Perilaku Perpindahan Massa Benzena dalam ZSM-5 yang Terstruktur Secara Hirarki

Perilaku Perpindahan Massa Benzena dalam ZSM-5 yang Terstruktur Secara Hirarki

Serangkaian zeolit ​​ZSM-5 dengan struktur berpori hierarkis disintesis menggunakan metode perlakuan larutan NaOH. Sifat struktural dan keasaman zeolit ​​ZSM-5 hasil sintesis dicirikan oleh difraksi sinar-X (XRD), adsorpsi N2, mikroskop elektron pemindaian (SEM), desorpsi terprogram suhu NH3 (TPD), dan spektroskopi inframerah transformasi Fourier piridin. (Py-FTIR). Kinerja adsorpsi dan difusi benzena dalam hierarki zeolit ​​ZSM-5 dipelajari oleh intelligent gravimetric analyzer (IGA). 

Ditemukan bahwa kinerja perpindahan massa (adsorpsi dan difusi) benzena dipengaruhi secara signifikan oleh efek sinergis dari struktur hierarki, jumlah asam, keasaman, situs adsorpsi zeolit ​​​​ZSM-5. Setelah perlakuan alkali yang sesuai, struktur kristal ZSM-5 dipertahankan dan disesuaikan dengan baik. Hirarki ZSM-5 diperoleh dengan ukuran struktur mesopori dan mikropori yang seragam. Keasaman zeolit ​​ZSM-5 hierarki ditingkatkan, yang menghasilkan lebih banyak situs adsorpsi dan dengan demikian meningkatkan kinerja adsorpsi benzena dalam ZSM-5 hierarki. Akibatnya, konektivitas dalam hierarki ZSM-5 ditingkatkan dengan peningkatan mesopori dalam hierarki ZSM-5. ZSM-5 hierarkis memberikan kontribusi yang baik terhadap kinerja adsorpsi benzena pada situs aktif dan meningkatkan kinerja katalitik ZSM-5 hierarkis.

Kata Pengantar

ZSM-5 umumnya digunakan dalam industri karena stabilitas termal dan luas permukaan yang tinggi, ukuran pori yang sesuai. ZSM-5 memiliki hidrofobisitas yang tidak biasa, yang mengarah ke aplikasi potensial dalam pemisahan hidrokarbon dari senyawa polar, seperti air dan alkohol. Sifat unik ini bertanggung jawab untuk aplikasinya sebagai katalis dalam banyak proses kimia utama (Tang et al., 2006; Duan et al., 2013; Mu et al., 2013; Nandan et al., 2014; Hasan et al., 2015 ). 

Saluran yang relatif sempit di ZSM-5, bagaimanapun, dapat menyebabkan keterbatasan difusi untuk molekul reaktan besar. Beberapa metode, seperti mensintesis zeolit ​​baru dengan pori lebih besar (Mu et al., 2013), mensintesis zeolit ​​komposit meso-microporous atau mikro-mikropori (Corma, 2003; Christensen et al., 2007; Zhou et al., 2017), mempersiapkan partikel zeolit ​​​​yang lebih kecil (Mitchell dan Pérez-Ramírez, 2011), dan memodifikasi struktur pori zeolit ​​​​(Fernandez et al., 2010; Duan et al., 2012), telah diusulkan untuk mengatasi keterbatasan difusi yang melekat. 

Di antara metode ini, desilikasi dengan metode pasca perawatan yang inovatif, telah dipertimbangkan secara luas karena dapat sedikit memperbesar mikropori ZSM-5 dan memperpendek panjang jalur difusi molekul dalam mikropori (Groen et al., 2006; Zhao et al. , 2008; Chal et al., 2011; Lopez-Orozco et al., 2011; Sadowska et al., 2012; Mintova et al., 2013; Ma et al., 2019). Ini memfasilitasi molekul tamu untuk berdifusi keluar dari ZSM-5 dan membentuk produk cair akhir daripada teradsorpsi di pori-pori untuk membentuk kokas. Akibatnya, sangat diperlukan untuk mengembangkan material baru dengan arsitektur hierarki porositas (van Donk et al., 2003; Ma et al., 2019). Permukaan luar yang besar menyediakan situs yang lebih aktif, dan terlebih lagi menawarkan jalur difusi pendek untuk molekul tamu (Mintova et al., 2013).

Untuk meningkatkan efisiensi katalis dalam reaksi kimia, desilikasi dengan perlakuan alkali ditemukan menjadi metode yang sangat efektif dan dapat direproduksi untuk preparasi zeolit ​​mesopori tanpa kerusakan yang signifikan baik dalam kristalinitas maupun keasaman (Groen et al., 2006; Chal et al. ., 2011; Lopez-Orozco et al., 2011). Studi sebelumnya menunjukkan bahwa desilikasi ZSM-5 dapat meningkatkan aksesibilitas situs asam dalam zeolit, dan menghasilkan redistribusi kerangka atom Al (Sadowska et al., 2012)

Sementara itu, kemampuan difusi molekul besar dalam saluran zeolit ​​juga dapat ditingkatkan dengan pengenalan mesoporositas, yang telah dibuktikan secara tidak langsung dengan peningkatan kinerja katalitik. Zhao dkk. (2008) melaporkan bahwa jumlah adsorpsi dan laju adsorpsi meningkat secara luar biasa pada ZSM-5 berstruktur mesopori yang dihasilkan oleh perlakuan alkali dibandingkan dengan ZSM-5 induk. Ditemukan bahwa konversi kumena dalam katalis ZSM-5 mesopori telah meningkat banyak dibandingkan dengan katalis ZSM-5 konvensional. 

Temuan ini menunjukkan bahwa selektivitas katalitik, laju konversi sangat relevan dengan perilaku difusi dalam zeolit. Namun, hubungan antara mekanisme difusi dan situs adsorpsi tidak dipahami dengan baik. Ogura dkk. (2001) mengusulkan bahwa perlakuan ZSM-5 dalam larutan alkali NaOH dapat mengubah struktur dan sifat asam ZSM-5. Pada zeolit ​​dapat terbentuk mesopori dengan ukuran yang seragam, sedangkan struktur mikropori tetap ada. Sifat asam memiliki perubahan yang sangat sedikit secara kuantitatif atau kualitatif, meskipun aktivitas katalitik untuk pemecahan kumena ditingkatkan dengan perlakuan alkali karena kinerja penyerapan dan difusi kumena meningkat dengan penciptaan mesopori di mikropori ZSM-5.

Benzena yang dapat disintesis menjadi rangkaian turunan benzena, sangat penting untuk dijadikan bahan baku kimia. Benzena merupakan produk penting dalam industri petrokimia untuk meningkatkan produksi aromatik dan angka oktan bensin. Dalam penelitian ini, benzena dipilih untuk mempelajari kinerja perpindahan massa dalam ZSM-5 yang terstruktur secara hierarkis. 

Namun, mekanisme difusi hidrokarbon aromatik yang menghasilkan peningkatan konversi katalitik tidak dipahami dengan baik. Lebih lanjut, dinamika adsorpsi dan termodinamika seperti energi aktivasi dan panas adsorpsi, yang membantu dalam memahami proses difusi dan kinerja katalitik, tidak tersedia untuk ZSM-5 secara hierarkis. Kelompok kami telah mempelajari sifat adsorpsi beberapa sampel dalam zeolit ​​dan penelitian terkait (Meng et al., 2009; Sui et al., 2013; Qin et al., 2014a,b).

Oleh karena itu, dalam kontribusi ini kami bertujuan untuk mengungkapkan korelasi intrinsik antara kinerja perpindahan massa benzena pada hierarki ZSM-5 dan situs adsorpsi, serta situs adsorpsi dan karakteristik asam dengan menggunakan penganalisis gravimetri cerdas (IGA) presisi tinggi, adsorpsi piridin. Spektroskopi inframerah transformasi Fourier (piridin-IR) dengan hierarki ZSM-5 sebagai adsorben dan benzena sebagai adsorbat.

Percobaan

Persiapan Zeolit ​​Mesopori

Zeolit ​​NaZSM-5 yang tersedia secara komersial digunakan sebagai bahan induk yang dibuat dengan metode sintesis hidrotermal. HZSM-5 disiapkan dengan pertukaran ion dengan larutan berair (NH4)2SO4 ditetapkan sebagai "B0" dalam pekerjaan ini. Tiga kelompok dipilih sebagai sampel yang representatif dengan metode desain eksperimen ortogonal. Kelompok I diberi perlakuan NaOH 0,2 mol/L pada 343 K selama 3 jam. Kelompok II diberi perlakuan dengan 0,25 mol/L NaOH pada 343 K selama 4 jam. Kelompok III diberi perlakuan dengan 0,4 mol/L NaOH pada 363 K selama 5 jam. Pertama, ZSM-5 konvensional dicampur dengan serangkaian larutan berair NaOH. Setelah periode tertentu perlakuan alkali, bubur didinginkan dengan cepat sampai suhu kamar dalam penangas es, disaring dan dicuci dengan air suling sampai diperoleh pH netral dari filtrat. Padatan yang tersisa dikeringkan dalam 393 K selama 10 jam.

NaZSM-5 yang diberi perlakuan alkali ditukar dengan larutan berair (NH4)2SO4, diikuti dengan penyaringan dan pembilasan dengan air suling untuk menghilangkan ion natrium. Prosedur ini diulang dua kali untuk mendapatkan NH4ZSM-5. Setelah pengeringan pada 393 K selama 10 jam, NH4ZSM-5 dikalsinasi dalam udara statis pada 823 K selama 5 jam untuk membentuk HZSM-5. Sampel perlakuan (NH4)2SO4 ini diperoleh pada kondisi yang berbeda yang ditunjuk oleh B1 [suhu 343 K, waktu 3 jam, (NH4)2SO4 konsentrasi 0,2M], B2 [suhu 343 K, waktu 4 jam, (NH4)2SO4 konsentrasi 0,25M ], B3 [suhu 363 K, waktu 5 jam, (NH4)2SO4 konsentrasi 0,4M], berturut-turut.

Karakterisasi

Kristalinitas induk ZSM-5 dan ZSM-5 secara hierarki dicirikan oleh difraksi sinar-X. Pengukuran XRD dilakukan dalam XRD-6000 menggunakan radiasi Cu pada 100 mA dan 30 mV. Isoterm adsorpsi/desorpsi N2 direkam pada Quanta chrome Autosorb Automated Gas Sorption analyzer ASAP2020 pada 77 K. Volume mesopori dan permukaan spesifik dievaluasi dengan metode t-plot. Luas permukaan total dihitung menurut isoterm BET.

Desorpsi NH3 terprogram suhu (NH3-TPD) diukur dengan instrumen adsorpsi kimia otomatis, yang bertujuan untuk menyelidiki distribusi keasaman. Sifat situs asam diselidiki menggunakan piridin sebagai molekul probe. Spektrum FTIR adsorpsi piridin dicatat menggunakan spektrometer FTIR.

Hasil dan Diskusi
Tekstur dan Fitur ZSM-5 yang Diperlakukan Alkali

XRD (Gambar 1) menunjukkan bahwa struktur ZSM-5 terpelihara dengan baik setelah perlakuan alkali, tetapi intensitas sebagian besar puncak sedikit menurun, menunjukkan bahwa perlakuan alkali tidak merusak struktur kristal ZSM-5, tetapi strukturnya termodulasi halus.

Isoterm adsorpsi N2 dan kurva distribusi ukuran pori dari sampel ditunjukkan pada Gambar 2, 3 masing-masing. Loop histeresis isoterm berubah dengan kondisi perlakuan alkali yang berbeda. Isoterm N2 (Gambar 2) dengan jelas menunjukkan bahwa semua isoterm menunjukkan tipe IV, yang merupakan karakteristik khas bahan mesopori (Verboekend dan Pérez-Ramírez, 2011). Data luas permukaan BET serta volume mikro dan mesopori yang ditentukan dengan metode t-plot ditunjukkan pada Tabel 1. Hebatnya, luas permukaan spesifik dari perlakuan alkali ZSM-5 menunjukkan tren yang meningkat dan volume mesopori meningkat. dari 0,08 hingga 0,35 cm3/g. Peningkatan ini disebabkan oleh pembentukan mesopori dengan sedikit penurunan volume mikrospora (0,114 vs 0,106 cm3/g untuk H-ZSM-5 segar dan secara hierarki H-ZSM-5, masing-masing). Penurunan volume mikropori disebabkan oleh desilikasi ZSM-5 sehingga menyebabkan amorfisasi minor pada proses perlakuan alkali (Verboekend et al., 2011). Hasil pola XRD menunjukkan ZSM-5 yang terstruktur secara hierarkis dapat diperoleh dengan metode perlakuan alkali sambil mempertahankan struktur mikropori MFI.

LAYANAN ADY WATER

Jual zeolit untuk filter air jenis Batu, Pasir, dan Tepung. Kemasan zeolit per karung 20 kilogram dan eceran 4 kilogram. Sudah suplai zeolit ke industri Food and Beverage, berbagai BUMN, kebutuhan softener (Pelunak Air / Pengurang Kesadahan Air) rumah tangga. Ready Stock, kemampuan suplai hingga puluhan ton rutin per bulan

Nomor WA Sales Yang Mudah Dihubungi

Senang dapat membantu Anda, Semoga kami dapat segera menyelesaikan masalah air yang sedang Anda hadapi. Terimakasih

1. Ghani 0821 2742 4060

2. Yanuar 0812 2165 4304

3. Rusmana 0821 2742 3050

4. Fajri 0821 4000 2080

5. Kartiko 0812 2445 1004

6. Andri 0812 1121 7411

Alamat kantor/gudang Ady Water yang bisa dikunjungi langsung. 

Silahkan Bapak/Ibu mengunjungi alamat kantor/gudang kami. Kami akan melayani Anda dengan senang hati dan semoga dapat membantu masalah air yang sedang Anda hadapi. 

1. Alamat Bandung:

Jalan Mande Raya No. 26, RT/RW 01/02 Cikadut-Cicaheum, Bandung 40194

2. Alamat Jakarta Timur

Jalan Tanah Merdeka No. 80B, RT.15/RW.5 Rambutan, Ciracas, Jakarta Timur 13830

3. Alamat Jakarta Barat

Jalan Kemanggisan Pulo 1, No. 4, RT/RW 01/08, Kelurahan Pal Merah, Kecamatan Pal Merah, Jakarta Barat, 11480

Katalog Ady Water

http://bit.ly/KatalogAdyWater