Saringan Molekuler Zeolit ​​TS-1 Zeolit ​​serba guna dengan struktur LKM

TS-1 pori sedang adalah zeolit ​​yang sangat serbaguna dengan struktur LKM yang telah diterapkan sebagai katalis yang efisien dalam berbagai aplikasi industri.TS-1 menunjukkan kinerja katalitik unik dalam reaksi oksidasi yang melibatkan H2O2 sebagai oksidan.Katalis TS-1 sangat efektif dalam oksidasi selektif berbagai substrat organik dengan hidrogen peroksida, termasuk hidroksilasi aromatik, epoksidasi alkena, amoksimasi keton, oksidasi alkana dan alkohol, dll.

pengantar

Sebagai katalis yang ramah lingkungan, sintesis saringan molekul titanium silikat yang berhasil (TS-1) telah dianggap sebagai tonggak penting dalam katalisis zeolit ​​pada tahun 1980 karena kinerja katalitiknya yang unik dalam reaksi oksidasi yang melibatkan H2O2 sebagai oksidan.1 TS- 1 zeolit ​​memiliki struktur rangka (LKM) yang sama dengan ZSM-5.Ini memiliki sistem pori cincin beranggota 10 dua arah dengan ukuran pori sepanjang (100) sebagai 5,1 × 5,5 Å dan 5,3 × 5,6 Å sepanjang (010) (Gambar 1). 2 spesies Ti di TS-1 ada dalam tiga bentuk yang berbeda , dengan hanya spesies Ti tetrahedral dalam kerangka yang mampu mengekspresikan selektivitas tinggi sedangkan spesies Ti oktahedral dan kristal anatase-TiO2 mengurangi penggunaan hidrogen peroksida3.

Gambar 1. Topologi struktur rangka LKM

Perpaduan

Prosedur sintesis hidrotermal konvensional untuk pembuatan TS-1 adalah sebagai berikut4: tetraethoxysilane (TEOS) dan tetrabutylorthotitanate (TBOT) pertama-tama dihidrolisis dalam larutan air tetrapropylammonium hydroxide (TPAOH).Setelah alkohol dihilangkan dengan penguapan pada 343-353 K, diperoleh larutan gel bening dengan komposisi molar SiO2 / TiO2 / TPAOH / H2O = 1: 0,025: 0,15: 15.Gel kemudian dikristalisasi pada suhu 443 K selama 12 jam.Produk ini, yang tidak mengkristal sepenuhnya tetapi mungkin mengandung setidaknya unit bangunan primer dan sekunder dari struktur LKM, dikumpulkan dengan sentrifugasi dan dibilas beberapa kali dengan air suling.Kue putih kemudian didispersikan dalam air untuk mendapatkan larutan koloid putih yang digunakan untuk kristalisasi.Sampel TS-1 yang sepenuhnya mengkristal untuk eksperimen kontrol diperoleh dengan memperpanjang waktu kristalisasi menjadi 3 hari pada 443 K. Kalsinasi produk padat dilakukan di udara pada 823 K selama 8 jam.

Banyak protokol yang berbeda telah dikembangkan untuk sintesis TS-1.5 Ini termasuk sumber Si dan Ti yang berbeda, agen pengarah struktur organik (SDA), dan agen mineralisasi (lihat Gambar 2) .6 Dari sejumlah besar sediaan yang dijelaskan dalam literatur, itu dimungkinkan untuk menemukan bahan TS-1 dengan ukuran kristal, morfologi, sifat hidrofobik-hidrofilik yang berbeda, dan distribusi titanium di sepanjang kristal.7 Dua jenis bahan TS-1 dengan ukuran partikel yang berbeda (0,3-0,5 µm dan 20-50 µm) tersedia untuk pembelian di toko online ACS Material kami (Gambar 3).

Gambar 2. Sejumlah besar sumber yang digunakan untuk persiapan TS-1.Direproduksi dari ref.5

Gambar 3. Gambar SEM dari ayakan molekul TS-1 Material ACS tersedia untuk dibeli.

Aplikasi

Katalis TS-1 sangat efektif dalam oksidasi selektif berbagai substrat organik dengan hidrogen peroksida seperti hidroksilasi aromatik, epoksidasi alkena, amoksimasi keton, dan oksidasi alkana dan alkohol.

Selektivitas bentuk TS-1 untuk reaksi oksidasi pertama kali ditunjukkan oleh Takashi Tatsumi dari Tokyo Institute of Technology Jepang ketika mengoksidasi alkana linier, bercabang dan siklik yang berbeda dengan TS-1 menggunakan H2O2 sebagai oksidan (ditunjukkan pada Tabel 1) .8 Hexane menunjukkan bilangan pergantian oksidasi tujuh belas kali lebih tinggi dari sikloheksana dan alkana bercabang menunjukkan aktivitas yang dapat diabaikan.Ada juga penurunan aktivitas yang mencolok jika panjang alkana linier di atas enam atom karbon, dalam hubungan yang jelas dengan batasan difusi yang lebih tinggi (lihat Tabel 1).Reaksi lain seperti epoksidasi alkena dan oksidasi alkohol tak jenuh juga telah diuji untuk mempelajari lebih lanjut oksidasi selektif bentuk.

Tabel 1. Hasil oksidasi alkana yang berbeda dengan TS-1 menggunakan H2O2 yang dilaporkan oleh Tatsumi et al.8

Kesimpulan

Saringan molekuler TS-1 adalah ayakan molekuler yang sangat serbaguna dengan struktur LKM.Banyak metode ekonomi dan hijau untuk mensintesis TS-1 masih dilakukan.Katalis TS-1 sangat efektif dalam oksidasi selektif berbagai substrat organik dengan hidrogen peroksida.Reaksi seperti amoksimasi sikloheksanon dengan oksim yang sesuai dan sintesis propilena oksida telah berhasil dikomersialkan dengan menggunakan TS-1 sebagai katalis.Investigasi tentang aplikasi lain yang menjanjikan dari TS-1 sedang berlangsung.