REVIEW
JURNAL
SINTESIS DAN
KARAKTERISASI ZEOLIT ZSM-5/ β Co-CRYSTALLINE
Zeolit β merupakan satu-satunya
zeolit yang memiliki kadar silika yang tinggi dan memiliki struktur tiga
dimensi, memiliki sistem khusus cross 12-membered ring channel, bersifat
katalis asam, dan memiliki selektivitas struktur yang baik, tetapi keasamaannya
yang lemah tidak cukup untuk melakukan reaksi, dan biaya sintesisnya tinggi.
Sedangkan zeolit ZSM-5 memiliki struktur pori khusus, stabilitas termal dan
hidrotermal yang tinggi, keasaman yang cukup baik, tapi kinerja transfer aromatiknya
tidak baik. Untuk meningkatkan kinerja katalis zeolit dan memenuhi persyaratan
aplikasi industri, maka perlu dilakukan dilakukan sintesis katalis kompleks
multi-stuktur. Sintesis katalis kompleks multi-stuktur yang telah diteliti dan
dipublikasikan diantaranya Y zeolite/MCM-41, MCM-41/ZSM-5, β/MCM-41 dan
ZSM-35/MCM-22. Namun penelitian tentang zeolit ZSM-5/β co- crystalline belum
pernah dibahas.
Pada penelitian ini dilakukan sintesis zeolit ZSM-5/
β co-crystalline dengan menambahkan biji kristal ZSM-5, NaAlO2, dan padatan silika.
Kemudian diidentifikasi keasaman, struktur pori dan kinerja katalis dari zeolit
ZSM-5/ β co-crystalline tersebut, serta membandingkannya dengan karakteristik
ZSM-5, zeolit β dan campuran fisis dari keduanya.
SINTESIS/LANGKAH
KERJA
- Sintesis zeolit ZSM-5/ β co-crystalline
Mengambil
benih kristal ZSM-5 masing-masing 1, 2, 3, 4 gram. Masing-masing benih dicampurkan
dengan 0,6 gram sodium fluoride; 29,5 gram TEAOH 15%; 2,2 gram natrium fluorida
20%; 29,5 gram TEAOH 15%; 2,2 gram larutan asam sulfat 20% dan 13,5 ml air
terionisasi homogen. Kemudian ditambahkan 0,5 gram NaAlO2 dan diaduk
hingga homogen. Kemudian ditambahkan19,7 gram sol silika dan distirer kembali
hingga homogen. Semua sampel diletakkan dalam autoklaf pada suhu 1400
C selama 6 hari agar terbentuk kristal. Setelah proses pembentukan kristal (kristalisasi),
campuran didinginkan dengan cepat dan disaring kemudian dicuci. Campuran
dikeringkan pada 100-1100 C selama 3-4 jam untuk menghasilkan serbuk
zeolite ZSM-5/β co-crystalline dan masing-masing diberi label S1, S2, S3 dan
S4.
- Preparasi campuran fisis
Campuran
fisis dikalsinasi dalam saringan untuk menurunkan amina organik dengan reaksi
yang suhunya dinaikkan dalam dua tahap. Bentuk amonium dari katalis zeolit
dibuat dengan cara mereaksikan campuran fisis dan NH4Cl
dengan perbandingan 15 ml larutan NH4Cl 1 mol/L per gram campuran fisis untuk
pertukaran ion. Perlakuan ini dilakukan 2 kali dengan masing-masing waktu 30-40
menit. Produk yang dihasilkan kemudian dikalsinasi dalam saringan selama 4 jam
pada 5400 C untuk menghasilkan produk akhir berupa bentuk hydrogen
dari zeolit katalis ZSM-5 β
co kristal.
- Karakterisasi sampel
Tahap karakterisasi sampel dilakukan dengan XRD (Siemens D5005). Fraksi massa ZSM-5 pada bahan co-kristal dihasilkan dengan membandingkan pola
puncak difraksi XRD yang berbeda dengan campuran fisik di
mana ZSM-5 dan zeolit β yang pada dasarnya telah homogen. SEM
(ISI-60A, ISI Inc, USA) digunakan untuk mengamati morfologi
dari sampel kristal.
Adsorptionmeter (ASAP2400) dan metode adsorbat nitrogen digunakan untuk
mengukur kurva adsorpsi- desorpsi, distribusi ukuran
pori, luas permukaan dan volume pori.
NH 3- desorpsi suhu
terprogam (NH 3 -TPD) pada TP 5000
adsorptionmeter multi fungsi digunakan untuk mengukur keasaman dan jumlah asam.
PEMBAHASAN
a.
Karakterisasi
dengan XRD
Dengan menggunakan XRD diperoleh pola
difraksi XRD zeolit ZSM-5/ β co-crystalline yang telah disintesis melalui penambahan jumlah ZSM-5 yang bervariasi
dan pola XRD ZSM-5 dan zeolit β murni. S1, S2, S3, S4 adalah sampel co-kristaline
yang telah disintesis dan perbandingan bibit
ZSM-5 kristal per unit berat sampel adalah 0,16; 0,32; 0,48; dan 0,72.
Dengan membandingkan pola difraksi
XRD zeolit ZSM-5/ β co-crystalline yang telah disintesis dengan
penambahan jumlah ZSM-5 yang bervariasi dan pola difraksi ZSM-5 dan zeolite β yang murni, S1, S2, S3, dan S4
zeolit β mempunyai perbedaaan puncak difraksi dimana besar 2θ adalah 7,80
; 21,00 ; dan 29,40. Sedangkan pada ZMS – 5 besar 2θ
adalah 8,8 dan 23,0 - 25,0. Hal ini menunjukkan bahwa zeolit ZSM-5/ β
co-crystalline dapat disintesis dengan menambahkan ZSM-5 kedalam zeolit β . Dengan menggunakan
analisis kuantitatif XRD, massa fraksi ZMS – 5 dalam S1, S2, S3, dan S4 ZMS – 5 dapat diukur dan besarnya adalah S1 = 10%, S2
= 20%, S3 = 30%, dan S4 = 50%.
b.
Karakterisasi
dengan SEM
ZSM-5 dan zeolite β dengan
perbandingan mol (1:1) dicampur sampai homogen sehingga diperoleh campuran
fisis. Kemudian kinerja fisika-kimia zeolit ZSM-5/ β co-crystalline dibandingkan
dengan campuran fisis tersebut. Dan massa fraksi ZSM-5 dalam zeolit ZSM-5/ β
co-crystalline yang digunakan adalah 50%.
Berdasarkan SEM
dari ZSM-5, zeolit β, zeolit ZSM-5/ β co-crystalline
dan campuran
fisis yang telah diperbesar 10000 kali, diperoleh hasil bahwa kristal ZSM-5
berbentuk prismatik yang menonjol dan terakumulasi. Zeolite β berbentuk
bulat dan tidak beraturan. Sedangkan pada campuran fisis hanya terlihat kristal
ZSM-5 dan zeolite β bercampur
secara fisik saja. Tetapi morfologi zeolit
ZSM-5 / β co-crystalline berbeda dengan morfologi ZSM-5, β zeolit, dan campuran fisis. Zeolit ZSM-5/ β co-crystalline memilki
morfologi bulat dan tidak beraturan seperti zeolite β, tidak menonjol secara teratur seperti campuran
fisis, dan ukuran butirannya pun berbeda dengan kristal ZSM-5, zeolite β dan
campuran fisisnya. Hal ini menunjukkan bahwa bentuk kristal zeolit ZSM-5/ β
co-crystalline tidak hanya sekedar campuran fisis dua kristal consitituent ZSM-5 dan zeolite β.
c.
Karakterisasi
dengan NH3-TPD
Perlakuan dengan asam lemah
menghasilkan puncak desorpsi pada suhu rendah. Pada percobaan ini dihasilkan
bahwa urutan kekuatan keasaman adalah zeolit ZSM-5/ β-co-kristal > zeolit β > campuran fisis >
ZSM-5. Keasaman pada zeolit ZSM-5 /
β-co-kristal adalah 3% lebih kuat daripada campuran fisis. Suhu campuran fisis
pada puncak desorpsi suhu tinggi berada diantara ZSM-5 dan zeolit β. Puncak
desorpsi baik suhu tinggi maupun suhu rendah zeolit ZSM-5 / β
co-kristal menurun, 230 C lebih rendah dari campuran fisis. Hal ini
mengindikasikan bahwa keasaman dan jumlah asam memungkinkan untuk memenuhi
syarat keasaman pada beberapa reaksi sintesis ZSM-5 / zeolit β co-kristal.
d.
Karakterisasi
adsorpsi N2 pada struktur zeolit
Berdasarkan grafik yang diperoleh dapat
disimpulkan bahwa bentuk isoterm adsorpsi-desorpsi ZSM-5 / zeolit β co-kristal
dan campuran fisis pada suhu -1960 C setelah proses deaminasi dan
trans hydrogen memiliki perbedaan yang kecil.
Berdasarkan bentuk isoterm
adsorpsi-desorpsi maka dapat ditentukan kurva distribusi ukuran pori ZSM-5,
zeolit β, ZSM-5 / β co-kristal zeolit dan campuran
fisis dengan menggunakan model HK. Dari
hasil model HK diperoleh nilai ukuran zeolit ZSM-5/ β co-crystalline dan
campuran fisis lebih besar daripada ZSM-5, tetapi lebih kecil dari zeolit β.
Berdasarkan tabel adsorpsi N2,
volume pori-pori mikro dari zeolit ZSM-5/ β co-crystalline dan campuran fisis
lebih besar daripada ZSM-5 dan zeolit β. Parameter struktur pori-pori memiliki
karakter masing-masing karena adanya perbedaan kecil dalam struktur pori.
e.
Evaluasi
aktivitas katalitik zeolit
Untuk mengevaluasi aktivitas katalis zeolit dilakukan dengan reaksi
alkilasi toluen yaitu dengan menggunakan nitrogen sebagai gas pembawa,
kecepatan arus 20 ml/menit, suhu reaksi 4000 C, pulse sampling 0,3
µl dan toulena/karbinol = 1/ 1,5 sebagai molecular probe. Alkilasi adalah
reaksi antara ion karbonium dengan katalis asam. Jumlah, jenis, intensitas dan
distribusi gugus aktif mempunyai pengaruh yang berbeda terhadap selektivitas
aktivitas reaksi alkilasi. Percobaan ini mengindikasikan
bahwa konversi toluena meningkat seiring dengan peningkatan jumlah total asam dalam zeolit.
Selektivitas untuk toluena alkilasi meningkat seiring dengan penurunan
keasaman.
Seperti yang dinyatakan sebelumnya, keasaman zeolit ZSM-5 / β co- crystalline adalah 3% lebih kuat dibandingkan dengan
campuran fisis, dan puncak desorpsi pada suhu rendah dan tinggi zeolit ZSM-5 /
β co- crystalline menurun ke suhu yang lebih
rendah. Jadi sintesis zeolit ZSM-5 / β co-crystalline tampaknya memenuhi keasaman yang diperlukan untuk alkilasi toluena . Jadi zeolit
ZSM-5 / β co- crystalline memiliki kandungan tertinggi xilena, yaitu 10,4% lebih tinggi
dari campuran fisis.
Dan zeolit ZSM-5 / β co- crystalline memiliki
selektivitas yang lebih baik untuk alkilasi toluena dan
kurang baik untuk de-metilasi dibandingkan dengan zeolit β, ZSM-5
dan campuran fisis.
KESIMPULAN
- Pola XRD menunjukkan bahwa zeolit ZSM-5 / β co-crystalline disintesis dengan menyesuaikan kondisi kristal dalam fase homogen. ze olite β dan ZSM-5 dalam zeolit ZSM-5 / β co-crystalline tidak hanya secara fisik dicampur seperti diungkapkan oleh SEM.
- NH3–TPD menunjukan bahwa keasaman zeolit ZSM-5 / β-co-crystalline 3% lebih kuat daripada campuran fisis tetapi puncak desorpsi baik suhu tinggi maupun suhu rendah zeolit ZSM-5 / β co-kristal masing-masing 230 C lebih rendah dari campuran fisis.
- Karakterisasi struktur zeolite dengan adsorpsi N2 menunjukkan bahwa struktur pori zeolit ZSM-5 / β-co-crystalline dan campuran fisis memiliki sedikit perbedaan, namun zeolit ZSM-5 / β-co-crystalline dan campuran fisis memiliki banyak perbedaan dengan ZSM-5 ataupun dengan zeolit β.
- Zeolit ZSM-5 / β co- crystalline memiliki kandungan tertinggi xilena, yaitu 10,4% lebih tinggi dari campuran fisis. Dan zeolit ZSM-5/β co- crystalline memiliki selektivitas yang lebih baik untuk alkilasi toluena dan kurang baik untuk de-metilasi dibandingkan dengan zeolit β, ZSM-5 dan campuran fisis.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar