TUGAS MAKALAH SINTESIS KIMIA ANORGANIK

“THE INFLUENCE OF Si/Al MOLE RATIO OF PRECURSOR SOLUTION ON THE STRUCTURAL PROPERTIES OF MCM-41

FROM FLY ASH”

Disusun oleh:1. Rahayu Sesmita (G44100020)2. Adani Fajrina Luthfi (G44100078)

INSTITUT PERTANIAN BOGORBOGOR

2012

Judul makalah : THE INFLUENCE OF Si/Al MOLE RATIO OF PRECURSOR SOLUTION ON THE STRUCTURAL PROPERTIES OF MCM-41 FROM FLY ASH (Pengaruh Rasio Mol Si/Al Larutan Prekursor pada Karakter Struktur MCM-41 dari Abu Layang)

Sumber : Indonesian Journal of ChemistryTahun terbit : 2003Volume : 3Halaman : 126-134

2

PEMBAHASAN

Abu layang merupakan limbah padat pembakaran batu bara pada

Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU). Komponen utama abu layang adalah

SiO2 dan Al2O3. Komponen silika dan alumina menjadi lebih reaktif setelah

dilebur dengan NaOH pada suhu tinggi. MCM-41 dapat disintesis dari abu layang

yang dilebur sehingga menghasilkan supernatan. Supernatan tersebut merupakan

sumber silika alumina. Digunakan pula natrium silikat sebagai sumber silikat

tambahan. Hal tersebut karena natrium silikat mempunyai bentuk yang sesuai

dengan silika yang dihasilkan dari proses peleburan abu layang.

Metode untuk sintesis MCM-41 yaitu peleburan dengan NaOH, reaksi

hidrotermal, dan kalsinasi. Abu layang yang digunakan berasal dari PLTU

Suralaya, Serang-Banten. Metode pertama yaitu peleburan dengan NaOH. Abu

layang yang akan digunakan dilebur dengan NaOH (rasio NaoH:abu layang =1:2)

pada temperatur 550°C selama 1 jam. Setelah dilebur kemudian ditambahkan

akuades dan disentrifugasi. Setelah itu diperoleh supernatan yang akan digunakan

untuk sintesis yang sebelumnya telah dipisahkan dari padatannya. Tahap

selanjutnya yaitu reaksi hidrotermal. Volume supernatan dan natrium silikat yang

digunakan yaitu 55 mL. Supernatan dan natrium silikat tersebut ditambahkan 35

mL CTMAOH dan 10 mL TMAOH. Variasi komposisi volume (mL) supernatan

dan natrium silikat adalah 55-0, 45-10, 35-20 dan 25-30 (rasio mol Si/Al secara

berurutan adalah 9:8, 23:3, 44:5, dan 82:6).

Variasi tersebut direaksikan dengan hidrotermal, yaitu dilakukan dalam

autoklaf dengan bejana teflon 120 mL. Campuran diaduk selama 1 jam yang

kemudian pH di atur hingga 11,5 dengan ditambahkan H2SO4. Campuran

dipanaskan dalam oven pada temperatur 100°C selama 72 jam. Setelah itu

endapan disaring dan dicuci dengan akuades hangat hingga netral. Endapan

kemudian dikeringkan. Langkah selanjutnya yaitu kalsinasi. Hasil sintesis

diletakkan dalam cawan porselin kemudian dipanaskan dengan furnance pada

temperatur 550°C selama 5 jam dengan laju 2°C/menit. Padatan kemudian

dikarakterisasi dengan FTIR, XRD, dan adsorpsi nitrogen.

3

MCM-41 mempunyai struktur seperti sarang lebah yang merupakan hasil

penataan dari pori-pori silindris unidimensional secara heksagonal. Pola difraksi

sinar-X MCM-41 menunjukkan 3-5 refleksi pada 2θ antara 2-5°. Difraksi sinar-X

pada hasil sintesis memunculkan puncak utama pada 2θ 2 ° dan puncak-puncak

kecil pada 2θ 3-5°. Munculnya puncak pada sudut kecil tersebut menunjukkan

system heksagonal yang membuktikan bahwa hasil sintesis merupakan MCM-41.

Karakter struktur seperti kristanilitas, diameter pori, tingkat keasaman dan

stabilitas termal hasil sintesis dipengaruhi oleh rasio mol Si/Al. Semakin tinggi

rasio mol Si/Al larutan prekursor menghasilkan MCM-41 dengan kristanilitas

semakin tinggi.

Meningkatnya kristanilitas MCM-41 disebabkan oleh kenaikan rasio mol

Si/Al yang menyebabkan interaksi antara Si dengan surfaktan lebih baik

dibandingkan interaksi Al dengan surfaktan. Hal ini dikarenakan pada pH tinggi

Si berbentuk anionik yang mepunyai muatan lebih tinggi daripada Al. Semakin

tinggi rasio mol Si/Al pembentukan mesofasa semakin mudah sehingga semakin

meningkatkan kristalinitas.

Pada rasio mol Si/Al prekursor 82:6 tidak dihasilkan MCM-41. Hal ini

dikarenakan meskipun rasio Si/Al-nya paling tinggi namun konsentrasi ion Na

larutan prekursornya juga paling tinggi. Konsentrasi ion Na yang tinggi

menyebabkan lebih disukainya pembentukan zeolit yang menghambat

terbentuknya MCM-41. Hal ini dikarenakan terjadi kompetesi antara Na+ dan

surfaktan (CTMA+) dalam fungsinya sebagai pengarah struktur. Selain itu

disebabkan juga karena kurangnya jumlah molekul surfaktan yang ada dalam

reaksi. Surfaktan yang terikat pada aluminosilikat hasil sintesis semakin banyak

seiring dengan bertambahnya rasio mol Si/Al. Sehingga jumlah surfaktan yang

tersedia masih belum mencukupi. Rasio mol Si/Al juga berpengaruh terhadap

ukuran pori. Metode kalsinasi berfungsi untuk menghilangkan surfaktan.

Surfaktan yang hilang menghasilkan material berpori dengan ukuran pori yang

sesuai dengan surfaktan yang digunakan.

Hilangnya surfaktan setelah proses kalsinasi ditandai dengan

ketidakmunculan puncak pada daerah vibrasi ulur asimetris C-H pada N-CH3.

Identifikasi hilangnya surfaktan karena kalsinasi dilakukan dengan menggunakan

4

spektrofotometri infra merah karena dapat memberikan informasi mengenai

karakter vibrasi ikatan penyusun struktur aluminosilikat mesopori. Selain itu

spektrofotometri inframerah juga dapat membarikan informasi tentang hilangnya

surfaktan dan naiknya rasio Si/Al dalam MCM-41.

Pengamatan lebih lanjut untuk mengetahui pengaruh kalsinasi terhadap

struktur MCM-41 yaitu dengan menggunakan metode difraksi sinar x dari

aluminosilikat mesopori hasil sintesis setelah kalsinasi. Perlakuan kalsinasi dapat

mengakibatkan terjadinya kenaikan kristalinitas yang ditunjukkan dengan semakin

tingginya puncak difraksi sinar x yang diperoleh. Kenaikan kristalinitas hasil

sintesis ini disebabkan oleh terjadinya piñataulangan batang-batang silikat yang

belum teratur membentuk sistem yang heksagonal yang lebih teratur. Selain itu

kalsinasi juga menyebabkan terjadinya pengkerutan pori sebagai akibat hilangnya

molekul surfaktan yang berfungsi sebagai cetakan dan naiknya rasio Si/Al. Hal ini

juga didukung oleh bergesernya harga 2Ø pada difaktogram hasil analisis ke arah

2Ø yang lebih besar.

Pengaruh kalsinasi terhadap peningkatan kristalinitas dan penurunan harga

jarak antar bidang pada percobaan diketahui karena setelah proses kalsinasi

MCM-41 dengan rasio mol Si/Al prekusor 23:3 terjadi peningkatan intensitas dan

penurunan harga d100. Sehingga dapat disimpulkan bahwa kalsinasi yang

dilakukan untuk MCM-41 dengan rasio mol Si/Al prekusor 23:3 dalam penelitian

ini tidak menyebabkan terjadinya kerusakan struktur.

Metode Brunauer-Emmet-Teller (BET) merupakan metode yang banyak

digunakan dalam penentuan luas permukaan suatu padatan.metode ini didasarkan

pada suatu model kinetik dan proses adsorpsi Langmuir. Selain itu metode

adsorpsi juga dapat digunakan untuk menentukan luas permukaan dan distribusi

ukuran pori suatu padatan katalis sehingga metode adsorpsi isotermal dan pola

distribusi pori merupakan kajian penting dalam karakterisasi bahan mesopori.

Analisis adsorpsi nitrogen hanya dilakukan untuk MCM-41 dengan rasio

mol Si/Al 23:3 dan 44:5 yang diperoleh kesimpulan bahwa pola adsorpsi

isotermal MCM-41 mengikuti adsorpsi Langmuir tipe IV. Adsorpsi pada tekanan

5

monolayer(p/po) sangat rendah menunjukkan adsorpsi monolayer dari nitrogen

pada dinding mesopori dan tidak menunjukkan adanya material mikropori.

Adsorpsi isotermal MCM 41 mempunyai titik infleksi pada P/PO antar 0.4 sampai

0.5.

Kualitas padatan sangat ditentukan oleh keseragaman pori dalam sintesis

padatan mesopori. Kajian tingkat keseragaman pori dapat dilakukan dengan

melihat pola distribusi pori yang diperoleh dari analisis adsorpsi nitrogen. Pola

distribusi MCM-41 dengan rasio mol Si/Al prekusor 23:3 dan 44:5 terlihat bahwa

tingkat keseragaman MCM-41 hasil sintesis cukup tinggi yang ditandai dengan

pola distribusi pori yang tidak melebar.

Parameter kisi yang diperoleh dari analisis difraksi sinar-X dan harga

diameter pori rata-rata dari adsorpsi nitrogen dapat ditentukan harga ketebalan

dinding pori yaitu dengan menghitung selisih diantara keduanya. Tebal dinding

pori kedua prekusor tersebut tidak jauh berbeda tetapi harga luas permukaan

spesifik masing-masing sangat berbeda. Hal ini disebabkan oleh masih rendahnya

homogenitas distribusi pori dan kristalinitas MCM-41 dengan rasio mol prekusor

23:3 bila dibandingkan dengan MCM-41 dengan rasio mol prekusor 44:5.

6

SIMPULAN

Pengaruh rasio mol Si/Al pada sintesis MCM-41 yaitu tingginya rasio mol

Si/Al larutan prekusor sebanding dengan kristalinitas yang dihasilkan. Semakin

tinggi rasionya maka kristanilitas semakin tinggi pula. MCM-41 hasil sintesis

dengan rasio mol Si/Al larutan prekusor 44:5 menunjukkan kristalinitas tertinggi.

7