i

ABSTRAK

TRANSFORMASI ANTARZEOLIT DENGAN

MENGGUNAKAN MORDENIT SEBAGAI ZEOLIT INDUK

Oleh

Dede Suhendar

NIM: 30512018

(Program Studi Doktor Kimia)

Pendekatan hubungan satuan-satuan pembangun kerangka (satuan-satuan

pembangun komposit, SPK, dan satuan-satuan pembangun sekunder, SPS) telah

digunakan oleh beberapa kelompok peneliti walaupun belum cukup teruji dari

semua kasus transformasi antarzeolit yang pernah dilaporkan. Selain itu, terdapat

pula asumsi bahwa transformasi antarzeolit cenderung menghasilkan zeolit yang

memiliki kerapatan kerangka (KK) yang lebih tinggi walaupun cukup banyak

ditemukan kasus-kasus transformasi yang menghasilkan tipe zeolit dengan KK

yang lebih rendah.

Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari transformasi antarzeolit dari zeolit induk

tipe MOR, meliputi perbedaan satuan-satuan pembangun kerangka dan kerapatan

kerangka antara MOR dengan produk-produk yang dihasilkan, faktor-faktor yang

dapat mempengaruhi, dan kemungkinan mekanisme yang dapat terjadi dalam

transformasi-transformasi tersebut. Untuk mencapai tujuan tersebut telah dilakukan

perlakuan hidrotermal sebanyak 46 perlakuan terhadap mordenit dalam variasi

konsentrasi larutan NaOH dalam rentang rasio mol NaOH/H2O = 0,003 0,400

pada suhu 150 C selama 12 jam, 6 variasi suhu (kurang dan lebih dari 150 C) dan 9 variasi waktu perlakuan (kurang dan lebih dari 12 jam). Bahan induk yang

digunakan sebagai sumber mordenit berupa campuran homogen dari produk-

produk yang diperoleh dari beberapa kali sintesis mordenit. Bahan induk dan

produk-produk padatan hasil perlakuan selanjutnya dikonfirmasi dan

dikarakterisasi dengan difraksi sinar-X (XRD) serbuk, mikroskopi pemindaian

elektron (SEM), dan spektroskopi inframerah (metode ATR-FTIR). Terdapat

ketidakmurnian dalam bahan induk mordenit, dari fasa magadiite dan pollucite.

Namun, dari hasil perbandingan produk-produk transformasi dengan sejumlah hasil

penelitian perlakuan mordenit alam yang analog dengan penelitian ini dapat

dipastikan bahwa keberadaan keduanya tidak berpengaruh signifikan terhadap

munculnya fenomena transformasi antarzeolit dari MOR.

Hasil perlakuan dalam variasi konsentrasi NaOH menunjukkan bahwa produk

transformasi secara umum dapat dipetakan ke dalam koordinat mol NaOH/SiO2 dan

H2O/SiO2. Secara umum, pemetaan ini menghasilkan tiga kelompok hasil

transformasi, yakni analsim (ANA) dalam larutan NaOH dengan rasio mol

NaOH/H2O < 0,116 dan NaOH/SiO2 > 1,00, kankrinit (CAN) dalam larutan NaOH

lebih pekat (rasio mol NaOH/H2O > 0,116), dan campuran (MOR+ANA+GIS)

ii

dalam konsentrasi NaOH yang lebih encer (rasio mol NaOH/SiO2 < 1,00).

Perubahan volume larutan NaOH pada konsentrasi NaOH sedang dan rendah tidak

memiliki pengaruh signifikan terhadap perolehan fasa, sementara pada konsentrasi

NaOH yang pekat terjadi pergantian perolehan fasa antara CAN dengan ANA. Dari

variasi waktu yang diberikan, terdapat urutan terjadinya transformasi pada rasio

mol NaOH/H2O tinggi: MOR (induk) campuran (GIS+ANA+SOD)

campuran (CAN+ANA) ANA, pada rasio mol NaOH/H2O sedang: MOR (induk)

ANA CAN, dan pada rasio mol NaOH/H2O rendah: MOR (induk)

campuran (ANA+GIS) ANA. Kenaikan suhu dari 150 menjadi 200 C pada konsentrasi NaOH sedang, transformasi MOR masih menghasilkan fasa tunggal

ANA, sementara pada konsentrasi tinggi menghasilkan CAN yang murni,

ketidakmurnian yang berasal dari ANA yang diperoleh pada perlakuan suhu 150 C

tidak ditemukan kembali. Pada konsentrasi NaOH encer, kenaikan suhu menjadi

200 C pada transformasi MOR menghasilkan ANA dengan tetap menyisakan fasa

MOR, dan pada kenaikan suhu lebih lanjut, 250 C, diperoleh ANA bersama fasa

kuarsa. Penurunan suhu menjadi 100 C cenderung menghasilkan campuran fasa dengan kristalinitas rendah, yakni campuran MOR+GIS+ANA+SOD pada rasio

mol NaOH/H2O tinggi, dan campuran GIS+ANA pada rasio NaOH/H2O sedang.

Berdasarkan tipe-tipe kerangka zeolit yang diperoleh, terjadinya transformasi MOR

(SPK: mor, SPS: 5-1) tidak memiliki hubungan satuan-satuan pembangun kerangka

dengan ANA (tidak memiliki SPK; SPS: 4, 4[1,1], 1-4-1, 6, dan 6-2), CAN (SPK:

dzc dan can; SPS: 4, 6, dan 12), GIS (SPK: dcc dan gis; SPS: 4 dan 8), dan SOD

(SPK: sod; SPS: 6). Berdasarkan tinjauan urutan KK (ANA > MOR = SOD > CAN

> GIS) bertransformasinya MOR tidak dipengaruhi oleh kerapatan kerangka. Dua

fasa yang dapat diperoleh dengan kemurnian tinggi dari transformasi MOR adalah

ANA dan CAN yang kemurniannya dipengaruhi oleh konsentrasi larutan NaOH

dan volumenya, waktu, dan suhu. Kedua tipe kerangka tersebu diperoleh melalui

urutan tahap transformasi sebagai berikut: MOR (induk) GIS ANA CAN

pada konsentrasi NaOH sedang dan MOR (induk) SOD CAN ANA pada konsentrasi NaOH lebih pekat.

Kata kunci: transformasi, MOR, tipe kerangka zeolit, satuan pembangun kerangka.

iii

ABSTRACT

INTERZEOLITE TRANSFORMATIONS USING MORDENITE

AS PARENT ZEOLITE

By

Dede Suhendar

NIM: 30512018

(Doctoral Programme in Chemistry)

The building unit relationship approach was used by some research groups

although it has not been sufficiently tested in all cases of interzeolite transformation

ever reported. There is also an assumption that zeolite transformation tends to

produce zeolite type/s with higher framework densities (FD/s), although there are

a few cases of transformation that produced zeolite types with lower FD/s.

This research aims to study the interzeolite transformation using the MOR-type as

parent zeolite, including the different building units and framework density of MOR

compared with the resulting products, the factors that may affect the

transformations, and possible mechanisms that can occur in those transformations.

To achieve these objectives, the mordenite was hydrothermally treated in NaOH

solutions, 46 treatments in various NaOH concentrations (in the mole ratio of

NaOH/H2O = 0.003 0.400) at 150 °C for 12 hours, seven treatments in various temperature (less and more than 150 °C) and seven treatments in various time

duration (less and more than 12 hours). The parent material used as a source of

mordenite was a homogeneous mixture of solid products obtained from several

times the mordenite synthesis. The parent material and the resulting solids were

further confirmed and characterized by powder X-ray diffraction (XRD), scanning

electron microscopy (SEM), and infrared spectroscopy (ATR-FTIR method). The

presence of impurities of the magadiite and pollucite phases were detected in parent

material, but from the comparison of transformation products with a number of

studies of natural mordenite treatment analogous to this study it is certain that their

presence has no significant effect on the interzeolite transformation phenomenon

of MOR.

From the results of the parent material treatment on the variation of NaOH

concentration indicated that the transformation product can generally be mapped

into the mole coordinates of NaOH and H2O. In general, this mapping yielded three

transformation product groups, ie cancrinite (CAN) in high mole ratio of

NaOH/H2O > 0.116), analcime (ANA) in moderate (NaOH/H2O < 0.116 and

NaOH/SiO2 > 1.00), and mixtures (MOR+ANA+GIS) in low (NaOH/SiO2 < 1.00)

concentrations of NaOH solutions. From time dependent study, the sequence of

transformation in high NaOH/H2O mole ratio: MOR mixture (GIS+ANA+SOD)

mixture (CAN+ANA) ANA, moderate NaOH/H2O: MOR ANA CAN,

and low NaOH/H2O: MOR mixture (ANA+GIS) ANA were observed. At

iv

higher temperature and high NaOH/H2O, transformations produce CAN, at

moderate concentrations tend to yield CAN, and at low concentrations tend to yield

ANA. At lower temperature the treatment tend to result a mixture of phases with

low crystallinity, ie MOR+GIS+ANA+SOD mixture in high NaOH/H2O mole ratio,

and a mixture of GIS+ANA in moderate NaOH/H2O.

Based on the obtained zeolite types, the occurrence of MOR transformation can not

be attributed to building unit relationships, ANA (without CBU, SBU’s: 4, 4[1,1],

1-4-1, 6, and 6-2), CAN (CBU’s: dzc and can, SBU’s: 4, 6, and 12), GIS (CBU’s:

dcc and gis; SBU’s: 4 and 8), and SOD (CBU: sod; SBU: 6). Based on the order

value of FD’s (ANA > MOR = SOD > CAN > GIS), the MOR transformations were

not affected by the framework densities. The two high purity phases obtained from

the MOR transformation were ANA and CAN-types with the impurities are

influenced by NaOH concentration (NaOH/H2O) and its solution volume, time, and

temperature. Both zeolite types were obtained through the following transformation

sequences: MOR (parent) GIS ANA CAN at moderate NaOH

concentration and MOR (parent) SOD CAN ANA in concentrated NaOH concentration.

Keywords: transformation, MOR, zeolit type, building units.

HALAMAN PENGESAHAN