Ozonasi Katalitik Bahan Kimia Organik Rekalsitran Dalam Air Menggunakan Vanadium Oksida Bermuatan Zeolit ​​ZSM-5 (3)

Ozonasi Katalitik Bahan Kimia Organik Rekalsitran Dalam Air Menggunakan Vanadium Oksida Bermuatan Zeolit ​​ZSM-5 (3)

Kerangka kerja PZSM relevan dengan situs katalitik aktif, mempromosikan mineralisasi bahan kimia di COP. Situs asam biasanya dianggap aktif pada zeolit ​​(Saeid et al., 2018). Struktur Si-ONa-Al dapat ditukar dengan Si-OH-Al (Shirazi et al., 2008), sebagai situs aktif untuk zeolit ​​ZSM-5. V/ZSM-COP meningkatkan penghilangan TOC larutan nitrobenzena sebesar 14,7–39,9% dan larutan asam benzoat sebesar 12,3–27,0% dibandingkan dengan PZSM-COP. 

Perbedaan ini menunjukkan bahwa dengan pembebanan V oksida pada PZSM COP ditingkatkan. Permukaan terdistribusi V oksida (V4+ dan V5+) berfungsi sebagai situs aktif utama katalis V/ZSM. Pemuatan V oksida yang berlebihan tidak secara nyata meningkatkan penghilangan TOC selama V/ZSM-COP. Meskipun pemuatan V oksida dua kali lipat, penghilangan TOC dari V2/ZSM450 (85,4% untuk nitrobenzena dan 88,3% untuk asam benzoat) sedikit lebih tinggi daripada V1/ZSM450 (80,5% untuk nitrobenzena dan 84,5% untuk asam benzoat). ). V2/ZSM550 (60,2% untuk nitrobenzena dan 74,2% untuk asam benzoat) dan V1/ZSM550 (61,7% untuk nitrobenzena dan 73,6% untuk asam benzoat) memiliki hasil yang serupa. 

Pemuatan oksida logam yang berlebihan dapat mengurangi situs aktif, melemahkan interaksi antara oksida logam, dan penyangga (Chen et al., 2017a). Dalam aplikasi ini, oksida V yang berlebihan dapat memblokir sebagian struktur Si-OH-Al, mengurangi aktivitas. Peningkatan aktivitas dari oksida V aktif sebagian diimbangi oleh penurunan situs Si-OH-Al. V1/ZSM450 dan V2/ZSM450 menunjukkan penghilangan TOC yang tinggi dibandingkan dengan V1/ZSM550 dan V2/ZSM550. Suhu kalsinasi yang tinggi dapat menurunkan aktivitas katalitik katalis V/ZSM (Chen et al., 2017b). 

Katalis V/ZSM yang dikalsinasi pada 550 °C menunjukkan kristalinitas dan luas permukaan yang lebih rendah dibandingkan pada 450 °C, menunjukkan hilangnya struktur Si-OH-Al. Efek bersama dari berbagai situs aktif yang hidup berdampingan pada dukungan mendukung aktivitas katalitik (Tu et al., 2012). Untuk katalis V/ZSM, aktivitasnya bergantung pada dua jenis situs aktif yang hidup berdampingan dan berinteraksi secara kooperatif, yaitu struktur V oksida (V4+ dan V5+) dan Si-OH-Al.

Efek kooperatif dari V oksida dan struktur Si-OH-Al pada katalis V/ZSM dikurangi dengan kalsinasi suhu tinggi, menghasilkan penurunan aktivitas katalitik untuk V1/ZSM550 dan V2/ZSM550. Di antara katalis V/ZSM, V1/ZSM450 menunjukkan aktivitas katalitik yang tinggi untuk menghilangkan COP dari nitrobenzena dan asam benzoat dalam larutan. Sebaliknya, penghilangan TOC dari Mn/ZSM yang direferensikan (72,2% untuk nitrobenzena dan 75,4% untuk asam benzoat) sedikit lebih rendah daripada V1/ZSM450 (80,5% untuk nitrobenzena dan 84,5% untuk asam benzoat). Hasilnya lebih jauh mengungkapkan keunggulan V1/ZSM450. Sisa dari penelitian ini difokuskan pada PZSM dan V1/ZSM450.

Kinetika Mineralisasi SOP dan COP

Mineralisasi nitrobenzena dan asam benzoat keduanya mengikuti kinetika orde pertama semu selama perawatan SOP, PZSM-COP dan V1/ZSM450-COP yang terjadi dalam dua fase masing-masing pada 0–15 dan 15–30 menit (Gambar 4D). Untuk larutan nitrobenzena, nilai km(0−15 menit) adalah 0,0197, 0,0295, dan 0,0471 mnt−1, nilai km(15−30 mnt) adalah 0,0891, 0,0112, dan 0,061 mnt−1, melebihi SOP, PZSM-COP, dan V1 /ZSM450-COP, masing-masing. 

Untuk larutan asam benzoat, nilai km(0−15 menit) adalah 0,0332, 0,0446, dan 0,0757 menit−1, km(15−30 menit) adalah 0,0118, 0,0192, dan 0,0496 menit−1 di atas SOP, PZSM-COP dan V1/ZSM450- POLISI. PZSM-COP menunjukkan nilai km tinggi relatif terhadap SOP, memverifikasi aktivitas katalitik PZSM. V1/ZSM450-COP memiliki nilai km yang tinggi dibandingkan dengan PZSM-COP dan SOP, menunjukkan aktivitas katalitik yang kuat dari V1/ZSM450. Nilai km nitrobenzena lebih rendah dibandingkan asam benzoat selama SOP, PZSM-COP, dan V1/ZSM450-COP, mencerminkan kemudahan mineralisasi asam benzoat bila dibandingkan dengan nitrobenzena. Nilai km(15−30 menit) lebih rendah dari nilai km(0−15 menit), menunjukkan bahwa berbagai mekanisme mineralisasi terlibat. Intermediet reaksi yang dihasilkan dalam larutan menambah kompleksitas dalam memahami proses mineralisasi.

Mekanisme Penghapusan ZSM-5 Zeolit ​​​​Mengkatalis Ozonasi

Perubahan Nilai pH Larutan pada Adsorpsi, SOP, dan COP

Perubahan pH air limbah selama perawatan adsorpsi dan ozonasi diukur untuk wawasan mekanistik. Nilai pH untuk larutan nitrobenzena (Gambar 5A1) dan asam benzoat (Gambar 5A2) meningkat pesat selama adsorpsi PZSM dan V1/ZSM450 dalam kondisi asam dan hampir netral (nilai pH awal pada 3,5 dan 6,5) (Gambar 5A). Kenaikan nilai pH terjadi akibat pertukaran antara H+ dalam larutan dengan komponen Na+ pada zeolit ​​ZSM-5. Selanjutnya, struktur asli Si-ONa-Al dari zeolit ​​ZSM-5 sebagian berubah menjadi struktur Si-OH-Al. Perubahan pH yang diamati yang dihasilkan dari adsorpsi PZSM dan V1/ZSM450 dalam kondisi basa (nilai pH awal pada 9 dan 11) (Gambar 5A), menunjukkan bahwa pertukaran ion tidak terjadi.

Kedua larutan sama-sama menunjukkan penurunan pH yang terus menerus selama perlakuan SOP. Namun, kecenderungan menurun ini dibedakan tergantung pada nilai pH awal (Gambar 5A). Nilai pH keduanya menunjukkan tren menurun di bawah kondisi sangat asam (nilai pH awal pada 3,5) dan basa (nilai pH awal pada 11). Mereka semua menunjukkan penurunan cepat selama 5 menit awal, kemudian perlahan menurun di bawah kondisi keasaman lemah (nilai pH awal 6,5) dan basa (nilai pH awal pada 9) (Gambar 5A). 

Tingkat penurunan ini kurang dari yang terjadi di bawah kondisi asam dan basa lemah. SOP menghasilkan intermediet asam dari degradasi kimia yang mengakibatkan penurunan nilai pH larutan (Zhao et al., 2008). Fungsi SOP terutama melalui oksidasi langsung dan hanya sejumlah kecil •OH yang terlibat dengan oksidasi. Pembentukan •OH terbatas terjadi pada nilai pH rendah, dan •OH cenderung terdisosiasi pada nilai pH yang sangat tinggi (Beltrán et al., 1998), menurunkan laju produksi zat antara asam. Oleh karena itu, nilai pH hanya menunjukkan pengurangan sedang. Di bawah kondisi asam dan basa lemah, dekomposisi ozon adalah proses dominan yang menghasilkan pembentukan •OHs (Elovitz et al., 2008). Produksi zat antara yang bersifat asam menghasilkan penurunan nilai pH yang cepat. Larutan asam menghambat pembentukan •OH, juga mengakibatkan penurunan produksi zat antara yang bersifat asam.

Perubahan nilai pH selama perlakuan SOP, PZSM-COP, dan V1/ZSM450-COP serupa bila dilakukan pada kondisi yang sangat basa (nilai pH awal pada 11). SOP, PZSM-COP, dan V1/ZSM450-COP mengikuti mekanisme oksidasi langsung. Aktivitas katalitik zeolit ​​ZSM-5 tidak signifikan dalam larutan yang memiliki nilai pH awal yang tinggi (11). Larutan mulai dari keasaman kuat (nilai pH awal pada 3,5) hingga basa lemah (nilai pH awal pada 9), diperlakukan menggunakan PZSM-COP dan V1/ZSM450-COP keduanya menunjukkan penurunan pH selama 15 menit awal diikuti dengan peningkatan (Gambar 5 ). 

Peningkatan pH diamati setelah 15 menit menyiratkan bahwa zat antara asam sedang termineralisasi. Mineralisasi biasanya dikaitkan dengan pembentukan spesies pengoksidasi reaktif (misalnya, •OHs) atau kemisorpsi di permukaan (Andreozzi et al., 1996; Ikhlaq et al., 2018). Tingkat peningkatan pH yang lebih besar dari V1/ZSM450-COP dibandingkan dengan PZSM-COP menunjukkan efek mineralisasi yang lebih kuat (Gambar 5A). Pada nilai pH awal yang sama, peningkatan nilai pH untuk nitrobenzena lebih kecil dibandingkan dengan larutan asam benzoat (Gambar 5A) menunjukkan bahwa zat antara asam benzoat mudah termineralisasi dibandingkan dengan zat antara dari nitrobenzena.

Pengaruh Nilai pH Awal pada Penghilangan TOC dari Adsorpsi, SOP, dan COP

Nilai pH awal untuk larutan nitrobenzena dan asam benzoat tidak berdampak pada kapasitas adsorpsi PZSM dan V1/ZSM450 (Gambar 5B). Keduanya sedikit menyerap nitrobenzene (Gambar 5B1) dan asam benzoat (Gambar 5B2) dari larutan pada berbagai nilai pH awal. Namun nilai pH awal secara signifikan mempengaruhi efisiensi SOP, PZSM-COP, dan V1/ZSM450-COP (Gambar 5B). Konsentrasi hidroksida yang tepat dalam larutan selanjutnya dapat mendorong dekomposisi ozon menjadi •OHs dan meningkatkan mineralisasi (Elovitz et al., 2008). Oleh karena itu, SOP secara efisien menghilangkan penyisihan TOC pada kondisi basa lemah (nilai pH awal pada 9) dibandingkan dengan kondisi sangat asam (nilai pH awal pada 3,5) dan basa (nilai pH awal pada 11).

PZSM-COP dan V1/ZSM450-COP lebih efisien menghilangkan TOC relatif terhadap SOP pada nilai pH awal antara 3,5 dan 9. Penghilangan TOC pada kondisi asam (nilai pH awal pada 3,5) menggunakan PZSM-COP lebih tinggi daripada yang dilakukan pada kondisi lemah keasaman (nilai pH awal pada 6,5) dan alkalinitas lemah (nilai pH awal pada 9). Dalam kondisi asam, Na+ dalam struktur Si-ONa-Al dari zeolit ​​ZSM-5 berinteraksi dengan H+ dalam larutan. Nilai pH larutan yang meningkat selama adsorpsi PZSM mengkonfirmasi adanya mekanisme pertukaran ion ini. Struktur Si-OH-Al yang baru terbentuk meningkatkan keasaman zeolit ​​ZSM-5, meningkatkan aktivitas katalitik. V1/ZSM450-COP memiliki penghilangan TOC yang tinggi relatif terhadap PZSM-COP di bawah nilai pH awal antara 3,5 dan 9. Penghilangan TOC yang efisien untuk bahan kimia yang berbeda terjadi pada nilai pH awal yang berbeda.

Menggunakan V1/ZSM450-COP, TOC tertinggi yang dihilangkan dari larutan nitrobenzena (Gambar 5B1) terjadi pada nilai pH awal 9, yang mendekati nilai pHpzc (9,25) dari V1/ZSM450. Gugus hidroksil permukaan yang tidak bermuatan (-OHs) bermanfaat untuk dekomposisi ozon menjadi •OHs (Zhao et al., 2008). Permukaan -OHs pada V oksida (V-OHs) memiliki muatan netral pada nilai pH basa 9, hal ini meningkatkan interaksi yang terjadi antara permukaan V-OHs dan ozon. Ketika nilai pH awal lebih rendah dari nilai pHpzc V1/ZSM450, sebagian permukaan -OH pada V oksida terprotonasi (V-OH2+) dan interaksi antara V-OH dan ozon berkurang. 

Efek ini dapat diamati dengan jelas dari data eksperimen yang dihasilkan pada pH 3,5 yang lebih rendah. Hasil selanjutnya dipengaruhi oleh pembentukan simultan Si-OH-Al yang terjadi dalam kondisi asam, meningkatkan aktivitas katalitik. Karena itu, penggunaan V1/ZSM450-COP menghasilkan penghilangan TOC yang hampir identik yang diamati pada nilai pH 3,5 dan 6,5. Nilai pKa nitrobenzena dalam air adalah 11,9, yang lebih besar dari nilai pH awal yang digunakan secara eksperimental. Nilai pKa yang tinggi dan pada kondisi pH operasional yang lebih rendah berarti bahwa nitrobenzena tidak terdisosiasi dan ada dalam bentuk molekulnya (Langer et al., 2008). Oksidasi katalitik permukaan nitrobenzene tidak secara signifikan dipengaruhi oleh pH awal, di bawah kondisi eksperimental kami.

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