pembuatan katalis

24
Subagjo Lab. Teknik Reaksi Kimia dan Katalisis Departemen Teknik Kimia – ITB 2002

Upload: ricco-riyan-kurniawan

Post on 19-Jun-2015

697 views

Category:

Engineering


7 download

DESCRIPTION

Kinetika dan Katalisa

TRANSCRIPT

Page 1: pembuatan katalis

Subagjo

Lab. Teknik Reaksi Kimia dan Katalisis

Departemen Teknik Kimia – ITB

2002

Page 2: pembuatan katalis

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

Page 3: pembuatan katalis

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 + H2O…katalis kaasa Pt, diperlukan waktu

kontak rendah menghindari reaksi samping (agar selektivitas tinggi)

Page 4: pembuatan katalis

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

Page 5: pembuatan katalis

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

Page 6: pembuatan katalis

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

Page 7: pembuatan katalis

Katalis Logam oksida tanpa Penyangga umumnya dibuat dg cara presipitasi/kopresipitasi

Katalis berpenyangga dibuat dg cara: presipitasi/kopresipitasi impregnasi

Page 8: pembuatan katalis

Untuk pembuatan: katalis berfasa aktif tunggal atau penyangga

contoh: Cr2O3, Al2O3 (presipitasi) katalis berfasa aktif campuran/berpenyangga

contoh: Fe2O3-Cr2O3, CuO-ZnO/Al2O3 (kopresipitasi)

Page 9: pembuatan katalis
Page 10: pembuatan katalis
Page 11: pembuatan katalis

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

Page 12: pembuatan katalis

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)

Page 13: pembuatan katalis

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

Page 14: pembuatan katalis

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

Page 15: pembuatan katalis

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)

Page 16: pembuatan katalis

Contoh gel yang terbentuk dari kondensasi suatu hidroksida dan memerangkap air menghasilkan hidrogel

Bila dikeringkan akan dihasilkan xerogel

Page 17: pembuatan katalis
Page 18: pembuatan katalis
Page 19: pembuatan katalis

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

Page 20: pembuatan katalis

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

Page 21: pembuatan katalis

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 deposit logam pada bagian dalam pori/partiekl katalis

Page 22: pembuatan katalis

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

Page 23: pembuatan katalis

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

Page 24: pembuatan katalis

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