3. Catalyst Characterization

Catalyst Characterization

1

Sifat Katalis

• Sifat Fisik: Ukuran pori, luas permukaan, dan morphology of the carrier; and bentuk dan kekuatan dari support atau penyangga katalis.

• Sifat Kimia: komposisi, struktur, dan komponen aktif katalis.

2

1. Sifat Fisik Katalis2.1 Luas Permukaan dan Ukuran Pori-Pori

• Luas PermukaanUkuran poriDistribusi ukuran poriStruktur poriVolume Pori

• Ukuran dan jumlah pori-pori menentukan luas permukaan katalis. Memiliki katalis dengan luas permukaan yang besar (banyak pori-pori kecil) sangat menguntungkan untuk memaksimalkan luas area. Namun, jika ukuran pori yang terlalu kecil, ketahanan difusional menjadi masalah.3

2.2 Area permukaan dan Pengukuran Pori

• Prosedur standar untuk menentukan luas permukaan

internal bahan berpori dengan luas permukaan yang lebih

besar dari 1 atau 2 m2 / g didasarkan pada adsorpsi N2

pada suhu N2 cair ke permukaan internal carrier. (16.2Å2)

• Setiap molekul N2 terserap menempati area permukaan

sebanding dengan luas penampang (16.2Å2). Dengan

mengukur jumlah N2 molekul teradsorpsi, seseorang dapat

menghitung luas permukaan internal.

4

2.3 Pengukuran Ukuran Pori Dengan Intrusi Merkuri

• Untuk bahan dengan pori diameter lebih besar dari 30A, metode intrusi Mecury lebih sering digunakan. Penetrasi merkuri ke dalam pori-pori material merupakan fungsi dari tekanan diterapkan.Persamaan Washburn

Dimana d = diameter pori, nmp = tekanan, atmθ= wetting or sudut kontak, antara

merkuri dengan zat padat 130o

γ= tegangan muka dari merkuri, 0.48 N/m

4 cosd

P

5

2.5 Ketebalan WashcoatMikroskop Optik adalah metode yang paling umum digunakan untuk mendapatkan ketebalan washcoat. Washcoat adalah pembawa dari material katalis yang digunakan untuk menyebarkan katalis sehingga luas permukaannya lebih besar..

6

2. Sifat Kimia3.1 Analisis Dasar• Sejumlah kecil oksida yang terdapat pada katalis

(<0,1%) dapat mempengaruhi aktivitas katalis, selektivitas, dan lama waktu aktif katalis.

• Carrier berasal dari bahan baku yang mengandung berbagai pengotor seperti senyawa alkali dan alkali tanah, jika digunakan secara berlebihan, menyebabkan sintering atau kehilangan luas permukaan di katalis. Bila dipakai dalam jumlah yang tepat, zat yang sama dapat meningkatkan stabilitas terhadap sinterting atau, dalam beberapa kasus, meningkatkan selektivitas.

• Oleh karena itu, prosedur kuantitatif digunakan untuk menganalisis komposisi katalis penting.7

3.2 Thermal Gravimetric Analysis (TGA)

• TGA: teknik yang sangat berguna untuk melihar perubahan berat yang sangat kecil. Aliran gas dan suhu ramp dikendalikan dimulai dan profil perubahan berat badan versus suhu dicatat.

• Biasanya unit TGA dilengkapi dengan spektrometer massa sehingga offgases dari katalis dapat diukur sebagai fungsi temperatur. Mengetahui profil temperaturnya sangat membantu mengembangkan prosedur untuk regenerasi katalis pada reactor.

8

3.3 Analisis X-Ray Diffraction (XRD)

• Sudut difraksi berbeda untuk berbagai bagian dalam suatu padatan. Dengan demikian, setiap senyawa atau elemen memiliki pola difraksi yang agak unik.

9

3.5.3 Difraksi X-Ray

The scherrer equation:

Where B = the breadth at half-peak height of an XRD lineL = the size of the crystallitesλ = X-ray wavelengthθ = diffraction anglek = a constant usually equal to 1

• Semakin besar ukuran katalis, garis B juga meningkat.

cos

kB

L

10

3.6 Surface Composition of Catalysts

• XRD and TEM measure the structure and/or chemical composition of catalysts extending below the catalytic surface.The composition of the surface is usually different from that of the bulk.

• It is on these surfaces that the active sites exist and where chemisorption, chemical reaction, and desorption take place.

• The tools available for surface composition characterization are X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), Auger electron spectroscopy (AES), ion scattering spectroscopy (ISS), and secondary-ion mass spectroscopy (SIMS).

11

• XPS is used more widely than the others for studing the surface composition and oxidation states of industrial catalysts.

• XPS refers to the technique of bombarding the surface with X-ray photons to produce the emission of characteristic electrons.These are measured as a function of electron energy.

• Because of the low energy of the characteristic electrons, the depth to which the analysis is made is only ~40Å .The composition of this thin layer as a function of depth can be determined by removing or sputtering away top layers and analyzing the underlying surfaces.

• This technique can provide properties including oxidation state of the active species, interaction of a metal with an oxide carrier, and the nature of chemisorbed poisons and other impurities.

12