Zeolit dalam Konversi Biomassa: Katalisis Asam Brønsted

Zeolit, juga disebut saringan molekuler, secara tradisional disebut sebagai keluarga bahan aluminosilikat yang terdiri dari mikropori yang terdistribusi secara teratur dalam dimensi molekul. Mereka telah banyak digunakan sebagai katalis, adsorben, dan penukar ion yang sangat efisien dalam industri petrokimia dan dalam kehidupan kita sehari-hari.

Aplikasi Zeolit

Di luar aplikasi tradisional, zeolit ​​memainkan peran yang semakin penting dalam banyak proses berkelanjutan. Secara khusus, zeolit ​​telah menemukan aplikasi yang menjanjikan di bidang energi terbarukan dan perbaikan lingkungan, seperti konversi biomassa, sel bahan bakar, penyimpanan energi panas, penangkapan dan konversi CO2, remediasi polusi udara, dan pemurnian air, dll. Aplikasi ini membuat zeolit kandidat potensial sebagai solusi untuk masalah keberlanjutan di masyarakat kita.

Keberlanjutan melibatkan konten yang luas di seluruh ekologi, ekonomi, politik, dan budaya. Singkatnya, keberlanjutan mewakili keadaan masyarakat di mana kondisi dan sumber daya kehidupan terus memenuhi kebutuhan manusia tanpa merusak integritas dan stabilitas sistem alam.

Perkembangan industri dan ekonomi global selama abad terakhir sebagian besar mengandalkan pembakaran bahan bakar fosil yang tidak terbarukan, seperti minyak bumi, batu bara, dan gas alam, yang juga berbahaya bagi lingkungan kita karena pelepasan sejumlah besar CO2.

Sementara itu, proses industri dan aktivitas manusia telah menghasilkan berbagai gas berbahaya, seperti NO, NO2, NH3, dan senyawa organik yang mudah menguap, serta limbah cair yang mengandung logam berat dan radionuklida, yang merupakan ancaman serius bagi lingkungan dan kesehatan manusia.

Oleh karena itu, membangun proses yang ramah lingkungan dan hemat biaya untuk mencapai sumber energi terbarukan dan perbaikan lingkungan saat ini merupakan salah satu masalah yang paling mendesak untuk pembangunan berkelanjutan masyarakat kita.

Zeolit ​​​​secara tradisional disebut sebagai keluarga bahan aluminosilikat kerangka terbuka yang terdiri dari mikropori yang terdistribusi secara teratur dalam dimensi molekul. Kerangka zeolit ​​dibangun dari sambungan sudut-sharing TO4 tetrahedra (“T” menunjukkan koordinasi tetrahedral Si, Al, atau P, dll.), dan cara sambungan tetrahedra yang berbeda menyebabkan keragaman jenis kerangka zeolit ​​berdasarkan berbagai komposisi.

Sampai saat ini, 235 jenis kerangka zeolit ​​​​yang berbeda telah diidentifikasi dalam zeolit ​​​​alam atau sintetis, yang masing-masing telah diberi kode tiga huruf oleh Asosiasi Zeolit ​​Internasional. Kerangka zeolit ​​​​dapat didekomposisi menjadi cincin yang berbeda ukuran, yang sesuai dengan pori-pori jendela pembukaan zeolit.

Menurut jendela pori terbesarnya, zeolit ​​dapat dikategorikan menjadi pori kecil (cincin ≤8), pori sedang (10 cincin), pori besar (12 cincin), dan zeolit ​​pori ekstra besar (>12 cincin). -cincin). Muatan negatif kerangka zeolit ​​biasanya dikompensasi oleh kation mono atau divalen kerangka ekstra, yang dapat ditukar dengan kation lain.

Spesies tambahan (misalnya, H2O) dalam pori-pori zeolit ​​​​dapat dihilangkan, meninggalkan ruang kosong untuk masuknya spesies tamu secara selektif dengan ukuran, bentuk, dan polaritas yang sesuai. Ini dikenal sebagai efek penyaringan molekuler dari zeolit. Selain itu, kurungan spasial pori-pori zeolit ​​ditambah dengan situs katalitik aktif dalam kerangka mereka memberi zeolit ​​dengan katalisis selektif bentuk yang unik menuju pembentukan produk tertentu.

Akhirnya, zeolit ​​​​dapat bertindak sebagai matriks inang untuk merangkum dan menstabilkan kluster logam atau partikel nano, membentuk material komposit multifungsi dengan sifat unggul. Karena karakteristik unik ini serta stabilitas hidrotermalnya yang tinggi dan biaya produksi yang rendah, zeolit ​​​​telah banyak digunakan sebagai katalis, deterjen, adsorben, dan penukar ion yang sangat efisien dalam banyak proses kimia.

Secara khusus, zeolit ​​​​saat ini merupakan katalis heterogen yang paling penting dalam industri penyulingan minyak dan petrokimia, memproduksi sebagian besar bensin dunia dari minyak mentah melalui perengkahan katalitik cairan.

Selain aplikasi tradisionalnya dalam industri kimia, zeolit ​​memainkan peran yang semakin penting dalam banyak proses berkelanjutan, terutama di bidang energi terbarukan dan perbaikan lingkungan, seperti konversi biomassa, sel bahan bakar, penyimpanan energi termal, penangkapan dan konversi CO2, -remediasi polusi, dan pemurnian air. Dalam ulasan ini, kami menyajikan kemajuan terbaru dalam aplikasi zeolit ​​​​dalam kimia berkelanjutan, dan tantangan utama di bidang terkait juga dibahas secara singkat.

Konversi Biomassa

Untuk menghadapi masalah keberlanjutan global yang timbul dari perkembangan industri yang pesat dan peningkatan populasi, banyak upaya telah dilakukan untuk mengembangkan bahan dan teknologi baru menuju energi terbarukan dan perbaikan lingkungan. Zeolit ​​adalah keluarga bahan kristal dengan mikropori yang terdistribusi secara teratur dalam dimensi molekul.

Sebagai katalis padat paling penting yang digunakan dalam industri petrokimia tradisional, zeolit juga menemukan aplikasi yang menjanjikan dalam banyak proses berkelanjutan mengingat selektivitas bentuknya yang unik, kemampuan adsorpsi dan pertukaran ion, stabilitas hidrotermal yang tinggi, keasaman dan polaritas yang dapat disesuaikan, dan biaya produksi yang rendah.

Dalam beberapa dekade terakhir, biomassa telah menjadi bahan baku berkelanjutan yang menjanjikan untuk menggantikan sumber daya fosil yang tidak terbarukan. Zeolit ​​​​telah banyak digunakan sebagai katalis untuk mengubah bahan baku biomassa menjadi biofuel bernilai tinggi dan bahan kimia platform.

Sudah ada sejumlah tinjauan komprehensif tentang konversi biomassa di atas zeolit. Dalam konteks ini, kami hanya menyajikan beberapa contoh untuk menunjukkan aplikasi terbaru zeolit ​​​​dalam konversi biomassa di atas situs aktifnya yang unik, termasuk situs asam Brønsted, asam Lewis situs, dan situs aktif multifungsi.

Katalisis Asam Brønsted

Situs asam Brønsted adalah gugus hidroksil yang sangat terpolarisasi dalam kerangka zeolit, yang sangat aktif untuk banyak reaksi katalitik sebagai donor proton. Sebagai aplikasi dalam industri penyulingan minyak dan petrokimia, zeolit ​​asam Brønsted memainkan peran penting dalam banyak proses konversi biomassa.

Misalnya, zeolit ​​asam Brønsted dapat digunakan untuk mengkatalisis konversi asam laktat (LA) yang diproduksi secara mikroba menjadi laktida, yang merupakan blok bangunan utama untuk asam polilaktat yang dapat terurai secara hayati dan terbarukan. Metode tradisional untuk sintesis laktida dari LA memerlukan proses dua tahap yang memakan waktu dan energi yang melibatkan polikondensasi dan transesterifikasi pada suhu tinggi di ruang hampa udara.

Selain itu, panjang oligomer LA yang berbeda terbentuk sebagai produk samping. Mengambil keuntungan dari kemampuannya untuk memfasilitasi reaksi kondensasi dan efek pengurungan yang sesuai terhadap laktida siklik selama oligomer yang sedang tumbuh, Dusselier et al. menggunakan zeolit ​​pori besar asam Brønsted sebagai katalis untuk sintesis laktida yang cepat dan selektif langsung dari LA.

Rekam hasil ruang-waktu laktida >250 g L-1 jam-1 dicapai dengan proses langsung satu langkah ini. Secara khusus, zeolit ​​H-beta (tipe BEA) mencapai selektivitas 79% terhadap pembentukan laktida pada konversi LA penuh. Sebagai perbandingan, katalis asam lainnya tanpa efek pengungkungan yang sesuai terutama menghasilkan oligomer.

Katalisis zeolit ​​asam Brønsted ini juga berlaku untuk asam -hidroksi lain yang menarik dalam kimia poliester, memfasilitasi sintesis berbagai plastik berbasis bio terbarukan dan terdegradasi. Zeolit ​​​​asam Brønsted juga dapat digunakan dalam konversi 2,5-dimetilfuran turunan gula menjadi aromatik.

Secara tradisional, molekul furanik diubah menjadi aromatik oleh sikloadisi Diels-Alder dengan etilen bertekanan tinggi. Baru-baru ini, konversi katalitik 2,5-dimetilfuran menjadi aromatik dengan etanol di atas zeolit ​​asam Brønsted H-ZSM-5 (tipe MFI) dan H-USY (tipe USY) dilaporkan. Penggunaan etanol cair sebagai pengganti etilen gas dibuat produksi aromatik jauh lebih sederhana dan terbarukan.

Lebih penting lagi, laju reaksi yang jauh lebih baik (frekuensi pergantian hingga 15 × 102 jam 1) dan selektivitas (hingga 90%) terhadap aromatik dicapai sebagai hasil dari hambatan aktivasi yang lebih rendah pada situs asam Brønsted di zeolit, terutama di H -USY.

Gumidyala et al. mempelajari asilasi langsung 2-metilfuran dengan asam asetat dengan adanya air di atas zeolit ​​asam Brønsted, menunjukkan rute yang menjanjikan untuk mengarahkan kopling C–C untuk produksi produk bernilai tinggi dari biomassa sambil meminimalkan emisi CO2 .

Penggabungan langsung spesies furanat dengan asam asetat sangat menarik, tetapi spesies furanat dapat mengalami berbagai reaksi samping pada situs asam Brønsted, yang mengarah pada polimerisasi yang tidak terkendali dan pembentukan kokas. Penulis menggunakan zeolit ​​berpori sedang H-ZSM-5 sebagai katalis, mencapai selektivitas >95% terhadap isomer asetil metilfuran tanpa kehilangan CO2.

Performa tinggi seperti itu dikaitkan dengan stabilisasi efektif keadaan transisi oleh metilfuran di atas situs asam Brønsted di H-ZSM-5, yang secara signifikan mengurangi penghalang untuk kopling C–C. Sebagai perbandingan, zeolit ​​H-beta berpori besar menunjukkan aktivitas reaksi yang jauh lebih rendah daripada H-ZSM-5, menunjukkan pentingnya pengurungan pori sedang selama reaksi 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.