sintesis zeolit x-karbon dari abu dasar batubara dan
TRANSCRIPT
Sintesis Zeolit X-karbon dari Abu dasar
batubara dan Karakterisasinya Sebagai
Material Penyimpan Hidrogen
11 Juli 2012
Ujian Tugas Akhir
Mila Zhely Nurul H. / 1408 100 037
Dosen Pembimbing:
Nurul Widiastuti, M.Si, Ph.D.
PENDAHULUAN 1.
METODOLOGI 2.
HASIL DAN PEMBAHASAN 3.
KESIMPULAN 4.
Latar Belakang
Konsumsi sumber energi dunia
Global Warming
Emisi CO2 dari penggunaan bahan bakar
Hydrogen Energy Amerika, Jepang, Jerman,
Perancis, dll
Kelebihan:
• Mampu menyimpan gas hidrogen dalam jumlah besar hingga 5,6 % berat
• Proses penyimpanan gas H2 dapat dilakukan pada suhu kamar (30°C) dan
tekanan rendah (0,1 - 10 bar) ekonomis
• Massa / densitas relatif rendah Energi penyimpanan relatif rendah
efisiensi energi cukup tinggi
Material
nanostruktural
berpori
Material Hidrida Logam
Material karbon nanotube (CNT)
Zeolit
Hirscher, M. “Handbook of Hydrogen Storage”. Willey and sons–VCH, Germany, 2009
Material
Zeolit-Karbon
• Luas permukaan relatif tinggi • Struktur mikro- dan meso-pori
terdistribusi baik • Densitas rendah • Mampu mengadsorb H2 pada
suhu dan tekanan relatif rendah (30°C/100 bar)
Material berpori
Karbon Aktif Zeolit
Luas permukaan
rendah sekitar 50
m2/gram
Porositas Relatif tinggi
Luas permukaan relatif tinggi hingga
500 m2/gram.
Porositas Rendah
Zeolit X-karbon
Zeolit A dan Zeolit X
Karbon Aktif
Abu dasar batubara
Metode Peleburan
diikuti dengan
Perlakuan Hidrotermal (Yanti, 2009 dan Miyake, 2008)
Kandungan Si, Al, dan C Cukup besar
750°C, 1 jam dalam atmosfir N2
90°C, variasi waktu: 8 jam, 12 jam, 15 jam,
18 jam dan 22 jam
Zeolit X-karbon, • Memiliki porositas
cukup besar • Penambahan residu
karbon pada zeolit diharapkan dapat membentuk zeolit X-karbon dengan karakteristik pori sesuai untuk penyimpanan hidrogen
• Permasalahan 1. Bagaimana pengaruh waktu hidrotermal pada pembentukan
zeolit X-karbon yang disintesis dari abu dasar dengan metode peleburan diikuti perlakuan hidrotermal?
2. Zeolit X-karbon hasil sintesis pada kondisi optimum, diuji apakah memiliki karakteristik pori yang sesuai bila digunakan untuk adsorpsi hidrogen?
• Tujuan
Mempelajari pengaruh waktu hidrotermal pada pembentukan zeolit X-karbon yang disintesis dari abu dasar serta mempelajari karakteristik zeolit X-karbon hasil optimasi untuk aplikasi penyimpanan gas hidrogen.
METODOLOGI Sintesis Zeolit X-karbon
Abu Dasar + NaOH (Abu dasar:NaOH = 1:1,2)
Peleburan (750°C, 1 jam, atmosfir N2)
Melarutkan hasil peleburan dalam air demineralisasi, Pemeraman (aging) dan Filtrasi
Filtrat (sumber Si, Al)
Residu
Perlakuan Hidrotermal suhu 90°C
(variasi waktu 8, 12, 15, 18 dan 22 jam)
Filtrasi dan pencucian hingga pH 9 dan dikeringkan
Produk (Zeolit Karbon)
Karakterisasi
(XRD, SEM dan BET)
Uji Kapasitas Penyimpanan H2
(Metode Gravimetri)
Pengaturan Komposisi Molar
(NaAlO2 : 4 SiO2 : 16 NaOH : 128 H2O)
Uji Kapasitas Penyimpanan gas H2 (secara Gravimetri)
Uji Kapasitas Penyimpanan gas H2
Sample
Holder
Zeolit X-karbon hasil sintesis pada kondisi optimum ditimbang +
2 gram
Uji Kapasitas Penyimpanan gas H2
1. Proses Degassing: sampel dipanaskan dalam furnace tubular pada suhu 350°C hingga berat sampel konstan (berat sampel diamati melalui neraca analitik yang dikaitkan dengan sampel)
Uji Kapasitas Penyimpanan gas H2
2. Penentuan Kapasitas penyimpanan hidrogen: Gas Hidrogen dialirkan dalam sampel sel melewati sampel selama 2-3 jam (hingga berat sampel konstan)
% 𝐇𝟐 =(m1 − m0)
m0 .100% Kapasitas Penyimpanan hidrogen dihitung
menggunakan persamaan:
Komponen Komposisi (% berat)
SiO2 19,30
Al2O3 4,20
Fe2O3 48,90
CaO 22,80
K2O 0,83
ZnO 0,18
V2O5 0,05
TiO2 1,29
MnO 0,51
C 11,58
Quartz (SiO2) Mulit (3Al2O3·2SiO2)
1, Na2SiO3 (natrium silikat) 2, NaAlO2 (natrium aluminat)
(a)
(b)
(a)
(b)
Reaksi Sintesis Zeolit-karbon
• Saat Proses Peleburan
2 NaOH (s) + Al2O3 (s) → 2 NaAlO2 (s) + H2O (g) (1)
2 NaOH (s) + SiO2 (s) → Na2SiO3 (s) + H2O (g) (2)
10 NaOH (s) + 2 SiO2·3Al2O3 (s) →
2 Na2SiO3 (s) + 6 NaAlO2 (s) + 5 H2O (g) (3)
• Proses Pelarutan padatan hasil peleburan
Na2SiO3 (s) + H2O (aq) → Na2SiO3 (aq) (4)
NaAlO2 (s) + H2O (aq) → NaAl(OH)4 (aq) (5)
• Proses Hidrotermal
NaOH (aq) + NaAl(OH)4 (aq) + Na2SiO3 (aq) suhu kamar
[Nax (AlO2)y (SiO2)z ·NaOH·H2O] (gel) 90°C
Nap[(AlO2)p(SiO2)q]·hH2O (kristal) (6)
c d
e
oktahedral
a b
c d
e
oktahedral
a b
c d
e
oktahedral
a b
c d
e
oktahedral
a b
c d
e
oktahedral
a b
C 5,05%berat C 5,08%berat C 4,52%berat
C 4,84%berat
C 4,63%berat
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
50
100
150
200
Tekanan Relatif (P/Po)
Volu
me N
2 t
era
dso
rp p
ada S
TP
(cc/g
)
adsorpsi
desorpsi
Grafik adsorpsi isoterm Tipe IV Histeresis (Mesopori)
Parameter Hasil analisis Model
Perhitungan
Luas permukaan 185, 824 m2/gram BET
Mesopori Diameter pori = 3 nm
Volume pori = 0,2 cc/gram BJH
Mikropori Diameter pori = 0,34 nm
Volume pori = 0,068 cc/gram SF
0
0.5
1
1.5
2
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 60 90 100
120
150
Kap
asit
as P
enyi
mp
anan
H2
(% b
erat
)
Waktu (menit)
Uji I
Uji II (duplo)
1,77% berat
1,55% berat
Kapasitas penyimpanan hidrogen rata-rata pada sampel zeolit X-karbon hasil optimasi adalah 1,66% berat
KESIMPULAN
a. Waktu hidrotermal mempengaruhi pembentukan zeolit X-karbon
b. Kondisi optimum pembentukan zeolit X-karbon pada penelitian ini adalah pada suhu hidrotermal 90°C selama 15 jam.
c. Zeolit X-karbon yang disintesis pada kondisi optimum hidrotermal
pada suhu 90°C selama 15 jam memiliki luas permukaan dan porositas cukup tinggi dan berpotensi digunakan untuk aplikasi penyimpanan hidrogen yang mampu menyimpan gas hidrogen hingga 1,66% berat pada suhu 30°C dengan tekanan regulator 20 psi menggunakan metode gravimetri.