ACID-ALKALINE TREATMENT OF MORDENITE AS MoO3 SUPPORT AND ITS CATALYTIC ACTIVITY ON THE HYDROTREATMENT OF Alpha-CELLULOSE-DERIVED BIO-OIL

FEBI YUSNIYANTI, Prof. Wega Trisunaryanti, M.S., Ph.D.Eng.; Prof. Triyono, S.U.

2018 | Tesis | MAGISTER KIMIA

Penelitian tentang perlakuan asam-basa pada mordenite (MOR) sebagai pengemban MoO3 dan aktifitas katalitiknya pada hydrotreatment bio-oil berasal dari alfa-selulosa telah dilakukan. Tujuan utama dari penelitia ini adalah MOR diberi perlakuan asam-basa sebagai pengemban MoO3 untuk katalis pada hydrotrearment bio-oil. Pertukaran ion dilakukan pada MOR menggunakan NH4Cl 0,1 M selama 3 jam pada suhu 75 derajat C, dilanjutkan dengan kalsinasi pada suhu 550 derajat C selama 5 jam. Padatan yang diperoleh diberi nama HMOR. HMOR diberi perlakuan asam asetat 6 M dengan metode refluks dan sonokimia pada variasi waktu: 3, 6 dan 9 jam. Padatan yang diperoleh diberi nama MOR(R-x)6 untuk refluks dan MOR(S-x)6 untuk sonokimia, x merupakan variasi waktu yang digunakan. Variasi konsentrasi asam asetat (6, 9 dan 12 M) dilakukan dengan mengikuti cara kerja yang sama pada metode dan waktu efektif untuk memperoleh rasio Si/Al tertinggi. Padatan yang diperoleh diberi nama MOR(R-9)y, y merupakan variasi konsentrasi asam asetat. Selanjutnya, MOR(R-9)y diberi perlakuan NaOH 0,1 M selama 30 menit pada 27 derajat C, padatan yang dihasilkan diberi nama DMOR(R-9)y. Pengembanan logam MoO3 dilakukan dengan impregnasi basa, kemudian dikalsinasi pada 550 derajat C selama 5 jam. Sampel dianalisis dengan ICP-AES untuk menentukan rasio mol Si/Al, XRD untuk menentukan kristalinitas, FTIR untuk membuktikan secara kualitatif kenaikan rasio mol Si/Al, dan adsorpsi uap ammonia untuk menentukan keasaman. MOR, MOR(R-9)6, DMOR(R-9)6 dan MoO3/DMOR(R-9)6 dikarakterisasi dengan Gas Sorption analyzer (GSA) dan diuji aktifitas katalitiknya pada hydrotreatment bio-oil pada 450 derajat C selama 1 jam. Rasio berat katalis dengan umpan adalah 1:30. Produk cair yang diperoleh dianalisis dengan GC-MS. Hasil penelitian menunjukkan rasio mol Si/Al tertinggi (27,05) diperoleh dengan menggunakan metode refluks pada waktu 9 jam dengan 6 M asam asetat. Kenaikan rasio mol Si/Al secara kualitatif dibuktikan dengan pergeseran vibrasi ikatan T-O ke bilangan gelombang yang lebih tinggi. Keasaman mordenit setelah perlakuan asam-basa menurun. Luas permukaan dari MOR, MOR(R-9)6, DMOR(R-9)6 dan MoO3/DMOR(R-9)61 adalah 102,31; 262,07; 306,14; dan 9,81 m2 g-1 secara berturut-turut. Aktifitas katalitik tertinggi untuk menghasilkan fraksi cair (81%) pada hydrotreatment bio-oil dihasilkan oleh DMOR(R-9)6. Kandungan asam etanoat dalam bio-oil menurun setelah proses hydrotreatment.

The research about acid-alkaline treatment of mordenite (MOR) as MoO3 support and its catalytic activity on the hydrotreatment of alpha-cellulose-derived bio-oil has been conducted. The main objective of this study was the acid-alkaline treated MOR as the MoO3 support for catalysts of hydrotreatment of the bio-oil. The ion exchange was performed on the MOR using 0.1 M of NH4Cl for 3 h at 75 degree C, continued with calcination at 550 degree C for 5 h. The obtained solid was denoted as HMOR. The HMOR was treated using 6 M acetic acid by reflux and sonochemistry method at the time variation of 3, 6 and 9 h. The obtained solids were denoted as MOR(R-x)6 for reflux method and MOR(S-x)6 for sonochemistry method, x stands for the time variation. The various concentrations of acetic acid (6, 9, and 12 M) for acid treatment of the HMOR was carried out using the effective time and method for highest Si/Al ratio. The obtained solids were denoted as MOR(R-9)y, y stands for the acetic acid concentration. The MOR(R-9)y samples were then treated using 0.1 M NaOH for 30 min. at 27 degree C, the produced samples were denoted as DMOR(R-9)y. The loading of MoO3 in the DMOR(R-9)6 was carried out using wet impregnation, then calcined at 550 degree C for 5 h. The mordenite-based samples were analyzed using ICP-AES to determine the Si/Al mol ratio, XRD to determine the crystallinity, FTIR to qualitatively prove the increase of Si/Al mol ratio, and NH3 vapors adsorption to determine the acidity. The MOR, MOR(R-9)6, DMO(R-9)6 and MoO3/DMOR(R-9)6 were characterized using Gas Sorption Analyzer (GSA), and the catalytic activity was tested on hydrotreatment of the bio-oil at 450 degree C for 1 h. The weight ratio of catalyst to feed was 1:30. The liquid products were analyzed using GC-MS. The result showed that the highest Si/Al mol ratio (27.05) was obtained by reflux method for 9 h with 6 M of acetic acid. The increase of Si/Al mol ratio was qualitatively proven by the shift of T-O bond vibration to higher wavenumber. The acidity of mordenite after acid and alkaline treated decreases. The surface area of MOR, MOR(R-9)6, DMOR(R-9)6, MoO3/DMOR(R-9)6 was 102.31, 262.07, 306.14, and 9.81 m2 g-1 respectively. The highest catalytic activity to produce liquid fraction (81 wt.%) in hydrotreatment of the bio-oil was obtained by DMOR(R-9)6. The content of ethanoic acid in bio-oil decrease after the hydrotreatment process.

Kata Kunci : acetic acid, hydrotreatment, mordenite, reflux, sonochemistry