Prosiding Seminar Nasional Kimia, ISBN : 978-602-0951-00-3 Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Surabaya, 20 September 2014 PREPARASI, MODIFIKASI DAN KARAKTERISASI KATALIS Ni/ZSiA (PREPARATION, MODIFICATION AND CHARACTERIZATION CATALYST Ni/ZSiA) D. Setyawan Purwo Handoko FMIPA Kimia Universitas Jember Jl. Kalimantan 25 Jember Jawa Timur Email :
[email protected] atau
[email protected]
Abstrak. Modifikasi dan karakterisasi terhadap katalis Ni/ZSiA yang dipreparasi dari zeolit alam telah dilakukan. Katalis ZSiA dibuat melalui pencucian zeolit alam dengan akuades, perendaman dengan larutan HCl 2 M, penambahan Na 2SiO3 5 % b/b, perendaman dengan o larutan NH4Cl 2 M, kalsinasi pada temperatur 500 C sambil dialiri gas nitrogen selama 2 jam dengan laju alir nitrogen 20 mL/menit, oksidasi sambil dialiri oksigen selama 2 jam dengan laju alir oksigen 20 mL/menit dan impregnasi logam Ni ke permukaan sampel katalis dengan menggunakan logam Ni(NO3)2٠6H2O 2 % b/b. Selanjutnya dilakukan reduksi sambil dialiri gas hidrogen dengan laju alir 20 mL/menit selama 2 jam. Katalis hasil dianalisis terhadap kandungan kation logam dengan AAS, keasaman dengan metode gravimetri, luas permukaan spesifik dengan surface area analyzer NOVA 1000 dan kristalinitas dengan difraktometer sinar-X (XRD, shimadzu-6000). Perlakuan asam pada zeolit alam mengakibatkan terjadinya peristiwa pelepasan logam Ca dan Fe yang terdapat dalam zeolit alam sehingga zeolit mengalami peningkatan keasaman. Disamping itu, perlakuan asam pada zeolit alam juga mengakibatkan terjadinya peristiwa dealuminasi sehingga meningkatkan rasio Si/Al zeolit dan secara kuantitas meningkatkan jumlah pada pori 10 hingga 20 angstrom. Kata kunci : zeolit, rasio Si/Al, keasaman, pori-pori ABSTRACT. Modification and characterization of the catalyst Ni / ZSiA are prepared from natural zeolite have been carried out. ZSiA catalyst was prepared by washing zeolite with aquadest, followed by dipping in HCl 2M solution, adding Na 2SiO3 5% b/b, dipping in NH4Cl 2M, calcination at 500 oC under nitrogen with flow rate of 20 mL/min for 2 hours, oxydation under oxygen flow rate of 20 mL/min and impregnation of Ni metal into catalyst surface using Ni(NO3)2٠6H2O 2% b/b. The catalyst was then oxydized under oxygen flow rate of 20 mL/min for 2 hours and reduced under hydrogen flow rate of 20 mL/min for 2 hours. Characterization of the catalyst included determination of metal content using AAS, acidity using gravimetric method, surface area using Gas Sorption Analyzer NOVA 1000, and crystallinity using XRD. Acid treatment on natural zeolite resulted in the release events Ca and Fe metals contained in the natural zeolite that zeolite acidity increased. In addition, the acid treatment also resulted in a natural zeolite dealumination events thus increasing the Si / Al ratio of zeolite and the quantity increases in the number of pores of 10 to 20 angstroms. Keywords: zeolite, Si / Al ratio, acidity, pore
B - 111
Prosiding Seminar Nasional Kimia, ISBN : 978-602-0951-00-3 Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Surabaya, 20 September 2014 PENDAHULUAN
umumnya, tetapi bergantung pada
Hubungan antara temperatur
coverage (). Keadaan ini biasanya
dengan tekanan uap adsorbat pada kesetimbangan
antara
fraksi penutupan pada permukaan,
fasa
untuk
mendifinisikan
terkondensasi (teradsorpsi) dengan
membahas
fasa fluida dapat dijelaskan dengan
Perubahan entalpi pada nilai tertentu
persamaan
disebut entalpi adsorpsi isosterik,
Clausius-Clapeyron
entalpi
saat
Hist. Dengan
(Gaser, 1987) sebagai berikut :
adalah d ln P L dT RT 2
asumsi
tidak
temperature
adsorpsi.
bahwa
bergantung
(pada
rentang
Hist pada yang
kecil), sehingga persamaan hubungan
dimana P adalah tekanan uap dan L
antara tekanan dengan temperatur
adalah entalpi penguapan adsorbat.
pada fraksi penutupan permukaan
Untuk sistem kesetimbangan cair-uap,
tertentu adalah sebagai berikut ,
L
adalah
panas
penguapan
dari
Proses tersebut seringkali disebut
P H ist 1 1 ln 2 R T1 T2 P1
sebagai
Banyaknya adsorbat
proses
penguapan
(evaporasi).
persamaan
Clausius-
Clapeyron. Jika persamaan tersebut
teradsorpsi atau fraksi penutupan
diterapkan
permukaan sebagai fungsi tekanan
pada
kesetimbangan
antara adsorbat teradsorpsi dan gas,
pada dua temperatur, T1 dan T2 akan
maka
dihasilkan kurva yang disajikan pada
persamaan
dimodifikasi
tersebut
sehingga
harus
perubahan
Gambar 1.
entalpi bukan dalam konstanta pada
B - 112
Prosiding Seminar Nasional Kimia, ISBN : 978-602-0951-00-3 Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Surabaya, 20 September 2014
Gambar 1. Adsorpsi, (a) isotermis, (b) isobar (Satterfield, 1980)
Dari ditunjukkan
Gambar bahwa
1
(a)
dapat
semakin
tinggi
jumlahsitusyangmengadsorp si jumlah jumlahsituspadapermukaan adsorben kapa
temperatur semakin besar tekanan yang dibutuhkan untuk menghasilkan fraksi penutupan permukaan dengan
Interaksi antara adsorbat –
nilai tertentu (θ = x, dimana 0 < x < 1)
adsorben dengan gaya Van der Waals
dan
antara
panas
adsorpsi
ditentukan
molekul
gas
dengan
permukaan katalis disebut fisisorpsi.
sebagai fungsi .
Fisisorpsi yang berlanjut sehingga Menurut Gasser (1987), fraksi penutupan ditentukan
pada pada
permukaan, tekanan
yang
konstan dan pada temperatur yang bervariasi. Panas adsorpsi isosterik ditentukan dari kurva isobar dengan
orbital
elektron
untuk
membentuk
suatu
ikatan
pada
permukaan
katalis
maka
akan
menghasilkan kemisorpsi. Dasar dari pengukuran luas permukaan suatu padatan
membaca hubungan P dan T pada
(katalis)
adalah
fisisorpsi
yang merupakan dasar dari prosedur
harga tertentu. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa Hist = f
BET, dimana secara umum digunakan untuk menentukan luas permukaan
(P,T) . Pada adsorpsi isobar berlaku bahwa = f (T)P
melibatkan
suatu padatan (LPP).
dan adsorpsi
isotermis = f (P)T dimana,
B - 113
Prosiding Seminar Nasional Kimia, ISBN : 978-602-0951-00-3 Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Surabaya, 20 September 2014
Gambar 2.
Penentuan volume lapis tunggal pada permukaan padatan (Augustine, 1996) maka
Pada
Gambar
2,
dapat
akan
sedikit
tekanan
yang
menyebabkan
volume
gas
teradsorpsi. adsorpsi
dapat
lurus
Slope (S) =
sangat
C 1 . , dan Intersep (I) V m .C
peningkatan
(nitrogen)
Volume
garis
dengan,
dijelaskan bahwa pada keadaan awal, perubahan
diperoleh
yang
lapis
tunggal
ditentukan
melalui
ekstrapolasi bagian multilayer dari
=
1 , maka Vm = ( S + I )-1 Vm C
Luas
permukaan
yang
diperoleh
melalui metode BET dinyatakan dalam
kurva hingga saat tekanan relatif
m2/g. Diketahui bahwa N(bilangan
mendekati nol.
Avogadro) = 6,02.1023 molekul dan Am
Persamaan BET menurut Augustine
adalah
(1996), adalah sebagai berikut:
molekul adsorbat nitrogen yaitu 16,2 Å
P 1 C 1 P . Vads ( Po P) Vm .C Vm .C Po
luas
penampang
lintang
persegi dan V volume molar adsorbat.
Maka
Luas
permukaan
padatan
ditentukan sebagai berikut, dimana Vads = volume gas teradsorp pada tekanan P Po
LPP =
Vm . N . Am . 10 V
(
)
= tekanan uap
jenuh Vm = Volume gas teradsorp pada fraksi penutupan permukaan
METODOLOGI Preparasi Katalis Ni/ZSiA
monolayer
Zeolit dengan ukuran lolos 100
C = konstanta BET yang berhubungan dengan entalpi adsorpsi dan
entalpi
penguapan
P V ads0 ( Po P )
dicuci
sambil
diaduk.
lawan
P . Po
Kemudian
direndam dengan HF 2 % selama 30 menit selanjutnya
dengan membuat grafik hubungan antara
mesh direndam dalam akuades dan
akuades
diulang
dicuci dengan hingga
3
kali,
kemudian dikeringkan dalam oven pada temperatur 120 oC selama 3 jam.
B - 114
Prosiding Seminar Nasional Kimia, ISBN : 978-602-0951-00-3 Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Surabaya, 20 September 2014 [Type text] Selanjutnya
dioksidasi
dengan
oksigen pada temperatur 500
o
didinginkan dan dilanjutkan oksidasi
C
dengan gas oksigen pada temperatur
selama 2 jam dan dikalsinasi dengan
500 oC selama 2 jam dengan laju alir
nitrogen pada temperatur 500
o
C
gas
20
mL/menit dan diteruskan
selama 2 jam dengan laju alir gas 20
kalsinasi dengan gas nitrogen pada
mL/menit sehingga diperoleh katalis Z
temperatur 500
(Handoko, 2001).
dengan laju alir gas 20 mL/menit
Selanjutnya katalis Z dicuci
dengan
perbandingan
Katalis ZSi didinginkan dan
volume
antara zeolit : larutan HCl =
1 : 2,
sambil diaduk selama 20 hingga 30 menit
(Zhang,
sampel
1999).
zeolit
ditambahkan larutan NH4Cl 2 M ke dalam
gelas
perbandingan
Selanjutnya
dicuci
C selama 2 jam
sehingga diperoleh katalis ZSi.
dengan menggunakan larutan HCl 2 M
o
dengan
beker 1
:
2
dengan (v/v)
dan
48 campuran dipanaskan kembali pada temperatur 90
o
C selama 4 jam
menggunakan akuades hingga pH =
dengan pengaduk magnet (Zhang,
6 dan dikeringkan dalam oven pada
1999).
temperatur 120 oC selama 3 jam dan
dilanjutkan dengan proses oksidasi
dilanjutkan
menggunakan
dengan
oksidasi
Kemudian
didinginkan
gas
oksigen
dan
pada
o
menggunakan gas oksigen dengan
temperatur 500
laju alir 20 mL/menit pada temperatur
dengan laju alir gas 20 mL/menit dan
o
C selama 2 jam
500 C selama 2 jam dan kalsinasi
diteruskan
dengan gas nitrogen dengan laju alir
nitrogen pada temperatur 500
20 mL/menit pada temperatur 500 oC
selama 2 jam dengan laju alir gas 20
selama 2 jam. Kemudian ke dalam
mL/menit sehingga diperoleh katalis
katalis
ZSiA.
Z
dalam
ditambahkan
gelas
Na-Silikat
beker
kalsinasi
dengan
gas o
C
(Na2SiO3)
Impregnasi logam Ni (Ni 2 %
sebanyak 5 % (w/w) yang dilarutkan
(w/w)) pada permukaan katalis ZSiA
ke dalam akuades dan selanjutnya
dilakukan dengan metode impregnasi
dipanaskan pada temperatur antara
basah
80 oC hingga 90 oC selama 24 jam
Ni(NO3)2٠6H2O
sambil
dilarutkan ke dalam 100 mL akuades
diaduk
menggunakan
pengaduk magnet. Kemudian sampel
sambil
B - 115
(wet
impregnation).
diaduk
sebanyak hingga
Garam 9,91
g
homogen,
Prosiding Seminar Nasional Kimia, ISBN : 978-602-0951-00-3 Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Surabaya, 20 September 2014 [Type text] selanjutnya (katalis
ditambahkan
ZSiA)
sampel
sebanyak
100
g.
dengan
Na2SiO3,
hidrotermal,
perlakuan
kalsinasi,
oksidasi,
Kemudian dipanaskan dan diuapkan
reduksi dan impregnasi Ni. Pada
pada temperatur 80 oC hingga 90 oC
masing-masing
(pada 1 atm) sambil diaduk sehingga
dilakukan analisis kandungan logam
komponen air secara perlahan-lahan
dengan
akan teruapkan. Setelah komponen
metode gravimetri, kristalinitas dengan
air
XRD dan luas permukaan dengan
teruapkan
kemudian
sampel
dimasukkan ke dalam oven pada
tahap
AAS,
perlakuan
keasaman
dengan
menggunakan metode BET.
o
temperatur 120 C selama 2 jam dan dilanjutkan proses oksidasi dengan
Kristalinitas Katalis
gas oksigen pada temperatur 500 oC
Menurut
Harber
(1991),
selama 2 jam dengan laju alir gas 20
persyaratan material zeolit sebagai
mL/menit
dan
pada
katalis yaitu luas permukaan, rasio
temperatur
500
gas
Si/Al, keasaman, kandungan kation
hidrogen yang dialirkan 20 mL/menit
dan kristalinitas. Sifat tersebut sangat
sehingga diperoleh katalis Ni/ZSiA
berhubungan dengan jari-jari
(Handoko, 2001).
volume pori dan keasaman yang
Setiap
reduksi o
C
dengan
tahap
perlakuan
terdapat
dalam
dilakukan analisis kandungan logam
zeolit
dengan
kekuatan
AAS,
keasaman
dengan
zeolit.
merupakan
Kristalinitas
suatu
kisi
pori,
ukuran
kristal
dalam
metode gravimetri, kristalinitas dengan
mempertahankan bentuk kristalnya.
XRD dan luas permukaan dengan
Sifat
menggunakan metode BET.
berpengaruh
kristal
kemampuannya
zeolit
dapat
juga
terhadap dalam
proses
adsorpsi. Jika suatu zeolit memiliki
HASIL PENELITIAN DAN
sifat kristal yang rendah maka kisi
PEMBAHASAN
kristal zeolit tersebut akan mudah
Hasil Karakterisasi Katalis
rusak
dan
akan
menyebabkan
dipreparasi
penyumbatan terhadap mulut pori,
melalui beberapa tahap perlakuan
pengurangan volume pori, penurunan
yaitu:
jumlah asam. Akibat lebih jauh maka
Katalis
Ni/ZSiA
perlakuan
asam,
perlakuan
B - 116
53
Prosiding Seminar Nasional Kimia, ISBN : 978-602-0951-00-3 Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Surabaya, 20 September 2014 [Type text] zeolit
tersebut
penurunan
akan
mengalami
aktivitasnya
katalis.
sebagai
Gambar 3. Difraktogram katalis Z, ZSiA, Ni/ZsiA
Metode yang digunakan untuk
Berdasarkan Tabel 1 dapat
menganalisis struktur kristal katalis
disimpulkan bahwa zeolit alam yang
yang dibuat adalah difraksi sinar-X
dipakai sebagai pengemban logam
(XRD). Prinsip dasar analisis kimia
aktif Ni (ZSiA) mempunyai kandungan
yang digunakan dalam XRD adalah
tipe campuran antara lain mordenit,
jarak
klinoptilolit
antar
bidang
(d)
yang
dan
kuarsa.
karakteristik. Posisi sudut difraksi (2)
tersebut
dan
bidang
mencocokkan pola difraktogram XRD
kristal,
dari
jarak
menggambarkan
antar jenis
sedangkan
intensitas
kristalinitas
suatu
menunjukkan
padatan
(West,
dibuktikan
Keadaan dengan
zeolit alam standar menurut
Treacy dan Higgins (2001), dengan zeolit alam sampel.
1984; Sibilia, 1996).
B - 117
Prosiding Seminar Nasional Kimia, ISBN : 978-602-0951-00-3 Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Surabaya, 20 September 2014
Tabel 1.
Identifikasi posisi sudut difraksi (2θ) pada difraktogram XRD katalis yang dibuat dengan zeolit alam standar
2θ Zeolit alam menurut Treacy dan Zeolit alam sampel Higgins (2001) Mordenite 6,54; 13,81; 18,03; 24,42; 25,64; 6,51; 13,83; 18,19; 24,43; 25,63; 25,99; 27,00; 35,58; 36,90; 26,04; 27,09; 35,61; 36,87; 39,83; 45,33; 47,91; dan 48,70 39,82; 45,28; 47,97; dan 48,70 Clinoptilolite 19,19; 20,40; 22,38; 25,32; 19,10; 20,40; 22,36; 25,35; 25,99; 28,08; 29,81; 36,22; 26,04; 28,15; 29,79; 36,19; 45,34; dan 48,92 45,38; dan 48,92 Quartz 20,86; dan 26,70 20,86; dan 26,65 Jenis zeolit
Berdasarkan Tabel 2 terlihat bahwa
katalis
hasil
mengalami
serta pemanasan pada temperatur 500 oC. Keadaan tersebut berdampak
peningkatan intensitas dari Z menjadi
pada
ZSiA, keadaan ini disebabkan adanya
yaitu 300, 1429, 259 menjadi 342,
proses aktivasi dengan larutan HCl
1560 dan 284.
dan
NH4Cl, penambahan
peningkatan
kristalinitasnya,
Na2SiO3
Tabel 2 Intensitas difraktogram dengan puncak terbesar dari katalis hasil 2θ (derajat)
d (Å)
Jenis
24,39 25,99 26,70 27,00 28,08 29,82 39,83
2,26 2,99 3,18 3,30 3,34 3,43 3,65
Mordenite Clinoptilolite Quartz Mordenite Clinoptilolite Clinoptilolite Mordenite
Ni
Z 300 472 270 1429 259 192 161
Intensitas (counts) ZSiA Ni/ZSiA 342 264 200 164 1560 1411 284 253 95 105
Pada saat impregnasi logam
setelah dibandingkan dengan zeolit
Ni(NO3)2٠6H2O
alam standar menurut Treacy dan
dengan
menyebabkan
garam sifat
kristal
zeolit
Higgins
(2001)
memiliki
indeks
menjadi turun, yaitu 200, 1560 dan
kemiripan dengan jenis mordenite,
284 menjadi 164, 1411 dan 254. Zeolit
clinoptilolite
alam yang digunakan sebagai katalis
zeolit
B - 118
yang
dan
quartz,
sehingga
digunakan
memiliki
Prosiding Seminar Nasional Kimia, ISBN : 978-602-0951-00-3 Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Surabaya, 20 September 2014 [Type text] struktur
kristal
jenis
mordenite,
Ketika
perendaman
dan
clinoptilolite dan quartz.
pengadukan saat impregnasi logam Ni
Kandungan Logam dalam Katalis
dari garam Ni(NO3)2٠6H2O tersebut
Hasil
terjadi peningkatan logam Ca dan Fe. Pada perlakuan kalsinasi dan
Peningkatan
yang
relatif
pengayaan Si terhadap zeolit hingga
tersebut
perlakuan asam
terjadi penurunan
saat impregnasi logam Ni dari garam
kandungan logam Ca dan Fe. Pada
Ni(NO3)2٠6H2O digunakan pelarut air
katalis Ni/ZSiA terjadi peningkatan
yang
kandungan Ca dan Fe meskipun
sehingga
relatif sangat sedikit tetapi tidak terlalu
teradsorpsi
signifikan.
meskipun relatif sangat sedikit.
Gambar 4.
Selain
kemungkinan
sedikit
mengandung
disebabkan
Ca
logam
dan
Ca
kembali
Fe
dan oleh
Fe zeolit
Kandungan logam Ca dan Fe dari berbagai jenis katalis , Z : katalis zeolit, ZSi : katalis zeolit pengkayaan dengan Si (Na2SiO3), ZSiA : katalis ZSi yang diberi perlakuan asam, Ni/ZSiA : katalis ZSiA yang diimpregnasi logam Ni alasan tersebut,
kemungkinan yang lain adalah karena
Keasaman Katalis Hasil
garam Ni(NO3)2٠6H2O pada bahan
Berdasarkan Gambar 5 dapat
dasarnya mengandung Ca sebanyak
dijelaskan
50 mg/kg dan Fe sebanyak 50 mg/kg,
meningkat
sehingga saat impregnasi logam Ni
dengan Na2SiO3 hingga perlakuan
dari garam Ni(NO3)2٠6H2O kandungan
asam.
Ca dan Fe dalam zeolit menjadi naik
tersebut
kembali.
pembentukkan situs asam Bronsted
B - 119
bahwa mulai
keasaman
dari
Peningkatan
perlakuan
keasaman
mengindikasikan
terjadi
Prosiding Seminar Nasional Kimia, ISBN : 978-602-0951-00-3 Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Surabaya, 20 September 2014 [Type text] pada
permukaan
melalui
(amoniak) yang teradsorpsi oleh situs
Pengukuran
asam Bronsted maupun situs asam
keasaman zeolit dilakukan dengan
Lewis per gram pada permukaan
metode adsorpsi basa amoniak pada
katalis.
permukaan katalis.
amoniak yang dapat teradsorpsi pada
pertukaran
zeolit
ion.
Menurut Satterfield (1980) dan
Semakin
katalis
amount) suatu katalis didefinisikan
Satterfield (1980),
banyaknya
mmol
basa
permukaan katalis maka keasaman
Van Santen (1995), keasaman (acid
sebagai
banyak
semakin
tinggi,
menurut
basa
Gambar 5.
Keasaman beberapa katalis hasil Z : katalis zeolit, ZSi : katalis zeolit pengkayaan dengan Si, ZSiA : katalis ZSi yang diberi perlakuan asam, Ni/ZSiA : katalis ZSiA yang diimpregnasi logam Ni Rasio Si/Al dan Dealuminasi Katalis logam seperti Na +, Ca2+, K+, Mg2+, Hasil Fe3+ atau ion H+, sehingga saat Peningkatan rasio Si/Al
perlakuan asam terhadap zeolit baik
menggambarkan adanya pelepasan Al
dengan HF maupun dengan HCl
dalam
framework)
disamping menyebabkan keluarnya Al
framework.
framework
framework
menjadi
Al
(Al
diluar
menjadi
Al
diluar
Keberadaan Al dalam kerangka zeolit
framework juga berdampak secara
membawa
langsung
muatan
negatif
yang
distabilkan dengan keberadaan ion
terhadap
peristiwa
berkurangnya kandungan ion logam
B - 120
Prosiding Seminar Nasional Kimia, ISBN : 978-602-0951-00-3 Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Surabaya, 20 September 2014 [Type text] yang
terdapat
dalam
zeolit.
impregnasi
logam
Ni
dari
garam
tidak
terjadi
Peningkatan rasio Si/Al menyebabkan
Ni(NO3)2٠6H2O
zeolit semakin bersifat non polar dan
perubahan kandungan Si dan relatif
zeolit yang semakin bersifat non polar
tidak terjadi perubahan kandungan Al,
akan lebih mudah berinteraksi dengan
sehingga kandungan rasio Si/Al dari
senyawa-senyawa non polar (Twaiq,
Ni/ZSiA relatif tetap. Pada perlakuan
2003).
penyisipan logam Si dari jenis katalis Rasio Si/Al pada jenis katalis
Z
sehingga
relatif
menjadi
ZSi
terjadi
Ni/ZSiA mengalami penurunan sedikit,
peningkatan rasio Si/Al sebesar 40,17
tetapi
%
tidak
signifikan
(0,19
%).
Kemungkinan yang terjadi adalah saat
Gambar 6.
Rasio Si/Al dari berbagai jenis katalis, Z : katalis zeolit, ZSi : katalis zeolit pengkayaan dengan Si, ZSiA : katalis ZSi yang diberi perlakuan asam, Ni/ZSiA : katalis ZSiA yang diimpregnasi logam Ni
B - 121
Prosiding Seminar Nasional Kimia, ISBN : 978-602-0951-00-3 Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Surabaya, 20 September 2014 [Type text]
Gambar 7. Hubungan antara keasaman dan rasio Si/Al katalis Semakin
rasio
Si/Al
sebagian permukaan zeolit, sehingga
asam
dan
luas permukaan zeolit saat dianalisis
semakin bersifat non polar. Zeolit
dengan menggunakan metode BET
yang semakin asam memiliki indikator
menunjukkan sedikit penurunan. Hasil
semakin banyak ion H+ yang terbentuk
analisis
maka
zeolit
tinggi
semakin
+
dengan
AAS
kandungan
pada permukaan zeolit. Ion H pada
logam Ni ke dalam katalis Ni/ZSiA
permukaan zeolit, yang berarti situs
adalah 1,06 % dari 2,00 % yang
asam Bronsted yang semakin banyak
ditargetkan. Jadi tingkat keberhasilan
maka
impregnasi logam Ni ke dalam sampel
kemampuan
dalam
mengadsorpsi basa amoniak semakin
zeolit adalah 53,00 %.
banyak pula.
Berdasarkan hasil penelitian yang ditunjukkan Gambar 8 dapat
Luas Permukaan Katalis
dijelaskan bahwa perlakuan dengan
Berdasarkan hasil penelitian,
Na2SiO3 menaikan luas permukaan
permukaan
zeolit
katalis. Sementara perlakuan asam
sesudah diimpregnasikan logam Ni
menyebabkan terjadinya penurunan
mengalami
luas permukaan spesifik katalis yang
luas
spesifik
penurunan
sedikit.
Keadaan ini dapat dijelaskan bahwa
cukup
impregnasi logam Ni relatif merata
permukaan katalis dapat disebabkan
tetapi
kecil
karena terjadinya perusakan pada
atau
kerangka
terdapat
akumulasi
pada
sebagian mulut
pori
B - 122
signifikan.
zeolit
Penurunan
saat
luas
terjadinya
Prosiding Seminar Nasional Kimia, ISBN : 978-602-0951-00-3 Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Surabaya, 20 September 2014 [Type text] dealuminasi
dan
dealuminasi
pengotor
hasil
kemungkinan
dapat
perlakuan dengan asam, Na2SiO3 dan impregnasi
logam
Ni
mengalami
menutupi pori-pori katalis. Keadaan ini
peningkatan jumlah ukuran pori pada
berakibat
daerah 10 hingga 20 angstrom yang
saat
dengan
metode
nitrogen
yang
dilakukan BET
analisis
maka
diadsorpsikan
gas
cukup signifikan.
tidak
Pori-pori zeolit pada daerah 10
mampu masuk ke dalam pori-pori
hingga 20 angstrom memperlihatkan
katalis,
bahwa
sehingga
yang
terdeteksi
terjadi
peningkatan
jumlah
adalah permukaan luar dan beberapa
ukuran pori yang cukup signifikan dari
permukaan bagian dalam dari katalis.
jenis katalis Z ke jenis katalis ZSi,
Frekuensi Distribusi Ukuran Pori
ZSiA dan Ni/ZSiA. Peningkatan jumlah
Katalis
ukuran pori tersebut jugaterjadi pada
Frekuensi
distribusi
ukuran
daerah
21
hingga
50
angstrom,
pori suatu katalis menggambarkan
dimana semakin besar ukuran pori
banyaknya atau jumlah pori pada
maka peningkatan jumlah ukuran pori
rentang ukuran pori tertentu. Menurut
semakin
Augustine
katalis
digunakan sebagai pengemban logam
dibedakan menjadi 3, yaitu mikropori
Ni mayoritas memiliki pori-pori pada
(kurang dari 0,5 nm), mesopori (1,0 –
daerah 10 hingga 30 Å yang sangat
3,0 nm) dan makropori (lebih besar
dominan. Perlakuan kimia dan fisika
dari 5,0 nm). Pori-pori pada daerah
terhadap zeolit berdampak mayoritas
makro
pada daerah pori-pori tersebut, seperti
(1995),
pori
relatif
pori-pori
tidak
dijumpai.
kecil.
Zeolit
alam
Berdasarkan hasil analisis frekuensi
pembukaan
distribusi ukuran pori hasil analisis
pelebaran mulut pori dan penutupan
menggunakan
mulut
peralatan
surface
analyzer NOVA (metode BET) dapat
pori
pori-pori
yang
akibat
abrasi
katalis,
serta
penutupan saluran pori bagian dalam.
dijelaskan bahwa zeolit sesudah diberi
B - 123
Prosiding Seminar Nasional Kimia, ISBN : 978-602-0951-00-3 Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Surabaya, 20 September 2014 [Type text]
Gambar 8.
Luas permukaan spesifik berbagai jenis katalis, Z : katalis zeolit, ZSi : katalis zeolit pengkayaan dengan Si, ZSiA : katalis ZSi yang diberi perlakuan asam, Ni/ZSiA : katalis ZSiA yang diimpregnasi logam Ni
Gambar 9.
Frekuensi distribusi pori berbagai jenis katalis, Z : katalis zeolit, ZSi : katalis zeolit pengkayaan dengan Si, ZSiA : katalis ZSi yang diberi perlakuan asam, Ni/ZSiA : katalis ZSiA yang diimpregnasi logam Ni
KESIMPULAN
peningkatan
keasaman.
Disamping
itu, perlakuan asam pada zeolit alam juga
Perlakuan asam pada zeolit alam
mengakibatkan
terjadinya
peristiwa pelepasan logam Ca dan Fe yang
terdapat
sehingga
dalam
zeolit
zeolit
peristiwa
mengakibatkan dealuminasi
terjadinya sehingga
meningkatkan rasio Si/Al zeolit.
alam
mengalami
B - 124
Prosiding Seminar Nasional Kimia, ISBN : 978-602-0951-00-3 Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Surabaya, 20 September 2014 [Type text] DAFTAR PUSTAKA Augustine, R.L., 1996, Heterogeneous Catalysis for Chemist, Marcel Dekker Inc., New York. Gasser, R.P.H., 1987, An Introduction to Chemisorption and Catalysis by Metal, Oxford Science Publication, Oxford. Handoko. D., S., P., 2001, Modifikasi Zeolit Alam dan Karakterisasinya Sebagai Katalis Perengkahan Asap Cair Kayu Bengkirah, Program Pasca Sarjana Kimia UGM, Jogjakarta. Harber, J., 1991, Manual on Catalyst Characterization, Pure and Appl. Chem., 63, 9, 12271246. Satterfield, C.N., 1980, Heterogenous Catalysis in Practices, McGraw-Hill Book Co., New York. Sibilia,
J.P., 1996, A Guide to Materials Characterization and Chemical Analysis, 2nd Edition. VCH Publishers, Inc., New York.
Treacy, M.M.J., and Higgins, J.B., 2001, Collection of Simulated XRD Powder Patternsfor Zeolite, Elsevier, Amsterdam. Twaiq, F.A.A., Asmawati Noor M. Zabidi, Abdul Rahman Mohamed and Subhash Bhatia, 2003, Catalytic Conversion of Palm Oil Over Meso Porous Aluminosilicate MCM 41 for The Production of Liquid Hydrocarbon Fuel, Fuel Process Technol, 84, 1-3, 105 – 120. Van Santen, R.A. and Kramer, G.J., 1995, Reactivity Theory of Zeolitic Bronsted Acidic Sites, J. Am. Chem. Soc : Chem. Rev, 95, 637-669. West,
A.R., 1984, Solid State Chemistry and It’s Application, John Willey & Sons, New York.
Zhang, W. and Smirniotis, P.G., 1999, Effect of Zeolite Structure and Acidity on the Product Selectivity and Reaction Mechanism for n-Octane Hydroisomerization and Hydrocracking, J. Catal., 182, 400-416.
B - 125
