REAKSI AMOKSIMASI SIKLOHEKSANON MENGGUNAKAN KATALIS Ag/TS-1
Oleh: Dyah Fitasari 1409201719
Pembimbing:
Dr. Didik Prasetyoko, S.Si, M.Sc Suprapto, M.Si, Ph.D
LATAR BELAKANG Sikloheksanon Oksim
Sikloheksanon
Kaprolaktam Reaksi non katalitik
banyak tahap waktu lama biaya tinggi produk samping (NH4)2SO4
Reaksi katalitik
TS-1
Fe-TS-1
Performa katalitik tinggi Ramah lingkungan
Konversi dan selektivitas tinggi
PERMASALAHAN
Sikloheksanon Logam dengan nilai potensial reduksi > Ti
Sikloheksanon oksim
Ag banyak digunakan untuk reaksi oksidasi
NH3 dan H2O2 sebagai sumber hidroksilamin
TUJUAN PENELITIAN Reaksi Amoksimasi Sikloheksanon
Ag/TS-1
AKTIVITAS
MANFAAT PENELITIAN Informasi Ilmiah
Sintesis Sikloheksanon Oksim
Katalis Heterogen
KAJIAN PUSTAKA Hasil penelitian Saxena dkk tahun 2007 Katalis
TS-1
Fe-TS-1
Sikloheksanon - Konversi (% berat)
56,50
69,89
- Sikloheksanon
43,50
30,11
- Sikloheksanon oksim
55,54
69,70
0,40
0,19
99,29
99,72
Distribusi Produk (% berat)
- Lainnya - Selektivitas oksim
METODOLOGI PENELITIAN
1,1 g TBOT dalam 10mL 2-propanol
66,86 g TEOS Campuran 1
-Diaduk dengan magnetic stirrer, t = 30’ -Didinginkan T = 0 °C Campuran 2
Sintesis TS-1 (Taramasso et al., U.S. Patents No.4,410,501 (1983))
60 g TPAOH yang telah didinginkan pada T = 0 °C -TPAOH diteteskan secara perlahan (laju penambahan ditingkatkan setelah 10 mL TPAOH) -Diaduk -Didinginkan T= 0 °C
Campuran 3 -Dipanaskan pada T = 80-90 °C, t = 4 jam Campuran 4
Air destilasi
Campuran 5 -Ditempatkan pada reaktor stainles steel -Dipanaskan dalam oven, T = 175 °C, t =96 jam -Didinginkan -Dipusingkan (sentrifuge) -Dicuci -Dikeringkan Padatan putih (TS-1 tanpa kalsinasi) -Kalsinasi Padatan putih (TS-1 dengan kalsinasi) karakterisasi
Sintesis Ag/TS-1 TS-1
Larutan perak nitrat Campuran 1
-ditutup dengan Al-foil -diaduk sambil pemanasan T = 80oC, t = 3 jam -diuapkan, T = 80-100oC Padatan -diuapkan, T = 110oC -didinginkan pada suhu kamar -Kalsinasi, T = 550oC Hasil karakterisasi
Impregnasi Ag dilakukan pada TS-1 sebelum dan sesudah dikalsinasi
Karakterisasi
Struktur: XRD, FTIR TS-1
karakterisasi
XAg/TS-1 Permukaan: Keasaman Permukaan (FTIR-Piridin)
Uji Aktivitas Katalitik 0,15 g katalis
20 mmol sikloheksanon
10 mL pelarut
dimasukkan dalam labu bulat Campuran 1 - Ditambah 24 mmol NH4OH - Ditambah 24 mmol H2O2 Campuran 2 distirer selama 2 jam pada suhu 75 ºC dengan kecepatan 200 rpm Campuran Produk
Analisis Kromatografi gas
Variabel Penelitian
Variabel tetap
Sikloheksanon
Variabel gerak
Dilakukan variasi: ● Katalis: TS-1, XAg/TS-1 TK dan XAg/TS-1 K ● Pelarut : metanol, aseton, dan asetonitril ● Waktu reaksi : 0, 1, 2, dan 3 jam ● Temperatur reaksi: 55, 65, 75, dan 85ºC
HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Sintesis dan Karakterisasi Katalis TS-1 1. Difraksi Sinar-X (XRD) 800
Tipe kristalin ortorombik dari TS-1
700
Intensitas (cps)
600
500
400
300
200
100
0
10
20
30
2θ (derajat)
40
50
1100, 800 dan 450 cm-1 merupakan mode vibrasi kisi yang berasosiasi dengan ikatan internal dalam SiO4 atau AlO4 tetrahedral (Flanigen dkk, 1973 dan Drago, 1998)
2. FTIR
80
70
Transmitansi
60
970
1100 cm-1 merupakan vibrasi asimetrik Si – O – Si yang sesuai dengan vibrasi simetrik pada 800 cm-1
800
50
547
40
30
1230
450
20
10
0
1400
1100 1200
1000
800
600
Bilangan Gelombang (cm-1)
1230 dan 547 cm-1 merupakan Indikasi dari vibrasi tetrahedral dan kerangka atom dari zeolit MFI (Drago dkk, 1998)
400
970 cm-1 karakteristik TS-1 karena adanya vibrasi Si – O – Ti (Astorino dkk, 1995 dan Thangaraj dkk, 1991)
Impregnasi Ag pada TS-1
Karakterisasi Ag/TS-1 1. XRD 4%Ag/TS-1 K 2%Ag/TS-1 K
1%Ag/TS-1 K
cps
0,5%Ag/TS-1 K
Variasi loading impregnasi Ag pada TS-1 tidak merubah struktur MFI
4%Ag/TS-1 TK
751 cps
2%Ag/TS-1 TK
1%Ag/TS-1 TK
0,5%Ag/TS-1 TK
TS-1
10
20
30
2θ
40
50
Kerangka MFI stabil
Kristalinitas dan intensitas puncak sampel TS-1 dan XAg/TS-1 Intensitas pada Ʃ2Ө = 23,12;
Kristalinitas
23,34; dan 23,97 (Cps)
Relatif (%)
TS-1
1392,26
100,00
0,5%Ag/TS-1 K
1338,80
96,16
1%Ag/TS-1 K
1236,28
88,80
2%Ag/TS-1 K
1281,36
95,68
4%Ag/TS-1 K
1249,82
89,77
0,5%Ag/TS-1TK
1338,80
96,16
1%Ag/TS-1 TK
1367,99
98,26
2%Ag/TS-1 TK
1322,56
94,99
4%Ag/TS-1 TK
1291,13
92,74
Katalis
2. FTIR 4%Ag/TS-1 K
2%Ag/TS-1 K
Transmitansi
1%Ag/TS-1 K
Spektra FTIR katalis XAg/TS-1 menunjukkan spektra yang serupa dengan TS-1
0,5%Ag/TS-1 K
250
4%Ag/TS-1 TK
200
2%Ag/TS-1 TK 1%Ag/TS-1 TK
150
Puncak kecil pada 970 cm-1 yang merupakan puncak karakteristik TS-1 tetap ada
0,5%Ag/TS-1 TK
100
TS-1
50
0 1400
1200
1000
800
Bilangan Gelombang (cm-1)
600
400
Impregnasi logam Ag tidak mempengaruhi struktur tetahedral titanium
Hubungan antara Intensitas relatif pita FTIR pada 970 cm -1 dan kandungan TiO2 dalam sampel TS-1 dan XAg/TS-1 Katalis
I970 (cm-1) I800 (cm-1)
I970/I800
% TiO2 (mol)
TS-1
64,84
67,48
0,9609
1,70
0,5% Ag/TS-1 TK
44,86
47,40
0,9465
1,68
1%Ag/TS-1 TK
39,67
48,83
0,8125
1,53
2% Ag/TS-1 TK
68,16
68,45
0,9958
1,73
4% Ag/TS-1 TK
45,18
50,76
0,8901
1,62
0,5% Ag/TS-1 K
55,22
55,17
1,0009
1,74
1%Ag/TS-1 K
54,28
56,85
0,9548
1,69
2% Ag/TS-1 K
59,48
59,94
0,9923
1,73
4% Ag/TS-1 K
59,71
61,15
0,9764
1,71
Y = 0,9048X – 0,5738
3. Uji Keasaman
1450 cm-1
1600 cm-1
1490 cm-1
Absorbansi/a.u
4%Ag/TS-1 K
Sisi asam Lewis dari TS-1 yang dimodifikasi >>> dibandingkan TS-1 yang tidak dimodifikasi
2%Ag/TS-1 K 2
1
1%Ag/TS-1 K 0
-1
TS-1 -2
-3
1700
1650
1600
1550
1500
1450
Bilangan Gelombang (cm-1)
1400
Tidak ada puncak pada 1540 cm-1 TS-1 tidak memiliki sisi asam BrØnsted
4. Aktivitas Katalitik Pengaruh Katalis
Sikloheksanon Oksim (mmol)
0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 tanpa katalis
TS-1
0,5% TK
1% TK
2% TK
4% TK
Katalis
0,5% K
1% K
2% K
4% K
Hubungan antara kristalinitas dan jumlah sikloheksanon oksim yang dihasilkan pada reaksi amoksimasi sikloheksanon.
Pengaruh katalis terhadap jumlah produk sikloheksanon oksim dan nilai TOF pada reaksi amoksimasi sikloheksanon
Katalis
SO (mmol)
massa katalis (g)
TS-1
% TiO2
mol Ti
TOF
(g)
(mol)
(10-5)
(jam-1)
TS-1
0,4564 0,1503 0,1503
1,6962
5,3260
4,28
0,5%Ag/TS-1 TK
0,4653
0,1502
1,6802
5,2738
4,41
1%Ag/TS-1 TK
0,2487 0,1506 0,1491
1,5321
4,7721
2,61
2%Ag/TS-1 TK
0,3610 0,1508 0,1478
1,7348
5,3560
3,37
4%Ag/TS-1 TK
0,1940 0,1503 0,1443
1,6179
4,8769
1,99
0,5%Ag/TS-1 K
0,1929 0,1501 0,1493
1,7404
5,4302
1,78
1%Ag/TS-1 K
0,7385 0,1504 0,1489
1,6894
5,2551
7,03
2%Ag/TS-1 K
0,5138 0,1509 0,1479
1,7309
5,3475
4,80
4%Ag/TS-1 K
0,2263 0,1503 0,1443
1,7133
5,1645
2,19
0,151
Pengaruh Suhu
Suhu
Luas Puncak
Jumlah SO
(°C)
SO
NB
(mmol)
55
162,423
158,018
0,2963
65
252,144
302,966
0,2399
75
275,047
107,366
0,7385
85
135,639
289,699
0,1350
Pengaruh Pelarut
Sikloheksanon Oksim (mmol)
1.60 1.40 1.20 1.00 0.80 0.60 0.40 0.20 0.00 metanol
asetonitril
Pelarut
aseton
Pengaruh Waktu
Waktu
Luas Puncak
Jumlah SO
(Jam)
SO
NB
(mmol)
0
18,2895
1818,332
0,0029
1
71,8455
1326,661
0,0156
2
218,974
2755,686
0,0229
3
212,967
2142,954
0,0286
KESIMPULAN
1. Katalis XAg/TS-1 mempunyai kesamaan struktur dengan TS-1 yaitu struktur MFI. 2. TS-1 memiliki keasaman Lewis, dan meningkat dengan adanya penambahan Ag pada permukaan partikel TS-1. 3. Produk sikloheksanon oksim lebih banyak terbentuk pada katalis XAg/TS-1 K, terbesar pada 1% Ag/TS-1 K yaitu 0,7385 mmol dengan nilai TOF 7,03/jam pada waktu reaksi 2 jam dan suhu 75 ºC.
Disampaikan kepada:
Dr. Didik Prasetyoko, S.Si, M.Sc Suprapto, M.Si, Ph.D Bapak dan Ibu Dosen Penguji
