Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

Makalah Kode C.8 PREPARASI DAN KARAKTERISASI ZEOLIT ALAM UNTUK KONVERSI SENYAWA ABE MENJADI HIDROKARBON Oleh: Setiadi dan Astri Pertiwi DEPARTEMEN TEKNIK.

Presentasi serupa


Presentasi berjudul: "Makalah Kode C.8 PREPARASI DAN KARAKTERISASI ZEOLIT ALAM UNTUK KONVERSI SENYAWA ABE MENJADI HIDROKARBON Oleh: Setiadi dan Astri Pertiwi DEPARTEMEN TEKNIK."— Transcript presentasi:

1 Makalah Kode C.8 PREPARASI DAN KARAKTERISASI ZEOLIT ALAM UNTUK KONVERSI SENYAWA ABE MENJADI HIDROKARBON Oleh: Setiadi dan Astri Pertiwi DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA UNIVERSITAS INDONESIA Disampaikan dalam Acara Konggres dan Simposium Nasional ke –2 MKICS, Semarang April 2007

2 I. PENDAHULU AN LATAR BELAKANG Kondisi saat ini : Ketergantungan dunia pada sumber hidrokarbon minyak bumi, sebagai sumber energo utama. Minyak Bumi cadangan terbatas dan non renewable, diindikasikasikan harga minayk dunia tak terkendali pada harga tinggi (diatas $US70) Essensi Krisis Energi : kelangkaan sumber hidrokarbon minyak bumi tidak memenuhi kebutuhan dunia Paradigma : Minyak bumi sebagai energi alternatif ? HK bersumber Biomassa (Rasio H/C tinggi). Perlu dicarikan Teknologi Konversi Berbasis Biomassa Kebutuhan Energi Sumber Hidrokarbon Dapat diperbaharui Tidak dapat diperbaharuhi Biomassa Fosil Fermeasi Refining Hydrocarbon for : Fuel & Chemicals Aseton-Butanol- Etanol Konversi Katalitik Area Lingkup Penelitian

3 Reaksi konversi senyawa ABE menjadi hidrokarbon memerlukan katalis asam Pemanfaatan Zeolit Alam sebagai katalis asam. Perlu Aktifasi dan Modifikasi dengan penambahan Boron oksida (B 2 O 3 ) pada zeolit alam untuk meningkatkan keasaman maupun inti aktif lain (peroksida, BO 4 - ) Yield senyawa hidrokarbon hasil konversi senyawa ABE (aseton-Butanol-Etanol) yang setinggi-tingginya I. PENDAHU LUAN Zeolit Alam Untuk Konversi Senyawa ABE

4 TUJUAN PENELITIAN  Preparasi zeolit alam (asli Malang) serta modifikasinya sebagai katalis untuk proses konversi senyawa ABE menjadi senyawa hidrokarbon  Melakukan karakterisasi B 2 O 3 /HNZ menggunakan XRD dan metode adsorpsi-desorpsi Ammonia  Menentukan komposisi B 2 O 3 /HNZ dan variabel kondisi operasi yang optimum untuk menghasilkan yield produk yang optimal I. PENDAHU LUAN

5 RUANG LINGKUP Bahan baku yang digunakan adalah campuran aseton- butanol-etanol (ABE) dengan perbandingan 3:6:1 Zeolit alam MOR asal Malang yang telah dimodifikasi dengan penambahan Boron oksida (B 2 O 3 ) digunakan sebagai katalis Menerapkan metode ultrasonik pada proses preparasi katalis sebagai additional work Variasi rasio B 2 O 3 /HNZ sebesar 5%, 10% dan 15% boron oksida I. PENDAHU LUAN

6 RUANG LINGKUP Karakterisasi katalis dilakukan dengan metode X- Ray Diffraction (XRD), X-Ray Flourescence (XRF), dan analisis keasaman dengan prinsip adsorpsi- desorpsi ammonia. Reaksi konversi katalitik ABE dilakukan dalam reaktor tabung yaitu jenis packed bed reactor

7 ZEOLIT Bentuk Tetrahedral Kerangka Silika dan Alumina 2. Fundamental Struktur Rangka Mordenit (contoh ) Rumus empiris: M c/n [ (AlO 2 ) C (SiO 2 ) d ]. bH 2 O Kerangka dasar struktur zeolit adalah unit-unit tetrahedral AlO 4 dan SiO 4 yang saling berhubungan mll. atom oksigen

8 PEMANFAATAN ZEOLIT Adsorben Penukar Ion Katalis : 1. Katalis selektif bentuk - selektif reaktan - selektif produk 2. Katalis asam adanya situs asam Bronsted dan Lewis 2. Fundamental

9 KATALIS ASAM ( H-Zeolit) kemampuan zeolit dlm mengkatalisis suatu reaksi erat dengan sifatnya sebagai padatan asam adanya situs asam Bronsted dan Lewis 2. Fundamental (Source : Sierka and Sauer, J. Phys. Chem. B 2001, 105, ) Acidic protons migrate between the four oxygen atoms surrounding the tetrahedral aluminum center in the following fashion ( Ryder, dkk., J. Phys. Chem. B 2000, 104, 6998)

10

11 KONVERSI KATALITIK SENYAWA ABE (Aseton-Butanol-Etanol ) Gambar 1 Skema Reaksi Konversi Campuran n-Butanol dan Aseton Menjadi Hidrokarbon dengan Katalis H-ZSM-5 (Sumber : Costa & Aquado, 1992; Tanabe & Misono, 1989) 2. Fundamental

12 3. METODE PENELITIAN Diagram Alir Kerja Penelitian

13 Preparasi Katalis Diagram Alir Tahap Preparasi Katalis B 2 O 3 /HNZ 3. METODE PENELITIAN

14 PENGUJIAN KEASAMAN Didasarkan pada prinsip adsorpsi dan desorpsi suatu molekul pada suatu pemukaan padat (solid surface) dalam hal ini adalah pemukaan katalis. Gambar 3.3. Grafik Karakterisasi Keasaman 3. METODE PENELITIAN

15 Skema Alat Uji Kinerja Katalis Unggun Katalis Quartz sand Produk Cair ( W, Kadar ABE Sisa ?? ) Si- lin- der Gas N 2 Flow meter Quartz wool Heating mantle Butanol Bubbler Tube Gaseous Sample (W, Komposisi % berat) Ice-Water bath Tungku listrik Thermocouple Sample Injection Methode N2N2 liquid drop W injection??

16 Instrumen Gas Chromatography jenis FID (Shimadzu) Kolom SE-30 untuk sampel produk Cair Kolom porapak Q untuk komponen gas yang mengandung etilena, etana, propilena, propana serta senyawa C 4 (butena, butana, maupun isobutena). 3. METODE PENELITIAN Analisa Produk cair dan gas

17 Karakterisasi XRF Chemical Formula Wt(%)Chemical Formula Wt(%) Mg Al Si S K Ca Ti Mn Fe Sr MgO Al 2 O 3 SiO 2 S K 2 O CaO TiO 2 MnO Fe 2 O 3 SrO Komponen Utama Pembentuk kerangka Alumina & Silika dengan Rasio Si/Al = 5.17 Gambar 4.1. Grafik Hasil Analisa XRF IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

18 Karakterisasi XRD IV. HASIL DAN PEMBAHASAN Struktur rangka Mordenit Na 8 (AlO 2 ) 40 (SiO 2 ). 24H 2 O Secondary building block, Chains of 4- membered oxygen rings or T atoms Secondary building block, Chains of 5- membered oxygen rings or T atoms The pore channel 12- membered oxygen ring structure 0.67 x 7.0 nm Spektrum XRD untuk Zeolit Mordenit Standard

19 Kristalinitas dari Zeolit Alam Malang = 44.1 % adalah Kristal Kerangka Mordenit Spektrum XRD Zeolit Alam Malang IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

20 Spektrum XRD Zeolit Setelah Pertukaran Ion Ca-zeolit + NH 4 Cl NH 4 -zeolit + CaCl 2  didapatkan %kristalinitas sebesar 50.8 %.  kenaikan %kristalinitas yaitu sebesar 6.7 % IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

21 Spektrum XRD Zeolit Setelah Kalsinasi Spektrum XRD Zeolit Setelah Penambahan 5% B 2 O 3 IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

22 Uji Aktivitas Katalis “Yield Hidrokarbon” T reaksi = 375 o CT reaksi = 425 o C T reaksi = 460 o C IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

23 Pengaruh Keasaman Keasaman katalis meliputi jumlah asam (acid density) dan kekuatan asam (acid strength). Acid density merupakan kemampuan katalis untuk mengadsorpsi NH 3 Acid strength menunjukkan kemampuan katalis mengadsorpsi NH 3 pada rentang suhu tertentu. IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

24 Katalis HNZ Katalis 5%B 2 O 3 /HNZ Reaksi konversi ABE tidak membutuhkan tingkat acid strength yang terlalu tinggi Jika reaksi dilangsungkan pada suhu yang lebih tinggi diatas 425 o C (diatas titik optimum acid strength), reaksi tidak mengarah pada pembentukan senyawa hidrokarbon dan reaksi terdekomposisi menjadi produk CO dan CO 2 IV. HASIL DAN PEMBAHASAN Katalis 10%B 2 O 3 /HNZ

25 V. KESIMPULAN 1. Hasil Preparasi dan karakterisasi katalis –Zeolit alam Malang merupakan zeolit MOR dengan %kristalinitas 44.1%, Rasio Si/Al = 5.17 dan Ca 2+ sebagai original cationyang cukup tinggi dan merupakan zeolit MOR dengan %kristalinitas 44,1%. –Pencucian dan pertukaran ion menggunakan NH 4 Cl 1M cukup efektif dapat meningkatkan kemurnian %kristalinitas menjadi 50.8%. Perlakuan pada suhu setinggi 600 o C tidak menyebabkan perubahan % kristalinitas, yang berarti tidak merontokkan kerangka struktur mordenit zeolit alam. –Katalis 5% B 2 O 3 /HNZ mempunyai jumlah keasaman yang tinggi sebesar 3  mol/ o C dan puncak acid strength pada temperatur 425 o C 2. Temperatur reaksi 375 o C merupakan temperatur optimum untuk reaksi konversi senyawa ABE menjadi hidrokarbon menggunakan katalis dengan loading 5% B 2 O 3 memberikan %yield yang relatif cukup tinggi mencapai 41.9%.

26

27 Zeolite Pore size, nm Y0.72 Mordenite0.67 x 0.7 Offreite0.64 ZSM x 0.56 Ferrierite0.43 x 0.55 Erionite0.52 x 0.36 Pore Dimension for some Zeolites Additional Data & Results of Study

28 Sensitivitas Selektivitas Produk terhadap suhu Reaksi ( Sumber : Chang & Silvestri, Journal of Catalysis, 47, p. 255 ) Produk Hidrokarbon Hasil Konversi Alkanol > 370 o C C 1 C 2 -C 4 Paraffins C 2 -C 4 Olefins Aromatics C 5 + aliphatics Produk samping (Water, H 2, CO, CO 2 ) Additional Data & Results of Study

29 Shift Selectivities Due to The Temp. Changes Contoh : 2 (dua) Temp. 350 o C & 400 o C untuk produk Isobutene Aromatics Aliphatics COx (1,3,5 Trimetilbenzena) Konversi Aseton & Sensitivitas Pergeseran Selektivitas Produk thd Suhu Reaksi (Sumber : Chang, Lang, & Bell, 1981, Catalysis of Organic Reactions by William R. Moser (Editor), Marcel Dekker Inc., 73-94) Additional Data & Results of Study

30 Ilustrasi difusi molekul senyawa Hidrokarbon diseputar mulut pori zeolit (Source : Sierka and Sauer, J. Phys. Chem. B 2001, 105, ) Acidic protons migrate between the four oxygen atoms surrounding the tetrahedral aluminum center in the following fashion (Ryder, dkk., J. Phys. Chem. B 2000, 104, 6998) Additional Data & Results of Study

31 Fundamental review Keasaman Zeolit (H-Zeolit)  reaksi perengkahan Katalis B 2 O 3 Fasa aktif Tersangga → untuk Reaksi –Dehidrogenasi oleh Otsuka & Setiadi (1993; 1994;1995; 1999; 2004, 2005, 2006); –Dehidrasi Alkohol (Metanol, Etanol, propanol dan butanol) oleh Setiadi, Sudirman, Tatang Irawan, Dariyus (1998, 1999, 2005); –Reaksi Perengkahan (Setiadi, Melly F., Bayu, Benny, 2006) –Reaksi Alkilasi (Setiadi, Nova, Tomo, Fitri, 2006); –Reaksi Konversi Senyawa ABE menjadi Hidrokarbon untuk fuel & Chemicals (Setiadi, Dariyus, Astri, Lusi, Prilly,2006) B 2 O 3 dalam alumina  spesi BO 4  meningkatkan keasasaman tipe Bronsted (Sato dkk., 2001) Research Strategy 1.Multisite Active Catalyst : Asam Bronsted, Spesi Peroxide, Spesi BO 4 2.B 2 O 3 Impregnation : Penciutan dimensi Pori Zeolit Desain Katalis B 2 O 3 /Zeolit

32

33 Chang C.D dan A.J. Silvestri, 1977, The conversion of Methanol and Other O-Compounds to hydrocarbons over Zeolite Catalysts, Journal of Catalysis, 47, Chang, Clarence D., W. H. Lang, and W.K. Bell, 1981, "Molecular Shape-Selective Catalysis in Zeolite," in Catalysis of Organic Reactions edited by William R. Moser, Marcel Dekker Inc., Xu, Teng, Eric J. Munson, and James F. Haw, 1994, "Toward a Systematic Chemistry of Organic Reactions in Zeolites: In Situ NMR Studies of Ketones," J. Am. Chem. Soc., 116, Hutchings, Graham J., Peter Johnston, Darren F. Lee, Ali Stair Warwick, Craig D. Williams and Mark Wilkinson, 1994, "The conversion of methanol and other O-compounds to hydrocarbons over zeolite β", Journal of Catalysis 147, Lucas, A., P. Canizares, A. Duran, A. Carrero, 1997, "Dealumination of HZSM-5 zeolites : Effect of steaming on acidity and aromatization activity," Appl. Catal. 154, 221 Stevens, Mark G., Denise Chen and Henry C. Foley, 1999, "Oxidized Cesium/Nanoporous Carbon Materials: Solid-Base Catalysts with Highly Dispersed Active Sites," J.C.S., Chemical Commun., Dehertog, W.J.H., G.F. Fromen, 1999, "A catalytic route for aromatics production from LPG", Applied Catalysis A: General Zaki, M.I., M. A. Hasan, F.A. Al-Sagheer, and L. Pasupulety, 2000, "Surface Chemistry of Acetone on Metal Oxides: IR Observation of Acetone Adsorption and Consequent Surface Reactions on Silica-Alumina versus Silica and Alumina," Langmuir, 16, Xu, M., W. Wang and Michael Hunger; 2003, " Formation of acetone enol on acidic zeolite ZSM-5 evidenced by H/D exchange", Chem Commun, Tracking Acuan untuk Mekanisme Reaksi Additional Data & Results of Study

34 T reaksi = 375 o CT reaksi = 400 o C T reaksi = 425 o CT reaksi = 4 80 o C Uji Aktivitas Katalis Konversi Senyawa Aseton, Butanol dan Etanol“ Additional Data & Results of Study


Download ppt "Makalah Kode C.8 PREPARASI DAN KARAKTERISASI ZEOLIT ALAM UNTUK KONVERSI SENYAWA ABE MENJADI HIDROKARBON Oleh: Setiadi dan Astri Pertiwi DEPARTEMEN TEKNIK."

Presentasi serupa


Iklan oleh Google