ALFA AKUSTIA WIDATI

DOSEN PEMBIMBING

Dr. Didik Prasetyoko, M.Sc

Katekol

Hidrokuinon

Benzokuinon

Fotografi, inhibitor polimerisasi, antiseptik, pembuatan parfum dan pharmaceutical intermediates(Saito dkk, 1990), dye (Chin dkk, 1989)

Oksidasi FenolOksidasi 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-1TITANIUM SILIKALIT-1TITANIUM SILIKALIT-1 Oksidasi FenolOksidasi FenolOksidasi 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-1TITANIUM SILIKALIT-1

MESOPORI

RUMUSAN MASALAH

SINTESIS & KARAKTERISASI TS-1 MESOPORI

OKSIDASI FENOL

Pengaruh :PelarutWaktu Reaksi

Temperatur Reaksi

AKTIVITAS KATALITIK

Temperatur Reaksi

BATASAN MASALAH

Sintesis TS-1 mesopori dengan variasi waktu

hidrotermal 2, 4, dan 8 hari

Karakterisasi dengan difraktometer XRD,

spektrofotometer FTIR, Adsorpsi-Desorpsi N2,

Adsorpsi Piridin, UV-Vis DR, dan FESEMAdsorpsi Piridin, UV-Vis DR, dan FESEM

Parameter reaksi :

Pelarut (metanol, air, aseton, asetonitril)

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

Temperatur reaksi (60, 70, 80, 90⁰⁰⁰⁰C)

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)2001)

KATALIS

Mikropori

Mesopori

Makropori

Transport reaktan dan kontakdengan sisi aktif lebih mudah(Eimer dkk,2008; Schmidt dkk,2000)

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)

- +

OKSIDASI FENOL

Fenol Hidrokuinon

Benzokuinon

Pelarut Protik

Aprotik

Waktu reaksiFenol

Katekol

Hidrokuinon

Waktu reaksi

Temperatur reaksi

METODOLOGI PENELITIAN

Penyiapan Alat dan Bahan

Sintesis Katalis TS-1 Mesopori

KarakterisasiKarakterisasi

Pembuatan Kurva Standar

Uji Aktivitas Katalis

Analisis Data

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 31TEOS : 0,017TiO2 : 0,24TPAOH : 21,2 H2O

Diaduk selama 15 jam

Dilakukan hidrotermal pada suhu 80⁰⁰⁰⁰CVariasi waktu 2, 4, dan 8 hari

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 60⁰⁰⁰⁰C selama 1 hari- Dikalsinasi selama 1 jam (dialiri N2),

dilanjutkan kalsinasi dengan udara selama 6 jam pada 550⁰⁰⁰⁰C

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

PERMUKAANAdsorpsi-Desorpsi N2

Adsorpsi Piridin-FTIR

FESEM

Luas permukaan BET

Distribusi ukuran pori BJH

t-plot

Pengamatan dengan FTIR pada bil. gelombang 1700-1400 cm-1

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 DenganKromatografi Gas

Diaduk dengan pemanasan 70⁰⁰⁰⁰C

Variasi :

Pelarut (metanol, air, aseton, asetonitril)Waktu reaksi (0,1, 2, 4 jam)Temperatur reaksi (60, 70, 80, 90⁰⁰⁰⁰C)

TSM-4

TSM-8In

ten

sit

as

(cp

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

Inte

nsit

as

2θ 2º =Adanya porimeso teratur(Meynen dkk, 2009)

(º)

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 >>Kristalinitas >>, fase meso <<

sebelumkalsinasi

Tra

nsm

itan

(%)

Pengamatan dekomposisi template akibat kalsinasi

FOURIER TRANSFORM INFRARED (FTIR)

setelahkalsinasi

Tra

nsm

itan

Bilangan Gelombang (cm-1)

29

18

cm

-1

28

50

cm

-1

Stretching simetri C-H dariCTA+ dan TPA+

(Zhang, 1999)

Stretching asimetri C-H dariCTA+ dan TPA+

(Zhang, 1999)

Tra

nsm

itan

(%)

TSM-4

TSM-8

Membantu memberikan informasi mengenai struktur molekul

Vibrasi stretching TO4 Vibrasibending TO4Asimetri Simetri

960 cm-1 800 cm-1 450 cm-1

1100 cm-1 550 cm-1

Bilangan Gelombang (cm-1)

Tra

nsm

itan

TSM-2

45

0 c

m-1

55

0 c

m-1

80

0 c

m-1

96

0 c

m-1

11

00

cm

-1

12

30

cm

-1

1230 cm-1

(Drago dkk, 1998)

♦ Vibrasi Si-OH dari material mesopori (Zhang, 2008)

♦ vibrasi Si-O-Ti dari kerangkaTS-1

are

a p

un

cak F

TIR

pad

a

/9

60

cm

-1

Hubungan kristalinitas TS-1 mesopori dengan waktu hidrotermal

Waktu Hidrotermal >>, Rasio A550/A960 >>

Rasio

are

a p

un

cak F

TIR

pad

a

55

0 c

m-1

/9

60

cm

Kristalinitas >>, fase meso <<

Hasil mendukung data XRD

Waktu hidrotermal (hari)

TSM-2

Menganalisis permukaan dan struktur pori

ADSORPSI-DESORPSI N2

Tera

dso

rp(m

L/

g)

Isoterm adsorpsi-desorpsi Tipe IV

P/P0

TSM-8

TSM-4

Vo

lum

e N

2T

era

dso

rp

P/P0

Tipe material mesopori

(d),

cc/

nm

/g

Hubungan distribusi ukuran pori TS-1 mesopori dengan waktuhidrotermal

3,81 nm

Diameter pori (nm)

dV

(d),

cc/

nm

/g

3,42 nm

3,05 nm

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

TS-1 mesoporiAnalisispermukaandan pori

Waktuhidrotermal

2 hari

Waktuhidrotermal

4 hari

Waktuhidrotermal

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 306Luas 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 hasilanalisis permukaan makin rendah

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

23

2 n

m

dkk, 2004)

30

0 n

m Tidak terdapat TiO2 luar kerangka

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)

Semakin lama waktu hidrotermal, makin kecil ukuran partikelnya

Tra

nsm

itan

(%)

TSM-2

TSM-4

TSM-8

UJI KEASAMAN

Makin lama waktuhidrotermal, makin sedikit

AsamBronsted

AsamLewis

Tra

nsm

itan

14

40

cm

-1

14

90

cm

-1

15

43

cm

-1

Bilangan gelombang (cm-1)

makin sedikitjumlah asamLewis danasamBronsted

UJI AKTIVITAS KATALITIK PADA OKSIDASI FENOL

PENGARUH KATALISm

mo

l

Perbedaan struktur Ti antara TS-1 mesopori dan TS-1 mikroporimenyebabkan perbedaan aktivitas

mm

ol

2

2

UJI AKTIVITAS KATALITIK PADA OKSIDASI FENOL

PENGARUH KATALISm

mo

lm

mo

l

2

2

Ti dengan koordinasitetrahedral aktif pada reaksikatalitik oksidasi fenol

mm

ol

PENGARUH KATALIS

Perbedaan aktivitas katalitik tidak dapat diubungkan dengan jumlah sisi aktif

waktu hidrotermal

mm

ol

TSM-2TSM-2 TSM-4 TSM-8

SampelRasio

Ti/Si(*)

TSM-2 0,1029

TSM-4 0,0972

TSM-8 0,0992

* Data XRF

Hubungan keasaman TS-1 mesopori dengan aktivitas katalitik

(mm

ol/

g)

■ asam Lewis

▲ asam Brønsted

Konversi fenol (%)

Jum

lah

asam

Hubungan diameter TS-1 mesopori dengan aktivitas katalitik

Dia

mete

r P

ori

(n

m)

Konversi fenol (%)

Dia

mete

r P

ori

(n

m)

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

PENGARUH TEMPERATUR REAKSI

TemperaturReaksi

Konversi (%)

Selektivitas (%)

Katekol Benzokuinon

60 0,90 - 100

70 2,78 28 72

80 1,17 - 100

90 1,02 - 10090 1,02 - 100

Temperatur 60-70ºC : pergerakan molekul makin meningkatmenyebabkan jumlah tumbukan makin besarsehingga jumlah produk meningkat

Temperatur 80-90ºC : terjadi dekomposisi H2O2 menyebabkanjumlah 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

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

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 sebesar 100%.