1 / 41

Dosen Pembimbing: Dr. I Nyoman Marsih Oleh: Feni Fermindo 10504012

Seminar Tugas Akhir S1 Produksi hidrogen melalui Reformasi Kukus Metanol ( Steam Reforming of Met h anol , SRM ) menggunakan katalis Cu/CeO 2 /Al 2 O 3. Dosen Pembimbing: Dr. I Nyoman Marsih Oleh: Feni Fermindo 10504012. Agenda Presentasi Penelitian. Pendahuluan Tinjauan Pustaka

tyrell
Download Presentation

Dosen Pembimbing: Dr. I Nyoman Marsih Oleh: Feni Fermindo 10504012

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. Seminar Tugas Akhir S1Produksi hidrogen melalui Reformasi Kukus Metanol (SteamReforming of Methanol, SRM) menggunakan katalis Cu/CeO2/Al2O3 Dosen Pembimbing: Dr. I Nyoman Marsih Oleh: Feni Fermindo 10504012

  2. Agenda Presentasi Penelitian • Pendahuluan • Tinjauan Pustaka • Metodologi Penelitian • Hasil dan Pembahasan • Kesimpulan dan Saran

  3. Pendahuluan

  4. Latar Belakang • Sumber energi utama dunia, yaitu bahan bakar fosil (minyak bumi,gas alam,batubara) makin sedikit. Sedangkan, bahan bakar fosil merupakan sumber daya alam yang tidak terbarukan (unrenewable). • Teknologi sel bahan bakar (fuel cell) adalah solusi menarik terhadap ketergantungan minyak bumi. • Sel bahan bakar merupakan sumber energi alternatif berbahan bakar hidrogen (H2), tidak menghasilkan polusi, karena hanya menghasilkan air murni (H2O) sebagai produk samping. • Masalah yang muncul : jumlah H2 bebas yang terdapat di alam terbatas

  5. Latar belakang • Penelitian untuk mencari sumber hidrogen yang murah dan efisien, salah satunya adalah melalui reaksi dengan katalis • Metanoldapat dikonversi menjadi hidrogen melalui reaksi reformasi kukus metanol [SteamReforming of Methanol (SRM)] • Konversi metanolmenghasilkan produkutama yaitu H2dengan selektifitas mencapai 99%.1) • Katalis yang banyak digunakan untuk reaksi SRM adalah katalis berbahantembaga (Cu) Alasannya, karena Cu cukup murah dan dapat digunakan bermacam-macam logam pendukung • Katalis berbasis Cu yang telah banyak diteliti menggunakan ZnO, ZrO2, atau Al2O3 sebagai promotor.

  6. Tujuan Penelitian 1. Mensintesis katalis Cu/CeO2/Al2O3menggunakan metodako-presipitasi 2. Menguji aktivitas katalitik Cu/CeO2/Al2O3 pada reaksi Reformasi Kukus Metanol (SRM) CH3OH(g) + H2O(g) → 3H2(g) + CO2(g)

  7. Ruang Lingkup Penelitian • Menyelidiki performa/kinerja katalis Cu/CeO2/Al2O3untuk reaksi reformasi kukus metanol (SRM)

  8. Tinjauan Pustaka • Hidrogen sebagai bahan bakar • Metanol sebagai sumber hidrogen yang potensial • Reaksi-reaksi menghasilkan hidrogen dari metanol • Katalis untuk reaksi reformasi kukus metanol (SRM) • Metode ko-presipitasi

  9. Hidrogen Sebagai Bahan Bakar • Reaksi yang terjadi pada fuel cell Anoda: 2H2 → 4H+ + 4e- Katoda: O2 + 4H+ + 4e-→2H2O Total: 2H2 + O2 → 2H2O

  10. Metanol sebagai sumber hidrogen Metanol dianggap sebagai salah satu sumber H2 yang baik karena: • Konversinya menjadi H2 terjadi pada temperatur relatif rendah. • Rasio hidrogen terhadap karbon tinggi (4:1) • Tidak mengandung ikatan C–C, sehingga meminimalkan pembentukan batu arang/kokas. • Kandungan hidrogen tinggi pada produk SRM-nya (mencapai lebih dari 75%). 2)

  11. Reaksi-reaksi konversi metanol menjadi H2 • Dekomposisi metanol CH3OH(g)→2H2(g) + CO(g) ΔHo298= +90,7 kJ/mol Kelemahan reaksi ini adalah dihasilkan gas karbon monoksida yang dapat meracunifuel cell. 1) • Oksidasi parsial metanol CH3OH(g) + ½O2(g)→ 2H2(g) + CO2(g) ΔH0298= -192.2 kJ/mol • Reformasi Kukus Metanol CH3OH(g) + H2O(g) → 3H2(g) + CO2(g) ΔH0298=+49.4 kJ/mol

  12. Katalis untuk reformasi kukus metanol (SRM) Katalis-katalis yang telah diteliti: • Cu/ZnO/Al2O3 3) • Cu/ZnO/ZrO2/Al2O3 4) • Cu/ZnO/CeO2 5) • Cu/ZnO/ZrO2/CeO2 • Pd/ZnO • ZnO–Cr2O3/CeO2–ZrO2

  13. Metode ko-presipitasi • Metode ko-presipitasi (pengendapan bersama) adalah metode sintesis oksidalogam dari larutan encer garam logamnya, dengan penambahan basa (NaOH,Na2CO3, NH4OH, dll) hingga terbentuk endapanhidroksidalogamnya. • Metode ko-presipitasi memberikan beberapa keuntungan, yaitu: 1.persiapan/preparasi cepat dan mudah 2.mudah mengontrol/mengatur komposisioksida 3.terdapat berbagai kemungkinan untukmemodifikasi keadaanpermukaan partikel danhomogenitaskeseluruhan.6)

  14. Metodologi Penelitian

  15. Alat dan Bahan Peralatan: • gelas kimia 100 mL, • gelas kimia 250 mL, • batangpengaduk kaca, • spatula, • pengaduk magnet, • buret 25 mL, • hot plate, • pH meter, • termometer raksa (Hg), • kaca arloji, • mortar, • perahu alumina • corong kaca, • kertas Whatmanno.1, • neraca analitis digital, • oven, • tungku pembakaran (furnace) Bahan kimia: • Cu(NO3)2.5H2O, • Ce(NO3)3.6H2O, • Al(NO3)3.9H2O, • Na2CO3, • NaOH • aquades

  16. Ce(NO3)3.6H2O + aquades Al(NO3)3.9H2O + aquades Cu(NO3)2.5H2O + aquades • Sintesis katalis Cu/CeO2/Al2O3 Campuran larutan Di aduk dan dipanaskan hingga 700C Ditambahkan NaOH(aq) tetes demi tetes Di aduk kuat hingga pH 7 Larutan + endapan

  17. Larutan + endapan Ageing selama 2 jam, T=50 0C Filtrasi sisa larutan Endapan Cu(OH)2 Ce(OH)3 Al(OH)3 Keringkan pada 150 0C selama 12 jam Padatan Cu(OH)2 Ce(OH)3 Al(OH)3 Kalsinasi pada 600 0C selama 5 jam CuO/CeO2/Al2O3

  18. Penentuan Luas Permukaan Katalis dengan Metode BET • Karakterisasi untuk penentuan luas permukaan, digunakan metoda BET. • Metode ini menggunakan gas yang teradsorpsi pada permukaan padatan pada suhu yang konstan, tetapi volume gas yang berbeda-beda. Jika gas membentuk lapisan tunggal pada permukaan padatan, maka digunakanpersamaan: Dengan X = P/Po, P = tekanan gas yang teradsorpsi, Po = tekanan gas yang membentuk lapisan tunggal, V = volume molekul teradsorpsi pada tekanan P, Vm = volume molekul gas yang teradsorpsi membentuk lapisan tunggal, C = konstanta adsorpsi-desorpsi,

  19. Untuk dapat digunakan dalam percobaan, persamaan tersebut harus dilinearisasi menjadi: • Luas permukaan katalis didapatkan melalui persamaan:

  20. Penentuan Morfologi Permukaan dengan Menggunakan Metode SEM • Analisis morfologi permukaan dengan menggunakan SEM (Scanning Electron Microscopy) memungkinkan pencitraanpartikel • Gambaran partikel yang ditangkap dengan menggunakan SEM, diakibatkan oleh penembakan elektron berenergi tinggilalu substrat memantulkan kembali elektron tersebut yang kemudian ditangkap oleh detektor. • Pencitraan menggunakan SEM dapat memperlihatkan bentuk dan ukuran partikel.

  21. Karakterisasi Katalis dengan Metode Difraksi Sinar-X (XRD) • Penggunaan metode difraksi sinar-X adalah untuk menentukan jenis senyawa/spesi-spesiapa saja yang terbentuk pada padatan katalis. • Hubungan antara panjang gelombang (λ), orde difraksi (n), jarak antar kisi (d), dan sudut difraksi (θ) dapat diberikan dalam persamaan Bragg: n λ = 2d sin θ

  22. Uji Aktivitas Katalis

  23. Hasil dan Pembahasan • Sintesis Katalis • Karakterisasi Katalis dengan Metode Difraksi Sinar-X (XRD) • Karakterisasi Katalis MenggunakanMetode Scanning Electron Microscopy(SEM) • Penentuan Luas Permukaan Katalis dengan Metode BET • Hasil Uji Aktivitas Katalis Menggunakan Reaktor Mikro

  24. Sintesis Katalis Tahap 1: Preparasi ion-ion logam • Cu(NO3)2.5H2O(s) +H2O(aq)→ [Cu(H2O)6]2+(aq) + 2NO3-(aq) • Ce(NO3)3.6H2O(s) + H2O(aq) → [Ce(H2O)6]3+(aq) + 2NO3-(aq)+H2O(aq) • Al(NO3)3.9H2O(s) + H2O(aq) → [Al(H2O)6]3+(aq) + 3NO3-(aq) + 4H2O(aq) • NaOH(s) + H2O(aq)→ Na+(aq) + 2 OH-(aq)+H+(aq)

  25. Tahap 2: Ko-presipitasi • [Cu(H2O)6]2+(aq) + OH-(aq) → Cu(OH)2(s)+ 6H2O(l) • [Ce(H2O)6]3+(aq) + OH-(aq) → Ce(OH)3(s)+ 6H2O(l) • [Al(H2O)6]3+(aq) + OH-(aq) → Al(OH)3(s)+ 6H2O(l) Tahap 3: Kalsinasi/pembentukan oksida logam • Cu(OH)2(s) → CuO(s) + H2O(l) • Ce(OH)3(s) → CeO2(s) + H2O(l) • 2 Al(OH)3(s) → Al2O3(s) + 3H2O(l)

  26. Karakterisasi Katalis dengan Metode Difraksi Sinar-X (XRD)

  27. Pencitraan Morfologi Katalis Menggunakan Metode Scanning ElectronMicroscopy (SEM) • Gambar SEM 2500 x

  28. Gambar SEM 10.000 x

  29. SEM-EDX

  30. Penentuan Luas Permukaan Katalis dengan Metode BET Menggunakan alat: NOVA 1000 High Speed Gas Sorption Analyzer (Quantachrome Corporation)* • Luas permukaan spesifik = 67,9273 m2/g • Volume pori total = 48,081 x 10-3 cc/g • Jari-jari pori rata-rata = 14,157 Angstrom

  31. Uji Aktivitas Katalis Menggunakan Reaktor Mikro Skema reaktor Reformasi Kukus Metanol (SRM) Laboratorium Teknik Reaksi Kimia dan Katalisis, Program Studi Teknik Kimia ITB

  32. Hasil Uji Aktivitas Katalitik Cu/CeO2/Al2O3 • Data GC (Gas Chromatography)

  33. Hasil Uji Aktivitas Katalitik

  34. Kesimpulan dan Saran • Kesimpulan 1. Dari interpretasi XRD,pada padatan yang disintesis terdapat puncak-puncak CuO, CeO2, dan Al2O3 2. Pengukuran Luas permukaan katalis dengan Metode BET menunjukkan katalis hasil sintesis memiliki Luas permukaan spesifik 67,9273 m2/g Volume pori total = 48,081 x 10-3 cc/g 3. Hasil pengukuran SEM-EDX menunjukkan komposisi oksida logam fasa aktif, promotor, penyangga tidak sesuai dengan komposisi yang dibuat.

  35. 4. Hasil uji aktivitas katalitik dengan reaktor SRM menunjukkan katalis Cu/CeO2/Al2O3 yang disintesis dalam penelitian ini memiliki aktivitas tinggi dan selektivitas CO yang rendah. Konversi metanol menjadi H2 pada T=300 0C mencapai 99,24% dan selektivitas pembentukan CO hanya 0,017%.

  36. Saran Untuk penelitian selanjutnya, perlu diperhatikan: • Kontrol reaksi sintesis juga diperlukan agar didapat kristalinitas padatan katalis CuO/CeO2/Al2O3 yang lebih tinggi. • Kondisi/parameter reaksi sintesis agar diperoleh Luas permukaan spesifik yang lebih besar. • Uji aktivitas katalitik dilakukan berulang agar diketahui kemungkinan konversi metanol mencapai ≈ 100 %

  37. Referensi 1) Yanyong Liu,, Takashi Hayakawa, Tatsuo Tsunoda, Kunio Suzuki, SatoshiHamakawa, Kazuhisa Murata, Ryuji Shiozaki, Tomoko Ishii, and Mikio Kumagai. (2003). Steam reforming of metanol over Cu/CeO2 catalysts studied in comparison with Cu/ZnO and Cu/Zn(Al)O catalysts. Topics in Catalysis Vol. 22, Nos. 3–4 2) Sanjay Patel, and K.K. Pant (2007). Hydrogen production by oxidative steam reforming of methanol using ceria promoted Cu/Al2O3 catalysts. Fuel Processing Technology 88: 825–832 3) Xin-Rong Zhang, et.al. (2005). A highly efficient Cu/ZnO/Al2O3 catalyst via gel-coprecipitation of oxalate precursors for low-temperature steam reforming of methanol. Catalysis Letters Vol. 102, Nos. 3–4, August 2005 4) S. Velu and K. Suzuki (2003). Selective production of hydrogen for fuel cells via oxidative steam reforming of methanol over CuZnAl oxide catalysts: effect of substitution of zirconium and cerium on the catalytic performance. Topics in Catalysis Vol. 22, Nos. 3–4, April 2003 5) S. Velu and K. Suzuki (2003). Selective production of hydrogen for fuel cells via oxidative steam reforming of methanol over CuZnAl oxide catalysts: effect of substitution of zirconium and cerium on the catalytic performance. Topics in Catalysis Vol. 22, Nos. 3–4, April 2003 6) www.wikipedia.org/co-precipitation method

  38. Ucapan Terima Kasih • Dr. I Nyoman Marsih atas bimbingan dan nasehatnya • Dr. Ir. IGBN Makertihartha, pemilik Reaktor SRM, Prodi Teknik Kimia ITB • Dr. Ir. Subagjo, Ketua Laboratorium Teknik Kimia dan Katalisis, Prodi Teknik Kimia ITB • Para partner kerja penulis (Ferdie Anson dan Wiwit KTH) • Semua pihak yang telah membantu

More Related