Strategi Pembentukan Berbasis Polimer untuk Zeolit ​​​​Templat Karbon (ZTC) dan Komposit Kerangka Organik Logam (MOF) mereka untuk Peningkatan Sifat Penyimpanan Hidrogen (2)

Strategi Pembentukan Berbasis Polimer untuk Zeolit ​​​​Templat Karbon (ZTC) dan Komposit Kerangka Organik Logam (MOF) mereka untuk Peningkatan Sifat Penyimpanan Hidrogen (2)

Bahan dan metode

Bahan kimia

Dalam penelitian ini, bahan kimia berikut digunakan: Kalium karbonat (K2CO3, Sigma-Aldrich, 99+%), N,N-dimethylformamide (DMF, Sigma-Aldrich, 99,8%), 5,5′,6,6′- tetrahidroksi-3,3,3′,3′-tetramethyl-1,1′-spirobisindane (TTSBI, Sigma-Aldrich), 1,2,2-tetrachloroethane (TCE, Sigma-Aldrich, 98,0+%), 2,3 ,5,6 tertrafluoroterephthalonitrile (TFTPN, Sigma-Aldrich, 99%), bubuk 13X (Sigma-Aldrich, ~2 m ukuran partikel rata-rata), furfuryl alkohol (FA, Sigma-Aldrich, 97+%), asam fluorida (HF, Bahan kimia Ace, 97+%), asam klorida (HCl, bahan kimia Ace, 37+%), Kloroform anhidrat (CHCl3, Sigma-Aldrich, 99,9+%), Zirkonium klorida (ZrCl4, Sigma-Aldrich, 99,5+%), tereftalat acid (BDC, Sigma-Aldrich, 98%), asam format (HCOOH, Sigma-Aldrich, 99,5+%), metanol (CH3OH, Sigma-Aldrich, 99,9+%), etanol (bahan kimia Ace, 90%) dan de- air terionisasi dibeli dan digunakan tanpa pemurnian lebih lanjut. Gas hidrogen dan nitrogen (N2) dengan kemurnian sangat tinggi yang dibeli dari Afrox Company, Afrika Selatan digunakan untuk analisis sampel.

Prosedur percobaan

Sintesis ZTC

Dalam penelitian ini, sintesis ZTC dibuat berdasarkan prosedur dua langkah yang dilaporkan sebelumnya yang melibatkan impregnasi furfuril alkohol dari zeolit ​​13X diikuti dengan deposisi uap kimianya (Masika dan Mokaya, 2013; Musyoka et al., 2016). Singkatnya, zeolit ​​13X (24 g) dikeringkan dalam oven vakum pada 120 ° C di bawah vakum selama 12 jam sebelum impregnasi dengan 80 ml alkohol furfuryl (FA) pada suhu kamar. Setelah mencampurkan FA/zeolit ​​dengan pengadukan magnetik selama 24 jam, campuran disaring dan dicuci dengan beberapa tetes etanol untuk menghilangkan kelebihan furfuril alkohol. Selanjutnya, campuran FA/zeolit ​​ditempatkan pada krus kuarsa kemurnian tinggi dan dipindahkan ke dalam tungku tabung keramik alumina di mana campuran tersebut dipolimerisasi pada 80 ° C selama 24 jam di bawah aliran gas argon (100 mL min-1).

Setelah itu, polimerisasi dilanjutkan dengan memanaskan campuran pada 150°C selama 8 jam. Hibrida yang dihasilkan selanjutnya dipanaskan hingga 700 ° C di bawah aliran argon untuk memungkinkan stabilisasi komposit. Setelah 3 jam, masih pada 700 °C, aliran gas dialihkan ke campuran etilena/argon (10% etilena dalam argon) dan ditahan selama 3 jam. Aliran gas dialihkan kembali ke argon saja, sementara suhu dinaikkan hingga 900 ° C dan karbonisasi terjadi selama 3 jam. 

Masih dalam aliran argon, produk yang dihasilkan, yang disebut sebagai komposit zeolit/karbon, kemudian didinginkan hingga suhu kamar. Sampel dicuci dalam 10% larutan asam hidrofluorat selama 24 jam, diikuti dengan pengenceran larutan berair menjadi 2 L dengan air deionisasi dan disaring. Sampel selanjutnya direfluks dalam larutan 10% asam klorida selama 24 jam. Akhirnya, bahan karbon yang dihasilkan yang disebut ZTC dikumpulkan dengan penyaringan dan dicuci dengan 2L air deionisasi dan dikeringkan dalam oven vakum pada 120 ° C selama 12 jam.

Sintesis UiO-66(Zr)

Metode sintesis untuk UiO-66(Zr) seperti yang dilaporkan dalam penelitian sebelumnya (Ren et al., 2014) dengan beberapa perubahan. Dalam prosedur yang khas, 1,06 g ZrCl4 dan 0,68 g BDC dilarutkan dalam 50 mL DMF dan disonikasi selama 30 menit. Campuran yang dihasilkan bersama dengan 17,13 mL asam format dipindahkan ke dalam labu alas bulat 250 mL yang dihubungkan dengan sistem refluks. Selanjutnya, sistem ditempatkan dalam penangas minyak yang dipanaskan sebelumnya pada 120 ° C dan disimpan selama 4 jam. Akhirnya, endapan putih yang diperoleh dikumpulkan dengan sentrifugasi diikuti dengan pencucian dengan etanol pada suhu 60°C. Produk akhir kemudian dikeringkan pada suhu 90 ° C dalam oven konvensional.

Sintesis PIM-1

PIM-1 dibuat melalui reaksi substitusi aromatik nukleofilik ganda antara dua monomer (TTSBI dan TFTPN) dengan adanya katalis K2CO3 anhidrat sesuai prosedur khas yang dilaporkan oleh Budd et al. (2004). Dalam hal ini, campuran jumlah rasio equimolar dari TTSBI dan TFTPN dan sejumlah tertentu katalis K2CO3 anhidrat (8 ekivalen sehubungan dengan monomer) dievakuasi dan diisi kembali dengan gas nitrogen sebelum dilarutkan dalam 100 ml DMF anhidrat. Campuran disimpan di bawah aliran nitrogen dan dipanaskan sampai 65 ° C di bawah pengadukan magnet yang kuat. Setelah 72 jam, endapan kuning yang dihasilkan didinginkan dan didispersikan dalam 300 ml air deionisasi dan pengadukan dilanjutkan selama 1 jam. Padatan yang diperoleh dikumpulkan dengan penyaringan vakum diikuti dengan pelarutan dalam kloroform dan diendapkan kembali dalam metanol. Produk akhir dikeringkan pada 80 ° C selama 12 jam dalam oven vakum.

Sintesis Komposit PIM-1/UiO-66(Zr)/ZTC

Sampel komposit yang berbeda dari PIM-1/80 wt% UiO-66(Zr), PIM-1/80 wt% ZTC dan PIM-1/UiO-66(Zr)/ZTC (80 wt%) disiapkan dengan pencampuran fisik polimer pra-sintesis dan serbuk MOF/karbon menggunakan pelarut TCE. Serbuk UiO-66(Zr) dan ZTC dihilangkan gasnya pada 200 °C selama 4 jam sebelum percobaan untuk menghilangkan pelarut atau air yang teradsorpsi. Dalam kasus PIM-1/80 wt% UiO-66(Zr), prosedur yang serupa dengan metode yang baru-baru ini dilaporkan untuk komposit PIM-1/80 wt% MIL-101(Cr) (Molefe et al., 2019) adalah diikuti tetapi menggunakan jenis MOF yang berbeda. Dengan memodifikasi metode sintetik untuk PIM-1/80 wt% UiO-66(Zr) melalui substitusi UiO-66(Zr) dengan ZTC, diperoleh monolit hitam dengan 80 wt% ZTC dan 20 wt% PIM-1. Di sisi lain, komposit PIM-1/UiO-66(Zr)/ZTC (80 wt%) yang terdiri dari 20 wt% PIM-1, 40 wt% ZTC dan 40 wt% UiO-66(Zr) dalam pelarut TCE disiapkan melalui metode impregnasi pelarut yang sama. Campuran yang dihasilkan kemudian dipanaskan pada suhu 150 °C untuk menghilangkan sisa pelarut di dalam komposit monolit.

Karakterisasi Sampel

Analisis kristalinitas sampel dilakukan dengan menggunakan difraktometer sinar-X serbuk (PANalytical X'Pert Pro), dengan detektor Pixcel (radiasi Cu-Kα = 0,154 nm). Pola difraksi sinar-X serbuk (PXRD) diukur pada kecepatan pemindaian 2° menit-1 pada suhu kamar. Instrumen TGA/SDTA 851e (Mettler, Toledo) digunakan untuk analisis termogravimetri (TGA). Sampel dipanaskan pada laju pemanasan 10°C min-1 dari 46 hingga 1.000°C.

Analisis dilakukan di bawah udara (60 mL min−1) dan aliran nitrogen (40 mL min−1) sebagai gas keseimbangan. Semua spektrum infra-merah (FTIR) transformasi Fourier diperoleh dengan menggunakan spektrometer FTIR 100 Spektrum Perkin-Elmer, bekerja dalam kisaran 4.000 hingga 400 cm−1 dengan resolusi 4 cm−1 dalam mode refleksi total teratenuasi (ATR). Sebelum setiap pengukuran FTIR, 8 scan latar belakang dikumpulkan. 

Morfologi sampel yang diperoleh diamati menggunakan mikroskop elektron pemindaian berkas ion terfokus (Carl Zeiss Auriga Cobra). Isoterm serapan nitrogen dan hidrogen (hingga 1 bar) diperoleh dari penganalisis Micrometrics ASAP 2020 HD pada 77 K. Luas permukaan spesifik menurut teori Brunauer-Emmett-Teller (BET) diperoleh dari isoterm fisisorpsi nitrogen. Sebelum percobaan penyerapan gas, sampel didegassing di port degassing di bawah vakum (turun ke 10-7 bar) pada 200 ° C selama setidaknya 8 jam untuk menghilangkan kelembaban atau residu volatil lainnya.

Hasil dan Diskusi

Pola PXRD untuk UiO-66 (Zr) yang disiapkan menunjukkan puncak karakteristik utama yang konsisten dengan penelitian yang dilaporkan sebelumnya (Ren et al., 2014) dan menegaskan pembentukan MOF kristal murni. Kristalinitas yang diamati melengkapi gambar SEM masing-masing (Gambar 4d), menunjukkan kristal berbentuk oktahedral yang sangat jelas dengan tepi tajam sebagai atribut dari kehadiran 100 ekuivalen modulator (asam format) yang digunakan selama sintesisnya. 

Sampel ZTC menunjukkan puncak difraksi pada 6,2° 2-teta mirip dengan template zeolit ​​13X, menunjukkan replikasi pemesanan pori struktural tipe zeolit ​​13X di ZTC dan juga mengkonfirmasi keberhasilan proses templating (Xia et al., 2011; Musyoka dkk., 2018). Setelah menggabungkan UiO-66 (Zr) dan ZTC ke dalam matriks PIM-1 untuk mendapatkan bahan komposit PIM-1/80 wt%UiO-66(Zr) dan PIM-1/80 wt% ZTC, karakteristik puncak pengisi adalah masih ada dan dominan. 

Dengan demikian, menunjukkan bahwa struktur kristal pengisi dipertahankan pada proses pengikatan silang antara matriks polimer dan bahan pengisi. Seperti terlihat pada Gambar 1, pola difraksi material komposit didominasi oleh puncak difraksi kuat yang dihasilkan masing-masing dari UiO-66(Zr) dan ZTC, ditambah dengan sedikit amorf dari kehadiran PIM-1 yang tidak terlalu menonjol karena persentase beratnya yang rendah (20% berat). Sebaliknya, untuk PIM-1/UiO-66(Zr)/ZTC (80 wt%), puncak karakteristik UiO-66(Zr) lebih dominan dan terlihat jelas dibandingkan dengan ZTC dan sifat amorf PIM- 1 dan struktur fasa kristal UiO-66(Zr) masih dipertahankan.

Untuk menyelidiki lebih lanjut sifat-sifat komposit yang diperoleh, perilaku termal dari semua bahan murni dan komposit diselidiki. Seperti digambarkan dalam kurva TGA (Gambar 2), stabilitas termal ditemukan mengikuti urutan ZTC>PIM-1/80 wt% ZTC> UiO-66(Zr)> PIM-1/80 wt% UiO-66( Zr)> PIM-1>PIM-1/UiO-66(Zr)/ZTC (80% berat). Meskipun penggabungan ZTC menyebabkan peningkatan stabilitas termal komposit PIM/80 wt% ZTC, menarik untuk dicatat bahwa masuknya UiO-66(Zr) dalam komposit yang mengandung 3 bahan pengisi (PIM-1/ UiO-66(Zr)/ZTC (80 wt%)) memiliki stabilitas termal yang lebih rendah tetapi masih dalam kisaran yang menarik untuk sebagian besar bahan berpori. 

Secara umum, stabilitas termal PIM-1 (hingga 415 °C) diketahui karena adanya interaksi yang kuat dari gugus nitril (Du et al., 2008). Di sisi lain, penurunan berat UiO-66(Zr) pada suhu di bawah 150 °C sering dianggap berasal dari penguapan pelarut yang teradsorpsi dan/atau molekul air. Penurunan berat badan tambahan yang muncul dalam kisaran 150 hingga 362 °C dikaitkan dengan dehidroksilasi gugus Zr6 sebelum dimulainya penurunan berat akhir mulai dari 475 °C hingga MOF akhirnya terdegradasi menjadi ZrO2. Tren penurunan berat badan ini diamati di semua komposit yang mengandung MOF yang disintesis dalam penelitian ini

Transformasi Fourier infra-merah digunakan untuk menyelidik dan mengkonfirmasi komposisi kimia dari komposit yang dihasilkan dan cross-linking antara matriks PIM-1 dan bahan pengisi (ZTC dan UiO-66(Zr)). Pada Gambar 3, spektrum FTIR dari PIM-1 murni menampilkan peregangan CO (1.213–1.250 cm−1) (Chaukura dan Maynard-Atem, 2015), dan peregangan karakteristik nitril (–C≡N) (sekitar 2.229 cm− 1) (Patel dan Yavuz, 2012). 

Puncak intens di sekitar 1.446 cm−1 disebabkan oleh getaran regangan C = C dan puncak lainnya yang diamati pada 1.105–1.015 cm−1 dan 872 cm−1 dapat ditetapkan masing-masing untuk getaran regangan C-C dan C-O. Di sisi lain, spektrum IR murni UiO-66(Zr) menunjukkan puncak getaran karakteristik cincin benzena pada 1,510 dan 1,403 cm−1 yang sesuai dengan literatur yang dilaporkan (Luan et al., 2015). Puncak doublet yang intens pada 1.657 dan 1.581 cm-1 dapat dikaitkan dengan mode peregangan fase masuk dan keluar dari gugus karboksilat yang ada dalam penghubung asam tereftalat (Zhu et al., 2014). Puncak di sekitar 811, 748 dan 658 cm−1 sesuai dengan getaran O-H dan C-H pada ligan BDC (Yang et al., 2017).

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 karbon aktif dengan merek import: HAYCARB, JACOBI, CALGON, dan NORIT. Merek karbon aktif lokal: KARBON AKTIF ADY WATER. Kemasan karbon aktif 25 kg per karung untuk karbon import, untuk karbon lokal 25 kg per karung dan 20 kg per karung. Menyediakan karbon aktif lokal eceran kiloan, untuk import tidak eceran. Fungsi karbon aktif untuk filter air bersih, filter air minum, filter air aquarium, filter air kolam, filter air proses industri, filter air lingkungan, dekolorisasi, gula rafinasi, pemulihan emas (gold recovery), menghilangkan klorin, bau pada air, dll.

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