Dedi Navia Sandi (1) dan Endang Purwanti S (2)
3. Hasil dan Diskusi
Sintesis Katalis Al-MCM-41; Fe-Al-MCM-41 dan Fe-MCM-41
Proses hidrotermal pada sintesis katalis Al-MCM-41; Fe-Al-MCM-41 dan Fe-MCM-41 dilakukan dalam botol polipropilena. Proses ini dilakukan pada suhu 100 oC selama 144 jam karena pembentukan material mesoporous lebih optimum dilakukan pada suhu 100 oC selama 144 jam (Aini, 2009). Menurut Yahdi, (2009), perlakuan hidrotermal pada suhu 100 oC selama 6 hari (144 jam) merupakan proses kristalisasi sehingga diharapkan keteraturan struktur mesopori Al-MCM-41 dapat ditingkatkan. Selanjutnya proses kalsinasi dilakukan pada suhu 550 oC untuk menghilangkan templat sehingga diperoleh hasil akhir berupa serbuk putih.
Sintesis Katalis Al-MCM-41
Larutan CTAB distirer selama 15 menit pada 250 rpm. Setelah itu ditambahkan larutan natrium metasilikat dan larutan aluminium sulfat sedikit demi sedikit dan distirer dengan kecepatan 300 rpm selama 30 menit. Campuran yang semula campuran heterogen berubah menjadi campuran homogen yang putih bening. Untuk mengurangi pH menjadi 11, campuran tersebut ditambah larutan H2SO4 36 N sebanyak 8,5 mL setetes demi setetes dan distirer selama 30 menit pada 300 rpm. Campuran berubah menjadi putih keruh. Penambahan asam sulfat pada campuran homogen mengubah mengubah kondisi larutan menjadi keruh. Pada pH 11, campuran yang semula keruh berubah menjadi gel. Gejala ini mengindikasikan pembentukan inti partikel (nukleasi) (Perego dan Villa, 1997). Campuran yang mulai membentuk gel tersebut distirer pada kecepatan 450 rpm selama 30 menit sampai terbentuk suspensi.
Surfaktan CTAB bertindak sebagai templat pengarah susunan heksagonal MCM-41 dengan cara membentuk misel. Peningkatan konsentrasi tempalat akan menyebabkan misel berubah bentuk dari spheris menjadi tabung. Peningkatan misel yang berbetuk seperti tabung menjadi struktur Kristal cair yang merupakan struktur MCM-41 (Zhao dkk., 1996). Reaksi pembentukan struktur MCM-41 terjadi melalui pertukaran ion antara surfaktan Br- dengan anion silica dalam larutan aqueous. Campuran yang berbentuk suspensi tersebut dituangkan kedalam botol polipropilena dan dipanaskan pada suhu 100 oC selama 144 jam.
Hasil yang diperoleh setelah proses hidrotermal berupa gel berwarna putih dan filtrat putih bening melalui proses penyaringan menggunakan corong Buchner. Sebelum disaring, campuran didinginkan pada suhu ruang. Endapan yang berbentuk gel tersebut dicuci dengan aqua DM sampai pH 7. Aqua DM yang dibutuhkan sebanyak 360 mL. Proses pencucian ini dilakukan untuk menghilangkan sebagian surfaktan dan pengotor lainnya. Material dikeringkan pada suhu 100 oC selama 12 jam untuk mengurangi sisa pelarut air dari pori-pori padatan. Selanjutnya padatan tersebut dikalsinasi pada suhu 550 oC selama 6 jam. Pada suhu 540 oCmolekul-moekul organik yang berasal dari templat CTAB dapat dihilangkan dari struktur padatan melalui kalsinasi selama 6 jam. Hasil sintesis berupa padatan berwarna putih. Hasil sintesis tersebut dikarakterisasi dengan menggunakan XRD, FTIR dan FTIR-piridin untuk menguji keasamannya.
Sintesis Katalis Fe-Al-MCM-41
Larutan CTAB distirer selama 15 menit untuk membentuk misel-misel. Larutan natrium metasilikat ditambahkan dengan penetesan dan pengadukan konstan selama 30 menit untuk menyempurnakan penyebaran silikon ke semua bagian misel. Penambahan larutan Al2SO4 dan larutan FeCl3 ke dalam campuran dilakukan dengan penetesan dan pengadukan konstan selama 1 jam pada kecepatan 300 rpm. Hal ini dilakukan untuk penyempurnaan dispersi ion Al3+ dan Fe3+ dalam kerangka MCM-41. Warna campuran berubah dari putih keruh menjadi kekuning-kuningan. Akan tetapi, semakin lama campuran distirer, warna kuning tersebut semakin berkurang. Selanjutnya dilakukan penurunan pH dengan cara penambahan asam sulfat sampai pH 11. Jumlah asam sulfat yang dibutuhkan dapat dilihat pada tabel 4.1. Penambahan asam sulfat mengubah campuran menjadi suspensi yang dilanjutkan pengadukan selama 1 jam. Suspensi ini merupakan komposit anorganik-organik, dimana komposit ini terbentuk karena adanya interaksi elektrostatik antara muatan positif surfaktan (C16H33(CH3)3+Br-) dengan muatan negatif spesi silikat dalam larutan (Taguchi dan Schuth., 2005). Campuran yang dihasilkan berbentuk suspensi, campuran tersebut dimasukkan dalam botol polipropilen dan dipanaskan pada suhu 100 oC selama 144 jam.
Produk yang dihasilkan selanjutnya dicuci dengan aqua DM sampai pH material tersebut netral (pH = 7). Jumlah aqua DM yang dibutuhkan dapat dilihat pada tabel 3.1. Kemudian sampel tersebut dikeringkan pada suhu 100 oC selama 24 jam. Hal ini dimaksudkan untuk menghilangkan sisa reaktan dan air yang terikat secara fisis. Sedangkan kalsinasi pada suhu 550 oC selama 6 jam dimaksudkan untuk menghilangkan templat yang digunakan. Hasil sintesis berupa padatan berwarna putih kekuning-kuningan yang selanjutnya dikarakterisasi dengan XRD, FTIR, dan diuji keasamannya dengan FTIR-Piridin.
Tabel 3.1 Volume aqua DM dan H2SO4 yang diperlukan dalam sintesis Fe-Al-MCM-41 Fe-Al-MCM-41 Si/(Fe+Al)=15 (Si/Al=40) Si/(Fe+Al)=25 (Si/Al=40) Si/(Fe+Al)=25 (Si/Al=60) Aqua DM 300 mL 300 mL 300 mL H2SO4 8,5 mL 9 mL 15 mL
Sintesis Katalis Fe-MCM-41 (Si/Fe=100)
Larutan CTAB yang digunakan sebagai templat diaduk selama 30 menit dengan kecepatan 250 rpm. Larutan natrium metasilikat ditambahkan dengan cara penetesan dan pengadukan konstan. Hal ini dilakukan untuk penyebaran silikon ke semua bagian misel. Selanjutnya ditambah larutan FeCl3 dengan cara penetesan dan pengadukan konstan selama 15 menit dengan kecepatan 300 rpm agar ion Fe3+ terdispersi secara sempurna dalam kerangka MCM-41. Warna larutan yang semula bening menjadi keruh kekuning-kuningan, semakin lama proses pengadukan, warna kuning mulai memudar. Hal ini menunjukkan ion Fe3+ terdispersi kedalam struktur MCM-41. Untuk penurunan pH menjadi 11, ditambahkan asam sulfat sebanyak 18,5 mL dalam kondisi campuran diaduk selama 1 jam dengan kecepatan 300 rpm. Penambahan asam sulfat menyebabkan campuran berubah menjadi suspensi.
Suspensi yang terbentuk dimasukkan dalam botol polipropilena yang dipanaskan pada suhu 100 oC selama 144 jam. Selanjutnya produk yang dihasilkan disaring dengan corong Buchner, dimana diperoleh filtrat berwarna bening dan residu berwarna kekuning-kuningan. Kemudian residu tersebut dicuci dengan aqua DM sampai pH netral. Volume aqua DM yang dibutuhkan sebanyak 325 mL. Residu tersebut dikeringkan selama 12 jam pada suhu 100 oC. Hal ini dimaksudkan untuk menghilangkan sisa reaktan dan air yang terikat secara fisis. Proses kalsinasi dilakukan pada suhu 550 oC selama 6 jam dengan tujuan untuk menghilangkan templat organik yang tersisa, sehingga diperoleh padatan kekuning-kuningan.
Karakterisasi Katalis
Padatan katalis Al-MCM-41, Fe-Al-MCM-41 dan Fe-MCM-41 hasil sintesis dikarakterisasi dengan XRD, FTIR, SEM, dan uji keasamannya dengan menggunakan FTIR-piridin.
Hasil Karakterisasi Menggunakan XRD
Pola difraktogram katalis MCM-41(15), MCM-41(25) dengan Si/Al=40, Fe-Al-MCM-41(25) dengan Si/Al=60, Al-MCM-41(40), dan Fe-MCM-41(100) dapat dilihat pada gambar 3.1. Puncak tajam pada rentang 2θ = 1,5-2,5o merupakan puncak karakteristik pertama yang mengindikasikan terbentuknya MCM-41 (Selvaraj dkk., 2005).
Gambar 1. Difraktogram katalis: (a) Fe-Al-MCM-41(15), (b) Fe-Al-MCM-41(25) dengan Si/Al=60, (c) Fe-Al-MCM-41(25) dengan Si/Al=40, (d) Al-MCM-41(40) dan (e) Fe-MCM-41(100).
2 4 6 8 10 2θ (ο ) (a) (b) (c) (d) (e) In te n si ta s (a .u )
Difraktogram katalis Al-MCM-41(40) menunjukkan puncak pada rentang 2θ sekitar 1,5-2,5o, 3,5-4,5o, 4,5-5,0o dan 6,0-6,5o. Puncak-puncak tersebut merupakan puncak-puncak karakteristik dari struktur MCM-41, sesuai dengan yang dilaporkan oleh Beck dkk., (1992) bahwa puncak karakteristik dari difraksi heksagonal MCM-41 terdiri dari puncak kuat pada 2θ = 1,8-2,4o yang merupakan refleksi bidang [100] dan 4 puncak pada 2θ antara 3,0-8,0o yaitu antara 2θ = 3,5-4,12o, 2θ = 4,31-4,85o, 2θ = 5,64-6,00o dan 2θ = 6,7o merupakan refleksi bidang [110], [200], [210], dan [300]. Hal ini menunjukkan bahwa katalis Al-MCM-41(40) mempunyai struktur yang sesuai dengan struktur MCM-41. Savidha dkk., (2004) melaporkan bahwa munculnya puncak-puncak tersebut menunjukkan terbentuknya regularitas struktur hekasgonal dari MCM-41.
Fenomena munculnya puncak tambahan pada 2θ sekitar 6,7o setelah kalsinasi merupakan refleksi dari derajat keteraturan struktur yang meningkat secara dramatis dengan hilangnya molekul surfaktan (CTAB) (Muhamed, 2005). Difraktogram Fe-MCM-41(100) menunjukkan pergeseran dan peningkatan intensitas puncak pada 2θ = 1,5-3,5o, serta puncak dengan intensitas rendah pada 2θ
= 3,5-4,12o, 2θ = 4,31-4,85o. Perbandingan mol Si/Fe = 100 menunjukkan bahwa jumlah atom Fe yang disubstitusikan sangat sedikit apabila dibandingkan dengan jumlah atom Si yang digunakan untuk membentuk struktur MCM-41, sehingga intensitas puncak pada 2θ = 1,5-3,5o sangat tinggi. Substitusi atom Fe menyebabkan pergeseran puncak pada 2θ = 1,5-3,5o dan penurunan puncak pada 2θ = 3,5-4,12o, 2θ = 4,31-4,85o.
Difraktogram katalis Fe-Al-MCM-41(25) dengan perbandingan Si/Al sebesar 40, menunjukkan puncak kuat pada rentang 2θ = 1,5-2,5o dan puncak dengan intensitas kecil pada 2θ
= 3,5-4,5o dan 2θ = 4,5-5,0o. Tingginya puncak pada 2θ sekitar 1,5-2,5o merupakan puncak karakteristik dari MCM-41, sedangkan rendahnya intensitas puncak pada 2θ = 3,5-4,5o dan 2θ = 4,5-5,0o menunjukkan banyaknya logam Al dan Fe yang menggantikan posisi Si dalam framework MCM-41.
Hal yang sama nampak pada difraktogram Fe-Al-MCM-41(25) dengan perbandingan Si/Al=60, dimana puncak pada rentang 2θ antara 1,5-2,5o muncul dengan intensitas cukup kuat sedangkan puncak pada 2θ = 3,5-4,5o dan 2θ = 4,5-5,0o muncul dengan intensitas sangat rendah. Substitusi Fe pada MCM-41(25) dengan Si/Al=60 lebih kecil dibandingkan dengan Fe-Al-MCM-41(25) dengan Si/Al=40, sehingga puncak pada 2θ = 3,5-4,5o dan 2θ = 4,5-5,0o dari Fe-Al-MCM-41(25) dengan Si/Al=60 relatif lebih rendah. Selain itu pada difraktogram Fe-Al-Fe-Al-MCM-41(25) dengan Si/Al=60 terjadi pelebaran puncak pada 2θ = 1,5-2,5o, hal ini disebabkan karena banyaknya substitusi Al dengan perbandingan Si/Al=60, dimana jari-jari ion Al3+ lebih kecil dibandingkan jari-jari ion Fe3+, sehingga kerusakan regularitas struktur MCM-41 relatif besar. Selain itu penambahan logam Fe pada Fe-Al-MCM-41 tidak terlalu berpengaruh terhadap kerusakan struktur MCM-41, hal ini dikarenakan lemahnya ikatan Fe-O-Si setelah kalsinasi (Vinu dkk., 2004).
Difraktogram Fe-Al-MCM-41(15) menunjukkan pergeseran puncak dengan intensitas tinggi pada 2θ sekitar 1,5-2,5o dan tidak tampaknya puncak pada 2θ sekitar 3,5-4,5o, 4,5-5,0o dan 6,0-6,5o menunjukkan bahwa besarnya kandungan Fe dan Al untuk mensubstitusi Si dalam framework MCM-41 berpengaruh terhadap regularitas struktur MCM-41 itu sendiri. Semakin kecil perbandingan Si/(Fe+Al) maka jumlah Fe dan Al yang digunakan untuk mensubstitusi Si semakin banyak, sehingga terjadi kerusakan struktur dari Fe-Al-MCM-41 yang terbentuk. Savidha dkk., (2004) melaporkan bahwa berkurangnya intensitas puncak dan terjadinya pergeseran puncak pada bidang refleksi [100] mengindikasikan berkurangnya simetri dari struktur heksagonal MCM-41 akibat terbentuknya ikatan Fe atau Zn dalam struktur tersebut. Yahdi, (2009) melaporkan bahwa penurunan intensitas diikuti dengan pergeseran 2θ kearah yang lebih besar. Semakin kecil perbandingan mol Si/(Fe+Al) menunjukkan penurunan ketebalan dinding sel karena meningkatnya kandungan logam Fe dan Al (Vinu dkk., 2004). Pengikatan kation logam Fe3+ dan Al3+ yang mempunyai jari-jari ion yang lebih besar dibandingkan jari-jari ion Si4+ menyebabkan pembesaran jarak ikatan M-O. Jari-jari ion Fe3+ dan Al3+ yaitu 74 pm dan 53 pm, sedangkan Si4+ sebesar 40 pm.
Penurunan intensitas, pelebaran dan pergeseran puncak difraktogram menurut Chen dkk., (1993) karena substitusi isomorphous dari heteroatom (dalam hal ini atom Al dan Fe) kedalam
framework Moleculer Sieve MCM-41 yang mengakibatkan perubahan sudut ikatan T-O-T dari Al dan Fe dalam framework sehingga terjadi distorsi (penyimpangan) pada keteraturan struktur MCM-41. Meningkatnya jumlah loading Fe dan Al mengakibatkan regularitas struktur Fe-Al-MCM-41 menurun (bertambah amorf) karena kemungkinan terjadi kerusakan parsial pada strukturnya, karena Si-O-Al dan Si-O-Fe terasosiasi tidak stabil.
Hasil Karakterisasi Menggunakan FTIR
Spektra FTIR katalis MCM-41 menurut Gu dkk, (1999) memiliki empat puncak spesifik yaitu pada bilangan gelombang 465, 797, 961, dan 1088 cm-1. Bilangan gelombang 961 cm-1 menunjukkan puncak gugus Si-O-Si yang diperkirakan merupakan puncak karakteristik MCM-41(Gu dkk., 1999).
Hasil analisis FTIR terhadap katalis Fe-MCM-41(100), Al-MCM-41(40), Fe-Al-MCM-41(25) dengan Si/Al=40, Fe-Al-MCM-41(25) dengan Si/Al=60 dan Fe-Al-MCM-41(15) menunjukkan pola serapan yang hampir sama. Semua katalis tersebut menunjukkan 5 puncak spesifik dari kerangka MCM-41 seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.2. Perbandingan puncak serapan FTIR katalis hasil sintesis dapat dilihat pada tabel 3.2.
Puncak pada bilangan gelombang sekitar 453-467cm-1 menunjukkan vibrasi tekuk Si-O-Si dari kerangka SiO4. Puncak pada bilangan gelombang sekitar 796-802 cm-1 merupakan vibrasi ulur simetri Si-O-Si, puncak pada bilangan gelombang sekitar 960-968 cm-1 menunjukkan vibrasi ulur simetri Si-OH.
Puncak pada bilangan gelombang 1080-1091 cm-1 sebagai puncak anti simetris pita vibrasi Si-O-Si. Puncak pada daerah sekitar 1234-1238 cm-1 merupakan vibrasi ulur asimetri eksternal dari Si-O. Choi dkk, (2006) melaporkan bahwa puncak pada bilangan gelombang sekitar 660 dan 960 cm-1 menunjukkan adanya spesies Si-O-Fe.
Gambar 2. Spektra FTIR katalis: (a) Fe-MCM-41(100), (b) Al-MCM-41(40), (c) Fe-Al-MCM-41(25) dengan Si/Al=40, (d) Fe-Al-MCM-41(25) dengan Si/Al=60 dan (e) Fe-Al-MCM-41(15). Apabila dibandingkan dengan spektra MCM-41 murni hasil penelitian Gu dkk, (1999), puncak pada spektra Fe-Al-MCM-41(15) meningkat dari bilangan gelombang 797 cm-1 menjadi 802,4 cm-1. Hal ini disebabkan karena kandungan Fe dan Al yang lebih besar dibandingkan Fe-Al-MCM-41(25), Al-MCM-41(40) maupun Fe-MCM-41(100). Hal yang sama terjadi pada bilangan gelombang gugus Si-O-Si yang meningkat dari 961 (Gu dkk., 1999) menjadi 964-968 cm-1, kecuali untuk Fe-Al-MCM-41(25) dengan Si/Al=60 yang menunjukkan puncak pada 960,58 cm-1.
Kandungan Si dalam struktur Fe-Al-MCM-41(25) dengan perbandingan Si/Al=60 cukup banyak, sehingga tidak terlalu berpengaruh pada vibrasi ulur simetri Si-OH. Peningkatan bilangan gelombang yang lebih besar mengindikasikan adanya logam-logam yang telah bergabung dalam framework silika MCM-41 (Selvaraj dkk., 2005). Telah diketahui bahwa jari-jari ion Si4+ (40 pm)
1400 1200 1000 800 600 400 Bilangan gelombang (cm-1 ) (a) (b) (c) (d) (e)
lebih kecil dibandingkan jari-jari ion Al3+ (53 pm) maupun Fe3+ (74 pm). Masuknya Fe dan Al yang mempunyai ukuran lebih besar menyebabkan pita akan bergeser ke arah bilangan gelombang yang lebih tinggi.
Tabel 3.2 Perbandingan puncak serapan FTIR katalis hasil sintesis Katalis Bilangan geolmbang (cm-1)
Fe-MCM-41(100) 466,79 798,56 968,3 1091,75 1234,48 Al-MCM-41(40) 462,93 796,44 964,44 1084,05 1238,34 Fe-Al-MCM-41(25) (Si/Al=40) 459,07 796,56 964,44 1084,03 1234,4 Fe-Al-MCM-41(25) (Si/Al=60) 459,07 796,56 960,58 1080,17 1226,77 Fe-Al-MCM-41(15) 462,93 802,4 964,44 1084,03 1234,4 Hasil Karakterisasi Menggunakan FTIR-Piridin
Untuk menentukan jenis sisi asam dari katalis, yaitu sisi asam Bronsted dan asam Lewis, maka dilakukan analisis spektroskopi FTIR dengan piridin sebagai molekul probe (penyidiknya). Adsorpsi piridin dilakukan pada suhu 150 oC dibawah kondisi vakum. Sebelum adsorpsi piridin, katalis diprotonasi dengan dehidrasi dalam kondisi aliran gas N2 pada suhu 400 oC selama 3 jam. Keasaman katalis dikarakterisasi dengan spektroskopi FTIR pada daerah 1700-1400 cm-1 (Yahdi, 2009).
Berdasarkan gambar 3.3, spektra FTIR piridin menunjukkan beberapa puncak antara lain puncak pada bilangan gelombang 1447, 1496, 1546, 1620 dan 1649 cm-1. Semua sampel memiliki puncak pada bilangan gelombang 1447 dan 1620 cm-1, dimana puncak tersebut mengindikasikan adanya sisi asam Lewis. Savidha dan Pandurangan, (2004) melaporkan bahwa puncak rendah disekitar 1455 cm-1 dan puncak tinggi disekitar 1620 cm-1 mengindikasikan piridin teradsorp dalam sisi asam Lewis.
Gambar 3 Spektra FTIR adsorpsi piridin: (a) 41(25) dengan Si/Al = 40, (b) Fe-Al-MCM-41(25) dengan Si/Al = 60, (c) Fe-Al-MCM-41(15) dengan Si/Al = 40, (d) Fe-MCM-41(100) dan (e) Al-MCM-41(40)
Puncak rendah pada bilangan gelombang 1447 cm-1 disebabkan karena katalis Al-MCM-41(40) tidak mengandung cukup sisi asam Lewis. Katalis Fe-Al-MCM-41(25) pada Si/Al = 40 dan Fe-Al-MCM-41(25) pada Si/Al = 60 mempunyai puncak paling tinggi diantara lainnya, karena
1700 1650 1600 1550 1500 1450 1400 (e) (c) (d) (b) Bilangan Gelombang (cm-1) A b so rb a n si ( a .u ) L B L+B B L (a)
kandungan Fe dan Al dalam MCM-41 memberikan kontribusi terhadap sisi asam Lewis. Menurut Savidha, (2004) Al dan Fe berkontribusi terhadap keseluruhan sisi keasaman dari Al-MCM-41.
Intensitas puncak yang menunjukkan sisi asam Lewis maupun sisi asam Bronsted berhubungan dengan kandungan Zn maupun Fe dalam framework Al-MCM-41 (Savidha dkk., 2004). Jentys dkk., (1999) melaporkan bahwa keasaman material yang mengandung ion Al3+ secara langsung bergantung pada jumlah ion Al3+ dalam senyawa tersebut. Penggabungan kation Al3+ ke dalam struktur silika MCM-41 yang terkoordinasi secara tetrahedral menghasilkan sisi asam Bronsted (Kang dkk., 2005).
Puncak rendah pada bilangan gelombang 1546 cm-1 dan puncak tinggi pada 1649 cm-1 menunjukkan piridin teradsorp pada sisi asam Bronsted. Aini, (2009) melaporkan bahwa puncak pada bilangan gelombang 1638 dan 1545 cm-1 merupakan ciri-ciri regangan ion piridium (C5H5NH+), dimana piridin berikatan dengan proton. Kehadiran puncak regangan piridinium membuktikan bahwa adanya kumpulan hidroksil yang bersifat asam Bronsted. Fe-MCM-41 mempunyai puncak sangat kecil pada bilangan gelombang 1546 cm-1, hal ini disebabkan oleh tidak adanya kandungan Al dalam Fe-MCM-41.
Puncak pada bilangan gelombang 1496 cm-1 merupakan pita adsorpsi gabungan sisi asam Lewis dan sisi asam Bronsted. Hal ini sesuai dengan yang dilaporkan oleh Selvaraj (2005) bahwa pita adsorpsi pada bilangan gelombang 1496 cm-1 menunjukkan piridin yang terikat pada sisi asam Lewis dan sisi asam Bronsted. Intensitas puncak pada bilangan gelombang 1496 cm-1 tertinggi berturut-turut: Fe-Al-MCM-41(15) > Fe-Al-MCM-41(25) pada Si/Al=40 > Fe-Al-MCM-41(25) pada Si/Al=60 > Al-MCM-41(40) > Fe-MCM-41(100). Hal ini berhubungan dengan kandungan Fe dan Al yang dapat berkontribusi terhadap sisi asam secara keseluruhan, baik sisi asam Lewis maupun sisi asam Bronsted.
Secara umum, adanya Fe dapat meningkatkan sisi asam Lewis, sedangkan kekuatan sisi asam Bronsted disebabkan oleh adanya ion Al3+ dalam framework Al-MCM-41. Pengikatan Fe pada koordinasi tetrahedral dalam struktur Al-MCM-41 menambah sisi asam secara keseluruhan, hal ini disebabkan terbentuknya polarisasi yang kuat antara Si-Oδ-…Feδ+. Selain itu juga terdapat Si-O…Al yang juga dapat berperan terhadap distribusi sisi keasaman (Savidha dkk., 2004).
4. Kesimpulan
Katalis Al-MCM-41, Fe-Al-MCM-41 dan Fe-MCM-41 telah berhasil disintesis dengan metode hidrotermal dalam botol propilena pada suhu 100 oC selama 144 jam. Proses kalsinasi dilakukan pada suhu 550 oC selama 6 jam. Berdasarkan hasil analisa XRD, difraktogram dari katalis Al-41, Fe-Al-41 dan Fe-41 terbentuk sesuai dengan difraktogram MCM-41. Peningkatan kandungan logam Fe dan Al untuk mensubstitusi atom Si menyebabkan pergeseran dan penurunan intensitas puncak.
Hasil analisa FTIR menunjukkan bahwa spektra dari katalis Al-MCM-41, Fe-Al-MCM-41 dan Fe-MCM-41 mempunyai 5 puncak spesifik dari MCM-41 yaitu puncak pada bilangan gelombang 466-462; 796-802; 960-968; 1080-1091 dan 1226-1238 cm-1. Hal ini menunjukkan bahwa katalis tersebut mempunyai struktur yang sama dengan MCM-41.
Hasil analisa FTIR-Piridin dari katalis Al-MCM-41, Fe-Al-MCM-41 dan Fe-MCM-41 menunjukkan bahwa katalis hasil sintesis memiliki sisi asam Bronsted dan sisi asam Lewis. Sisi asam Bronsted dipengaruhi oleh kandungan logam Al, sedangkan sisi asam Lewis dipengaruhi oleh kandungan logam Fe. Peningkatan sisi asam katalis sesuai dengan meningkatnya kandungan logam.
Ucapan Terima Kasih:
1. Dra. Ratna Ediati, MS, Ph.D selaku rekan penelitian MCM-41. 2. Lukman Atmaja, Ph.D selaku ketua Jurusan Kimia FMIPA ITS 3. Seluruh panitia SENAKI XII 2010 Kimia FMIPA ITS
Daftar Pustaka
Aini, Dinur. Rohmah., (2009), “Aktivitas Katalis Zn-Al-MCM-41 Pada Reaksi Siklisasi Sitronelal”, Tesis, Master of Science (Kimia), Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Teknologi Sepuluh Nopember.
Beck, J.S., Artuli, J.C., Rowth, W.J., Leonowiez, M.E., Kresge, C.T., Schmitt, K.D., Chu, T.W., Olson, D.H., Sheppard., E.W., Mc Cullen, S.B., Higgins, J.B., dan Sclenker, J.L, (1992), “A New Family of Mesoporous Moleculer Sieves Prepared with Liquid Crystal Templates”, American Journal of Chemical Society, Vol.114, hal. 10834-10843.
Bhattachrrya, KG, Anup K, Taklukdar, Parashmani, D., dan Sivasanker, S, (2001), “Acetylation of Phenol with Al-MCM-41”, Catalysis Communication, Vol.2, hal. 105-111.
Chen, L.Y, Jaenicke, S., dan Chuah, G.K. (1993), “Thermal and Hydrotermal Stability of Framework-substituted MCM-41 Mesoporous Materials”, Microporous Materials, Vol.12, hal. 323-330.
Choi, Jung-Sik., Yoon. Sang-Soon., Jang. Soo-Hyun., Ahn. Wha-Seung., (2006), “Phenol hydroxylation using Fe-MCM-41 catalysts”, Catalyst Today, Vol.111, hal. 280-287.
Endud, S., Hadi dan Halimaton Hamdan. (1998), “Probing The Active Sites of Aluminated Mesoporous Moleculer Sieve MCM-41 By Secondary Synthesis In The conversion of Cycloheksanol”, Mesoporous Moleculer Sieve, Vol. 117, hal 453-459.
Gomes, H.T., Selvam, P., Dapurkar, S.E., Figuiredo, J.L, dan Faria, J.L, (2005), “Transition Metal (Cu, Cr and V) modified MCM-41 for the Catalytic Wet Air Oxidation of aniline”, Microporous and Mesoporous Materials, Vol.86, hal. 287-294.
Gu, G., Ong, P.P., dan Chu, C, (1999), “Thermal Stability of Mesoporous Silica Moleculer Sieve”, Journal of Physic and Chemistry of Solid, vol. 60, hal 943-947.
Kang, F., Wang, Q., Xiang, S., (2005), “Synthesis of mesoporous Al-MCM-41 materials using metakaolin as aluminium source”, Material Letters, Vol. 59, hal. 1426-1429.
Kim, J.M, Kwak. Ja Hun, Jun. Shinae dan Ryoo, R. (1995), “Ion Exchange and Thermal Stability of MCM-41”, Journal of Physical Chemistry, Vol.99, hal 16742-16747.
Muhamed, B.A, (2005), “Synthesis, Characterization, and Activity of Al-MCM-41 Catalyst for Hydroxyalkylation of Epoxides” Tesis, Master of Science (Chemistry), Faculty of Science Universiti Teknologi Malaysia.
Perego, C dan Perluigi Villa. (1997), ”Catalyst Preparation Methods”, Catalysis Today, Vol. 34, hal. 281-305.
Savidha, R., dan Pandurangan, A. (2004), “Vapour Phase Isopropylation of Phenol Over Zinc and Iron containing Al-MCM-41 Moleculer Sieves”, Applied Catalysis A, Vol. 262, hal 1-11. Selvaraj, M., dan Lee. T.G., (2005), “t-Butylation of toluene with t-butyl alcohol over mesoporous
Zn-Al-MCM-41 moleculer sieves”, Microporous and Mesoporous Materials, Vol. 85, hal 59-74.
Vinu, A dan Nandhini, Usha K. (2004), “Mesoporous FeAlMCM-41: an Improved Catalyst for the Vapor Phase tert-butylation of phenol”, Applied Catalysis, Vol. 265, hal 1-10.
Yahdi, (2009), “Sintesis dan Karakterisasi Katalis H-Al-MCM-41 dengan variasi Rasio Si/Al serta Aktivitasnya pada Reaksi Siklisasi Sitronelal”, Tesis, Master of Science (Kimia), Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Teknologi Sepuluh Nopember.
Zhao, X., Lu, M., Miller, dan Graeme, J. (1996), “Advanced in Mesoporous Moleculer Sieve MCM-41”,Industrial Engineering Chemical Research, Vol.35, hal 2075-2090.