Mekanisme Adsorpsi Pelacak Gas Hidrokarbon Terfluorinasi (R134a) pada Kerangka Logam-Organik (M-MOF-74, M = Mg, Ni, Co) sebagai Adsorben Baru

ABSTRAK
Dalam proses pengembangan ladang minyak dan gas, teknologi pelacak gas dapat memperoleh berbagai informasi tentang reservoir minyak dan gas, sehingga menyediakan dasar untuk perumusan dan penyesuaian rencana pengembangan. Namun, efisiensi penyimpanan yang rendah dan risiko transportasi yang tinggi dari pelacak gas berdampak signifikan pada efisiensi deteksi. Kerangka logam-organik (MOF), sebagai kelas bahan berpori dengan sifat adsorpsi yang sangat baik, menawarkan solusi potensial untuk masalah yang terkait dengan penyimpanan dan transportasi pelacak gas. Dalam studi ini, serangkaian baru bahan M-MOF-74 (M = Mg, Ni, Co), yang menunjukkan kinerja adsorpsi R134a yang tinggi, disintesis melalui metode solvotermal yang ditingkatkan. Interaksi antara M-MOF-74 (M = Mg, Ni, Co) dan R134a diselidiki melalui kombinasi kromatografi gas terbalik (IGC) dan perhitungan teori fungsi kerapatan (DFT). Untuk menilai sifat permukaan, serangkaian probe polar dan nonpolar digunakan untuk menentukan energi bebas dispersif permukaan dan konstanta asam-basa Lewis dari M-MOF-74 pada rentang suhu 343,15–383,15 K. Hasilnya mengungkapkan bahwa energi bebas dispersi permukaan M-MOF-74 (M = Mg, Ni, Co) menurun seiring dengan peningkatan suhu, dengan bahan-bahan yang menunjukkan karakteristik amfoterik, cenderung ke arah keasaman. Mekanisme adsorpsi M-MOF-74 terhadap R134a dijelaskan lebih lanjut menggunakan perhitungan DFT. Analisis distribusi orbital frontier (HOMO–LUMO), potensial elektrostatik (ESP), dan gradien densitas tereduksi (RDG) menunjukkan bahwa keasaman dan kebasaan permukaan M-MOF-74 muncul dari distribusi muatan permukaan yang tidak homogen. Temuan ini menunjukkan bahwa R134a lebih suka teradsorpsi pada atom-atom di sekitar lokasi logam tak jenuh dari MOF-74, dengan Ni-MOF-74 menunjukkan kapasitas adsorpsi yang jauh lebih kuat untuk R134a. Penelitian ini memberikan wawasan berharga tentang mekanisme adsorpsi R134a dalam MOF.