7-karakterisasi katalis.pdf
Post on 18-Dec-2015
52 Views
Preview:
TRANSCRIPT
-
RA
TN
A D
EW
I K
US
UM
AN
IGT
YA
S, S
.T., M
.T.
KARAKTERISASI KATALIS
KIMIA KATALIS
CH
EM
ICA
L E
NG
INE
ER
ING
- W
IDI A
ST
UT
I
-
RA
TN
A D
EW
I K
US
UM
AN
IGT
YA
S, S
.T., M
.T.
Tujuan Karakterisasi
1. Membuktikan bahwa katalis yang telah disintesis sesuai
dengan yang diharapkan.
2. Quality control operation after preparation
3. Mengetahui sifat-sifat katalis: aktivitas, selektivitas, stabilitas.
4. Dengan karakterisasi diperoleh korelasi antara kinerja
katalis dengan struktur maupun sifat-sifat elektronik katalis.
CH
EM
ICA
L E
NG
INE
ER
ING
- W
IDI A
ST
UT
I
-
RA
TN
A D
EW
I K
US
UM
AN
IGT
YA
S, S
.T., M
.T.
Sifat-Sifat Fisis
Penentuan Surface area dan volume pori metode BET Distribusi ukuran pori Mercury porosimetry, adsorpsi N2 Morfologi permukaan Scanning Electron Microscopy
Sifat-Sifat Kimia
Kapasitas adsorpsi dan desorpsi Thermogravimetric Analysis (TGA)
Penentuan struktur dan kristalinitas X-ray diffraction (XRD)
nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR)
CH
EM
ICA
L E
NG
INE
ER
ING
- W
IDI A
ST
UT
I
Jenis Karakterisasi
-
RA
TN
A D
EW
I K
US
UM
AN
IGT
YA
S, S
.T., M
.T.
Sifat-Sifat Kimia Permukaan
Penentuan keasaman dan kebasaan permukaan padatan Amonia Temperature Programmed Desorption (TPD)
Dispersi logam aktif serta densitas situs aktif Pulse Chemisorption
Jenis Karakterisasi C
HE
MIC
AL E
NG
INE
ER
ING
- W
IDI A
ST
UT
I
-
RA
TN
A D
EW
I K
US
UM
AN
IGT
YA
S, S
.T., M
.T. Penentuan Surface Area dan Volume Pori (BET) 1
Tahapan : preparasi dan analisis.
Preparasi :
Sebelum pengujian sampel dipreparasi
Sampel dioven (5 jam, suhu 150 C) agar kandungan
uap air dan gas-gas pengotor berkurang
didinginkan masukkan ke dalam sample cell
ditimbang vacuum degassing (suhu 150 C, 6 jam)
untuk menghilangkan secara lebih seksama uap air
dan gas-gas pengotor pada permukaan sampel
sampel didinginkan ditimbang untuk mendapatkan
berat keringnya.
Jenis Karakterisasi C
HE
MIC
AL E
NG
INE
ER
ING
- W
IDI A
ST
UT
I
-
RA
TN
A D
EW
I K
US
UM
AN
IGT
YA
S, S
.T., M
.T.
Analisis :
Pengujian sampel dilakukan dg cara adsorpsi N2 pada
suhu 77 K (titik didih nitrogen cair pada kondisi
standar). Luas permukaan padatan dan volume pori
diperkirakan dengan isotherm BET. Isoterm adsorpsi
yang dievaluasi dibatasi pada kisaran
Po
P= 0,05-0,35
Jenis Karakterisasi C
HE
MIC
AL E
NG
INE
ER
ING
- W
IDI A
ST
UT
I
-
RA
TN
A D
EW
I K
US
UM
AN
IGT
YA
S, S
.T., M
.T.
Persamaan Kesetimbangan Adsorpsi BET
Isoterm adsorpsi BET untuk mengukur luas permukaan:
)(11
)1)((
1
P
Po
CWm
C
CWm
P
PoW
Plot
antara )1)((
1
P
PoW
dengan menghasilkan
garis lurus
Nilai
Slope
CWm
C 1
CWm
1dan
intersep dihitung dengan
least square
2
..
N
pav
tBM
ANWmS
Luas permukaan padatan
dihitung dengan rumus :
)(Po
P
Jenis Karakterisasi C
HE
MIC
AL E
NG
INE
ER
ING
- W
IDI A
ST
UT
I
-
RA
TN
A D
EW
I K
US
UM
AN
IGT
YA
S, S
.T., M
.T. Isoterm adsorpsi BET untuk mengukur volume pori :
)(.'
1
.'
1
)(' Po
P
CmV
C
CmVPoPV
P
Plot
antara dengan
akan menghasilkan
garis lurus )(' PoPV
P
)(
Po
P
Nilai
Slope
dan
intersep dihitung dengan
least square
CmV
C
.'
1
CmV .'
1
sehingga volume pori (Vm) diketahui.
Jenis Karakterisasi C
HE
MIC
AL E
NG
INE
ER
ING
- W
IDI A
ST
UT
I
-
RA
TN
A D
EW
I K
US
UM
AN
IGT
YA
S, S
.T., M
.T. Ap = Luas proyeksi molekul N2 = 16,2
BMN = Berat molekul nitrogen, g/ gmol
C = Konstanta BET yang berkaitan dengan energi adsorpsi pada
lapisan monolayer
P = Tekanan uap adsorbate, atm
Po = Tekanan uap murni adsorbate, atm
R = konstanta gas = 1,987 kal/ gmol/ K
St = Luas permukaan padatan,
T = Suhu mutlak, K
T0 = Suhu referensi, K
V = Volume cairan dalam reaktor, L
V = Volume N2 yang terjerap pada pori, L VC = Volume kritis, cm3/ mol
Vm = Volume pori, L W = Berat gas N2 yang terjerap pada pori pada tekanan relatif
P/Po, g
Wm = Berat adsorbate yang membentuk lapisan monolayer pada
padatan, g
Jenis Karakterisasi C
HE
MIC
AL E
NG
INE
ER
ING
- W
IDI A
ST
UT
I
-
RA
TN
A D
EW
I K
US
UM
AN
IGT
YA
S, S
.T., M
.T.
Jenis Karakterisasi C
HE
MIC
AL E
NG
INE
ER
ING
- W
IDI A
ST
UT
I
-
RA
TN
A D
EW
I K
US
UM
AN
IGT
YA
S, S
.T., M
.T.
Jenis Karakterisasi C
HE
MIC
AL E
NG
INE
ER
ING
- W
IDI A
ST
UT
I
-
RA
TN
A D
EW
I K
US
UM
AN
IGT
YA
S, S
.T., M
.T.
Jenis Karakterisasi C
HE
MIC
AL E
NG
INE
ER
ING
- W
IDI A
ST
UT
I
-
RA
TN
A D
EW
I K
US
UM
AN
IGT
YA
S, S
.T., M
.T. X-ray Diffraction (XRD) 2
can be used to identify and quantify the components in a complex mixture of solids. For single-phase powders, structural
and compositional information can be derived from the
diffraction pattern.
CH
EM
ICA
L E
NG
INE
ER
ING
- W
IDI A
ST
UT
I
Jenis Karakterisasi
-
RA
TN
A D
EW
I K
US
UM
AN
IGT
YA
S, S
.T., M
.T.
Example: a characteristic powder X-ray diffraction
pattern of TPA-ZSM5.
CH
EM
ICA
L E
NG
INE
ER
ING
- W
IDI A
ST
UT
I
Jenis Karakterisasi
-
RA
TN
A D
EW
I K
US
UM
AN
IGT
YA
S, S
.T., M
.T.
Typical Applications
Determination of crystallite size and percent crystallinity
Phase identification of catalyst and polymer
Identification and quantification of components in multiphase solids
Bulk and clay mineral analysis
Unit cell and percent crystallinity for known compounds
CH
EM
ICA
L E
NG
INE
ER
ING
- W
IDI A
ST
UT
I
Jenis Karakterisasi
-
RA
TN
A D
EW
I K
US
UM
AN
IGT
YA
S, S
.T., M
.T.
powerful technique for determining molecular structure and
composition of liquids and solids
Chemical and physical properties may be derived from a variety of NMR experiments tailored to a host of nuclei such
as 1H, 2H, 13C, 19F, 29Si, 27Al, and 31P.
Physical properties (morphology, crystallinity, bond geometry, order, exchange, mobility, and diffusion) can be determined.
Typical Applications
Determine amorphous vs crystalline phases in polymers Study catalysts ligand chemistry, stability, extent of oxidation Determine structural characteristics of alumina, silica, and
zeolitic catalysts
Nuclear Magnetic Resonance (NMR)
3
CH
EM
ICA
L E
NG
INE
ER
ING
- W
IDI A
ST
UT
I
Jenis Karakterisasi
-
RA
TN
A D
EW
I K
US
UM
AN
IGT
YA
S, S
.T., M
.T.
untuk mengevaluasi aktivitas katalitik mengukur jumlah situs
aktif pada permukaan yang mengontrol reaksi kimia katalitik.
Chemisorption (Kemisorpsi) 4
Beberapa jenis analisis kemisorpsi:
a. Temperature-programmed Desorption (TPD)
untuk menentukan jumlah, tipe, dan kekuatan situs aktif
pada permukaan katalis dengan mengalirkan gas amonia
b. Temperature-programmed Reduction (TPR)
untuk menentukan kuantitas logam reaktif yang ada pada
Sample dengan mengalirkan gas hidrogen atau CO.
c. Temperature-programmed Oxidation (TPO)
Untuk mengukur seberapa besar kemungkinan katalis dapat
di oksidasi lagi (oxidation behaviour)
CH
EM
ICA
L E
NG
INE
ER
ING
- W
IDI A
ST
UT
I
Jenis Karakterisasi
-
RA
TN
A D
EW
I K
US
UM
AN
IGT
YA
S, S
.T., M
.T. TPD/TPO/TPR with TCD
and FID
This apparatus is utilized
for TPR and TPD of NH3. It
can also be used for high
sensitive TPO by
converting CO2 to methane
via a small reactor
containing Ni/alumina
catalyst and monitoring
methane by FID detector.
CH
EM
ICA
L E
NG
INE
ER
ING
- W
IDI A
ST
UT
I
Jenis Karakterisasi
-
RA
TN
A D
EW
I K
US
UM
AN
IGT
YA
S, S
.T., M
.T.
TPD/TPO equipped with Mass Spectrometer
CH
EM
ICA
L E
NG
INE
ER
ING
- W
IDI A
ST
UT
I
Jenis Karakterisasi
-
RA
TN
A D
EW
I K
US
UM
AN
IGT
YA
S, S
.T., M
.T.
CH
EM
ICA
L E
NG
INE
ER
ING
- W
IDI A
ST
UT
I
Jenis Karakterisasi
-
RA
TN
A D
EW
I K
US
UM
AN
IGT
YA
S, S
.T., M
.T. d.Pulse Chemisorption Analysis (pulse titration)
Untuk menentukan luas permukaan aktif, persentase
dispersi logam, dan ukuran kristal katalis
Combines gas detection
by high sensitivity,
thermal conductivity
detector (TCD) for
TPR/TPD/TPO analysis
and automatic
physisorption and
chemisorption by precise
vacuum volumetric
method for analysis of
BET surface area, meso
and micropore size
distribution, active surface
area, degree of metal
dispersion, heats of
adsorption, etc.
CH
EM
ICA
L E
NG
INE
ER
ING
- W
IDI A
ST
UT
I
Jenis Karakterisasi
-
RA
TN
A D
EW
I K
US
UM
AN
IGT
YA
S, S
.T., M
.T. Electron Microscopy (SEM dan TEM) 5
CH
EM
ICA
L E
NG
INE
ER
ING
- W
IDI A
ST
UT
I
Jenis Karakterisasi
-
RA
TN
A D
EW
I K
US
UM
AN
IGT
YA
S, S
.T., M
.T. Scanning electron microscopy (SEM)
The interaction of an electron beam with a sample creates a number of different responses, which reflect
the underlying structure or chemistry of the sample.
provides a good indication of the topography of an exposed surface.
SEM combined with X-ray spectrometry used to identify, quantify, and map the distribution of chemical
elements present in a material.
CH
EM
ICA
L E
NG
INE
ER
ING
- W
IDI A
ST
UT
I
Jenis Karakterisasi
-
RA
TN
A D
EW
I K
US
UM
AN
IGT
YA
S, S
.T., M
.T.
Transmission electron microscopy (TEM)
Uses a high-voltage electron beam to probe the
internal structure of a sample. Diffraction patterns can
be obtained on suitable materials to identify the
specific phases.
used to probe the sample in a point-wise fashion. TEM
combined with X-ray spectrometry is used to identify,
quantify, and map the distribution of chemical
elements present in a material.
CH
EM
ICA
L E
NG
INE
ER
ING
- W
IDI A
ST
UT
I
Jenis Karakterisasi
-
RA
TN
A D
EW
I K
US
UM
AN
IGT
YA
S, S
.T., M
.T. Typical Applications
Compositional images and elemental
distributions
Domain size and morphology
Elemental line scans & maps
Fracture/failure analysis
Phase segregation, dispersion, and
identification
CH
EM
ICA
L E
NG
INE
ER
ING
- W
IDI A
ST
UT
I
Jenis Karakterisasi
-
RA
TN
A D
EW
I K
US
UM
AN
IGT
YA
S, S
.T., M
.T.
CH
EM
ICA
L E
NG
INE
ER
ING
- W
IDI A
ST
UT
I
Jenis Karakterisasi
-
RA
TN
A D
EW
I K
US
UM
AN
IGT
YA
S, S
.T., M
.T. X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) 6
a surface sensitive technique with an analysis depth
of 3-5 nm
provides information about: elemental composition,
the oxidation state, and chemical environment of
individual elements
quantitative and qualitative surface analysis
CH
EM
ICA
L E
NG
INE
ER
ING
- W
IDI A
ST
UT
I
Jenis Karakterisasi
-
RA
TN
A D
EW
I K
US
UM
AN
IGT
YA
S, S
.T., M
.T. Typical Applications
Karakterisasi pengemban dan fase aktif katalis heterogen
Penentuan surface area fase aktif katalis Penentuan konsentrasi permukaan dopant dan racun
katalis
Penentuan konsentrasi permukaan dari extra-framework alumina dalam zeolites
Analisis ketidaksempurnaan Analisis kegagalan dalam komposit Karakterisasi lapisan korosi dan molekul inhibitor
korosi
Karakterisasi deposit dan kontaminan
CH
EM
ICA
L E
NG
INE
ER
ING
- W
IDI A
ST
UT
I
Jenis Karakterisasi
-
RA
TN
A D
EW
I K
US
UM
AN
IGT
YA
S, S
.T., M
.T.
XPS
CH
EM
ICA
L E
NG
INE
ER
ING
- W
IDI A
ST
UT
I
Jenis Karakterisasi
-
RA
TN
A D
EW
I K
US
UM
AN
IGT
YA
S, S
.T., M
.T. Example:
Table: Atomic surface composition (molar %) by XPS analysis.
CH
EM
ICA
L E
NG
INE
ER
ING
- W
IDI A
ST
UT
I
Jenis Karakterisasi
top related