1 / 34

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA UNIVERSITAS INDONESIA

Makalah Kode C.8 PREPARASI DAN KARAKTERISASI ZEOLIT ALAM UNTUK KONVERSI SENYAWA ABE MENJADI HIDROKARBON Oleh: Setiadi dan Astri Pertiwi. Disampaikan dalam Acara Konggres dan Simposium Nasional ke –2 MKICS, Semarang 18-19 April 2007. DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA UNIVERSITAS INDONESIA.

myra
Download Presentation

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA UNIVERSITAS INDONESIA

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Makalah Kode C.8PREPARASI DAN KARAKTERISASI ZEOLIT ALAM UNTUK KONVERSI SENYAWA ABE MENJADI HIDROKARBONOleh:Setiadi dan Astri Pertiwi Disampaikan dalam Acara Konggres dan Simposium Nasional ke –2 MKICS, Semarang 18-19 April 2007 DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA UNIVERSITAS INDONESIA

  2. Aseton-Butanol- Dapat Fermeasi Biomassa Etanol diperbaharui Kebutuhan Sumber Konversi Katalitik Energi Hidrokarbon Hydrocarbon for : Fuel & Chemicals Tidak dapat Fosil Refining diperbaharuhi Area Lingkup Penelitian I. PENDAHULUAN 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

  3. I. PENDAHULUAN Zeolit Alam Untuk Konversi Senyawa ABE Reaksi konversi senyawa ABE menjadi hidrokarbon memerlukan katalis asam Pemanfaatan Zeolit Alam sebagai katalis asam. Perlu Aktifasi dan Modifikasi dengan penambahan Boron oksida (B2O3) pada zeolit alam untuk meningkatkan keasaman maupun inti aktif lain (peroksida, BO4-) Yield senyawa hidrokarbon hasil konversi senyawa ABE (aseton-Butanol-Etanol) yang setinggi-tingginya

  4. I. PENDAHULUAN TUJUAN PENELITIAN • Preparasi zeolit alam (asli Malang) serta modifikasinya sebagai katalis untuk proses konversi senyawa ABE menjadi senyawa hidrokarbon • Melakukan karakterisasi B2O3/HNZ menggunakan XRD dan metode adsorpsi-desorpsi Ammonia • Menentukan komposisi B2O3 /HNZdan variabel kondisi operasi yang optimum untuk menghasilkan yield produk yang optimal

  5. I. PENDAHULUAN 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 (B2O3) digunakan sebagai katalis • Menerapkan metode ultrasonik pada proses preparasi katalis sebagai additional work • Variasi rasio B2O3/HNZ sebesar 5%, 10% dan 15% boron oksida

  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. 2. Fundamental ZEOLIT • Rumus empiris: Mc/n [ (AlO2)C (SiO2)d ] . bH2O • Kerangka dasar struktur zeolit adalah unit-unit tetrahedral AlO4 dan SiO4 yang saling berhubungan mll. atom oksigen Bentuk Tetrahedral Kerangka Silika dan Alumina Struktur Rangka Mordenit (contoh )

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

  9. 2. Fundamental 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) (Source : Sierka and Sauer, J. Phys. Chem. B 2001, 105, 1603-1613) KATALIS ASAM (H-Zeolit)kemampuan zeolit dlm mengkatalisis suatu reaksi erat dengan sifatnya sebagai padatan asam adanya situs asam Bronsted dan Lewis

  10. 2. Fundamental 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)

  11. 3. METODE PENELITIAN Diagram Alir Kerja Penelitian

  12. 3. METODE PENELITIAN Preparasi Katalis Diagram Alir Tahap Preparasi Katalis B2O3/HNZ

  13. 3. METODE PENELITIAN 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

  14. 3. METODE PENELITIAN W injection?? Sample Injection Methode N2 Thermocouple Flow meter Quartz sand liquid drop Bubbler Tube Butanol Unggun Katalis Si-lin-der Gas N2 Quartz wool Tungku listrik Gaseous Sample (W, Komposisi % berat) Heating mantle Produk Cair (W, Kadar ABE Sisa ??) Ice-Water bath Skema Alat Uji Kinerja Katalis

  15. 3. METODE PENELITIAN Analisa Produk cair dan gas • 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 C4 (butena, butana, maupun isobutena).

  16. IV. HASIL DAN PEMBAHASAN Karakterisasi XRF Komponen Utama Pembentuk kerangka Alumina & Silika dengan Rasio Si/Al = 5.17 Gambar 4.1. Grafik Hasil Analisa XRF

  17. IV. HASIL DAN PEMBAHASAN Karakterisasi XRD The pore channel 12-membered oxygen ring structure 0.67 x 7.0 nm Secondary building block, Chains of 4-membered oxygen rings or T atoms Spektrum XRD untuk Zeolit Mordenit Standard Secondary building block, Chains of 5-membered oxygen rings or T atoms Struktur rangka Mordenit Na8(AlO2)40(SiO2). 24H2O

  18. IV. HASIL DAN PEMBAHASAN Spektrum XRD Zeolit Alam Malang 7 6 9 5 4 8 3 2 1 Kristalinitas dari Zeolit Alam Malang = 44.1 % adalah Kristal Kerangka Mordenit

  19. IV. HASIL DAN PEMBAHASAN Spektrum XRD Zeolit Setelah Pertukaran Ion Ca-zeolit + NH4Cl NH4-zeolit + CaCl2 7 5 4 6 9 3 8 2 1 • didapatkan %kristalinitassebesar 50.8 %. • kenaikan %kristalinitasyaitu sebesar6.7 %.

  20. IV. HASIL DAN PEMBAHASAN Spektrum XRD Zeolit Setelah Kalsinasi Spektrum XRD Zeolit Setelah Penambahan 5% B2O3

  21. IV. HASIL DAN PEMBAHASAN Uji Aktivitas Katalis“Yield Hidrokarbon” Treaksi = 375oC Treaksi = 425oC Treaksi = 460oC

  22. IV. HASIL DAN PEMBAHASAN Pengaruh Keasaman • Keasaman katalis meliputi jumlah asam (acid density) dan kekuatan asam (acid strength). • Acid densitymerupakan kemampuan katalis untuk mengadsorpsi NH3 • Acid strength menunjukkan kemampuan katalis mengadsorpsi NH3 pada rentang suhu tertentu.

  23. IV. HASIL DAN PEMBAHASAN Katalis HNZ • Reaksi konversi ABE tidak membutuhkan tingkat acid strength yang terlalu tinggi • Jika reaksi dilangsungkan pada suhu yang lebih tinggi diatas 425 oC (diatas titik optimum acid strength), reaksi tidak mengarah pada pembentukan senyawa hidrokarbon dan reaksi terdekomposisi menjadi produk CO dan CO2 Katalis 5%B2O3/HNZ Katalis 10%B2O3/HNZ

  24. V. KESIMPULAN 1. Hasil Preparasi dan karakterisasi katalis • Zeolit alam Malang merupakan zeolit MOR dengan %kristalinitas 44.1%, Rasio Si/Al = 5.17 dan Ca2+ sebagai original cationyang cukup tinggi dan merupakan zeolit MOR dengan %kristalinitas 44,1%. • Pencucian dan pertukaran ion menggunakan NH4Cl 1M cukup efektif dapat meningkatkan kemurnian %kristalinitas menjadi 50.8%. Perlakuan pada suhu setinggi 600 oC tidak menyebabkan perubahan % kristalinitas, yang berarti tidak merontokkan kerangka struktur mordenit zeolit alam. • Katalis 5% B2O3/HNZ mempunyai jumlah keasaman yang tinggi sebesar 3 mol/oC dan puncak acid strength pada temperatur 425oC 2. Temperatur reaksi 375oC merupakan temperatur optimum untuk reaksi konversi senyawa ABE menjadi hidrokarbon menggunakan katalis dengan loading 5% B2O3 memberikan %yield yang relatif cukup tinggi mencapai 41.9%.

  25. SEKIAN & TERIMA KASIH

  26. Additional Data & Results of Study Pore Dimension for some Zeolites

  27. Additional Data & Results of Study • Produk Hidrokarbon Hasil Konversi Alkanol > 370 oC • C1 • C2-C4 Paraffins • C2-C4 Olefins • Aromatics • C5+ aliphatics • Produk samping • (Water, H2, CO, CO2) Sensitivitas Selektivitas Produk terhadap suhu Reaksi (Sumber : Chang & Silvestri, Journal of Catalysis, 47, p. 255)

  28. (1,3,5 Trimetilbenzena) Additional Data & Results of Study 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) • Shift Selectivities Due to The Temp. Changes • Contoh : • 2 (dua) Temp. 350 oC & 400 oC untuk produk • Isobutene • Aromatics • Aliphatics • COx

  29. Additional Data & Results of Study 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) (Source : Sierka and Sauer, J. Phys. Chem. B 2001, 105, 1603-1613) Ilustrasi difusi molekul senyawa Hidrokarbon diseputar mulut pori zeolit

  30. Desain Katalis B2O3/Zeolit Fundamental review • Keasaman Zeolit (H-Zeolit)  reaksi perengkahan • Katalis B2O3 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) • B2O3 dalam alumina  spesi BO4  meningkatkan keasasaman tipe Bronsted (Sato dkk., 2001) Research Strategy • Multisite Active Catalyst : Asam Bronsted, Spesi Peroxide, Spesi BO4 • B2O3 Impregnation :Penciutan dimensi Pori Zeolit

  31. Additional Data & Results of Study Tracking Acuan untuk MekanismeReaksi • 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, 249-259 • 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., 73-94 • 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, 1962-1972 • 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, 177-185 • 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., 275-276 • Dehertog, W.J.H., G.F. Fromen, 1999, "A catalytic route for aromatics production from LPG", Applied Catalysis A: General 189 63-75 • 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, 430-436 • Xu, M., W. Wang and Michael Hunger; 2003, " Formation of acetone enol on acidic zeolite ZSM-5 evidenced by H/D exchange", Chem Commun, 722-723

  32. Additional Data & Results of Study Uji Aktivitas KatalisKonversi Senyawa Aseton, Butanol dan Etanol“ Treaksi = 375oC Treaksi = 400oC Treaksi = 425oC Treaksi = 4 80oC

More Related