Analisis Struktur yang Harus Anda Tahu dalam Ilmu Zeolit

Artikel ini menyajikan keindahan dan keragaman struktur kerangka zeolit, memperkenalkan beberapa jargon yang digunakan untuk menggambarkannya, dan menguraikan beberapa teknik yang digunakan untuk mengkarakterisasinya. Fitur utama dari struktur zeolit adalah jenis kerangkanya, yang menggambarkan susunan sangkar, dimensi sistem saluran dan perkiraan ukuran bukaan pori.

Beberapa jenis kerangka kerja, dipilih untuk relevansi industrinya dan/atau untuk mengilustrasikan beberapa nomenklatur struktural yang lebih umum juga dibahas. Namun, ada banyak lagi, dan untuk informasi lebih lanjut tentang jenis kerangka kerja tertentu, simak uraian di bawah.

Struktur Zeolit

Untuk memahami sepenuhnya sifat-sifat bahan zeolit ​​sebenarnya, tidak hanya jenis kerangka, tetapi juga komposisi dan geometri sebenarnya dari kerangka, lokasi dan sifat spesies ekstra-kerangka, dan jumlah dan jenis cacat harus diselidiki. .

Sejumlah teknik baru untuk menentukan struktur kerangka zeolit telah dikembangkan dalam beberapa tahun terakhir. Kristal tunggal berukuran mikron sekarang dapat diperiksa menggunakan instrumen mikrodifraksi di fasilitas radiasi sinkrotron, metode langsung dari solusi struktur telah disesuaikan dengan masalah yang melekat pada data difraksi serbuk.

Zeolit ​​termasuk dalam kelompok katalis skala besar yang paling penting dalam industri petrokimia dan juga berfungsi sebagai saringan molekuler, sorben, atau sistem pertukaran ion. Mereka juga telah menemukan aplikasi di bidang hidrokarbon, yaitu dalam produksi olefin dari sumber non-konvensional, non-minyak seperti gas alam, batu bara, dan biomassa.

Menurut klasifikasi umum, zeolit ​​termasuk dalam famili tektosilikat (mikro) berpori. Struktur 3D dari zeolit ​​mengandung silika dibangun dari unit bangunan utama (Primary Building Units - PBU) yang berbagi sudut, tetrahedra [SiO4]4−, yang dapat digantikan oleh situs asing, paling sering unit [AlO4]5−.

Modifikasi semacam itu memasukkan muatan negatif ke kerangka yang harus dinetralkan oleh kation off-lattice, misalnya, proton. Kation lain, yang mengimbangi muatan kisi, dapat berupa kation Mn+ valensi-n, yang dibagi oleh unit n[AlO4]5−.

Tolakan elektrostatik antara tetrahedra [AlO4]5− yang bermuatan negatif secara formal mencegah mereka menempati posisi yang berdekatan. Perlunya pemisahan mereka oleh unit [SiO4]4− disebut aturan Löwenstein [8] ('penghindaran aluminium') dan formulasinya yang kurang restriktif, dan yang lebih baru, juga didasarkan pada tolakan elektrostatik muatan negatif [AlO4]5 , disebut aturan Dempsey. Aturan-aturan ini tidak mutlak dan zeolit ​​dengan rantai Al-O-Al memang ada.

Kation lain, misalnya kation TM, yang bertanggung jawab atas sifat redoks sistem zeolit, juga dapat dimasukkan ke dalam kerangka zeolit, dan sifat ini paling sering disertai dengan adanya pusat asam, sehingga membentuk katalis bifungsional.

Ion TM dapat menempati kedua posisi kerangka (melalui substitusi isomorfik), lihat, misalnya, atau posisi ekstra kerangka kerja (situs pertukaran ion). Karena aksesibilitas yang lebih mudah, kasus terakhir ini paling sering ditemukan dalam katalisis. Zeolit ​​tidak hanya dapat menampung kation kosong atau gugus kecil tetapi juga kompleks seperti Ru(III) benzimidazol atau 2-etil Ru(III) benzimidazol.

Analisis Struktur Kristal Dalam Ilmu Zeolit

Analisis struktur kristal memiliki dampak besar pada perkembangan ilmu zeolit. Solusi struktur bahan zeolit ​​​​mengungkapkan sifat khusus mereka, sintesis yang menginspirasi dan pekerjaan yang berorientasi aplikasi. Tinjauan ini menyoroti contoh-contoh klasik, antara lain tentang solusi struktur material tipe MFI dan konsekuensinya bagi penelitian zeolit.

Di sisi lain, pengembangan larutan struktur dari pola sinar-X serbuk (P-XRD) dan pengembangan instrumen resolusi tinggi khususnya didorong oleh permintaan yang kuat dari komunitas zeolit. Struktur kristal terbaru dari bahan zeolit ​​yang dipecahkan seperti ITQ-33, ITQ-37 atau keluarga zeolit ​​yang diperluas interlayer harus memiliki dampak yang cukup besar pada perkembangan di masa depan. Akhirnya, peningkatan pengaruh kristalografi elektron dibahas.

Munculnya tomografi difraksi elektron dan akuisisi data otomatisnya memungkinkan solusi struktur dari kristal nano. Contoh sukses penentuan struktur bahan zeolit ​​telah disajikan dalam literatur, menunjukkan bahwa teknik ini akan menggantikan analisis P-XRD, setidaknya untuk penentuan struktur.

Perspektif Sejarah: Dampak Analisis Struktur Terhadap Ilmu Zeolit

Penentuan dan analisis struktur kristal bahan mikro dan mesopori memiliki dampak penting pada pengembangan bahan mikro dan juga pada aplikasinya. Informasi paling berharga dan jelas yang dapat diperoleh dari percobaan difraksi, adalah struktur kristal yang diselesaikan secara atom, geometrinya, yaitu struktur kerangka, bukaan dan volume pori, konektivitas saluran, dan komposisinya termasuk distribusi pusat aktif di kerangka kerja.

Difraksi sinar-X adalah teknik yang paling banyak digunakan untuk penjelasan struktur menggunakan data kristal tunggal (SC-XRD) dan difraksi serbuk (P-XRD) untuk analisis. Seiring waktu, ilmu zeolit ​​sangat diuntungkan dari perkembangan teknis dalam eksperimen difraksi dan analisis data yang berkaitan dengan pemecahan dan pemurnian struktur kristal yang semakin rumit.

Tetapi bahan zeolit ​​juga memainkan peran kunci sebagai pemicu kemajuan dalam instrumentasi yang menjadi bahan yang menantang untuk studi kasus, terutama di bidang solusi struktur dan penyempurnaan struktur dari data P-XRD. Difraksi serbuk telah digunakan sendiri dan dalam kombinasi dengan difraksi elektron dan pencitraan, dan analisis Rietveld dalam penyempurnaan struktur.

Secara umum, semua buku teks tentang ilmu zeolit ​​memuat satu bab tentang struktur kerangka zeolit ​​​​untuk menggambarkan hubungan erat antara struktur dan properti kelas bahan ini. Beberapa yang lebih baru diberikan sebagai referensi1–4.

Sifat dehidrasi/rehidrasi dan pertukaran ion zeolit ​​telah diketahui sebelum analisis struktur kristal pertama diterbitkan pada tahun 1930 oleh Taylor (analcime, ANA)5 dan Pauling (sodalite (SOD), cancrinite (CAN), natrolite (NAT) dan scapolite ), yang berkomentar dalam makalahnya bahwa "penentuan struktur zeolit ​​kami mengarah pada penjelasan sederhana tentang sifat paling khasnya"

Dengan temuan ini, eksploitasi rasional dan aplikasi komersial dari properti yang berguna dimulai. Pada tahun 1956 struktur kristal zeolit ​​A (LTA) dan satu tahun kemudian zeolit ​​faujasit (FAU) dipecahkan, sekali lagi memiliki pengaruh besar pada pengembangan lebih lanjut dari sifat serap dan pertukaran ion.

Tonggak lain dalam analisis struktur merupakan solusi dari struktur zeolit ​​ZSM-5 (MFI). Pengetahuan internal tentang struktur kristal oleh Mobil Coorperation sebelum dipublikasikan (paten AS 3.702.866 (1972)) menghasilkan keuntungan ekonomis yang signifikan dalam meningkatkan analisis struktur di dalam perusahaan tetapi juga di bidang akademis.

Penentuan struktur ZSM-5, yang berhasil hanya dengan menggabungkan SC-XRD, P-XRD dan difraksi elektron, merupakan titik balik sehubungan dengan teknik yang diterapkan. Sampai saat itu, struktur zeolit ​​telah dipecahkan dari data kristal tunggal. Setelah itu, untuk hampir semua data bubuk zeolit ​​sintetis harus digunakan.

Kasus yang paling menarik dari dampak analisis struktur pada aplikasi adalah solusi struktur zeolit ​​beta. Pada tahun 1967, Mobile coorporation mengajukan paten (US Patent 3.308.069). Namun, karena kelainan strukturalnya, diagram P-XRD beta tampak seolah-olah kristalinitas materialnya buruk dan mengandung fraksi amorf. Hal ini menyebabkan pengabaian studi karakterisasi dan pengujian lebih lanjut, meskipun data penyerapan menunjukkan porositas tinggi mirip dengan zeolit ​​Y.

Baru pada tahun 1989, strukturnya terpecahkan dan segera setelah itu, zeolit ​​beta menjadi salah satu bahan mikropori yang paling menarik dan penting secara komersial untuk aplikasi katalitik. Contoh terbaru dari dampak analisis struktur pada pengembangan bahan mikropori adalah evolusi polimer koordinasi, pada awalnya dicontohkan oleh penemuan MOF-5, dan pengenalan zeolit ​​diperluas interlayer (IEZ).

Solusi struktur MOF-5 dengan jelas mengungkapkan jaringan ikatan dan struktur mikro dari kerangka logam-organik dan, pada saat yang sama, menginspirasi ahli kimia dalam eksplorasi sistematis kelas bahan ini. Hari ini kita tahu lebih dari 100 varian struktur; jumlahnya masih berkembang secara dinamis dengan struktur kristal baru yang menarik.

Untuk aplikasi potensial, pengetahuan tentang struktur dan propertinya sangat penting. Baru-baru ini, penjelasan struktur zeolit ​​diperluas interlayer dilaporkan. Metode sintesis ekspansi interlayer menggunakan silikat lapisan hidro sebagai bahan prekursor untuk membangun silikat kerangka tiga dimensi yang menghubungkan lapisan dengan reagen sililasi.

Dengan cara ini, struktur saluran yang diperluas dengan diameter variabel dibuat dan pusat-T yang difungsikan diperkenalkan, memungkinkan penyetelan yang baik dari sifat struktural dan kimia dari produk yang diperluas.

Meskipun prosedur sililasi dari IEZ melakukan sedikit kontrol pada kristalinitas umum produk, analisis struktur membuktikan bahwa bahan-bahan IEZ tertata dengan baik secara lokal dengan pori-pori yang seragam dan struktur kerangka periodik. Untuk bahan IEZ juga, masa depan akan menunjukkan apakah informasi tentang detail struktural akan membantu mengembangkan bahan mikropori yang berguna untuk aplikasi dalam penyerapan, pemisahan atau katalisis.

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.