pengembangan metode sintesis untuk … · •melakukan fusion terhadap naoh sebelum terjadinya...
TRANSCRIPT
LOGO
Disusun Oleh:
M. Furoiddun Nais 2309201016
Dosen Pembimbing:
Prof. Dr. Ir. Gede Wibawa, M.Eng
PENGEMBANGAN METODE SINTESIS UNTUK MENINGKATKAN KUALITAS ZEOLIT ALAMI DI INDONESIA
Laporan Akhir Tesis
LABORATORIUM THERMODINAMIKA
JURUSAN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
Keberadaan zeolit
melimpahdi Indonesia
Pemanfaatannyakurang
LATAR BELAKANG
Struktur dankomposisi tidakberaturan
Sintesis
dan
Aktivasi
Zeolit Alam Zeolit dari alammengandung
pengotor organik / anorganik dan
memiliki rasio Si / Al yang tinggi dengan
sifat yang tidakhomogen.
Secara luas barudigunakan
sebagai pupukpertanian
Produk Impor, Harga mahal, sifat seragam
Di sisi lain……..
Zeolit Sintetik
Pada Proses di Industri:Dimanfaatkan Secara luassebagai adsorben, katalis, penukar ion, membran, dll
> 150 Jenis zeolitSintetik
Proses pembuatan zeolitsecara komersial :1. Pembuatan zeolit dari gel
reaktif atau hidrogel, 2. konversi dari mineral
kaolin menjadi zeolit, 3. dan penggunaan material
mentah zeolit yang sudahada di alam.
Penelitian Terdahulu•mengembangkan proses hidrothermal untuk
memproduksi zeolit dengan bahan baku silika – alumina. Semua proses tersebut menghasilkan jumlah pengotor
kuarsa atau hidroksisodalite yang cukup besar.Burriesci dkk (1984)
•melakukan fusion terhadap NaOH sebelum terjadinya
reaksi hidrothermal pada pembuatan zeolit Na – X danNa-P dari fly ash dengan kemurnian yang cukup tinggi.
Shigemoto (1993), Berkgaut
(1996) dan Ojha (2004)
•merubah zeolit alam Korea yang banyak mengandung
feldspar menjadi zeolit tipe X dan tipe P melalui reaksihidrothermal dengan atau tanpa fusi NaOH.
Kang dkk (1998)
• Mempelajari pengaruh konsentrasi penambahan alkali
dan rasio solid/liquid pada sintesis zeolit NaA dari kaolinAlkan dkk (2005)
•melakukan sintesis zeolit alam tipe klinoptilolite denganmenggunakan proses hidrothermal pada suhu rendah. Pengotor feldspar masih terkandung didalam produk.
De Fazio dkk (2008)
•Mengembangkan proses produksi zeolite type A darizeolit alami Iran klinoptilolite dengan satu langkahproses pada suhu rendah. Produk yang dihasilkan lebihbaik jika dibandingkan hasil pembuatan zeolit daribahan aluminasilikat lain
Kazemian dkk (2009)
Mengembangkan metodesintesis dan modifikasi zeolitalam yang berasal dariIndonesia dengan kualitasrendah (Ca tinggi) hinggamemiliki kinerja dan propertimenyerupai zeolit sintetik.
TUJUAN PENELITIAN
Metodologi
Penelitian mengkaji metode aluminasi dengan proses alkali digestion yang dikembangkan oleh Kazemian dkk (2009), dan dikombinasikan dengan proses reduksi Ca2+ dengan pengadukan dalam larutan NH4Cl sebagaimana yang dikembangkan oleh Taffarel & Rubio (2008).
ALUMINASI
Kondisi yang ditetapkan: Berat zeolit setiap batch : 5 gram
Berat NaAlO2 : 6,13 gram
Suhu Operasi : 80 oC
Volume Lar. NaOH : 90 ml
Variabel proses: Konsentrasi NaOH : 1-4 M
Waktu reaksi : 2-8 jam
Metodologi
REDUKSI KALSIUM
Kondisi yang ditetapkan:
Berat zeolit setiap batch : 5 gram
Suhu Operasi : Suhu Kamar
Volume Lar. NH4Cl : 100 ml
Variabel proses:
Konsentrasi NH4Cl : 0,5-2 M
Waktu reaksi : 12-24 jam
Zeolit alam
Dicuci kemudian dikeringkan
Bilas dan keringkan
Aluminasi pada proses Alkali Digestion
Grinding: 80-120 mesh
NaOH
NaAlO2
Evaluasi Adsorpsi
Reduksi Ca2+ dengan NH4Cl
Bilas dan keringkan
Aluminasi pada proses Alkali Digestion
Hasil
Terbaik
Evaluasi Adsorpsi
Kazemian dkk (2009)
Tafarel & Rubio (2008)
Sistematika Penelitian
Alat Peralatan sintesis zeolit terdiri dari reaktor,
pemanas, dan pengaduk yang disertai kontrolsuhu otomatis dengan akurasi + 1 oC.
12
3
4
5
6
(1) magnetik stirrer; (2) statip; (3) reaktor dilengkapi pemanas elektrik; (4) thermocouple; (5) thermocontrol; (6) electric
contactor.
1
3
5 6
1Zeolit Alam Bandung
Dicuci
Dioven selama 10 Jam suhu 100-1100C
Dihancurkan
Screening 60-140 Mesh
XRDSEMXRF
25 gr Zeolit NH4Cl,100 mL
Diaduk 12-24 JamSuhu Ruangan
Dioven selama 10 Jam suhu 100-110 0C
5 gr Zeolit NaOH, 2M 90 mLNaAlO2 6,13 gram
Diaduk 8 JamSuhu 80 0C3
Dioven selama 10 Jam suhu 100-110 0C
Dicuci hingga pH netral
Kalsinasi suhu 600 0C
XRDSEMXRF
24 gr Zeolit Ethanol,75 mL
Variabel 45%,55%,65%,75%,85%,95%
Diaduk 60 MenitKecepatan 140 rpm
Diendapkan 30 Menit
Ethanol,75 mL4 gr Zeolit
Diaduk 10 Menit
Diendapkan 30 Menit
1
Mengukur % air yang terserap
1Zeolit A (Na)
2Klinoptilolit
3Mordenit
4Unnamed Zeolit
5Quartz
Hasil Eksperimen Aluminasi
SampelWaktu
(Jam)Konst
Berat
Produk
(gr)
Yield
(%)Al2O3 SiO2
Rasio
SiO2/
Al2O3
Fasa
Kristalin
ZS Zeolit Sintetik Tipe 3A 8.5 69.8 1,51 ZA1
ZD Zeolit Alam (Bahan Baku) 26 39.3 8,20 K2 + M3
Z1 1
1
5,339 106,78 24 58.5 2,44 ZA + M
Z2 2 5,357 107,14 26 57 2,19 Z4 + M
Z3 3 5,374 107,48 32 51.1 1,60 Z + Q5
Z4 4 5,474 109,48 25 57.6 2,30 Q + Z
Z5 5 6,375 127,5 28 52.6 1,88 ZA + SOD6
Z6 6 6,872 137,44 31 50.5 1,63 ZA + SOD
Z7 2
2
6,32 126,4 30 51.1 1,70 ZA + SOD
Z8 4 7,333 150,66 30 50.3 1,68 ZA + SOD
Z9 6 7,458 149,16 30 51.4 1,71 ZA
Z10 8 7,847 156,94 31 50.9 1,641 ZA
Z11 2
3
6,763 135,26 30 50.2 1,74 ZA
Z12 4 7,615 152,3 29 52.4 1,81 ZA
Z13 6 7,665 153,3 30 51.1 1,707 ZA + Z
Z14 8 7,886 157,72 30 51.2 1,65 ZA + Z
Z15 2
4
7,148 142,96 31 51.2 1,651 ZA+ SAPO7
Z16 4 7,676 153,52 31 50.7 1,635 ZA + SAPO
Z17 6 7,864 157,28 31 50.9 1,642 Z + ZK8
Z18 8 7,973 159,46 31 52.4 1,69 Z + ZK
Z19 1
12
6,592 1,3184 20 53,9 2,695 Z + Z
Z20 2 5,352 107,04 31 51,9 1,674 Z + Z
Z21 3 5,087 101,74 28 52,8 1,551 Z + N9
Z22 4 4,959 99,18 18 27,6 1,885 Z + N
6Hidroxysodalite
(Na8[AlSiO4]6(OH)2)
7Zeolit SAPO-208Zeolit ZK-21
9Natrodavyne
(Na5Al3CSi3O15)
SampelWaktu
(Jam)
KonstCaO
(%)
Rasio
SiO2/
Al2O3
Fasa
KristalinNH4Cl
(M)
ZS Zeolit Sintetik Tipe 3A 2.19% 1,51 ZA1
ZD Zeolit Alam 5.81% 8,20 K2 + M3
A1 12
0,5
2.36% 1.61 ZA + Z4
A2 16 2.50% 2.01 Z4A5
A3 20 3.86% 2.01 Z
A4 24 2.75% 1.94 ZA + Z
A5 12
1
2.54% 2.02 ZA + Z
A6 16 4.39% 1.92 ZA + Z
A7 20 2.38% 2.04 ZA + Z
A8 24 3.03% 1.97 ZA + Z
A9 12
1,5
2.16% 1.93 ZA + Z
A10 16 4.55% 1.96 ZA + Z
A11 20 3.36% 2.00 ZA + Z
A12 24 3.36% 1.98 ZA + Z
A13 12
2
2.42% 1.94 ZA + Z
A14 16 2.16% 1.97 ZA + Z
A15 20 3.13% 1.90 ZA + Z
A16 24 1.85% 1.93 ZA + Z
Hasil Eksperimen Reduksi Ca2+
1Zeolit A (Na)
2Klinoptilolit
3Mordenit
4Unnamed Zeolit
5Zeolit 4A
Al2SiO4 AlO2
SiO2
Al2O3
Fe2O3
Fe2O3
Al2O3
CaO
SiO2
SiO2
K2O K2OSiO2
CaO
Al2O3
Al2O3
Al2O3AlO2
Fe2O3
SiO2
Al2SiO4
CaO
Fe2O3
K2O
K2OSiO2
CaO
Fe2O3
Al2SiO4
SiO2
AlO2
Al2O3
CaO
Fe2O3
K2O
K2OSiO2
K2O
CaO
Al2O3
KRISTALINITAS
Kristalinitas zeolit alam, sampel Z10 dan A16 dibandingkan terhadap zeolit sintetik.
Jumlah intensitas puncak difraktogram yang dihitung pada sudut 2θ dari 20 hingga 40 derajat.
Sampel Kristalinitas
Zeolit Alam Bandung 31,24 %
Sampel Z10 49,15 %
Sampel A16 56,22 %
Kesetimbangan Adsopsi
Kesetimbangan air dalam zeolit
60
61
62
63
64
65
66
67
0 10 20 30 40 50 60 70
Kad
ar E
tan
ol (%
berat)
waktu (menit)
Zeolit Alam
Z10
A16
Zeolit Sintetik
Kapasitas Adsorpsi
Dari grafik kesetimbangan adsorpsi, jika diketahui: Berat Zeolit (M) = 4 gr
Kadar Ethanol mula-mula (C0) = 62 %
Volume campuran (V) = 75 ml
Maka dapat dihitung kapasitas adsorpsi pada saat kesetimbangan:
No Jenis Zeolit Kapasitas Adsorpsi
(mg air/gr zeolit)
1.
2.
3.
4.
Zeolit alam
Sampel Z10
Sampel A16
Zeolit sintetik 3A.
375
468,8
562,5
750
No Jenis Zeolit qmax (mg
air/gr zeolit)
K
(L/mg)
Peningkatan
Kapasitas Adsorpsi
Monolayer (qmax)
dibandingkan
Zeolit alam
1.
2.
3.
4.
Zeolit alam
Sampel Z10
Sampel A16
Zeolit sintetik 3A.
336,7
418,7
429,7
433,5
6,955
6,754
6,648
5,492
-
25%
27,63%
28,74%
PARAMETER THERMODINAMIKA
Suhu Kc ΔG0 (J/mol) ΔH0 (J/mol)ΔS0 (J/K
mol)Zeolit Alam
30 0,000588 18750,419-0,078983 -61,814140 0,000619 19233,963
50 0,000599 19936,527Sampel Z10
30 0,000636 18549,77391-0,3849382 -61,515340 0,000681 18984,78605
50 0,000698 19524,7094Sampel A16
30 0,000638 18541,1202-0,2793504 -61,195240 0,000722 18833,90029
50 0,000683 19583,56106Zeolit Sintetik
30 0,000818 17917,74367-0,0149652 -58,661140 0,000831 18467,32524
50 0,00082 19090,44417
Kesimpulan
Kondisi operasi terbaik untuk proses aluminasi pada alkali digestion menghasilkan kristal zeolit A dengan
rasio SiO2/Al2O3 sebesar 1,641 diperoleh pada konsentrasi NaOH 2M dan waktu reaksi 8 jam dengan
penambahan 6,1 gr sodium aluminat
Proses reduksi Ca2+ dengan pencampuran zeolit kedalam larutan NH4Cl 2M pada waktu 24 jam dapat menurunkan
kadar kalsium dalam zeolit alam menjadi 1,85% dari kadar semula 5,81%.
Proses aktivasi zeolit alam yang dilakukan mampu merubah struktur kristal zeolit alam menjadi kristal
zeolit tipe A dan beberapa jenis zeolit lain, namun tidak dapat membangun struktur kristal baru dari komposisi
bahan amorf yang terkandung didalamnya.
Aluminasi pada NaOH 2M dan waktu 8 jam meningkatkan kapasitas adsorpsi 24,35% dan Zeolit yang mengalami reduksi kalsium pada
penambahan 2M NH4Cl, waktu pengadukan 24 jam yang dilanjutkan dengan aluminasi pada NaOH 2M dan waktu 8 jam
mengalami peningkatan kapasitas adsorpsi 27,63% dimana untuk zeolit sintetik peningkatan kapasitas adsorpsi dibanding zeolit alam
sebesar 28,74%.