KIMIA KATALIS KARAKTERISASI KATALIS

(1)

TNA DEWI KUSUMANIGTY AS , S. T ., M .T .

KARAKTERISASI

KATALIS

KIMIA KATALIS

CH E MI CAL E NGINE E RING - WIDI A S TUTI

(2)

KUSUMANIGTY AS , S. T ., M .T .

Tujuan Karakterisasi

1. Membuktikan bahwa katalis yang telah disintesis sesuai dengan yang diharapkan.

2. Quality control operation after preparation

3. Mengetahui sifat-sifat katalis: aktivitas, selektivitas, stabilitas. 4. Dengan karakterisasi  diperoleh korelasi antara kinerja

katalis dengan struktur maupun sifat-sifat elektronik katalis. E MI CAL E NGINE E RING - WIDI A S TUTI

(3)

TNA DEWI KUSUMANIGTY AS , S. T ., M .T . Sifat-Sifat Fisis

 Penentuan Surface area dan volume pori  metode BET  Distribusi ukuran pori  Mercury porosimetry, adsorpsi N₂  Morfologi permukaan  Scanning Electron Microscopy

Sifat-Sifat Kimia

 Kapasitas adsorpsi dan desorpsi  Thermogravimetric Analysis (TGA)

 Penentuan struktur dan kristalinitas  X-ray diffraction (XRD)

nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR)

Jenis Karakterisasi

(4)

Sifat-Sifat Kimia Permukaan

 Penentuan keasaman dan kebasaan permukaan padatan 

Amonia Temperature Programmed Desorption (TPD)

 Dispersi logam aktif serta densitas situs aktif  Pulse Chemisorption

Jenis Karakterisasi

E MI CAL E NGINE E RING - WIDI A S TUTI

(5)

TNA DEWI KUSUMANIGTY AS , S. T ., M .T

.

1 Penentuan Surface Area dan Volume Pori (BET)

Tahapan

: preparasi dan analisis.

Preparasi :

Sebelum pengujian



sampel dipreparasi

Sampel dioven (5 jam, suhu 150



C) agar kandungan

uap air dan gas-gas pengotor berkurang



didinginkan



masukkan ke dalam sample cell



ditimbang



vacuum degassing (suhu 150



C, 6 jam)

untuk menghilangkan secara lebih seksama uap air

dan gas-gas pengotor pada permukaan sampel



sampel didinginkan



ditimbang untuk mendapatkan

berat keringnya.

Jenis Karakterisasi

(6)

Analisis :

Pengujian sampel dilakukan dg cara adsorpsi N

₂

pada

suhu 77 K (titik didih nitrogen cair pada kondisi

standar). Luas permukaan padatan dan volume pori

diperkirakan dengan isotherm BET. Isoterm adsorpsi

yang dievaluasi dibatasi pada kisaran

Po

P

= 0,05-0,35

Jenis Karakterisasi

(7)

.

Persamaan Kesetimbangan Adsorpsi BET

Isoterm adsorpsi BET untuk mengukur luas permukaan:

) ( 1 1 ) 1 ) (( 1 P Po C Wm C C Wm P Po W     Plot antara ₍₍ ₎ ₁₎ 1  P Po W dengan menghasilkan garis lurus Nilai Slope _      C Wm C 1       C Wm 1 dan

intersep dihitung dengan _{least square}

. . N p av t BM A N Wm S 

Luas permukaan padatan dihitung dengan rumus :

)

(

Po

P

Jenis Karakterisasi

(8)

KUSUMANIGTY AS , S. T ., M .T

. Isoterm adsorpsi BET untuk mengukur volume pori :

) ( . ' 1 . ' 1 ) ( ' Po P C m V C C m V Po P V P _ _   Plot antara dengan akan menghasilkan garis lurus

)

(

'

P

Po

V

P



(

_Po

P

)

Nilai Slope dan intersep dihitung dengan least square        C m V C . ' 1       C m V' . 1

sehingga volume pori (V’m) diketahui.

Jenis Karakterisasi

(9)

. Ap = Luas proyeksi molekul N2 = 16,2 Å

BMN = Berat molekul nitrogen, g/ gmol

C = Konstanta BET yang berkaitan dengan energi adsorpsi pada

lapisan monolayer

P = Tekanan uap adsorbate, atm

Po = Tekanan uap murni adsorbate, atm

R = konstanta gas = 1,987 kal/ gmol/ K

St = Luas permukaan padatan, Å

T = Suhu mutlak, K

T0 = Suhu referensi, K

V = Volume cairan dalam reaktor, L

V’ = Volume N₂ yang terjerap pada pori, L

VC = Volume kritis, cm3/ mol

V’m = Volume pori, L

W = Berat gas N₂ yang terjerap pada pori pada tekanan relatif

P/Po, g

Wm = Berat adsorbate yang membentuk lapisan monolayer pada

padatan, g

Jenis Karakterisasi

(10)

Jenis Karakterisasi

(11)

Jenis Karakterisasi

(12)

Jenis Karakterisasi

(13)

2 X-ray Diffraction (XRD)

can be used to identify and quantify the components in a

complex mixture of solids. For single-phase powders, structural and compositional information can be derived from the

diffraction pattern. CH E MI CAL E NGINE E RING - WIDI A S TUTI

Jenis Karakterisasi

(14)

KUSUMANIGTY AS , S. T ., M .T . E MI CAL E NGINE E RING - WIDI A S TUTI

Jenis Karakterisasi

(15)

Typical Applications

 Determination of crystallite size and percent

crystallinity

 Phase identification of catalyst and polymer

 Identification and quantification of components in

multiphase solids

 Bulk and clay mineral analysis

 Unit cell and percent crystallinity for known

compounds

Jenis Karakterisasi

(16)

 powerful technique for determining molecular structure and composition of liquids and solids

 Chemical and physical properties may be derived from a variety of NMR experiments tailored to a host of nuclei such as 1H, 2H, 13C, 19F, 29Si, 27Al, and 31P.

 Physical properties (morphology, crystallinity, bond geometry, order, exchange, mobility, and diffusion) can be determined.

Typical Applications

 Determine amorphous vs crystalline phases in polymers

 Study catalysts ligand chemistry, stability, extent of oxidation

Nuclear Magnetic Resonance (NMR)

3 Jenis Karakterisasi

(17)

untuk mengevaluasi aktivitas katalitik  mengukur jumlah situs aktif pada permukaan yang mengontrol reaksi kimia katalitik.

Chemisorption (Kemisorpsi)

4

Beberapa jenis analisis kemisorpsi:

a. Temperature-programmed Desorption (TPD)

 untuk menentukan jumlah, tipe, dan kekuatan situs aktif pada permukaan katalis  dengan mengalirkan gas amonia

b. Temperature-programmed Reduction (TPR)

 untuk menentukan kuantitas logam reaktif yang ada pada Sample  dengan mengalirkan gas hidrogen atau CO.

c. Temperature-programmed Oxidation (TPO)

 Untuk mengukur seberapa besar kemungkinan katalis dapat di oksidasi lagi (oxidation behaviour)

Jenis Karakterisasi

(18)

KUSUMANIGTY AS , S. T ., M .T . _{TPD/TPO/TPR with TCD} and FID

This apparatus is utilized for TPR and TPD of NH3. It can also be used for high sensitive TPO by

converting CO₂ to methane via a small reactor

containing Ni/alumina catalyst and monitoring methane by FID detector.

Jenis Karakterisasi

(19)

TPD/TPO equipped with Mass Spectrometer

Jenis Karakterisasi

(20)

Jenis Karakterisasi

(21)

RA TNA DEWI KUSUMANIGTY AS , S. T ., M .T

. d.Pulse Chemisorption Analysis (pulse titration)

 Untuk menentukan luas permukaan aktif, persentase dispersi logam, dan ukuran kristal katalis

Combines gas detection by high sensitivity, thermal conductivity detector (TCD) for TPR/TPD/TPO analysis and automatic physisorption and chemisorption by precise vacuum volumetric

method for analysis of BET surface area, meso and micropore size

distribution, active surface area, degree of metal

dispersion, heats of CH E MI CAL E NGINE E RING - WIDI A S TUTI

Jenis Karakterisasi

(22)

KUSUMANIGTY AS , S. T ., M .T

.

5 Electron Microscopy (SEM dan TEM)

Jenis Karakterisasi

(23)

.

_{Scanning electron microscopy (SEM)}

 The interaction of an electron beam with a sample

creates a number of different responses, which reflect

the underlying structure or chemistry of the sample.

 provides a good indication of the topography of an

exposed surface.

 SEM combined with X-ray spectrometry



used to

identify, quantify, and map the distribution of chemical

elements present in a material.

Jenis Karakterisasi

(24)

Transmission electron microscopy (TEM)

Uses a high-voltage electron beam to probe the

internal structure of a sample. Diffraction patterns can

be obtained on suitable materials to identify the

specific phases.

used to probe the sample in a point-wise fashion. TEM

combined with X-ray spectrometry is used to identify,

quantify, and map the distribution of chemical

elements present in a material.

Jenis Karakterisasi

(25)

TNA DEWI KUSUMANIGTY AS , S. T ., M .T . Typical Applications  Compositional images and elemental distributions

 Domain size and

morphology  Elemental line scans &

maps  Fracture/failure analysis  Phase segregation, dispersion, and identification CH E MI CAL E NGINE E RING - WIDI A S TUTI

Jenis Karakterisasi

(26)

Jenis Karakterisasi

(27)

.

6 X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS)



a surface sensitive technique with an analysis depth

of 3-5 nm



provides information about: elemental composition,

the oxidation state, and chemical environment of

individual elements



quantitative and qualitative surface analysis

Jenis Karakterisasi

(28)

Typical Applications

 Karakterisasi pengemban dan fase aktif katalis

heterogen

 Penentuan surface area fase aktif katalis

 Penentuan konsentrasi permukaan dopant dan racun

katalis

 Penentuan konsentrasi permukaan dari

extra-framework alumina dalam zeolites

 Analisis ketidaksempurnaan

 Analisis kegagalan dalam komposit

 Karakterisasi lapisan korosi dan molekul inhibitor

Jenis Karakterisasi

(29)

TNA DEWI KUSUMANIGTY AS , S. T ., M .T . XPS CH E MI CAL E NGINE E RING - WIDI A S TUTI

Jenis Karakterisasi

(30)

KUSUMANIGTY AS , S. T ., M .T . Example: Table: Atomic surface composition (molar %) by XPS analysis.