Adsorpsi dan Katalis Menggunakan Material Berbasis Clay oleh Dr. Is Fatimah, M.Si. Hak Cipta © 2014 pada penulis GRAHA ILMU Ruko Jambusari 7A Yogyakarta 55283 Telp: 0274-4462135; 0274-882262; Fax: 0274-4462136 E-mail:
[email protected] Hak Cipta dilindungi undang-undang. Dilarang memperbanyak atau memindahkan sebagian atau seluruh isi buku ini dalam bentuk apa pun, secara elektronis maupun mekanis, termasuk memfotokopi, merekam, atau dengan teknik perekaman lainnya, tanpa izin tertulis dari penerbit. ISBN: 978-602-262-127-0 Cetakan ke I, tahun 2014
KATA PENGANTAR
A
Assalamu’alaikum Wr.Wb.
lhamdulillahirobbil’alamiin, buku Adsorpsi dan Katalisis Menggunakan Material berbasis Clay ini telah terselesaikan. Buku ini tersusun melalui berbagai eksplorasi literatur yang berkaitan dengan penelitian yang kami tekuni selama kurun waktu lebih dari 10 (sepuluh) tahun. Pemilihan materi adsorpsi dan katalisis bebasis clay didasarkan pada banyaknya penelitian clay alam Indonesia sebagai salah satu apresiasi melimpahnya kekayaan sumber daya alam mienral clay. Namun di sisi lain, publikasi ilmiah dan eksistensi literatur dalam bentuk buku belum banyak ditemui. Berlatar belakang tersebut, buku ini berusaha menyajikan dasar-dasar dan data-data publikasi dengan harapan dapat digunakan guna pengembangan penelitian terkait di masa mendatang. Sebagai salah satu bahan ajar, buku ini mendukung berbagai mata kuliah di tingkat perguruan tinggi khususnya bidang kimia, teknik kimia, teknologi material dan lingkungan. Mata kuliah seperti Kimia Katalis, Kimia Lingkungan dan Teknologi Bersih merupakan mata kuliah-mata kuliah yang didukung oleh buku ini di samping kegunaannya sebagai literatur dalam kegiatan praktikum dan penelitian mahasiswa. Sebagai penutup, buku ini tentu masih memerlukan banyak perbaikan sehingga kritik, saran dan ide dari pembaca sangat kami harapkan guna penyempurnaan buku ini di masa-masa mendatang. Wassalamu’alaikum Wr.Wb. Penulis Is Fatimah
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR
v
DAFTAR ISI
vii
DAFTAR GAMBAR
ix
DAFTAR TABEL
xv
BAB 1
CLAY: KLASIFIKASI CLAY DAN STRUKTUR DASAR
1
1.1 Klasifikasi Clay 1.2 Smektit dan Montmorillonit 1.3 Struktur dan Sifat Permukaan Clay
1 5 8
BAB 2
TEORI ADSORPSI DAN KATALISIS
11
2.1. Dasar Adsorpsi 2.2 Kinetika Adsorpsi 2.3 Isoterm Adsorpsi 2.4 Katalis Heterogen Pustaka
11 15 17 32 35
BAB 3
KARAKTERISASI CLAY SEBAGAI MATERIAL ADSORBEN DAN KATALIS
37
3.1 3.2 3.3 3.4 3.5
37 42 45 46 47
Analisis Menggunakan XRD Evaluasi Porositas Analisis Kapasitas Tukar Kation/Cation Exchange Capacity (CEC) Analisis Spektrofotometri DRUV-Vis Penentuan Sifat Keasaman Padatan
viii
Adsorpsi dan Katalisis Menggunakan Material Berbasis Clay
3.6 Analisis Morfologi Permukaan dan Energy Dispersive X-Ray (EDX) 3.7 Analisis Elemental Pustaka
48 49 50
BAB 4
AKTIVASI DAN MODIFIKASI CLAY
51
4.1 Aktivasi 4.2 Aktivasi Mineral Montmorillonit Indonesia 4.3 Aktivitas Adsorpsi dan Katalisis Clay Teraktivasi Asam 4.4 Pertukaran dengan Kation Logam 4.5 Pilarisasi 4.6 Pembentukan Organoclay 4.7 Modifikasi Sinergis Pustaka
51 56 58 61 63 70 75 76
BAB 5
KEASAMAN PERMUKAAN CLAY
81
5.1 Dasar Keasaman Permukaan Clay 5.2 Karakterisasi Keasaman Clay 5.2 Keasaman Permukaan Clay Termodifikasi 5.3 Aktivitas Katalisis Asam oleh Clay dan Clay Termodifikasi Pustaka
81 82 91 94 96
BAB 6
PILARISASI CLAY DENGAN OKSIDA LOGAM
99
6.1 Pilarisasi dengan Oksida Aluminium 6.2 Pilarisasi Clay dengan TiO2 6.3 Pilarisasi dengan ZrO2 6.4 Preparasi Clay Terpilar Fe2O3 6.5 Preparasi Clay Terpilar Cr2O3 6.6 Preparasi Clay Terpilar Silika 6.7 Pilarisasi Clay dengan Gabungan Oksida Logam dan Clay Terpilar Sebagai Pengemban Logam 6.7. Pilarisasi Clay dengan Oksida Logam dan Pre-Treatment Surfaktan Pustaka
101 112 120 125 127 128
BAB 7
AKTIVITAS KATALITIK CLAY TERMODIFIKASI LOGAM
135
7.1. Reaksi Katalisis Asam 7.2 Aktivitas pada Reaksi Reduksi-Oksidasi
135 160
-oo0oo-
130 130 130
Daftar Gambar
ix
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Gambar 1.2 Gambar 1.3 Gambar 1.4 Gambar 1.5 Gambar 1.6 Gambar 2.1 Gambar 2.2 Gambar 2.3 Gambar 2.4 Gambar 2.5 Gambar 2.6 Gambar 2.7 Gambar 2.8 Gambar 2.9 Gambar 2.10 Gambar 2.11 Gambar 2.12 Gambar 2.13
Struktur tetrahedral dan oktahedral Contoh struktur trioktahedral dan dioktahedral Struktur clay 2:1 Skema trioktahedral Pola XRD montmorillonit dengan perlakuan glikolasi dan pemanasan Representasi struktur montmorillonit Perbedaan interaksi adsorbat dan adsorben dalam fisisorpsi(a) dan kemisorpsi (b) (Mortimer, 2000) Mekanisme katalisis adsorpsi, interaksi permukaan dan desorpsi Ilustrasi interaksi logam dan substrat teradsorpsi Plot kinetika adsorpsi (a) pseudo orde satu (b) pseudo orde dua dan Model-model Elovich (c) dari adsorpsi naftalena menggunakan DTMA-sepiolit (Gök et al., 2008- Ijin cetak ulang dari Elsevier Publisher) Ilustrasi mekanisme Langmuir Plot isoterm Langmuir Struktur alizarin red (AR) dan Basic violet (BV) Isoterm Langmuir adsorpsi AR oleh organoclay (Baskaralingam et al (2006)) Efek konstanta kesetimbangan adsorpsi terhadap fraksi penutupan pada variasi tekanan sistem Bentuk plot isoterm Freundlich Ilustrasi adsorpsi pada isoterm BET(Sumber: Augustine, 1999) Variasi bentuk isoterm gas (Sumber: Augustine, 1999) Variasi hysterisis loop (Sumber : Augustine, 1999)
Gambar 2.14 Katalisis dalam reaksi
3 4 4 5 6 7
14 15
17 18 19 20 20
22 23 23 24 26
x
Adsorpsi dan Katalisis Menggunakan Material Berbasis Clay
Gambar 2.15 Gambar 2.16 Gambar 2.17 Gambar 2.18 Gambar 2.19 Gambar 2.20 Gambar 2.21 Gambar 3.1 Gambar 3.2 Gambar 3.3 Gambar 3.4 Gambar 3.5 Gambar3.6 Gambar 3.7 Gambar 3.8 Gambar 3.9 Gambar 4.1 Gambar 4.2 Gambar 4.3 Gambar 4.4 Gambar 4.5 Gambar 4.6 Gambar 4.7 Gambar 4.8
Pengaruh katalis pada koordinat reaksi Distribusi Maxwell energi kinetik reaksi tanpa dan dengan katalis Skematika kerja katalis SCR (Sumber: Augustine, 1999) Representasi skematik pengembanan oksida logam (A) dan efek sintering pada oksida logam tak teremban (B). (diadaptasi dari Santen et al., 1999) Skema dispersi V2O5 pada smektit terpilar aluminium Proses adsorpsi dalam reaksi pembentukan amoniak Mekanisme dehidrasi dan dehidroksilasi oleh Al2O3(Sumber :Spivey dan Dooley, 2010) Pola refleksi XRD (a) hektorit (b) plagiorskit Pola XRD hektorite dan saponit pada variasi kelembaban relatif (Karmous et al., 2009) Perbandingan difraktogram montmorillonit dan saponit sebelum dan sesudah glikolasi (kode EG menandakan sampel setelah perlakuan menggunakan etilen glikol) Pengaruh glikolasi dan pemanasan terhadap pola XRD saponit Klasifikasi Isoterm Adsorpsi-Desorpsi BDDT (Sing et al., 1985,) Klasifikasi hysterisis loop (Sing et al., 1985, Kaneko, 1994) Kurva korelasi CEC dan luas permukaan spesifik Model interaksi asam-basa piridin dengan keasaman permukaan padatan (sumber: Busca, 1999) Profil SEM saponit (Cölak et al., 2000) Skema modifikasi Clay Skema modifikasi clay melalui pengasaman (Sumber: Hussin et al., 2011) [ atas ijin Elsevier] Perbandingan XRD montmorillonit dan saponit hasil aktivasi asam dengan variasi konsentrasi asam dan waktu aktivasi. (Okada et al., 2008) [ atas ijin Elsevier]. Hasil analiss FTIR terhadap montmorilllonit teraktivasi asam klorida pada variasi waktu (Majedova et al., 1998) [ atas ijin Elsevier]. Pengaruh perlakuan termal dan asam terhadap smektit (Tamayo et al., 2012 [atas ijin Elsevier) Spektrum FTIR montmorillonit dengan perlakuan termal dan asam terhadap smektit (Tamayo et al., 2012- atas ijin Elsevier) Pengaruh jenis asam pada aktivasi montmorillonit alam dari Boyolali (Fatimah et al., 2006) Distribusi ukuran pori montmorillonit alam asam Boyolali dengan variasi jenis asam (Fatimah et al., 2006)
27 27 28 30 31 34 34 38 40
41 42 43 44 46 38 49 51 52
53 54
55 56 57
