K

Pengaruh Kadar Logam Ni dan Al Terhadap Karakteristik Katalis Ni-Al-

MCM-41 Serta Aktivitasnya Pada Reaksi Siklisasi Sitronelal

K

OlehSaid Mihdar Said Hady

Nrp. 1407201729Dosen Pembimbing

Dra. Ratna Ediati, M.S., Ph.D

ALUR BAHASANALUR BAHASAN

PendahuluanLatar BelakangPerumusan MasalahTujuan Penelitian

Metodologi PenelitianMetodologi PenelitianHasil dan PembahasanKesimpulan

Pendahulun

Sitronelal Isopulegol

- katalis mudah dipisahkan dengan produk-ramah lingkungan-harga murah

Heterogen

Siklisasi

Heterogen

MCM-41

Ni-Al-MCM-41

Al-MCM-41Asam Lewis Lemah

Asam Lewis Meningkat

Asam Lewis kuatdan Brønsted

Lemah

Bhattacharyya, dkk., 2001

Bhattacharyya, dkk., 2001

Fang, dkk., 2005

Lanjutan …………

Ni-Al-MCM-41

Sudah ditelitiDiteliti

MetodeMetodeHidrotermal Metode

- Pertukaran Ion

Metode-Impregnasi

- Pertukaran IonSelvaraj, et al., 2005 Trasarti, et al,

2007

Perumusan masalah

� Belum ada publikasi ilmiah tentang katalis Ni-Al-MCM-41 yang disintesis dengan metode hidrotermal

� Masuknya logam Al dan Ni akan meningkatkan keasaman katalis meningkatkan aktivitas dan keasaman katalis meningkatkan aktivitas dan selektivitas katalis

� Variasi kadar logam dalam katalis mempengaruhi aktivitas dan selektivitas katalis.

Batasan Masalah

� Metode yang digunakan dalam sintesis katalis adalah Hidrotermal.

� Variasi kandungan logam Ni terhadap Si Dan Al adalah 17, 27 dan 43 (Szegedi dkk., 2007)� Variasi kandungan logam Ni terhadap Si Dan Al adalah 17, 27 dan 43 (Szegedi dkk., 2007)

� Karakterisasi terhadap padatan yang diperoleh dengan XRD, FTIR, FTIR Piridin, SEM, ICP, Adsorpsi/ desorpsi nitrogen dan pengujian aktivitas katalis pada reaksi siklisasi sitronelal membentuk isopulegol

2.4 Preparasi Al2O3/MCM-41Metode Incipient Wetness

Lart. Al2SO4, 0.01M

Campuran

• Diaktivasi pd 393 K, 1 jam MCM-41

• 1 gr MCM-41

• Diaduk 2-3 jam

Tujuan penelitian

� Mensintesis katalis Al-MCM-41 dan Ni-Al- MCM-41 dengan metode hidrotermal dengan memvariasikan logam Ni

0.01MCampuran

padatan

• Disaring, dicuci dan di keringkan pad suhu kamar, dilanjutkan pemanasa 353K 6jam

• Dikalsinasi pd 823 K 8 jam

Al 2O3/MCM-41

dengan memvariasikan logam Ni

� Mengetahui aktivitas dan selektivitas katalis hasil sintesis

Metode Penelitian1. Sintesis Al-MCM-41 dengan metode Hidrotermal

Larutan Na2SiO3

Larutan CTABrDiaduk selama30 menit

Larutan Al2(SO4)3•18H2O

Larutan Bening

Gel

Diaduk selama30 menit

Suspensi putih

Filtrat PutihEndapan putih

•Dipanaskan 144 jam pada suhu 100 oC•Didinginkan

Al-MCM-41

•Dicuci

•Dikeringkan •Dikalsinasi

2. Sintesis Ni-Al-MCM-41 dengan metode Hidrotermal

Larutan Na2SiO3

Larutan CTABrDiaduk selama30 menit

Diaduk selama30 menit

Larutan Al2(SO4)3.18H2O

Larutan Bening

Gel

LarutanLarutanNiCl2·6H2O 30 menit

SuspensiKehijauanSuspensiKehijauan

Filtrat PutihEndapanKehijauanEndapanKehijauan

•Dipanaskan 144 jam padasuhu 100 oC•Didinginkan

Ni-Al-MCM-41

•Dicuci

Gel2 2NiCl2·6H2O

•Dikeringkan •Dikalsinasi

3. Pengaruh Waktu Terhadap Reaksi Siklisasi

Sitronelal NitrobenzenaToluena

Labu leher tiga-Dipanaskan padasuhu 80ºC-Diaduk Variasi waktusuhu 80ºC-Diaduk

Katalis

Variasi waktu15, 30, 60 menitpada suhu 80ºC

Hasil siklisasi

Analisa GC Data

�Padatan hasil sintesis mempunyai tiga tahapan pengurangan berat

�Tahap I. Suhu 50-184°C, terjadi pengurangan berat (∆m1) sebesar = 5,1%.

�Tahap II. Suhu 184 –

Gambar Kurva TGA Katalis Al-MCM-41 Hasil Sintesis

�Tahap II. Suhu 184 –288°C, terjadi pengurangan berat (∆m2) sebesar = 7,7%

�Tahap III. Suhu 288 - 400 °C, terjadi pengurangan berat (∆m2) sebesar = 5,2%

Hasil dan pembahasan

1. Analisis dengan XRD

� Puncak tajam pada 2θ= 2,36°

�Puncak tambahan

Gambar Difraktogram Al-MCM-41 Hasil Sintesis

�Puncak tambahan pada 2θ= 4,06° , 4,71°dan 6,16°

�Pola ini sesuai difraktogram MCM-41 yang dilaporkan Beck dkk, 1992

�Terjadi penurunan

intensitas puncak 1.

�Semakin banyak logam Ni, intensitas semakin kecil (a. 17, semakin kecil (a. 17, b.27, c.43, d. tanpa

logam Ni)

Gambar Difraktogram dari (a) Ni-Al-MCM-41 (17), (b) Ni-Al-MCM-41 (27),(c) Ni-Al-MCM-41 (43), (d) Al-MCM-41

2. Analisis dengan ICP-AES

Katalis

Kadar (%)

Al Ni

Semakin banyak logam nikel yang masuk, maka Al Ni

Al-MCM-41

Ni-Al-MCM-41(17)

Ni-Al-MCM-41(27)

Ni-Al-MCM-41(43)

3,11

2,15

2.38

2,39

-

2,95

1,85

0,86

masuk, maka kadar logam Aluminium semakin kecil.

3.Analisis dengan FTIR� V1 = 3450 cm-1

V2 = 1638 cm-1

V3 = 1248 cm-1

V4 = 1079 cm-1

V5 = 966 cm-1

V6 = 798 cm-1

V7 = 467 cm-1

� Gu dkk (1999)

Gambar . Spektra FTIR Hasil Sintesis Al-MCM-41

� Gu dkk (1999) MCM-41 → 1088, 961, 797 & 465

� Pita 1079 → vibrasi ulur asimetri Si-O-Si

� Pita 467 → vibrasi tekuk Si-O-Si dari gugus siloksan

Gam

bar.

Spe

ktra

FT

IR H

asil

Sin

tesi

s (a

) Al-M

CM

-41

(43)

. (c)

NiA

l-MC

M-4

1(27

),

41(1

7)

Gam

bar.

Spe

ktra

FT

IR H

asil

Sin

tesi

s (a

) Al

41, (

b) N

iAl-M

CM

-(d

) N

iAl-M

CM

-41

(17)

Puncak

Bilangan Gelombang (cm-1)

Serapan dari Gugus fungsi

Zn-Al-MCM-41(Selvaraj et al.,

2003)Ni-Al-MCM-41

340 43 27 17

V1 Sekitar 3500 3445 3439 3433 Vibrasi ulur dari air

V2 1623-1640 1634 1638 1633 Vibrasi tekuk dari air

V3 - 1242 1237 1237 Vibrasi ulur Si-O-Si

V4 1096 1058 1079 1090 Vibrasi ulur Si-O-Si

V5 970 960 966 966 Vibrasi ulur Si-OH

V6 803 792 792 792 Vibrasi ulur Si-O-Si

V7 462 467 457 461 Vibrasi tekuk Si-O-Si

4. Analisis dengan FTIR Piridin�Puncak pada sekitar 1449 merupakan asam Luwis�Puncak pada sekitar 1491 merupakan sisi asam Lewis & Brønsted.�Puncak disekitar 1548 merupakan sisi asam Brønsted

Gambar. Spektra FT-IR Piridin Katalis Hasil Sintesis(a)Al-MCM-41, (b)Ni-Al-MCM-41(17), (c) Ni-Al-MCM-41(27), (d)Ni-Al-MCM-41(43),

Brønsted�Sisi asam Lewis bertambah dengan meningkatnya kandungan logam Ni dan sebaliknya Sisi asam Brønsted berkurang dengan adanya penambahan Ni

Jenis Asam Al-MCM-41

Katalis Ni-Al-MCM-41

43 27 17

Asam Lewis dan Brønsted katalis Al-MCM-41 dan Ni-Al-MCM-41 Hasil Sintesis

Lewis (mmol/g) 0,101 0,375 0,737 0,890

Brønsted

(mmol/g)

0,360 0,353 0,261 0,307

5. Analisis dengan Adsorpsi/desorpsi Nitrogen

-Kurva adsorpsi mengalami kenaikan relatif yang hampir sama dari 0,25-0,4 - Terjadi - Terjadi hysteresis loop tipe H1 antara 0,5 dan 1- Kurva isoterm tipe IV

Gambar 4.7 Kurva Isoterm Adsorpsi/Desorbsi N2(a)Al-MCM-41, (b) Ni-Al MCM-41 (43), (c) Ni-Al-MCM-41 (27), (d) Ni-Al-MCM-41 (17)

Hasil Perhitungan Luas Permukaan Spesifik, dan Pengukuran Volume Pori dan Diameter Pori Rata – Rata Padatan Hasil Sintesis

Sampel

Luas Permukaan Spesifik

S BET(m2/g)

Volume Pori Total(cm3/g)

Diameter Pori Rata –

Rata(Å)(Å)

1 Al-MCM-41 746 0,8148 43,69

2 Ni-Al-MCM-41(43) 738 0,8497 45,94

3 Ni-Al-MCM-41(27) 745 0,8869 48,18

4 Ni-Al-MCM-41(17) 435 0,4909 45,19

Gambar. Kurva Adsorpsi Ukuran Distribusi Pori N2 (a)Al-MCM-41 , (b) Ni-Al MCM-41 (43), (c) Ni-Al-MCM-41 (27), (d) Ni-Al-MCM-41 (17)

6. Analisis dengan SEM (Scanning Electron Microscopy)

a

-Morfologi katalis ber bentuk gumpalan dgn tingkat keteraturan berbeda, dan saling tumpang tindih a

cbGambar Mikrograf Hasil SEM (a) Al-MCM-41, (b) NiAl-MCM-41(17) dan (c) NiAl-MCM-41(43)

tumpang tindih-Gumpalan Katalis Tanpa Ni lebih besar dibanding katalis Ni-Al-MCM-41

7. Analisis Siklisasi Sitronelal Dengan Kromatografi Gas (GC)

�Katalis Al-MCM-41 memiliki aktivitas yang paling kecil

Katalis Ni-Al-MCM-

(1) Al-MCM-41, (2) Ni-Al-MCM-41 (43), (3) Ni-Al-MCM-41 (27), (4) Ni-Al-MCM-41 (17) pada waktu reaksi 60 menit

�Katalis Ni-Al-MCM-41 memiliki aktivitas yang cenderung naik, seiring meningkatnya kandungan logam Ni

Hubungan Aktivitas dan Selektivitas katalis dengan kandungan asam Lewis dan Brønsted

�Bertambahnya keasaman katalis Ni-Al-MCM-41 maka aktivitas katalitik yang berlangsung pada permukaan mengalami peningkatan sebanding dengan keasaman katalis�Kekuatan asam tidak berpengaruh terhadap selektivitas berpengaruh terhadap selektivitas produk yang dihasilkan. Selektivitas dipengaruhi oleh struktur padatan katalis�Katalis Al-MCM-41 dengan kristalinitas lebih tinggi menghasilkan konversi sitronelal yang lebih rendah tetapi lebih selektif dibandingkan dengan katalis Ni-Al-MCM-41 yang mempunyai struktur amorf.

�Aktivitas katalis cenderung mengalami peningkatan dengan bertambahnya waktu reaksi. �Waktu reaksi 60 menit terlihat memiliki konversi sitronelal yang besar untuk masing-masing katalis yang sama�Katalis Ni-Al -MCM -41

Gambar : Konversi Sitronelal dan Selektivitas Isopulegolpada Reaksi Siklisasi dengan variasi waktu 15, 30 dan 60menit pada Suhu 80°C (1) Al-MCM-41, (2) Ni-Al-MCM-41(43), (3) Ni-Al-MCM-41(27), (4) Ni-Al-MCM-41(17)

�Katalis Ni-Al -MCM -41 (17) dengan waktu reaksi 60 menit, jumlah sitronelal yang terkonversi menjadi isopulegol yang paling besar, yaitu 78,09%. Sedangkan selektivitas yang paling besar pada katalis Ni-Al-MCM-41(27) dengan waktu reaksi 15 menit.

�Bertambahnya keasaman Lewis katalis , maka aktivitas katalitik yang berlangsung pada permukaan mengalami peningkatan�Konversi katalis Ni-Al-MCM-41 cenderung mengalami peningkatan dengan bertambahnya waktu�Aktivitas katalis meningkat

Gambar. Konversi Sitronelal terhadap Jumlah Asam Lewis (1) Al-MCM-41, (2) Ni-Al-MCM-41(43), (3) Ni-Al-MCM-41(27), (4) Ni-Al-MCM-41(17)

�Aktivitas katalis meningkat dengan urutan NiAl-MCM-41(17)> NiAl-MCM-41(27)> NiAl-MCM-41(43)>Al-MCM-41

Kesimpulan�Dari hasil reaksi siklisasi sitronelal, katalis Ni-Al-MCM-41 (17) mempunyai aktivitas yang tinggi, 78.09 % dengan waktu reaksi 60 menit dibandingkan katalis lain. Namun katalis Ni-Al-MCM-41 (27) memiliki selektivitas paling tinggi, 88.85% dengan waktu reaksi 15 menit. 15 menit. �Katalis yang lebih selektif akan membutuhkan waktu reaksi lebih pendek untuk mencapai selektivitas terbesar. �Selektivitas katalis tidak dipengaruhi keasaman katalis, tetapi ditentukan oleh faktor derajat kristalinitas katalis, serta waktu reaksi.