alfa akustia widati dosen pembimbing dr. didik … · kecepatan adsorpsi pelarut, substrat pada...
TRANSCRIPT
ALFA AKUSTIA WIDATI
DOSEN PEMBIMBING
Dr. Didik Prasetyoko, M.Sc
Katekol
Hidrokuinon
Benzokuinon
Fotografi, inhibitor polimerisasi, antiseptik, pembuatan parfum dan pharmaceutical intermediates(Saito dkk, 1990), dye (Chin dkk, 1989)
Oksidasi FenolOksidasi Fenol
Ti-MCM-41 (Corma dkk,1994; Inagaki dkk,1993); Ti-MCM-48, Ti-HMS, Ti-MSU, Ti-SBA 15 (Zhang, 1998)
Stabilitas Hidrotermal & Kemampuan Oksidasi Rendah (Eimer dkk,2008)
Oksidasi Fenol TITANIUM SILIKALIT-1TITANIUM SILIKALIT-1TITANIUM SILIKALIT-1 Oksidasi FenolOksidasi FenolOksidasi Fenol
Pelarut
Waktu Reaksi
Temperatur Reaksi
Kecepatan adsorpsi pelarut, substrat pada katalis (Hulea dkk,1998)
Selektivitas dan Konversi
(Villa dkk,2005; Sun dkk,2000)
TITANIUM SILIKALIT-1(Liu dkk,2006; WilkenhÖner dkk,2001)
TITANIUM SILIKALIT-1TITANIUM SILIKALIT-1
MESOPORI
RUMUSAN MASALAH
SINTESIS & KARAKTERISASI TS-1 MESOPORI
OKSIDASI FENOL
Pengaruh :PelarutWaktu Reaksi
Temperatur Reaksi
AKTIVITAS KATALITIK
Temperatur Reaksi
BATASAN MASALAH
Sintesis TS-1 mesopori dengan variasi waktu
hidrotermal 2, 4, dan 8 hari
Karakterisasi dengan difraktometer XRD,
spektrofotometer FTIR, Adsorpsi-Desorpsi N2,
Adsorpsi Piridin, UV-Vis DR, dan FESEMAdsorpsi Piridin, UV-Vis DR, dan FESEM
Parameter reaksi :
Pelarut (metanol, air, aseton, asetonitril)
Waktu reaksi (0, 1, 2, 4 jam)
Temperatur reaksi (60, 70, 80, 90⁰⁰⁰⁰C)
TITANIUM SILIKALIT-1
Katalis oksidasi olefin, amoksimasi sikloheksanon (Ke dkk, 2007; Wilkenhıner dkk, 2001)
alkohol, senyawa hidroksil aromatis (Ke dkk, 2007),
epoksidasi propilen, α-olefin, dan hidroksilasi fenol (Wilkenhıner dkk, 2001)2001)
KATALIS
Mikropori
Mesopori
Makropori
Transport reaktan dan kontakdengan sisi aktif lebih mudah(Eimer dkk,2008; Schmidt dkk,2000)
REAKSI AKTIVITAS KATALITIK TS-1
MIKROPORI MESOPORI
Epoksidasi sikloheksena
(Schmidt dkk, 2000)
+ 10x Mikropori
APLIKASI TS-1 MESOPORI
Oksidasi tiofen (Fang dan
Hu, 2007)
5 jam 1 jam
Oksidasi dibenzotiofen
(Fang dan Hu, 2007)
- +
OKSIDASI FENOL
Fenol Hidrokuinon
Benzokuinon
Pelarut Protik
Aprotik
Waktu reaksiFenol
Katekol
Hidrokuinon
Waktu reaksi
Temperatur reaksi
METODOLOGI PENELITIAN
Penyiapan Alat dan Bahan
Sintesis Katalis TS-1 Mesopori
KarakterisasiKarakterisasi
Pembuatan Kurva Standar
Uji Aktivitas Katalis
Analisis Data
SINTESIS KATALIS TS-1 MESOPORI DENGAN VARIASI WAKTU HIDROTERMAL (Eimer dkk, 2008)
Tetraetil ortosilikat Tetrabutil ortotitanat
Campuran 1
Diaduk selama 30 menit
+ Tetrapropilammonium hidroksida 40%
Campuran 2
+ Tetrapropilammonium hidroksida 40%
Campuran 31TEOS : 0,017TiO2 : 0,24TPAOH : 21,2 H2O
Diaduk selama 15 jam
Dilakukan hidrotermal pada suhu 80⁰⁰⁰⁰CVariasi waktu 2, 4, dan 8 hari
Campuran 4
+ Heksadesiltrimetilamoniumbromida
Campuran 5(CTABr/Si = 0,306)
Campuran didiamkan selam 3 jam pada suhu kamar, disaring
Padatan
suhu kamar, disaring
TS-1 Mesopori
- Dicuci dengan aquades- Dikeringkan pada suhu 60⁰⁰⁰⁰C selama 1 hari- Dikalsinasi selama 1 jam (dialiri N2),
dilanjutkan kalsinasi dengan udara selama 6 jam pada 550⁰⁰⁰⁰C
STRUKTUR
XRD
FTIR
UV-Vis DR
KARAKTERISASI
Pengamatan pada 2θ = 1,5-40º
Pengamatan pada bil. gelombang 1400-400 cm-1
Pengamatan pada λ = 200-350 nm
Luas permukaan BET
PERMUKAANAdsorpsi-Desorpsi N2
Adsorpsi Piridin-FTIR
FESEM
Luas permukaan BET
Distribusi ukuran pori BJH
t-plot
Pengamatan dengan FTIR pada bil. gelombang 1700-1400 cm-1
UJI AKTIVITAS KATALIS
1,3 g fenol dalam
5 mL metanol
160 mg Katalis
Diaduk
Campuran 0,5 g H2O2 30%
⁰⁰⁰⁰
Campuran Produk
Analisis DenganKromatografi Gas
Diaduk dengan pemanasan 70⁰⁰⁰⁰C
Variasi :
Pelarut (metanol, air, aseton, asetonitril)Waktu reaksi (0,1, 2, 4 jam)Temperatur reaksi (60, 70, 80, 90⁰⁰⁰⁰C)
TSM-4
TSM-8In
ten
sit
as
(cp
s)
X-RAY DIFFRACTION (XRD)TS-1 2θ 7,9; 8,9; 23,2; 23,7; 24,1; 24,9º (Treacy dkk, 2001)
HASIL & PEMBAHASAN
TSM-2
TSM-4
Inte
nsit
as
2θ 2º =Adanya porimeso teratur(Meynen dkk, 2009)
(º)
Sampel Intensitas pada 2θ (I) I/I0
2,0º 23º 23º
TSM-2 2500 91,86 8
TSM-4 0 1032,78 94
Hubungan kristalinitas TS-1 mesopori dengan waktu hidrotermal
Jumlah TS-1 yang terbentuk
TSM-8 0 1094,95 100
I0 = TSM-8
Waktu Hidrotermal >>Kristalinitas >>, fase meso <<
sebelumkalsinasi
Tra
nsm
itan
(%)
Pengamatan dekomposisi template akibat kalsinasi
FOURIER TRANSFORM INFRARED (FTIR)
setelahkalsinasi
Tra
nsm
itan
Bilangan Gelombang (cm-1)
29
18
cm
-1
28
50
cm
-1
Stretching simetri C-H dariCTA+ dan TPA+
(Zhang, 1999)
Stretching asimetri C-H dariCTA+ dan TPA+
(Zhang, 1999)
Tra
nsm
itan
(%)
TSM-4
TSM-8
Membantu memberikan informasi mengenai struktur molekul
Vibrasi stretching TO4 Vibrasibending TO4Asimetri Simetri
960 cm-1 800 cm-1 450 cm-1
1100 cm-1 550 cm-1
Bilangan Gelombang (cm-1)
Tra
nsm
itan
TSM-2
45
0 c
m-1
55
0 c
m-1
80
0 c
m-1
96
0 c
m-1
11
00
cm
-1
12
30
cm
-1
1230 cm-1
(Drago dkk, 1998)
♦ Vibrasi Si-OH dari material mesopori (Zhang, 2008)
♦ vibrasi Si-O-Ti dari kerangkaTS-1
are
a p
un
cak F
TIR
pad
a
/9
60
cm
-1
Hubungan kristalinitas TS-1 mesopori dengan waktu hidrotermal
Waktu Hidrotermal >>, Rasio A550/A960 >>
Rasio
are
a p
un
cak F
TIR
pad
a
55
0 c
m-1
/9
60
cm
Kristalinitas >>, fase meso <<
Hasil mendukung data XRD
Waktu hidrotermal (hari)
TSM-2
Menganalisis permukaan dan struktur pori
ADSORPSI-DESORPSI N2
Tera
dso
rp(m
L/
g)
Isoterm adsorpsi-desorpsi Tipe IV
P/P0
TSM-8
TSM-4
Vo
lum
e N
2T
era
dso
rp
P/P0
Tipe material mesopori
(d),
cc/
nm
/g
Hubungan distribusi ukuran pori TS-1 mesopori dengan waktuhidrotermal
3,81 nm
Diameter pori (nm)
dV
(d),
cc/
nm
/g
3,42 nm
3,05 nm
Makin lama waktu hidrotermal, diameter pori makin rendahdiduga akibat penebalan pori (On dkk, 2001)
TS-1 mesoporiAnalisispermukaandan pori
Waktuhidrotermal
2 hari
Waktuhidrotermal
4 hari
Waktuhidrotermal
8 hari
Volume Mikropori (cc/g) 0,19 0,13 0,14
Volume Mesopori (cc/g) 0,37 0,26 0,17
Volume Pori Total (cc/g) 0,69 0,48 0,53
Diameter Pori (nm) 3,81 3,42 3,05
Luas Area Mikropori (m2/g) 464 281 306Luas Area Mikropori (m /g) 464 281 306
Luas Area Mesopori (m2/g) 298 164 141
Luas Permukaan (m2/g) 762 445 447
Makin lama waktu hidrotermal, data hasilanalisis permukaan makin rendah
K-M
UV-VIS DIFFUSE REFLECTANCE (UV-VIS DR)
Menentukan koordinasi Titanium dalam TS-1
Serapan Ti dalam TS-1 mesopori (Lin dkk, 2004; Ratnasamy dkk, 2004)
Serapan Ti dalam lingkungan amorf (Lin dkk, 2004)
Panjang gelombang (nm)
K
23
2 n
m
dkk, 2004)
30
0 n
m Tidak terdapat TiO2 luar kerangka
FIELD EMISSION SCANNING ELECTRON MICROSCOPY (FESEM)
Mengetahui morfologi dan ukuran partikel TS-1
TSM-2(141-258 nm)
TSM-4(94-128 nm)
TSM-8(20-36 nm)
Semakin lama waktu hidrotermal, makin kecil ukuran partikelnya
Tra
nsm
itan
(%)
TSM-2
TSM-4
TSM-8
UJI KEASAMAN
Makin lama waktuhidrotermal, makin sedikit
AsamBronsted
AsamLewis
Tra
nsm
itan
14
40
cm
-1
14
90
cm
-1
15
43
cm
-1
Bilangan gelombang (cm-1)
makin sedikitjumlah asamLewis danasamBronsted
UJI AKTIVITAS KATALITIK PADA OKSIDASI FENOL
PENGARUH KATALISm
mo
l
Perbedaan struktur Ti antara TS-1 mesopori dan TS-1 mikroporimenyebabkan perbedaan aktivitas
mm
ol
2
2
UJI AKTIVITAS KATALITIK PADA OKSIDASI FENOL
PENGARUH KATALISm
mo
lm
mo
l
2
2
Ti dengan koordinasitetrahedral aktif pada reaksikatalitik oksidasi fenol
mm
ol
PENGARUH KATALIS
Perbedaan aktivitas katalitik tidak dapat diubungkan dengan jumlah sisi aktif
waktu hidrotermal
mm
ol
TSM-2TSM-2 TSM-4 TSM-8
SampelRasio
Ti/Si(*)
TSM-2 0,1029
TSM-4 0,0972
TSM-8 0,0992
* Data XRF
Hubungan keasaman TS-1 mesopori dengan aktivitas katalitik
(mm
ol/
g)
■ asam Lewis
▲ asam Brønsted
Konversi fenol (%)
Jum
lah
asam
Hubungan diameter TS-1 mesopori dengan aktivitas katalitik
Dia
mete
r P
ori
(n
m)
Konversi fenol (%)
Dia
mete
r P
ori
(n
m)
PENGARUH PELARUT
Pelarut Konversi (%)
Selektivitas (%)
Katekol Benzokuinon
Asetonitril 1,05 - 100
Air 2.78 28 72
Aseton 1.33 - 100
Metanol 1.09 - 100
Tingginya kelarutan fenol dan H2O2 dalam air sehingga radikal OH mudah terbentuk (Wang dkk,2005; Suja dan Suganan, 2003; Rao dan Ratnaswamy, 1993)
Kondisi reaksi : 1,3 g fenol; 0,16 mg katalis TSM-2; 5 mL pelarut; 0,5 g H2O2; temperatur reaksi 70○C, waktu reaksi 2 jam
PENGARUH TEMPERATUR REAKSI
TemperaturReaksi
Konversi (%)
Selektivitas (%)
Katekol Benzokuinon
60 0,90 - 100
70 2,78 28 72
80 1,17 - 100
90 1,02 - 10090 1,02 - 100
Temperatur 60-70ºC : pergerakan molekul makin meningkatmenyebabkan jumlah tumbukan makin besarsehingga jumlah produk meningkat
Temperatur 80-90ºC : terjadi dekomposisi H2O2 menyebabkanjumlah produk menurun
Kondisi reaksi : 1,3 g fenol; 0,16 mg katalis TSM-2; 5 mL pelarut air ; 0,5 g H2O2, waktu reaksi 2 jam
PENGARUH WAKTU REAKSI
Waktu Reaksi (Jam)
Konversi (%)
Selektivitas (%)
Katekol Benzokuinon
1 1,07 - 100
2 278 28 72
4 3,24 35 65
Kondisi reaksi : 1,3 g fenol; 0,16 mg katalis TSM-2; 5 mL pelarut
Makin lama waktu reaksi, makin banyak jumlah produk dikarenakan makin banyak tumbukan yang terjadi
Kondisi reaksi : 1,3 g fenol; 0,16 mg katalis TSM-2; 5 mL pelarut air; 0,5 g H2O2, temperatur reaksi 70ºC
KESIMPULAN
Titanium silikalit-1 (TS-1) mesopori telah berhasil disintesis menggunakan metode Eimer dkk dengan menggunakan template CTABr sebagai pembentuk fase meso.
Semakin pendek waktu hidrotermal maka semakin semakin besar fase meso katalis, semakin rendah kristalinitasnya, semakin banyak jumlah sisi asam Bronsted dan Lewisnya.
Aktivitas katalitik tertinggi dari TS-1 mesopori pada oksidasi Aktivitas katalitik tertinggi dari TS-1 mesopori pada oksidasi fenol diperoleh pada kondisi reaksi : pelarut air, temperatur reaksi 70ºC, dan lama reaksi 2 jam.
Aktivitas katalitik tertinggi diperoleh dari penggunaan katalis TS-1 mesopori dengan waktu hidrotermal 2 hari sebesar 2,78%.
Selektivitas benzokuinon tertinggi diperoleh dari penggunaan katalis TS-1 mesopori dengan waktu hidrotermal 8 hari sebesar 100%.