Strategi Pembentukan Berbasis Polimer untuk Zeolit ​​​​Templat Karbon (ZTC) dan Komposit Kerangka Organik Logam (MOF) mereka untuk Peningkatan Sifat Penyimpanan Hidrogen

Strategi Pembentukan Berbasis Polimer untuk Zeolit ​​​​Templat Karbon (ZTC) dan Komposit Kerangka Organik Logam (MOF) mereka untuk Peningkatan Sifat Penyimpanan Hidrogen

Bahan berpori seperti metal organic frameworks (MOFs), zeolit ​​templated carbons (ZTC), dan beberapa polimer berpori telah disukai komunitas penelitian karena daya tariknya untuk aplikasi penyimpanan hidrogen (H2). Hal ini karena sifat-sifatnya yang luar biasa, yang antara lain meliputi luas permukaan yang tinggi, porositas yang tinggi, tunability, termal yang tinggi, dan stabilitas kimia. Namun, terlepas dari sifatnya yang luar biasa, kurangnya kemampuan proses karena sifat tepung yang melekat pada mereka menghadirkan faktor penghambat untuk potensi penuh mereka untuk aplikasi dalam sistem penyimpanan hidrogen. 

Selain itu, konduktivitas termal yang buruk di beberapa bahan ini juga berkontribusi pada keterbatasan penggunaannya dalam jenis aplikasi ini. Oleh karena itu, ada kebutuhan untuk mengembangkan strategi untuk memproduksi komposit berpori fungsional yang mudah ditangani dan dengan sifat perpindahan panas yang ditingkatkan sambil tetap mempertahankan kapasitas adsorpsi hidrogen yang tinggi. Di sini, kami menyajikan pendekatan pembentukan sederhana untuk ZTC dan komposit MOF mereka menggunakan polimer mikroporositas intrinsik (PIM-1). 

Karakteristik intrinsik dari masing-masing bahan berpori ditransfer ke komposit yang dihasilkan yang mengarah pada peningkatan kemampuan proses tanpa mengubah sifat keroposnya secara merugikan. Luas permukaan dan kapasitas serapan hidrogen untuk komposit berbentuk yang diperoleh ditemukan berada dalam kisaran 1.054–2.433 m2g−1 dan 1,22–1,87 H2 wt. %, masing-masing pada 1 bar dan 77 K. Singkatnya, kinerja sinergis dari bahan yang diperoleh sebanding dengan rekan-rekan bubuk mereka dengan sifat pelengkap tambahan.

Kata Pengantar

Penyimpanan hidrogen (H2) yang canggih saat ini di kendaraan sel bahan bakar adalah kompresi pada 700 bar di mana tangki penyimpanannya berat, mahal, dan juga dapat menyebabkan masalah keamanan. Biasanya, silinder tipe IV pada kendaraan sel bahan bakar dapat menyimpan 5 wt. % H2 pada 700 bar (Hua et al., 2017). Oleh karena itu, strategi untuk mengembangkan alternatif metode penyimpanan H2 yang efektif dan efisien masih menjadi tantangan. 

Target Departemen Energi (DOE) Amerika Serikat 2020 yang diusulkan untuk sistem penyimpanan H2 terpasang (termasuk katup, penahan tekanan, sistem pendingin, dll.) adalah 4,5 berat. % dan 0,030 kg H2/L untuk penyimpanan gravimetri dan volumetrik, masing-masing (Departemen Energi AS, 2018). Kemajuan penelitian luar biasa yang dibuat dalam bahan nanopori untuk aplikasi penyimpanan hidrogen menunjukkan harapan besar. 

Bahan dengan luas permukaan yang tinggi seperti kerangka organik logam, karbon dan polimer berpori dapat menyimpan hidrogen melalui fisisorpsi pada tekanan rendah yang lebih aman dan memiliki reversibilitas yang baik serta kinetika yang cepat (Yang et al., 2011). Selain itu, kapasitas H2 gravimetri tinggi hingga 8,9 wt. % pada 77 K dan 30 bar pada karbon aktif (Blankenship et al., 2017) dan total maksimum 10 wt. % pada NOTT-112 MOFs dapat dicapai pada 77 K dan 77 bar (Yan et al., 2009). Padahal, pada tekanan rendah, jumlah maksimum H2 yang teradsorpsi pada MOFs sedikit lebih rendah dan dilaporkan sekitar 2,5 berat. % (Rowsell dan Yaghi, 2006) sedangkan karbon seperti CA-4700 memiliki 3,9 % berat pada 77 K dan 1 bar (Blankenship et al., 2017). 

Namun, kapasitas volumetrik tetap rendah pada kondisi yang sama (Kaye et al., 2007). Oleh karena itu, sifat-sifat adsorben ini harus ditingkatkan untuk mencapai kapasitas gravimetri dan volumetrik yang tinggi baik pada suhu rendah maupun suhu sekitar agar dapat secara praktis layak untuk dimasukkan ke dalam sistem penyimpanan H2 on-board. Selain itu, material nanopori memerlukan modifikasi untuk meningkatkan sifat fisik lainnya seperti konduktivitas termal yang diperlukan untuk pembuangan panas yang cepat dan kekuatan mekanik yang diperlukan untuk penanganan yang lebih baik. Properti tambahan ini sangat penting dalam aplikasi praktis.

Kerangka organik logam (MOFs) adalah kelas bahan hibrida kristal dan sangat berpori yang terdiri dari ion logam dan ligan organik (Férey, 2008). Sifat-sifat MOFs dapat disetel dengan menggunakan berbagai ion logam dan penghubung organik selama sintesis (Hu dan Zhao, 2015). Selain aplikasi dalam pengiriman obat, pemisahan gas dan katalisis, MOFs tidak hanya menunjukkan sifat yang menarik untuk adsorpsi dan penyimpanan gas tetapi juga dapat digunakan sebagai sensor, antara lain aplikasi (Murray et al., 2009; Della Rocca et al., 2011; Kreno). dkk., 2011; Stavila dkk., 2014). 

Dalam penelitian ini, zirkonium-karboksilat Universitetet i Oslo (UiO-66(Zr)) MOF diminati karena stabilitas mekanik, kimia, dan termalnya yang sangat baik (Cavka et al., 2008). Selain MOF, material berstrukturnano karbon konduktif seperti zeolit ​​templated carbons (ZTCs) yang strukturnya terdiri dari jaringan tiga dimensi nanographene mirip buckybowl (Nishihara et al., 2009) telah muncul sebagai bahan yang menarik untuk aplikasi penyimpanan H2 karena luas permukaannya yang tinggi, porositas yang tinggi, bobot yang ringan dan konduktivitas termal yang tinggi (Yang et al., 2016).

Sintesis komposit berpori telah muncul sebagai strategi yang menarik untuk meningkatkan sifat intrinsik dari bahan individu. Misalnya, Musyoka dkk. (2017) menyelidiki pengomposisian in-situ dari UiO-66 MOF berbasis zirkonium dengan graphene oxide (rGO) tereduksi dan mengamati peningkatan luas permukaan ditambah dengan peningkatan kapasitas serapan hidrogen untuk komposit rGO/Zr-MOF dibandingkan dengan Zr- murni. MOF. 

Mekanisme adsorpsi hidrogen pada bahan karbon dilaporkan melalui disosiasi dan kemisorpsi hidrogen pada sisi karbon dengan hidrogen yang diisolasi lebih mudah berdifusi pada bahan karbon (Wang et al., 2016). Khususnya, komposit MOF dengan bahan karbon sangat menarik karena bahan karbon memiliki konduktivitas termal yang tinggi, yang bermanfaat untuk manajemen panas selama siklus hidrogen (Ngene et al., 2017). Namun, terlepas dari perilaku penyerapan hidrogen yang ditingkatkan, komposit MOF/Karbon masih memiliki tantangan pemrosesan. Oleh karena itu baru-baru ini, fabrikasi berbagai jenis karbon berbasis polimer dan komposit MOF telah diselidiki dan diidentifikasi sebagai strategi yang menarik tidak hanya untuk meningkatkan kinerja tetapi juga untuk membentuk bahan-bahan ini.

Di sisi lain, polimer mikroporositas intrinsik (PIM-1) yang sangat dapat diproses adalah bahan adsorben yang menarik yang larut dalam pelarut umum dan dapat dicetak ke dalam struktur yang stabil secara mekanis (Budd et al., 2004). Namun, sebagian besar fokus telah pada peningkatan sifat adsorptif bahan ini untuk kapasitas serapan tinggi dan sangat sedikit upaya telah dilakukan untuk menyesuaikan bahan untuk sifat aplikasi skala besar. 

Dalam studi terbaru oleh Tien-Binh et al. (2018) membran matriks campuran bebas cacat (MMM) yang terbuat dari pengisi PIM-1 dan UiO-66-NH2 disiapkan dengan ikatan silang kimia in-situ dari UiO-66-NH2 dengan PIM-1 selama sintesis polimer untuk meningkatkan adhesi pengisi polimer yang buruk. Dilaporkan bahwa reaksi kimia in-situ antara monomer 1,4-dicyanotetrafluorobenzene dan gugus amina UiO-66(Zr) MOF mengarah pada pencangkokan langsung PIM-1 ke permukaan MOF dan dengan demikian meningkatkan adhesi pengisi-polimer dan pemisahan gas kinerja (permeabilitas dan selektivitas yang lebih tinggi untuk semua gas yang diuji).

Ada beberapa penelitian lain tentang PIM-1/UiO-66 MMM (Khdhayyer et al., 2017; Tien-Binh et al., 2018; Yu et al., 2019), namun cakupannya terbatas pada membran untuk pemisahan gas. aplikasi. Beberapa penelitian lain juga telah melaporkan jenis komposit MOF/Karbon lainnya seperti MOF-5/expanded natural graphite (ENG) (Liu et al., 2012), MIL-101(Cr)/ZTC (Musyoka et al., 2016). ) dan trombosit HKUST-1/graphene (Hassan et al., 2019). Selain itu, komposit MOF/polimer lainnya seperti PIM-1/MIL-101 (Cr) (Khdhayyer et al., 2019), PIM-1/UiO-66 (Khdhayyer et al., 2017), PIM-1/UiO- 66-NH2 (Tien-Binh et al., 2018), PIM-1/UiO-66-CN (Yu et al., 2019) dan Matrimid/UiO-66 MMMs (Marti et al., 2018) telah dilaporkan. Namun, belum ada pekerjaan yang dilakukan pada bahan komposit yang terdiri dari tiga bahan murni (karbon/polimer/MOF) untuk aplikasi adsorpsi H2.

Dalam pekerjaan kami sebelumnya (Molefe et al., 2019) kami melaporkan bahwa setelah meningkatkan pemuatan MOF pada komposit PIM-1/MIL-101(Cr), luas permukaan, volume pori, dan kapasitas adsorpsi H2 meningkat secara signifikan. Temuan kami menunjukkan bahwa 80% berat pemuatan MIL-101(Cr) ke PIM-1 menunjukkan peningkatan penyerapan H2 tanpa efek pemblokiran pori. 

Oleh karena itu, pemuatan pengisi yang dioptimalkan sebesar 80% berat juga dipilih untuk penelitian ini. Namun, komposit polimer/MOF masih kekurangan konduktivitas termal. Oleh karena itu, atas dasar inilah penelitian ini menyajikan penggabungan sifat fisiko-kimia ZTC, PIM-1 dan UiO-66(Zr) MOF menjadi komposit fungsional yang dapat dicetak. Sebanyak ketiga bahan murni dapat berfungsi sebagai adsorben H2 individu, ZTC dalam hal ini berfungsi sebagai penambah konduktivitas termal sedangkan PIM-1 juga berfungsi sebagai bahan pengikat.

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

Jual silica gel minimal pembelian 1 kg. Ukuran sachet silica gel yang dijual 1 gram, 2 gram, 5 gram, 10 gram, 25 gram, 50 gram, 100 gram, 250 gram, 500 gram, 1 kilogram. Jual silica gel curah per karung 25 kilogram. Sudah suplai silica gel untuk kebutuhan bandara, industri sepatu, makanan (FOOD GRADE), gas separasi / kromatografi kolom, aquarium, kebutuhan pribadi, dll

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