Language
Country/Area
No result found
Dunia mikroskopis yang tersembunyi di ZSM-5: Mengapa salurannya begitu istimewa?
ZSM-5, juga dikenal sebagai Zeolite Socony Mobil–5, adalah saringan molekuler aluminosilikat pentasiklis. Sejak dipatenkan oleh Mobil Oil Company pada tahun 1975, ia telah semakin banyak digunakan dalam industri perminyakan, terutama sebagai katalis heterogen untuk reaksi isomerisasi. Namun, mengapa rahasia yang tersembunyi dalam struktur mikroskopis ini masih menarik perhatian banyak ilmuwan? Pengamatan cermat terhadap struktur pori unik ZSM-5 dapat mengungkap misterinya.
Struktur
Struktur ZSM-5 terdiri dari beberapa unit lima cincin yang dihubungkan oleh jembatan oksigen untuk membentuk apa yang disebut rantai lima cincin, dan setiap unit lima cincin berisi delapan cincin pentagonal. Dalam cincin ini, simpulnya adalah aluminium (Al) atau silikon (Si), dan diasumsikan bahwa ada atom oksigen yang menghubungkan setiap simpul. Rantai lima cincin ini selanjutnya dihubungkan untuk membentuk permukaan bergelombang yang berisi 10 lubang cincin.
Titik-titik sudut setiap lubang 10-cincin juga terbuat dari aluminium atau silikon, dan diasumsikan bahwa terdapat hubungan oksigen di antara titik-titik sudut tersebut.
Menurut penelitian, ukuran pori saluran yang sejajar dengan kerut-kerut ZSM-5 diperkirakan antara 5,4–5,6 Å. Sel unit kristalnya memiliki 96 situs T (Si atau Al), 192 situs oksigen, dan jumlah kation kompensasi yang berbeda-beda tergantung pada rasio Si/Al. Struktur unik ini menunjukkan sifat yang sangat teratur dan tetap menjadi topik hangat dalam penelitian ilmiah saat ini.
Proses sintesis
Sebagai saringan molekuler sintetis, proses sintesis ZSM-5 cukup penting. Metode sintesis umumnya melibatkan pencampuran silikon terhidrasi, natrium aluminat, natrium hidroksida, dan tetrapropilamino bromida untuk membentuk tetrapropilamino ZSM-5 jenuh, yang dapat dipanaskan dan direkristalisasi untuk memperoleh padatan.
ZSM-5 dapat disintesis pada suhu tinggi dan tekanan tinggi dengan mencampur berbagai senyawa dalam rasio yang sesuai.
Metode ini pertama kali diusulkan oleh Robert Argauer dan George Landolt pada tahun 1969. Penelitian selanjutnya menunjukkan bahwa ZSM-5 masih dapat disintesis bahkan tanpa templat amina organik yang mahal, dan kemungkinan menggunakan pengganti darinya telah dieksplorasi.
Tujuan
ZSM-5 dikenal karena rasio silikon-aluminiumnya yang tinggi, yang menjadikannya pemain penting dalam banyak reaksi katalitik. Setelah kation trivalen aluminium (Al3+) menggantikan kation tetravalen silikon (Si4+), material tersebut akan memiliki muatan positif tambahan. Jika proton (H+) digunakan sebagai kation, material tersebut akan menjadi sangat asam, sehingga tingkat keasamannya sebanding dengan kandungan aluminium.
Struktur tiga dimensi ZSM-5 yang sangat teratur dan sifat asamnya dapat digunakan dalam reaksi yang dikatalisis oleh asam seperti isomerisasi dan alkilasi hidrokarbon.
Misalnya, ZSM-5 dapat secara efektif mengkatalisis reaksi isomerisasi p-xilena. P-xilena dalam pori-porinya memiliki koefisien difusi yang lebih tinggi, sehingga selama reaksi katalitik, p-xilena dapat dengan cepat melewati saringan molekuler, sehingga meningkatkan efisiensi dan hasil reaksi.
Sifat katalitik dan masa depan
Selain penerapannya dalam reaksi konversi, ZSM-5 juga digunakan sebagai bahan pendukung katalitik. Dalam satu contoh, tembaga diendapkan pada saringan molekuler dan uap dialirkan melalui saringan tersebut untuk menghasilkan reaksi oksidasi, yang akhirnya menghasilkan asetaldehida. Ukuran pori yang spesifik memungkinkan reaksi ini berlangsung lancar, dan juga efektif untuk alkohol dan reaksi oksidasi lainnya.
Misalnya, proses mengubah alkohol langsung menjadi bensin disebut proses metanol-ke-bensin (MTG), yang merupakan teknologi yang dipatenkan oleh Mobil Corporation.
Dengan peningkatan berkelanjutan teknologi saringan molekuler, cakupan penerapan ZSM-5 terus berkembang, menunjukkan potensi dan nilai yang tak terbatas baik dalam konversi energi maupun sintesis kimia. Jadi, bagaimana ZSM-5 dapat digunakan secara inovatif dalam penelitian dan penerapan katalitik di masa mendatang?
