Struktur dan Aplikasi Penyimpanan Hidrogen (Hydrogen Storage) dalam Zeolit
Ketertarikan pada zeolit sebagai bahan penyimpan hidrogen muncul dari beberapa atribut dasar yang sama yang telah dieksploitasi di bidang lain. Struktur porinya menawarkan luas permukaan internal yang tinggi, yang merupakan atribut yang berguna untuk fisisorpsi hidrogen.
Penyimpanan Hidrogen
Salah satu keuntungan potensial menggunakan zeolit sebagai bahan penyimpan hidrogen adalah stabilitas termal dan kimianya, yang telah terbukti berguna dalam aplikasi katalitik. Hal ini dicontohkan oleh kurangnya mudah terbakar baik di udara dan, khususnya, di atmosfer hidrogen.
Adanya kation yang dapat ditukar memungkinkan penyetelan karakteristik, misalnya logam transisi dapat digunakan untuk meningkatkan pengikatan hidrogen dalam zeolit, sedangkan ukuran kation pada prinsipnya dapat digunakan untuk menyetel bukaan pori dan ruang pori bebas.
Penggunaan kation tukar yang berbeda dapat menawarkan panas adsorpsi termodinamika yang berbeda. Ini memungkinkan zeolit untuk "disetel" untuk memberikan peningkatan adsorpsi hidrogen pada suhu yang lebih tinggi. Penyimpanan hidrogen dalam zeolit dapat dikategorikan ke dalam dua rezim terpisah: ruang hingga suhu tinggi di bawah tekanan (enkapsulasi) dan kriogenik.
Penyimpanan hidrogen dalam zeolit telah dipelajari sejak tahun 1970-an, dengan penelitian awal difokuskan pada enkapsulasi hidrogen pada ruang dan suhu tinggi, tekanan tinggi dalam sangkar zeolit. Diameter kinetik molekul hidrogen adalah 2,89 Å, sehingga tidak dapat mengakses ruang hampa tertentu pada zeolit.
Bukaan 6-cincin kira-kira 2,3 Å mencegah difusi hidrogen ke dalam sangkar sodalit dalam kondisi sekitar. 8-cincin, yang dapat bertindak sebagai akses ke -cage di sisi lain, berdiameter 4,2Å sehingga dapat mengakomodasi ini secara bebas dalam kondisi sekitar.
Kation yang lebih besar yang biasanya menempati cincin ini, memungkinkan penangkapan hidrogen yang lebih baik daripada kation yang lebih kecil, meskipun jari-jari ioniknya yang lebih besar menyebabkannya menempati lebih banyak ruang sehingga mengurangi volume yang tersedia.
Dalam kasus NaA, serapan sekitar 0,1% berat diamati pada suhu kamar pada 10 bar, nilai ini mendekati 0,4% berat pada 60 bar. Disimpulkan bahwa kapasitas dapat mencapai 1,2% berat hidrogen pada 700 bar pada suhu kamar.
Retensi dan enkapsulasi hidrogen setelah kembali ke kondisi sekitar tidak ditemukan sebaik dalam kasus natrium zeolit. Sebagai perbandingan, zeolit yang ditukar kalium kehilangan 46% hidrogen yang dienkapsulasi selama 45 jam pada 25°C; penggantian dengan cesium mengakibatkan hilangnya hanya 7% pada 25 °C selama 5 hari.
Pada substitusi parsial natrium dengan cesium dalam zeolit A diamati bahwa menggunakan kombinasi natrium dan cesium pembebanan bisa sampai 3 kali lipat lebih besar dari sampel natrium penuh dan hampir dua kali lipat dari sampel cesium, sekitar 0,6% berat pada 300 °C dan 917 bar. Efek ini dianggap berasal dari jalur difusi terkontrol, dengan ion cesium secara istimewa mengambil tempat yang memblokir beberapa dari 8-cincin.
Ini meminimalkan difusi dari -cage langsung ke -cage, dan menggantikannya terutama dengan difusi melalui -cage ke -cage, yang memungkinkan peningkatan efek perangkap. Efek dari trapping juga telah diamati pada struktur faujasite yang menunjukkan bahwa trapping tidak hanya terjadi di -cage zeolit A.
Satu studi menunjukkan generasi klaster paladium tersumbat, dengan pertukaran ion dan reduksi di bawah hidrogen, di NaY. Pada beban yang cukup rendah ini sebagian besar terbatas pada permukaan internal; pada beban yang lebih tinggi nanopartikel terkumpul pada permukaan zeolit. Diharapkan bahwa beban rendah menjaga lubang pori bebas untuk difusi hidrogen.
Peningkatan signifikan terlihat pada isoterm suhu kamar: serapan yang dapat diabaikan diamati untuk induk NaY, namun sampel yang disiapkan dengan paladium 1% berat mengalami peningkatan 5 kali lipat pada 25 ° C dan 1 bar hidrogen. Pemuatan yang lebih tinggi menunjukkan penyerapan yang mirip dengan paladium curah bubuk, mungkin karena pembentukan paladium curah.
Bahan Berpori Sebagai Hydrogen Storage
Akhir-akhir ini telah ada minat besar dalam bahan berpori untuk penyimpanan hidrogen pada suhu kriogenik. Zeolit dianggap karena stabilitas termal dan kimianya yang memberikan keunggulan berbeda dibandingkan MOF dan karbon berstruktur nano, meskipun yang terakhir menunjukkan tingkat adsorpsi yang lebih besar.
Dalam kondisi kriogenik, fisisorpsi terjadi melalui interaksi van der Waals. Juga pada suhu ini akses melalui pori-pori yang lebih kecil tidak tersedia berbeda dengan enkapsulasi tekanan tinggi sebelumnya. Hal ini terjadi karena kurangnya fleksibilitas vibrasi dalam kerangka zeolit, tetapi juga karena hidrogen berperilaku sebagai partikel pseudo-kuantum di dekat suhu pencairannya, meningkatkan diameter yang dirasakan hingga setinggi 4,089 Å.
Studi penyimpanan hidrogen kriogenik dalam zeolit untuk tujuan aplikasi yang sebenarnya dimulai pada 1990-an. Analisis awal beberapa struktur zeolit tertukar hidrogen menunjukkan korelasi yang kuat antara ukuran pori dan volume zeolit dengan serapan pada tekanan rendah. Penyerapan sekitar 0,7 wt% diamati hingga 0,65 bar dalam kasus H-mordenit, yang lebih baik daripada H-ZSM-5 dan H-Y.
Studi lebih lanjut yang menguraikan bahwa serapan dalam ZSM-5 lebih besar daripada zeolit L dan feririt membantu menguatkan perlunya volume pori yang besar sebagai faktor pendorong untuk meningkatkan penyimpanan. Disimpulkan bahwa bahan berpori yang baik untuk penyimpanan hidrogen harus mengandung struktur pori besar dengan jendela pori berukuran memadai untuk memudahkan difusi.
Studi ekstensif juga dilakukan pada bahan penukar ion zeolit A, X, Y dan Rho. Daripada ukuran dan volume pori, penelitian ini menemukan korelasi yang kuat antara penyerapan dan luas permukaan internal. Korelasi ini telah ditemukan untuk diterapkan jauh lebih umum untuk berbagai bahan dengan luas permukaan tinggi termasuk karbon (gambar 2.2) dan MOFs.
Studi-studi ini juga menunjukkan bahwa kecenderungan umum peningkatan ukuran kation dapat memiliki efek penyumbatan pori yang menyebabkan pengurangan serapan yang diamati. Serapan yang diamati berkisar dari yang dapat diabaikan hingga peningkatan yang sangat besar dibandingkan dengan natrium zeolit asli pada 77 K hingga 15 bar. Serapan yang dapat diabaikan sebagian besar diamati pada zeolit di mana pertukaran dengan kation yang lebih besar menyebabkan penyumbatan pori, seperti CsA.
Dalam kerangka kerja yang lebih terbuka kita dapat melihat peningkatan penyerapan, yang tertinggi tercatat di CaX sebesar 2,19 wt%. Seperti enkapsulasi, ada efek bersaing, dengan mengubah ke kation yang lebih besar mengurangi volume pori yang tersedia, dan dalam beberapa kasus menghalangi akses ke rongga tertentu. Kation penukar ion yang dipilih juga dalam beberapa kasus dapat meningkatkan kekuatan pengikatan pada hidrogen.
Ketika ion dipertukarkan dari kation monovalen ke divalen, kation dapat duduk secara istimewa di cincin beranggota 6, daripada cincin beranggota 8. Karena jumlah kation juga berkurang, efek bersihnya adalah volume pori yang lebih mudah diakses. Dengan bertambahnya ukuran kation monovalen, efeknya adalah menghalangi cincin di mana kation terikat.
Sebagian besar diterima bahwa situs pengikatan terkuat untuk hidrogen adalah kation yang dapat dipertukarkan dan perbandingan antara zeolit X & Y menunjukkan bahwa rasio Si/Al yang lebih rendah menghasilkan serapan yang lebih tinggi. Situs pengikatan dan lokasinya penting dalam penyesuaian sifat penyimpanan hidrogen.
Spektroskopi IR (Inframerah) juga telah digunakan dalam menentukan kemungkinan entalpi adsorpsi hidrogen dalam berbagai sistem. Nilai telah diamati antara 3.5 dan 18.2 kJ mol-1, tergantung pada kation dan kerangka. Telah disarankan bahwa nilai sekitar 15 kJ mol-1 akan ideal dalam kasus fisisorpsi [4546]. Nilai yang lebih tinggi dapat memaksimalkan kuantitas yang teradsorpsi, sementara nilai yang lebih rendah memaksimalkan kemudahan pelepasan.
Persentase berat serapan zeolit akan selalu rendah karena kerangkanya yang berat. Perbaikan nyata telah terlihat melalui peningkatan pengukuran tekanan ke nilai setinggi 2,55 wt%.
Salah satu jenis bahan yang menawarkan solusi yang mungkin untuk masalah ini adalah karbon template zeolit, terbentuk dari pirolisis glukosa dalam pori-pori zeolit, diikuti dengan pembubaran kerangka aluminosilikat. Karbon zeolit berdasarkan struktur faujasite melihat serapan sebesar 6,9 % berat pada 77 K dan 20 bar.
Zeolit tidak akan pernah dianggap sebagai media penyimpanan yang ideal untuk hidrogen sebagai kerangka yang relatif berat, dibandingkan dengan karbon atau MOF (di mana karbon, nitrogen, dan oksigen membuat sebagian besar struktur) menempatkan mereka pada kerugian yang berbeda untuk aplikasi seluler. Mereka mungkin memiliki beberapa potensi untuk penyimpanan stasioner massal yang murah, di mana keunggulan gravimetri ditiadakan, dan kurangnya sifat mudah terbakar dapat membawa keuntungan keamanan.
Dari sudut pandang ilmiah, minat yang cukup besar berada dalam mengeksploitasi sifat merdu dalam upaya untuk menghasilkan bahan yang dapat menjebak atau mengikat hidrogen pada suhu yang jauh lebih dekat ke ambien daripada padatan berpori lainnya. Dengan kekayaan zeolit yang berbeda dan kemungkinan perubahan yang dapat dibuat, karya ini setidaknya harus memberikan wawasan berharga tentang interaksi hidrogen dengan padatan jenis ini.
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.