zeolit tidak terprotonasi. superasam menurut definisi Hammett.
Kesimpulan ini didukung oleh studi NMR MAS 15N yang menunjukkan bahwa indikator Hammett lain yang mendekati 12 tidak terprotonasi dalam zeolit normal. Kelompok Haw menggunakan NMR untuk mengukur produk yang terbentuk dalam reaksi katalis zeolit pada suhu 523K atau kurang karena bahan yang digunakan dalam konstruksi probe NMR menghalangi suhu yang lebih tinggi.
Umumnya, Haw tidak menemukan perbedaan yang signifikan antara pengukuran yang dilakukan pada suhu kamar dan 523K, tetapi kemungkinan tetap bahwa zeolit dapat mengembangkan keasaman yang jauh lebih besar pada suhu yang lebih tinggi ketika mereka biasanya digunakan untuk konversi katalitik nyata.
Roduner dan Dilger mempelajari perubahan entropi yang terkait dengan deprotonasi zeolit yang menunjukkan bahwa zeolit-H sebenarnya kurang asam kuat pada suhu tinggi, seperti halnya larutan asam mineral dalam air. Oleh karena itu, jika zeolit bukan superasam pada suhu sekitar, kemungkinan besar tidak akan menjadi asam pada suhu yang lebih tinggi.
Jika zeolit bukan superasam, mekanisme lain yang lebih kompleks harus digunakan untuk menjelaskan sifat kimianya. Spektra 13C NMR keadaan padat dari benzena dalam zeolit HY dibandingkan dengan yang diukur pada asam padat dan beku dan mengkonfirmasi bahwa ada sedikit atau tidak ada transfer proton ke benzena dari zeolit.
Pertukaran isotop hidrogen-deuterium telah diamati terjadi untuk berbagai hidrokarbon ketika mereka teradsorpsi dalam HyD-zeolit, yang umumnya dikaitkan dengan protonasi hidrokarbon dengan pembentukan zat antara karbokation (karbenium atau karbonium) menurut sifat superasam dari zeolit. Dalam studi pertukaran H-D untuk metana yang teradsorpsi dalam zeolit, disimpulkan bahwa mekanisme bersama bertanggung jawab dan bukan perantara ion karbonium bebas lima koordinat.
Telah dilakukan penelitian terhadap perdeuteriobenzena (C6D6) yang teradsorpsi pada zeolit H menggunakan 1H MAS NMR, dimana sinyal proton benzena, yang dibentuk oleh pertukaran D-H dengan zeolit, dipantau. Untuk zeolit H-ZSM-5, USY dan Na, energi aktivasi HY 60,2kJ mol-1, 84,9kJ mol-1, 107kJ mol-1 ditentukan masing-masing, dan mendekati yang ditentukan dari model teoritis.
Telah ditunjukkan bahwa afinitas proton fase gas dari n-heksana adalah 665kJ mol-1 yang terlalu lemah untuk transfer proton lengkap terjadi dalam zeolit. Studi teoretis telah memberikan mekanisme model yang meyakinkan di mana perengkahan alkana terjadi melalui keadaan transisi di mana kerangka dasar atom oksigen di dekat situs Brønsted bertindak untuk menstabilkan proton dan fragmen teraktivasi dari hidrokarbon.
Perbedaan signifikan dari mekanisme yang diterima adalah bahwa hanya transfer muatan parsial yang diperlukan daripada pembentukan karbokation yang sepenuhnya bebas, sehingga jalur energi yang lebih rendah tersedia daripada jalur yang diperlukan untuk membuat intermediet berenergi tinggi tersebut.
Proses MTG
Proses Metanol ke Bensin (MTG) adalah cara mengubah metanol menjadi campuran hidrokarbon yang cocok untuk pembakaran dalam mesin pembakaran dalam, dan dikatalisis oleh zeolit H-SZM-5. Meskipun telah berlalu tiga puluh tahun sejak perkembangannya, di mana upaya penelitian besar-besaran tentang topik ini telah dilakukan di dunia akademis dan industri, mekanisme yang tepat untuk itu tetap menjadi bahan kontroversi.
Ada pergeseran minat yang lebih baru dalam proses umum konversi metanol menjadi hidrokarbon dari tujuan awal membuat bahan bakar sintetis menjadi konversi metanol menjadi olefin ringan menggunakan katalis silika-aluminofosfat yang kurang asam kuat (HSAPO-34). Ketertarikan pada proses methanol-to-olefins (MTO) ini muncul dari prospek bahwa proses tersebut dapat menyediakan sarana untuk konversi metana menjadi poliolef in.
Strategi lengkap akan melibatkan metana pengubahan uap dari gas alam untuk membentuk campuran H2, CO dan CO2 (''gas sintesis'') dari mana metanol dapat disintesis menggunakan katalis Cu/ZnO/Al2O3. Jika metode yang ekonomis ditemukan untuk mengubah metanol menjadi olefin ringan, industri plastik dunia hanya bergantung pada gas alam daripada minyak impor.
Namun, impor gas semakin meningkat ke banyak negara termasuk Inggris yang sekarang menjadi pengimpor energi bersih daripada pengekspor seperti dulu karena ladang Laut Utara sedang menurun, sehingga ketergantungan pada sumber daya impor tidak serta merta dihilangkan.
Baik proses MTG atau MTO menimbulkan teka-teki mekanistik tentang bagaimana ikatan C22C pertama terbentuk dari bahan baku molekul yang hanya mengandung satu atom karbon, yaitu metanol.
Setidaknya ada 20 mekanisme berbeda yang diusulkan untuk menjelaskan hal ini termasuk yang didasarkan pada ion karbenium CH3þ, oksonium ilida, misalnya Si2O+ –CH2, dan spesies radikal bebas153–155. Yang terakhir sangat menarik dalam kesederhanaannya, karena pembentukan ikatan C-C dari radikal CH3OCH2yang berasal dari metanol dalam H-ZSM-5 melibatkan kombinasi radikal sederhana langkah.
Eksperimen spin trapping yang dikombinasikan dengan spektroskopi ESR telah memberikan bukti bahwa radikal terbentuk dalam fase gas ketika dimetil eter (produk utama yang dibentuk oleh dehidrasi metanol) berinteraksi dengan H-ZSM-5156, meskipun tidak jelas apakah mereka adalah intermediet utama. dalam proses MTG.
Dalam hal ini, spesies radikal bebas dapat terperangkap spin dari fase gas dari berbagai model sistem katalitik yang berbeda, tetapi seberapa penting mereka dalam reaksi katalitik nyata tidak diketahui158. Pengaruh cocatalytic ditunjukkan ketika campuran metanol dan toluena disuntikkan ke dalam reaktor yang mengandung H-ZSM-5. Untuk menjelaskan pengamatan ini, pembentukan intermediet ion karbenium yang distabilkan resonansi dalam zeolit dengan mekanisme alkilasi rantai samping diusulkan.
Sedikit kemajuan lebih lanjut dibuat sampai pertengahan 1990-an ketika Dahl dan Kolboe memajukan mekanisme '' kolam hidrokarbon '' di mana fungsi metanol adalah untuk memetilasi molekul hidrokarbon dari struktur yang tidak diketahui yang teradsorpsi pada permukaan katalis, dan akhirnya mengarah ke olefin melalui paralel. jalur reaksi.
Kelompok Haw mulai mencari intermediet kunci di kolam hidrokarbon menggunakan metode NMR in situ pulse-quench eksperimental. Konversi metanol yang dikatalisis oleh H-ZSM-5163 dan HSAPO-34 diselidiki. Di antara spesies yang diidentifikasi dalam H-ZSM-5 adalah ion 1,3-dimetilsiklopetenil karbenium dalam kesetimbangan dengan diena siklik netral terkait, dan ion benzenium karbenium tersubstitusi metil dalam kesetimbangan dengan turunan benzena termetilasi netral.
Pada H-SAPO-34, pusat reaksi kritis tampaknya merupakan turunan benzena termetilasi. Haw telah menyimpulkan bahwa langkah inisiasi dalam katalisis MTO/MTG benar-benar hantu, dan bahwa spesies kolam hidrokarbon pertama dibentuk oleh pengotor organik.
Dia berpendapat bahwa hanya mekanisme kolam hidrokarbon ''tidak langsung'' yang menyumbang hasil yang diamati dari katalisis konversi metanol MTO/MTG, dan jika ada reaksi ''langsung'' yang terjadi, itu jauh lebih lambat daripada proses yang melibatkan kumpulan hidrokarbon. Oleh karena itu inisiasi reaksi MTO/MTG umumnya disebabkan oleh pengotor organik yang membentuk beberapa pusat reaksi pertama.
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.