Sintesis dan pencirian komposit kuprum 1,3,5-benzanatrikarboksilat-gentian silika (CuBTC-FS) untuk penjerapan karbon dioksida

Abstract

Pembakaran bahan api fosil yang menjadi sumber utama pilihan manusia telah menyebabkan berlakunya peningkatan kepekatan gas rumah hijau terutamanya gas karbon dioksida (CO2). Masalah ini dianggap telah memberi impak besar kepada perubahan iklim. Kajian ini dilaksanakan bertujuan untuk mengkaji keberkesanan bahan penjerap komposit gabungan antara sebatian berasaskan kerangka kerja logam organik (MOF) dengan gentian silika (FS) untuk penjerapan CO2. Kerangka kerja logam organik, kuprum 1,3,5-benzenatrikarboksilat (CuBTC) telah disintesis menggunakan kaedah hidroterma dan gentian silika telah disintesis menggunakan kaedah mikroemulsi. Kemudian, komposit CuBTC-FS telah disintesis dengan FS yang berlainan peratusan (1 wt%, 3 wt% dan 5 wt%). Seterusnya, komposit CuBTC dengan bahan berasaskan silika (SBA-15 dan SiO2) dan zeolit (ZSM-5 dan Zeolit Y) telah disintesis. Pencirian sampel menggunakan pembelauan sinar-X (XRD), spektroskopi inframerah transformasi Fourier – Pantualan Keseluruhan Dikecilkan (ATR-FTIR), mikroskop elektron pengimbas pancaran medan (FESEM), analisis gravimetrik (TGA), dan isoterma penjerapan-penyahjerapan N2 telah dijalankan bagi mengenal pasti sifat fizikokimia komposit CuBTC. Keupayaan penjerapan CO2 telah dikaji menggunakan kaedah isoterma penjerapan CO2 pada 25 °C dan 1 atm. Kemudian, kestabilan terma bahan dikaji dengan menggunakan suhu yang berlainan iaitu 50 °C dan 100 °C. Dapatan XRD menunjukkan bahawa keamatan bagi komposit CuBTC-FS (1)-(5) dan SiO2 menurun berbanding CuBTC. Manakala, bagi CuBTC-SBA15, CuBTC-ZSM5, dan CuBTC-ZY pula telah meningkat. Kemudian, analisis FTIR menunjukkan komposit CuBTC mempunyai puncak yang sama dengan CuBTC. Ini menunjukkan tiada perubahan dalam struktur CuBTC selepas pengkompositan. Seterusnya, profil TGA bagi komposit CuBTC-FS dan komposit berasaskan silika serta zeolit menunjukkan dua bahagian kesusutan berat. Penurunan jisim yang pertama terdapat pada suhu bawah 100 °C kerana berlaku pengewapan air yang terdapat pada liang. Kemudian, bahagian kedua kesusutan berat bagi semua komposit kelihatan pada suhu di antara 260 – 370 °C disebabkan oleh penguraian ligan BTC dan struktur CuBTC yang merosot. Kesemua komposit menunjukkan anjakan suhu penguraian lebih tinggi berbanding CuBTC dan ini menunjukkan peningkatan dalam kestabilan terma. Keputusan FESEM bagi komposit CuBTC-FS menunjukkan terdapat gabungan struktur yang berbentuk oktahedron bagi CuBTC dan struktur FS yang berserabut. Kemudian, komposit CuBTC-ZY menunjukkan terdapat struktur berbentuk oktahedron dan spesies Si yang amorfous pada permukaan CuBTC. Penjerapan fizikal N2 mendapati bahawa luas permukaan bagi sebatian CuBTC adalah 1025 m2 /g dan terdapat peningkatan terhadap komposit CuBTC-FS(1) dan CuBTC-FS(5). Manakala, komposit berasaskan silika dan zeolit juga menunjukkan peningkatan luas permukaan kecuali bagi CuBTC-SiO2. Kajian analisis penjerapan fizikal CO2 pada suhu bilik dan 1 atm menunjukkan CuBTC FS dan CuBTC-zeolit Y mempunyai kapasiti penjerapan yang setanding dan kesemua komposit mempunyai kapasiti penjerapan yang lebih tinggi daripada CuBTC sahaja kecuali bagi komposit CuBTC-SiO2. Selain itu, kajian analisis penjerapan CO2 terhadap CuBTC, CuBTC-FS dan CuBTC-ZY menggunakan suhu yang lebih tinggi (50 ºC dan 100 ºC) menunjukkan prestasi penjerapan CO2 telah menurun dengan peningkatan suhu. Komposit ini juga berpotensi untuk diaplikasikan dalam industri dan digunakan sebagai bahan penjerap untuk menurunkan kadar pembebasan CO2 sejajar dengan polisi Matlamat Pembangunan Mampan (SDG).