7-karakterisasi katalis.pdf

RA

TN

A D

EW

I K

US

UM

AN

IGT

YA

S, S

.T., M

.T.

KARAKTERISASI KATALIS

KIMIA KATALIS

CH

EM

ICA

L E

NG

INE

ER

ING

- W

IDI A

ST

UT

I

RA

TN

A D

EW

I K

US

UM

AN

IGT

YA

S, 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.

CH

EM

ICA

L E

NG

INE

ER

ING

- W

IDI A

ST

UT

I

RA

TN

A D

EW

I K

US

UM

AN

IGT

YA

S, 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)

CH

EM

ICA

L E

NG

INE

ER

ING

- W

IDI A

ST

UT

I

Jenis Karakterisasi

RA

TN

A D

EW

I K

US

UM

AN

IGT

YA

S, S

.T., M

.T.

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 C

HE

MIC

AL E

NG

INE

ER

ING

- W

IDI A

ST

UT

I

RA

TN

A D

EW

I K

US

UM

AN

IGT

YA

S, S

.T., M

.T. Penentuan Surface Area dan Volume Pori (BET) 1

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.


HE

MIC

AL E

NG

INE

ER

ING

- W

IDI A

ST

UT

I

RA

TN

A D

EW

I K

US

UM

AN

IGT

YA

S, S

.T., M

.T.

Analisis :

Pengujian sampel dilakukan dg cara adsorpsi N2 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


HE

MIC

AL E

NG

INE

ER

ING

- W

IDI A

ST

UT

I

RA

TN

A D

EW

I K

US

UM

AN

IGT

YA

S, S

.T., M

.T.

Persamaan Kesetimbangan Adsorpsi BET

Isoterm adsorpsi BET untuk mengukur luas permukaan:

)(11

)1)((

1

P

Po

CWm

C

CWm

P

PoW

Plot

antara )1)((

1

P

PoW

dengan menghasilkan

garis lurus

Nilai

Slope

CWm

C 1

CWm

1dan

intersep dihitung dengan

least square

2

..

N

pav

tBM

ANWmS

Luas permukaan padatan

dihitung dengan rumus :

)(Po

P


HE

MIC

AL E

NG

INE

ER

ING

- W

IDI A

ST

UT

I

RA

TN

A D

EW

I K

US

UM

AN

IGT

YA

S, S

.T., M

.T. Isoterm adsorpsi BET untuk mengukur volume pori :

)(.'

1

.'

1

)(' Po

P

CmV

C

CmVPoPV

P

Plot

antara dengan

akan menghasilkan

garis lurus )(' PoPV

P

)(

Po

P

Nilai

Slope

dan

intersep dihitung dengan

least square

CmV

C

.'

1

CmV .'

1

sehingga volume pori (Vm) diketahui.


HE

MIC

AL E

NG

INE

ER

ING

- W

IDI A

ST

UT

I

RA

TN

A D

EW

I K

US

UM

AN

IGT

YA

S, S

.T., M

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

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,

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

Vm = 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


HE

MIC

AL E

NG

INE

ER

ING

- W

IDI A

ST

UT

I

RA

TN

A D

EW

I K

US

UM

AN

IGT

YA

S, S

.T., M

.T.


HE

MIC

AL E

NG

INE

ER

ING

- W

IDI A

ST

UT

I

RA

TN

A D

EW

I K

US

UM

AN

IGT

YA

S, S

.T., M

.T. X-ray Diffraction (XRD) 2

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

EM

ICA

L E

NG

INE

ER

ING

- W

IDI A

ST

UT

I

Jenis Karakterisasi

RA

TN

A D

EW

I K

US

UM

AN

IGT

YA

S, S

.T., M

.T.

Example: a characteristic powder X-ray diffraction

pattern of TPA-ZSM5.

CH

EM

ICA

L E

NG

INE

ER

ING

- W

IDI A

ST

UT

I

Jenis Karakterisasi

RA

TN

A D

EW

I K

US

UM

AN

IGT

YA

S, S

.T., M

.T.

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

CH

EM

ICA

L E

NG

INE

ER

ING

- W

IDI A

ST

UT

I

Jenis Karakterisasi

RA

TN

A D

EW

I K

US

UM

AN

IGT

YA

S, S

.T., M

.T.

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 Determine structural characteristics of alumina, silica, and

zeolitic catalysts

Nuclear Magnetic Resonance (NMR)

3

CH

EM

ICA

L E

NG

INE

ER

ING

- W

IDI A

ST

UT

I

Jenis Karakterisasi

RA

TN

A D

EW

I K

US

UM

AN

IGT

YA

S, S

.T., M

.T.

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)

CH

EM

ICA

L E

NG

INE

ER

ING

- W

IDI A

ST

UT

I

Jenis Karakterisasi

RA

TN

A D

EW

I K

US

UM

AN

IGT

YA

S, 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.

CH

EM

ICA

L E

NG

INE

ER

ING

- W

IDI A

ST

UT

I

Jenis Karakterisasi

RA

TN

A D

EW

I K

US

UM

AN

IGT

YA

S, S

.T., M

.T.

TPD/TPO equipped with Mass Spectrometer

CH

EM

ICA

L E

NG

INE

ER

ING

- W

IDI A

ST

UT

I

Jenis Karakterisasi

RA

TN

A D

EW

I K

US

UM

AN

IGT

YA

S, S

.T., M

.T.

CH

EM

ICA

L E

NG

INE

ER

ING

- W

IDI A

ST

UT

I

Jenis Karakterisasi

RA

TN

A D

EW

I K

US

UM

AN

IGT

YA

S, 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

adsorption, etc.

CH

EM

ICA

L E

NG

INE

ER

ING

- W

IDI A

ST

UT

I

Jenis Karakterisasi

RA

TN

A D

EW

I K

US

UM

AN

IGT

YA

S, S

.T., M

.T. Electron Microscopy (SEM dan TEM) 5

CH

EM

ICA

L E

NG

INE

ER

ING

- W

IDI A

ST

UT

I

Jenis Karakterisasi

RA

TN

A D

EW

I K

US

UM

AN

IGT

YA

S, S

.T., M

.T. 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.

CH

EM

ICA

L E

NG

INE

ER

ING

- W

IDI A

ST

UT

I

Jenis Karakterisasi

RA

TN

A D

EW

I K

US

UM

AN

IGT

YA

S, S

.T., M

.T.

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.

CH

EM

ICA

L E

NG

INE

ER

ING

- W

IDI A

ST

UT

I

Jenis Karakterisasi

RA

TN

A D

EW

I K

US

UM

AN

IGT

YA

S, 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

EM

ICA

L E

NG

INE

ER

ING

- W

IDI A

ST

UT

I

Jenis Karakterisasi

RA

TN

A D

EW

I K

US

UM

AN

IGT

YA

S, S

.T., M

.T.

CH

EM

ICA

L E

NG

INE

ER

ING

- W

IDI A

ST

UT

I

Jenis Karakterisasi

RA

TN

A D

EW

I K

US

UM

AN

IGT

YA

S, S

.T., M

.T. X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) 6

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

CH

EM

ICA

L E

NG

INE

ER

ING

- W

IDI A

ST

UT

I

Jenis Karakterisasi

RA

TN

A D

EW

I K

US

UM

AN

IGT

YA

S, S

.T., M

.T. 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

korosi

Karakterisasi deposit dan kontaminan

CH

EM

ICA

L E

NG

INE

ER

ING

- W

IDI A

ST

UT

I

Jenis Karakterisasi

RA

TN

A D

EW

I K

US

UM

AN

IGT

YA

S, S

.T., M

.T.

XPS

CH

EM

ICA

L E

NG

INE

ER

ING

- W

IDI A

ST

UT

I

Jenis Karakterisasi

RA

TN

A D

EW

I K

US

UM

AN

IGT

YA

S, S

.T., M

.T. Example:

Table: Atomic surface composition (molar %) by XPS analysis.

CH

EM

ICA

L E

NG

INE

ER

ING

- W

IDI A

ST

UT

I

Jenis Karakterisasi

7-karakterisasi katalis.pdf

Documents

Transcript of 7-karakterisasi katalis.pdf