andar kusnanto (2309100068) supriyono (2309100114) · geothermal sludge (gs) sebagai limbah padat...
TRANSCRIPT
Andar Kusnanto (2309100068) Supriyono (2309100114)
Dosen Pembimbing :
LABORATORIUM ELEKTROKIMIA DAN KOROSI TEKNIK KIMIA FTI-ITS
LABORATORIUM ELEKTROKIMIA DAN KOROSI TEKNIK KIMIA FTI-ITS
Sumber Silika: -MCM-41 -TEOS --TMOS -Abu Bagasse -Geothermal Sludge -- dll
Aplikasi Silika berpori: -Katalis -Adsorben (xerogel, aerogel)
LATAR BELAKANG
Murah dan belum banyak dikembangkan
LATAR BELAKANG
Geothermal Sludge (GS) sebagai Limbah Padat di PLTPB Dieng
• GS merupakan endapan dari limbah cair panas bumi (geothermal brine)
• Kapasitas GS: 165 ton/bulan (Suprapto, 2009)
mengandung silika sekitar 86.6 % berat SiO2.
Potensi bahan baku untuk material berbasis silika
Page 5
Luas permukaan besar Pori tipe open pore Stabil pada kondisi asam Adsorbent inorganik polar
Komposit yang unggul
Silika
Luas permukaan besar Pori tipe close pore
Stabil pada kondisi asam dan basa Adsorbent non polar
Karbon
Silika-Karbon
LATAR BELAKANG
Page 6
silika
karbon
pore
pore
Pori semakin besar A >>
Kemampuan adsorpsi Silica-carbon composite
menjadi sangat besar
Penelitian Terdahulu
metode sintesa hibrida silika-karbon dengan menggunakan metode sol-gel dari waterglass dengan PEG sebagai sumber karbon.
Rommi, dkk (2009)
Sintesis silika xerogel dari GS dengan metode ekstraksi basa menghasilkan ukuran silika gel jenis mesopori. Dewi, dkk.
(2012)
Pembuatan mesopor silika-karbon dari bahan TEOS (Tetra Ethoxysilane)
Xinghua Zhang et all. 2012
1. Mengembangkan metode sintesa komposit silika-karbon dari geotermal sludge sebagai sumber silika.
2. Mengevaluasi karakteristik silika karbon yang meliputi luas permukaan, volume pori, diameter pori, dan distribusi pori
1. Memberikan kontribusi untuk pembuatan komposit silika-karbon dari geothermal sludge sebagai sumber silika.
2. Memberikan kontribusi untuk pembuatan komposit silika-karbon menggunakan asam tartrat sebagai sumber karbon.
LABORATORIUM ELEKTROKIMIA DAN KOROSI TEKNIK KIMIA FTI-ITS
Metodologi Percobaan
Alat Karbonisasi
1. Metode Adsorbsi/Desorpsi Nitrogen Luas Permukaan, volume pori, diameter pori, dan distribusi pori
NOVA 1200e Surface Area and Pore Size Analyzer
2. X-ray diffraction Komposisi produk
3. Scanning Electro Microscophy morfologi produk
Foto silika gel
.
Produk silika gel pada perbandingan silika : Aquadest = 1:2; pH 8 dengan
variabel konsentrasi asam tartrat (a) 0,1M; (b) 0,2M; (c) 0,3M; (d) 0,4M
a.
d.
c.
b.
Foto komposit silika-karbon
.
Produk komposit silika-karbon pada perbandingan silika : Aquadest = 1:2; pH 8
dengan variabel konsentrasi asam tartrat (a) 0,1M; (b) 0,2M; (c) 0,3M; (d) 0,4M
a.
d.
c.
b.
Hasil pencitraan komposit silika-karbon dengan metode SEM (Scanning Electron
Microscope) dengan perbesaran 50.000 kali
Pencitraan Komposit Silika-Karbon dengan Metode
SEM (Scanning Electron Microscope)
10 20 30 40 50 600
100
200
300
400
500
600In
tens
ity (a
.u)
2 Theta
Silika gel dengan penambahan asam tartrat 0,3 M kemudian dicuci 1x Silika gel dengan penambahan asam tartrat 0,3 M tanpa pencucian Silika gel dengan penambahan asam tartart 0,2 M tanpa pencucian
Pencitraan Pola Difraksi Sinar X Silika gel
Pola difraksi sinar x menunjukkan
bahwa sample adalah silika
.
Perbandingan silika : Aquadest = 1:2; pH 8 dengan variabel konsentrasi asam tartrat
0,1M (a); 0,2M (b); 0,3M(c); 0,4M(d)
a.
d.
c.
b.
Kurva Isotermis Adsorpsi-Desorpsi gas N2 pada
Komposit Silika-Karbon
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,00
50
100
150
200
250
300
350
Volu
me
dala
m k
eada
an S
TP (c
c/g)
Relatif pressure (P/PO)
konsentrasi a.tartrat 0,1 M adsorpsi desorpsi
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
0
50
100
150
200
250
300
350
Volu
me
dala
m k
eada
an S
TP (c
c/g)
Relatif pressure (P/PO)
Konsentrasi A.Tartrat 0.2 M adsorpsi desorpsi
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,00
20406080
100120140160180200220240260280300320340
Volu
me
dala
m k
eada
an s
tand
ar (c
c/g)
Relatif Pressure (P/PO)
konsentrasi a.tartrat 0,3 M adsorpsi desorpsi
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,00
50
100
150
200
250
300
350
Vol
ume
dala
m k
eada
an s
tand
ar (c
c/g)
Relatif Pressure (P/PO)
Konsentrasi a.tartrat 0,4 M adsorpsi desorpsi
0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
Surfc
e Ar
ea (m
2 /gra
m)
Konsentrasi Asam Tartrat (M)
SiO2-C tanpa cuci SiO2 cuci 1x (blangko) SiO2-C cuci 1x
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.500.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
5.5
6.0
6.5
Diam
eter
Por
i (nm
)
Konsentrasi Asam Tartrat (M)
1 10 1000.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
dV(lo
g d) (c
c/gram
)
Diameter (nm)
0,4 M 0,3 M 0,2 M 0,1 M
Pengaruh Konsentrasi Asam Tartrat Terhadap Surface Area,
Volume Pori, Diameter Pori, dan Distribusi Pori
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.500.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
0.40
0.45
0.50
0.55
0.60
Volu
me
Pori
(cc/
gram
)
Konsentrasi Asam Tartrat (M)
Kesimpulan
1. Nilai surface area dan diameter pori paling besar, distribusi pori
yang paling seragam pada komposit silika-karbon dengan
penambahan asam tartrat konsentrasi 0,1 M.
2. Asam tartrat dapat digunakan sebagai sumber karbon dalam
sintesis komposit silika-karbon, tetapi karbonisasi pada suhu
400oC terjadi penyumbatan pada pori silika.
TERIMA KASIH……
Reaksi Sintesa Komposit Silika-Karbon
Ekstraksi Silika:
SiO2 + 2 NaOH Na2SiO3 + H2O
Penambahan Asam Tartrat
Na2SiO3 + C4H6O6 Na2C4H4O6 + H2SiO3
Penambahan HCl:
NaOH + HCl NaCl + H2O
Na2SiO3 + 2 HCl H2SiO3 + 2 NaCl
Karbonisasi pada suhu 400oC pada kondisi :
H2SiO3 SiO2 + H2O
Na2C4H4O6 4 C + 2 Na ↑ + 2 H2O + 2 O2
Reaksi Total di Karbonisasi:
H2SiO3 + Na2C4H4O6 + NaCl SiO2-C + 2 Na ↑ + 3 H2O ↑ + 2 O2 ↑ + NaCl
Penyelesaian secara grafis dengan plot 1/(V[(Po/P)]-1) vs P/Po. Volum monolayer (Vm) = 1/(s+i), s = C-1 / (VmC), I = 1/VmC dimana s : slope dan i : intersept-y.
Surface = (Vm.N.Acs)/M
N = 6.023x1023 moleculer/mol
Acs = 16.2 Ǻ2
p/p0 p/p0 p/p0
p/p0 p/p0 p/p0
n n n
n n n
p/p0 = 0 gas yang teradsorp sangat sedikit, daerah monolayer belum penuh,
p/p0 < 0,1, mulai terjadi adsorpsi gas yang menjenuhi monolayer. p/p0 kira-
kira 0,5 adsorpsi multilayer mulai terjadi, tetapi jumlah yang teradsorpsi tidak
terlalu banyak, shg slope grafiknya kecil (kenaikan tidak tajam).
p/p0 sekitar 0,7.
Interaksi molekul gas
yang teradsorp pada
dinding pori yg saling
berhadapan mulai
terjadi
p/p0 = 1, molekul2 gas
memenuhi mesopori.
Kurva isotermalnya
naik tajam karena
jumlah gas yang
teradsorpsi sangat
besar.
p/p0 = 0 p/p0 <0 p/p0 = 0,5
p/p0 = 0,7 p/p0 = 1 desorpsi
Modification of Langmuir isotherm Both monolayer and multilayer adsorption Layers of adsorbed molecules divided in:
– First layer with heat of adsorption Had,1
– Second and subsequent layers with Had,2 = Hcond
BET isotherm:
BET equation does not fit entire adsorption isotherm– different mechanisms play a role at low and at high p
0mm
0ad
11p
p
Cn
C
Cnppn
p
RT
HHC condadexp
HIn
ad
p/p0
H2
nad
p/p0
H3
nad
p/p0
A
Vd
4
A adalah surface area BET.
diameter pori rata-rata
total pore volume, V, diperoleh dari jumlah maksimum gas yang
diadsorbsi pada puncak (akhir) isotherm dan konversi volume gas
menjadi volume liquid.
Types IV Isotherms
Relative Pressure (P/Po)
Volu
me
adso
rbed
Perkiraan lokasi
pembentukan monolayer
Daerah slope rendah pada
pertengahan isotherm menunjukkan
awal pembentukan multilayer
Histeresis menunjukkan
kondensasi kapiler dalam meso
dan makropori.
Pada P/Po~0.4 menunjukkan
adanya sedikit mesopori
Ka = [H+][ HC4H4O6-] x = [H+] = [HC4H4O6
-] ≈ x2 = (C)( Ka)
[H2C4H4O6]
L(+) 25 °C :
pKa1= 2.95 pKa2= 4.25
meso 25 °C:
pKa1= 3.22 pKa2= 4.85
Ka = 10-2.95
Walaupun ionisasi kedua menghasilkan H+ yang cukup signifikan tetapi HC4H4O6-
juga dihasilkan dalam jumlah yang sama sehingga H+ dari ionisasi kedua dapat diabaikan (Ka1 dan Ka2 relatif sama).
H2C4H4O6 + H2O ↔ H3O+ + HC4H4O6
- Ka1 HC4H4O6
- + H2O ↔ H3O+ + C4H4O6-2 Ka2
pH = -log H+
NaOH volumedihasilkan yangfiltrat volume
diuapkan yangfiltrat volume
mol NaOH = molar NaOH x V Reaksi Ekstraksi : xSiO2 + 2NaOH → Na2O·xSiO2 + H2O
mol Na2O = ½ x mol NaOH
Massa Na2O = mol Na2O x BM Na2O
V =
ONa mol
SiO mol
2
2
Massa SiO2 dalam larutan sodium silikat (filtrat)
Massa SiO2 = Massa filtrat kering – Massa Na2O
Mol SiO2 =
Rasio SiO2/Na2O, x =
2
2
SiO BM
SiO massa
Piknometer Volum
dihasilkan yangfiltrat massa ρ filtrat =
%100filtrat Vfiltrat x
SiO massa 2
Konsentrasi SiO2 (% wt)
=
Sol = a stable suspension of colloidal solid particles or
polymers in a liquid
Gel = porous, three-dimensional, continuous solid
network surrounding a continuous liquid phase
Colloidal (particulate) gels = agglomeration of dense
colloidal particles
Polymeric gels = agglomeration of polymeric particles
made from subcolloidal
units
Agglomeration = covalent bonds, van der Walls, hydrogen
bonds, polymeric chain
entanglement
Jadi tren yang konsisten jelas: asam-katalis
hidrolisis dengan rasio H20/Si rendah menghasilkan lemah
bercabang "polimer" jaringan, sedangkan
dasar-katalis hidrolisis dengan rasio H20/Si besar
menghasilkan bercabang "koloid" partikel.
simple method for preparing a sulfonated carbon–silica-meso composite
showing high acidity and porosity useful for transformation of bulky
molecules, where glucose was used as a carbon source as well as a non-
surfactant templating precursor and the resultant composite upon
calcination yielded the mesoporous silica.
Facile synthesis of a sulfonated carbon−silica-meso composite and
mesoporous silica (Devaki et all, 2011)
Periodic mesoporous organosilica mesophases are versatile
precursors for the direct preparation of mesoporous silica/carbon
composites, carbon and silicon carbide materials
Zhuxian Yang , Yongde Xia and Robert Mokaya
J. Mater. Chem., 2006,16, 3417-3425
Facile one-pot synthesis of mesoporous hierarchically structured
silica/carbon nanomaterials .
Xinghua Zhang , Yanan Li and Chuanbao Cao
J. Mater. Chem., 2012,22, 13918-13921
Mesoporous silica/carbon nanomaterials with various hierarchical structures have
been fabricated by a one-pot approach. Polymer/silica/surfactant (PSS) composites
are first prepared by the co-sol–gel process of TEOS and resorcinol–formaldehyde
precursor in the presence of CTAB. The PSS morphologies could be tuned by
simply altering the content of ethanol in solution.
Silicon Embedded Nanoporous Carbon Composite for the Anode
of Li Ion Batteries Sun-Hwak Wooa, Jin-Hwan Parkb,c, Sung Woo Hwangb and Dongmok Whanga,z
Silicon-embedded nanoporous carbon composites were designed and
fabricated for application as an active anode material in lithium ion
batteries. The nanoporous carbon matrix with pore sizes of 80–100 nm was
prepared using silica nanoparticle templates, and the pores of the carbon
matrix were partially filled with silicon nanostructures using metal-
catalyzed vapor-liquid-solid (VLS) growth of silicon. The porous carbon
matrix surrounding the silicon nanomaterials acts as an effective buffer
material, which decreases pulverization of the silicon. In addition, the
interconnected porous structure and tight contact between the Si
nanostructure and the surrounding carbon enable facile electron and ion
transport to generate an efficient charge/discharge pathway. The composite
materials used as the anode in lithium ion batteries demonstrated a high
charge storage capacity of ∼1,600 mAh g−1, which is ∼96% of the calculated
maximum capacity at the composition, and good capacity retention
characteristics.
PLTPB Dieng Menghasilkan limbah padat PLTPB sebanyak
165 ton/bulan
Senyawa Bahan Baku (% Berat)
SiO2 86.6
CaO 1.75
MnO 0.37
Fe2O3 6.55
CuO 0.13
ZnO 0.48
PbO 0.46
Na2O 0.59
S 0.37
Kandungan Senyawa dalam Limbah Padat PLTPB Dieng
Mengandung kadar SiO2 yang sangat
tinggi
10 20 30 40 50 60
a.u
2 Theta
Hasil Analisa XRD terhadap Limbah Padat PLTPB
Silika Amorf