pembuatan katalis
DESCRIPTION
Kinetika dan KatalisaTRANSCRIPT
Subagjo
Lab. Teknik Reaksi Kimia dan Katalisis
Departemen Teknik Kimia – ITB
2002
Komponen Katalis kamponen aktif penyangga aditif
Jenis-jenis Katalis Katalis logam tanpa penyangga Katalis hasil peleburan Katalis logam Oksida tanpa penyangga Katalis berpenyangga
Target dalam Pembuatan Katalis: aktif, (selektif), stabil: mekanik, termal/hidrotermal dan kimia
Tahap Lambat difusi internal reaksi kimia (adsorpsi- desorpsi dan reaksi di permukaan)
Deaktivasi mekanik termal/hidrotermal peracunan
Kondisi Reaksi temperatur tekanan, p kecepatan linier
Umumnya logam mulia Jarang digunakan di Industri
• Luas permukaan (Sa) kecil • Mudah teracuni
Digunakan untuk reaksi dg laju sangat cepat Bentuk: kasa = anyaman kawat logam mulia (paduan), dkawat ~ 10-3in Contoh: SO2 SO3 … katalis kasa Pt (mudah teracuni, tidak digunakan
lagi diganti dg V2O5 berpenyangga) CH3OH HCHO .. Katalis kasa Ag (mudah teracuni, kemurnian
reaktan harus tinggi, saat ini diganti dg butiran Ag) NH3 + O2 NO2 + H2O…katalis kaasa Pt, diperlukan waktu
kontak rendah menghindari reaksi samping (agar selektivitas tinggi)
Katalis: kasa 10% Rh-90% Pt Sa kawat ~ 5. 10-4 m2/g diameter kawat ~ 0,075 mm kasa 80 mesh 30 – 40 lapis tebal keseluruhan ~ 5 mm konversi ~ 95% tercapai hanya pada lapis ke
3 lapis lainnya:
antisipasi deaktivasi P agar aliran seragam
pada 1 atm, T: 800 – 850 derC Kebutuhan katalis: 1kg/3000kg HNO3
Bisa logam atau oksida logam Jarang digunakan di industri Sa kecil Pembentukan sukar Aktivasi tidak mudah Campuran sangat baik (homogen), kecuali jika terpisah
saat kristalisasi Densitas tinggi Permukaan dalam terbentuk pada saat aktivasi, akibat
penyingkiran satu/lebih komponen katalis
LO + H2 logam berpori + air
1. Katalis sintesis amoniak: besi berpromotor
• Fe3O4 (magnetite) dg kemurnian tertentu ditambah promotor: Ca, K dan Al2O3 dilebur pada ~ 1600oC (kemurnian bahan sangat penting, shg tidak diperlukan tahap pemurnian
• Leburan didinginkan, memadat, digiling menjadi butiran dg ukuran tertentu (1,5 – 3 mm, 6 – 10 mm dan 12 – 21 mm)
• Butiran diaktivasi dg reduksi menggunakan H2, menjadi berpori (kehilangan oksigen)
2. Nikel Raney (kat. hidrogenasi) Paduan Ni-Al dilebur Al diambil dari paduan dg NaOH, → Ni dg Sa ~ 100 m2/g
Katalis Logam oksida tanpa Penyangga umumnya dibuat dg cara presipitasi/kopresipitasi
Katalis berpenyangga dibuat dg cara: presipitasi/kopresipitasi impregnasi
Untuk pembuatan: katalis berfasa aktif tunggal atau penyangga
contoh: Cr2O3, Al2O3 (presipitasi) katalis berfasa aktif campuran/berpenyangga
contoh: Fe2O3-Cr2O3, CuO-ZnO/Al2O3 (kopresipitasi)
Pemilihan anion (garam) kelarutan zat pengotor keberadaan harga kemudahan menyingkirkan anion
SO4-2 : murah tetapi sukar disingkirkan, S dapat menjadi racun
Cl- : meningkatkan keasaman NO3
- : kelarutan tinggi, tetapi menghasilkan gas beracun pada saat dikalsinasi
Oksalat: sangat baik, tetapi sukar diperoleh dan mahal
Pembentukan struktur berpori
Tahap: supersaturasi, sehingga terjadi nukleasi berlanjut dengan pertumbuhan partikel
Kurva Kelarutan dipengaruhi: temperatur pH
Supersaturasi (lewat jenuh) penguapan pelarut (A → C) penurunan T (A → B) peningkatan pH (kurva → D)
Peningkatan pH banyak dilakukan (mudah): Penambahan basa: hidroksida, karbonat dan bikarbonat dari K, Na, NH4
kelarutan hidroksida dan karbonat umumnya sangat rendah hidroksida dan karbonat mudah dikonversi menjadi oksida dg pemanasan tidak menghasilkan gas yg berbahaya (hanya air)
Konsentrasi garam yang tinggi menghasilkan partikel yang kecil dan luas permukaan yg besar
presipitasi dapat dipercepat dengan penambahan inti Makin banyak inti presipitasi makin kecil partikel
Sistem koloid terdiri dari : partikel berukuran 30 -10000 disebut partikel koloid medium yang mendispersikan partikel disebut fasa kontinyu atau medium
dispersi Partikel koloid dapat berupa padatan, cairan dan gas atau molekul Partikel dapat berupa satu molekul atau kumpulan beberapa molekul (agregat
molekul) medium dispersi dapat berupa padat, cair maupun gas
Sol adalah koloid bermedium cair atau gas Aerosol, medium gas, partikel cair/padat contoh: asap rokok, kabut Emulsi, medium cair, partikel cair Suspensi koloid, medium cair, partikel padat busa : gas terdispersi dalam padatan (batu apung) atau cairan (busa sabun
Gel adalah sistem koloid yang setengah kaku Gel inorganik biasanya terdiri dari air yang terperangkap
dalam jaringan tiga dimensi kristal sangat lembut (kecil). Kristal-kristal saling berikatan dengan gaya van der
Waals, ikatan hidrogen atau ikatan kovalen air teradsorp pada kristal dan terlingkupi oleh kristal
Beberapa gel dapat dikeringkan menghasilkan padatan yang sangat berpori disebut xerogel (xero (latin): kering)
Contoh: larutan sodium silikat diasamkan akan membentuk gel asam silicic yg terdiri dari jaringan tiga dimensi ikatan Si-O; jika gel ini dikeringkan akan diperoleh xerogel SiO2 yg sangat berpori dan sering disebut silika gel (sebenarnya silika xerogel)
Contoh gel yang terbentuk dari kondensasi suatu hidroksida dan memerangkap air menghasilkan hidrogel
Bila dikeringkan akan dihasilkan xerogel
19
C. Impregnasi (incipient wetness) merupakan metoda deposisi langsung
Contoh: NiMo/Al2O3 (proses hydrotreating)
Campuran larutan Mo3+ dan Ni2+Al2O3
Volume larutan impregnasi ≈ volume
pori penyangga
20
C. Impregnasi (incipient wetness) merupakan metoda deposisi langsung
Contoh: NiMo/Al2O3 (proses hydrotreating)
Campuran larutan Mo3+ dan Ni2+
Al2O3
Volume larutan impregnasi ≈ volume
pori penyangga
21
IV. Pengeringan dan kalsinasi
A. Pengeringan
Peningkatan laju pengeringan
Profil pori dan partikel setelah pengeringan
Tujuan:
1. menyingkirkan moisture
2. kristalisasi logam garam pada
permukaan penyangga
Pengaturan laju pengeringan harus
tepat:
-. laju yang cepat menimbulkan
tekanan uap internal yang besar
-. laju yang cepat memberikan
deposit logam pada mulut pori/
permukaan luar katalis
-. laju yang lambat memberikan deposit logam pada bagian dalam pori/partiekl katalis
22
C. Impregnasi (incipient wetness) merupakan metoda deposisi langsung
Contoh: NiMo/Al2O3 (proses hydrotreating)
Campuran larutan Mo3+ dan Ni2+
Al2O3
Volume larutan impregnasi ≈ volume
pori penyangga
23
B. Kalsinasi
Tujuan:
mengkonversi logam garam menjadi fasa oksida atau logam
contoh:
-. Katalis Fe2O3/Al2O3
-. Katalis CuO-ZnO/Al2O3
Temperatur kalsinasi ditentukan oleh kondisi dimana dekomposisi
terjadi,tidak terbentuk fasa yang sukar untuk diaktifasi dan
menguapkan komponen aktif
contoh:
-. Ni(OH)2 /Al2O3 NiO/ Al2O3
-. T kalsinasi CoMo/Al2O3 > 500oC CoMoO4 (sukar diaktifasi)
T kalsinasi CoMo/Al2O3 > 700oC MoO3 menguap
T kal = 300oC
24
IV. Aktifasi/reduksi
Tujuan: untuk membentuk fasa aktif, dapat berupa dalam
keadaan oksida, logam atau sulfida (katalis hydrotreating)
Tahap ini tidak diperlukan jika fasa oksida atau logam
merupakan fasa aktif
Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam tahap ini:
agent aktifasi (fasa oksida atau logam) : H2; CO; N2H4 (hidrazin)
agent aktifasi(sulfida) : H2S; CS2
temperatur aktifasi
kemurnian agent aktifasi
Ni2+ - O2- + 2H+ → Nio + H2O
kehadiran uap air dalam H2 meskipun dalam jumlah sedikit,
mempengaruhi laju dan derajat aktivasi
Laju alir agent aktifasi
jika penyingkiran air sangat penting, laju alir H2 menjadi sangat
signifikan