SINTESIS ZSM-5 DARI METAKAOLIN TERDEALUMINASI TANPA CETAKAN ORGANIK MELALUI PENGATURAN SUHU DAN WAKTU HIDROTERMAL SKRIPSI

ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA

SINTESIS ZSM-5 DARI METAKAOLIN TERDEALUMINASI TANPA CETAKAN ORGANIK MELALUI PENGATURAN SUHU DAN WAKTU HIDROTERMAL

SKRIPSI

ANIK FATHUR ROHMAH

PROGRAM STUDI S-1 KIMIA DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS AIRLANGGA 2016

SKRIPSI

SINTESIS ZSM-5 DARI...

ANIK FATHUR R.


SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


PEDOMAN PENGGUNAAN SKRIPSI

Skripsi ini tidak dipublikasikan, namun tersedia di perpustakaan dalam lingkungan Universitas Airlangga, diperkenankan untuk dipakai sebagai referensi kepustakaan, tetapi pengutipan seijin penulis dan harus menyebutkan sumbernya sesuai kebiasaan ilmiah.

Dokumen skripsi ini merupakan hak milik Universitas Airlangga

iv SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


KATA PENGANTAR

Dengan kerendahan dan ketulusan hati yang paling dalam, penulis panjatkan puji syukur Alhamdulillah, karena dengan rahmat dan hidayah-Nya penulisan skripsi dengan judul ”Sintesis ZSM-5 dari Metakaolin Terdealuminasi tanpa Cetakan Organik dengan Pengaturan Suhu dan Waktu Hidrotermal” dapat terselesaikan. Shalawat serta salam semoga senantiasa di limpahkan Allah SWT, kepada junjungan kita pembawa revolusi Islam Rosulullah SAW, yang telah sukses mengantar umatnya menuju jalan kebenaran dan semoga kita diberi kekuatan untuk melanjutkan perjuangan beliau. Skripsi ini disusun untuk memenuhi syarat kelulusan dalam menempuh pendidikan S1, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga, Surabaya. Penulis menyadari bahwa penyusunan skripsi ini tidak akan terselesai tanpa pengarahan dan bimbingan, serta bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu penulis ucapkan terima kasih kepada: 1. Ibu Dr. Hartati, M.Si. selaku Dosen Pembimbing I, yang telah meluangkan waktu, tenaga dan pikiran dalam memberikan kritik, saran dan bimbingan selama penyusunan skripsi ini. 2. Ibu Alfa Akustia Widati, S.Si, M.Si. selaku Dosen Pembimbing II yang telah memberikan bimbingan dan arahan, serta nasihat selama penyusunan skripsi ini. 3. Ibu Dr. Nanik Siti Aminah , M.Si. selaku Dosen Wali yang senantiasa memberi dukungan moral, semangat serta nasihat selama masa perkuliahan. 4. Ketua Departemen Kimia Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga yang telah memberikan ijin untuk menyelesaikan skripsi ini. 5. Seluruh Staf Pengajar Departemen Kimia Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga yang telah dengan tulus hati memberiakan segenap jiwa dan raga, memberi suri tauladan serta megamalkan ilmunya kepada kami. 6. Ayahanda dan Ibunda tercinta yang telah memberikan dukungan moral dan material serta doa yang senantiasa mengiringi setiap langkah. 7. Teman seperjuangan Khulailatul Lutfiah dan Rahma Budiningsih yang telah berjuang bersama serta memberi dukungan sampai terselesaikannya skripsi ini. 8. Teman-teman kimia Fakultas Sains dan Teknlogi Universitas Airlangga angkatan 2012 yang tak dapat disebutkan satu persatu yang telah v SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


menemani setiap langkah, bergandengan tangan dan berjuang bersama selama kurang lebih empat tahun. Kepada pihak tersebut diatas semoga Allah memberikan imbalan sepadan atas kebaikan-kebaikan dan dicatat oleh-Nya sebagai amal shaleh, Amin. Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan skripsi ini masih banyak kekurangan. Oleh sebab itu kritik dan saran yang sifatnya membangun penulis harapkan guna perbaikan lebih lanjut.

Surabaya, Juli 2016 Penulis

vi SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


Rohmah, A.F., 2016, Sintesis ZSM-5 dari Metakaolin Terdealuminasi tanpa Cetakan Organik melalui Pengaturan Suhu dan Waktu Hidrotermal. Skripsi ini di bawah bimbingan Dr. Hartati, M.Si., dan Alfa Akustia Widati, S.Si, M.Si. Departemen Kimia, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga.

ABSTRAK Penelitian ini bertujuan untuk melakukan sintesis ZSM-5 dari metakaolin terdealuminasi tanpa cetakan organik. ZSM-5 dengan komposisi molar 0,1SiO2:0,0215NaOH:3,55H2O dibuat melalui pembentukan nucleation seed dengan variasi suhu hidrotermal 120, 150 dan 170oC serta variasi waktu hidrotermal 24, 48, 60 dan 72 jam. ZSM-5 yang diperoleh dikarakterisasi menggunakan XRD, FTIR dan fisisorpsi N2. ZSM-5 terbentuk dengan pengotor paling sedikit pada suhu hidrotermal 150oC selama 24 jam, sedangkan sintesis pada suhu 120oC selama 72 jam belum terbentuk ZSM-5. Produk samping yang dihasilkan adalah mordenit dan kuarsa, hasil ini ditunjukkan dari pola XRD. Hasil yang terbentuk menunjukkan mayoritas pori adalah mikropori yang ditunjukkan dari hasil fisisorpsi. Kata kunci: Sintesis ZSM-5 tanpa cetakan organik, metakaolin terdealuminasi, nucleation seed, suhu dan waktu hidrotermal

vii SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


Rohmah, A.F., 2016, Synthesis of ZSM-5 from Dealuminated Metakaolin without Organic Template by Controlling Time and Temperature Hydrothermal. This thesis is under guidance of Dr. Hartati, M.Si., and Alfa Akustia Widati, S.Si., M.Si. Department of Chemistry, Faculty of Science and Technology, Airlangga University.

ABSTRACT The purpose of this research is synthesis ZSM-5 from dealuminated metakaolin without organic template. ZSM-5 with molar composition 1SiO2:0,215NaOH:35,5H2O was synthesized through the formation of nucleation seeds with variation of hydrothermal temperatures of 120,150 and 170oC and variation time for 24, 48, 60 and 72 hours. ZSM-5 synthesized were characterized by XRD, FTIR, and nitrogen physisorption. ZSM-5 was formed with the fewest impurities at 150oC hydrothermal temperature for 24 hours, whereas synthesis at temperature of 120oC for 72 hours has not been formed ZSM-5. By product, were obtained mordenite and quarts, these results were shown from the XRD pattern. The results that were formed showed majority of pore were micropore shown by physisorption. Keywords: Synthesis ZSM-5 without organic template, Dealumination metakaolin, Nucleation seeds, Hydrothermal temperatures and time

viii SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ............................................................................................ i LEMBAR PERSETUJUAN ............................................................................... ii LEMBAR PENGESAHAN ............................................................................... iii PEDOMAN PENGGUNAAN SKRIPSI .......................................................... iv KATA PENGANTAR ......................................................................................... v ABSTRAK ......................................................................................................... vii ABSTRACT ...................................................................................................... viii DAFTAR ISI ....................................................................................................... ix DAFTAR TABEL .............................................................................................. xi DAFTAR GAMBAR ........................................................................................ xii DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................... xiii BAB I PENDAHULUAN .................................................................................... 1 1.1 Latar Belakang ........................................................................................ 1 1.2 Rumusan Masalah .................................................................................. 5 1.3 Tujuan Penelitian .................................................................................... 5 1.4 Manfaat Penelitian ................................................................................. 5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA......................................................................... 6 2.1 Zeolit ...................................................................................................... 6 2.2 Kaolin ...................................................................................................... 9 2.3 Metakaolin............................................................................................. 11 2.4 Sintesis ZSM-5 ...................................................................................... 12 2.5 Karakterisasi Zeolit ............................................................................... 14 2.5.1 XRF .............................................................................................. 14 2.5.2 XRD ............................................................................................. 15 2.5.3 FTIR ............................................................................................. 16 2.5.4 Fisisorpsi N2 ................................................................................. 18 BAB III METODE PENELITIAN .................................................................. 22 3.1 Waktu dan Tempat Penelitian ............................................................... 22 3.2 Bahan dan Alat Penelitian ..................................................................... 22 3.2.1 Bahan-bahan penelitian ............................................................... 22 3.2.2 Alat-alat penelitian ...................................................................... 23 3.3 Diagaram Alir Penelitian...................................................................... 23 3.3.1 Metakaolinasi ............................................................................... 23 3.3.2 Dealuminasi metakaolin .............................................................. 24 3.3.3 Sintesis ZSM-5 tanpa cetakan organik ........................................ 25 3.4 Prosedur Penelitian ............................................................................... 26 3.4.1 Metakaolinasi ............................................................................... 26 3.4.2 Dealuminasi metakaolin ............................................................... 26 ix SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


3.4.3 Sintesis ZSM-5 tanpa cetakan organik melalui pengaturan suhu dan waktu hidrotermal ................................................................ 26 3.4.4 Karakterisasi ZSM-5 .................................................................... 27 3.4.4.1 Karakterisasi X-Ray Flourescence (XRF) ............................. 27 3.4.4.2 Karakterisasi X-Ray Diffraction (XRD) ................................. 27 3.4.4.3 Karakterisasi Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) ............................................................... 27 3.4.4.4 Karakterisasi fisisorpsi N2 ..................................................... 28 BAB IV PEMBAHASAN.................................................................................. 29 4.1 Metakaolinisasi .................................................................................... 29 4.2 Dealuminasi Metakaolin ...................................................................... 32 4.3 Sintesis ZSM-5 dari Metakaolin Terdealuminasi tanpa Cetakan Organik................................................................................... 35 4.3.1 Karakterisasi ZSM-5 .................................................................. 37 4.3.1.1 Karakterisasi X-Ray Diffraction (XRD) ................................ 37 4.3.1.2 Karakterisasi Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) ............................................................. 40 4.3.1.3 Karakterisasi fisisorpsi N2 ..................................................... 47 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................ 49 5.1 Kesimpulan .......................................................................................... 49 5.2 Saran ..................................................................................................... 49 DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ 50 LAMPIRAN

x SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


DAFTAR TABEL

Nomor 2.1 2.2 4.1 4.2 4.3

Judul Tabel

Halaman

Data XRF kaolin Bangka Belitung ....................................................... 15 Sifat tekstur ZSM-5 dengan dan tanpa perlakuan basa ......................... 21 Data XRF metakaolin Bangka Belitung ................................................ 32 Data Interpretasi Bilangan Gelombang ZSM-5 .................................... 41 Parameter struktur pori analisis fisisorpsi N2 ........................................ 48

xi SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


DAFTAR GAMBAR Nomor 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10

4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9

Judul Gambar

Halaman

a) Kerangka zeolit aluminosilikat ........................................................... 6 b) Struktur tetrahedral zeolit ................................................................... 6 Skema representasi “ZSM-5 sistem pipa’’ .............................................. 9 Struktur skematik kaolin ....................................................................... 10 Pola XRD kaolin dan metakaolin hasil kalsinasi pada berbagai suhu .. 11 Emisi foton sinar-X ............................................................................... 14 Pola XRD ZSM-5.................................................................................. 16 Skema representasi spektrum elektromagnetik ..................................... 17 Spektra FTIR kaolin, metakaolin dan ZSM-5 ....................................... 18 Kelas adsorpsi isoterm .......................................................................... 19 (a) Hasil analisis N2 adsorpsi-desorpsi ZSM-5 dengan dan tanpa perlakuan basa .................................................................................. 21 (b) Distribusi ukuran pori model BJH ................................................... 21 (a) Pola difaktogram kaolin Bangka Belitung ....................................... 31 (b) Pola difaktogram metakaolin Bangka belitung ............................... 31 Komposisi Si dan Al metakaolin terdealuminasi .................................. 34 Difaktogram ZSM-5 yang disintesis pada suhu 120oC selama 72 jam . 37 Difaktogram ZSM-5 yang disintesis pada suhu 150oC dengan variasi waktu hidrotermal 24,48 dan 72 jam ..................................................... 39 Difaktogram ZSM-5 yang disintesis pada suhu 170oC dengan variasi waktu hidrotermal 24,48 dan 60 jam ..................................................... 40 FTIR ZSM-5 yang disintesis pada suhu 120oC selama 72 jam ............. 42 FTIR ZSM-5 yang disintesis pada suhu 150oC dengan variasi waktu hidrotermal 24,48 dan 72 jam ............................................................... 44 FTIR ZSM-5 yang disintesis pada suhu 170oC dengan variasi waktu hidrotermal 24,48 dan 60 jam ............................................................... 45 Adsorpsi/desorpsi isoterm N2................................................................ 48

xii SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


DAFTAR LAMPIRAN

Nomor 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26.

Judul Lampiran Lampiran Perhitungan Lampiran XRF Kaolin Bangka Belitung Lampiran XRD kaolin Bangka Belitung Lampiran XRD Metakaolin Lampiran XRF MDA -2 Lampiran XRF MDA -3 Lampiran XRF MDA -4 Lampiran XRF MDA -5 Lampiran XRF MDA -6 Lampiran XRF MDA -7 Lampiran XRF MDA -8 Lampiran XRD Hidrotermal suhu 120oC selama 72 jam Lampiran XRD Hidrotermal suhu 150oC selama 24 jam Lampiran XRD Hidrotermal suhu 150oC selama 48 jam Lampiran XRD Hidrotermal suhu 150oC selama 72 jam Lampiran XRD Hidrotermal suhu 170oC selama 24 jam Lampiran XRD Hidrotermal suhu 170oC selama 48 jam Lampiran XRD Hidrotermal suhu 170oC selama 60 jam Lampiran FTIR Hidrotermal suhu 120oC selama 72 jam Lampiran FTIR Hidrotermal suhu 150oC selama 24 jam Lampiran FTIR Hidrotermal suhu 150oC selama 48 jam Lampiran FTIR Hidrotermal suhu 150oC selama 72 jam Lampiran FTIR Hidrotermal suhu 170oC selama 24 jam Lampiran FTIR Hidrotermal suhu 170oC selama 48 jam Lampiran FTIR Hidrotermal suhu 170oC selama 60 jam Analisis Fisisorpsi N2

xiii SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


BAB I PENDAHULUAN

1.1

Latar Belakang Zeolit merupakan kristal mikropori aluminiumsilikat hidrat yang terdiri

dari silikat [SiO4]4- dan aluminat [AlO4]5- membentuk struktur tiga dimensi tetrahedral yang dihubungkan oleh pemakaian bersama atom oksigen (Georgiev dkk., 2009). Ukuran pori zeolit biasanya antara 0,4-1,4 nm, sehingga zeolit banyak digunakan sebagai adsorben yang selektif (Ren dkk., 2015). Zeolit juga menunjukkan sifat fisika dan kimia yang menarik seperti penyerapan, kemampuan pertukaran ion, dan aktivitas katalitik pada berbagai reaksi (Kim dkk., 2006). Berdasarkan proses pembentukannya, zeolit dibagi menjadi zeolit alam dan zeolit sintetis. Zeolit alam terbentuk karena adanya perubahan diagenesis material vulanik (Seraj dkk., 2016). Zeolit alam mengandung banyak pengotor sehingga aktivitasnya lebih rendah (Lestari, 2010). Zeolit sintetis memiliki kemurnian kristal yang lebih tinggi dibandingkan zeolit alam sehingga zeolit sintetis lebih banyak digunakan secara komersial. Ukuran pori dan sifat zeolit sintetis dapat direkayasa menggunakan bahan kimia. Selain itu, zeolit sintetis memiliki kestabilan termal yang lebih besar (Gougazeh dan Buhl, 2014). Umumnya, zeolit disintesis melalui pembentukan natrium alumunosilikat gel dari bahan komersial silika dan alumina. Namun, bahan alumina dan silika komersial harganya mahal dan sulit diperoleh di Indonesia. Bahan baku yang dapat digunakan untuk sintesis zeolit sebagai sumber silika dan alumina adalah 1 SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


2

kaolin (Li dkk., 2015). Kaolin [Al2Si2O5(OH)4] merupakan mineral lempung yang terdiri dari dua lapisan yaitu satu lembar alumina oktahedral dan satu lembar silika tetrahedral dengan rasio stokhiometri 1:1 (Pan dkk., 2014). Kaolin banyak ditemukan di wilayah Indonesia seperti Jawa Barat, Sumatera Utara dan Bangka Belitung. (Wibowo dkk.,2010). Kaolin Bangka Belitung banyak digunakan dalam sintesis zeolit karena memiliki kadar kuarsa yang rendah. Dalam sintesis zeolit digunakan fasa kaolin yang reaktif yaitu metakaolin (Atta dkk., 2012). Kaolin dikonversi menjadi metakaolin melalui proses kalsinasi pada suhu tinggi antara 600-800°C. Proses kalsinasi kaolin menjadi metakaolin disebut metakaolinasi (Liu dkk., 2015). Metakaolin dengan fasa padat dikonversi menjadi gel dengan penambahan NaOH yang kemudian diaging untuk mendorong nukleasi pada alumunium silika gel. Gel yang terbentuk dihidrotermal menghasilkan produk zeolit (Ayele dkk., 2015). Metode hidrotermal pertama kali digunakan untuk sintesis zeolit oleh Cronstedt pada tahun 1976 (Narayanan dkk., 2014). Metode hidrotermal memiliki banyak keuntungan diantaranya dapat memberikan homogenitas dan kemurnian produk yang tinggi, kesimetrisan bentuk kristal, distribusi ukuran partikel yang seragam, dapat digunakan pada berbagai komposisi kimia, single-step, peralatan sederhana, kebutuhan energi lebih rendah, waktu reaksi cepat, serta untuk pertumbuhan kristal dengan modifikasi polimorfi (Byrappa dan Adschiri, 2007). Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh Pan dkk. (2014), suhu dan waktu hidrotermal sangat mempengaruhi kristalinitas dan produk zeolit yang dihasilkan. Semakin tinggi suhu, semakin cepat terjadinya nukleasi dan kristalisasi. Feng dkk. (2009) melakukan sintesis ZSM-5 dengan

SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


3

berbagai suhu hidrotermal, kristalisasi meningkat ketika suhu hidrotermal dinaikkan dari 160°C menjadi 180°C sehingga memperpendek periode kristalisasi. Berbagai jenis zeolit telah banyak disintesis menggunakan bahan baku kaolin seperti zeolit-X, gismondin, heulandit, zeolit-Pc, zeolit-V, filipsit, sodalit, oktahidrat, dan faujasit (Wang dkk., 2007). Feng dkk. (2009) berhasil melakukan sintesis ZSM-5 secara in-situ dari kalsinasi mikropartikel kaolin, sedangkan Zhang dkk. (2007) melakukan sintesis ZSM-5 melalui pembentukan metakaolin teraktivasi asam. Zeolite Socony Mobile-5 (ZSM-5) memiliki rasio silika dan alumina yang tinggi (Septiyana dan Prasetyoko, 2012). ZSM-5 banyak digunakan sebagai katalis pada berbagai proses kimia seperti cracking, isomerisasi, alkilasi, dan hidrogenasi CO. Pengggunaan ZSM-5 sebagai katalis secara luas di bidang industri disebabkan karena kestabilan termal yang tinggi, selektivitas molekul, dan sifat pori dari ZSM-5 (Ratanathavorn dkk., 2015). Sejak dikembangkan oleh Mobile pada tahun 1927, cetakan organik umumnya digunakan dalam sintesis ZSM-5 karena dapat meningkatkan kristalinitas dan pertumbuhan kristal (Pan dkk., 2014). Cetakan dibagi menjadi dua, yaitu cetakan yang berfungsi sebagai agen pengarah struktur dan cetakan yang berfungsi sebagai pembentuk mesopori. Sejauh ini, cetakan organik pengarah struktur yang banyak digunakan secara komersial adalah tetra-npropilammonium hidroksida (TPAOH) (Zhang dkk., 2016), tetrabutilammonium hidroksida (TBAOH) (Phiriyawirut dkk, 2003), dan tetrapropilammonium bromida (TPABr) (Mentzen dkk., 2006). Sedangkan cetakan organik pembentuk mesopori biasanya digunakan surfaktan kationik (Qoniah dkk., 2015). Namun,

SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


4

cetakan organik bersifat racun dan harganya mahal. Selain itu, proses pelepasan cetakan organik dari struktur ZSM-5 melalui kalsinasi mengakibatkan keretakan dan penurunan sruktur kisi kristal ZSM-5. Oleh karena itu, penelitian mengenai sintesis ZSM-5 tanpa cetakan organik mulai dikembangkan (Pan dkk., 2014). ZSM-5 dapat disintesis dengan metode dealuminasi yaitu mengurangi Al dari kerangka zeolit. Metode dealuminasi dengan perlakuan asam digunakan untuk memodifikasi sifat asam dengan meningkatkan rasio Si/Al (Groen dkk., 2005). Dealuminasi kuat dapat dicapai dengan menggunakan HCl (Muller dkk., 2015). Menurut penelitian yang dilakukan oleh Pan dkk. (2014), pencucian metakaolin sebagai satu-satunya sumber silika dan alumina menggunakan asam dapat meningkatkan kristalinitas dalam sintesis zeolit ZSM-5 setelah perlakuan hidrotermal tanpa menggunakan cetakan organik. Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh Muller dkk. (2015), sintesis ZSM-5 dengan metode dealuminasi secara umum dapat meningkatkan rasio Si/Al. Pada penelitian ini, telah disintesis zeolit ZSM-5 dari metakaolin terdealuminasi sebagai sumber silika dan alumina tanpa cetakan organik, melalui pembentukan nucleation seed serta pengaturan suhu dan waktu hidrotermal untuk mengontrol

pembentukan

kristal

ZSM-5.

Karakterisasi

hasil

sintesis

menggunakan XRF (X-Ray fluorescence), XRD (X-Ray diffraction), FTIR (Fourier transform infrared), dan analisis fisisorpsi N2.

SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


1.2 1.

5

Rumusan Masalah Apakah ZSM-5 dapat disintesis dari kaolin melalui pembentukan metakaolin terdealuminasi tanpa menggunakan cetakan organik?

2.

Bagaimana karakteristik ZSM-5 hasil sintesis dari kaolin melalui pembentukan metakaolin terdealuminasi tanpa menggunakan cetakan organik melalui pengaturan suhu dan waktu hidrotermal yang diamati dengan XRD, FTIR dan Fisisorpsi N2?

1.3 1.

Tujuan Penelitian Mempelajari sintesis ZSM-5 dari kaolin melalui pembentukan metakaolin terdealuminasi tanpa menggunakan cetakan organik.

2.

Mempelajari sintesis ZSM-5 dari kaolin melalui pembentukan metakaolin terdealuminasi tanpa menggunakan cetakan organik melalui pengaturan suhu dan waktu hidrotermal

1.4

Manfaat Penelitian Penelitian ini diharapkan dapat mempelajari sintesis ZSM-5 dari kaolin

melalui pembentukan metakaolin terdealuminasi tanpa menggunakan cetakan organik melalui pengaturan suhu dan waktu hidrotermal untuk meningkatkan kristalinitas dan pembentukan kristal serta memberikan tambahan informasi untuk perkembangan ilmu pengetahuan selanjutnya.

SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1

Zeolit Zeolit merupakan kristal mikropori alumino silikat hidrat dengan unsur

utama logam alkali atau alkali tanah. Kerangka zeolit berupa tetrahedral [SiO4]4dan [AlO4]5- membentuk struktur terbuka (Gougazeh dan Buhl, 2014). Struktur terbuka zeolit mengandung kanal-kanal dan rongga-rongga, yang di dalamnya terisi oleh ion-ion logam dan molekul air yang dapat bergerak bebas (Lestari, 2010). Struktur tetrahedral zeolit dihubungkan oleh pemakaian bersama atom oksigen (Wan dkk., 2016)

Si

Na Al

O O

O O

O

a)

b)

O

Si

Si

Na Al

O O

O O

O O

O

O

O

O

O Si O O

Oksigen Oksigen Silika atauatau Alumina Silika Alumina

Gambar 2.1 a) Kerangka zeolit aluminosilikat (Georgiev dkk., 2009) b) Struktur tetrahedral zeolit (Georgiev dkk., 2009)

6 SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


7

Zeolit merupakan material yang unik karena memiliki stabilitas termal yang tinggi, luas permukaan yang tinggi, sifat keasaman yang kuat serta struktur mikropori yang seragam. Adanya keseragaman struktur mikropori menyebabkan sifat selektifitas pada zeolit (Groen dkk., 2005). Selain itu, zeolit juga merupakan agen penyerap yang selektif terhadap molekul asing baik molekul organik maupun anorganik karena adanya sifat hidrofilik/ hidrofobik dari zeolit (Zaarour dkk., 2014). Sifat keasaman yang kuat dari zeolit dihasilkan dari sisi asam Lewis dan Bronstead (Silaghi dkk., 2014). Sisi asam Bronstead berasal dari ion hidrogen, sedangkan sifat keasaman Lewis berasal dari ion alumunium yang berada dalam kerangka zeolit. Keasaman tersebut berkaitan dengan koordinasi tetrahedral Al dalam kisi, yang muatan negatif pada kerangka tersebut diseimbangkan dengan jumlah kation (Groen dkk., 2005). Dengan adanya keunggulan ini zeolit banyak dimanfaatkan pada berbagai bidang industri kimia dan penyulingan minyak bumi yaitu sebagai katalis heterogen, adsorben, dan penukar ion (Narayanan dkk.,2014). Zeolit dapat terbentuk secara alami di alam maupun melalui sintesis di laboratorium (Sandoval dkk., 2009). Secara historis zeolit pertama kali ditemukan di alam oleh ahli mineralogi Swedia Cronstedt pada tahun 1756 (Narayanan dkk., 2014). Para ahli geokimia dan mineralogi memperkirakan bahwa zeolit alam merupakan produk gunung berapi yang membeku sehingga zeolit alam memiliki aktivitas yang rendah karena mengandung banyak pengotor seperti Na, K, Ca, Mg dan Fe (Lestari, 2010). Pada tahun 1982 St. Devile berhasil mensintesis zeolit melalui metode hidrotermal (Narayanan dkk., 2014).

SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


8

Zeolite Socony Mobil-5 (ZSM-5 ) merupakan zeolit pentasil dengan kadar silika yang tinggi (Kim dkk., 2006). Kadar silika yang tinggi dari ZSM-5 menyebabkan ZSM-5 memiliki stabilitas termal yang tinggi dan sifat katalitik yang lebih baik dibandingkan dengan zeolit yang kaya akan alumina (Tarach dkk., 2016). Zeolit dengan kandungan Al tinggi (rasio Si/Al rendah) memiliki tingkat pembentukan arang yang tinggi sehingga cepat terdeaktivasi (Wan dkk., 2016). ZSM-5 pertama kali disintesis oleh Argaeur dan Landolt pada tahun 1972 (Narayanan dkk.,2014). ZSM-5 merupakan mikrokristal alumunium silikat berpori yang disusun oleh atom T tetrahedral, dalam hal ini T adalah ion Si4+ atau Al3+ yang terhubung melalui pemakaian bersama atom oksigen (Wan dkk., 2016). Kerangka ZSM-5 memiliki sistem saluran perpotongan yang unik yaitu saluran lurus dengan 10 cincin (10 MR) yang sejajar dengan sumbu b dan 10 cincin (10 MR) saluran zig-zag yang sejajar dengan sumbu a (Wang dkk., 2010). Saluran lurus sepanjang sumbu b memiliki lubang pori 0,54 nm x 0,56 nm, sedangkan saluran lurus sepanjng sumbu a memiliki lubang pori 0,51 nm x 0,54 nm (Karimi dkk., 2009).

SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


9

Gambar 2.2 Skema representasi “ZSM-5 sistem pipa”. Saluran lurus terdiri dari 10 MR sejajar dengan sumbu b dan berpotongan dengan saluran sinusdial yang sejajar denga sumbu a (Silaghi dkk., 2014).

ZSM-5 memiliki sifat keasaman, bentuk katalitik, stabilitas termal serta selektifitas yang unik karena rasio SiO2/Al2O3 dari ZSM-5 yang tinggi (Kadja dkk., 2016). Kandungan alumunium yang rendah dari ZSM-5 menyebabkan sifat hidrofilitas yang kecil. Dengan adanya sifat tersebut ZSM-5 digunakan secara luas di bidang katalis seperti katalis pada industri petrokimia dan pemisahan minyak bumi serta dalam bidang penyerapan (Kovo, 2011). Selain itu, baru-baru ini ZSM5 banyak digunakan dalam aplikasi seperti membran, sensor, perangkat elektronik, dan penyerapan karbon dioksida (Kadja dkk., 2016). 2.2

Kaolin Kaolin dengan rumus formula Al2O3.2SiO2.2H2O merupakan salah satu

jenis tanah liat dengan kualitas tinggi yang umumnya berwarna putih dengan komposisi terdiri dari alumunium silika hidrat dan beberapa material penyerta (Ismayanda, 2011). Material penyerta tersebut diantaranya titan oksida (TiO2),

SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


10

besi (FeO2), kapur (CaO), magnesia (MgO), atau kalium (K2O) (BPP Medan, 2011). Kandungan silika dan alumina pada kaolin memiliki rasio Si/Al ~1, sehingga kaolin telah banyak digunakan sebagai sumber silika untuk sintesis zeolit (Pan dkk., 2014). Kaolin termasuk polimer anorganik alami dengan lapisan struktur yang terdiri dari lapisan siloksan dan lapisan seperti gibsit. Lapisan siloksan terdiri dari SiO4 tetrahedral yang dihubungkan dengan susunan heksagonal. Sedangkan tipe lapisan seperti gibsit memiliki bentuk dasar tetrahedral dengan atom oksigen terikat pada lapisan kedua yang mengandung ion alumunium dan gugus OH. Jadi, kaolin merupakan dioktrahedral filosilikat 1:1 yang dibentuk oleh superposisi tetrahedral silikon dan oktahedral alumunium (Cheng dkk., 2012).

Gambar 2.3 Struktur skematik kaolin (Cheng dkk., 2012).

SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


2.3

11

Metakaolin Metakaolin merupakan produk hasil kalsinasi kaolin pada suhu tinggi

antara 650-800°C. Proses kalsinasi bertujuan untuk mengubah kaolin yang mempunyai struktur stabil secara kimiawi menjadi bentuk yang amorf sehingga lebih reaktif (Ayele dkk., 2015). Proses kalsinasi dengan suhu yang sangat tinggi akan mengurai lapisan oktahedral AlO6 dari kaolin, sedangkan lapisan tetrahedral SiO4 hampir hancur sehingga tidak berguna untuk aplikasi target (Liu dkk., 2015) Pola difraksi perubahan kaolin menjadi metakaolin ditunjukkan pada Gambar 2.4. Reaksi pembentukan metakaolin atau pelepasan air dari kaolin adalah sebagai berikut: Al2[Si2O5](OH)4 →Al2O3.2SiO2 + 2H2O (Cheng dkk., 2012)

Kaolin 550o C 650oC 750oC 850oC 10

20

30

40

50

60

2�° Gambar 2.4 Difaktogram XRD kaolin dan metakaolin hasil kalsinasi pada berbagai suhu (Fabbri dkk., 2013)

SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


2.4

12

Sintesis ZSM-5 Sintesis ZSM-5 dapat dilakukan melalui beberapa tahapan seperti

kalsinasi (Pan dkk., 2014), aging (Cheng dkk., 2008) dan hidrotermal (Narayanan dkk., 2015). Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh Pan dkk. (2014), ZSM-5 dapat disintesis dari kaolin yang dikonversi menjadi metakaolin melalui kalsinasi. Kalsinasi merupakan transformasi kaolin menjadi bentuk amorf dengan hilangnya gugus hidroksil pada kaolin sehingga lebih reaktif. Selanjutnya untuk meningkatkan kristalisasi, dalam sintesis ZSM-5 dilakukan aging. Aging merupakan periode antara pembentukan alumunium silika gel dan kristalisasi (Johson dan Arsyad, 2014). Peningkatan krisatalisasi dalam proses aging disebabkan adanya reaksi polikondensasi sehingga mendorong kristalisasi (Alfaro dkk., 2007). Proses aging pada suhu rendah dapat mendorong nukleasi aluminosilikat gel dan meningkatkan jumlah inti dalam sistem sintesis. Proses aging pada suhu tinggi diatas 70°C mengakibatkan penurunan kristalinitas karena pada suhu tinggi terjadi penguapan air parsial dari gel. Selain meningkatkan kristalisasi dan mempercepat waktu kristalisasi, proses aging juga dapat menyesuaikan ukuran kristal sekaligus distribusi ukuran pori. Ukuran partikel dan distribusi ukuran pori dapat dikontrol melalui penyesuaian waktu aging. Peningkatan waktu aging dapat mempercepat kristalisasi, tetapi semakin lama waktu aging dapat mempengaruhi morfologi dan ukuran partikel. Semakin lama waktu aging, aluminosilikat akan mengalami depolimerisasi membentuk oligomer, sehingga ukuran polimer aluminosilikat menjadi lebih kecil akibatnya distribusi ukuran partikel menjadi berkurang (Songlin dkk., 2013). Sintesis ZSM-

SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


13

5 dapat dilakukan melalui metode hidrotermal. Metode hidrotermal merupakan metode yang paling menguntungkan karena produk yang dihasilkan berupa bubuk murni dan ultrafine serta morfologi terkontrol (Narayanan, 2015). Kata hidrotermal berasal dari bahasa yunani “hydrous” yang berarti air dan “termos” yang berarti panas, jadi proses hidrotermal merupakan reaksi heterogen dengan pelarut air pada suhu dan tekanan yang tinggi untuk melarutkan dan rekristalisasi bahan yang relatif tidak larut dalam kondisi biasa (Byrappa dan Adschiri, 2007). Reaksi dalam sintesis dengan metode hidrotermal diklasifikasikan menjadi reaksi sintesis subkritis dan superkritis. Reaksi sintesis subkritis melibatkan suhu antara 100-240°C, sedangkan reaksi superkritis suhu yang digunakan mencapai 1000°C. Sintesis zeolit dengan metode hidrotermal biasanya menggunakan wadah botol polipropilen tertutup, autoklaf berlapis politetrafluoroetilen (PTFE), atau autoklaf baja berlapis teflon (Johnson dan Arshad, 2014). Sintesis zeolit dipengaruhi oleh 2 parameter yaitu parameter kimia dan parameter fisika. Parameter kimia berupa campuran prekursor awal yang digunakan dalam sintesis seperti sumber awal bahan yang digunakan dalam sintesis, rasio molar, jenis pelarut, cetakan, bahan tambahan dan adanya benih. Sedangkan parameter fisika terdiri dari urutan pencampuran senyawa awal, aging, jenis pemanas (konvensional, microwave, sonikasi), dan kecepatan pendinginan (Zaarour dkk., 2014).

SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


2.5

Karakterisasi Zeolit

2.5.1

XRF (X-Ray Flourescence)

14

XRF merupakan instrumen karakterisasi yang digunakan untuk analisis komposisi kimia dalam sampel, terutama sampel padat. Metode ini secara efisien dan efektif menganalisis antara unsur utama dan unsur dalam jumlah renik pada banyak material seperti keramik, logam, dan batuan. XRF didasarkan pada fakta bahwa ketika elektron dilepaskan dari kulit bagian dalam suatu atom, maka elektron dari kulit dengan tingkat energi lebih tinggi akan segera mengisi lubang pada kulit yang energinya lebih rendah. Hasil emisi foton sinar-X sama dengan perbedaan energi antara kedua kulit. Sinar-X yang dihasilkan difokuskan pada sampel yang belum diketahui sehingga dihasilkan emisi karakteristik sinar-X sampel yang belum diketahui. Intensitas spektrum energi yang digunakan untuk mengidentifikasi sampel digunakan untuk mengukur konsentrasi unsur dalam sampel (Verma, 2007).

Karakteristik sinar-X

Sinar-X

Proyektil

Ionisasi

Sampel

Gambar 2.5 Emisi foton sinar-X (Verma, 2007)

SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


15

Lidyawati (2012) menganalisis komposisi silika dan alumina dari kaolin Bangka Belitung menggunakan XRF. Hasil XRF menunjukkan kaolin Bangka Belitung memiliki kadar Si yang tinggi. Komposisi kaolin Bangka Belitung dapat dilihat pada Tabel 2.1 Tabel 2.1 Analisis XRF komposisi silika dan alumina dari kaolin Bangka Belitung (Lidyawati, 2012) No. Atom Kadar (%) 1 Al 35,00 2 Si 57,68 3 K 3,26 4 Ti 0,61 5 Fe 3,39 6 Y 0,06

2.5.2

XRD (X-Ray Diffraction) XRD merupakan metode karakterisasi penting dan secara luas digunakan

untuk menjelaskan struktur zeolit dan sampel kristal lainnya. XRD dapat memberikan informasi berupa identifikasi struktur kristal, parameter unit sel, derajat kristalinitas, dan ukuran kristal dengan memberikan sidik jari dari sampel yang dianalisis. XRD didasarkan pada prinsip fenomena hamburan kisi kristal yang dikenai sinar-X. Atom dalam kristal menyebarkan sinar-X ke segala arah dengan cara yang unik untuk bahan tertentu (Duane dkk., 1997) Li dkk. (2015) mengamati struktur ZSM-5 menggunakan XRD. Pola XRD ZSM-5 ditunjukkan pada Gambar 2.6. Menurut pola XRD yang dihasilkan, ZSM5 memiliki puncak difraksi 2� yang khas pada 7,9; 8,8; 23; 23,9; dan 24,4° yang menunjukkan struktur topologi MFI (Mobile Five-I).

SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


16

2� (o) Gambar 2.6 Pola XRD ZSM-5 (Li dkk., 2015)

2.5.3

FTIR (Fourier transform infrared) FTIR digunakan untuk mengidentifikasi gugus fungsi pada sampel

(Simonescu, 2012). Teknik ini didasarkan pada vibrasi atom molekul (Kumar dan Rajkumar, 2014). FTIR merupakan suatu teknik analisis yang didasarkan pada interaksi antara radiasi IR dengan sampel baik padat, cair atau gas. Alat ini mengukur frekuensi dan intensitas radiasi IR yang diserap oleh sampel. Frekuensi yang dihasilkan digunakan untuk mengidentifikasi senyawa dalam sampel karena setiap gugus fungsi menyerap radiasi pada frekuensi yang berbeda. Konsentrasi komponen dalam sampel dapat ditentukan melalui intensitas serapan. Daerah infra merah pada spektrum elektromagnetik membentang dari daerah tampak sampai daerah gelombang mikro.

SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


17

Gambar 2.7 Skema representasi spektrum elektromagnetik (Simonescu, 2012) Radiasi infra merah dibagi menjadi tiga bagian yaitu radiasi dekat (NIR, ν = 10,000 – 4,000 cm-1), radiasi pertengahan (MIR, ν = 4,000 – 200 cm-1) dan radiasi jauh (FIR, ν = 200 – 10 cm-1). Setiap senyawa dapat menunjukkan karakteristik penyerapan pada daerah spektra IR sehingga spektroskopi FTIR dapat digunakan untuk analisis kualitatif maupun kuantitatif (Simonescu, 2012). Feng dkk. (2009) mengamati pembentukan fase metakaolin dari kaolin menggunakan FTIR. Gambar 2.8 menunjukkan spektra perubahan dari kaolin menjadi metakaolin kemudian menjadi ZSM-5 sebagai produk sintesis. Vibrasi kaolin teramati pada daerah 536 cm-1, kemudian digantikan oleh puncak 798 cm-1, puncak ini sesuai dengan pita vibrasi AlO4 tetrahedral pada metakaolin sehingga puncak ini menujukkan adanya pembentukan metakaolin. Terbentuknya ZSM-5 ditandai dengan munculnya pita infra merah pada daerah 545 cm -1 yang menunjukkan adanya cincin lima dari struktur pentasil zeolit. Selain itu terbentuknya ZSM-5 juga ditandai dengan adanya vibrasi stretching asimetri SiO-T pada daerah 1222 cm-1, T adalah Si atau Al.

SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


18

Bilangan gelombang (cm-1)

Gambar 2.8 Spektra FTIR dari (a) Kaolin (b) metakaolin (c) ZSM-5 (Feng dkk., 2009) 2.5.4

Analisis Fisisorpsi N2 Nitrogen merupakan bahan serap yang disukai karena memiliki momen

quadra-pole yang bertanggung jawab dalam penerjemahan monolayer pada permukaan. Pada dasarnya ada dua jenis adsorpsi yaitu adsorpsi fisik (fisisorpsi) dan adsorbsi kimia (kemisorpsi). Fisisorpsi dikendalikan oleh gaya van der Walls sedangkan kemisorpsi melibatkan pembentukan ikatan (ion atau kovalen) antara sorbat dan adsorben. Ikatan ionik kemisorpsi terbatas pada daerah aktif pada permukaan sehingga membatasi adsorpsi hanya pada monolayer, sedangkan proses fisisorpsi lebih kuat dan dapat melibatkan pembentukan monolayer. Hubungan antara adsorpsi dan kesetimbangan tekanan atau konsentrasi pada suhu konstan disebut adsorpsi isoterm. Menurut IUPAC, isoterm yang dihasilkan dari fisisorpsi dikelompokkan menjadi enam kelas (Rouquerol dkk., 1999).

SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


19

Tekanan relatif p/po

Gambar 2.9 Kelas adsorpsi isoterm (Rouquerol dkk., 1999)

Isoterm tipe I berbentuk cekung, tekanan relative (p/po) dari tekanan rendah meningkat tajam dan kemudian linier. Adanya mikropori berperan pada hasil peningkatan adsorpsi dan penurunan tekanan relatif ketika ada penurunan lebar mikropori hal ini disebabkan adanya interaksi kuat antara adsorben dan adsorbat pada dimensi molekul dari mikropori. Pada tipe I jarak yang dibutuhkan tekanan relatif untuk mencapai dataran tinggi pendek, hal ni menandakan area eksternal yang kecil. Isoterm tipe II berbentuk cekung mirip tipe I, tetapi setelah mencapai linier kurva membentuk cembung. Hal ini menunjukkan ketebalan lapisan mengurangi kestabilan sehingga meningkatkan tekanan relatif. Jenis isoterm ini biasanya terjadi pada adsorben non-pori dan makropori. Isoterm tipe III merupakan jenis isoterm yang langka. Pada isoterm tipe III biasanya berbentuk cembung sepanjang rentang sumbu tekanan relatif. Hal ini menunjukkan interaksi

SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


20

lemah antara adsorben dan adsorbat. Isoterm tipe IV dapat disamakan dengan tipe II , pada tipe ini menunjukkan adanya loop histeresis. Loop membentuk cabang pada bagian atas yang menggambarkan peningkatan penambahan adsorben dan penarikan progresif. Histeresis menggambarkan pengisian dan penghapusan oleh kapiler kondensasi dalam mesopori. Jenis isoterm tipe IV ini biasanya terjadi pada adsorben mesopori. Isoterm tipe V sama dengan tipe IV yaitu terdapat loop histeresis, pada isoterm tipe V awalnya berbentuk cembung pada tekanan relatif kemudian bentuk cembung berhenti seiring meningkatnya tekanan. Hal ini menunjukkan interaksi yang lemah antara adsorben dan adsorbat. Pada isoterm tipe VI berbentuk step yang disebabkan oleh adanya lapis demi lapis adsorpsi pada permukaan yang seragam (Rouquerol dkk., 1999). Groen dkk. (2004) mengamati pembentukan pori pada ZSM-5 dengan perlakuan basa dan tanpa perlakuan basa menggunakan adsorpsi isotermal N2, total luas permukan dihitung dengan model BET, volume mesopori dan mikropori melalui t-plot serta distribusi ukuran pori dihitung melalui model BJH. Kurva hasil analisis dengan adsorpsi isothermal N2 dapat diamati pada Gambar 2.10 dan didukung data pada Tabel 2.2. Pada ZSM-5 tanpa perlakuan basa bentuk kurva stabil pada tekanan yang relatif tinggi serta tidak ada perbedaan loop histeresis (a.1), hal ini menunjukkan adanya material dengan permukaan mikropori tanpa ada mesopori yang signifikan. Pada ZSM-5 dengan perlakuan 0,2M NaOH pada suhu 353°K selama 60 menit kurva mengarah ke isoterm tipe I dan IV dengan peningkatan serapan nitrogen pada tekanan yang lebih tinggi, hal ini menunjukkan adanya permukaan mikro dan mesopori. Model ukuran pori BJH (b) menyatakan

SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


21

terbentuknya mesopori pada bahan dengan perlakuan basa, hal ini ditunjukkan dengan adanya distribusi ukuran pori yang berpusat di sekitar 30 nm.

Gambar 2.10 (a) N2 adsorpsi (simbol terbuka) dan desorpsi (symbol padat) isoterm pada 77°K untuk ZM-5 tanpa perlakuan basa (□, ■) dan ZSM-5 dengan perlakuan basa (∆, ▲) (b) Distribusi ukuran pori berdasarkan model BJH yang diperoleh dari cabang adsorpsi. Kondisi perlakuan basa 0,2 M NaOH pada suhu 353°K selama 60 menit (Groen dkk., 2004)

Tabel 2.2 Sifat tekstur ZSM-5 tanpa perlakuan basa dan dengan perlakuan basa (Groen dkk., 2004) Material SBETa Vtotalb Vmikroc Smikroc Smesoc (m2/g) (cm3/g) (cm3/g) (m2/g) (m2/g) Tanpa perlakuan basa Perlakuan-basa

430 450

0,26 0,69

0,17 0,12

390 320

40 130

Kondisi perlakuan basa 0,2 M NaOH pada suhu 353°K selama 60 menit. a Metode BET, b Volume adsorps pada �⁄�� = 0.99, c Metode t-plot

SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


BAB III METODE PENELITIAN

3.1

Waktu dan Tempat Penelitian Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Kimia Analitik dan Laboratorium

Penelitian, Departemen Kimia, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga, Surabaya. Selanjutnya karakterisasi X-Ray Diffraction (XRD) dilaksanakan di Laboratorium Kimia Analitik, Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta. Karakterisasi Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) dilaksanakan di laboratorium

Instrumentasi,

Jurusan

Kimia,

Institut

Teknologi

Sepuluh

Nopember, Surabaya. Analisis fisisorpsi N2 dilaksanakan di Laboratorium Kimia, Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Negeri Jakarta. Karakterisasi X-Ray Flourescence (XRF) dilaksanakan di Laboratorium Sentral, Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Negeri Malang. Penelitian dilaksanakan mulai bulan Februari 2016 hingga Juni 2016.

3.2

Bahan dan Alat Penelitian

3.2.1

Bahan-bahan penelitian Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah kaolin alam,

yang diperoleh dari Kepulauan Bangka dan Belitung, asam klorida (HCl, Merck, 37%), natrium hidroksida (NaOH, Merck, 99%) dan akuades.

22 SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


3.2.2

23

Alat-alat penelitian Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah furnace merk

Nabertherm, timbangan analitik merk Ohauss Analytical Balance, autoclave, hotplate merk Cimarec, pengaduk magnetik, oven merk Memmert UNB 400, centrifuge merk Hittech, dan seperangkat alat gelas yang biasa digunakan di laboratorium kimia. Instrumen yang digunakan untuk karakterisasi adalah X-Ray Flourescence (XRF) (Philip Analytical JOEL JSX-3400R), X-Ray Diffraction (XRD) (Philip Analytical JOEL JDX-3530), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) (Shimadzu) dan Analisis fisisorpsi N2 (ASAP 2020 V4.02).

3.3

Diagram Alir Penelitian

3.3.1

Metakaolinisasi

Kaolin Bangka dan Belitung

Dikalsinasi pada suhu 650°C selama 8 jam

Metakaolin

SKRIPSI

Karakterisasi dengan XRD dan XRF


ANIK FATHUR R.


3.3.2

24

Dealuminasi metakaolin

Metakaolin

ditambah HCl dengan variasi konsentrasi 2,3,4,5,6,7 dan 8M (1:5 b/v), diaduk dan dipanaskan pada suhu 80°C selama 2 jam Campuran dalam gelas beker

Larutan

Padatan

MDA

Keterangan: No. Metakaolin hasil dealuminasi 1 HCl 2M 2 HCl 3M 3 HCl 4M 4 HCl 5M 5 HCl 6M 6 HCl 7M 7 HCl 8M MDA : Metakaolin Terdealuminasi

SKRIPSI

Padatan dicuci dengan akuades sampai pH netral dan dikeringkan pada suhu 100°C selama 24 jam

Karakterisasi dengan XRF

Notasi MDA-2 MDA-3 MDA-4 MDA-5 MDA-6 MDA-7 MDA-8


ANIK FATHUR R.


25

3.3.3 Sintesis ZSM-5 tanpa cetakan organik melalui pengaturan suhu dan waktu hidrotermal

Ditambah 0,86 g NaOH + 64 mL H2O dengan perbandingan rasio molar 0,1SiO2:0,0215NaOH:3,55H2O Diaduk dengan kecepatan 400 rpm ± 5 jam pada suhu kamar

2,2 g MDA-8 + 0,98 g MDA-6

Campuran 2

Campuran 1

Didiamkan 19 jam pada suhu kamar, hidrotermal pada suhu 170°C ± 5 jam

Didiamkan 24 jam

Campuran 1’

Campuran 2’

Campuran 3

Hidrotermal dengan variasi suhu dan waktu 1. 120°C : 72 jam 2. 150°C : 24, 48 dan 72 jam 3. 170°C : 24, 48 dan 60 jam

Campuran 4

Larutan

Padatan

ZSM-5

SKRIPSI


Padatan dicuci dengan akuades hingga pH netral lalu dikeringkan pada suhu 100°C selama 24 jam.

Karakterisasi XRD, FTIR dan fisisorpsi N2

ANIK FATHUR R.


3.4

Prosedur Penelitian

3.4.1

Metakaolinisasi

26

Untuk memperoleh metakaolin, kaolin Bangka Belitung bebas pengotor dikalsinasi menggunakan furnace selama 8 jam pada suhu 650°C (Feng dkk., 2008). Kemudian metakaolin yang diperoleh dikarakterisasi menggunakan XRF (X-Ray Flourescence) dan XRD (X-Ray Diffraction). 3.4.2

Dealuminasi metakaolin Sebanyak 10 mL larutan HCl dengan variasi konsentrasi 2,3,4,5,6,7 dan

8M ditambahkan pada 2 g metakaolin, perbandingan massa metakaolin dan volume HCl 1:5 b/v. Campuran tersebut diaduk dan direfluks selama 2 jam pada suhu 80°C. Selanjutnya produk berupa metakaolin terdealuminasi disaring, dicuci dengan akuades hingga pH netral kemudian dikeringkan pada suhu 100°C selama 24 jam (Pan dkk., 2014). Selanjutnya hasil dianalisis dengan XRF. 3.4.3 Sintesis ZSM-5 dari Metakaolin Terdealuminasi tanpa Cetakan Organik Sebanyak 0,86 g NaOH dilarutkan ke dalam 64 mL akuades dalam piala polipropilen kemudian ditambahkan 2,2 g MDA-8 dan 0,98 g MDA-6, perbandingan komposisi molar campuran tersebut adalah 0,1SiO2: 0,0215NaOH: 3,55H2O. Campuran diaduk menggunakan stirer dengan kecepatan 400 rpm selama ± 5 jam pada suhu kamar. Kemudian campuran dibagi 2, campuran 1 didiamkan pada suhu kamar selama 19 jam kemudian dipindahkan kedalam autoclave stainless steel, lalu dihidrotermal pada suhu 170°C selama ± 5 jam (campuran 1’). Untuk campuran 2 didiamkan selama 24 jam pada suhu kamar (campuran 2’). Selanjutnya campuran 1’ dan 2’ dicampur (campuran 3) kemudian

SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


27

dihidrotermal dengan variasi suhu 120oC selama 72 jam, 150oC selam 24,48 dan 72 jam dan 170oC selam 24,48 dan 60 jam. Produk yang terbentuk (campuran 4) dipisahkan dari filtratnya menggunakan sentrifugasi, padatan dicuci dengan akuades hingga pH netral dan dikeringkan pada suhu 100°C selama 24 jam (Pan dkk., 2014). Selanjutnya produk dikarakterisasi menggunakan XRD, FTIR dan fisisorpsi N2. 3.4.4

Karakterisasi ZSM-5

3.4.4.1Karakterisasi X-Ray Flourescence (XRF) Sampel dihaluskan hingga menjadi serbuk, kemudian ditempatkan pada tube sampel ± 1/3 dari tinggi tube dan dipres hingga permukaan rata. Selanjutnya tube sampel dimasukkan ke dalam tempat sampel pada alat dan program terkait pada komputer dijalankan. 3.4.4.2 Karakterisasi X-ray Diffraction (XRD) Sampel dihaluskan hingga menjadi serbuk, kemudian ditempatkan pada preparat dan dipres dengan alat pengepres. Selanjutnya, ditempatkan pada tempat sampel dan disinari dengan sinar-X pada sudut 2θ sebesar 5-50°. Karakterisasi padatan sampel dengan difraksi sinar-X menggunakan radiasi Cu-Kα dengan rentang sudut 2θ = 5– 50°. 3.4.4.3 Karakteriasi Fourier Transform Infrared (FTIR) Sebanyak 1 mg sampel dihaluskan hingga menjadi serbuk yang halus menggunakan mortal batu agat dengan dicampurkan 100 mg padatan KBr, kemudian ditempatkan pada preparat dan dipress dengan alat pengepres untuk membentuk pelet. Kemudian sampel yang telah jadi dimasukkan dalam wadah

SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


28

sampel dan direkam spektrumnya dengan FTIR pada rentang bilangan gelombang 400-4000 cm-1. 3.4.4.4 Analisis Fisisorpsi N2 Sebanyak 0,05 gram sampel divakum selama 2 jam pada suhu 150°C. Selanjutnya dialiri gas N2 dan diadsorp pada temperatur yang sangat rendah (77°K) dalam tekanan vakum. Luas permukaan sampel diukur dari jumlah molekul yang terdeposit (teradsorp) di monolayer. Luas permukaan spesifik (SBET) dihitung dengan metode BET sedangkan distribusi ukuran pori (pore size distribution/ PSD) dianalisis dari metode BJH.

SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


BAB IV PEMBAHASAN

Sintesis ZSM-5 biasanya menggunakan bahan kimia komersial silika dan alumina melalui penambahan cetakan organik sebagai agen pengarah struktur. Pada penelitian ini, ZSM-5 disintesis dengan bahan dasar kaolin Bangka Belitung yang dikonversi menjadi metakaolin terdealuminasi sebagai sumber silika dan alumina tanpa penggunaan cetakan organik. Metakaolin diperoleh melalui proses metakaolinisasi. 4.1

Metakaolinisasi Metakaolinisasi merupakan proses kalsinasi kaolin menjadi metakaolin.

Kaolin memiliki bentuk yang stabil secara kimiawi sehingga agar lebih reaktif perlu dikonversi menjadi bentuk amorf yaitu metakaolin sebelum proses zeolitisasi (Ayele dkk., 2015). Proses metakaolinisasi dilakukan dengan menempatkan kaolin pada tutup kurs porselen dan diratakan sampai tipis ± 2 mm agar semua permukaan lapisan kaolin dapat teraliri panas. Selanjutnya kalsinasi

kaolin dilakukan pada suhu 650°C selama 8 jam (Feng, dkk 2008). Berdasarkan Johnson dan Arshad (2014), suhu kalsinasi optimum metakaolinisasi antara 600800°C. Kaolin yang semula berwarna putih, setelah dikonversi menjadi metakaolin berwarna putih kekuningan. Perubahan warna ini disebabkan karena rusaknya struktur lembar kaolin akibat lepasnya gugus hidroksil dari struktur kaolin (Cheng dkk., 2012). Metakaolin yang dihasilkan sebanyak 8,89 g dari 9 g kaolin sehingga terjadi penyusutan sebesar 1,2%. Penyusutan yang terjadi

29 SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


diakibatkan oleh hilangnya air atau kerangka hidrogen dan oksigen dari struktur kaolin. Reaksi pembentukan metakaolin atau pelepasan air pada proses metakaolinisasi adalah sebagai berikut: Al2[Si2O5](OH)4 (Kaolin)

Al2O3.2SiO2 + 2H2O (Metakaolin)

Perubahan struktur kristal yang terjadi dari kaolin menjadi metakaolin dianalisis menggunakan XRD (Ilic dkk., 2010). Analisis XRD dilakukan menggunakan sinar radiasi Cu-K� (� = 1,54056 Å) pada rentang sudut 2� = 550°. Gambar 4.1(a) menunjukkan pola difaktogram XRD dari kaolin Bangka

Belitung, pola difaktogram teramati pada 2�= 12,3° dan 24,8°. Hasil ini sesuai dengan penelitian yang dilakukan oleh Ayele dkk. (2015) yang menyebutkan puncak khas kaolin berada pada 2�= 12,34° dan 24,64°. Sedangkan pada Gambar 4.1 (b) merupakan pola difaktrogram metakaolin, pada difaktogram metakaolin teramati hilangnya puncak khas dari kaolin yang menunjukkan struktur kaolin berubah menjadi amorf setelah proses kalsinasi. Puncak 2�= 27° yang teramati pada difaktrogram metakaolin menunjukkan puncak khas dari kuarsa. Bentuk kristal kaolin berupa lapisan-lapisan yang saling terikat lemah. Ikatan ini terjadi akibat adanya interaksi gugus hidroksil antar lapisan. Pada saat kalsinasi, gugus hidroksil akan melepaskan diri dari koordinasi ion Al3+ menghasilkan air. Produk hasil dehidroksilasi atau metakaolinisasi adalah produk amorf yaitu metakaolin (Cheng dkk., 2012).

SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


Intensitas (%)

b

400

a

0

10

20

30

40

50

2�° Gambar 4.1 Difaktogram a) metakaolin b) kaolin

Unsur yang terkandung dalam metakaolin dianalisis menggunakan XRF (X-Ray fluorescence) (Pan dkk., 2014). Tabel 4.1 menunjukkan komposisi metakaolin Bangka Belitung mengandung SiO2 sebesar 54,3% dan Al2O3 sebesar 38,6% sehingga rasio Si/Al sebesar 1,4. ZSM-5 merupakan zeolit dengan rasio Si/Al tinggi dari 10 hingga 100 (Kovo, 2011), sehingga untuk memenuhi kriteria ZSM-5 perlu peningkatan rasio Si/Al. Rasio Si/Al dapat ditingkatkan melalui dealuminasi yaitu mengurangi jumlah Al dari kerangka metakaolin (Pan dkk., 2014). Hasil XRF ini digunakan sebagai pembanding metakaolin sebelum dan setelah dealuminasi.

SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


Tabel 4.1 Data XRF Metakaolin Bangka Belitung No. Nama Senyawa 1. Al2O3 2. SiO2 3. K2O 4. CaO 5. TiO2 6. V2O5 7. Cr2O3 8. MnO 9. Fe2O3 10. NiO 11. CuO 12. ZnO 13. Ga2O3 14. Re2O7

4.2

Kadar (%b/b) 38,6 54,3 0,72 0,58 1,57 0,03 0,05 0,04 3,38 0,49 0,08 0,02 0,04 0,07

Dealuminasi Metakaolin ZSM-5 merupakan zeolit dengan rasio Si/Al tinggi yaitu dari 10 hingga

100 (Wan, 2016). Kaolin memiliki komposisi rasio Si/Al yang hampir sama (~1). Rasio Si/Al dapat ditingkatkan melalui metode dealuminasi yaitu mengurangi Al dari kerangka metakaolin. Proses dealuminasi digunakan asam kuat seperti HCl, HNO3 dan H2SO4 (Kovo, 2011). Berdasarkan penelitian yang dilakukan Muller dkk. (2015), dealuminasi yang mampu menghilangkan Al dalam jumlah besar dapat dicapai dengan menggunakan larutan HCl. Proses dealuminasi menggunakan metode yang digunakan oleh Pan dkk. (2014). Metakaolin dilarutkan dalam HCl dengan perbandingan komposisi 1:5 (%b/v). Selanjutnya campuran metakaolin dan HCl diaduk dalam refluks selama 2 jam pada suhu 80°C. Variasi konsentrasi molar HCl yang digunakan yaitu 2,3,4,5,6,7 dan 8M. Selama proses dealuminasi sisi alumina metakaolin akan

SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


berekasi dengan HCl membentuk AlCl3 yang larut air (Kovo, 2011). Reaksi HCl dan metakaolin adalah sebagai berikut: 6HCl + Al2O3

2AlCl3 + 3H2O

Padatan hasil dealuminasi dipisahkan dari filtratnya menggunakan sentrifugasi dan dicuci akuades hingga pH sama dengan pH akuades untuk menghilangkan HCl yang masih tersisa. Pemisahan padatan metakaolin terdealuminasi (MDA) dari filtratnya digunakan sentrifugasi karena ukuran padatan lebih kecil dari ukuran pori kertas saring sehingga apabila pemisahan digunakan kertas saring banyak padatan yang akan lolos. Padatan yang telah netral dikeringkan dalam oven pada suhu 80°C selama 24 jam. Setelah proses pengeringan dihasilkan serbuk MDA yang berwarna putih. Metakaolin terdealuminasi (MDA) dengan variasi kosentrasi HCl 2,3,4,5,6,7 dan 8M dikarakterisasi menggunakan X-Ray fluorescence (XRF). XRF digunakan untuk menentukan komposisi unsur yang terkandung dalam metakaolin terdealuminasi. Hasil XRF digunakan sebagai pembanding komposisi metakaolin sebelum dan sesudah dealuminasi dan sebagai dasar perhitungan komposisi rasio dalam sintesis ZSM-5. Gambar 4.2 menunjukkan hasil XRF komposisi Si dan Al dari metakaolin terdealuminasi.

SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


100.00% 91.60% 80.00%

72%

64.50% 67.20% 68.40%

92%

78.70%

60.00% 40.00%

25.20%

20.00%

22.10% 21%

17.60% 11%

0.00% MDA-2 MDA-3

0% MDA-4 MDA-5 MDA-6 MDA-7

Si

0% MDA-8

Al

Gambar 4.2 Komposisi Si dan Al metakaolin terdealuminasi (MDA)

Dari data di atas, MDA-2 memiliki jumlah Si sebesar 64,5% dan jumlah Al sebesar 25,20%, MDA-3 jumlah Si sebesar 67,2% dan jumlah Al sebesar 22,10%, MDA-4 jumlah Si sebesar 68,4% dan jumlah Al sebesar 21%, MDA-5 jumlah Si sebesar 72% dan jumlah Al sebesar 17,6%, MDA-6 jumlah Si sebesar 78,7% dan jumlah Al sebesar 11%, MDA-7 jumlah Si sebesar 91,6%, dan MDA-8 jumlah Si sebesar 92%. Semakin tinggi konsentrasi HCl, jumlah Al dalam metakaolin semakin menurun, sedangkan jumlah Si semakin meningkat sehingga rasio Si/Al semakin besar. Semakin tinggi konsentrasi HCl maka semakin banyak HCl yang bereaksi dengan sisi alumina membentuk AlCl3 sehingga jumlah Al dalam metakaolin akan berkurang.

SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


4.3 Sintesis ZSM-5 dari Metakaolin Terdealuminasi tanpa Cetakan Organik Sintesis ZSM-5 berdasarkan rasio molar yang digunakan oleh Pan dkk. (2014) yaitu 1SiO2: 0,215NaOH : 35,5H2O. Metode yang digunakan dalam sintesis ZSM-5 mengacu pada metode yang telah dilakukan oleh Xianliang dkk. (2012) melalui pembentukan nucleation solution (larutan pembentuk inti kristal). Larutan pembentuk inti kristal merupakan larutan yang mengawali proses pertumbuhan kristal. Inti kristal yang terbentuk dapat menginisiasi larutan yang belum memiliki inti kristal dan mampu menumbuhkanya hingga menjadi kristal yang besar (Muthia, 2011). Dalam sintesis ZSM-5 0,86 g NaOH dilarutkan ke dalam 64 mL akuades dalam wadah plastik polipropilen dan diaduk menggunakan pengaduk magnetik. Sintesis ZSM-5 tidak menggunakan wadah dari kaca yang umumnya berbahan dasar borosilikat karena NaOH dapat bereaksi dengan silika sehingga akan mempengaruhi rasio mol SiO2. NaOH berfungsi sebagai sumber ion Na+ dan ion OH-. Ion Na+ berfungsi untuk mendukung pembentukan unit pembangun sekunder 5-1 yang dibentuk oleh unit tetrahedral (AlO4)-5 dan (SiO4)-4 melalui pemakaian bersama atom oksigen, sedangkan ion OH- berfungsi untuk melarutkan silika dan alumina dalam kerangka metakaolin menjadi Si(OH)4 dan Al(OH)3 (Pan dkk., 2014). Setelah NaOH larut, dimasukkan sedikit demi sedikit 2,2 g MDA-8 dan 0,98 g MDA-6 agar tidak terjadi gumpalan. Pada sintesis ini digunakan MDA-6 dan MDA-8 karena berdasarkan hasil perhitungan, campuran MDA-6 dan MDA-8 (1:2) memiliki rasio 24. Metakaolin terdealuminasi (MDA) berfungsi sebagai sumber silika dan alumina dalam sintesis ZSM-5. Setelah larut sempurna

SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


pengadukan dilanjutkan selama 5 jam agar silika dan alumina terdistribusi merata. Jika campuran tidak homogen maka akan terjadi penebalan secara parsial ion silika dan alumina sehingga akan mempengaruhi kualitas ZSM-5 yang terbentuk (Cheng dkk., 2008). Selanjutya larutan dibagi menjadi dua bagian yaitu campuran 1 dan campuran 2. Campuran 1 didiamkan selama 19 jam dan campuran 2 didiamkan selama 24 jam, tahap ini dinamakan tahap aging. Pada tahap aging, terjadi reaksi polikondensasi yang mendorong nukleasi aluminosilikat membentuk sol gel sehingga dapat meningkatkan jumlah inti dalam sistem sintesis (Songlin dkk., 2013). Campuran 1 yang telah diaging 19 jam kemudian dihidrotermal pada suhu 170oC selama 5 jam, pada proses ini mulai terbentuk inti-inti kristal yang dinamakan nucleation solution. Selanjutnya campuran 1 dan campuran 2 dicampur dan dihidrotemal dengan variasi suhu 120, 150 dan 170oC. Pada suhu 120oC lama waktu hidrotermal selama 72 jam. Pada suhu 150 oC variasi waktu yang digunakan 24, 48 dan 72 jam. Sedangkan pada suhu 170oC variasi waktu yang digunakan 24,48 dan 60 jam. Proses hidrotermal dilakukan di dalam sistem tertutup autoclaf agar terjadi keseimbangan antara uap air dan larutan. Wadah yang tertutup menjadikan uap air tidak hilang sehingga komposisi bahan akan tetap sama selama proses kristalisasi. Setelah proses hidrotermal padatan dipisahkan dari filtratnya dan dinetralkan dengan akuades hingga pH sama dengan pH akuades untuk menghilangkan NaOH yang masih tersisa. Pemisahan padatan dari filtratnya digunakan sentrifugasi karena ukuran padatan lebih kecil dari ukuran pori kertas saring sehingga apabila digunakan kertas saring akan banyak

SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


padatan yang lolos. Selanjutnya padatan dikeringkan dalam oven pada suhu 80oC selama 24 jam. 4.3.1

Karakterisasi ZSM-5

4.3.1.1 X-ray diffraction(XRD) Analisis XRD digunakan untuk mengidentifkasi struktur kristal dan derajat kristalinitas dari suatu sampel. Analisis XRD dilakukan dengan menggunakan sinar radiasi Cu-K� (� = 1,54060 Å) pada rentang sudut 2� = 5-50°.

Difaktogram XRD sintesis ZSM-5 dengan suhu hidrotermal 120oC selama

72 jam ditunjukkan pada Gambar 4.3. Pada Gambar 4.3 difaktogram XRD tidak terlihat adanya puncak-puncak yang khas yang menunjukkan sampel masih berbentuk amorf. Puncak pada 2�= 26,28o merupakan puncak khas dari kuarsa.

350

Intensitas (%)

300 0 250 200 150 100 50 5

10

15

20

25X Axis 30 Title35 2�

40

45

50

55

o

Gambar 4.3 Difaktogram ZSM-5 yang disintesis pada suhu 120oC selama 72 jam

SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


Difaktogram XRD sintesis ZSM-5 pada suhu 150oC dengan variasi waktu hidrotermal 24,48 dan 72 jam ditunjukkan pada Gambar 4.4. Difaktogram XRD sintesis ZSM-5 dengan suhu hidrotermal 150oC selama 24 jam menunjukkan puncak pada 2�= 6,01; 7,76; 8,64; 22,14; 22,87; 23,07; 23,68; 24,18; 25,55; 26,19; 26,45; 27,53. Difaktogram XRD sintesis ZSM-5 dengan suhu hidrotermal 150oC selama 48 jam menunjukkan puncak pada 2�= 5,85; 9,62; 22,31; 23,09; 23,72; 25,68; 27,74. Sedangkan difaktogram XRD sintesis ZSM-5 dengan suhu hidrotermal 150oC selama 72 jam menunjukkan puncak pada 2�= 5,44; 9,79; 21,72; 22,28; 25,70; 26,33; 27,70; 27,90. Dari ketiga perlakuan diatas yang berhasil membentuk ZSM-5 yaitu hidrotermal pada suhu 150oC selama 24 jam. Hasil ini sesuai dengan data standar IZA bahwa ZSM-5 memiliki puncak yang khas pada 2�= 7,9; 7,94; 8,46; 23,01; 23,03. Karakteristik ZSM-5 pada perlakuan hidrotermal selama 48 dan 72 jam semakin menurun karena pada suhu tinggi semakin lama waktu hidrotermal maka fasa metastabil ZSM-5 akan membentuk fasa yang lebih stabil seperti mordenit dan kuarsa (Pan dkk., 2104). Selain suhu hidrotermal waktu aging juga berpengaruh terhadap pembentukan inti kristal. Peningkatan waktu aging akan mendorong pertumbuhan inti kristal, namun semakin lama waktu aging akan menyebabkan ZSM-5 terlarut kembali membentuk kristal lain seperti mordenit dan kuarsa (Jun dkk., 2014). Selain adanya puncak khas ZSM-5, difaktogram sintesis ZSM-5 dengan suhu hidrotermal 150oC selama 24 jam juga menunjukkan adanya pengotor seperti mordenit dan kuarsa. Suhu merupakan faktor penting selama pembentukan inti dan pertumbuhan kristal. Semakin tinggi suhu akan meningkatkan pembentukan

SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


inti dan pertumbuhan kristal, tetapi efek termodinamika akan mendominasi dari efek kinetika sehingga akan mendukung pembentukan fasa yang lebih stabil seperti kuarsa dan mordenit daripada fasa metastabil ZSM-5 (Mohiuddin dkk., 2016).

Intensitas (%)

ZSM-5 150 72

ZSM-5 150 48

ZSM-5 150 24 5

10

15

20

25

30 2�

35

40

45

50

55

o

Gambar 4.4 Difaktogram ZSM-5 yang disintesis pada suhu 150oC dengan variasi waktu hidrotermal 24,48 dan 72 jam ( ZSM-5 mordenit kuarsa) Difaktogram XRD sintesis ZSM-5 pada suhu 170oC selama 24,48 dan 60 jam ditunjukkan pada Gambar 4.5. Difaktogram XRD sintesis ZSM-5 selama 24 jam menunjukkan puncak pada 2�=12,64; 18,74; 21,42; 22,38; 23,02; 24,78; 24,84; 25,44; 26,96; 30,10. Difaktogram XRD sintesis ZSM-5 selama 48 jam menunjukkan puncak pada 2�=12,58; 18,78; 21,38; 22,34; 23,06; 24,80; 24,84; 25,40; 26,86; 30,08. Difaktogram XRD sintesis ZSM-5 selama 60 jam

SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


menunjukkan puncak pada 2�= 12,60; 18,80; 21,36; 22,28; 23,06; 24,82; 24,86; 25,76; 26,92; 30,14. Dari ketiga perlakuan di atas tidak terlihat adanya karakteristik ZSM-5 hal ini dikarenakan semakin tinggi suhu hidrotermal fasa metastabil ZSM-5 akan membentuk fasa yang lebih stabil seperti mordenit dan kuarsa.

Intensitas (%)

ZSM-5 170 60

ZSM-5 170 48

ZSM-5 170 24

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

2�o

Gambar 4.5 Difaktogram ZSM-5 yang disintesis pada suhu 170oC dengan variasi waktu hidrotermal 24,48 dan 60 jam ( ZSM-5 mordenit kuarsa)

4.3.1.2 Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) Analisis FTIR digunakan untuk untuk mengidentifikasi gugus fungsi dari suatu sampel. Analisis FTIR dilakukan menggunakan pelet KBr pada kisaran bilangan gelombang 400-4000 cm-1. Spektra FTIR ZSM-5 yang diamati pada

SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


suhu 120oC selama 72 jam ditunjukkan pada Gambar 4.6. Pada Gambar 4.6 menunjukkan pita serapan pada bilangan gelombang 457,14; 545,87; 792,77; 1076,32; 1512,24; 1545,03; 1639,55 cm-1. Terbentuknya ZSM-5 ditandai dengan munculnya pita serapan khas ZSM-5 pada bilangan gelombang ~550 dan ~1220 cm-1. Pita serapan pada bilangan gelombang ~550 cm-1 menunjukkan adanya cincin 5 dari struktur zeolit pentasil, sedangkan pita serapan pada bilangan

gelombang ~1220 cm-1 menunjukkan adanya vibrasi ulur Si-O-T dimana T adalah

Si atau Al. Selain pita serapan khas pada ~550 dan ~1220 cm-1, terbentuknya ZSM-5 juga ditandai dengan adanya pita serapan pada bilangan gelombang ~1100 cm-1 yang menunjukkan adanya vibrasi Si-O-Si, ~798 cm-1

yang

menunjukkan vibrasi ulur simetri Si-O dan Al-O, ~453 cm-1 yang menunjukkan adanya vibrasi tekuk Si-O dan Al-O (Frants dkk., 2016).

Tabel 4.2 Interpretasi Bilangan Gelombang ZSM-5 Bilangan Gelombang ZSM-5 (cm-1) Interpretasi 1220 Vibrasi ulur asimetri Si-O dan Al-O 1100 Vibrasi ulur asimetri Si-O-Si 798 Vibrasi ulur simetri Si-O atau Al-O 550 Cincin 5 453 Vibrasi tekuk Si-O dan Al-O Sintesis ZSM-5 pada suhu 120oC dengan waktu hidrotermal 72 jam menunjukkan adanya pita serapan khas pada bilangan gelombang 545,87 namun tidak nampak adanya pita serapan pada bilangan gelombang ~1220 cm-1. Hal ini menunjukkan sintesis ZSM-5 dengan suhu hidrotermal 120oC selama 72 jam telah terbentuk ZSM-5 tetapi pembentukannya belum sempurna.

SKRIPSI


ANIK FATHUR R.

~ 457,14 cm-1

~545, 87 cm-1

~ 792,77 cm-1

1400

~ 1076,32 cm-1

~ 1512,24 cm-1

~ 1545,03 cm-1

1600

Transmittan (%)

~ 1639,55 cm-1


2000

2000

1800

1800

1600

1400

1200

1200

1000

1000

800

800

600

600

400

400

Bilangan gelombang cm-1 Gambar 4.6 FTIR ZSM-5 yang disintesis pada suhu 120oC selama 72 jam ZSM-5 yang disintesis pada suhu 150oC selama 24,48 dan 72 jam memiliki spektra FTIR seperti yang tertera pada Gambar 4.7. Pita serapan dengan waktu hidrotermal selama 24 jam muncul pada bilangan gelombang 449,43; 545,87; 621,1; 790,84; 1064,74; 1226,77; 1641,48 cm-1. Pita serapan dengan waktu hidrotermal selama 48 jam muncul pada bilangan gelombang 433,60; 547,30; 791,40; 1042,01; 1228,13; 1629,20 cm-1. Sedangkan pita serapan dengan waktu hidrotermal selama 72 jam muncul pada bilangan gelombang 445,57; 486,08; 553,59; 584,45; 628,81; 713,69; 794,7; 1066,67; 1228,7; 1639,55 cm-1. Sintesis ZSM-5 pada suhu 150oC dengan variasi waktu 24, 48 dan 72 jam menunjukkan adanya pita serapan pada bilangan gelombang ~550 yang

menunjukkan adanya cincin 5 dari struktur zeolit pentasil dan ~1220 cm-1 yang SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


menunjukkan adanya vibrasi ulur Si-O-T. Semkin lama waktu kristalisasi intensitas puncak pada bilangan gelombang ~550 cm-1 semakin menurun yang menunjukkan karakteristik ZSM-5 semakin menurun. Adanya puncak yang

muncul diantara bilangan gelombang ~550 dan ~800 cm-1 mengindikasikan terbentuknya mordenit (Shi dkk., 2013). Hal ini mendukung data XRD bahwa

pada suhu tinggi semakin lama waktu hidrotermal fasa metastabil ZSM-5 akan membentuk fasa yang lebih stabil seperti mordenit dan kuarsa sehingga karakteristik ZSM-5 semakin menurun.

SKRIPSI


ANIK FATHUR R.

~ 550 cm-1

~ 1220 cm-1


Transmittan (%)

ZSM-5 150 72

ZSM-5 150 48 ZSM-5 150 24

2000

1800

1600

1400

1200

1000

800

600

400

Bilangan gelombang (cm-1) Gambar 4.7 FTIR ZSM-5 yang disintesis pada suhu 150oC dengan variasi waktu hidrotermal 24,48 dan 72 jam

SKRIPSI


ANIK FATHUR R.

~ 550 cm-1

~ 1220 cm-1


ZSM-5 170 60

Transmittan (%)

ZSM-5 170 48

2000

ZSM-5 170 24

1800

1600

1400

1200

1000

800

600

400

Bilangan gelombang (cm-1) Gambar 4.8 FTIR ZSM-5 yang disintesis pada suhu 170oC dengan variasi waktu hidrotermal 24,48 dan 60 jam

SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


ZSM-5 yang disintesis pada suhu 170oC selama 24, 48 dan 60 jam memiliki spektra FTIR seperti yang tertera pada Gambar 4.8. Pita serapan dengan waktu hidrotermal 24 jam muncul pada bilangan gelombang 399,28; 420,5; 453,29; 559,38; 582,52; 628,81; 736,83; 796,63; 1072,46; 1226,77 cm-1. Pita serapan dengan waktu hidrotermal 48 jam muncul pada bilangan gelombang 397,35; 455,2; 555,52; 628,81; 742,62; 798,56; 1074,39; 1228,7; 1269,2 cm-1. Pita serapan dengan waktu hidrotermal 60 jam muncul pada bilangan gelombang 399,28; 457,14; 557,45; 580,59; 628,81; 694,4; 777,34; 800,49; 1064,74; 1166,97; 1228,7 cm-1. Pita serapan khas terbentuknya ZSM-5 pada bilangan gelombang ~550 dan ~ 1220 cm-1 ditunjukkan oleh ketiga sampel dengan intensitas sangat

rendah yang menunjukkan karakteristik ZSM-5 sangat rendah. Selain adanya pita serapan khas ZSM-5, dari ketiga sampel muncul pita serapan yang muncul diantara bilangan gelombang ~550 dan ~800 cm-1 yang merupakan pita serapan

terbentuknya mordenit. Menurut Shi dkk. (2013), mordenit memiliki pita serapan

pada bilangan gelombang ~1631, ~1222, ~1100, ~550-800, dan ~458 cm-1. Pita serapan ini mirip dengan pita serapan ZSM-5, tetapi pada mordenit terdapat pita

yang muncul diantara bilangan gelombang ~550 dan ~800cm-1. Data ini mendukung data XRD yang menunjukkan dari ketiga perlakuan karakteristik mordenit dan kuarsa lebih terlihat dibandingkan karakteristik ZSM-5.

SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


4.3.1.3 Fisisorpsi N2 Analisis Fisisorpsi N2 digunakan untuk menentukan struktur pori, luas permukaan spesifik, distribusi ukuran pori dan volume pori (Qoniah dkk., 2015). Gambar 4.9 menunjukkan adsorpsi/desorpsi isoterm N2 dari sampel ZSM-5 yang disintesis pada suhu 170oC selama 48 jam. Berdasarkan klasifikasi IUPAC, adsorpsi/desorpsi isoterm dengan adsorpsi dari tekanan rendah meningkat tajam dan kemudian linier merupakan karakteristik tipe I untuk padatan mikropori, sedangkan jenis isoterm tipe IV ditandai dengan adanya loop histeresis merupakan karakteristik untuk padatan mesopori. Kurva adsorpsi/desorpsi isoterm pada Gambar 4.9 mengarah ke isoterm tipe I dengan serapan nitrogen dari tekanan rendah P/Po=0,0098 meningkat tajam ke P/Po=0,0689 kemudian linier serta tidak adanya loop histeresis yang menunjukkan permukaan mikropori. Hasil ini didukung dengan parameter struktur pori yang dihitung berdasarkan model matematik dari adsorpsi/desorpsi isoterm N2 yang disajikan pada Tabel 4.2. Luas permukaan struktur mikro dari sampel ZSM-5 yang disintesis pada suhu 170oC selama 48 jam sebesar 255 m2/g, luas ini cukup tinggi jika dibandingkan dengan luas permukaan dari struktur meso yaitu hanya 0,65 m2/g, sedangkan volume pori yang terdeteksi sebesar 0,004 cm3/g. Berdasarkan kurva adsorpsi//desorpsi isoterm N2 dan data parameter struktur pori dapat disimpulkan sampel memiliki struktur pori mikropori.

SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


80

Volume (cm3/g STP)

60

40

Adsorpsi Desorpsi

20

0 0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

P/Po

Gambar 4.9 Adsorpsi/desorpsi isoterm N2 ZSM-5 170 48

Tabel 4.3 Parameter struktur pori ZSM-5 170 48 Material Rasio Smeso(BJH) Smikro(BET) 2 (m /g) (m2/g) ZSM-5 24 0,65 255

SKRIPSI


Volume pori(BJH) (cm3/g) 0,004

ANIK FATHUR R.


BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1

Kesimpulan Beradasarkan hasil yang didapat, disimpulkan sebagai berikut: 1. ZSM-5 dapat disintesis dari bahan dasar kaolin sebagai sumber silika dan alumina

melalui

pembentukan

metakaolin

terdealuminasi

tanpa

menggunakan cetakan organik. Sintesis ZSM-5 dengan suhu hidrotermal 150oC selama 24 jam menghasilkan produk ZSM-5 disertai pengotor berupa mordenit dan kuarsa. 2. ZSM-5 telah disintesis dari metakaolin terdealuminasi tanpa menggunakan cetakan organik melalui pengaturan suhu dan waktu hidrotermal menunjukkan semakin tinggi suhu dan semakin lama waktu hidrotermal dapat menurunkan karakteritik ZSM-5. Berdasarkan analisis fisisorpsi N2, pori ZSM-5 hasil sintesis termasuk mikropori. 5.2

Saran Dari hasil penelitian, disarankan untuk sintesis ZSM-5 dari bahan dasar

metakaolin terdealuminasi tanpa cetakan organik pada suhu yang lebih rendah dari 150oC agar didapatkan ZSM-5 tanpa pengotor.

49 SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


DAFTAR PUSTAKA Alfaro, S., Rodriguez, C., Valenzuela, M.A., Bosch, P., 2007, Aging Time Effect on the Synthesis of Small Crystal LTA Zeolites in the Absence of Organic Template, Materials Letters, 61, 4655–4658 Anonim, 2011, Kajian Bahan Galian Kaolin sebagai Bahan Baki Industri Keramik di Kabupaten Mandailing Natal, Badan penelitian dan Pengembangan, Medan Atta, A.Y., Jibril, B.Y., Aderemi, B.O., Adefila, S.S., 2012, Preparation of Analcime from Local Kaolin and Rice Husk Ash, Applied Clay Science, s61, 8-13 Ayele, L., Pariente, J.P., Chebude, Y., Diaz, I., 2015, Synthesis of Zeolite A from Ethiopian Kaolin, Microporous and Mesoporous, 215, 29-36 Byrappa, K., Adschiri, T., 2007, Hydrothermal Technology for Nanotechnology, Progress in Crystal Growth and Characterization of Materials, 53, 117-166 Cheng, Y., Liao, R.H., Li, J.S., Sun, X.Y., Wang, L.J., 2008, Synthesis Research of Nanosized ZSM-5 Zeolites in the Absence of Organic Template, Journal of Materials Processing Technology, 206, 445–452 Cheng, H., Liu, Q., Mac, S., Frost, R.L., 2012, The thermal Behavior of Kaolinite Intercalation Complexes-A Review, Thermochimica Acta, 545, 1-13 Duane, M.M., Robert, C.R., 1997, X-ray Diffraction and the Identification and Analysis of Clay Minerals Second Edition, Oxford University Press, 378 Fabbri, B., Gualtieri, S., Leonardi, C., 2013, Modifications Induced by Thermal Treatment of Kaolin and Determination of Reactivity of Metakaolin, Applied Clay Science, 73, 2-10 Feng, H., Chuyi, L., Hong, S., 2008, Effect of Calcination Temperature of Kaolin Microspheres on the In Situ Synthesis of ZSM-5, Catalyst Letters, 129, 71-78 Feng, H., Li, C., Shan, H., 2009, In-situ Synthesis and Catalytic Activity of ZSM-5 Zeolite, Applied Clay Science, 42, 439–445 Frantz, T.S., Ruiz, W.A., da Rosa, C.A., Mortola, V.B., 2016, Synthesis of ZSM5 with High Sodium Content for CO2 Adsorption, Microporous and Mesoporous Materials, 222, 209-217 Georgiev, D., Bogdanov, B., Angelova, K., Markovska, I., Hristov, Y., 2009, Synthetic Zeolites-Structure, Clasification, Current Trends in Zeolites Synthesis, International Science conference, Bulgaria 50 SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


51

Gougazeh, M., Buhl, J.-Ch., 2014, Synthesis and Characterization of Zeolite A by Hydrothermal Transformation of Natural Jordanian Kaolin, Journal of the Association of Arab Universities for Basic and Applied Sciences, 15, 35-42 Groen, J.C., Moulijn, J.A., Rami’rez, J.P., 2005, Decoupling Mesoporosity Formation and Acidity Modification in ZSM-5 Zeolites by Sequential Desilication–Dealumination, Microporous and Mesoporous Material, 87, 153–161 Groen, J.C., Peffer, L.A.A., Moulijn, J.A., Rami’rez, J.P., 2004, Mesoporosity Development in ZSM-5 Zeolite upon Optimized Desilication Conditions in Alkaline Medium, Colloids and Surfaces A: Physicochem Engineering Aspects, 241, 53–58 Ilic, B.C., Mitroviv, A.A., Milicic, L.R., 2010, Thermal Treatment of Kaolin Clay to Obtain Metakaolin, Institute for Testing of Material Belgrade, 64 (4), 351–356 Ismayanda, M.H., 2011, Produksi Aluminium Sulfat dari Kaolin dan Asam Sulfat Dalam Reaktor Berpengaduk Menggunakan Proses Kering, Jurnal Rekayasa Kimia dan Lingkungan, 1(8), 47-52 Johnson, E.B.G., Arshad, S.E., 2014, Hydrothermally Synthesized Zeolites based on Kaolinite: A Review, Applied Clay Science 97-98, 215-221 Jun, J.W., Ahmed, I., Kim, C.U., Jeong, K.E., Jeong, S.Y., Jhung, S.H., 2014, Synthesis of ZSM-5 Zeolites using Hexamethylene Imine as a Template: Effect Microwave Aging, Catalysis Today, 232, 108-113 Kadja, G.T.M., Mukti, R.R., Liu, Z., Rilyanti, M., Ismunandar, Marsih, I.N., Ogura, M., Wakihara, T., Okubo, T., 2016, Mesoporogen-Free Synthesis of Hierarchically Porous ZSM-5 below 100oC, Microporous and Mesoporous Materials, 226, 344-352 Karimi, R., Bayati, B., Aghdam, N.C., Ejtemaee, M., Babaluo, A.A., 2012, Studies of the Effect of Synthesis Parameters on ZSM-5 Nanocrystalline Material during Template-Hydrothermal Synthesis in the Presence of Chelating Agent, Powder Technology, 229, 229-236 Kim, S.D, Noh, S.Y., Park, .W., Kim, W.J., 2006, Organic-Free Synthesis of ZSM-5 with Narrow Crystal Size Distribution using Two-Step Temperature Process, Microporous and Mesoporous Materials, 92, 181188 Kovo, A.S., 2011, Development of Zeolites and Zeolite Membranes from Ahoko Nigerian Kaolin, Tesis, University of Manchester Faculty of Engineering and Physical Sciences

SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


52

Kumar, R.S., Rajkumar, P., 2014, Characterization of Minerals in Air Dust Particles in the State of Tamilnadu, India Through FTIR, XRD and SEM Analyses, Infrared Physics & Technology, 67, 30–41 Lestari, Y.D., 2010. Kajian Modifikasi dan Karakterisasi Zeolit Alam dari Berbagai Negara, Profesionalisme Peneliti dan pendidik dalam Riset dan Pembelajaran yang Berkualitas dan Berkarakter, Yogyakarta Li, Y., Sun, H., Feng, R., Wang, Y., Subhan, F.,Yan, Z., Zhang, Z., Liu, Z., 2015, Synthesis of ZSM-5 Zeolite from Diatomite for Fluid Catalytic, Applied Petrochem Research Lidyawati, 2012, Studi Reaksi O-Metilasi Eugenol dengan Metanol menggunakan Katalis Zeolit KNAX, Skripsi, Universitas Indonesia, Depok Liu, H., Shen, T., Wang, W., Li, T., Yue, Y., Bao, X., 2015, From Natural Aluminosilicate Minerals to Zeolites: Synthesis of ZSM-5 from Rectorites Activated via Different Methods, Applied Clay Science, 115, 201-211 Mentzen, B.F., Tuel, A., Bayard, 2006, Location of the Tripropylbenzylammonium ion (P3BZY) in the as-synthesized Zeolite ZSM-5, Microporous and Mesoporous Materials, 93, 171-179 Mohiuddin, E., Makarfi, Y., Isa, Mdleleni, M.M., Sincadu, N., Key, D., Tshabalala, T., 2016, Synthesis of ZSM-5 from Impure and Beneficated Grahamstown Kaolin: Effect of Kaolinite Content, Crystallisation Temperatures and Times, Applied Clay Science, 119, 213-221 Muller, J.M., Mesquita, G.C., Franco, S.M., Borges, L.D., de Macedo, J.L., Dias, J.A., 2015, Solid-state Dealumination of Zeolites for Use as Catalysts in Alcohol Dehydration, Microporous and Mesoporous Materials, 204, 50– 57 Muthia, R., 2011, Peningkatan Kualitas Bio-Oil dari Tandan Kosong Kelapa Sawit menggunakan Metode Fast Pyrolysis dengan Katalis Zeolit, Skripsi, Universitas Indonesia Depok Narayanan, S., Vijaya, J.J., Sivasanker, S., Kennedy, L.J., Jesudoss, S.K., 2015, Structural, Morphological and Catalytic Investigations on Hierarchical ZSM-5 Zeolite Hexagonal Cubes by Surfactant Assisted Hydrothermal Method, Powder Technology, 274, 338–348 Narayanan, S., Vijaya, J.J., Sivasanker, S., Yang, S., Kennedy, J., 2014, Hierarchical ZSM‐5 Catalyst Synthesized by a Triton X‐100 Assisted Hydrothermal Method, Chinese Journal of Catalysis, 35, 1892– 1899

SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


53

Pan, F., Lu, X., Wang, Y., Chen, S., Wang, T., Yan, Y., 2014, Organic Template-free Synthesis of ZSM-5 Zeolite from Coal-Series Kaolinite, Materials Letters, 115, 5–8 Pan, F., Lu, X., Wang, Y., Chen, S., Wang, T., Yan, Y., 2014, Synthesis and Crystallization Kinetics of ZSM-5 without Organic Template from Coal-Series Kaolinite, Microporous and Mesoporous Materials, 184, 134-140 Phiriyawirut, P., Magaraphan, A.M., Jamieson, Jacobs, P., Sacco, A., 2001, MFI Zeolite Synthesis Directly from Silatrane via sol–gel Process and Microwave Technique, Materials Science and Engineering A, 361, 147154 Qoniah, I., Prasetyoko, D., Bahruji, H., Triwahyono, S., Abdul, A., Suprapto, Hartati, Purbaningtias, T.E., 2015, Direct Synthesis of Mesoporous Aluminosilicates from Indonesian Kaolin Clay without Calcination, Applied Clay Science, 118, 290-294 Ratanathavorn, W., Samart, C., Reubroychaeron, P., 2015, Tinospora crispa-like ZSM-5/silica Fibers Synthesized by Electrospinning and Hydrothermal Method, Materials Letters, 159, 135–137 Ren, Y., Liu, B., Kiryutina, T., Xi, H., Qian, Y., 2015, Investigation of Structure Formation Mechanism of a Mesoporous ZSM-5 Zeolite by Mesoscopic Simulation, Chemical Physics, 448, 9–14 Rouquerol, F., J. Rouquerol, and K. Sing, 1999, Adsorption by Powders and Porous Solids: Principle, Methodology and Applications, London Academic press, 465 Sandoval, M.V., Henao, J.A., Rios, C.A., Williams, D.C., 2009, Synthesis and Characterization of Zeotype ANA Framework by Hydrothermal Reaction of Natural Clinker, Fuel, 88, 272-281 Septiyana, B., Prasetyoko, D., 2012, Sintesis ZSM-5 Berbahan Dasar Kaolin Menggunakan Metode Hidrotermal, Jurnal Sains dan Seni, 1(1), 1-4 Seraj, S., Ferron, R.D., Juenger, M.C.G., 2016, Calcining Natural Zeolites to Improve their Effect Cementitious Mixture Workability, Cement and Concrete Research, 85, 102-110 Shi, Z., Wang, Y., Meng, C., Liu, X., 2013, Hydrothermal Conversion of Magadiite into Mordenite in the Presence of Cyclohexylamine, Microporous and Mesoporous Materials, 176, 155-161 Silaghi, M.S., Chizallet, C., Raybaud, P., 2014, Challenges on Molecular of Zeolites, Microporous and Mesoporous Materials, 191, 82–96

SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


54

Simonescu, C.M., 2012, Application of FTIR Spectroscopy in Environmental Studies, licensee InTech, 49-53 Songlin, W., Huijuan, W., Ying, T., Xiangyu, W., Li Baojun, 2013, Influence of Synthesis Parameters with Low Seed Addition on the Crystallinity of ZSM-5 China Petroleum Processing and Petrochemical Technology, 4(15), 44-53 Tarach, K.A., Triguero, J.M., Rey, F., Mare, K.G., 2016, Hydrothermal Stability and Catalytic Performance of Desilicated Highly Siliceous Zeolites ZSM-5, Journal of Catalysis, 339, 256-269 Verma, H.R., 2007, Atomic and Nuclear Analytic Method: XRF, Mossbauer, XPS, NAA and Ion Beam Spectroscopic Techniques, New York Springer, 386 Wan, Z., Wu, W., Li, G.K., Wang, C., Yang, H., Zhang, D., 2016, Effect of SiO2/AlO3 Ratio on the Performance of Nanocrystal ZSM-5 Zeolite Catalysts in Methanol to Gasoline Conversion, Applied of Catalysis Wang, D., Li, X., Liu, Z., Zhang, Y., Xie, Z., Tang, Y., 2010, Hierarchical Structured ZSM-5 Zeolite of Oriented Nanorods and its Performance in the Alkylation of Phenol with Isopropanol, Journal of Colloid and Interface Science, 350, 290–294 Wang, P., Shen, B., Shen, D., Peng, T., Gao, J., 2007, Synthesis of ZSM-5 Zeolite from Expanded Perlite/Kaolin and its Catalytic Performance for FCC Naphtha Aromatization, Catalysis Communications, 8, 1452– 1456 Wang, Q., Wei, Y., Xu, S., Zhang, M., Meng, S., Fan, D., Qi, Y., Li, J., Yu, Z., Yuan, C., He, Y., Xu, S., Chen, J., Wang, J., Su, B., Liu, Z, 2014, Synthesis of Mesoporous ZSM-5 using a New Gemini Surfactant as a Mesoporous Directing Agent: A Crystallization Transformation Process, Chinese Journal of Catalysis, 35, 1727-1739 Wibowo, W., Ariyanto, A.F., Sekarini, S.A., 2010, O-Methylation of Phenol with Methanol in Liquid Phase over KNaX Zeolite Synthesized from Kaolin, Middle-East Journal of Scientific Research, 5(6), 35-44 Xianliang, H., Rongrong, Z., Zhengbao, W., 2012, Controlling Crystal Transformation between Zeolite ZSM-5 and Mordenite without Organic Structure-Directing Agent, Chinese Journal of Catalysis, 33, 1290-1298 Zaarour, M., Dong, B., Naydenova, I., Retoux, R., Mintova, S., 2014, Progress in Zeolite Synthesis Promotes Advanced Application, Microporous and Mesoporous, 189, 11-21

SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


55

Zhang, Y., Gao, W., Cui, L., 2007, In-situ Growth of ZSM-5 Zeolite on AcidActivated Metakaolin, International Zeolite Conference, 426-431 Zhang, H., Fan, Y.F., Huan, Y.H., Yue, M.B., 2016, Dry-Gel Synthesis of Transition-Metal-Doped M-MFI (M= Ti, Fe, Cr, Ni) Zeolites by Using Metal-Occluded Zeolite Seed Sol as a Directing Agent Agent, Microporous and Mesoporous Materials, 231, 178-185

SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


LAMPIRAN Lampiran Perhitungan Diketahui: MDA 8 : Si=92% ; Al=0 MDA 6 : Si=78,7% ; Al=11% Rasio molar bahan :1SiO2 : 0,215NaOH : 35,5H2O Jika digunakan 2,2 g MDA 8 dan 0,98 g MDA 6 maka : 1. MDA 8 2,2 x 92 = 2,024 g Si dalam 2,2 g MDA Si dalam 2,2 g MDA 8 : 100 n= = 2. MDA 6 Si dalam 0,98 g MDA 6

: n= =

0,98 100 g

g Mr 2,024 g 28 g/mol

= 0,072 mol

x 78,7 = 0,771 g Si dalam 0,98 g MDA

Mr 0,771 g

= 0,028 mol 28 g/mol 0,98 x 11 = 0,108 g Al dalam 0,98 g MDA Al dalam 0,98 g MDA 6 : 100 g n= Mr 0,108 g = 0,004 mol = 27 g/mol Jumlah mol Si = 0,072 mol + 0,028 mol = 0,1 mol Rasio Si/Al = 0,1/0,004 = 24 Maka rasio molar yang digunakan: 0,1 Si : 0,0215 NaOH : 3,55 H2O 3. NaOH m = n x Mr = 0,0215 mol x 40 g/mol = 0,86 g 4. H2O m = n x Mr = 3,55 mol x 18 g/mol = 63,9 g � V = = � 63,9 g = = 63,9 mL 1 g/mL

SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


Lampiran XRF Kaolin Bangka Belitung No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

SKRIPSI

Nama Senyawa Al2O3 SiO2 K2O CaO TiO2 V2O5 Cr2O3 MnO2 Fe2O3 NIO CuO ZnO Ga2O3 Re2O7

Kadar (%) 38,6±0,08% 54,3±0.09% 0,72±0.008% 0,58±0,008% 1,57±0,009% 0,03±0,007% 0,052±0,007% 0,037±0,0009% 3,38±0,009% 0,489±0,003% 0,079±0,0008% 0,02±0,001% 0,044±0,002% 0,07±0,004%


ANIK FATHUR R.


Lampiran XRD kaolin Bangka Belitung

SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


Lampiran XRD Metakaolin

SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


Lampiran XRF MDA-2

Lampiran XRF MDA -3

SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


Lampiran XRF MDA-4

Lampiran XRF MDA-5

SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


Lampiran XRF MDA-6

Lampiran XRF MDA-7

SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


Lampiran XRF MDA-8

SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


Lampiran XRD Hidrotermal suhu 120oC selama 72 jam

SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


SKRIPSI


ANIK FATHUR R.



SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


Lampiran XRD Hidrotermal Suhu 150oC selama 48 jam

SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


Lampiran XRD Hirotermal suhu 150oC selama 72 jam

SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


SKRIPSI


ANIK FATHUR R.



SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


SKRIPSI


ANIK FATHUR R.



SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


SKRIPSI


ANIK FATHUR R.



SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


Lampiran FTIR Hidrotermal Suhu 120oC selama 72 jam

SKRIPSI


ANIK FATHUR R.



SKRIPSI


ANIK FATHUR R.



SKRIPSI


ANIK FATHUR R.



SKRIPSI


ANIK FATHUR R.



SKRIPSI


ANIK FATHUR R.



SKRIPSI


ANIK FATHUR R.



SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


Lampiran Analisis Fisisorpsi N2

SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


SKRIPSI


ANIK FATHUR R.


SKRIPSI


ANIK FATHUR R.

SINTESIS ZSM-5 DARI METAKAOLIN TERDEALUMINASI TANPA CETAKAN ORGANIK MELALUI PENGATURAN SUHU DAN WAKTU HIDROTERMAL SKRIPSI

Recommend Documents