Struktur dan Sifat Kristal Katalis HOZ (Hierarchically Organized Zeolite)
Zeolit dengan struktur berpori secara hierarkis telah menarik banyak perhatian karena sifatnya yang sangat menarik. Zeolit terstruktur secara hierarkis(HOZ) mengintegrasikan setidaknya dua tingkat porositas dan menyajikan keuntungan yang terkait dengan setiap tingkat porositas, dari selektivitas hingga transportasi massal.
Zeolit Terstruktur Hierarkis
Mereka dikategorikan menjadi tiga jenis yang berbeda sesuai dengan porositas hierarkisnya: zeolit berstruktur meso, zeolit berstruktur makro, dan zeolit berstruktur mikro-meso-makro. Yang paling penting, zeolit terstruktur secara hierarkis menawarkan solusi efektif untuk masalah transportasi massal yang terkait dengan zeolit konvensional dalam reaksi yang dikatalisis karena mereka menggabungkan fitur katalitik mikropori dan peningkatan aksesibilitas dan peningkatan transportasi molekuler terkait dengan penambahan beberapa porositas dalam satu tubuh. Dalam beberapa tahun terakhir, banyak strategi telah berhasil dikembangkan untuk mensintesis bahan zeolit yang terstruktur secara hierarkis.
Artikel ini merangkum perkembangan terkini yang telah dicapai di bidang zeolit terstruktur secara hierarkis, dengan fokus utama pada strategi sintesis yang tersedia, dengan contoh-contoh yang diberikan dari literatur. Pendekatan yang tersedia ditinjau untuk persiapan zeolit terstruktur mikro-mesopori, zeolit terstruktur mikro-makropori dan zeolit terstruktur mikro-meso-makropori.
Lebih lanjut, sifat transpor massa yang ditingkatkan dari zeolit yang terstruktur secara hierarkis, yang menampilkan pori-pori tambahan yang lebih besar di samping mikropori kristal, juga telah dijelaskan. Peningkatan yang signifikan dalam sifat katalitik dalam berbagai reaksi penting yang dihasilkan dari peningkatan sifat transpor massa juga telah dibahas melalui beberapa kasus yang representatif. Ini adalah maksud dari pekerjaan ini untuk merangsang intuisi ke dalam desain optimal zeolit terkait hierarkis terorganisir dengan karakteristik yang diinginkan.
HOZ - Hierarchically Organized Zeolite
Fitur yang menentukan dari zeolit adalah kerangka mikro berpori kristal, yang berasal dari fungsi katalitiknya yang unik. Memang, lingkungan mikro yang ditentukan oleh perpanjangan berkala saluran dan rongga yang saling berhubungan memberikan selektivitas bentuk yang sekarang menjadi ciri kuat dari katalisis zeolit.
Namun, dalam upaya untuk mengurangi panjang jalur difusi dalam mikropori, desain HOZ dapat meregangkan definisi ini hingga batasnya. Selain mengurangi ukuran domain kristal, pengenalan jaringan pori tambahan dapat mengakibatkan peningkatan konsentrasi cacat atau amorfisasi kerangka. Dengan demikian, struktur kristal merupakan salah satu karakteristik pertama yang dinilai dalam pembuatan katalis HOZ.
Sementara penjelasan struktur awal bergantung pada difraksi serbuk sinar-X, pengurangan jumlah bidang kisi untuk menghasilkan interferensi konstruktif dalam satu atau lebih arah berarti bahwa pola difraksi HOZ dapat menjadi tidak dapat dikenali dari zeolit curah dari jenis kerangka yang setara.
Ini jelas diilustrasikan dengan membandingkan pola difraksi simulasi dan eksperimental dari berbagai jenis HOZ. Dalam contoh pertama, ketebalan kristal dikurangi menjadi sel unit tunggal dalam satu arah, mewakili kasus zeolit berukuran nano dua dimensi, dan akibatnya tidak ada pantulan dengan komponen yang tegak lurus terhadap lapisan yang terlihat.
Di sisi lain, jika ukuran kristal dikurangi menjadi hanya beberapa sel satuan ke segala arah, seperti dalam kasus zeolit berukuran nano 3D, perluasan yang cukup besar dari semua refleksi akan diharapkan. Kasus ekstrim lainnya adalah pada zeolit mesopori terurut yang jarak mesoporinya teratur dan memiliki distribusi ukuran yang sempit.
Di sini, urutan mesopori menghasilkan pantulan pada sudut yang sangat rendah. Jika ketebalan dinding, yang dapat diperkirakan dengan perbandingan dengan ukuran pori yang ditentukan oleh penyerapan gas, setara dengan sel satuan atau kurang, periodisitas zeolit hanya akan dipertahankan dalam satu dimensi (sepanjang saluran), dan oleh karena itu pola difraksi akan sangat berbeda dengan zeolit curah.
Faktanya, jika pantulan zeolit ada, seperti yang terlihat pada pola percobaan, bahan tersebut dapat terdiri dari campuran fisik dari dua fase. Bentuk profil refleksi dapat sangat berbeda di HOZ, dan ini dapat dimanfaatkan untuk mengakses wawasan utama seperti ukuran domain kristal yang tersebar secara koheren dan adanya ketidaksempurnaan kisi dan regangan.
Meskipun demikian, beberapa penelitian telah mencoba untuk mengekstrak informasi ini dengan menerapkan teknik analisis profil garis. Hal ini dapat dikaitkan dengan faktor eksperimental seperti kebutuhan akan data berkualitas tinggi dan pengetahuan yang tepat tentang kontribusi instrumental, atau hanya dengan besarnya tantangan yang ditimbulkan oleh perluasan garis ekstrem tersebut.
Dalam hal ini, fungsi distribusi pasangan atom, yang didasarkan pada analisis jarak antar atom melalui pendekatan hamburan total, menjanjikan untuk menjadi alat yang sangat berharga setelah dikembangkan sepenuhnya. Ini memperhitungkan Bragg dan hamburan difus dan juga berlaku untuk bahan amorf dan kristal. Nilainya telah ditunjukkan dalam analisis zeolit delaminasi ITQ-2.
Namun, penting untuk mencari informasi pelengkap untuk menilai struktur penuh HOZ. Misalnya, tidak adanya arah susun unik yang dikombinasikan dengan daerah kristal yang sangat kecil dalam nanosheet zeolit mesostruktur kristal tunggal, seperti yang dapat dicapai dengan, misalnya, strategi percabangan atau templating berulang, dapat membuat tidak mungkin untuk mendeteksi intergrowths oleh XRD.
Di sini, mikroskop elektron transmisi resolusi tinggi (TEM) paling baik dapat mengekspos kesalahan susun, kembaran dan sifat mesopori antara kristal, memainkan peran penting dalam memahami mekanisme pertumbuhan.
Selanjutnya, karena elektron berinteraksi lebih kuat dengan padatan daripada sinar-X, difraksi elektron memperluas analisis bahan kristal ke ukuran domain yang jauh lebih kecil, yang telah dieksploitasi untuk memecahkan struktur zeolit intertumbuh kompleks sebagai ITQ-39.
Pengembangan tomografi difraksi otomatis dan metode difraksi elektron rotasi telah sangat meningkatkan aksesibilitas dan efisiensi kristalografi elektron, dan telah diterapkan untuk mengkonfirmasi struktur kristal 3D HOZs.
Sifat dan Lokasi Situs Aktif
Optimalisasi kualitas situs aktif sangat penting untuk memaksimalkan manfaat katalitik yang dapat dicapai melalui katalis HOZ dan menuntut pemahaman yang menyeluruh. Dalam zeolit bulk, desain situs aktif terutama menyangkut pengendalian jumlah dan penempatan tetrahedra AlO4− bermuatan negatif dalam kerangka kerja dan identitas kation kompensasi muatan, yang bersama-sama menentukan konsentrasi dan kekuatan situs asam Brønsted dan Lewis.
Secara komparatif, bahkan jika struktur kristal dipertahankan sepenuhnya, mudah untuk membayangkan bahwa perbedaan halus dapat muncul di HOZ, pertama karena situs aktif yang terkait dengan permukaan tambahan yang besar dari jaringan pori tambahan mungkin memiliki lingkungan geometris dan elektronik yang secara substansial berbeda dari yang terletak dalam mikropori, dan kedua karena perubahan spesiasi aluminium dapat diabaikan karena sensitivitas teknik analisis yang terbatas.
Secara signifikan, survei literatur baru-baru ini mengungkapkan penurunan yang menonjol dalam konsentrasi situs asam Brønsted di HOZ, dengan meningkatnya luas permukaan mesopori atau eksternal terlepas dari jenis kerangka atau sintesis. Selanjutnya, hubungan linier juga diamati antara kekuatan dan konsentrasi situs asam Brønsted di HOZ yang disiapkan dengan demetalasi.
Sementara studi awal biasanya mengaitkan perbedaan dalam sifat asam dengan strategi sintesis spesifik, bukti kuat yang diperoleh dengan memantau evolusi selama langkah persiapan berturut-turut, menunjukkan bahwa perubahan tersebut kemungkinan besar terkait dengan penurunan stabilitas hidrotermal kerangka aluminium di HOZs.
Serupa dengan rekan-rekan massal mereka, jenis, konsentrasi dan kekuatan situs asam di HOZs biasanya dinilai melalui studi inframerah (IR) piridin teradsorpsi. Namun, dalam kasus HOZ, distribusi situs aktif antara permukaan zeolit internal dan eksternal memerlukan perhatian khusus mengingat peran katalitik yang berpotensi lebih menonjol dari yang terakhir, terutama dalam transportasi atau akses reaksi terbatas.
Ini biasanya didekati dengan memanfaatkan basa tersubstitusi dengan ukuran berbeda untuk menyelidiki secara selektif, misalnya, dengan IR atau NMR, situs asam dengan ukuran berbeda, sebuah konsep kuat yang pertama kali dikembangkan dalam bentuk indeks aksesibilitas. Namun, jenis analisis komparatif ini menimbulkan beberapa tantangan, karena kisaran situs asam yang diambil sampelnya juga dapat bervariasi karena kebasaan yang berbeda dari molekul probe.
Hal ini sangat relevan karena basis yang ideal hanya akan mendeteksi situs-situs yang memiliki kekuatan yang diperlukan untuk mengkatalisasi penerapan yang diinginkan. Dampak kebasaan probe mungkin tidak diperhatikan dalam reaksi terbatas akses dengan tuntutan keasaman yang relatif lemah, seperti dekalin cracking dan benzilasi toluena pada zeolit tipe MFI, di mana korelasi langsung telah ditunjukkan antara konsentrasi situs asam di permukaan luar dan konversi yang dicapai melalui HOZ.
Sebaliknya, tren yang berbeda telah diamati untuk transformasi yang membutuhkan situs asam yang lebih kuat, seperti isopropilasi toluena atau esterifikasi benzil alkohol dengan asam heksanoat di atas zeolit tipe MFI, di mana molekul probe diterapkan untuk mengukur jumlah situs asam eksternal (2,6-di-tert-butilpiridin) tidak dapat membedakan perubahan yang relevan dalam kekuatan asam. Dengan demikian, karakterisasi keasaman permukaan luar tetap menjadi tantangan penting untuk memungkinkan optimalisasi desain katalis HOZ untuk proses yang dibatasi difusi.
Pengamatan langsung koordinasi aluminium dalam HOZs oleh spektroskopi NMR solid state telah dilakukan untuk memahami asal struktural dari perubahan keasaman, umumnya mengungkapkan keberadaan situs terkoordinasi penta atau oktahedral (non-kerangka) ketika konsentrasi situs asam berkurang.
Namun, pelebaran ekstensif yang sering diamati pada sampel dehidrasi karena interaksi kuadrupolar sering menghambat perbandingan kuantitatif yang tepat. Keterbatasan utama lain dari teknik massal ini adalah kurangnya resolusi spasial, dari mana tidak mungkin untuk mendapatkan wawasan tentang distribusi relatif situs aktif dalam kristal zeolit.
Dalam karya perintisnya, Aramburo et al. baru-baru ini mendemonstrasikan aplikasi pemindaian mikroskop sinar-X transmisi untuk menyelidiki bagian dalam partikel zeolit berukuran mikro secara kimiawi. Dengan cara ini, mereka dapat mengikuti perubahan kuantitas dan koordinasi aluminium pada pengukusan dengan resolusi spasial 30 nm.
Memperluas ke resolusi yang lebih tinggi, Khaleel et al. mempelajari gradien Si/Al dalam nanosheet faujasite dengan memindai spektroskopi sinar-X dispersif energi TEM, yang membuktikan variasi 2,5 kali lipat di seluruh nanosheet. Memahami dampak katalitik dari heterogenitas dalam distribusi dan spesiasi aluminium terbukti tidak diragukan lagi akan menjadi subjek terobosan besar di masa depan.
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.