ALFA AKUSTIA WIDATI
DOSEN PEMBIMBING Dr. Didik Prasetyoko, M.Sc
Ti-MCM-41 (CormaFotografi, dkk,1994; Inagaki dkk,1993); inhibitor polimerisasi, Katekol Ti-MCM-48, Ti-HMS, Ti-MSU, Ti-SBA 15 (Zhang, antiseptik, pembuatan parfum dan Hidrokuinon pharmaceutical intermediates 1998) (Saito dkk, 1990), dye (Chin dkk, 1989) Stabilitas Hidrotermal & Kemampuan Oksidasi Rendah (Eimer dkk,2008) Benzokuinon
Oksidasi Fenol
TITANIUM SILIKALIT-1
(Villa dkk,2005; Sun dkk,2000)
Pelarut
(Liu dkk,2006; WilkenhÖner dkk,2001)
MESOPORI
Kecepatan adsorpsi pelarut, substrat pada katalis (Hulea dkk,1998)
Waktu Reaksi Temperatur Reaksi
Selektivitas dan Konversi
RUMUSAN MASALAH SINTESIS & KARAKTERISASI TS-1 MESOPORI
OKSIDASI FENOL
Pengaruh : Pelarut Waktu Reaksi Temperatur Reaksi
AKTIVITAS KATALITIK
BATASAN MASALAH Sintesis TS-1 mesopori dengan variasi waktu hidrotermal 2, 4, dan 8 hari Karakterisasi dengan difraktometer XRD, spektrofotometer FTIR, Adsorpsi-Desorpsi N2, Adsorpsi Piridin, UV-Vis DR, dan FESEM Parameter reaksi : Pelarut (metanol, air, aseton, asetonitril) Waktu reaksi (0, 1, 2, 4 jam) Temperatur reaksi (60, 70, 80, 90⁰⁰C)
TITANIUM SILIKALIT-1 Katalis oksidasi olefin, amoksimasi sikloheksanon (Ke dkk, 2007; Wilkenhıner dkk, 2001) alkohol, senyawa hidroksil aromatis (Ke dkk, 2007), epoksidasi propilen, α-olefin, dan hidroksilasi fenol (Wilkenhıner dkk, 2001)
Mikropori
KATALIS
Mesopori
Makropori
Transport reaktan dan kontak dengan sisi aktif lebih mudah (Eimer dkk,2008; Schmidt dkk,2000)
APLIKASI TS-1 MESOPORI
REAKSI
Epoksidasi sikloheksena
AKTIVITAS KATALITIK TS-1 MIKROPORI
MESOPORI
+
10x Mikropori
5 jam
1 jam
-
+
(Schmidt dkk, 2000) Oksidasi tiofen (Fang dan Hu, 2007) Oksidasi dibenzotiofen (Fang dan Hu, 2007)
OKSIDASI FENOL Pelarut
Benzokuinon
Fenol
Hidrokuinon
Katekol
Protik
Aprotik
Waktu reaksi
Temperatur reaksi
METODOLOGI PENELITIAN Penyiapan Alat dan Bahan
Sintesis Katalis TS-1 Mesopori
Karakterisasi
Pembuatan Kurva Standar
Uji Aktivitas Katalis
Analisis Data
SINTESIS KATALIS TS-1 MESOPORI DENGAN VARIASI WAKTU HIDROTERMAL (Eimer dkk, 2008) Tetraetil ortosilikat
Tetrabutil ortotitanat
Diaduk selama 30 menit Campuran 1 + Tetrapropilammonium hidroksida 40% Campuran 2 Diaduk selama 15 jam Campuran 3 1TEOS : 0,017TiO2 : 0,24TPAOH : 21,2 H2O Dilakukan hidrotermal pada suhu 80⁰⁰C Variasi waktu 2, 4, dan 8 hari
Campuran 4 + Heksadesiltrimetilamoniumbromida Campuran 5 (CTABr/Si = 0,306) Campuran didiamkan selam 3 jam pada suhu kamar, disaring Padatan - Dicuci dengan aquades - Dikeringkan pada suhu 60⁰⁰C selama 1 hari - Dikalsinasi selama 1 jam (dialiri N2), dilanjutkan kalsinasi dengan udara selama 6 jam pada 550⁰⁰C TS-1 Mesopori
KARAKTERISASI XRD STRUKTUR
FTIR
Pengamatan pada 2θ = 1,5-40º Pengamatan pada bil. gelombang 1400-400 cm-1
UV-Vis DR
Pengamatan pada λ = 200-350 nm Luas permukaan BET
Adsorpsi-Desorpsi N2 PERMUKAAN
Distribusi ukuran pori BJH t-plot
Adsorpsi PiridinFTIR FESEM
Pengamatan dengan FTIR pada bil. gelombang 1700-1400 cm-1
UJI AKTIVITAS KATALIS 160 mg Katalis
1,3 g fenol dalam 5 mL metanol Diaduk Campuran
0,5 g H2O2 30%
Diaduk dengan pemanasan 70⁰⁰C Campuran Produk Variasi :
Analisis Dengan Kromatografi Gas
Pelarut (metanol, air, aseton, asetonitril) Waktu reaksi (0,1, 2, 4 jam) Temperatur reaksi (60, 70, 80, 90⁰⁰C)
HASIL & PEMBAHASAN X-RAY DIFFRACTION (XRD) TS-1
2θ 7,9; 8,9; 23,2; 23,7; 24,1; 24,9º (Treacy dkk, 2001)
Intensitas (cps)
TSM-8
TSM-4
2θ 2º = Adanya pori meso teratur (Meynen dkk, 2009)
TSM-2
(º)
Hubungan kristalinitas TS-1 mesopori dengan waktu hidrotermal
Jumlah TS-1 yang terbentuk Sampel
Intensitas pada 2θ (I)
I/I0
2,0º
23º
23º
TSM-2
2500
91,86
8
TSM-4
0
1032,78
94
TSM-8
0
1094,95
100
I0 = TSM-8
Waktu Hidrotermal >> Kristalinitas >>, fase meso <<
FOURIER TRANSFORM INFRARED (FTIR) Pengamatan dekomposisi template akibat kalsinasi
Transmitan (%)
sebelum kalsinasi
2850 cm-1
2918 cm-1
Stretching asimetri C-H dari CTA+ dan TPA+ (Zhang, 1999)
setelah kalsinasi
Stretching simetri C-H dari CTA+ dan TPA+ (Zhang, 1999)
Bilangan Gelombang (cm-1)
Membantu memberikan informasi mengenai struktur molekul
1230 cm-1 (Drago dkk, 1998)
♦ Vibrasi Si-OH dari material mesopori (Zhang, 2008) ♦ vibrasi Si-O-Ti dari kerangka TS-1
TSM-4
TSM-2
Bilangan Gelombang (cm-1)
450 cm-1
550 cm-1
550 cm-1
1100 cm-1
800 cm-1
450 cm-1
960 cm-1
800 cm-1
1100 cm-1
960 cm-1
Simetri
TSM-8
1230 cm-1
Asimetri
Vibrasi bending TO4
Transmitan (%)
Vibrasi stretching TO4
Rasio area puncak FTIR pada 550 cm-1/960 cm-1
Hubungan kristalinitas TS-1 mesopori dengan waktu hidrotermal
Waktu Hidrotermal >>, Rasio A550/A960 >> Kristalinitas >>, fase meso <<
Hasil mendukung data XRD
Waktu hidrotermal (hari)
ADSORPSI-DESORPSI N2
Volume N2 Teradsorp (mL/g)
Menganalisis permukaan dan struktur pori
TSM-2
Isoterm adsorpsidesorpsi Tipe IV TSM-4
Tipe material mesopori TSM-8
P/P0 P/P 0
Hubungan distribusi ukuran pori TS-1 mesopori dengan waktu hidrotermal
dV(d), (d), cc/nm/g
3,81 nm
3,42 nm 3,05 nm
Diameter pori (nm)
Makin lama waktu hidrotermal, diameter pori makin rendah diduga akibat penebalan pori (On dkk, 2001)
TS-1 mesopori
Waktu hidrotermal 2 hari
Waktu hidrotermal 4 hari
Waktu hidrotermal 8 hari
Volume Mikropori (cc/g)
0,19
0,13
0,14
Volume Mesopori (cc/g)
0,37
0,26
0,17
Volume Pori Total (cc/g)
0,69
0,48
0,53
Diameter Pori (nm)
3,81
3,42
3,05
Luas Area Mikropori (m2/g)
464
281
306
Luas Area Mesopori (m2/g)
298
164
141
Luas Permukaan (m2/g)
762
445
447
Analisis permukaan dan pori
Makin lama waktu hidrotermal, data hasil analisis permukaan makin rendah
UV-VIS DIFFUSE REFLECTANCE (UV-VIS DR) Menentukan koordinasi Titanium dalam TS-1
Serapan Ti dalam TS-1 mesopori (Lin dkk, 2004; Ratnasamy dkk, 2004)
300 nm
232 nm
K K-M
Serapan Ti dalam lingkungan amorf (Lin dkk, 2004)
Tidak terdapat TiO2 luar kerangka
Panjang gelombang (nm)
FIELD EMISSION SCANNING ELECTRON MICROSCOPY (FESEM) Mengetahui morfologi dan ukuran partikel TS-1
TSM-2 (141-258 nm)
TSM-4 (94-128 nm)
TSM-8 (20-36 nm)
Semakin lama waktu hidrotermal, makin kecil ukuran partikelnya
Asam Bronsted
UJI KEASAMAN
Asam Lewis TSM-8
Transmitan (%)
1440 cm-1
1490 cm-1
TSM-2
1543 cm-1
Makin lama waktu hidrotermal, makin sedikit jumlah asam Lewis dan asam Bronsted
TSM-4
Bilangan gelombang (cm-1)
UJI AKTIVITAS KATALITIK PADA OKSIDASI FENOL PENGARUH KATALIS
mmol
Perbedaan struktur Ti antara TS-1 mesopori dan TS-1 mikropori menyebabkan perbedaan aktivitas
2
2
UJI AKTIVITAS KATALITIK PADA OKSIDASI FENOL
mmol
PENGARUH KATALIS
Ti dengan koordinasi tetrahedral aktif pada reaksi katalitik oksidasi fenol
2
2
PENGARUH KATALIS
mmol
Perbedaan aktivitas katalitik tidak dapat diubungkan dengan jumlah sisi aktif
TSM-2
TSM-4
TSM-8
waktu hidrotermal
Sampel
Rasio Ti/Si(*)
TSM-2
0,1029
TSM-4
0,0972
TSM-8
0,0992
* Data XRF
Hubungan keasaman TS-1 mesopori dengan aktivitas katalitik
■ asam Lewis
Jumlah asam (mmol/g)
▲ asam Brønsted
Konversi fenol (%)
Diameter Pori (nm)
Hubungan diameter TS-1 mesopori dengan aktivitas katalitik
Konversi fenol (%)
PENGARUH PELARUT
Selektivitas (%) Pelarut
Konversi (%)
Katekol
Benzokuinon
Asetonitril
1,05
-
100
Air
2.78
28
72
Aseton
1.33
-
100
Metanol
1.09
-
100
Kondisi reaksi : 1,3 g fenol; 0,16 mg katalis TSM-2; 5 mL pelarut; 0,5 g H2O2; temperatur reaksi 70○C, waktu reaksi 2 jam
Tingginya kelarutan fenol dan H2O2 dalam air sehingga radikal OH mudah terbentuk (Wang dkk,2005; Suja dan Suganan, 2003; Rao dan Ratnaswamy, 1993)
PENGARUH TEMPERATUR REAKSI Selektivitas (%) Temperatur Reaksi
Konversi (%)
60
Katekol
Benzokuinon
0,90
-
100
70
2,78
28
72
80
1,17
-
100
90
1,02
-
100
Kondisi reaksi : 1,3 g fenol; 0,16 mg katalis TSM-2; 5 mL pelarut air ; 0,5 g H2O2, waktu reaksi 2 jam
Temperatur 60-70ºC : pergerakan molekul makin meningkat menyebabkan jumlah tumbukan makin besar sehingga jumlah produk meningkat Temperatur 80-90ºC : terjadi dekomposisi H2O2 menyebabkan jumlah produk menurun
PENGARUH WAKTU REAKSI
Selektivitas (%) Waktu Reaksi (Jam)
Konversi (%)
Katekol
Benzokuinon
1
1,07
-
100
2
278
28
72
4
3,24
35
65
Kondisi reaksi : 1,3 g fenol; 0,16 mg katalis TSM-2; 5 mL pelarut air; 0,5 g H2O2, temperatur reaksi 70ºC
Makin lama waktu reaksi, makin banyak jumlah produk dikarenakan makin banyak tumbukan yang terjadi
KESIMPULAN Titanium silikalit-1 (TS-1) mesopori telah berhasil disintesis menggunakan metode Eimer dkk dengan menggunakan template CTABr sebagai pembentuk fase meso. Semakin pendek waktu hidrotermal maka semakin semakin besar fase meso katalis, semakin rendah kristalinitasnya, semakin banyak jumlah sisi asam Bronsted dan Lewisnya. Aktivitas katalitik tertinggi dari TS-1 mesopori pada oksidasi fenol diperoleh pada kondisi reaksi : pelarut air, temperatur reaksi 70ºC, dan lama reaksi 2 jam. Aktivitas katalitik tertinggi diperoleh dari penggunaan katalis TS-1 mesopori dengan waktu hidrotermal 2 hari sebesar 2,78%. Selektivitas benzokuinon tertinggi diperoleh dari penggunaan katalis TS-1 mesopori dengan waktu hidrotermal 8 hari sebesar 100%.
