SINTESIS ZSM-5 SECARA LANGSUNG DARI KAOLIN TANPA TEMPLAT ORGANIK: PENGARUH WAKTU KRISTALISASI Oleh: Oni Saputro / 1409 100 077 Pembimbing: Drs. Djoko Hartanto, M.Si. Dr. Didik Prasetyoko, M.Sc.
MFI (IZA)
Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Surabaya, 31 Juli 2013
Kaolin (Rashad, 2013)
Pendahuluan Cadangan kaolin Indonesia 1.036.857.260 ton (Pusdatin ESDM)
KaolinMetakaolinZSM-5 (Wang dkk., 2007; Feng, 2009; Khatamian dan Irani, 2009) Sintesis ZSM-5 dengan templat organik Mignoni (2008) Kaolin zeolite mordenit Ren Nam dkk. (2011) sintesis ZSM-5 tanpa templat organik dengan menggunakan benih
ZSM-5 banyak digunakan sebagai katalis karena struktur pori terartur dan sisi asam kuat (Grieken, 2000) Templat organik mahal, sulit terdegradasi dan menimbulkan racun. Pelepasan templat menurunkan struktur kisi kristal
KaolinMetakaolinZSM-5 Tanpa templat organik
Menggunakan benih silikalit sebagai pengarah struktur MFI
Tujuan Penelitian Untuk mengetahui pengaruh waktu kristalisasi terhadap pembentukan kristal ZSM-5 pada sintesis ZSM-5 secara langsung dari kaolin tanpa templat organik.
Batasan Penelitian • Sintesis ZSM-5 menggunakan kaolin tanpa kalsinasi, NaOH, benih silikalit, silika sol (LUDOX) dan aquademineralisasi dengan metode hidrotermal • Waktu kristalisasi yang digunakan adalah 12, 24, 48 dan 72 jam.
Metodologi -Sintesis Silikalit TEOS
-ditambahkan perlahan TPAOH sambil diaduk -dipanaskan -ditambahkan aquades kemudian diaduk -dilakukan proses kristalisasi pada 175° C selama 4 hari Padatan (Kristal)
-dikeringkan pada suhu 100° C -dikalsinasi pada suhu 550 ° C Filtrat
Karakterisasi
-Sintesis ZSM-5
Komposisi molar 10Na2O:100SiO2:2Al2O3:1800H2O Aqua DM
-ditambahkan NaOH -ditambahkan kaolin -ditambahkan LUDOX -ditambahkan aqua DM kedua, diaduk 8 jam -diperam selama 12 jam -ditambahkan benih silikalit -dilakukan proses kristalisasi pada 175° C selama 12, 24, 48 dan 72 jam Padatan (Kristal)
Filtrat
-dikeringkan pada suhu 100° C
Karakterisasi
Hasil & Pembahasan - FTIR Silikalit ulur asimetri internal Si-O-Si
vibrasi tekuk Si-O-Si kerangka cincin ganda pentasil MFI ulur simetri Si-O-Si
ulur asimetri eksternal Si-O-Si
- XRD Silikalit
- SEM Silikalit
500x300 nm
200x150 nm
- XRD ZSM-5 (f) 5
10
15
20
25
30
35
40
10
15
20
25
30
35
40
10
15
20
25
30
35
40
10
15
20
25
30
35
40
Wang dkk., (2007) 2θ 22,5-25° (e)
Alkan, (2005) 12.3 dan 24.8° 20.5 dan 35-38.5°
Pola difraktogram sinar-X sampel (a) kaolin, (b) silikalit dan ZSM-5 dengan waktu kristalisasi (c) 12, (d) 24, (e) 48 dan (f) 72 jam.
Intensitas (cps)
5
(d) 5
(c) 5
(b) 10
20
30
40
(a) 5 5
10 10
15 15
20 20
25 25
2θ (°)
30 30
35 35
40 40
- Tabel Puncak-puncak XRD dan kristalinitas ZSM-5
ulur asimetri internal T-O-T
Spektra inframerah sampel (a) kaolin, ZSM-5 dengan waktu kristalisasi (b) 12, (c) 24, (d) 48 dan (e) 72 jam.
455
543
790
(d)
(d)
MFI
(c)
Transmitansi (%)
ulur asimetri eksternal T-O-T
1087
(e)
1218
- FTIR ZSM-5
vibrasi tekuk T-O-T
(b) 1400
ulur simetri T-O-T
1200
1000
800
600
400
1200 1200
1000 1000
800 800
600 600
400 400
(a) 1400 1400
428
750 1400
1200
1000
800
600
916 1108 1400 1400
1200 1200
540
1030 1000
400
469
800
600
-1) 1000 gelombang 800 Bilangan (cm600
400 400
- SEM ZSM-5
Hasil SEM ZSM-5 dengan waktu kristalisasi (a) 12, (b) 24, (c) 48 dan(d) 72 jam.
- SEM ZSM-5 Hasil SEM ZSM-5 dengan waktu kristalisasi 24 jam
Hasil SEM ZSM-5 dengan waktu kristalisasi 48 jam
Hasil SEM ZSM-5 dengan waktu kristalisasi 72 jam
- EDX ZSM-5 Tabel Hasil EDX sampel ZSM-5 dengan variasi waktu kristalisasi
Kesimpulan • ZSM-5 berhasil disintesis secara langsung dari kaolin tanpa templat organik dan mulai terbentuk pada waktu kristalisasi 12 jam.
ZSM-5 pada waktu kristalisasi 24 jam memiliki kristalinitas tertinggi yaitu 101,17% dan mulai berkurang pada waktu kristalisasi 48 dan 72 jam. • Berdasarkan analisis SEM-EDX semua sampel pada waktu kristalisasi 12, 24, 48 dan 72 jam memiliki perbandingan Si/Al antara 5,74-9,49 dengan morfologi berupa agregat dengan siku yang tidak tajam, kecuali sampel pada waktu kristalisasi 12 jam yang memiliki bentuk tidak teratur.
Terima Kasih Kepada: Allah SWT Drs. Djoko Hartanto dan Dr. Didik Prasetyoko atas bimbingannya sampai selesainya penelitian ini Dosen-dosen Kimia ITS
Keluarga dan Kerabat Dan seluruh pihak yang telah membantu dalam penyelesaian penelitian ini.
OH
O
Si
:
O O
+H
O
Si
HO
H
O
OH
OH HO
Si OH
Si TPAOH,T OH H2O
Si
O
O Si
O Si
O Si
OH + 4HO
ZSM-5 dari metakaolin Penulis/ tahun
Prekursor
Hasil
Wang dkk. (2007)
Metakaolin hasil kalsinasi 850° C
ZSM-5
Feng (2009)
Metakaolin+silika sol ZSM-5+ Mordenit hasil kalsinasi 700° C
Khatamian & Irani (2009)
Metakaolin hasil kalsinasi 600° C
ZSM-5
Mignoni (2008)
Kaolin dengan dan tanpa kalsinasi
Zeolit Mordenit
ZSM-5 tanpa templat organik
Penulis/tahun
Metode
Kim dkk. (2004)
Tanpa templat
Cheng dkk. (2008)
Tanpa templat
Ren Nam dkk. (2011)
Tanpa templat+ benih
Metodologi -Alat dan Bahan • • • • • • • • • •
Instrumen XRD JOEL JDX-3530 X-ray Diffractometer FTIR Shimadzu Instrument Spectrum One 8400S SEM ZEISS EVO MA 10 EDX BRUKER 129 EV
Bahan
• • • • • • • • •
NaOH (Merck, 99%) LUDOX (Aldrich, 30% Si dalam air) Kaolin Bangka Belitung (57% SiO2 dan 22% Al2O3) Tetraetilortosilikat, TEOS (Merck, 98%) Tetrapropilamonium hidroksida, TPAOH (Merck, 40%) Aquademineralisasi
Alat Peralatan gelas Neraca analitik Indikator pH universal Oven Kurs porselen Sentrifuge Pengaduk magnet Furnace Peralatan autoklaf stainless steel
