Membran Komposit Anorganik / Organik dan Nano Silikat pada Zeolit

Bahan zeolit hibrida organik-anorganik yang mengandung kerangka organik telah disintesis dengan menggantikan sebagian atom oksigen kisi dengan gugus metilen. Penggunaan organosilan yang dijembatani metilen sebagai sumber silikon memberikan bahan zeolit yang mengandung gugus organik sebagai kisi (ZOL), dengan beberapa fase zeolit seperti MFI dan struktur LTA.

Melalui berbagai metode karakterisasi, keberadaan kerangka metilen (Si-CH2-Si) yang menggantikan ikatan siloksan (Si-O-Si) telah diverifikasi, meskipun ikatan Si-C sebagian dibelah untuk menghasilkan gugus metil terminal. Lipofilisitas selektif bentuk dari bahan ZOL menunjukkan bahwa itu bukan campuran fisik zeolit ​​konvensional dan bahan yang mengandung organik amorf tetapi mengandung zeolit hibrida organik-anorganik asli.

Komposit Anorganik - Organik

Membran afion menunjukkan konduktivitas proton yang tinggi jika dibandingkan dengan membran lain seperti polieter-eter keton (PEEK). Mereka juga memiliki stabilitas kimia yang baik. Namun, kelemahan utama dari membran Nafion di DMFC (Direct Methanol Fuel Cell) adalah permeabilitas metanol (oleh difusi dan/atau drag elektroosmotik ;osmosis di bawah pengaruh medan listrik) yang dapat menurunkan efisiensi sel bahan bakar dengan menyebabkan potensi campuran. di katoda dan meracuni katalis platinum di katoda. Selain itu, konduktivitas proton Nafion turun ketika melebihi 100 ° C karena dehidrasi Nafion.

Para peneliti menyelidiki bahan anorganik seperti silika dioksida (SiO2) dan zirkonium dioksida (ZrO2) yang digabungkan dengan polieter-eter keton tersulfonasi (PEEKs) untuk membuat membran komposit anorganik/organik untuk sel bahan bakar membran pertukaran proton (PEMFC) untuk meningkatkan sifat membran dalam hal permeabilitas, stabilitas termal, dan kekakuan. Membran komposit (seperti SiO2/SPEEK dan ZrO2/SPEEK) menunjukkan potensi sel bahan bakar 0,6 volt dan kepadatan daya 52,9 mW/cm2 yang lebih baik daripada kinerja Nafion 117 dalam hal konduktivitas.

Gugus ionik (dalam membran) membantu transportasi proton melintasi membran. Konsentrasi gugus ion dalam membran perlu dioptimalkan sebaliknya; membran akan mengalami pembengkakan yang mempengaruhi sifat mekanik membran.

Oleh karena itu, penyerapan air (bersama dengan konduktivitas ionik) dari membran komposit perlu diperhitungkan saat membuat membran komposit anorganik/organik untuk sel bahan bakar. Senyawa anorganik memiliki kemampuan menahan air di atas 100°C dalam sel bahan bakar.

Hal ini dapat meningkatkan jendela rentang suhu operasi sel bahan bakar yang dapat melayani kinetika reaksi pada permukaan elektroda. Staiti et al, mampu mengoperasikan direct methanol fuel cell (DMFC) pada 145 ° C saat menggunakan membran komposit silika/Nafion yang didoping dengan asam fosfotungstat dan silikotungstat.

Densitas daya maksimum sel bahan bakar adalah 400 mW/cm2 dengan menggunakan umpan oksigen dan 250 mW/cm2 dengan menggunakan udara di katoda. Dalam hal ini, suhu operasi tinggi (145 °C) sel bahan bakar meningkatkan kepadatan daya karena tiga alasan utama:

- Retensi air di dalam membran (konduktivitas proton baik)

- Melayani reaksi oksidasi metanol di anoda

- Mencegah keracunan katalis platina (pada katoda) yang disebabkan oleh adanya karbon monoksida (CO)

Metode Pembuatan Komposit Anorganik/Organik

Membran Ada beberapa metode pembuatan anorganik dengan polimer. Tergantung pada sifat bahan hibrida (anorganik dan organik) dan aplikasi membran komposit, metode preparasi dapat berbeda. Metode yang umum digunakan dalam preparasi membran komposit adalah metode direct mixing (blend), dan metode doping.

Metode pencampuran langsung

Metode pencampuran langsung adalah metode pembuatan membran komposit anorganik/organik yang paling sederhana. Metode ini terjadi dengan adanya pelarut yang meningkatkan distribusi partikel anorganik dalam matriks polimer. Selama pencampuran anorganik (partikel nano) dengan polimer, terjadi aglomerasi yang menyebabkan distribusi yang tidak seragam. Dalam beberapa kasus, untuk mengurangi pembentukan aglomerasi partikel anorganik saat pencampuran dengan polimer, modifikasi permukaan anorganik dilakukan.

Metode doping pembuatan membran komposit anorganik/organik

Memasukkan bahan asing (pengotor) ke zat lain dikenal sebagai doping. Misalnya, dalam semikonduktor, boron (B) atau fosfor (P) ditambahkan ke silika (Si) untuk meningkatkan konduktivitas silika. Jenis metode ini (doping) telah digunakan baru-baru ini dalam pembuatan membran komposit anorganik/organik dengan memasukkan partikel anorganik ke dalam matriks polimer.

Sebelum melakukan proses doping, volume pori membran ditingkatkan dengan merendam membran dalam pelarut diikuti dengan memasukkan partikel anorganik (dopan) ke dalam matriks polimer. Partikel anorganik terikat secara kovalen dengan matriks polimer. Namun, doping masih sangat menantang karena mekanisme doping dan juga pelindian partikel organik dari matriks polimer.

Berbagai jenis membran komposit zeolit ​​telah banyak digunakan sebagai pengisi anorganik dalam fabrikasi membran komposit nano untuk aplikasi sel bahan bakar. Beberapa jenis zeolit ​​yang umum tercantum di bagian berikut.

Membran Komposit Nano Silikat

Karena fenomena crossover metanol yang terjadi di DMFC, membran nanokomposit telah digunakan dalam sel bahan bakar untuk mengurangi crossover metanol. Tujuan utama dari membran komposit adalah untuk mengurangi crossover metanol dan memberikan konduktivitas proton yang baik. Kedua sifat utama ini dikenal sebagai selektivitas membran.

Berbagai jenis bahan zeolit ​​dipilih karena sifatnya yang unik. Poin kunci penggunaan zeolit ​​​​dalam fabrikasi membran komposit untuk aplikasi sel bahan bakar adalah hidrofilisitasnya. Sifat hidrofilisitas tergantung pada rasio silika alumina, semakin rendah rasio silika alumina (misalnya zeolit ​​jenis NaA) semakin hidrofilik zeolit ​​tersebut.

Sifat hidrofilik (yaitu organofobik) zeolit ​​membuatnya menyerap air di atas metanol dalam campuran alkohol air. Molekul air diserap oleh zeolit ​​dan oleh karena itu, mendukung transfer proton melintasi membran.

Namun, zeolit ​​dengan rasio Si/Al yang rendah (misalnya jenis zeolit ​​NaA) tidak stabil dalam asam pekat. Colomban mempelajari permeabilitas metanol dengan menggunakan membran komposit zeolit ​​​​dalam sel bahan bakar. Zeolit-zeolit ​​yang tergabung dengan matriks polimer ini bervariasi dalam hal rasio silika alumina, dari rasio silika alumina yang rendah (Si/Al < 2) hingga rasio silika alumina yang tinggi (Si/Al > 10).

Membran komposit zeolit ​​dengan sifat yang berbeda (tergantung pada rasio Si/Al seperti hidrofobisitas, termal dan sifat mekanik) mampu meningkatkan selektifitas sel bahan bakar sel.

Membran Komposit Silikat

Montmorillonit adalah bahan silikat konduktor ion. Konduktivitas ionnya pada suhu kamar adalah 1×10−4 S/cm yang lebih rendah dari Nafion. D.H. Jung el at menyiapkan membran komposit montmorillonit dengan jumlah pembebanan montmorillonit yang berbeda untuk mengujinya di DMFC pada suhu yang berbeda (90 °C-125 °C).

Mereka menemukan bahwa kinerja sel bahan bakar meningkat ketika menggunakan membran komposit montmorillonit karena peningkatan konduktivitas proton pada suhu tinggi. Selain itu, mereka menemukan bahwa persilangan metanol menurun seiring dengan kenaikan % berat montmorillonit. Namun, konduktivitas proton Nafion murni lebih tinggi daripada membran komposit montmorillonit saat mengoperasikan sel bahan bakar di bawah 70°C.

Membran Komposit Zeolit ​​Silika Sedang

Zeolit ​​​​tipe Y digabungkan dengan Nafion untuk membuat membran komposit anorganik/organik untuk sel bahan bakar metanol langsung. Lapisan antarmuka antara anorganik dan organik ditingkatkan dengan menggunakan dua agen kopling silan 3aminopropyl-triethoxysilane (APTES) dan 3-mercaptopropyl-trimethoxysilane (MPTMS).

Membran komposit mengurangi permeabilitas metanol bila dibandingkan dengan membran Nafion. Penurunan permeabilitas metanol ditandai dengan penggunaan konsentrasi metanol yang lebih tinggi.

Beta Zeolit ​​​​Silika Tinggi

Zeolit ​​beta digabungkan dengan polimer Nafion untuk meningkatkan penyerapan air, konduktivitas proton, dan stabilitas termal. Konduktivitas proton membran komposit beta Zeolit ​​ditemukan lebih tinggi dari membran Nafion murni pada 80 °C.

Selain itu, penyerapan air dari membran beta zeolit ​​meningkat seiring dengan peningkatan berat zeolit. Sifat retensi air zeolit ​​dapat meningkatkan konduktivitas proton membran zeolit/Nafion (pada suhu operasi sel bahan bakar di atas 90°C) sehingga meningkatkan efisiensi PEMFC dari 0,3 W/cm2 menjadi 0,5W/cm2 saat menggunakan kandungan zeolit ​​10% berat.

Zeolit ​​beta dengan ukuran partikel yang lebih kecil (800 nm) dapat meningkatkan homogenitas zeolit/polimer yang meningkatkan antarmuka sehingga mengurangi permeabilitas metanol dalam sel bahan bakar. Sifat fisik dan kimia zeolit ​​(sifat ayakan molekuler dan hidrofilisitas) menjadikannya bahan yang berguna untuk membuat membran komposit anorganik/organik untuk mengurangi crossover metanol sehingga meningkatkan selektivitas sel bahan bakar.

Tujuan dari pekerjaan ini adalah untuk mengurangi crossover metanol (permeasi metanol) dalam sel bahan bakar metanol langsung (DMFC) dengan memodifikasi lapisan pengikat elektroda anoda sebagai ganti lembaran membran Nafion. Zeolit mordenit jenis dipilih sebagai pengisi anorganik untuk dicampur dengan larutan Nafion dan menempatkannya di antara lapisan katalis anoda dan lembaran membran Nafion di DMFC. Mordenit memiliki stabilitas termal pada suhu tinggi (800 °C).

Mordenit bersifat hidrofilik karena rasio Si/Al (~5) dengan konduktivitas proton yang relatif baik. Koefisien difusi metanol mordenit adalah 22% kurang difusif dari Nafion. Baru-baru ini, oksida graphene juga telah digunakan dalam fabrikasi membran komposit anorganik/organik untuk aplikasi sel bahan bakar. Bagian berikut menunjukkan beberapa contoh dalam menggunakan oksida graphene dalam membran komposit untuk aplikasi sel bahan bakar.

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.