Zeolit Power Point

8/8/2019 Zeolit Power Point

1/40

TINJAUAN ANORGANIKZEOLITPENUKAR ION, ADSORBEN, BAHAN PENGEMBAN KATALIS


2/40

ZEOLIT (ZEINLITHOS)ATAU

BATUAN MENDIDIH

Nama Zeolit berasal dari bahasa Yunaniyaitu Zeni dan Lithos yang berarti

batu yang mendidih, karena apabiladipanaskan membuih dan mengeluarkan

air.


3/40

KRISTAL ALUMINA SILIKA

Zeolit didefinisikan sebagai kristal alumina

silika yang berstruktur tiga dimensi, terbentuk daritetrahedral alumina dan silika dengan rongga-

rongga di dalam yang berisi ion-ion logam,

biasanya alkali atau alkali tanah dan molekul airyang dapat bergerak bebas.

Rumus Molekul Zeolit : Mx/n.(AlO2)x.(SiO2)y xH2O


4/40

JENIS MINERAL ZEOLIT

Analsim Na16(Al16Si32O96). 16H2O

Kabasit (Na2,Ca)6 (Al12Si24O72). 40H2O

Klipnoptolotit (Na4K4)(Al8Si4O96). 24H2O

Erionit (Na,Ca5K) (Al9Si27O72).27H2O

Ferrierit (Na2Mg2)(Al6Si30O72). 18H2O

Heulandit Ca4(Al8Si28O72). 24H2O

Laumonit Ca(Al8Si16O48). 16H2O

Mordenit Na8(Al8Si40O96). 24H2O

Filipsit (Na,K)10(Al10Si22O64). 20H2O

Natrolit Na4(Al4Si6O20). 4H2O

Wairakit Ca(Al2Si4O12). 12H2O


5/40

Atom Aluminium memiliki muatan 3+, sedangkan Silicon

memiliki muatan 4+. Zeolit bermuatan negatif. Muatan

negatif inilah yang menyebabkan Zeolit mampu mengikatkation.

Jenis membran zeolit : membran anorganik termasuk

golongan assymetric atau anisotropic membran dengan

tipe microporus. Ukuran pori kurang dari 0.28 nm. Zeolit

juga sering disebut sebagai 'molecular sieve' /

'molecular mesh' (saringan molekuler) karena zeolit

memiliki pori-pori berukuran molekuler.


6/40

MINERAL SERBA GUNA

Sifat-sifat Unik :

Dehidrasi Adsorben

Katalisator Penukar Ion


7/40

Zeolit mempunyai sifat dehidrasi (melepaskan molekul H20) apabila

dipanaskan, tetapi juga mudah mengikat kembali molekul air dalam

udara lembab. Oleh sebab itu zeolit banyak digunakan sebagai bahanpengering.

Zeolit juga mudah melepas kation dan diganti dengan kation lainnya,

misal zeolit melepas natrium dan digantikan dengan mengikat kalsiumatau magnesium. Pada umumnya struktur kerangka zeolit akan

menyusut. Tetapi kerangka dasarnya tidak mengalami perubahan

secara nyata. Disini molekul H2O seolah-olah mempunyai posisi yang

spesifik dan dapat dikeluarkan secara reversibel.


8/40

Sifat zeolit sebagai adsorben karena struktur zeolit

yang berongga, sehingga zeolit mampu menyerapsejumlah besar molekul yang berukuran lebih kecil atau

sesuai dengan ukuran rongganya. Selain itu kristal zeolit

yang telah terdehidrasi merupakan adsorben yangselektif dan mempunyai efektivitas adsorpsi yang tinggi.


9/40

Zeolit mempunyai kapasitas yang tinggi sebagai penyerap. Karenazeolit dapat memisahkan molekul-molekul berdasarkan ukuran

dan konfigurasi dari molekul.

Zeolit merupakan suatu mineral berupa kristal silika aluminayang terdiri dari tiga komponen yaitu kation yang dapat

dipertukarkan, kerangka alumino-silikat dan air. Air yangterkandung dalam pori tersebut dapat dilepas denganpemanasan pada temperatur 300 oC sampai dengan 400 oC.

Dengan pemanasan pada temperatur tersebut air dapat keluar,sehingga zeolit dapat berfungsi sebagai penyerap gas atau cairan.


10/40

Jumlah air yang terkandung dalam zeolit sesuai dengan banyaknya poriatau volume pori. Kation-kation dalam kerangka zeolit dapat ditukar

dan disubstitusi tanpa merubah struktur kerangka (isomorfis) sertadapat menimbulkan gradien medan elektronik dalam kanal-kanal danruangan-ruangan zeolit.

Gradien medan elektronik ini akan dialami semua adsorbat yang

masuk ke pori zeolit, karena kecilnya diameter pori. Sebagaiakibatnya sifat zat teradsorpsi seperti tingkat dissosiasi,konduktivitas akan berbeda dari sifat zat yang bersangkutan dalamkeadaan normalnya.


11/40

Molekul yang polar akan berinteraksi lebih kuat dengan gradien medanelektronik intrakanal dan gradien medan elektronik intrakristal, dibandingmolekul-molekul non polar. Zeolit yang banyak mengalami substitusi kerangka

isomorfis (rasio Si/Al rendah) akan memiliki medan elektronik lebih besardibanding zeolit yang sedikit mengalami substitusi isomorfis, sehingga cenderungmemilih molekul-molekul yang polar untuk diadsorpsi.

Sebaliknya molekul-molekul non polar lebih suka diserap oleh zeolit dengan rasio

Si/Al tinggi. Ukuran pori merupakan faktor yang cukup penting yang berperandalam proses adsorpsi.Molekul dengan ukuran besar sulit dapat masuk ke dalampori atau ruang-ruang yang terdapat dalam zeolit jika ukuran porinya lebih kecildibanding molekulnya. Molekul dengan ukuran kecil lebih mudah melakukanpenetrasi ke dalam pori. Ukuran molekul erat kaitannya dengan bentuk geometri

molekul, sehingga bentuk molekul berpengaruh terhadap adsorpsi.


12/40

Kemampuan zeolit sebagai katalis berkaitan dengan

tersedianya situs aktif dalam saluran antar zeolit. Situs aktifterbentuk karena adanya gugus fungsi asam tipe Bronsted

maupun Lewis. Situs aktif yang bersifat asam ini selanjutnya

dapat mengikat molekul-molekul basa secara kimiawi.


13/40

Zeolit merupakan aluminosilikat mikropori dengan ukuran pori yangseragam, dan memiliki luas permukaan dan stabilitas termal yang tinggi

sehingga zeolit banyak dimanfaatkan untuk padatan pendukung katalis.Tipe zeolit yang banyak digunakan sebagai padatan pendukung katalisadalah zeolit Y (tipe faujasit). Faujasit terdiri atas dua jenis yakni faujasitkaya silikon (zeolit Y) dan faujasit kaya aluminium (zeolit X).

Kemampuan zeolit sebagai katalis ditentukan oleh struktur dan komposisizeolit. Keberadaan zeolit dalam reaksi katalitik heterogen menjadi relatifpenting karena struktur zeolit yang berpori dan sifat alami dari Al3+,Si4+, O2- yang saling terikat dengan pola tertentu. Keasaman zeolit

merupakan salah satu faktor yang penting dalam penggunaan zeolitsebagai pengemban dan sebagai katalis. Zeolit yang digunakan secaraluas sebagai katalis didasarkan pada produksi situs asam Bronsted danadanya situs asam Lewis yang terdapat dalam pori zeolit.


14/40

Zeolit sebagai katalis hanya mempengaruhi laju reaksi tanpa

mempengaruhi kesetimbangan reaksi karena mampu

menaikkan perbedaan lintasan molekuler dari reaksi yang

terjadi.

Katalis berpori dengan pori-pori yang sangat kecil akan

memuat molekul-molekul kecil tetapi mencegah molekul besar

masuk.

Zeolit dapat menjadi katalis yang shape-selective dengantingkat transisi selektifitas atau dengan pengeluaran reaktan

pada dasar diameter molekul.

Zeolit mampu menjadi katalis asam dan dapat digunakan

sebagai pendukung logam aktif atau sebagai reagen, serta dapatdigunakan dalam katalis oksida.


15/40

Preparasi katalis dari bahan dasar zeolit alam meliputi proses dealuminasi melaluiperlakuan asam dan hidrotermal serta pengembanan logam. Larutan asam yangdigunakan adalah HF 1%, HCl 6 M dan NH4Cl 0,1 M. Perlakuan asam dilakukan dengan

merendam zeolit alam ke dalam larutan tersebut diatas. Proses hidrotermal dilakukandengan mengalirkan uap air pada temperatur 500 rC, sehingga zeolit alam yangdiperoleh diharapkan akan stabil pada temperatur yang relatif tinggi jika digunakansebagai katalis.

Katalis yang diperoleh dilakukan proses kalsinasi, oksidasi dan reduksi. Kalsinasidilakukan dengan cara pengaliran gas nitrogen melalui sampel zeolit alam pada

temperatur 500 rC, selama 3 jam dengan laju alir gas 500 mL/menit. Tahapoksidasi, gas yang digunakan adalah gas oksigen yang dialirkan pada temperatur 400

rC dengan laju alir 500 mL/menit selama 1,5 jam. Tahap reduksi gas yang

digunakan adalah gas hidrogen yang dialirkan melalui sampel zeolit alam padatemperatur 400 rC dengan laju alir 500 mL/menit selama 1,5 jam.


16/40

Dealuminasi : peristiwa pelepasan Al dalam kerangka (Al frame work) menjadi Al diluar

kerangka. Dealuminasi menyebabkan peristiwa peningkatan rasio Si/Al. Peningkatan rasio

Si/Al mengakibatkan penurunan ukuran pori dari katalis zeolit, sehingga mengakibatkan

selektivitas katalis semakin meningkat. Zeolit sebelum dilakukan dealuminasi dengan

perlakuan pengasaman dan hidrotermal, mengandung Al yang cukup besar dibandingkan

dengan sesudah dilakukan dealuminasi dan modifikasi melalui pengembanan logam ke dalam

zeolit, sehingga zeolit mempunyai rasio Si/Al yang cukup tinggi.

Perlakuan asam, hidrotermal, kalsinasi, oksidasi, impregnasi logam dan reduksi, zeolit alam

akan meningkatkan keasamannya. Katalis yang bersifat asam sangat baik digunakan sebagai

katalis perengkah atau konversi. Pengasaman melalui metode pertukaran ion relatif sangatbaik untuk menempatkan posisi ion H+ untuk menggantikan posisi kation dalam zeolit.

Keasaman katalis yang dimaksud adalah jumlah total dari situs asam Bronsted dan asam

Lewis yang terdapat dalam katalis zeolit setelah mengalami beberapa perlakuan. Perlakuan

asam akan meningkatkan jumlah situs asam Bronsted.


17/40

Luas permukaan menggambarkan situs aktifyang dapat kontak dengan reaktan. Semakinbesar situs aktif dari suatu katalis aktivitas

katalis akan semakin baik. Luas permukaan zeolitmeningkat dengan modifikasi zeolit alam melaluiproses pengasaman, hidrotermal, kalsinasi,oksidasi, impregnasi & reduksi.

Perlakuan asam dan hidrotermal sertaimpregnasi logam mampu meningkatkan luas

permukaan katalis. Perlakuan asammenyebabkan terbukanya pori zeolit karenatertutupi oleh pengotor organik, sehingga luaspermukaan akan meningkat. Impregnasi logammerata pada permukaan padatan zeolit akanmeningkatkan luas permukaan katalis.


18/40

BAHAN

PENGEMBAN

Zeolit digunakan sebagai pengemban karena strukturkristalnya berpori dan memiliki luas permukaan yang

besar, memiliki stabilitas termal yang tinggi, harganyamurah serta keberadaannya cukup melimpah.

Zeolit alam di Indonesia, ternyata mengandung silika-

alumina amorf dan kristal mordenit, yang setelahdiaktivasi dan dimodifikasi mempunyai aktifitas yangbaik.


19/40

Bahan adsorben hasil impregnasi

memiliki kemampuan adsorpsi dan

selektifitas lebih baik.

Dispersi logam aktif ke permukaan

pengemban mempunyai tujuan

memperluas permukaan katalis dan

memperbanyak jumlah situs aktif.

Kontak antara reaktan dengan katalis

akan semakin banyak sehingga reaksi

akan semakin mudah dan cepat.

Tujuan lain pengemban adalah

menin katkan aktivitas katalis serta


20/40

Katalis Logam/Zeolit

Sistem katalis logam/pengemban (zeolit) yaitu suatusistem katalis yang dibuat dengan cara menempatkankomponen aktif logam ke dalam zeolit.

Situs aktif logam diharapkan akanterdispersi secara merata ke seluruhpermukaan dan pori-pori zeolit.Penempelan logam dalam zeolit

bertujuan untuk memperluas /memperbanyak situs aktif.


21/40

Logam aktif yang terimpregnasi padapermukaan pengemban sangat mempengaruhi

luas permukaan.Tujuan impregnasi logam aktif zeolit adalah

memperluas permukaan katalis yangakhirnya akan meningkatkan luas dan

aktivitas sampel katalis akan meningkat.Semakin banyak logam terimpregnasi secara

merata pada permukaan zeolit diharapkanluas permukaan semakin luas, tetapikenyataannya tidak selalu demikian. Bilaterjadi akumulasi logam aktif padapermukaan zeolit, misalnya pada bagian

mulut pori atau saluran pori, maka logam


22/40

Impregnasi dapat dilakukan dengan jalan merendam padatan disertai

pengadukan yang dapat dilakukan baik dengan jalan penguncangan

atau pengadukan magnetik. Padatan yang telah direndam kemudiandikeringkan untuk menghilangkan pelarutnya sehingga yang tertinggal

pada permukaan padatan adalah ion yang teradsorpsi beserta anion

pasangannya. Untuk mendapatkan bentuk logam netral (muatan = 0)maka ion logam yang teradsorbsi dapat direduksi dengan cara

mengalirkan gas reduktor.


23/40

Zeolit sebagai penukar ion karena adanya kation logam

alkali dan alkali tanah. Kation tersebut bergerak bebasdidalam rongga dan dapat dipertukarkan dengan kation

logam lain dengan jumlah yang sama. Akibat struktur

zeolit berongga, anion atau molekul berukuran lebihkecil atau sama dengan rongga dapat masuk dan

terjebak.


24/40

Pertukaran ion pada zeolit disebabkan substitusi "isomorf" Al padatertrahedral Si dan semua atom Al pada zeolit dalam bentuk tetrahedral.Tipe pertukaran ion dilakukan dalam kondisi isotermis. Kondisi isotermisdari empat ion yaitu Ag+, K+, Li+, dan Ca2+, menunjukkan variasi dalamselektifitas yaitu dari selektifitas tinggi untuk Ag+ hingga ke rendah untukLi+, untuk ion seperti K+, nilainya berkisar dari negatif hingga positif.Operasi pertukaran ion dapat dilakukan dalam kondisi setimbang.

Pertukaran ion merupakan proses pertukaran kimia di mana zat yanginsoluble memisahkan ion-ion bermuatan positif atau negatif darilarutan elektrolit dan melepaskan ion-ion bermuatan sejenis ke dalamlarutan yang secara kimiawi jumlahnya sama. Proses pertukaran ion initidak menyebabkan perubahan struktur fisik penukar ion.


25/40


26/40

KARAKTERISTIK ZEOLIT

Beberapa specimen zeolit berwarna putih, kebiruan,

kemerahan, coklat, dll., karena hadirnya oksida besi atau

logam lainnya.

Densitas zeolit antara 2,0-2,3 g/cm3, dengan bentuk halus

dan lunak.

Kilap.Struktur zeolit dapat dibedakan dalam tiga komponen yaitu

rangka aluminosilikat, ruang kosong saling berhubungan

yang berisi kation logam, dan molekul air


27/40

MORFOLOGI & SISTEM KRISTAL ZEOLIT

Zeolit berbentuk kristal aluminosilikat terhidrasi yang mengandung

muatan positif dari ion-ion logam alkali dan alkali tanah dalam kerangka

kristal tiga dimensi , dengan setiap oksigen membatasi antara duatetrahedral.

Zeolit mempunyai kerangka terbuka, sehingga memungkinkan untuk

melakukan adsorpsi. Morfologi dan struktur kristal terdiri dari rongga-

rongga yang berhubungan ke segala arah menyebabkan permukaan zeolitmenjadi luas. Morfologi ini terbentuk dari unit dasar pembangunan dasar

primer yang membentuk unit dasar pembangunan sekunder dan

seterusnya.


28/40

VARIASISTRUKTURZEOLIT

Struktur seperti rantai (chain-like

structure), dengan bentuk kristalacicular dan prisma, contoh:

natrolit.

Struktur seperti lembaran (sheet-like structure), dengan bentuk

kristal platy atau tabular biasanya

den an basal cleava e baik, contoh:


29/40

ZEOLIT ALAM

Zeolit Alam terbentuk dari reaksi antara batuan tufa asam berbutirhalus dan bersifat riolitik dengan air pori atau air meteorik.

Zeolit Alam sudah banyak dimanfaatkan sehingga jumlahnya semakinberkurang. Umumnya zeolit alam digunakan untuk pupuk, penjernihanair, dan diaktifkan untuk katalis dan adsorben. Zeolit dibentuk olehreaksi air pori dengan berbagai material seperti gelas, poorly

cristalline clay, plagioklas, ataupun silika. Bentukan zeolit mengandungperbandingan yang besar dari M2+ dan H+ pada Na+, K+ dan Ca2+.Pembentukan zeolit alam tergantung pada komposisi dari batuan induk,temperatur, tekanan, tekanan parsial dari air, pH dan aktifitas dari ion-ion.


30/40

ZEOLIT SINTETIS

Zeolit Sintetis banyak digunakan dalam proses proses kimia seperti sebagai katalis, ionexchanger, dan adsorben dalam pengolahan

limbah. Dibutuhkan zeolit sintetis yangmempunyai kemurnian tinggi dan kualitas baik.

Bahan baku pembuatan zeolit adalah bahan yangmengandung silika dan alumunium. Kedua bahanbaku ini jika diambil dari alam dan bahan logamtentunya mahal, namun dalam bentuk senyawabanyak diperoleh dan murah harganya. Silikadapat diperoleh dari bahan gelas / water glass,dan alumunium dapat diperoleh dari tawas, danmasih banyak bahan yang dapat digunakan untukpembuatan zeolit sintetis.


31/40

Zeolit sintetis adalah suatu

senyawa kimia yangmempunyai sifat fisik dan kimiayang sama dengan zeolit alam,

zeolit sintetis ini dibuat daribahan lain dengan prosessintetis, yang dibuat

sedemikian rupa sehinggamenyerupai zeolit alam. Zeolitsintetis dibuat dengan rekayasa

yang sedemikian rupa sehingga


32/40

Zeolit Sintetis Berdasarkan Kadar Si: Zeolit Sintetis Dengan Kadar Si Rendah

Zeolit jenis ini banyak mengandung Al, berpori, mempunyai nilai

ekonomi tinggi karena efektif untuk pemisahan dengan kapasitasbesar. Volume porinya dapat mencapai 0,5 cm3 tiap cm3 volumezeolit. Perbandingan Si/Al 1 1,5, memiliki konsentrasi kationpaling tinggi, dan mempunyai sifat adsorpsi yang optimum, contoh :zeolit A dan zeolit X

Zeolit Sintetis Dengan Kadar Si Sedang

Perbandingan Si/Al adalah 2-5, contoh : Mordernit, Erionit,Klinoptilolit, zeolit Y, zeolit omega.

Zeolit Sintetis Dengan Kadar Si Tinggi

Zeolit jenis ini sangat higroskopis dan menyerap molekul non polarbaik digunakan sebagai katalisator asam untuk hidrokarbon.

Perbandingan kadar Si/Al antara 10 100. Zeolit jenis ini misalnyazeolit ZSM-5, ZSM-11, ZSM-21, ZSM-24.


33/40

Mineral zeolit sintetis tidak dapat sama dengan mineralzeolit alam

Zeolit sintetis mempunyai sifat fisis yang lebih baik.

Beberapa ahli menamakan zeolit sintetis sama dengannama mineral zeolit alam dengan menambahkan katasintetis di belakangnya.

Zeolit sintetis terbentuk ketika gel terkristalisasi daritemperatur kamar sampai dengan 200 rC pada tekanan

atmosferik ataupun autogenous. Struktur gel hidratterbentuk karena polimerisasi anion aluminat dansilikat.

Zeolit dibentuk dalam kondisi hidrothermal, bahanutama pembentuknya adalah aluminat silikat (gel) danberbagai logam sebagai kation. Komposisi gel, sifat fisikdan kimia reaktan, serta jenis kation dan kondisikristalisasi sangat menentukan struktur yangdiperoleh.


34/40

Pembuatan

Banyak kristal zeolit baru disintesisdan memenuhi beberapa fungsi

penting dalam industri kimia dan

minyak bumi. Telah diketahui lebihdari 150 tipe zeolit sintetik dan 40

mineral zeolit.


35/40

Proses Pembuatan Zeolit

Secara Komersial:Pembuatan zeolit dari gel reaktif

aluminosilika (hidrogel).Konversi dari mineral tanah liat menjadi

zeolit.

Penggunaan material mentah zeolityang sudah ada di alam.


36/40

Hidrogel dan konversi dari mineraltanah liat membentuk bubuk atau

pellet zeolit dengan kemurniantinggi.

Produk zeolit bubuk biasanya

terikat dengan oksida organik.Bubuk kristal dibentuk menjadi

gumpalan dengan tambahanpengikat anorganik umumnya

adalah tanah liat, dalam campuranbasah.

Dipotong menjadi pellet tipe

silinder atau dibentuk menjadi


37/40

Hidrogel tak berbentuk (amorphous hydrogels).

Material yang digunakan adalah natrium silikat,

natrium aluminat, dan natrium hidroksida. Proses hidrogel didasarkan sebagai sel gel homogen

yang hidrogelnya disiapkan dari alumina reaktifatau silika dalam bentuk padat sebagai contoh bubuksilika padat.

Alumina trihidrat Al2O3.3H2O, diuraikan dalam suhu

tertentu dan dicampur dengan sodium silikat dalamsuatu tangki pembuat gel hingga terbentuk suatu gelyang homogen.

Gel ini kemudian dipompakan pada suatu tangki yanglain, sesudah itu dikristalisasikan setelah beberapajam pada suhu 200 rF diikuti dengan difraksi oleh sinar

X. Bahan baku diukur dalam tangki pencampuran dalamrasio yang tepat. Kristalisasi dilakukan dalamkristaliser terpisah.

Langkah aging pada suhu kamar sebelum kristalisasidiperlukan untuk sintesa beberapa zeolitkemurnian tinggi. Suhu kristalisasi adalah dekat


38/40

PENGGUNAAN

Zeolit sintetis seperti zeolit A, zeolit K-C. dapatdigunakan : sebagai bahan semen puzolan, dan

semen portland-puzolan, bahan agregat ringan,

bahan pengembang dan pengisi, bahan penambal

gigi.Zeolit X dapat digunakan sebagai katalis, adsorben,

separasi gas, ion-exchanger, petrochemical, dan

dapat pula digunakan sebagai deterjen.


39/40

ZEOLITSINTETIS& ZEOLITALAM

Zeolit sintetis dibuat dari bahan kima danbahan-bahan alam yang kemudian diproses.

Zeolit sintetis memiliki perbandingan silika

dan alumina yaitu 1:1 dan sedangkan padazeolit alam hingga 5:1.

Zeolit alam tidak terpisah dalam lingkungan

asam seperti halnya zeolit sintetis.


40/40

THE END......................THANK YOU

Zeolit Power Point

Documents

Transcript of Zeolit Power Point