pengaruh kadar logam ni dan al terhadap karakteristik ... · tujuan penelitian mensintesis katalis...
TRANSCRIPT
K
Pengaruh Kadar Logam Ni dan Al Terhadap Karakteristik Katalis Ni-Al-
MCM-41 Serta Aktivitasnya Pada Reaksi Siklisasi Sitronelal
K
OlehSaid Mihdar Said Hady
Nrp. 1407201729Dosen Pembimbing
Dra. Ratna Ediati, M.S., Ph.D
ALUR BAHASANALUR BAHASAN
PendahuluanLatar BelakangPerumusan MasalahTujuan Penelitian
Metodologi PenelitianMetodologi PenelitianHasil dan PembahasanKesimpulan
Pendahulun
Sitronelal Isopulegol
- katalis mudah dipisahkan dengan produk-ramah lingkungan-harga murah
Heterogen
Siklisasi
Heterogen
MCM-41
Ni-Al-MCM-41
Al-MCM-41Asam Lewis Lemah
Asam Lewis Meningkat
Asam Lewis kuatdan Brønsted
Lemah
Bhattacharyya, dkk., 2001
Bhattacharyya, dkk., 2001
Fang, dkk., 2005
Lanjutan …………
Ni-Al-MCM-41
Sudah ditelitiDiteliti
MetodeMetodeHidrotermal Metode
- Pertukaran Ion
Metode-Impregnasi
- Pertukaran IonSelvaraj, et al., 2005 Trasarti, et al,
2007
Perumusan masalah
� Belum ada publikasi ilmiah tentang katalis Ni-Al-MCM-41 yang disintesis dengan metode hidrotermal
� Masuknya logam Al dan Ni akan meningkatkan keasaman katalis meningkatkan aktivitas dan keasaman katalis meningkatkan aktivitas dan selektivitas katalis
� Variasi kadar logam dalam katalis mempengaruhi aktivitas dan selektivitas katalis.
Batasan Masalah
� Metode yang digunakan dalam sintesis katalis adalah Hidrotermal.
� Variasi kandungan logam Ni terhadap Si Dan Al adalah 17, 27 dan 43 (Szegedi dkk., 2007)� Variasi kandungan logam Ni terhadap Si Dan Al adalah 17, 27 dan 43 (Szegedi dkk., 2007)
� Karakterisasi terhadap padatan yang diperoleh dengan XRD, FTIR, FTIR Piridin, SEM, ICP, Adsorpsi/ desorpsi nitrogen dan pengujian aktivitas katalis pada reaksi siklisasi sitronelal membentuk isopulegol
2.4 Preparasi Al2O3/MCM-41Metode Incipient Wetness
Lart. Al2SO4, 0.01M
Campuran
• Diaktivasi pd 393 K, 1 jam MCM-41
• 1 gr MCM-41
• Diaduk 2-3 jam
Tujuan penelitian
� Mensintesis katalis Al-MCM-41 dan Ni-Al- MCM-41 dengan metode hidrotermal dengan memvariasikan logam Ni
0.01MCampuran
padatan
• Disaring, dicuci dan di keringkan pad suhu kamar, dilanjutkan pemanasa 353K 6jam
• Dikalsinasi pd 823 K 8 jam
Al 2O3/MCM-41
dengan memvariasikan logam Ni
� Mengetahui aktivitas dan selektivitas katalis hasil sintesis
Metode Penelitian1. Sintesis Al-MCM-41 dengan metode Hidrotermal
Larutan Na2SiO3
Larutan CTABrDiaduk selama30 menit
Larutan Al2(SO4)3•18H2O
Larutan Bening
Gel
Diaduk selama30 menit
Suspensi putih
Filtrat PutihEndapan putih
•Dipanaskan 144 jam pada suhu 100 oC•Didinginkan
Al-MCM-41
•Dicuci
•Dikeringkan •Dikalsinasi
2. Sintesis Ni-Al-MCM-41 dengan metode Hidrotermal
Larutan Na2SiO3
Larutan CTABrDiaduk selama30 menit
Diaduk selama30 menit
Larutan Al2(SO4)3.18H2O
Larutan Bening
Gel
LarutanLarutanNiCl2·6H2O 30 menit
SuspensiKehijauanSuspensiKehijauan
Filtrat PutihEndapanKehijauanEndapanKehijauan
•Dipanaskan 144 jam padasuhu 100 oC•Didinginkan
Ni-Al-MCM-41
•Dicuci
Gel2 2NiCl2·6H2O
•Dikeringkan •Dikalsinasi
3. Pengaruh Waktu Terhadap Reaksi Siklisasi
Sitronelal NitrobenzenaToluena
Labu leher tiga-Dipanaskan padasuhu 80ºC-Diaduk Variasi waktusuhu 80ºC-Diaduk
Katalis
Variasi waktu15, 30, 60 menitpada suhu 80ºC
Hasil siklisasi
Analisa GC Data
�Padatan hasil sintesis mempunyai tiga tahapan pengurangan berat
�Tahap I. Suhu 50-184°C, terjadi pengurangan berat (∆m1) sebesar = 5,1%.
�Tahap II. Suhu 184 –
Gambar Kurva TGA Katalis Al-MCM-41 Hasil Sintesis
�Tahap II. Suhu 184 –288°C, terjadi pengurangan berat (∆m2) sebesar = 7,7%
�Tahap III. Suhu 288 - 400 °C, terjadi pengurangan berat (∆m2) sebesar = 5,2%
Hasil dan pembahasan
1. Analisis dengan XRD
� Puncak tajam pada 2θ= 2,36°
�Puncak tambahan
Gambar Difraktogram Al-MCM-41 Hasil Sintesis
�Puncak tambahan pada 2θ= 4,06° , 4,71°dan 6,16°
�Pola ini sesuai difraktogram MCM-41 yang dilaporkan Beck dkk, 1992
�Terjadi penurunan
intensitas puncak 1.
�Semakin banyak logam Ni, intensitas semakin kecil (a. 17, semakin kecil (a. 17, b.27, c.43, d. tanpa
logam Ni)
Gambar Difraktogram dari (a) Ni-Al-MCM-41 (17), (b) Ni-Al-MCM-41 (27),(c) Ni-Al-MCM-41 (43), (d) Al-MCM-41
2. Analisis dengan ICP-AES
Katalis
Kadar (%)
Al Ni
Semakin banyak logam nikel yang masuk, maka Al Ni
Al-MCM-41
Ni-Al-MCM-41(17)
Ni-Al-MCM-41(27)
Ni-Al-MCM-41(43)
3,11
2,15
2.38
2,39
-
2,95
1,85
0,86
masuk, maka kadar logam Aluminium semakin kecil.
3.Analisis dengan FTIR� V1 = 3450 cm-1
V2 = 1638 cm-1
V3 = 1248 cm-1
V4 = 1079 cm-1
V5 = 966 cm-1
V6 = 798 cm-1
V7 = 467 cm-1
� Gu dkk (1999)
Gambar . Spektra FTIR Hasil Sintesis Al-MCM-41
� Gu dkk (1999) MCM-41 → 1088, 961, 797 & 465
� Pita 1079 → vibrasi ulur asimetri Si-O-Si
� Pita 467 → vibrasi tekuk Si-O-Si dari gugus siloksan
Gam
bar.
Spe
ktra
FT
IR H
asil
Sin
tesi
s (a
) Al-M
CM
-41
(43)
. (c)
NiA
l-MC
M-4
1(27
),
41(1
7)
Gam
bar.
Spe
ktra
FT
IR H
asil
Sin
tesi
s (a
) Al
41, (
b) N
iAl-M
CM
-(d
) N
iAl-M
CM
-41
(17)
Puncak
Bilangan Gelombang (cm-1)
Serapan dari Gugus fungsi
Zn-Al-MCM-41(Selvaraj et al.,
2003)Ni-Al-MCM-41
340 43 27 17
V1 Sekitar 3500 3445 3439 3433 Vibrasi ulur dari air
V2 1623-1640 1634 1638 1633 Vibrasi tekuk dari air
V3 - 1242 1237 1237 Vibrasi ulur Si-O-Si
V4 1096 1058 1079 1090 Vibrasi ulur Si-O-Si
V5 970 960 966 966 Vibrasi ulur Si-OH
V6 803 792 792 792 Vibrasi ulur Si-O-Si
V7 462 467 457 461 Vibrasi tekuk Si-O-Si
4. Analisis dengan FTIR Piridin�Puncak pada sekitar 1449 merupakan asam Luwis�Puncak pada sekitar 1491 merupakan sisi asam Lewis & Brønsted.�Puncak disekitar 1548 merupakan sisi asam Brønsted
Gambar. Spektra FT-IR Piridin Katalis Hasil Sintesis(a)Al-MCM-41, (b)Ni-Al-MCM-41(17), (c) Ni-Al-MCM-41(27), (d)Ni-Al-MCM-41(43),
Brønsted�Sisi asam Lewis bertambah dengan meningkatnya kandungan logam Ni dan sebaliknya Sisi asam Brønsted berkurang dengan adanya penambahan Ni
Jenis Asam Al-MCM-41
Katalis Ni-Al-MCM-41
43 27 17
Asam Lewis dan Brønsted katalis Al-MCM-41 dan Ni-Al-MCM-41 Hasil Sintesis
Lewis (mmol/g) 0,101 0,375 0,737 0,890
Brønsted
(mmol/g)
0,360 0,353 0,261 0,307
5. Analisis dengan Adsorpsi/desorpsi Nitrogen
-Kurva adsorpsi mengalami kenaikan relatif yang hampir sama dari 0,25-0,4 - Terjadi - Terjadi hysteresis loop tipe H1 antara 0,5 dan 1- Kurva isoterm tipe IV
Gambar 4.7 Kurva Isoterm Adsorpsi/Desorbsi N2(a)Al-MCM-41, (b) Ni-Al MCM-41 (43), (c) Ni-Al-MCM-41 (27), (d) Ni-Al-MCM-41 (17)
Hasil Perhitungan Luas Permukaan Spesifik, dan Pengukuran Volume Pori dan Diameter Pori Rata – Rata Padatan Hasil Sintesis
Sampel
Luas Permukaan Spesifik
S BET(m2/g)
Volume Pori Total(cm3/g)
Diameter Pori Rata –
Rata(Å)(Å)
1 Al-MCM-41 746 0,8148 43,69
2 Ni-Al-MCM-41(43) 738 0,8497 45,94
3 Ni-Al-MCM-41(27) 745 0,8869 48,18
4 Ni-Al-MCM-41(17) 435 0,4909 45,19
Gambar. Kurva Adsorpsi Ukuran Distribusi Pori N2 (a)Al-MCM-41 , (b) Ni-Al MCM-41 (43), (c) Ni-Al-MCM-41 (27), (d) Ni-Al-MCM-41 (17)
6. Analisis dengan SEM (Scanning Electron Microscopy)
a
-Morfologi katalis ber bentuk gumpalan dgn tingkat keteraturan berbeda, dan saling tumpang tindih a
cbGambar Mikrograf Hasil SEM (a) Al-MCM-41, (b) NiAl-MCM-41(17) dan (c) NiAl-MCM-41(43)
tumpang tindih-Gumpalan Katalis Tanpa Ni lebih besar dibanding katalis Ni-Al-MCM-41
7. Analisis Siklisasi Sitronelal Dengan Kromatografi Gas (GC)
�Katalis Al-MCM-41 memiliki aktivitas yang paling kecil
Katalis Ni-Al-MCM-
(1) Al-MCM-41, (2) Ni-Al-MCM-41 (43), (3) Ni-Al-MCM-41 (27), (4) Ni-Al-MCM-41 (17) pada waktu reaksi 60 menit
�Katalis Ni-Al-MCM-41 memiliki aktivitas yang cenderung naik, seiring meningkatnya kandungan logam Ni
Hubungan Aktivitas dan Selektivitas katalis dengan kandungan asam Lewis dan Brønsted
�Bertambahnya keasaman katalis Ni-Al-MCM-41 maka aktivitas katalitik yang berlangsung pada permukaan mengalami peningkatan sebanding dengan keasaman katalis�Kekuatan asam tidak berpengaruh terhadap selektivitas berpengaruh terhadap selektivitas produk yang dihasilkan. Selektivitas dipengaruhi oleh struktur padatan katalis�Katalis Al-MCM-41 dengan kristalinitas lebih tinggi menghasilkan konversi sitronelal yang lebih rendah tetapi lebih selektif dibandingkan dengan katalis Ni-Al-MCM-41 yang mempunyai struktur amorf.
�Aktivitas katalis cenderung mengalami peningkatan dengan bertambahnya waktu reaksi. �Waktu reaksi 60 menit terlihat memiliki konversi sitronelal yang besar untuk masing-masing katalis yang sama�Katalis Ni-Al -MCM -41
Gambar : Konversi Sitronelal dan Selektivitas Isopulegolpada Reaksi Siklisasi dengan variasi waktu 15, 30 dan 60menit pada Suhu 80°C (1) Al-MCM-41, (2) Ni-Al-MCM-41(43), (3) Ni-Al-MCM-41(27), (4) Ni-Al-MCM-41(17)
�Katalis Ni-Al -MCM -41 (17) dengan waktu reaksi 60 menit, jumlah sitronelal yang terkonversi menjadi isopulegol yang paling besar, yaitu 78,09%. Sedangkan selektivitas yang paling besar pada katalis Ni-Al-MCM-41(27) dengan waktu reaksi 15 menit.
�Bertambahnya keasaman Lewis katalis , maka aktivitas katalitik yang berlangsung pada permukaan mengalami peningkatan�Konversi katalis Ni-Al-MCM-41 cenderung mengalami peningkatan dengan bertambahnya waktu�Aktivitas katalis meningkat
Gambar. Konversi Sitronelal terhadap Jumlah Asam Lewis (1) Al-MCM-41, (2) Ni-Al-MCM-41(43), (3) Ni-Al-MCM-41(27), (4) Ni-Al-MCM-41(17)
�Aktivitas katalis meningkat dengan urutan NiAl-MCM-41(17)> NiAl-MCM-41(27)> NiAl-MCM-41(43)>Al-MCM-41
Kesimpulan�Dari hasil reaksi siklisasi sitronelal, katalis Ni-Al-MCM-41 (17) mempunyai aktivitas yang tinggi, 78.09 % dengan waktu reaksi 60 menit dibandingkan katalis lain. Namun katalis Ni-Al-MCM-41 (27) memiliki selektivitas paling tinggi, 88.85% dengan waktu reaksi 15 menit. 15 menit. �Katalis yang lebih selektif akan membutuhkan waktu reaksi lebih pendek untuk mencapai selektivitas terbesar. �Selektivitas katalis tidak dipengaruhi keasaman katalis, tetapi ditentukan oleh faktor derajat kristalinitas katalis, serta waktu reaksi.