Pori Zeolit Hierarkis dan Tantangan Penelitian di Masa Depan

Bahan berpori memainkan peran penting untuk banyak aplikasi pemisahan industri. Selektivitas tinggi untuk salah satu komponen dalam campuran diperlukan untuk pengembangan proses pemisahan yang efisien.

Aplikasi Zeolit Hierarkis

Secara bersamaan, energi yang dibutuhkan untuk regenerasi adsorben harus minimal. Mekanisme yang berbeda dapat digunakan untuk proses pemisahan berbasis adsorpsi, yaitu proses entalpi dengan pemisahan karena afinitas yang berbeda antara komponen dalam campuran dan proses pemisahan adsorben atau kinetik karena tingkat difusi yang berbeda melalui bahan berpori.

Selain itu, pengayakan molekuler memungkinkan pemisahan komponen berdasarkan ukurannya menggunakan adsorben dengan ukuran dan bentuk pori yang disesuaikan. Sifat kimia dan tekstur tertentu dari adsorben bermanfaat untuk masing-masing mekanisme pemisahan ini.

Terutama, ukuran pori, bentuk, dan konektivitas adalah parameter kunci yang mempengaruhi laju difusi, kapasitas adsorpsi, dan selektivitas. Dalam konteks ini, juga pengaruh sistem pori berbasis zeolit ​​hierarkis untuk mengoptimalkan aplikasi pemisahan telah dipelajari.

Ini termasuk pertukaran ion berbasis pengolahan air limbah, proses desulfurisasi berbasis adsorpsi, penangkapan CO2, penghilangan senyawa organik volatil berbasis adsorpsi, serta masalah pemisahan lainnya seperti pemisahan olefin/parafin, pemisahan CO2/N2, dll.

Memang struktur pori hierarkis menunjukkan harapan untuk lebih meningkatkan efisiensi dalam aplikasi pemisahan, juga karena peningkatan difusivitas dan karakteristik proses yang ditingkatkan (misalnya, penurunan tekanan yang lebih rendah dalam kolom adsorben untuk penangkapan CO2).

Namun, dalam banyak kasus hubungan struktur-properti yang mendasarinya tidak dipahami dengan baik, tetapi ini jelas diperlukan untuk pemanfaatan zeolit ​​berstruktur hierarkis yang ditargetkan dan efisien untuk aplikasi pemisahan.

Penilaian opsi aplikasi:

Prakondisi: Proses yang melibatkan keterbatasan dan hambatan transportasi massal.

Keuntungan: Secara teknis memungkinkan; pemrosesan molekul yang lebih besar dengan mudah di pabrik yang ada,

Keterbatasan: Sintesis memerlukan langkah-langkah tambahan atau bahan kimia tambahan yang menambah biaya katalis atau adsorben untuk proses skala yang lebih besar.

Peluang: Proses memberikan pegangan tambahan untuk menyesuaikan aktivitas dan selektivitas proses katalitik dan meningkatkan perilaku penonaktifannya; zeolit ​​hierarkis dapat meningkatkan efisiensi proses pemisahan.

Tantangan Penelitian Masa Depan

Meskipun zeolit ​​berpori mikro ditemukan lebih dari 260 tahun yang lalu, sintesis teknis dan penggunaan zeolit ​​baru disadari sejak akhir abad ke-50. Saat ini, zeolit ​​​​adalah kuda kerja dalam banyak proses teknis, yaitu sebagai katalis, adsorben, atau penukar ion.

Namun demikian, upaya penelitian terus-menerus ditujukan untuk meningkatkan sifat zeolit ​​sehubungan dengan aplikasi yang dibayangkan. Ini membutuhkan pemahaman ilmiah yang lebih dalam tentang sifat struktural dan pengaruhnya terhadap kinerja sebagai adsorben dan katalis.

Selain itu, alat sintetik untuk desain target zeolit ​​hierarki terus meningkat dan berkembang. Jadi hari ini, 'Nyonya Tua', zeolit ​​berpori mikro, memanfaatkan porositas hierarkis yang dirancang dengan baik dan sengaja untuk mengatasi keterbatasan transpor tertentu yang disebabkan oleh sistem salurannya yang sempit dan berpori mikro.

Dalam ulasan ini, kami memberikan analisis sistematis dari tempat kejadian dan menyoroti perkembangan penting di bidang zeolit ​​hierarkis, yang berkembang dengan kecepatan luar biasa dalam beberapa tahun terakhir.

Dengan demikian, pada awal pengembangan ini pengumpulan, pembuktian dan klasifikasi ide menjadi pusat kepentingan ilmiah, saat ini, dalam waktu kurang dari 15 tahun, proses teknis pertama direalisasikan dan dipasang meskipun masih belum semua struktur-propertinya. -Hubungan kinerja dipahami dengan jelas.

Hirarki adalah properti dari banyak spesimen, yaitu, pohon, daun, lingkaran darah, paru-paru, hanya untuk menyebutkan beberapa contoh nyata, di alam, yang telah diadaptasi juga dalam sistem teknis—bahkan dalam zeolit. Kata kunci bio-inspired, biomimetic, dll. adalah singkatan dari perkembangan seperti menyalin ide dari alam dan mentransfernya ke skala teknis.

Dengan demikian, kebutuhan dan potensi sistem hierarkis untuk mengoptimalkan proses transportasi terutama teknis dibahas dengan fokus pada parameter terukur seperti difusivitas, modulus Thiele, dan faktor efektivitas.

Selain uji coba yang berbeda untuk mengklasifikasikan sejumlah besar laporan dalam literatur, makalah ini secara sistematis mengklasifikasikan hierarki dalam sistem yang mengandung zeolit ​​​​i) berdasarkan sifat materialnya—“material semua-zeolit” dan “material komposit”—dan ii) strategi persiapan—pendekatan “bottom-up” dan “top-down”.

Di bawah sudut pandang ini, klasifikasi dan tinjauan sistematis tentang berbagai jenis bahan yang mengandung zeolit, tersusun secara hierarkis dan metode persiapannya masing-masing diberikan. Sebagian besar dari banyak rute persiapan yang dilaporkan dapat diberikan pada dua prinsip klasifikasi ini.

Berkonsentrasi pada aspek berorientasi proses, dalam makalah ini kami mengikuti pendekatan kedua dan fokus pada rute teknis yang menjanjikan dan sudah direalisasikan. Keuntungan dan kerugian dari metode yang berbeda dibahas di bawah sudut pandang ilmiah dan teknis yang mengarah pada penilaian kritis untuk setiap strategi sintetis.

Sebagian besar metode persiapan yang dilaporkan untuk zeolit ​​yang terorganisir secara hierarkis bergantung pada prasyarat tertentu, mengingat, misalnya, aspek teknis atau material-driven, memiliki keunggulan tertentu tetapi menciptakan juga keterbatasan terutama karena sifat yang diharapkan atau jangkauan aplikasi yang mungkin. Bergantung pada prosesnya, peluang baru terutama di bawah sudut pandang aplikatif juga muncul.

Sehubungan dengan sintesis bahan, tren baru berikut untuk zeolit ​​​​terurut secara hierarkis diidentifikasi:

a) Persiapan bahan dengan "sistem pori multimodal"

b) Pengembangan kristal berpori makro/mikro (dan agregat)

c) Penggunaan bahan biologis, misalnya, sel, ragi, daun, sebagai templat kurban

d) Penggunaan penyangga buatan aditif yang dirancang khusus;

e) Pengembangan apa yang disebut "sintesis hijau"

f) Pengembangan proses yang layak secara teknis dan ekonomis

Terlepas dari kontribusi berharga ini terutama untuk sintesis bahan hierarkis, kami masih berada pada tahap bahwa analisis sebab-akibat yang meyakinkan di sepanjang garis persiapan-karakterisasi-aplikasi tidak sering dicoba.

Biasanya, kami masih puas dengan bagian deskriptif dari rantai efek dan tidak berkembang untuk pemahaman yang lebih dalam, yang akan memungkinkan untuk merancang sifat material dengan cara yang dapat diprediksi dan ditargetkan dengan modifikasi yang sesuai yang sudah ada dalam sintesis bahan.

Dengan demikian, semua perkembangan yang sangat positif ini dalam persiapan zeolit ​​hierarkis dengan fokus pada sifat aplikatif yang sering dilaporkan (misalnya, aktivitas, selektivitas, konversi), hubungan struktur-properti-kinerja (kerja) yang jelas sepanjang garis dari sintesis untuk aplikasi masih sangat jarang atau hilang sama sekali.

Selain itu, pendekatan berbasis desain untuk persiapan bahan yang tersusun secara hierarkis menghasilkan peningkatan biaya produksi dalam skala teknis yang tidak dapat bersaing dengan proses produksi zeolit ​​konvensional. Ini sangat penting ketika pencapaian kinerja yang dicapai hanya secara bertahap. Sangat sering diperlukan peningkatan jumlah langkah proses tambahan.

Oleh karena itu, untuk meningkatkan penerimaan penerapan zeolit ​​baru, terutama sebagai katalis, memerlukan i) optimasi berdasarkan pemahaman ilmiah untuk setiap langkah proses dalam aspek ekologi dan ekonomi dan ii) pengurangan dan minimalisasi langkah-langkah sintesis ini.

Untuk mengevaluasi hubungan struktur-properti-kinerja tersebut, karakterisasi tekstur yang ditargetkan ditambah dengan penilaian properti transportasi sebagai link penghubung diperlukan.

Seperti yang dibahas dalam ulasan ini, kotak peralatan yang kuat dari metode eksperimental untuk menilai struktur pori, konektivitas jaringan pori, dan akhirnya hierarki zeolit ​​​​termasuk adsorpsi fisik, sinar-X in situ dan hamburan neutron, spektroskopi pemusnahan positron, mikroskop elektronik, tomografi elektron , metode berbasis NMR solid-state, dll.

Bahkan, kemajuan besar misalnya telah dibuat dalam karakterisasi adsorpsi fisik bahan nanopori. Namun, untuk penilaian yang cukup akurat dari karakteristik jaringan pori yang saling berhubungan dan hierarkis, diperlukan kemajuan lebih lanjut.

Ini harus didasarkan pada kombinasi yang ditargetkan dan integrasi teknik eksperimental komplementer yang tepat ditambah dengan i) pengembangan protokol eksperimental yang ditingkatkan dan ii) pendekatan reduksi data lanjutan yang memungkinkan seseorang untuk menangkap struktur kompleks bahan yang dipesan secara hierarkis.

Penting untuk dicatat bahwa efek positif pada aktivitas, stabilitas, dan selektivitas yang lebih jarang diamati untuk katalis yang terstruktur secara hierarkis tidak selalu merupakan konsekuensi dari meso atau makroporositas tambahan tetapi juga jumlah, kekuatan, dan lokasi situs aktif serta cacat. dan kotoran.

Berkenaan dengan aspek-aspek ini, uji aplikasi harus dianalisis dengan hati-hati dan perubahan potensial dalam kimia katalis harus dipertimbangkan juga. Selain penentuan konversi, rendemen, dan selektivitas, perhitungan energi aktivasi dan penentuan modulus Thiele dan faktor efektivitas merupakan indikator yang baik dari ada tidaknya batasan difusi dalam zeolit ​​hierarkis dibandingkan dengan bahan induknya.

Terlepas dari sifat hierarkis zeolit ​​yang dilaporkan menguntungkan dan terbukti secara ilmiah, penggunaan zeolit ​​hierarkis dalam proses teknis masih terbatas, bahkan ketika katalis perengkahan USY standar, yang digunakan dalam proses FCC, dianggap terorganisir secara hierarkis. .

Ketidaksesuaian untuk produksi skala besar seringkali karena alasan ekonomi sebagai akibat dari rute persiapan yang seringkali sangat kompleks termasuk penggunaan sejumlah besar surfaktan organik, beberapa langkah persiapan tambahan, dan aliran limbah baru yang terlibat selama sintesis skala besar mereka.

Aspek praktis dan ekonomis seperti itu menghambat aplikasi zeolit ​​hierarkis secara luas. Peningkatan biaya produksi harus dibayar dengan kinerja aplikasi yang ditingkatkan secara besar-besaran untuk mendapatkan manfaat (ekonomis) secara keseluruhan. Ini dapat, misalnya, dicapai dengan penggunaan yang murah, templat yang dapat didaur ulang dan pengembangan protokol sintesis satu langkah sebagai prasyarat untuk menggunakan infrastruktur teknis yang ada di pabrik.

Oleh karena itu, untuk memanfaatkan peluang zeolit ​​hierarkis sebagai katalis atau adsorben, optimasi dan minimalisasi setiap langkah sintesis harus dipertimbangkan sebagai faktor penentu untuk realisasi teknis. Untuk mewujudkan hal ini, pemahaman ilmiah yang lebih mendalam tentang efek "hierarki" properti dalam zeolit ​​​​dan pemahaman tentang rantai struktur-properti-kinerja yang lengkap akan diperlukan.

Langkah pertama telah dilakukan tetapi ketergantungan seperti itu ada sampai sekarang hanya untuk sejumlah metode persiapan yang dipilih; dan bahkan percobaan persilangan komparatif sangat jarang. Faktanya, perbandingan zeolit ​​hierarkis yang disiapkan dengan rute yang berbeda masih belum ada. Sehubungan dengan aplikasi potensial zeolit ​​hierarkis, katalisis masih merupakan bidang yang paling dominan.

Diharapkan dengan penggunaan zeolit ​​hirarkis akan memungkinkan pengolahan bahan baku yang lebih besar, misalnya yang berasal dari pengolahan biomassa. Namun, potensi aplikasi zeolit ​​hierarkis dalam pemisahan, penginderaan, dan daur ulang bahan sebagian besar belum dieksplorasi dan masih dalam tahap awal.

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.