Ozonasi Katalitik Bahan Kimia Organik Rekalsitran Dalam Air Menggunakan Vanadium Oksida Bermuatan Zeolit ​​ZSM-5

Ozonasi Katalitik Bahan Kimia Organik Rekalsitran Dalam Air Menggunakan Vanadium Oksida Bermuatan Zeolit ​​ZSM-5

Pembuangan air limbah yang memiliki komposisi kimia bandel dapat memiliki efek lingkungan yang signifikan dan merugikan. Penelitian ini menyelidiki penerapan pengobatan ozonasi katalitik untuk menghilangkan bahan kimia organik bandel (ROCs) dari air. Bahan katalitik baru menggunakan oksida vanadium (V) yang diendapkan ke permukaan zeolit ​​NaZSM-5 (V/ZSM) ditemukan sangat efisien untuk tujuan ini. V oksida yang sangat terdispersi (V4+ dan V5+) dan struktur kerangka Si-OH-Al ditentukan untuk mendorong reaksi permukaan dan pembentukan radikal hidroksil. 

V1/ZSM450 yang dibangun (0,7% berat V pemuatan dan kalsinasi 450 °C) menunjukkan aktivitas tertinggi di antara komposisi katalis yang dikembangkan. V1/ZSM450-COP meningkatkan laju mineralisasi nitrobenzena dan asam benzoat sebesar 50 dan 41% dibandingkan dengan ozonasi tunggal. Studi ini menunjukkan peningkatan potensi katalis V/ZSM yang digunakan dengan catalytic ozonation process (COP) untuk pengolahan air limbah kimia.

Kata Pengantar

Air limbah kimia yang dihasilkan selama produksi industri pewarna, parfum, pestisida, dan obat-obatan menimbulkan ancaman signifikan terhadap lingkungan dan kesehatan manusia (Qu et al., 2007; Ao et al., 2019). Bahan kimia yang ditemukan dalam air limbah ini, seperti nitrobenzena dan asam benzoat, bersifat persisten terhadap lingkungan, memiliki biodegradabilitas yang buruk dan sangat beracun (Mantis et al., 2005). 

Diperlukan pengembangan teknologi yang efisien untuk menghilangkan bahan kimia organik rekalsitran (ROCs) ini (Güm dan Akbal, 2017; Nawaz et al., 2017). Penerapan proses catalytic ozonation (COP) telah diselidiki untuk pengembangan metode yang efisien untuk menghilangkan ROC dari air (Li et al., 2017). Katalis dalam proses tersebut memfasilitasi penguraian ozon menjadi spesies yang lebih aktif seperti radikal bebas, dan/atau untuk adsorpsi bahan kimia yang dapat bereaksi dengan ozon terlarut (Dong et al., 2008; Chen et al., 2018).

Berbagai macam zeolit ​​telah digunakan sebagai katalis dalam COP. Pertimbangan penting untuk katalis zeolit ​​meliputi hidrofilisitas/hidrofobisitas, rasio silika terhadap alumina (SiO2/Al2O3), luas permukaan, dan ukuran pori (Amin et al., 2010; Jeirani dan Soltan, 2017). Zeolit ​​Y telah ditemukan untuk menghilangkan fenol dan mengurangi kebutuhan oksigen kimia (COD) dalam larutan, terutama melalui oksidasi yang dimediasi radikal hidroksil (∙OHs) (Dong et al., 2008). 

Zeolit ​​4A meningkatkan penghilangan parasetamol dari air melalui mekanisme yang dimediasi adsorpsi (Ikhlaq et al., 2018). Zeolit ​​​​LTA meningkatkan generasi •OHs dari ozon, mempromosikan penghapusan karbon organik total (TOC) dari larutan 2, 4-dimetilfenol (Vittenet et al., 2014). Kehadiran oksida logam transisi dalam zeolit ​​​​dapat mengkatalisis dekomposisi ozon menjadi radikal yang sangat aktif, meningkatkan oksidasi (Valdés et al., 2009). Untuk zeolit ​​MCM-41, pemuatan mangan (Mn), besi (Fe), atau serium (Ce) oksida meningkatkan situs asam Lewis dan gugus hidroksil permukaan (-OHs). Logam memulai dekomposisi ozon dan menghasilkan •OHs yang telah ditunjukkan untuk mineralisasi nitrobenzena dan asam p-klorobenzoat (Bing et al., 2013). Dilaporkan bahwa oksida Mn yang dimuat pada zeolit ​​SBA-15 secara signifikan meningkatkan mineralisasi norfloksasin di COP (Sun et al., 2014)

Permukaan-OH yang terprotonasi adalah situs reaksi utama dan mendorong pembentukan •OH (Chen et al., 2018). Vanadium (V) oksida juga merupakan katalis yang efisien dalam COP dan sifat pendukung juga mempengaruhi konversi dan selektivitas ROC (Chetty et al., 2012). Sepengetahuan kami, zeolit ​​bermuatan V oksida belum dikembangkan untuk digunakan dalam COP.

Zeolit ​​ZSM-5 sebagai katalis tipikal banyak digunakan selama perengkahan katalitik fluida karena aktivitasnya yang tinggi, kekuatan asam yang sesuai, struktur pori yang teratur, dan stabilitas hidrotermal yang baik (Martínez dan Corma, 2011). Potensi penggunaan zeolit ​​ZSM-5 sebagai katalis dalam COP baru-baru ini telah dilaporkan (Chen et al., 2007). 

Zeolit ​​ZSM-5 silika tinggi secara signifikan meningkatkan penghilangan COD dan TOC larutan dimetil ftalat dalam proses ozon/ultraviolet melalui oksidasi •OHs (Chen et al., 2007). Zeolit ​​​​ZSM-5 adalah penyerap yang sangat tinggi, memberikan luas permukaan reaksi yang besar antara ozon dan fenol dalam air (Amin et al., 2010). Ozonasi yang dibantu oleh zeolit ​​ZSM-5 diduga merupakan mekanisme non-radikal. Zeolit ​​ZSM-5 berfungsi sebagai penampung ozon dan penyerap bahan kimia organik. Aktivitas ini tergantung pada rasio antara SiO2 dan Al2O3 atau hidrofobisitas daripada keasaman atau ion lawan (Ikhlaq dan Kasprzyk-Hordern, 2017). 

Studi kami sebelumnya lebih lanjut menentukan bahwa baik NaZSM-5 dan zeolit ​​HZSM5 jenuh adsorpsi mengikuti oksidasi yang dimediasi OHs dalam COP nitrobenzene. Ikatan Si-O permukaan dan/atau struktur Si-O(H)-Al adalah situs aktif zeolit ​​ZSM-5. Pemuatan oksida Ce, Fe, atau Mn meningkatkan aktivitas katalitik relatif terhadap zeolit ​​ZSM-5 saja (Chen et al., 2018). Efisiensi dan mekanisme mineralisasi ROCs menggunakan zeolit ​​ZSM-5 terkatalisasi ozonasi belum teridentifikasi dengan jelas. Oksida V yang didukung pada oksida logam atau bahan karbon sebelumnya telah digunakan untuk meningkatkan efisiensi untuk perawatan oksidasi lanjutan ROC (Maddila et al., 2014; Rivoira et al., 2017). V oksida memuat ZSM-5 zeolit ​​(V/ZSM) sebagai katalis dalam COP untuk mineralisasi ROCs belum diselidiki.

Dalam penelitian ini, zeolit ​​NaZSM-5 dimuat dengan V oksida dan dikarakterisasi. Zeolit ​​NaZSM-5 yang didukung Mn digunakan sebagai referensi mengingat aktivitas katalitik yang tinggi dalam COPs (Chen et al., 2018). Wawasan efisiensi katalitik dan mekanisme zeolit-zeolit ​​tersebut di COP untuk mineralisasi nitrobenzena dan asam benzoat dalam air diselidiki untuk aplikasi potensialnya.

Eksperimental

Bahan:

NaZSM-5(30) zeolit ​​(natrium [Na] jenis counter ion, rasio SiO2/Al2O3 pada 30) dipilih sebagai katalis induk (PZSM) dan dibeli dari Shanghai Sunny Molecular Sieve Plant, Shanghai, Cina. Nitrobenzena (99,8 berat%), asam benzoat (99,5 berat%), amonium metavanadat (NH4VO3, 99,95 berat%), asam oksalat (H2C2O4, 99,6 berat%), natrium hidroksida (NaOH, 96 berat%), asam klorida (HCl, 38 wt%), natrium bikarbonat (NaHCO3, 99,5 wt%), larutan mangan nitrat (Mn(NO3)2; 50% berat) dan dinatrium hidrogen fosfat (Na2HPO4, 99 wt%) semuanya diperoleh dari Beijing Chemical Reagents Co., Ltd, Beijing, Cina. Air ultra murni (18,2 mΩ/cm) diproduksi oleh sistem air ultra murni Direct-Pure UP (Rephile Shanghai Bioscience Co., Ltd., Shanghai, China).

Persiapan Katalis

Katalis V/ZSM dibuat menurut metode impregnasi basah yang baru jadi. Berbagai jumlah NH4VO3 dan 4 g H2C2O4 ditambahkan ke ~80 g air ultra murni. Campuran diaduk selama 30 menit pada suhu 40 °C untuk membentuk larutan. Seratus gram PZSM dijenuhkan dengan larutan yang mengandung 2,4 atau 4,0 g NH4VO3. Sampel diresapi kemudian dikalsinasi pada 450 ° C selama 4 jam di udara setelah pengeringan pada 110 ° C selama 12 jam untuk menghasilkan V1/ZSM450 dan V2/ZSM450, masing-masing. Kalsinasi pada 550 °C menghasilkan V1/ZSM550 dan V2/ZSM550. Katalis referensi Mn yang didukung zeolit ​​NaZSM-5 (Mn/ZSM) dengan pembebanan Mn 1% (oleh XRF) dibuat dengan impregnasi basah yang baru jadi. Sejumlah 0,67 g larutan 50 wt% Mn(NO3)2 ditambahkan dengan 3,0 g air diikuti dengan impregnasi 10 g NaZSM-5 dengan larutan di atas. Bahan yang dihasilkan dikeringkan pada 90 ° C selama 4 jam dan dikalsinasi pada 450 ° C selama 4 jam.

Karakterisasi Katalis

Morfologi permukaan diperiksa pada mikroskop elektron pemindaian (SEM) Quanta 200F dan mikroskop elektron transmisi (TEM) Tecnai G2 F20 (FEI, Hillsboro, OR, USA). Kristal diamati dengan difraksi serbuk sinar-X (XRD) dengan instrumen difraksi serbuk XRD-6000 (Shimadzu, Kyoto, Jepang). Gugus fungsi pada permukaan diidentifikasi dengan spektrometer Magna-IR 560 ESP FT-IR (Nicolet, Madison, WI, USA). Luas permukaan dan volume pori ditentukan dengan luas permukaan dipercepat ASAP 2000 dan sistem porosimetri (Micromeritics, Norcross, GA, USA). Komposisi ditentukan dengan fluorospektrometer sinar-X ZSX-100E (XRF) (Rigaku, Tokyo, Jepang). Distribusi elemen permukaan direkam dengan spektrometer fotoelektron sinar-X PHI Quantera SXM (XPS) (ULVAC-PHI, Chanhassen, MN, USA). PH titik nol muatan (pHpzc) katalis ditentukan sesuai dengan prosedur pergeseran pH (El-Bahy et al., 2008).

Ozonasi Bahan Kimia Organik Rekalsitran

Nitrobenzena dan asam benzoat adalah ROC khas yang ditemukan dalam air limbah kimia (Chen et al., 2018; Suryavanshi et al., 2018). Dalam penelitian ini, nitrobenzena, dan asam benzoat digunakan sebagai model ROC untuk menyelidiki efisiensi dan mekanisme ozonasi katalis V/ZSM (V/ZSM-COP). Larutan nitrobenzena dan larutan asam benzoat dibuat dengan konsentrasi 100 mg/L dalam air ultra murni. Nilai TOC dan pH awal larutan nitrobenzena dan larutan asam benzoat masing-masing adalah 55,9 atau 67,5 mg/L dan 6,5 atau 3,5.

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