Katalis Impregnasi
TUGAS MATA KULIAH KATALIS KIMIA
“Sintesis, Karakterisasi dan Aktivitas potokatalis dari MCM-41 dan MCM-48 Diimpregnasi dengan Nanopartikel CeO2”
Penulis
BAB I
Pendahuluan
1.1 Latar Belakang
Potensi yang menjanjikan dari material mesopori di berbagai bidang, termasuk sebagai katalis, drug delivery, pengadsorpsi dan aplikasi lain, menjadikan banyak dilakukannya penelitian yang terkait dengan material ini, baik mengenai pengaruh kondisi sintesis, maupun mengenai morfologi dan karakteristik pori. Didalam bidang katalis heterogen bahan mesopori seperti MCM-41, MCM-48, dan SBA telah menjadi subjek penelitian intensif hal itu karena bahan mesopori ini memiliki luas permukaan yang tinggi, pori-pori yang seragam, dan stabilitas termal yang relatif tinggi . Material ini mengandung berbagai logam transisi biasanya digunakan sebagai katalis heterogen untuk berbagai reaksi senyawa organik (Kawabata T., d.k.k., 2005). Namun mesopori berbahan silika murni ini memiliki kelemahan pada kristal serta memiliki aktivitas reaksi yang rendah oleh sebab itu peniliti memperkenalkan beberapa nanopartikel kedalam bahan mesopori. Penggunaan logam transisi dan logam tanah jarang telah sukses digunakan pada katalis terutama pada promotor; Oksida atau bahan berpori. perhatian telah dibayarkan kepada kombinasi transisi dan tanah jarang logam dengan bahan mesopori di mana transisi dan logam tanah jarang digunakan sebagai komponen aktif dari katalis (Koo, DH, d.k.k., 2005)
Cerium oksida merupakan salah satu oksida logam tanah jarang yang paling reaktif, yang telah diteliti secara luas dan digunakan dalam berbagai aplikasi termasuk konduktor cepat ion, kapasitor penyimpanan oksigen, katalis, UV blocker, bahan polishing, dan elektrolit untuk sel bahan bakar oksida padat (Wang, Z, d.k.k., 2005). CeO2 atau bahan berbasis CeO2 juga telah ditemukan untuk menjadi sangat penting dalam perlindungan lingkungan. Secara khusus, didukung berbasis CeO2 dan oksida campuran adalah katalis yang efektif untuk oksidasi hidrokarbon yang berbeda dan untuk menghilangkan organik dari air tercemar dari sumber yang berbeda (Monteiro, R.S. d.k.k., 2001). Sintesis impregnasi dari MCM-41/CeO2 dan MCM-48/CeO2 dapat menggunakan metode solvo termal langsung dan solvotermal tidak langsung serta penggilingan(tanpa pelarut). Material mesopori MCM-41 dan MCM-48 telah disintesis dengan metode hidrotermal saat suhu kamar. Didalam penelitian ini dibahas tentang perbandingan struktural dari MCM-41/CeO2 dan MCM-48/CeO2. Dan akan dibahas juga Perfoma dari substrat dalam degradasi potokatalis dari kongo merah dalam pelarut air.
1.2 Rumusan Masalah
Adapun rumusan masalah dari makalah ini adalah:
Apakah bahan mesopori MCM-41 dan MCM-48 dapat disentesis menggunakan metode Impregnasi dengan Cerium Oksida nano partikel?
Bgaimana karakterisasi MCM-41 dan MCM-48 yang diakibatkan dari penggabungan dari CeO2?
Bagaimana Aktivitas potokatalis material MCM-41 dan MCM-48 terhadap kongo merah?
Bagaimana reaktivitas dari katalis MCM-41 / CeO2 jika dibandingkan dengan katalis MCM-48 / CeO2
1.3 Tujuan
Adapun tujuan dari makalah ini adalah:
Dapat mensintesis material MCM-41 dan MCM-48 menggunakan metode Impregnasi dengan Cerium Oksida nano partikel.
Dapat mengetahui Bgaimana karakterisasi MCM-41 dan MCM-48 yang diakibatkan dari penggabungan dari CeO2?
Dapat mengetahui bagaimana Aktivitas potokatalis material MCM-41 dan MCM-48 terhadap kongo merah.
Dapat mengetahui Bagaimana reaktivitas dari katalis MCM-41 / CeO2 jika dibandingkan dengan katalis MCM-48 / CeO2.
BAB II
Landasan Teori
2.1 Material Nano
Perkembangan teknologi nano tidak terlepas dari riset mengenai material nano. Dalam pengembangannya, material nano diklasifikasikan menjadi tiga kategori, yaitu material nano nol dimensi (nano partikel), satu dimensi (nano wire), dan dua dimensi (thin films). Nanopartikel cerium di dibuat dengan pemanasan sederhana (simple heating). Larutan dan polimer dalam kondisi asam dapat diubah menjadi nanopartikel melalui pemanasan pada suhu di atas suhu dekomposisi polimer. Disini dilaporkan studi awal preparasi nanopartikel cerium dioksida (CeO2) dengan menggunakan precursor cerium nitrat. Namun, dari tiga jenis material nano tersebut, terdapat satu jenis nano yang tidak dimasukan kedalam tiga kategori tersebut dikarenakan proses sintesis yang berbeda dan lebih sulit dari tiga kategori nano material tersebut. Material nano tersebut dikategorikan sebagai nano material khusus (special nanomaterials). Adapun yang termasuk material nano khusus antara lain carbon fullerene, carbon nanotube dan material mesopori. Material nano khusus ini sangat unik karena tidak tersedia di alam dan hanya dapat diperoleh dengan sintesis didalam laboratorium (Nazari,K., d.k.k., 2005).
International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) membagi material pori menjadi tiga jenis berdasarkan diameter ukuran porinya, yaitu: (i) material mikropori, (ii) material mesopori dan (iii) material makropori. Material mikropori adalah material yang memiliki diameter pori kurang dari 2 nm. Material makropori memiliki diameter lebih dari 50 nm. Sedangkan material mesopori berdiameter 2-50 nm. Contoh material mesopori silika M41S (MCM-41, MCM48, MCM-50). Material mesopori memiliki karakteristik antara lain memiliki volume pori yang besar (mencapai 70%) dan memili luas permukaan yang tinggi mencapai lebih dari 700 m2/g.
Material mesopori silika untuk pertamakalinya disintesis pada tahun 1992 oleh para peneliti dari mobil coperation. Material tersebut diberi nama Mobil Crystaline of Material atau MCM-41. Karakteristik material ini memiliki pori yang berbentuk heksagonal yang seragam dan memiliki diameter pori 15-100 Angstrom. Berikut adalah gambaran mikro dari MCM-41
Gambar 2.1 Foto mikro MCM-41
Sedangkan untuk MCM-48 memiliki bentuk pori berupa kubik. Material mesopori ini dapat disintesis dengan metode hidrotermal pada suhu kamar. Didalam material mesopori terdapat zat zat yang terlibat dalam pembentukannya adalah perkusor (TEOS), Surfaktan, katalis dapat berupa asam dan air sebagai pelarut (Song, S.,d.k.k., 2008)
2.2 Metode Sintesis MCM-41/CeO2 dan MCM-48/CeO2
Sintesis MCM-41/CeO2 dan MCM-48/CeO2 Impregnasi dengan menggunakan metode penggilingan(tanpa pelarut) dan metode solvo termal langsung dan solvo termal tidak langsung. Adapun metode diatas merupakan metode yang digunakan untuk mengimpregnasi MCM-41 dan MCM 48 dengan nanopartikel Cerium Oksida. Metode solvo termal merupakan metode pemanasan pelarut yang diuapkan dan menggunakan pelarut bukan air (Sakthivel d.k.k., 2001).
2.3 Katalis
Proses katalis mempersyaratkan peningkatan dari keaktifan dan selektifitas material katalis tersebut. Keaktifan dan selektifitas ini dipengaruhi oleh disain dari material katalis dengan mikrostruktur yang diharapkan. Material mesopori MCM-41 dan MCM-48 menawarkan kemungkinan terhadap pengontrolan terhadap luas dan permukaan yang dapat diakses dari terhadap suatu zat kimia. Contoh dalam penggunaan sebagai katalis adalah untuk coupling alkohol untuk membentuk eter, khususnya dari metanol dan coupling isobutanol untuk membentuk metil isobutil eter. Semua publikasi tentang aplikasi katalis difokuskan pada material silika mesopori Al-, Ti- dan Co-. Aluminium yang mengandung saringan molekular mesopori sering digunakan sebagai penyokong (support) untuk reaksi asam katalis. Katalis heterogen memiliki fasa yang berbeda dengan pereaksi sehingga katalis heterogen dapat diperoleh dengan mudah di akhir reaksi. Reaksi pada katalis heterogen hanya berlangsung pada beberapa bagian dari katalis saja. Selain itu, aktivitas katalis heterogen biasanya sangat kecil jika dibandingkan dengan katalis homogen. Oleh karena itu, untuk menutupi kekurangan tersebut, reaksi dijalankan pada pada suhu dan atau tekanan yang sangat tinggi (Subramanian, H., d.k.k.,2010)
Katalis heterogen memiliki tiga komponen, yaitu fasa aktif, promotor dan penyangga. Fasa aktif merupakan sisi aktif dari katalis yang merupakan tempat terjadinya reaksi pada katalis. Semakin luas permukaan fasa aktif, maka aktivitas akan semakin baik. Fasa aktif tersebut biasanya disebar dalam suatu penyangga. Dengan kata lain, penyangga berperan dalam hal sebaran fasa aktif. Semakin luas permukaan penyangga, maka fasa aktif akan tersebar lebih banyak sehingga akan meningkatkan aktivitas. Penyangga juga berfungsi untuk menstabilkan katalis. Reaksi dengan menggunakan katalis heterogen biasanya dijalankan pada suhu tinggi. Pada suhu tinggi fasa aktif mudah terdekomposisi sehingga penyangga biasa digunakan untuk mencegah dekomposisi fasa aktif.
Komponen lain pada katalis heterogen adalah promotor. Promotor berfungsi untuk memperbaiki kinerja katalis. Misalnya untuk mencegah sintering, untuk mencegah reaksi samping, dan lain-lain. Fasa aktif, penyangga dan promotor merupakan komponen katalis heterogen, namun tidak semua katalis heterogen memiliki ketiga komponen tersebut. Ada juga katalis yang hanya berupa zat aktif dengan penyangga atau zat aktif dengan promotor.
2.4 Fotokatalisis
Fotokatalisis berasal dari kata foto dan katalis. Foto didefinisikan sebagai sinar, sedangkan katalis didefinisikan sebagai suatu zat yang mempercepat reaksi.Fotokatalis merupakan 7 percepatan dari reaksi yang berjalan karena adanya cahaya. Salah satu contoh dari reaksi yang berjalan karena adanya cahaya adalah reaksi fotosintesis. Untuk reaksi jenis tersebut, reaksi dapat dipercepat dengan cara menambahkan katalis. Jadi, fotokatalisis adalah suatu proses untuk mempercepat reaksi yang berjalan karena adanya cahaya dengan menggunakan katalis. Aktivitas fotokatalis bergantung pada kemampuan katalis untuk menghasilkan sepasang electron-hole pada pita valensinya. Holes ini kemudian akan berfungsi sebagai tempat terjadinya oksidasi. Keberadaan electron-hole tersebut akan mempercepat proses transfer elektron yang terjadi. Dengan demikian, keberadaan dari pasangan elektron-hole akan mempercepat reaksi redoks (Subramanian,H.,d.k.k.,2010).
2.5 Karakterisasi MCM-41/CeO2 dan MCM-48/CeO2
Karakterisasi ini merupakan pemeriksaan rutin untuk mengetahui struktur tingkat kristalinitas dan mengukur serapan sinar ultra violet atau sinar tampak oleh suatu material dalam bentuk padatan, yang telah disintesis dan kemudian dibandingkan dengan hasil dari standart atau referensi. Hal-hal yang harus dipahami adalah setiap alat atau metode karakterisasi memiliki kelebihan dan kekurangan, selain itu diperlukan lebih dari dua metode untuk memberikan informasi atau data yang cukup mengenai struktur dan daya serap katalis tersebut, yaitu MCM-41/CeO2 dan MCM-48/CeO2. Metode karakterisasi yang umum digunakan dalam penelitian adalah :
Data sruktur tingkat kristalinitas dan ukuran butir dapat diperoleh dengan teknik difrraksi sinar X-Ray Diffraction (XRD) yang dilakukan di Pusat Tenaga Nuklir Badan Tenaga Atom Nasional (BATAN).
Daya serap katalis pada daerah sinar ultra violet atau sinar tampak dengan metode UV-Vis dilakukan di Laboratorium Afiliasi Departemen Kimia FMIPA UI.
Karakterisasi Difraksi Sinar X- Ray Diffraction (XRD)
Spektroskopi difraksi sinar-X (X-ray diffraction/XRD) merupakan salah satu metode karakterisasi material yang paling tua dan paling sering digunakan hingga sekarang ini. Teknik ini digunakan untuk mengidentifikasi fasa dan struktur kristalin dalam material dengan cara menentukan parameter struktur kisi serta untuk mendapatkan ukuran partikel. Material yang dianalisis terlebih dahulu digiling halus dan homogen. Sinar-X pertama sekali ditemukan pada tahun 1985 oleh seorang ilmuan Jerman, W. Rontgen. Pemakaian sinar-X ini banyak digunakan dalam bidang kedokteran dan bidang ilmu material. Panjang gelombang sinar-X yaitu mencapai 10 - 0.001 nm, dimana panjang gelombang ini lebih kecil dari panjang gelombang cahaya tampak,dan yang membuatnya memiliki energi yang lebih besar. Dalam peneilitian ini, identifikasi fasa dan struktur dari MCM-41/CeO2 dan MCM-48/CeO2 dilakukan dengan menggunakan teknik difraksi sinar X-Ray Diffraction (XRD) menggunakan mesin Phillips X- Ray Diffractometer. Secara khusus untuk menentukan pengukuran besar kristalit MCM-41/CeO2 dan MCM-48/CeO2 dan tingkat kristalinitasnya dilakukan dengan mengolah data yang diperoleh dari hasil XRD (Li,Y., d.k.k., 2010).
Karakterisasi UV-Vis
Banyak senyawa organik dan anorganik yang dapat dianalisis secara kualitatif maupun kuantitatif dengan menggunakan spektrofotometer ultra violet (200-400 nm). Kemudahaan dalam pengukuran dapat diperoleh dengan spektrofotometer yang mempunyai alat pencatat. Dibandingkan dengan daerah infra merah, spektra UV molekul-molekul dalam larutan relatif sederhana, hanya satu atau dua puncak, dibandingkan dengan IR yang mungkin dapat mencapai 20 atau lebih puncak yang dihasilkan.
Bila molekul menyerap dalam daerah tampak dan UV, elektron valensi atau ikatan akan naik ke tingkat energi yang lebih tinggi, disertai dengan eksitasi vibrasi dan rotasi. Jarak tingkat vibrasi dan rotasi yang berdekatan dalam tingkat energi elektroniknya menyebabkan terdapat sejumlah besar kemungkinan transisi elektron dengan perbedaan tingkat energi yang kecil. Hal tersebut disertai pula dengan adanya interaksi zat terlarut-pelarut, cenderung menghasilkan pita serapan yang lebar dalam daerah UV (Li,Y., d.k.k., 2010).
Molekul-molekul dengan elektron terikat lemah dapat menyerap energi dalam daerah UV. Dengan beberapa perkecualian, spektra UV dapat digunakan untuk menentukan ketidakjenuhan molekul-molekul yang menyerap (gugus kromofor), karena hanya molekul- molekul dengan ikatan rangkaplah yang mempunyai energi eksitasi yang cukup rendah yang menimbulkan penyerapan dalam daerah UV dekat.
Karakterisasi FTIR
FTIR merupakan kependekan dari Fourier Transform Infra Red, yaitu metode analisis material dengan menggunakan spektroskopi sinar infra merah. Sinar infra merah memiliki rentang panjang gelombang dari 2.5 μm sampai 25 μm. Adapun frekuensi sinar infra red memiliki rentang dari 400 cm-1 sampai 4000 cm-1. FTIR merupakan salah satu pengujian tidak merusak. Dalam spektroskopi sinar infra merah, radiasi sinar infra merah ditembakkan ke arah sebuah molekul. Sebagian radiasi sinar infra merah tersebut diserap (diadsorpsi) oleh molekul dan sebagian lagi diteruskan (ditransmisikan) melalui molekul tersebut yang menghasilkan sebuah spektrum. Hasil spektrum tersebut mewakili nilai adsorpsi dan transmisi dari molekul. Seperti sidik jari manusia, tidak ada molekul yang memiliki nilai spektrum atau vibrasi yang sama. Hal itu menyebabkan spektroskopi infra merah sangat bermanfaat untuk menganalisis dari molekul.
Karakterisasi BET
BET merupakan singkatan dari nama-nama ilmuwan yang menemukan teori luas pemukaan pada suatu material. Mereka adalah Brunauer, Emmet, dan Teller.[29] BET digunakan untuk karakterisasi permukaan suatu material yang meliputi surface area (SA, m2/g ), diameter pori (D) dan volume pori (Vpr, cc/gr). Teori BET menjelaskan bahwa adsorpsi terjadi di atas lapisan adsorbat monolayer. Sehingga, isoterm adsorpsi BET dapat diaplikasikan untuk adsorpsi multilayer. Keseluruhan proses adsorpsi dapat digambarkan sebagai berikut :
Penempelan molekul pada permukaan padatan (adsorben) membentuk lapisan monolayer
Penempelan molekul pada lapisan monolayer membentuk lapisan multilayer
BAB III
Metode Percobaan
3.1 Alat dan Bahan
3.1.1 Alat :
Alat-alat yang digunakan adalah Instrumen XRD (X-Ray Diffraction), Adsorbsi dan desorbsi N2, FTIR dan Ultraviolet-Visible Spectrophotometry (UV-Vis), BET.
3.1.2 Bahan:
Natrium silikat, air deionisasi, air suling ganda, CTAB, tetramethylammo-nium hidroksida, TEOS, (NH4)2Ce(NO3)6, Kongo Merah.
3.2 Prosedur Percobaan
3.2.1 Sintesis MCM-41 dan MCM-48
Semua bahan yang dibeli adalah kemurnian tertinggi. Semua solusi disiapkan dengan air suling ganda. MCM-41 disintesis oleh dispersi natrium silikat (2,5 g) dalam air deionisasi (18,24 ml). Surfaktan cetyltri-metilamonium bromide (CTAB) ditambahkan setelah aduk-ring komponen. Campuran reaksi diaduk selama 45 menit pada suhu kamar. Selama pengadukan yang kuat, jumlah yang cukup larutan 25% dari tetramethylammo-nium hidroksida ditambahkan, dan pH diatur pada 10 sampai 11. Campuran diaduk pada suhu kamar selama 24 jam, kemudian dimasukkan ke dalam autoclave Teflon-berbaris, dan disimpan pada suhu 100 ° C selama 3 hari. Serbuk itu pulih dengan penyaringan, kemudian dicuci dengan larutan air-etanol asam, dan kemudian dikeringkan dalam oven vakum. Padat yang diperoleh dikalsinasi pada 500 ° C selama 4 jam. Natrium hidroksida dan tetraetil ortosilikat (TEOS) ditambahkan ke dalam larutan CTAB dalam sintesis MCM-48. Komposisi molar gel yang diperoleh adalah 1 M TEOS: 0,25M Na2O: 0.65M CTAB: 0.62M H 2 O. Larutan diaduk selama sekitar 1 jam, kemudian dipindahkan ke dalam botol polypropylene, dan dipanaskan hingga 100 ° C selama 3 hari. Produk disaring, dicuci dengan air, dan dikeringkan di udara pada suhu kamar. Produk kering akhirnya dikalsinasi pada 550 ° C selama 6 jam.
3.2.2 Sintesis MCM-41 / CeO 2 dan MCM-48 / CeO 2 dengan metode tidak langsung
Beberapa polietilen glikol sebagai agen pendispersi ditambahkan ke larutan (NH4)2Ce(NO 3)6 (0,2134 g), dan kemudian 0,1 g disintesis MCM-41 atau MCM-48 bahan ditambahkan ke dalam larutan cerium . Setelah pemanasan solusi sampai 40 ° C dengan pengadukan dan mengatur pH 7 sampai 8, solusi amonium nitrat dengan cepat menambahkan, dan kemudian larutan campuran itu benar-benar diaduk selama 30 menit. Setelah penuaan selama 12 jam, koloid disaring, dicuci, dan dikeringkan dalam oven vakum pada 60 ° C selama 10 jam. Sampel disintesis dikalsinasi pada 600 ° C selama 5 jam dalam aliran udara dengan laju pemanasan 10 ° C/menit. Pendingin secara alami dengan suhu sekitar, MCM-41 / CeO 2 (40 wt.%) Dan MCM -48 / CeO 2 (40 wt.%) yang diperoleh.
3.2.3 Sintesis MCM-41 / CeO 2 dan MCM-48 / CeO 2 dengan metode tidak langsung
MCM-41 / CeO 2 dan MCM-48 / CeO 2 dibuat menggunakan dimodifikasi sintesis Stober ini pada suhu kamar. Persen berat dari CeO2 di bahan disiapkan adalah 40%. Dalam sintesis khas, 12,5 g heksadesiltrimetilamonium bromida dan jumlah yang diperlukan (0,2134 g) dari amonium nitrat cerium diambil dalam botol polypropylene. Air dan etanol yang ditambahkan ke dalam campuran yang diperoleh, yang diaduk dengan baik sampai pembubaran prekursor logam selesai. Untuk solusi ini, NH3 ditambahkan diikuti 1,8 ml TEOS. Endapan yang diperoleh disaring dan dicuci dengan air deionisasi luas. Padatan dikeringkan pada 80 ° C semalam di udara statis. Serbuk kering digiling halus dan dikalsinasi di udara statis pada 550 ° C untuk kembali bergerak-molekul surfaktan selama 6 jam.
3.2.4 Sintesis MCM-41 / CeO 2 dan MCM-48 / CeO 2 dengan metode penggilingan
Dalam metode ini, 0,2134 g (NH 4) 2 Ce (NO 3) 6 dan 0,1 g disintesis MCM-41 dan / atau MCM-48 ditempatkan dalam mortar dan tanah secara drastis pada suhu kamar. Padat yang diperoleh dikalsinasi pada 550 ° C di udara selama 3 sampai 4 jam untuk menghapus molekul surfaktan. MCM-41 / CeO 2 (40 wt.%) Dan MCM-48 / CeO 2 (40 wt.%) didapatkan.
3.2.5 Aktivitas fotokatalitik fotokatalis dipersiapkan
Degradasi fotokatalitik Kongo merah (CR) dipelajari pada 25 ° C dan pH = 7 sampai 8 di hadapan siap cata-lysts. Degradasi itu dilakukan dalam Pyrex foto-reaktor yang memiliki lampu merkuri tekanan tinggi dari 70 W dengan iradiasi maksimum pada panjang gelombang 332 nm. Degradasi dilakukan pada interval waktu yang cocok pada suhu kamar sedangkan sampel diaduk kontinyu-menerus. Fotoreaktor dipenuhi dengan 25 ml 10 mg/l CR dan katalis 0,7 g / l. Efisiensi degradasi (% D) dihitung menggunakan konsentrasi awal (C o) dan konsentrasi residu (C t) dari CR dengan metode spektrofotometri pada λ 510 nm (% D = [(C o - C t) / C o] × 100). Tingkat kinetikkonstan degradasi (k obs) dihitung menggunakan model ekspresi kinetik Langmuir-Hinshelwood ini (ln (C o / C t) = k obs t).
3.2.6 Teknik Karakterisasi
Spektrofotometer UV-Vis . Sebuah spektrofotometer ultraviolet-tampak (UV - Vis) (Lambda 35 , Perkin Elmer) dengan sebuah difusi pantulan bidang untuk sampel fase padat digunakan untuk menentukan resonansi plasmon permukaan ( SPR ) untuk logam emas. Sekitar 10 mg sampel dicampur dengan KBr dan ditempatkan di tempat sampel . sampel diabsorbansi tercatat di kisaran 200-800 nm . KBr digunakan untuk mengurangi konsentrasi sampel .
XRD . Sebuah difraksi sinar-X (XRD) (X'Pert Pro X -ray sistem difraksi, PANalytical) digunakan untuk menyelidiki struktur kristal MCM-41/CeO2 dan MCM-48/CeO2. Sampel padat ditekan ke tempat sampel untuk mendapatkan permukaan sampel yang halus, dan pola difraksi tercatat atas Berbagai 2θ dari 30◦ -120◦. Difraktogram yang diperoleh dibandingkan dengan database standar dari International Pusat Difraksi Data (ICDD).
FTIR.
Adsorbsi dan desorbsi N2.
BAB IV
Hasil dan Pembahasan
4.1 Karakterisasi MCM-41 / CeO2 dan MCM-48 / CeO2.
Karakterisasi MCM-41, MCM-48, MCM-41/CeO2, dan MCM-48/CeO2 dilakukan dengan metode Grinding yang dinalisis dengan menggunakan difraksi sinar-X (XRD), Spektroskopi Fourier transformasi inframerah (FT-IR), dan Brunauer Emmett Teller (BET), adsorpsi-desorpsi isotherm N2. Pola XRD dari sampel MCM-41 dan MCM-41/CeO2 dan sampel MCM-48 dan MCM-48/CeO2 masing-masing ditunjukkan, pada Gambar 1 dan 2. Masing-masing struktur dari MCM-41 dan MCM-48 adalah heksagonal dan kubik, yang dikonfirmasikan oleh pola XRD.
Pada Gambar 1a, sudut kecil pola XRD dari bahan awal MCM-41, teramati adanya sebuah puncak difraksi intens (100), bersama-sama dengan puncak tambahan (110), dan puncak sangat lemah (200). Hal ini dapat dilihat bahwa puncak (200) tidak cukup kuat dan juga puncak difraksi pindah ke sudut yang tinggi, selain itu puncak menjadi lemah ketika CeO2 partikel diolah menjadi MCM-41. Peningkatan partikel CeO2 dalam rangka MCM-41 karena penurunan dari ukuran terowongan dari substrat[11/09].Pola XRD dari MCM-41 dan MCM-41/CeO2 (sudut luas) yang ditunjukkan pada Gambar 1b. Substansi utama MCM-41 adalah silika amorf seperti yang terlihat di salah satu puncak difusi yang diamati dalam pola MCM-41. Namun, puncak amorph- silika ous menjadi lemah, dan puncak dari CeO2 muncul ketika CeO2 nanopartikel yang dimasukkan ke dalam MCM-41. Puncak dengan nilai-nilai 2θ dari 28,3, 33,2, 47,5 dan 56,4 sesuai dengan (111), (200), (220), dan (311) [13].
Gambar 1 sudut kecil (a) dan sudut lebar (b) pola XRD sampel (1) MCM-41 dan (2) MCM-41 / CeO2.
Figure 2 Small-angle (a) and wide-angle (b) XRD patterns of samples (1) MCM-48 and (2) MCM-48/CeO2.
Dalam pola XRD sudut kecil MCM-48, puncak difraksi (211) yang paling intens muncul di 2θ = 2,9 ° (Gambar 2a), sedangkan puncak difraksi intens rendah terlihat di 2θ = 3 ° sampai 6 °. Dengan doping cerium dan hilangnya secara bertahap dengan jangka panjang dari MCM-48, intensitas fraksi puncak-beda dari MCM-48 / CeO2 menurun pada sudut kecil. Puncak difraksi dari CeO2 dalam pola luas sudut XRD telah muncul jelas yang menunjukkan isi dari CeO2 dalam saluran (atau dalam kerangka) dari sampel[14].
Pada FT-IR spektrum MCM- 41 dan MCM-41/CeO2 ditunjukkan pada Gambar 3. dalam spektrum MCM-41, puncak serapan terjadi peregangan dari pita O-H di permukaan hidroksil dan di air planar terlihat di 3.440 cm-1. Simetri dan asimetri puncak vibrasi lentur dari Si-O-Si pada 1080, 812, dan 464 cm-1, masing-masing, terkait dengan kerangka silikon [9]. Seperti yang terlihat, ada beberapa perbedaan dari intensitas Puncak dalam spektrum FT-IR dari MCM-41 dan MCM-41 / CeO2, yang dihasilkan dari doping CeO2, Sebuah puncak serapan kuat pada 1632 cm-1 diamati dalam spectrum MCM-41/CeO2,dan hal itu menunjukkan pembentukan Ce- O-Ce [9].
Gambar 3 spektra FTIR dari a) MCM -41 b)MCM-41/CeO2
Gambar 4 menunjukkan FT-IR spektrum serapan dari sample MCM- 48 dan MCM-48 / CeO2 . Penyerapan getaran asimetris dari ikatan Si-O-Si dari kerangka silika muncul di 1.200 dan 1.080 cm-1. Peregangan puncak silika di 815 cm-1. pada getaran ikatan di 1080 cm-1 terjadi pergeseran dari 4 menjadi 9 cm-1 untuk sampel MCM-48 / CeO2 dibandingkan dengan spectrum dari MCM-48. Pergeseran ini disebabkan penggabungan Ce ke dalam kerangka MCM-48[14].
adsorpsi dan desorpsi isotherm N2 dari sampel MCM-48 / CeO2 ditunjukkan pada Gambar 5, dan memiliki hubungan atau kemiripan kurva distribusi ukuran pori yang ditunjukkan pada Gambar 6. Hal ini menunjukkan bahwa isoterm ini memiliki karakteristik yang khas dari isoterm bahan mesopori dan dari jenis IV menurut klasifikasi IUPAC [14]. Area permukaan, rata-rata ukuran pori dihitung dengan model BJH, dan volume pori sampel MCM-48[14] dan MCM-48 / CeO2 disajikan pada Tabel 1.
4.1 Degradasi Fotokatalitik Kongo merah
Kontrol eksperimen menunjukkan bahwa CR tidak terdegradasi sepenuhnya ketika disinari dengan UV kekurangan katalis; hanya 24,7% yang terdegradasi setelah 120 menit. Faktor utama dari degradasi fotokatalitik adalah adsorpsi CR ke permukaan katalis melalui interaksi kelompok hidroksil permukaan , terutama ke area support tinggi permukaan, yaitu, MCM-41 dan MCM-48 [15]. Dengan kata lain, adsorpsi pewarna anionik di permukaan oksida disukai, yang mengarah ke peningkatan konsentrasi zat warna di permukaan dan fasilitasi degradasi fotokatalitik pewarna yang sedang diselidiki [16,17]. Kehadiran kation logam transisi seperti menggabungkan cerium pada bahan mesopori, seperti MCM-41 dan MCM-48, dapat mencegah rekombinasi antara lubang photogenerated dan elektron atau memanjang saat pemisahan muatan karena bertindak sebagai pusat akseptor elektron [18,19]. Satu hal dapat diasumsikan bahwa kelompok hidroksil pada permukaan katalis bertindak sebagai donor elektron untuk photogenerated H+,membentuk hidroksil aktif radikal (OH˙+)yang menyerang CR.
Tabel 2 Gradasi CR di 120 Menit Dan Kobs dari Proses fotokatalitik CeO2, MCM-41 / CeO2, Dan MCM -48 / CeO2
Tabel 2 menunjukkan kinerja MCM-41/CeO2 dan MCM-48/CeO2 (dibuat dengan metode yang berbeda) dan partikel nano dari CeO2 sebagai fotokatalis untuk degradasi fotokatalitik CR di 120 menit. Nilai Kobs juga
Figure 5 Nitrogen adsorption and desorption isotherms of MCM-48/CeO2
dikumpulkan dalam tabel 2. Di antara katalis, yang mesopori yaitu MCM-41 / CeO2 dan MCM-48 / CeO2 yang disintesis dengan metode Grinding masing-masing menunjukkan aktivitas sangat photokatalitik sebesar 97,6% dan 91,3 % fotodegradasi CR.Ternyata, sebagian besar ion cerium yang diolah dalam bahan mesopori dengan metode penggilingan, memiliki persentase berat CeO2 didalam MCM/CeO2 mendekati 40% yang sesuai dengan apa yang disebutkan dalam bagian'Metode'. Namun, banyak ion cerium telah hilang dalam penyusunan MCM / CeO2 dengan metode langsung dan tidak langsung dalam media pelarutan.
Jumlah CR terdegradasi pada permukaan katalis yang berbeda menunjukkan urutan MCM- 41 / CeO 2> MCM-48 / CeO2 > CeO2,yang dapat langsung berhubungan dengan luas permukaan yang tersedia untuk adsorpsi. Adapun nanopartikel CeO2, menunjukkan hasil degradasi sebesar 51,9%. Namun, fotodegradasi terbaik diperoleh dari katalis MCMs / CeO2. pada Aktivitas fotokatalis yang ditingkatkan malalui proses komposit MCMs / CeO2 mencerminkan sifat adsorpsi menguntungkan dari MCM-41 dan MCM-48. Dengan demikian, jelas bahwa kehadiran cerium di MCM-41 / CeO2 dan MCM-48 / CeO2 berperan dalam reaksi katalitik, yang mengatakan,
Gambar 6. kurva distribusi ukuran pori dari MCM-48 / CeO2
Tabel 1 Sifat tekstur dari MCM-48 dan MCM- 48 / CeO2 sampel
tabel
ion Ce yang sangat tersebar di MCM / CeO2 adalah situs aktif. Perangkat tambahan dari degradasi CR mungkin karena dispersi tinggi CeO2 di dinding amorf dari MCM-41 dan MCM-48 dan peningkatan bandgap antara pita konduksi dan band kelambu dari CeO2 di MCMs. Selain itu, karena celah pita lebar dari MCM-41 / CeO2 dan MCM-48 / CeO2,masa lubang photogenerated dan elektron dari MCMs / CeO2 lebih panjang daripada CeO2 nanopartikel [20-22].
aktivitas yang lebih tinggi dari MCM-41/CeO2 mungkin karena heksagonal yang memerintahkan terstruktur dibandingkan dengan MCM-48 dengan kubik memerintahkan terstruktur [21,22]. Heksagonal yang memerintahkan terstruktur dari MCM-41 karena dispersi yang lebih tinggi dari ium cer- pada sampel ini.
BAB V
Kesimpulan dan Saran
5.1 Kesimpulan
Metode grinding dapat digunakan untuk persiapan penggabungan cerium pada bahan mesopori MCM-41 dan MCM-48. Dengan menggunakan metode ini, kation cerium tertentu dapat dimasukkan ke dalam kerangka MCM-41 dan MCM-48. Setelah partikel CeO2 sedang diolah menjadi substrat MCM-41 dan MCM-48, luas permukaan material berkurang, dan volume pori juga menurun. MCM-41/CeO2 dan MCM-48 / CeO2 menunjukkan photoreactivity degradasi CR. Struktur heksagonal dari MCM-41 memiliki luas permukaan lebih besar dan memiliki situs aktif. Juga, nanopartikel CeO2 dalam tahap sekunder dalam kerangka menjadi bahan mesopori. Dengan demikian, katalis MCM-41 / CeO2 menunjukkan reaktivitas lebih tinggi dibandingkan dengan MCM-48 / CeO2.
5.2 Saran
Sebaiknya pembaca tetap mencari sumber informasi yang lain mengenai mesopori yang digabungkan dengan nano partikel logam oksida agar dapat menjadi sumber ilmu yang berguna. Semoga makalah ini dapat bermanfaat untuk para pembaca.
“Sintesis, Karakterisasi dan Aktivitas potokatalis dari MCM-41 dan MCM-48 Diimpregnasi dengan Nanopartikel CeO2”
Penulis
BAB I
Pendahuluan
1.1 Latar Belakang
Potensi yang menjanjikan dari material mesopori di berbagai bidang, termasuk sebagai katalis, drug delivery, pengadsorpsi dan aplikasi lain, menjadikan banyak dilakukannya penelitian yang terkait dengan material ini, baik mengenai pengaruh kondisi sintesis, maupun mengenai morfologi dan karakteristik pori. Didalam bidang katalis heterogen bahan mesopori seperti MCM-41, MCM-48, dan SBA telah menjadi subjek penelitian intensif hal itu karena bahan mesopori ini memiliki luas permukaan yang tinggi, pori-pori yang seragam, dan stabilitas termal yang relatif tinggi . Material ini mengandung berbagai logam transisi biasanya digunakan sebagai katalis heterogen untuk berbagai reaksi senyawa organik (Kawabata T., d.k.k., 2005). Namun mesopori berbahan silika murni ini memiliki kelemahan pada kristal serta memiliki aktivitas reaksi yang rendah oleh sebab itu peniliti memperkenalkan beberapa nanopartikel kedalam bahan mesopori. Penggunaan logam transisi dan logam tanah jarang telah sukses digunakan pada katalis terutama pada promotor; Oksida atau bahan berpori. perhatian telah dibayarkan kepada kombinasi transisi dan tanah jarang logam dengan bahan mesopori di mana transisi dan logam tanah jarang digunakan sebagai komponen aktif dari katalis (Koo, DH, d.k.k., 2005)
Cerium oksida merupakan salah satu oksida logam tanah jarang yang paling reaktif, yang telah diteliti secara luas dan digunakan dalam berbagai aplikasi termasuk konduktor cepat ion, kapasitor penyimpanan oksigen, katalis, UV blocker, bahan polishing, dan elektrolit untuk sel bahan bakar oksida padat (Wang, Z, d.k.k., 2005). CeO2 atau bahan berbasis CeO2 juga telah ditemukan untuk menjadi sangat penting dalam perlindungan lingkungan. Secara khusus, didukung berbasis CeO2 dan oksida campuran adalah katalis yang efektif untuk oksidasi hidrokarbon yang berbeda dan untuk menghilangkan organik dari air tercemar dari sumber yang berbeda (Monteiro, R.S. d.k.k., 2001). Sintesis impregnasi dari MCM-41/CeO2 dan MCM-48/CeO2 dapat menggunakan metode solvo termal langsung dan solvotermal tidak langsung serta penggilingan(tanpa pelarut). Material mesopori MCM-41 dan MCM-48 telah disintesis dengan metode hidrotermal saat suhu kamar. Didalam penelitian ini dibahas tentang perbandingan struktural dari MCM-41/CeO2 dan MCM-48/CeO2. Dan akan dibahas juga Perfoma dari substrat dalam degradasi potokatalis dari kongo merah dalam pelarut air.
1.2 Rumusan Masalah
Adapun rumusan masalah dari makalah ini adalah:
Apakah bahan mesopori MCM-41 dan MCM-48 dapat disentesis menggunakan metode Impregnasi dengan Cerium Oksida nano partikel?
Bgaimana karakterisasi MCM-41 dan MCM-48 yang diakibatkan dari penggabungan dari CeO2?
Bagaimana Aktivitas potokatalis material MCM-41 dan MCM-48 terhadap kongo merah?
Bagaimana reaktivitas dari katalis MCM-41 / CeO2 jika dibandingkan dengan katalis MCM-48 / CeO2
1.3 Tujuan
Adapun tujuan dari makalah ini adalah:
Dapat mensintesis material MCM-41 dan MCM-48 menggunakan metode Impregnasi dengan Cerium Oksida nano partikel.
Dapat mengetahui Bgaimana karakterisasi MCM-41 dan MCM-48 yang diakibatkan dari penggabungan dari CeO2?
Dapat mengetahui bagaimana Aktivitas potokatalis material MCM-41 dan MCM-48 terhadap kongo merah.
Dapat mengetahui Bagaimana reaktivitas dari katalis MCM-41 / CeO2 jika dibandingkan dengan katalis MCM-48 / CeO2.
BAB II
Landasan Teori
2.1 Material Nano
Perkembangan teknologi nano tidak terlepas dari riset mengenai material nano. Dalam pengembangannya, material nano diklasifikasikan menjadi tiga kategori, yaitu material nano nol dimensi (nano partikel), satu dimensi (nano wire), dan dua dimensi (thin films). Nanopartikel cerium di dibuat dengan pemanasan sederhana (simple heating). Larutan dan polimer dalam kondisi asam dapat diubah menjadi nanopartikel melalui pemanasan pada suhu di atas suhu dekomposisi polimer. Disini dilaporkan studi awal preparasi nanopartikel cerium dioksida (CeO2) dengan menggunakan precursor cerium nitrat. Namun, dari tiga jenis material nano tersebut, terdapat satu jenis nano yang tidak dimasukan kedalam tiga kategori tersebut dikarenakan proses sintesis yang berbeda dan lebih sulit dari tiga kategori nano material tersebut. Material nano tersebut dikategorikan sebagai nano material khusus (special nanomaterials). Adapun yang termasuk material nano khusus antara lain carbon fullerene, carbon nanotube dan material mesopori. Material nano khusus ini sangat unik karena tidak tersedia di alam dan hanya dapat diperoleh dengan sintesis didalam laboratorium (Nazari,K., d.k.k., 2005).
International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) membagi material pori menjadi tiga jenis berdasarkan diameter ukuran porinya, yaitu: (i) material mikropori, (ii) material mesopori dan (iii) material makropori. Material mikropori adalah material yang memiliki diameter pori kurang dari 2 nm. Material makropori memiliki diameter lebih dari 50 nm. Sedangkan material mesopori berdiameter 2-50 nm. Contoh material mesopori silika M41S (MCM-41, MCM48, MCM-50). Material mesopori memiliki karakteristik antara lain memiliki volume pori yang besar (mencapai 70%) dan memili luas permukaan yang tinggi mencapai lebih dari 700 m2/g.
Material mesopori silika untuk pertamakalinya disintesis pada tahun 1992 oleh para peneliti dari mobil coperation. Material tersebut diberi nama Mobil Crystaline of Material atau MCM-41. Karakteristik material ini memiliki pori yang berbentuk heksagonal yang seragam dan memiliki diameter pori 15-100 Angstrom. Berikut adalah gambaran mikro dari MCM-41
Gambar 2.1 Foto mikro MCM-41
Sedangkan untuk MCM-48 memiliki bentuk pori berupa kubik. Material mesopori ini dapat disintesis dengan metode hidrotermal pada suhu kamar. Didalam material mesopori terdapat zat zat yang terlibat dalam pembentukannya adalah perkusor (TEOS), Surfaktan, katalis dapat berupa asam dan air sebagai pelarut (Song, S.,d.k.k., 2008)
2.2 Metode Sintesis MCM-41/CeO2 dan MCM-48/CeO2
Sintesis MCM-41/CeO2 dan MCM-48/CeO2 Impregnasi dengan menggunakan metode penggilingan(tanpa pelarut) dan metode solvo termal langsung dan solvo termal tidak langsung. Adapun metode diatas merupakan metode yang digunakan untuk mengimpregnasi MCM-41 dan MCM 48 dengan nanopartikel Cerium Oksida. Metode solvo termal merupakan metode pemanasan pelarut yang diuapkan dan menggunakan pelarut bukan air (Sakthivel d.k.k., 2001).
2.3 Katalis
Proses katalis mempersyaratkan peningkatan dari keaktifan dan selektifitas material katalis tersebut. Keaktifan dan selektifitas ini dipengaruhi oleh disain dari material katalis dengan mikrostruktur yang diharapkan. Material mesopori MCM-41 dan MCM-48 menawarkan kemungkinan terhadap pengontrolan terhadap luas dan permukaan yang dapat diakses dari terhadap suatu zat kimia. Contoh dalam penggunaan sebagai katalis adalah untuk coupling alkohol untuk membentuk eter, khususnya dari metanol dan coupling isobutanol untuk membentuk metil isobutil eter. Semua publikasi tentang aplikasi katalis difokuskan pada material silika mesopori Al-, Ti- dan Co-. Aluminium yang mengandung saringan molekular mesopori sering digunakan sebagai penyokong (support) untuk reaksi asam katalis. Katalis heterogen memiliki fasa yang berbeda dengan pereaksi sehingga katalis heterogen dapat diperoleh dengan mudah di akhir reaksi. Reaksi pada katalis heterogen hanya berlangsung pada beberapa bagian dari katalis saja. Selain itu, aktivitas katalis heterogen biasanya sangat kecil jika dibandingkan dengan katalis homogen. Oleh karena itu, untuk menutupi kekurangan tersebut, reaksi dijalankan pada pada suhu dan atau tekanan yang sangat tinggi (Subramanian, H., d.k.k.,2010)
Katalis heterogen memiliki tiga komponen, yaitu fasa aktif, promotor dan penyangga. Fasa aktif merupakan sisi aktif dari katalis yang merupakan tempat terjadinya reaksi pada katalis. Semakin luas permukaan fasa aktif, maka aktivitas akan semakin baik. Fasa aktif tersebut biasanya disebar dalam suatu penyangga. Dengan kata lain, penyangga berperan dalam hal sebaran fasa aktif. Semakin luas permukaan penyangga, maka fasa aktif akan tersebar lebih banyak sehingga akan meningkatkan aktivitas. Penyangga juga berfungsi untuk menstabilkan katalis. Reaksi dengan menggunakan katalis heterogen biasanya dijalankan pada suhu tinggi. Pada suhu tinggi fasa aktif mudah terdekomposisi sehingga penyangga biasa digunakan untuk mencegah dekomposisi fasa aktif.
Komponen lain pada katalis heterogen adalah promotor. Promotor berfungsi untuk memperbaiki kinerja katalis. Misalnya untuk mencegah sintering, untuk mencegah reaksi samping, dan lain-lain. Fasa aktif, penyangga dan promotor merupakan komponen katalis heterogen, namun tidak semua katalis heterogen memiliki ketiga komponen tersebut. Ada juga katalis yang hanya berupa zat aktif dengan penyangga atau zat aktif dengan promotor.
2.4 Fotokatalisis
Fotokatalisis berasal dari kata foto dan katalis. Foto didefinisikan sebagai sinar, sedangkan katalis didefinisikan sebagai suatu zat yang mempercepat reaksi.Fotokatalis merupakan 7 percepatan dari reaksi yang berjalan karena adanya cahaya. Salah satu contoh dari reaksi yang berjalan karena adanya cahaya adalah reaksi fotosintesis. Untuk reaksi jenis tersebut, reaksi dapat dipercepat dengan cara menambahkan katalis. Jadi, fotokatalisis adalah suatu proses untuk mempercepat reaksi yang berjalan karena adanya cahaya dengan menggunakan katalis. Aktivitas fotokatalis bergantung pada kemampuan katalis untuk menghasilkan sepasang electron-hole pada pita valensinya. Holes ini kemudian akan berfungsi sebagai tempat terjadinya oksidasi. Keberadaan electron-hole tersebut akan mempercepat proses transfer elektron yang terjadi. Dengan demikian, keberadaan dari pasangan elektron-hole akan mempercepat reaksi redoks (Subramanian,H.,d.k.k.,2010).
2.5 Karakterisasi MCM-41/CeO2 dan MCM-48/CeO2
Karakterisasi ini merupakan pemeriksaan rutin untuk mengetahui struktur tingkat kristalinitas dan mengukur serapan sinar ultra violet atau sinar tampak oleh suatu material dalam bentuk padatan, yang telah disintesis dan kemudian dibandingkan dengan hasil dari standart atau referensi. Hal-hal yang harus dipahami adalah setiap alat atau metode karakterisasi memiliki kelebihan dan kekurangan, selain itu diperlukan lebih dari dua metode untuk memberikan informasi atau data yang cukup mengenai struktur dan daya serap katalis tersebut, yaitu MCM-41/CeO2 dan MCM-48/CeO2. Metode karakterisasi yang umum digunakan dalam penelitian adalah :
Data sruktur tingkat kristalinitas dan ukuran butir dapat diperoleh dengan teknik difrraksi sinar X-Ray Diffraction (XRD) yang dilakukan di Pusat Tenaga Nuklir Badan Tenaga Atom Nasional (BATAN).
Daya serap katalis pada daerah sinar ultra violet atau sinar tampak dengan metode UV-Vis dilakukan di Laboratorium Afiliasi Departemen Kimia FMIPA UI.
Karakterisasi Difraksi Sinar X- Ray Diffraction (XRD)
Spektroskopi difraksi sinar-X (X-ray diffraction/XRD) merupakan salah satu metode karakterisasi material yang paling tua dan paling sering digunakan hingga sekarang ini. Teknik ini digunakan untuk mengidentifikasi fasa dan struktur kristalin dalam material dengan cara menentukan parameter struktur kisi serta untuk mendapatkan ukuran partikel. Material yang dianalisis terlebih dahulu digiling halus dan homogen. Sinar-X pertama sekali ditemukan pada tahun 1985 oleh seorang ilmuan Jerman, W. Rontgen. Pemakaian sinar-X ini banyak digunakan dalam bidang kedokteran dan bidang ilmu material. Panjang gelombang sinar-X yaitu mencapai 10 - 0.001 nm, dimana panjang gelombang ini lebih kecil dari panjang gelombang cahaya tampak,dan yang membuatnya memiliki energi yang lebih besar. Dalam peneilitian ini, identifikasi fasa dan struktur dari MCM-41/CeO2 dan MCM-48/CeO2 dilakukan dengan menggunakan teknik difraksi sinar X-Ray Diffraction (XRD) menggunakan mesin Phillips X- Ray Diffractometer. Secara khusus untuk menentukan pengukuran besar kristalit MCM-41/CeO2 dan MCM-48/CeO2 dan tingkat kristalinitasnya dilakukan dengan mengolah data yang diperoleh dari hasil XRD (Li,Y., d.k.k., 2010).
Karakterisasi UV-Vis
Banyak senyawa organik dan anorganik yang dapat dianalisis secara kualitatif maupun kuantitatif dengan menggunakan spektrofotometer ultra violet (200-400 nm). Kemudahaan dalam pengukuran dapat diperoleh dengan spektrofotometer yang mempunyai alat pencatat. Dibandingkan dengan daerah infra merah, spektra UV molekul-molekul dalam larutan relatif sederhana, hanya satu atau dua puncak, dibandingkan dengan IR yang mungkin dapat mencapai 20 atau lebih puncak yang dihasilkan.
Bila molekul menyerap dalam daerah tampak dan UV, elektron valensi atau ikatan akan naik ke tingkat energi yang lebih tinggi, disertai dengan eksitasi vibrasi dan rotasi. Jarak tingkat vibrasi dan rotasi yang berdekatan dalam tingkat energi elektroniknya menyebabkan terdapat sejumlah besar kemungkinan transisi elektron dengan perbedaan tingkat energi yang kecil. Hal tersebut disertai pula dengan adanya interaksi zat terlarut-pelarut, cenderung menghasilkan pita serapan yang lebar dalam daerah UV (Li,Y., d.k.k., 2010).
Molekul-molekul dengan elektron terikat lemah dapat menyerap energi dalam daerah UV. Dengan beberapa perkecualian, spektra UV dapat digunakan untuk menentukan ketidakjenuhan molekul-molekul yang menyerap (gugus kromofor), karena hanya molekul- molekul dengan ikatan rangkaplah yang mempunyai energi eksitasi yang cukup rendah yang menimbulkan penyerapan dalam daerah UV dekat.
Karakterisasi FTIR
FTIR merupakan kependekan dari Fourier Transform Infra Red, yaitu metode analisis material dengan menggunakan spektroskopi sinar infra merah. Sinar infra merah memiliki rentang panjang gelombang dari 2.5 μm sampai 25 μm. Adapun frekuensi sinar infra red memiliki rentang dari 400 cm-1 sampai 4000 cm-1. FTIR merupakan salah satu pengujian tidak merusak. Dalam spektroskopi sinar infra merah, radiasi sinar infra merah ditembakkan ke arah sebuah molekul. Sebagian radiasi sinar infra merah tersebut diserap (diadsorpsi) oleh molekul dan sebagian lagi diteruskan (ditransmisikan) melalui molekul tersebut yang menghasilkan sebuah spektrum. Hasil spektrum tersebut mewakili nilai adsorpsi dan transmisi dari molekul. Seperti sidik jari manusia, tidak ada molekul yang memiliki nilai spektrum atau vibrasi yang sama. Hal itu menyebabkan spektroskopi infra merah sangat bermanfaat untuk menganalisis dari molekul.
Karakterisasi BET
BET merupakan singkatan dari nama-nama ilmuwan yang menemukan teori luas pemukaan pada suatu material. Mereka adalah Brunauer, Emmet, dan Teller.[29] BET digunakan untuk karakterisasi permukaan suatu material yang meliputi surface area (SA, m2/g ), diameter pori (D) dan volume pori (Vpr, cc/gr). Teori BET menjelaskan bahwa adsorpsi terjadi di atas lapisan adsorbat monolayer. Sehingga, isoterm adsorpsi BET dapat diaplikasikan untuk adsorpsi multilayer. Keseluruhan proses adsorpsi dapat digambarkan sebagai berikut :
Penempelan molekul pada permukaan padatan (adsorben) membentuk lapisan monolayer
Penempelan molekul pada lapisan monolayer membentuk lapisan multilayer
BAB III
Metode Percobaan
3.1 Alat dan Bahan
3.1.1 Alat :
Alat-alat yang digunakan adalah Instrumen XRD (X-Ray Diffraction), Adsorbsi dan desorbsi N2, FTIR dan Ultraviolet-Visible Spectrophotometry (UV-Vis), BET.
3.1.2 Bahan:
Natrium silikat, air deionisasi, air suling ganda, CTAB, tetramethylammo-nium hidroksida, TEOS, (NH4)2Ce(NO3)6, Kongo Merah.
3.2 Prosedur Percobaan
3.2.1 Sintesis MCM-41 dan MCM-48
Semua bahan yang dibeli adalah kemurnian tertinggi. Semua solusi disiapkan dengan air suling ganda. MCM-41 disintesis oleh dispersi natrium silikat (2,5 g) dalam air deionisasi (18,24 ml). Surfaktan cetyltri-metilamonium bromide (CTAB) ditambahkan setelah aduk-ring komponen. Campuran reaksi diaduk selama 45 menit pada suhu kamar. Selama pengadukan yang kuat, jumlah yang cukup larutan 25% dari tetramethylammo-nium hidroksida ditambahkan, dan pH diatur pada 10 sampai 11. Campuran diaduk pada suhu kamar selama 24 jam, kemudian dimasukkan ke dalam autoclave Teflon-berbaris, dan disimpan pada suhu 100 ° C selama 3 hari. Serbuk itu pulih dengan penyaringan, kemudian dicuci dengan larutan air-etanol asam, dan kemudian dikeringkan dalam oven vakum. Padat yang diperoleh dikalsinasi pada 500 ° C selama 4 jam. Natrium hidroksida dan tetraetil ortosilikat (TEOS) ditambahkan ke dalam larutan CTAB dalam sintesis MCM-48. Komposisi molar gel yang diperoleh adalah 1 M TEOS: 0,25M Na2O: 0.65M CTAB: 0.62M H 2 O. Larutan diaduk selama sekitar 1 jam, kemudian dipindahkan ke dalam botol polypropylene, dan dipanaskan hingga 100 ° C selama 3 hari. Produk disaring, dicuci dengan air, dan dikeringkan di udara pada suhu kamar. Produk kering akhirnya dikalsinasi pada 550 ° C selama 6 jam.
3.2.2 Sintesis MCM-41 / CeO 2 dan MCM-48 / CeO 2 dengan metode tidak langsung
Beberapa polietilen glikol sebagai agen pendispersi ditambahkan ke larutan (NH4)2Ce(NO 3)6 (0,2134 g), dan kemudian 0,1 g disintesis MCM-41 atau MCM-48 bahan ditambahkan ke dalam larutan cerium . Setelah pemanasan solusi sampai 40 ° C dengan pengadukan dan mengatur pH 7 sampai 8, solusi amonium nitrat dengan cepat menambahkan, dan kemudian larutan campuran itu benar-benar diaduk selama 30 menit. Setelah penuaan selama 12 jam, koloid disaring, dicuci, dan dikeringkan dalam oven vakum pada 60 ° C selama 10 jam. Sampel disintesis dikalsinasi pada 600 ° C selama 5 jam dalam aliran udara dengan laju pemanasan 10 ° C/menit. Pendingin secara alami dengan suhu sekitar, MCM-41 / CeO 2 (40 wt.%) Dan MCM -48 / CeO 2 (40 wt.%) yang diperoleh.
3.2.3 Sintesis MCM-41 / CeO 2 dan MCM-48 / CeO 2 dengan metode tidak langsung
MCM-41 / CeO 2 dan MCM-48 / CeO 2 dibuat menggunakan dimodifikasi sintesis Stober ini pada suhu kamar. Persen berat dari CeO2 di bahan disiapkan adalah 40%. Dalam sintesis khas, 12,5 g heksadesiltrimetilamonium bromida dan jumlah yang diperlukan (0,2134 g) dari amonium nitrat cerium diambil dalam botol polypropylene. Air dan etanol yang ditambahkan ke dalam campuran yang diperoleh, yang diaduk dengan baik sampai pembubaran prekursor logam selesai. Untuk solusi ini, NH3 ditambahkan diikuti 1,8 ml TEOS. Endapan yang diperoleh disaring dan dicuci dengan air deionisasi luas. Padatan dikeringkan pada 80 ° C semalam di udara statis. Serbuk kering digiling halus dan dikalsinasi di udara statis pada 550 ° C untuk kembali bergerak-molekul surfaktan selama 6 jam.
3.2.4 Sintesis MCM-41 / CeO 2 dan MCM-48 / CeO 2 dengan metode penggilingan
Dalam metode ini, 0,2134 g (NH 4) 2 Ce (NO 3) 6 dan 0,1 g disintesis MCM-41 dan / atau MCM-48 ditempatkan dalam mortar dan tanah secara drastis pada suhu kamar. Padat yang diperoleh dikalsinasi pada 550 ° C di udara selama 3 sampai 4 jam untuk menghapus molekul surfaktan. MCM-41 / CeO 2 (40 wt.%) Dan MCM-48 / CeO 2 (40 wt.%) didapatkan.
3.2.5 Aktivitas fotokatalitik fotokatalis dipersiapkan
Degradasi fotokatalitik Kongo merah (CR) dipelajari pada 25 ° C dan pH = 7 sampai 8 di hadapan siap cata-lysts. Degradasi itu dilakukan dalam Pyrex foto-reaktor yang memiliki lampu merkuri tekanan tinggi dari 70 W dengan iradiasi maksimum pada panjang gelombang 332 nm. Degradasi dilakukan pada interval waktu yang cocok pada suhu kamar sedangkan sampel diaduk kontinyu-menerus. Fotoreaktor dipenuhi dengan 25 ml 10 mg/l CR dan katalis 0,7 g / l. Efisiensi degradasi (% D) dihitung menggunakan konsentrasi awal (C o) dan konsentrasi residu (C t) dari CR dengan metode spektrofotometri pada λ 510 nm (% D = [(C o - C t) / C o] × 100). Tingkat kinetikkonstan degradasi (k obs) dihitung menggunakan model ekspresi kinetik Langmuir-Hinshelwood ini (ln (C o / C t) = k obs t).
3.2.6 Teknik Karakterisasi
Spektrofotometer UV-Vis . Sebuah spektrofotometer ultraviolet-tampak (UV - Vis) (Lambda 35 , Perkin Elmer) dengan sebuah difusi pantulan bidang untuk sampel fase padat digunakan untuk menentukan resonansi plasmon permukaan ( SPR ) untuk logam emas. Sekitar 10 mg sampel dicampur dengan KBr dan ditempatkan di tempat sampel . sampel diabsorbansi tercatat di kisaran 200-800 nm . KBr digunakan untuk mengurangi konsentrasi sampel .
XRD . Sebuah difraksi sinar-X (XRD) (X'Pert Pro X -ray sistem difraksi, PANalytical) digunakan untuk menyelidiki struktur kristal MCM-41/CeO2 dan MCM-48/CeO2. Sampel padat ditekan ke tempat sampel untuk mendapatkan permukaan sampel yang halus, dan pola difraksi tercatat atas Berbagai 2θ dari 30◦ -120◦. Difraktogram yang diperoleh dibandingkan dengan database standar dari International Pusat Difraksi Data (ICDD).
FTIR.
Adsorbsi dan desorbsi N2.
BAB IV
Hasil dan Pembahasan
4.1 Karakterisasi MCM-41 / CeO2 dan MCM-48 / CeO2.
Karakterisasi MCM-41, MCM-48, MCM-41/CeO2, dan MCM-48/CeO2 dilakukan dengan metode Grinding yang dinalisis dengan menggunakan difraksi sinar-X (XRD), Spektroskopi Fourier transformasi inframerah (FT-IR), dan Brunauer Emmett Teller (BET), adsorpsi-desorpsi isotherm N2. Pola XRD dari sampel MCM-41 dan MCM-41/CeO2 dan sampel MCM-48 dan MCM-48/CeO2 masing-masing ditunjukkan, pada Gambar 1 dan 2. Masing-masing struktur dari MCM-41 dan MCM-48 adalah heksagonal dan kubik, yang dikonfirmasikan oleh pola XRD.
Pada Gambar 1a, sudut kecil pola XRD dari bahan awal MCM-41, teramati adanya sebuah puncak difraksi intens (100), bersama-sama dengan puncak tambahan (110), dan puncak sangat lemah (200). Hal ini dapat dilihat bahwa puncak (200) tidak cukup kuat dan juga puncak difraksi pindah ke sudut yang tinggi, selain itu puncak menjadi lemah ketika CeO2 partikel diolah menjadi MCM-41. Peningkatan partikel CeO2 dalam rangka MCM-41 karena penurunan dari ukuran terowongan dari substrat[11/09].Pola XRD dari MCM-41 dan MCM-41/CeO2 (sudut luas) yang ditunjukkan pada Gambar 1b. Substansi utama MCM-41 adalah silika amorf seperti yang terlihat di salah satu puncak difusi yang diamati dalam pola MCM-41. Namun, puncak amorph- silika ous menjadi lemah, dan puncak dari CeO2 muncul ketika CeO2 nanopartikel yang dimasukkan ke dalam MCM-41. Puncak dengan nilai-nilai 2θ dari 28,3, 33,2, 47,5 dan 56,4 sesuai dengan (111), (200), (220), dan (311) [13].
Gambar 1 sudut kecil (a) dan sudut lebar (b) pola XRD sampel (1) MCM-41 dan (2) MCM-41 / CeO2.
Figure 2 Small-angle (a) and wide-angle (b) XRD patterns of samples (1) MCM-48 and (2) MCM-48/CeO2.
Dalam pola XRD sudut kecil MCM-48, puncak difraksi (211) yang paling intens muncul di 2θ = 2,9 ° (Gambar 2a), sedangkan puncak difraksi intens rendah terlihat di 2θ = 3 ° sampai 6 °. Dengan doping cerium dan hilangnya secara bertahap dengan jangka panjang dari MCM-48, intensitas fraksi puncak-beda dari MCM-48 / CeO2 menurun pada sudut kecil. Puncak difraksi dari CeO2 dalam pola luas sudut XRD telah muncul jelas yang menunjukkan isi dari CeO2 dalam saluran (atau dalam kerangka) dari sampel[14].
Pada FT-IR spektrum MCM- 41 dan MCM-41/CeO2 ditunjukkan pada Gambar 3. dalam spektrum MCM-41, puncak serapan terjadi peregangan dari pita O-H di permukaan hidroksil dan di air planar terlihat di 3.440 cm-1. Simetri dan asimetri puncak vibrasi lentur dari Si-O-Si pada 1080, 812, dan 464 cm-1, masing-masing, terkait dengan kerangka silikon [9]. Seperti yang terlihat, ada beberapa perbedaan dari intensitas Puncak dalam spektrum FT-IR dari MCM-41 dan MCM-41 / CeO2, yang dihasilkan dari doping CeO2, Sebuah puncak serapan kuat pada 1632 cm-1 diamati dalam spectrum MCM-41/CeO2,dan hal itu menunjukkan pembentukan Ce- O-Ce [9].
Gambar 3 spektra FTIR dari a) MCM -41 b)MCM-41/CeO2
Gambar 4 menunjukkan FT-IR spektrum serapan dari sample MCM- 48 dan MCM-48 / CeO2 . Penyerapan getaran asimetris dari ikatan Si-O-Si dari kerangka silika muncul di 1.200 dan 1.080 cm-1. Peregangan puncak silika di 815 cm-1. pada getaran ikatan di 1080 cm-1 terjadi pergeseran dari 4 menjadi 9 cm-1 untuk sampel MCM-48 / CeO2 dibandingkan dengan spectrum dari MCM-48. Pergeseran ini disebabkan penggabungan Ce ke dalam kerangka MCM-48[14].
adsorpsi dan desorpsi isotherm N2 dari sampel MCM-48 / CeO2 ditunjukkan pada Gambar 5, dan memiliki hubungan atau kemiripan kurva distribusi ukuran pori yang ditunjukkan pada Gambar 6. Hal ini menunjukkan bahwa isoterm ini memiliki karakteristik yang khas dari isoterm bahan mesopori dan dari jenis IV menurut klasifikasi IUPAC [14]. Area permukaan, rata-rata ukuran pori dihitung dengan model BJH, dan volume pori sampel MCM-48[14] dan MCM-48 / CeO2 disajikan pada Tabel 1.
4.1 Degradasi Fotokatalitik Kongo merah
Kontrol eksperimen menunjukkan bahwa CR tidak terdegradasi sepenuhnya ketika disinari dengan UV kekurangan katalis; hanya 24,7% yang terdegradasi setelah 120 menit. Faktor utama dari degradasi fotokatalitik adalah adsorpsi CR ke permukaan katalis melalui interaksi kelompok hidroksil permukaan , terutama ke area support tinggi permukaan, yaitu, MCM-41 dan MCM-48 [15]. Dengan kata lain, adsorpsi pewarna anionik di permukaan oksida disukai, yang mengarah ke peningkatan konsentrasi zat warna di permukaan dan fasilitasi degradasi fotokatalitik pewarna yang sedang diselidiki [16,17]. Kehadiran kation logam transisi seperti menggabungkan cerium pada bahan mesopori, seperti MCM-41 dan MCM-48, dapat mencegah rekombinasi antara lubang photogenerated dan elektron atau memanjang saat pemisahan muatan karena bertindak sebagai pusat akseptor elektron [18,19]. Satu hal dapat diasumsikan bahwa kelompok hidroksil pada permukaan katalis bertindak sebagai donor elektron untuk photogenerated H+,membentuk hidroksil aktif radikal (OH˙+)yang menyerang CR.
Tabel 2 Gradasi CR di 120 Menit Dan Kobs dari Proses fotokatalitik CeO2, MCM-41 / CeO2, Dan MCM -48 / CeO2
Tabel 2 menunjukkan kinerja MCM-41/CeO2 dan MCM-48/CeO2 (dibuat dengan metode yang berbeda) dan partikel nano dari CeO2 sebagai fotokatalis untuk degradasi fotokatalitik CR di 120 menit. Nilai Kobs juga
Figure 5 Nitrogen adsorption and desorption isotherms of MCM-48/CeO2
dikumpulkan dalam tabel 2. Di antara katalis, yang mesopori yaitu MCM-41 / CeO2 dan MCM-48 / CeO2 yang disintesis dengan metode Grinding masing-masing menunjukkan aktivitas sangat photokatalitik sebesar 97,6% dan 91,3 % fotodegradasi CR.Ternyata, sebagian besar ion cerium yang diolah dalam bahan mesopori dengan metode penggilingan, memiliki persentase berat CeO2 didalam MCM/CeO2 mendekati 40% yang sesuai dengan apa yang disebutkan dalam bagian'Metode'. Namun, banyak ion cerium telah hilang dalam penyusunan MCM / CeO2 dengan metode langsung dan tidak langsung dalam media pelarutan.
Jumlah CR terdegradasi pada permukaan katalis yang berbeda menunjukkan urutan MCM- 41 / CeO 2> MCM-48 / CeO2 > CeO2,yang dapat langsung berhubungan dengan luas permukaan yang tersedia untuk adsorpsi. Adapun nanopartikel CeO2, menunjukkan hasil degradasi sebesar 51,9%. Namun, fotodegradasi terbaik diperoleh dari katalis MCMs / CeO2. pada Aktivitas fotokatalis yang ditingkatkan malalui proses komposit MCMs / CeO2 mencerminkan sifat adsorpsi menguntungkan dari MCM-41 dan MCM-48. Dengan demikian, jelas bahwa kehadiran cerium di MCM-41 / CeO2 dan MCM-48 / CeO2 berperan dalam reaksi katalitik, yang mengatakan,
Gambar 6. kurva distribusi ukuran pori dari MCM-48 / CeO2
Tabel 1 Sifat tekstur dari MCM-48 dan MCM- 48 / CeO2 sampel
tabel
ion Ce yang sangat tersebar di MCM / CeO2 adalah situs aktif. Perangkat tambahan dari degradasi CR mungkin karena dispersi tinggi CeO2 di dinding amorf dari MCM-41 dan MCM-48 dan peningkatan bandgap antara pita konduksi dan band kelambu dari CeO2 di MCMs. Selain itu, karena celah pita lebar dari MCM-41 / CeO2 dan MCM-48 / CeO2,masa lubang photogenerated dan elektron dari MCMs / CeO2 lebih panjang daripada CeO2 nanopartikel [20-22].
aktivitas yang lebih tinggi dari MCM-41/CeO2 mungkin karena heksagonal yang memerintahkan terstruktur dibandingkan dengan MCM-48 dengan kubik memerintahkan terstruktur [21,22]. Heksagonal yang memerintahkan terstruktur dari MCM-41 karena dispersi yang lebih tinggi dari ium cer- pada sampel ini.
BAB V
Kesimpulan dan Saran
5.1 Kesimpulan
Metode grinding dapat digunakan untuk persiapan penggabungan cerium pada bahan mesopori MCM-41 dan MCM-48. Dengan menggunakan metode ini, kation cerium tertentu dapat dimasukkan ke dalam kerangka MCM-41 dan MCM-48. Setelah partikel CeO2 sedang diolah menjadi substrat MCM-41 dan MCM-48, luas permukaan material berkurang, dan volume pori juga menurun. MCM-41/CeO2 dan MCM-48 / CeO2 menunjukkan photoreactivity degradasi CR. Struktur heksagonal dari MCM-41 memiliki luas permukaan lebih besar dan memiliki situs aktif. Juga, nanopartikel CeO2 dalam tahap sekunder dalam kerangka menjadi bahan mesopori. Dengan demikian, katalis MCM-41 / CeO2 menunjukkan reaktivitas lebih tinggi dibandingkan dengan MCM-48 / CeO2.
5.2 Saran
Sebaiknya pembaca tetap mencari sumber informasi yang lain mengenai mesopori yang digabungkan dengan nano partikel logam oksida agar dapat menjadi sumber ilmu yang berguna. Semoga makalah ini dapat bermanfaat untuk para pembaca.
Komentar
Posting Komentar