KIMIA KATALIS KARAKTERISASI KATALIS

ENGINEERINGS.T., ASTUTI - WIDI M.T. DEWI KUSUMANIGTYAS, RATNACHEMICAL

KIMIA KATALIS

KARAKTERISASI KATALIS


Tujuan Karakterisasi 1. Membuktikan bahwa katalis yang telah disintesis sesuai dengan yang diharapkan. 2. Quality control operation after preparation 3. Mengetahui sifat-sifat katalis: aktivitas, selektivitas, stabilitas. 4. Dengan karakterisasi  diperoleh korelasi antara kinerja katalis dengan struktur maupun sifat-sifat elektronik katalis.


Jenis Karakterisasi Sifat-Sifat Fisis  Penentuan Surface area dan volume pori  metode BET  Distribusi ukuran pori  Mercury porosimetry, adsorpsi N2  Morfologi permukaan  Scanning Electron Microscopy Sifat-Sifat Kimia  Kapasitas adsorpsi dan desorpsi  Thermogravimetric Analysis (TGA)  Penentuan struktur dan kristalinitas  X-ray diffraction (XRD) nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR)


Jenis Karakterisasi Sifat-Sifat Kimia Permukaan  Penentuan keasaman dan kebasaan permukaan padatan  Amonia Temperature Programmed Desorption (TPD)  Dispersi logam aktif serta densitas situs aktif  Pulse Chemisorption


Jenis Karakterisasi 1

Penentuan Surface Area dan Volume Pori (BET) Tahapan : preparasi dan analisis. Preparasi : Sebelum pengujian  sampel dipreparasi Sampel dioven (5 jam, suhu 150 C) agar kandungan uap air dan gas-gas pengotor berkurang  didinginkan  masukkan ke dalam sample cell  ditimbang  vacuum degassing (suhu 150 C, 6 jam) untuk menghilangkan secara lebih seksama uap air dan gas-gas pengotor pada permukaan sampel  sampel didinginkan  ditimbang untuk mendapatkan berat keringnya.


Jenis Karakterisasi Analisis : Pengujian sampel dilakukan dg cara adsorpsi N2 pada suhu 77 K (titik didih nitrogen cair pada kondisi standar). Luas permukaan padatan dan volume pori diperkirakan dengan isotherm BET. Isoterm adsorpsi yang dievaluasi dibatasi pada kisaran

P = 0,05-0,35 Po


Jenis Karakterisasi Persamaan Kesetimbangan Adsorpsi BET Isoterm adsorpsi BET untuk mengukur luas permukaan: 1 1 C  1 Po   ( ) Po Wm C Wm C P W (( )  1) P

Plot antara

1 Po W (( )  1) P

dengan

Nilai Slope

 C 1     Wm C 

dan intersep

Luas permukaan padatan dihitung dengan rumus :

P ( ) Po

menghasilkan garis lurus

 1  dihitung dengan    Wm C  least square

Wm. N av . Ap St  BM N2


Jenis Karakterisasi Isoterm adsorpsi BET untuk mengukur volume pori : P 1 C 1 P   ( ) V ' ( P  Po) V ' m . C V ' m . C Po

P Plot antara V ' ( P  Po) Nilai Slope

 C 1     V ' m. C 

dengan

dan intersep

P ( ) Po

akan menghasilkan garis lurus

 1    dihitung dengan  V ' m . C  least square

sehingga volume pori (V’m) diketahui.


Jenis Karakterisasi Ap BMN C P Po R St T T0 V V’ VC V’m W Wm

= Luas proyeksi molekul N2 = 16,2 Å = Berat molekul nitrogen, g/ gmol = Konstanta BET yang berkaitan dengan energi adsorpsi pada lapisan monolayer = Tekanan uap adsorbate, atm = Tekanan uap murni adsorbate, atm = konstanta gas = 1,987 kal/ gmol/ K = Luas permukaan padatan, Å = Suhu mutlak, K = Suhu referensi, K = Volume cairan dalam reaktor, L = Volume N2 yang terjerap pada pori, L = Volume kritis, cm3/ mol = Volume pori, L = Berat gas N2 yang terjerap pada pori pada tekanan relatif P/Po, g = Berat adsorbate yang membentuk lapisan monolayer pada padatan, g


Jenis Karakterisasi


Jenis Karakterisasi


Jenis Karakterisasi



X-ray Diffraction (XRD)

can be used to identify and quantify the components in a complex mixture of solids. For single-phase powders, structural and compositional information can be derived from the diffraction pattern.


Jenis Karakterisasi

Example: a characteristic powder X-ray diffraction pattern of TPA-ZSM5.


Jenis Karakterisasi Typical Applications  Determination of crystallite size and percent crystallinity  Phase identification of catalyst and polymer  Identification and quantification of components in multiphase solids  Bulk and clay mineral analysis  Unit cell and percent crystallinity for known compounds



Nuclear Magnetic Resonance (NMR)  powerful technique for determining molecular structure and composition of liquids and solids  Chemical and physical properties may be derived from a variety of NMR experiments tailored to a host of nuclei such as 1H, 2H, 13C, 19F, 29Si, 27Al, and 31P.  Physical properties (morphology, crystallinity, bond geometry, order, exchange, mobility, and diffusion) can be determined. Typical Applications  Determine amorphous vs crystalline phases in polymers  Study catalysts ligand chemistry, stability, extent of oxidation  Determine structural characteristics of alumina, silica, and zeolitic catalysts



Chemisorption (Kemisorpsi) untuk mengevaluasi aktivitas katalitik  mengukur jumlah situs aktif pada permukaan yang mengontrol reaksi kimia katalitik. Beberapa jenis analisis kemisorpsi: a. Temperature-programmed Desorption (TPD)  untuk menentukan jumlah, tipe, dan kekuatan situs aktif pada permukaan katalis  dengan mengalirkan gas amonia b. Temperature-programmed Reduction (TPR)  untuk menentukan kuantitas logam reaktif yang ada pada Sample  dengan mengalirkan gas hidrogen atau CO. c. Temperature-programmed Oxidation (TPO)  Untuk mengukur seberapa besar kemungkinan katalis dapat di oksidasi lagi (oxidation behaviour)


Jenis Karakterisasi TPD/TPO/TPR with TCD and FID This apparatus is utilized for TPR and TPD of NH3. It can also be used for high sensitive TPO by converting CO2 to methane via a small reactor containing Ni/alumina catalyst and monitoring methane by FID detector.


Jenis Karakterisasi

TPD/TPO equipped with Mass Spectrometer


Jenis Karakterisasi


Jenis Karakterisasi d.Pulse Chemisorption Analysis (pulse titration)  Untuk menentukan luas permukaan aktif, persentase dispersi logam, dan ukuran kristal katalis Combines gas detection by high sensitivity, thermal conductivity detector (TCD) for TPR/TPD/TPO analysis and automatic physisorption and chemisorption by precise vacuum volumetric method for analysis of BET surface area, meso and micropore size distribution, active surface area, degree of metal dispersion, heats of adsorption, etc.


Jenis Karakterisasi

5 Electron Microscopy (SEM dan TEM)


Jenis Karakterisasi Scanning electron microscopy (SEM)  The interaction of an electron beam with a sample creates a number of different responses, which reflect the underlying structure or chemistry of the sample.  provides a good indication of the topography of an exposed surface.  SEM combined with X-ray spectrometry  used to identify, quantify, and map the distribution of chemical elements present in a material.


Jenis Karakterisasi Transmission electron microscopy (TEM)

Uses a high-voltage electron beam to probe the internal structure of a sample. Diffraction patterns can be obtained on suitable materials to identify the specific phases. used to probe the sample in a point-wise fashion. TEM combined with X-ray spectrometry is used to identify, quantify, and map the distribution of chemical elements present in a material.


Jenis Karakterisasi Typical Applications  Compositional images and elemental distributions  Domain size and morphology

 Elemental line scans & maps  Fracture/failure analysis  Phase segregation, dispersion, and identification


Jenis Karakterisasi



X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS)  a surface sensitive technique with an analysis depth of 3-5 nm

 provides information about: elemental composition, the oxidation state, and chemical environment of individual elements quantitative and qualitative surface analysis


Jenis Karakterisasi Typical Applications

 Karakterisasi pengemban dan fase aktif katalis heterogen  Penentuan surface area fase aktif katalis  Penentuan konsentrasi permukaan dopant dan racun katalis  Penentuan konsentrasi permukaan dari extraframework alumina dalam zeolites  Analisis ketidaksempurnaan  Analisis kegagalan dalam komposit  Karakterisasi lapisan korosi dan molekul inhibitor korosi  Karakterisasi deposit dan kontaminan


Jenis Karakterisasi

XPS


Jenis Karakterisasi Example: Table: Atomic surface composition (molar %) by XPS analysis.

KIMIA KATALIS KARAKTERISASI KATALIS

Recommend Documents