Review jurnal 007
Nadofatul Riyanti (12307144042)
Review jurnal
Large Mesopore Generation in an Amorphous Silica-Alumina by Controlling the Pore
Size with the Gel Skeletal Reinforcement and Its Application to Catalytic Cracking
Oleh: Atsushi Ishihara, Tadanori Hashimoto dan Hiroyuki Nasu
1. Pendahuluan
Kelebihan jumlah fraksi berat minyak bumi yang dihasilkan dan pemanfaatnya telah
menjadi salah satu masalah. Proses pengolahan fraksi berat minyak bumi ini dengan
cracking katalitik, yang akan menghasilkan bensin oktan tinggi dengan kandungan sulfur
rendah. Umumnya, unit desulfurisasi ditempatkan setelah unit FCC (Fluid Catalytic
Cracking). Menurunnya bilangan oktan dikarenakan pada unit ini menurunkan
kandungan olefin. Untuk mengatasi masalah ini produksi produk turunan dalam jumlah
besar sangat diperlukan pada penempatan di unit desulfurisasi. Oleh karena itu,
pembentukan katalis baru yang mempunyai selektivitas tinggi untuk turunan produk
dalam cracking katalitik perlu dibutuhkan. Seperti yang diketahui bahwa katalis pada
FCC umumnya tidak hanya mengandung zeolit sebagai komponen utama tetapi silikaalumina sebagai matriks. Meskipun zeolit merupakan katalis sangat aktif, ukuran pori
zeolit relatif kecil. Sebagian besar pori-pori zeolit terdiri dari pori-pori mikro sehingga
tidak dapat meloloskan dan mendifusi hidrokarbon dengan struktur molekul besar,
minyak dalam gas vakum atau residu atmosfer. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk
mengontrol ukuran pori silika dan silika-alumina dengan gel penguatan tulang dan
menyiapkan bahan pore besar yang mempromosikan difusi cepat dari molekul dan
pembentukan preferensial hidrokarbon bercabang bila digunakan dalam katalitik
cracking sebagai matriks. Dalam gel penguatan kerangka, kekuatan kerangka silika gel
secara efektif ditingkatkan dengan penuaan dengan TEOS / 2-propanol dicampur larutan
dengan penghambatan pori penyusutan.
2. Bagian eksperimen
Reagen untuk persiapan gel adalah tetraetil ortosilikat, TEOS, aluminium tri-secbutoksida, air penukar ion dan 2-propanol. Silika-alumina disintesis dengan proses solgel katalitik asam-basa, termasuk gel penguat kerangka. TEOS digunakan sebagai
prekursor silika. Perbandingan berat TEOS yang digunakan untuk penguat kerangka dala
larutan ini adalah 100, 200 atau 362 untuk 100 dari TEOS prekursor silika. Katalis hasil
sintesis dikarakterisasi dengan XRD, adsorpsi N2, adsorpsi NH3, dan TEM. Aktivitas
katalis dan selektivitas produk dalam katalitik cracking dari n-dodekana diselidiki
dengan 1 gram dikemas kedalam reaktor fix-bed (tabung stainless, panjang 30 cm,
diameter bagian dalam 8 mm, diameter luar 10 mm). Kaca wol dan pasir kuarsa yang
dikemas dalam sisi atas dan bawah dari katalis. Reaktor dipanaskan sampai 500 °C pada
tingkat pemanasan 10°C/menit dibawah 30 mL/menit aliran N2. Setelah berhenti aliran
N2, n-dodekana dimasukkan pada tingkat 1,1 mL/menit untuk 80 s. Setelah itu, 30
mL/menit dari N2 dimasukkan lagi pada 500°C selama 20 menit. Produk cair
dikumpulkan dalam perangkap dingin di -10°C untuk silika-alumina penggunaan
tunggal, -50°C untuk zeolit penggunaan tunggal atau katalis campuran dengan zeolit.
Produk gas dikumpulkan dalam bag tedlar dengan N2. Produk cair dan gas dianalisis
dengan GC-FID. Jumlah kokas pada katalis yang digunakan diukur dari penurunan berat
setelah kalsinasi pada 500°C selama 12 jam. Minimum konversi diperkirakan dengan
jumlah produk pulih terhadap jumlah pakan dari n-dodekana untuk semua katalis.
3. Hasil dan Pembahasan
Gambar 1. Pola XRD zeolit, katalis campuran dan silika-alumina
Pada Gambar 1. menunjukkan bahwa pada pola XRD dari silika dan silikaalumina tidak ada puncak hasil ini menunjukkan bahwa sifat kristal yang dihasilkan
amorf. Sedangkan pola XRD dari katalis campuran menunjukan puncak. Hal ini
disebabkan dari adanya struktur kristal zeolit.
Gambar 2. Isoterm adsorpsi-desorpsi N2 (a) silika dan (b) silika-alumina
Pada Gambar 2. Menunjukkan bahwa ketika gel itu tidak diperkuat (0SiO2), resultan
SiO2 menunjukkan tipe IV yang menunjukkan bahwa pori telah terbentuk.
Kemudian pada gel yang diperkuat (100,200 atau 362SiO2), resultan SiO2
menunjukkan isoterm antara tipe IV dan tipe III menunjukkan pori juga telah
terbentuk meskipun kemampuan adorpsi untuk adsorben mungkin lebih rendah dari
0SiO2. Porositas material dapat ditingkatkan dengan menghilangkan air
sepeluruhnya sebelum penyimpanan dalam pelarut 2-propanol. Permukaan silanol
dimodifikasi oleh TEOS untuk membentuk permukaan baru dan ditutupi oleh
triethoxysilyl yang digunakan untuk menghambat kondensasi lebih lanjut dari
struktur kerangka gel tanpa air.
Gambar 3. BJH distribusi ukuran pori silika dan silika alumina
Pada Gambar 3 menunjukkan bahwa silika dan silika-alumina memiliki
distribusi ukuran pori yang lebih besar dan lebih luas dengan peningkatan jumlah
larutan TEOS untuk penguatan.
Gambar 4. Perbandingan BJH distribusi ukuran pori untuk silika-alumina, katalis
campuran dan zeolit
Pada Gambar 4. Dapat dijelaskan bahwa ketika silika-alumina dicampur
dengan zeolit dan sol alumina (pengikat), area permukaan dan volume pori mesopori
diukur dengan metode BJH menurun. Namun hampir diameter pori yang sama dan
distribusi pori yang dipertahankan.
Konversi n-dodekana dengan zeolit tunggal adalah 84% dan hasil dari parafin
jauh lebih besar daripada olefin dan aromatik. Hal ini menunjukkan bahwa
perpindahan hidrogen signifikan untuk olefin dalam pembentukan aromatik. Ketika
silika-alumina digunakan dalam cracking n-dodekana, konversi hanya beberapa
persen dan selektivitas untuk olefin agak tinggi untuk setiap katalis. Hasil penelitian
menunjukkan bahwa kemampuan cracking dan transfer hidrogen di situs aktif katalis
terbatas ke tingkat rendah untuk single silika-alumina. Ketika katalis campuran di
preparasi dengan zeolit dan silika-alumina dengan pori besar, hasil ini sebanding
diperoleh pada cracking n-dodekana, meskipun katalis campuran hanya 26% berat
zeolit. Konversi dodekan untuk katalis campuran (MAT-362SA-5) adalah 83%, yang
hampir sama dengan zeolit tunggal, menunjukkan bahwa kehadiran mesopori yang
lebih besar dalam katalis campuran dipromosikan difusi molekul reaktan efektif.
perbedaan antara distribusi produk dari katalis campuran dan zeolit tunggal tidak
begitu besar meskipun hasil dari parafin untuk katalis campuran sedikit kurang dari
zeolit tunggal. Untuk memperjelas perbedaan antara katalis campuran dan zeolit
tunggal atau katalis campuran menggunakan silika-alumina konvensional (refSA),
distribusi produk gas (C1-C4) dan bensin (C5-C11) fraksi dan beberapa parameter di
fraksi bensin dibandingkan. Dalam katalis campuran menggunakan gel penguatan
kerangka, MAT-100SA-5 dan MAT-200SA-5, distribusi bensin meningkat meskipun
konversi sedikit menurun. Distribusi produk dari katalis campuran (MAT-362SA-5)
sangat mirip dengan zeolit tunggal, mungkin karena konversi mirip dengan yang dari
zeolit tunggal. Kehadiran mesopori yang lebih besar dalam matriks katalis retak
akan mempromosikan tidak hanya difusi reaktan molekul mendekati situs asam
zeolit dan untuk menghasilkan produk bercabang besar, tetapi juga penghapusan
efektif dari produk bercabang untuk mencegah retak kelebihan produk tersebut.
Gambar 5. Gambar TEM silika, katalis campuran dan zeolit
Dari gambar diatas menyatakan pada silika dengan pori besar (362SiO2) tidak
menunjukkan pola diffraktif sedangkan katalis campuran menunjukkan pola
diffraktif sedikit kabur dan zeolit yang jelas, menunjukkan bahwa struktur kristal
zeolit dipertahankan dalam katalis campuran. Gambar TEM silika dan katalis
campuran menunjukkan bentuk bulat dari setiap partikel dan dapat dianggap bahwa
ruang antara partikel-partikel ini merupakan mesopori, sedangkan Gambar TEM
zeolit tidak menunjukkan bentuk bulat, menunjukkan bahwa zeolit tercampur merata
dan tersebar dengan silika-alumina. Amorf silika-alumina dengan mesopori memiliki
stabilitas hidrotermal rendah dan sifat keasaman juga lemah. Namun, penggunaan
simultan dari zeolit dan amorf silika-alumina dipertahankan kristalinitas zeolit dan
rekristalisasi zeolit, menunjukkan bahwa amorf silika-alumina masih memiliki
potensi besar untuk digunakan dalam katalitik cracking.
4. Komentar
Pada jurnal ini membicarakan perbandingan penggunaan silika, silika-alumina
dan zeolit dalam katalis cracking. Dalam jurnal ini untuk memperkuat kerangka
silika-gel menggunakan TEOS. Selain itu penggunaan TEOS ini untuk
mempersiapkan aerogol serta silika yang dihasilkan dan silika-alumina dengan ukuran
pori besar dan volume pori. Pada tahun 2011, Ishihara A. dkk. menggunakan TEOS
dalam penelitiannya yang berjudul Catalytic Properties of Amorphous Silica-alumina
Prepared Using Dicarboxylic and Tricarboxylic Acids as Matrix in Catalytic Cracking
of n-Dodecane bahwa meningkatnya rasio asam malat/TEOS dapat meningkatkan
luas permukaan, volume pori dan pori diameter dan pori-pori terbentuk. Aktivitas
katalis zeolit masih lebih bagus dibandingkan katalis campuran, silika maupun silika-
alumina. Walaupun katalis campuran menunjukkan hasil bagus juga namun tidak
sebagus katalis zeolit. Hal ini disebabkan pada katalis campuran masih ada kandungan
zeolit.
Untuk memperoleh hasil yang efektif perlu variasi ukuran pori lebih tidak
hanya 100, 200 dan 362. Hal ini akan berakibat pada kekuatan kerangka gel dimana
semakin banyak variasi maka akan diperoleh ukuran pori yang optimum. Selain itu
perlu dilakukan variasi pH dalam preparasi silika-alumina. Menurut Ishihara A. dkk.,
distribusi ukuran pori pada pH 9 menjadi luas dibandingkan pada pH asam. Kemudian
penggunaan aluminium tri-sec-butoksida (ASB) dalam distribusi ukuran pori perlu
dibandingkan dengan penggunaan alumunium trinitrat nonahidrat. Dimana Ishihra A.
dkk. mengganti ASB dengan alumunium trinitrat nonahidrat memperoleh struktur pori
yang mirip dengan struktur pori hasi ASB.
Review jurnal
Large Mesopore Generation in an Amorphous Silica-Alumina by Controlling the Pore
Size with the Gel Skeletal Reinforcement and Its Application to Catalytic Cracking
Oleh: Atsushi Ishihara, Tadanori Hashimoto dan Hiroyuki Nasu
1. Pendahuluan
Kelebihan jumlah fraksi berat minyak bumi yang dihasilkan dan pemanfaatnya telah
menjadi salah satu masalah. Proses pengolahan fraksi berat minyak bumi ini dengan
cracking katalitik, yang akan menghasilkan bensin oktan tinggi dengan kandungan sulfur
rendah. Umumnya, unit desulfurisasi ditempatkan setelah unit FCC (Fluid Catalytic
Cracking). Menurunnya bilangan oktan dikarenakan pada unit ini menurunkan
kandungan olefin. Untuk mengatasi masalah ini produksi produk turunan dalam jumlah
besar sangat diperlukan pada penempatan di unit desulfurisasi. Oleh karena itu,
pembentukan katalis baru yang mempunyai selektivitas tinggi untuk turunan produk
dalam cracking katalitik perlu dibutuhkan. Seperti yang diketahui bahwa katalis pada
FCC umumnya tidak hanya mengandung zeolit sebagai komponen utama tetapi silikaalumina sebagai matriks. Meskipun zeolit merupakan katalis sangat aktif, ukuran pori
zeolit relatif kecil. Sebagian besar pori-pori zeolit terdiri dari pori-pori mikro sehingga
tidak dapat meloloskan dan mendifusi hidrokarbon dengan struktur molekul besar,
minyak dalam gas vakum atau residu atmosfer. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk
mengontrol ukuran pori silika dan silika-alumina dengan gel penguatan tulang dan
menyiapkan bahan pore besar yang mempromosikan difusi cepat dari molekul dan
pembentukan preferensial hidrokarbon bercabang bila digunakan dalam katalitik
cracking sebagai matriks. Dalam gel penguatan kerangka, kekuatan kerangka silika gel
secara efektif ditingkatkan dengan penuaan dengan TEOS / 2-propanol dicampur larutan
dengan penghambatan pori penyusutan.
2. Bagian eksperimen
Reagen untuk persiapan gel adalah tetraetil ortosilikat, TEOS, aluminium tri-secbutoksida, air penukar ion dan 2-propanol. Silika-alumina disintesis dengan proses solgel katalitik asam-basa, termasuk gel penguat kerangka. TEOS digunakan sebagai
prekursor silika. Perbandingan berat TEOS yang digunakan untuk penguat kerangka dala
larutan ini adalah 100, 200 atau 362 untuk 100 dari TEOS prekursor silika. Katalis hasil
sintesis dikarakterisasi dengan XRD, adsorpsi N2, adsorpsi NH3, dan TEM. Aktivitas
katalis dan selektivitas produk dalam katalitik cracking dari n-dodekana diselidiki
dengan 1 gram dikemas kedalam reaktor fix-bed (tabung stainless, panjang 30 cm,
diameter bagian dalam 8 mm, diameter luar 10 mm). Kaca wol dan pasir kuarsa yang
dikemas dalam sisi atas dan bawah dari katalis. Reaktor dipanaskan sampai 500 °C pada
tingkat pemanasan 10°C/menit dibawah 30 mL/menit aliran N2. Setelah berhenti aliran
N2, n-dodekana dimasukkan pada tingkat 1,1 mL/menit untuk 80 s. Setelah itu, 30
mL/menit dari N2 dimasukkan lagi pada 500°C selama 20 menit. Produk cair
dikumpulkan dalam perangkap dingin di -10°C untuk silika-alumina penggunaan
tunggal, -50°C untuk zeolit penggunaan tunggal atau katalis campuran dengan zeolit.
Produk gas dikumpulkan dalam bag tedlar dengan N2. Produk cair dan gas dianalisis
dengan GC-FID. Jumlah kokas pada katalis yang digunakan diukur dari penurunan berat
setelah kalsinasi pada 500°C selama 12 jam. Minimum konversi diperkirakan dengan
jumlah produk pulih terhadap jumlah pakan dari n-dodekana untuk semua katalis.
3. Hasil dan Pembahasan
Gambar 1. Pola XRD zeolit, katalis campuran dan silika-alumina
Pada Gambar 1. menunjukkan bahwa pada pola XRD dari silika dan silikaalumina tidak ada puncak hasil ini menunjukkan bahwa sifat kristal yang dihasilkan
amorf. Sedangkan pola XRD dari katalis campuran menunjukan puncak. Hal ini
disebabkan dari adanya struktur kristal zeolit.
Gambar 2. Isoterm adsorpsi-desorpsi N2 (a) silika dan (b) silika-alumina
Pada Gambar 2. Menunjukkan bahwa ketika gel itu tidak diperkuat (0SiO2), resultan
SiO2 menunjukkan tipe IV yang menunjukkan bahwa pori telah terbentuk.
Kemudian pada gel yang diperkuat (100,200 atau 362SiO2), resultan SiO2
menunjukkan isoterm antara tipe IV dan tipe III menunjukkan pori juga telah
terbentuk meskipun kemampuan adorpsi untuk adsorben mungkin lebih rendah dari
0SiO2. Porositas material dapat ditingkatkan dengan menghilangkan air
sepeluruhnya sebelum penyimpanan dalam pelarut 2-propanol. Permukaan silanol
dimodifikasi oleh TEOS untuk membentuk permukaan baru dan ditutupi oleh
triethoxysilyl yang digunakan untuk menghambat kondensasi lebih lanjut dari
struktur kerangka gel tanpa air.
Gambar 3. BJH distribusi ukuran pori silika dan silika alumina
Pada Gambar 3 menunjukkan bahwa silika dan silika-alumina memiliki
distribusi ukuran pori yang lebih besar dan lebih luas dengan peningkatan jumlah
larutan TEOS untuk penguatan.
Gambar 4. Perbandingan BJH distribusi ukuran pori untuk silika-alumina, katalis
campuran dan zeolit
Pada Gambar 4. Dapat dijelaskan bahwa ketika silika-alumina dicampur
dengan zeolit dan sol alumina (pengikat), area permukaan dan volume pori mesopori
diukur dengan metode BJH menurun. Namun hampir diameter pori yang sama dan
distribusi pori yang dipertahankan.
Konversi n-dodekana dengan zeolit tunggal adalah 84% dan hasil dari parafin
jauh lebih besar daripada olefin dan aromatik. Hal ini menunjukkan bahwa
perpindahan hidrogen signifikan untuk olefin dalam pembentukan aromatik. Ketika
silika-alumina digunakan dalam cracking n-dodekana, konversi hanya beberapa
persen dan selektivitas untuk olefin agak tinggi untuk setiap katalis. Hasil penelitian
menunjukkan bahwa kemampuan cracking dan transfer hidrogen di situs aktif katalis
terbatas ke tingkat rendah untuk single silika-alumina. Ketika katalis campuran di
preparasi dengan zeolit dan silika-alumina dengan pori besar, hasil ini sebanding
diperoleh pada cracking n-dodekana, meskipun katalis campuran hanya 26% berat
zeolit. Konversi dodekan untuk katalis campuran (MAT-362SA-5) adalah 83%, yang
hampir sama dengan zeolit tunggal, menunjukkan bahwa kehadiran mesopori yang
lebih besar dalam katalis campuran dipromosikan difusi molekul reaktan efektif.
perbedaan antara distribusi produk dari katalis campuran dan zeolit tunggal tidak
begitu besar meskipun hasil dari parafin untuk katalis campuran sedikit kurang dari
zeolit tunggal. Untuk memperjelas perbedaan antara katalis campuran dan zeolit
tunggal atau katalis campuran menggunakan silika-alumina konvensional (refSA),
distribusi produk gas (C1-C4) dan bensin (C5-C11) fraksi dan beberapa parameter di
fraksi bensin dibandingkan. Dalam katalis campuran menggunakan gel penguatan
kerangka, MAT-100SA-5 dan MAT-200SA-5, distribusi bensin meningkat meskipun
konversi sedikit menurun. Distribusi produk dari katalis campuran (MAT-362SA-5)
sangat mirip dengan zeolit tunggal, mungkin karena konversi mirip dengan yang dari
zeolit tunggal. Kehadiran mesopori yang lebih besar dalam matriks katalis retak
akan mempromosikan tidak hanya difusi reaktan molekul mendekati situs asam
zeolit dan untuk menghasilkan produk bercabang besar, tetapi juga penghapusan
efektif dari produk bercabang untuk mencegah retak kelebihan produk tersebut.
Gambar 5. Gambar TEM silika, katalis campuran dan zeolit
Dari gambar diatas menyatakan pada silika dengan pori besar (362SiO2) tidak
menunjukkan pola diffraktif sedangkan katalis campuran menunjukkan pola
diffraktif sedikit kabur dan zeolit yang jelas, menunjukkan bahwa struktur kristal
zeolit dipertahankan dalam katalis campuran. Gambar TEM silika dan katalis
campuran menunjukkan bentuk bulat dari setiap partikel dan dapat dianggap bahwa
ruang antara partikel-partikel ini merupakan mesopori, sedangkan Gambar TEM
zeolit tidak menunjukkan bentuk bulat, menunjukkan bahwa zeolit tercampur merata
dan tersebar dengan silika-alumina. Amorf silika-alumina dengan mesopori memiliki
stabilitas hidrotermal rendah dan sifat keasaman juga lemah. Namun, penggunaan
simultan dari zeolit dan amorf silika-alumina dipertahankan kristalinitas zeolit dan
rekristalisasi zeolit, menunjukkan bahwa amorf silika-alumina masih memiliki
potensi besar untuk digunakan dalam katalitik cracking.
4. Komentar
Pada jurnal ini membicarakan perbandingan penggunaan silika, silika-alumina
dan zeolit dalam katalis cracking. Dalam jurnal ini untuk memperkuat kerangka
silika-gel menggunakan TEOS. Selain itu penggunaan TEOS ini untuk
mempersiapkan aerogol serta silika yang dihasilkan dan silika-alumina dengan ukuran
pori besar dan volume pori. Pada tahun 2011, Ishihara A. dkk. menggunakan TEOS
dalam penelitiannya yang berjudul Catalytic Properties of Amorphous Silica-alumina
Prepared Using Dicarboxylic and Tricarboxylic Acids as Matrix in Catalytic Cracking
of n-Dodecane bahwa meningkatnya rasio asam malat/TEOS dapat meningkatkan
luas permukaan, volume pori dan pori diameter dan pori-pori terbentuk. Aktivitas
katalis zeolit masih lebih bagus dibandingkan katalis campuran, silika maupun silika-
alumina. Walaupun katalis campuran menunjukkan hasil bagus juga namun tidak
sebagus katalis zeolit. Hal ini disebabkan pada katalis campuran masih ada kandungan
zeolit.
Untuk memperoleh hasil yang efektif perlu variasi ukuran pori lebih tidak
hanya 100, 200 dan 362. Hal ini akan berakibat pada kekuatan kerangka gel dimana
semakin banyak variasi maka akan diperoleh ukuran pori yang optimum. Selain itu
perlu dilakukan variasi pH dalam preparasi silika-alumina. Menurut Ishihara A. dkk.,
distribusi ukuran pori pada pH 9 menjadi luas dibandingkan pada pH asam. Kemudian
penggunaan aluminium tri-sec-butoksida (ASB) dalam distribusi ukuran pori perlu
dibandingkan dengan penggunaan alumunium trinitrat nonahidrat. Dimana Ishihra A.
dkk. mengganti ASB dengan alumunium trinitrat nonahidrat memperoleh struktur pori
yang mirip dengan struktur pori hasi ASB.