ALFA AKUSTIA WIDATI. DOSEN PEMBIMBING Dr. Didik Prasetyoko, M.Sc

(1)

ALFA AKUSTIA WIDATI

DOSEN PEMBIMBING

(2)

Katekol

Hidrokuinon

Benzokuinon

Fotografi, inhibitor polimerisasi,

antiseptik, pembuatan parfum dan

pharmaceutical intermediates

(Saito dkk, 1990),

dye

(Chin dkk,

1989)

Oksidasi Fenol

Ti-MCM-41

(Corma dkk,1994; Inagaki dkk,1993)

;

Ti-MCM-48, Ti-HMS, Ti-MSU, Ti-SBA 15

(Zhang,

1998)

Stabilitas Hidrotermal & Kemampuan Oksidasi Rendah

(Eimer dkk,2008)

Oksidasi Fenol

_{TITANIUM SILIKALIT-1}

Oksidasi Fenol

Pelarut

Waktu Reaksi

Temperatur Reaksi

Kecepatan adsorpsi pelarut, substrat pada katalis (Hulea dkk,1998)

Selektivitas dan Konversi (Villa dkk,2005; Sun dkk,2000)

TITANIUM SILIKALIT-1

(Liu dkk,2006; WilkenhÖner dkk,2001)

TITANIUM SILIKALIT-1

MESOPORI

(3)

RUMUSAN MASALAH

SINTESIS & KARAKTERISASI

TS-1 MESOPORI

OKSIDASI FENOL

Pengaruh : Pelarut

Waktu Reaksi

Temperatur Reaksi

AKTIVITAS KATALITIK

Temperatur Reaksi

(4)

BATASAN MASALAH

Sintesis TS-1 mesopori dengan variasi waktu

hidrotermal 2, 4, dan 8 hari

Karakterisasi dengan difraktometer XRD,

spektrofotometer FTIR, Adsorpsi-Desorpsi N

₂

,

Adsorpsi Piridin, UV-Vis DR, dan FESEM

Parameter reaksi :

Pelarut (metanol, air, aseton, asetonitril)

Waktu reaksi (0, 1, 2, 4 jam)

(5)

TITANIUM SILIKALIT-1

Katalis oksidasi olefin, amoksimasi

sikloheksanon

(Ke dkk, 2007;

Wilkenhıner dkk, 2001)

alkohol, senyawa hidroksil aromatis

(Ke dkk, 2007),

epoksidasi propilen, α-olefin, dan

hidroksilasi fenol

(Wilkenhıner dkk,

2001)

KATALIS

Mikropori

Mesopori

Makropori

Transport reaktan dan kontak

dengan sisi aktif lebih mudah

(Eimer dkk,2008; Schmidt

dkk,2000)

(6)

REAKSI AKTIVITAS KATALITIK TS-1 MIKROPORI MESOPORI Epoksidasi sikloheksena (Schmidt dkk, 2000) + 10x Mikropori

APLIKASI TS-1 MESOPORI

Oksidasi tiofen (Fang dan Hu, 2007)

5 jam 1 jam

Oksidasi dibenzotiofen (Fang dan Hu, 2007)

(7)

OKSIDASI FENOL

Fenol _Hidrokuinon Benzokuinon Pelarut Protik Aprotik Waktu reaksi Fenol Katekol Hidrokuinon Waktu reaksi Temperatur reaksi

(8)

METODOLOGI PENELITIAN

Penyiapan Alat dan Bahan

Sintesis Katalis TS-1 Mesopori

Karakterisasi Karakterisasi

Pembuatan Kurva Standar

Uji Aktivitas Katalis

(9)

SINTESIS KATALIS TS-1 MESOPORI DENGAN VARIASI

WAKTU HIDROTERMAL (Eimer dkk, 2008)

Tetraetil ortosilikat Tetrabutil ortotitanat

Campuran 1

Diaduk selama 30 menit

+ Tetrapropilammonium hidroksida 40% Campuran 2

+ Tetrapropilammonium hidroksida 40%

Campuran 3

1TEOS : 0,017TiO₂ : 0,24TPAOH : 21,2 H₂O Diaduk selama 15 jam

Dilakukan hidrotermal pada suhu 80_⁰⁰⁰⁰C Variasi waktu 2, 4, dan 8 hari

(10)

Campuran 4

+ Heksadesiltrimetilamoniumbromida Campuran 5

(CTABr/Si = 0,306)

Campuran didiamkan selam 3 jam pada suhu kamar, disaring

Padatan

suhu kamar, disaring

TS-1 Mesopori

- _{Dicuci dengan aquades}

- _{Dikeringkan pada suhu 60}_⁰⁰⁰⁰_{C selama 1 hari} - _{Dikalsinasi selama 1 jam (dialiri N}₂_),

dilanjutkan kalsinasi dengan udara selama 6 jam pada 550_⁰⁰⁰⁰C

(11)

STRUKTUR XRD FTIR UV-Vis DR

KARAKTERISASI

Pengamatan pada 2θ = 1,5-40º

Pengamatan pada bil. gelombang 1400-400 cm-1

Pengamatan pada λ = 200-350 nm Luas permukaan BET

PERMUKAAN

Adsorpsi-Desorpsi N₂

Adsorpsi Piridin-FTIR

FESEM

Luas permukaan BET Distribusi ukuran pori BJH

t-plot

Pengamatan dengan FTIR pada bil. gelombang

(12)

UJI AKTIVITAS KATALIS

1,3 g fenol dalam 5 mL metanol 160 mg Katalis Diaduk Campuran 0,5 g H2O2 30% ⁰⁰⁰⁰ Campuran Produk Analisis Dengan Kromatografi Gas

Diaduk dengan pemanasan 70_⁰⁰⁰⁰C

Variasi :

Pelarut (metanol, air, aseton, asetonitril)

Waktu reaksi (0,1, 2, 4 jam) Temperatur reaksi (60, 70, 80, 90_⁰⁰⁰⁰C)

(13)

TSM-4 TSM-8 I n te n s it a s ( c p s )

X-RAY DIFFRACTION (XRD)

TS-1 2θ 7,9; 8,9; 23,2; 23,7; 24,1; 24,9º (Treacy dkk, 2001)

HASIL & PEMBAHASAN

TSM-2 TSM-4 I n te n s it a s 2θ 2º = Adanya pori meso teratur (Meynen dkk, 2009) (º)

(14)

Sampel Intensitas pada 2θ (I) I/I₀ 2,0º 23º 23º

TSM-2 2500 91,86 8

TSM-4 0 1032,78 94

Hubungan kristalinitas TS-1 mesopori dengan waktu hidrotermal

Jumlah TS-1 yang terbentuk

TSM-8 0 1094,95 100

I₀ = TSM-8

Waktu Hidrotermal >>

(15)

sebelum kalsinasi T r a n s m it a n ( % )

Pengamatan dekomposisi template akibat kalsinasi

FOURIER TRANSFORM INFRARED (FTIR)

setelah kalsinasi T r a n s m it a n Bilangan Gelombang (cm-1₎ 2 9 1 8 c m -1 2 8 5 0 c m -1 Stretching simetri C-H dari

CTA+ _{dan TPA}+

(Zhang, 1999)

Stretching

asimetri C-H dari

CTA+ _{dan TPA}+

(16)

T r a n s m it a n ( % ) TSM-4 TSM-8 Membantu memberikan informasi mengenai struktur molekul

Vibrasi stretching TO₄ Vibrasi

bending TO₄ Asimetri Simetri 960 cm-1 _{800 cm}-1 _{450 cm}-1 1100 cm-1 _{550 cm}-1 Bilangan Gelombang (cm-1₎ T r a n s m it a n TSM-2 4 5 0 c m -1 5 5 0 c m -1 8 0 0 c m -1 9 6 0 c m -1 1 1 0 0 c m -1 1 2 3 0 c m -1 1230 cm-1 (Drago dkk, 1998)

♦_{Vibrasi Si-OH dari material}

mesopori (Zhang, 2008)

♦_{vibrasi Si-O-Ti dari kerangka}

(17)

a r e a p u n c a k F T I R p a d a / 9 6 0 c m -1

Hubungan kristalinitas TS-1 mesopori dengan waktu hidrotermal

Waktu Hidrotermal >>, Rasio A₅₅₀/A₉₆₀ >>

R a s io a r e a p u n c a k F T I R p a d a 5 5 0 c m -1 / 9 6 0 c m

Kristalinitas >>, fase meso <<

Hasil mendukung data XRD

(18)

TSM-2

Menganalisis permukaan dan struktur pori

ADSORPSI-DESORPSI N

₂ T e r a d s o r p ( m L / g ) Isoterm adsorpsi-desorpsi Tipe IV P/P₀ TSM-8 TSM-4 V o lu m e N 2 T e r a d s o r p P/P₀

(19)

( d ) , c c / n m / g

Hubungan distribusi ukuran pori TS-1 mesopori dengan waktu hidrotermal 3,81 nm Diameter pori (nm) d V ( d ) , c c / n m / g 3,42 nm 3,05 nm

Makin lama waktu hidrotermal, diameter pori makin rendah diduga akibat penebalan pori (On dkk, 2001)

(20)

TS-1 mesopori Analisis permukaan dan pori Waktu hidrotermal 2 hari Waktu hidrotermal 4 hari Waktu hidrotermal 8 hari Volume Mikropori (cc/g) _0,19 _0,13 _0,14 Volume Mesopori (cc/g) _0,37 _0,26 _0,17

Volume Pori Total (cc/g) _0,69 _0,48 _0,53

Diameter Pori (nm) _3,81 _3,42 _3,05

Luas Area Mikropori (m2_/g)

464 281 306

Luas Area Mikropori (m /g) ₄₆₄ ₂₈₁ ₃₀₆

Luas Area Mesopori (m2_/g)

298 164 141

Luas Permukaan (m2_/g)

762 445 447

Makin lama waktu hidrotermal, data hasil analisis permukaan makin rendah

(21)

K

-M

UV-VIS DIFFUSE REFLECTANCE (UV-VIS DR)

Menentukan koordinasi Titanium dalam TS-1

Serapan Ti dalam TS-1 mesopori (Lin dkk, 2004; Ratnasamy dkk, 2004)

Serapan Ti dalam lingkungan amorf (Lin dkk, 2004) Panjang gelombang (nm) K 2 3 2 n m dkk, 2004) 3 0 0 n

m _{Tidak terdapat TiO}

(22)

FIELD EMISSION SCANNING ELECTRON MICROSCOPY

(FESEM)

Mengetahui morfologi dan ukuran partikel TS-1

TSM-2 (141-258 nm) TSM-4 (94-128 nm) TSM-8 (20-36 nm)

(23)

T r a n s m it a n ( % ) TSM-2 TSM-4 TSM-8

UJI KEASAMAN

Makin lama waktu hidrotermal, makin sedikit Asam

Bronsted Asam_Lewis

T r a n s m it a n 1 4 4 0 c m -1 1 4 9 0 c m -1 1 5 4 3 c m -1 Bilangan gelombang (cm-1₎ makin sedikit jumlah asam Lewis dan asam Bronsted

(24)

UJI AKTIVITAS KATALITIK PADA OKSIDASI FENOL

PENGARUH KATALIS

m m o l

Perbedaan struktur Ti antara TS-1 mesopori dan TS-1 mikropori

menyebabkan perbedaan aktivitas

m m o l 2 2

(25)

UJI AKTIVITAS KATALITIK PADA OKSIDASI FENOL

PENGARUH KATALIS

m m o l m m o l 2 2 Ti dengan koordinasi

tetrahedral aktif pada reaksi katalitik oksidasi fenol

(26)

m m o l

PENGARUH KATALIS

Perbedaan aktivitas katalitik tidak dapat

diubungkan dengan jumlah sisi aktif waktu hidrotermal m m o l TSM-2_TSM-2 TSM-4 TSM-8 Sampel Rasio Ti/Si(*) TSM-2 0,1029 TSM-4 0,0972 TSM-8 0,0992 * Data XRF

(27)

Hubungan keasaman TS-1 mesopori dengan aktivitas katalitik ( m m o l/ g ) ■ asam Lewis ▲ asam Brønsted Konversi fenol (%) J u m la h a s a m

(28)

Hubungan diameter TS-1 mesopori dengan aktivitas katalitik D ia m e te r P o r i ( n m ) Konversi fenol (%) D ia m e te r P o r i ( n m )

(29)

PENGARUH PELARUT

Pelarut Konversi (%) Selektivitas (%) Katekol Benzokuinon Asetonitril 1,05 - 100 Air 2.78 28 72 Aseton 1.33 - 100 Metanol 1.09 - 100

Tingginya kelarutan fenol dan H₂O₂ dalam air sehingga radikal OH mudah terbentuk (Wang dkk,2005; Suja dan Suganan, 2003; Rao dan Ratnaswamy, 1993)

Kondisi reaksi : 1,3 g fenol; 0,16 mg katalis TSM-2; 5 mL pelarut; 0,5 g H₂O₂; temperatur reaksi 70○_{C, waktu reaksi 2 jam}

(30)

PENGARUH TEMPERATUR REAKSI

Temperatur Reaksi Konversi (%) Selektivitas (%) Katekol Benzokuinon 60 0,90 - 100 70 2,78 28 72 80 1,17 - 100 90 1,02 - 100 90 1,02 - 100

Temperatur 60-70ºC : pergerakan molekul makin meningkat

menyebabkan jumlah tumbukan makin besar sehingga jumlah produk meningkat

Temperatur 80-90ºC : terjadi dekomposisi H₂O₂ menyebabkan jumlah produk menurun

Kondisi reaksi : 1,3 g fenol; 0,16 mg katalis TSM-2; 5 mL pelarut air ; 0,5 g H₂O₂, waktu reaksi 2 jam

(31)

PENGARUH WAKTU REAKSI

Waktu Reaksi (Jam) Konversi (%) Selektivitas (%) Katekol Benzokuinon 1 1,07 - 100 2 278 28 72 4 3,24 35 65

Kondisi reaksi : 1,3 g fenol; 0,16 mg katalis TSM-2; 5 mL pelarut

Makin lama waktu reaksi, makin banyak jumlah produk dikarenakan makin banyak tumbukan yang terjadi

Kondisi reaksi : 1,3 g fenol; 0,16 mg katalis TSM-2; 5 mL pelarut air; 0,5 g H₂O₂, temperatur reaksi 70ºC

(32)

KESIMPULAN

Titanium silikalit-1 (TS-1) mesopori telah berhasil disintesis menggunakan metode Eimer dkk dengan menggunakan

template CTABr sebagai pembentuk fase meso.

Semakin pendek waktu hidrotermal maka semakin semakin besar fase meso katalis, semakin rendah kristalinitasnya, semakin banyak jumlah sisi asam Bronsted dan Lewisnya. Aktivitas katalitik tertinggi dari TS-1 mesopori pada oksidasi Aktivitas katalitik tertinggi dari TS-1 mesopori pada oksidasi fenol diperoleh pada kondisi reaksi : pelarut air, temperatur reaksi 70ºC, dan lama reaksi 2 jam.

Aktivitas katalitik tertinggi diperoleh dari penggunaan katalis TS-1 mesopori dengan waktu hidrotermal 2 hari sebesar

2,78%.

Selektivitas benzokuinon tertinggi diperoleh dari penggunaan katalis TS-1 mesopori dengan waktu hidrotermal 8 hari