pembuatan katalis

Download pembuatan katalis

Post on 19-Jun-2015

673 views

Category:

Engineering

7 download

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Kinetika dan Katalisa

TRANSCRIPT

  • 1. Subagjo Lab. Teknik Reaksi Kimia dan Katalisis Departemen Teknik Kimia ITB 2002

2. Komponen Katalis kamponen aktif penyangga aditif Jenis-jenis Katalis Katalis logam tanpa penyangga Katalis hasil peleburan Katalis logam Oksida tanpa penyangga Katalis berpenyangga Target dalam Pembuatan Katalis: aktif, (selektif), stabil: mekanik, termal/hidrotermal dan kimia Tahap Lambat difusi internal reaksi kimia (adsorpsi- desorpsi dan reaksi di permukaan) Deaktivasi mekanik termal/hidrotermal peracunan Kondisi Reaksi temperatur tekanan, p kecepatan linier 3. Umumnya logam mulia Jarang digunakan di Industri Luas permukaan (Sa) kecil Mudah teracuni Digunakan untuk reaksi dg laju sangat cepat Bentuk: kasa = anyaman kawat logam mulia (paduan), dkawat ~ 10-3in Contoh: SO2 SO3 katalis kasa Pt (mudah teracuni, tidak digunakan lagi diganti dg V2O5 berpenyangga) CH3OH HCHO .. Katalis kasa Ag (mudah teracuni, kemurnian reaktan harus tinggi, saat ini diganti dg butiran Ag) NH3 + O2 NO2 + H2Okatalis kaasa Pt, diperlukan waktu kontak rendah menghindari reaksi samping (agar selektivitas tinggi) 4. Katalis: kasa 10% Rh-90% Pt Sa kawat ~ 5. 10-4 m2/g diameter kawat ~ 0,075 mm kasa 80 mesh 30 40 lapis tebal keseluruhan ~ 5 mm konversi ~ 95% tercapai hanya pada lapis ke 3 lapis lainnya: antisipasi deaktivasi P agar aliran seragam pada 1 atm, T: 800 850 derC Kebutuhan katalis: 1kg/3000kg HNO3 5. Bisa logam atau oksida logam Jarang digunakan di industri Sa kecil Pembentukan sukar Aktivasi tidak mudah Campuran sangat baik (homogen), kecuali jika terpisah saat kristalisasi Densitas tinggi Permukaan dalam terbentuk pada saat aktivasi, akibat penyingkiran satu/lebih komponen katalis LO + H2 logam berpori + air 6. 1. Katalis sintesis amoniak: besi berpromotor Fe3O4 (magnetite) dg kemurnian tertentu ditambah promotor: Ca, K dan Al2O3 dilebur pada ~ 1600oC (kemurnian bahan sangat penting, shg tidak diperlukan tahap pemurnian Leburan didinginkan, memadat, digiling menjadi butiran dg ukuran tertentu (1,5 3 mm, 6 10 mm dan 12 21 mm) Butiran diaktivasi dg reduksi menggunakan H2, menjadi berpori (kehilangan oksigen) 2. Nikel Raney (kat. hidrogenasi) Paduan Ni-Al dilebur Al diambil dari paduan dg NaOH, Ni dg Sa ~ 100 m2/g 7. Katalis Logam oksida tanpa Penyangga umumnya dibuat dg cara presipitasi/kopresipitasi Katalis berpenyangga dibuat dg cara: presipitasi/kopresipitasi impregnasi 8. Untuk pembuatan: katalis berfasa aktif tunggal atau penyangga contoh: Cr2O3, Al2O3 (presipitasi) katalis berfasa aktif campuran/berpenyangga contoh: Fe2O3-Cr2O3, CuO-ZnO/Al2O3 (kopresipitasi) 9. Pemilihan anion (garam) kelarutan zat pengotor keberadaan harga kemudahan menyingkirkan anion SO4 -2 : murah tetapi sukar disingkirkan, S dapat menjadi racun Cl- : meningkatkan keasaman NO3 - : kelarutan tinggi, tetapi menghasilkan gas beracun pada saat dikalsinasi Oksalat: sangat baik, tetapi sukar diperoleh dan mahal 10. Pembentukan struktur berpori Tahap: supersaturasi, sehingga terjadi nukleasi berlanjut dengan pertumbuhan partikel Kurva Kelarutan dipengaruhi: temperatur pH Supersaturasi (lewat jenuh) penguapan pelarut (A C) penurunan T (A B) peningkatan pH (kurva D) 11. Peningkatan pH banyak dilakukan (mudah): Penambahan basa: hidroksida, karbonat dan bikarbonat dari K, Na, NH4 kelarutan hidroksida dan karbonat umumnya sangat rendah hidroksida dan karbonat mudah dikonversi menjadi oksida dg pemanasan tidak menghasilkan gas yg berbahaya (hanya air) Konsentrasi garam yang tinggi menghasilkan partikel yang kecil dan luas permukaan yg besar presipitasi dapat dipercepat dengan penambahan inti Makin banyak inti presipitasi makin kecil partikel 12. Sistem koloid terdiri dari : partikel berukuran 30 -10000 disebut partikel koloid medium yang mendispersikan partikel disebut fasa kontinyu atau medium dispersi Partikel koloid dapat berupa padatan, cairan dan gas atau molekul Partikel dapat berupa satu molekul atau kumpulan beberapa molekul (agregat molekul) medium dispersi dapat berupa padat, cair maupun gas Sol adalah koloid bermedium cair atau gas Aerosol, medium gas, partikel cair/padat contoh: asap rokok, kabut Emulsi, medium cair, partikel cair Suspensi koloid, medium cair, partikel padat busa : gas terdispersi dalam padatan (batu apung) atau cairan (busa sabun 13. Gel adalah sistem koloid yang setengah kaku Gel inorganik biasanya terdiri dari air yang terperangkap dalam jaringan tiga dimensi kristal sangat lembut (kecil). Kristal-kristal saling berikatan dengan gaya van der Waals, ikatan hidrogen atau ikatan kovalen air teradsorp pada kristal dan terlingkupi oleh kristal Beberapa gel dapat dikeringkan menghasilkan padatan yang sangat berpori disebut xerogel (xero (latin): kering) Contoh: larutan sodium silikat diasamkan akan membentuk gel asam silicic yg terdiri dari jaringan tiga dimensi ikatan Si-O; jika gel ini dikeringkan akan diperoleh xerogel SiO2 yg sangat berpori dan sering disebut silika gel (sebenarnya silika xerogel) 14. Contoh gel yang terbentuk dari kondensasi suatu hidroksida dan memerangkap air menghasilkan hidrogel Bila dikeringkan akan dihasilkan xerogel 15. 19 C. Impregnasi (incipient wetness) merupakan metoda deposisi langsung Contoh: NiMo/Al2O3 (proses hydrotreating) Campuran larutan Mo3+ dan Ni2+Al2O3 Volume larutan impregnasi volume pori penyangga 16. 20 C. Impregnasi (incipient wetness) merupakan metoda deposisi langsung Contoh: NiMo/Al2O3 (proses hydrotreating) Campuran larutan Mo3+ dan Ni2+ Al2O3 Volume larutan impregnasi volume pori penyangga 17. 21 IV. Pengeringan dan kalsinasi A. Pengeringan Peningkatan laju pengeringan Profil pori dan partikel setelah pengeringan Tujuan: 1. menyingkirkan moisture 2. kristalisasi logam garam pada permukaan penyangga Pengaturan laju pengeringan harus tepat: -. laju yang cepat menimbulkan tekanan uap internal yang besar -. laju yang cepat memberikan deposit logam pada mulut pori/ permukaan luar katalis -. laju yang lambat memberikan 18. 22 C. Impregnasi (incipient wetness) merupakan metoda deposisi langsung Contoh: NiMo/Al2O3 (proses hydrotreating) Campuran larutan Mo3+ dan Ni2+ Al2O3 Volume larutan impregnasi volume pori penyangga 19. 23 B. Kalsinasi Tujuan: mengkonversi logam garam menjadi fasa oksida atau logam contoh: -. Katalis Fe2O3/Al2O3 -. Katalis CuO-ZnO/Al2O3 Temperatur kalsinasi ditentukan oleh kondisi dimana dekomposisi terjadi,tidak terbentuk fasa yang sukar untuk diaktifasi dan menguapkan komponen aktif contoh: -. Ni(OH)2 /Al2O3 NiO/ Al2O3 -. T kalsinasi CoMo/Al2O3 > 500oC CoMoO4 (sukar diaktifasi) T kalsinasi CoMo/Al2O3 > 700oC MoO3 menguap T kal = 300oC 20. 24 IV. Aktifasi/reduksi Tujuan: untuk membentuk fasa aktif, dapat berupa dalam keadaan oksida, logam atau sulfida (katalis hydrotreating) Tahap ini tidak diperlukan jika fasa oksida atau logam merupakan fasa aktif Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam tahap ini: agent aktifasi (fasa oksida atau logam) : H2; CO; N2H4 (hidrazin) agent aktifasi(sulfida) : H2S; CS2 temperatur aktifasi kemurnian agent aktifasi Ni2+ - O2- + 2H+ Nio + H2O kehadiran uap air dalam H2 meskipun dalam jumlah sedikit, mempengaruhi laju dan derajat aktivasi Laju alir agent aktifasi jika penyingkiran air sangat penting, laju alir H2 menjadi sangat signifikan