KAJIAN DASAR ADSORPSI DAN DIFUSI PADA MEDIA BERPORI

Proses pemisahan adsorpsi digunakan secara luas di industri, khususnya industri penyulingan minyak bumi dan petrokimia. Prinsip-prinsip fisika dan kimia yang mendasari proses tersebut juga cukup dipahami dengan baik. Buku referensi ini disusun dan dikonsep untuk kemandirian mahasiswa Program Studi Teknik Kimia terutama dalam menunjang pembelajaran mata kuliah pilihan bidang Teknologi Katalis. Adapun bahan kajian buku referensi ini antara lain membahas topik kesetimbangan dan kinetika adsorpsi pada media berpori. Kesetimbangan dasar dan kinetika adsorpsi dibahas dengan ditekankan pada fenomena adsorpsi pada material katalis homogen dan heterogen. Komponen tunggal serta sistem multikomponen juga dibahas, di mana dalam analisis kinetika dikaitkan dengan berbagai proses transfer massa dan interaksinya di dalam media berpori. Buku ini juga membahas adsorpsi secara umum, aspek fundamental dari adsorpsi diuraikan dalam berbagai cara oleh penulis. Tujuannya bukan untuk menghasilkan tinjauan yang komprehensif, melainkan untuk menyediakan pembaca dengan survei berbagai literatur yang dapat berfungsi sebagai ringkasan yang berguna dari prinsip-prinsip ilmiah yang mendasari desain dan kondisi yang optimal dari proses adsorpsi dan sebagai pengantar informasi yang lebih rinci serta tersedia di literatur ilmiah. 

Buku ini diharapkan dapat membantu mahasiswa, khususnya bidang Teknik Kimia yang ingin melakukan penelitian yang berfokus pada proses adsorpsi dan difusi pada media berpori, serta membantu pembelajaran dalam memperoleh alternatif buku ajar di samping buku-buku teks yang rata-rata menggunakan teks berbahasa asing. Penulis menyadari bahwa masih banyak konsep-konsep dasar adsorpsi dan difusi yang belum tersalurkan dalam buku referensi ini sejalan dengan teori dan perkembangan ilmu mengenai difusi dan adsorpsi pada media berpori. Kekurangan dalam buku ini termasuk informasi dan substansi, dapat disempurnakan lagi pada edisi buku selanjutnya. Ucapan terima kasih disampaikan kepada pihak penerbit yang telah membantu dalam me-review, melakukan editing layout, dan menerbitkan buku referensi ini. Kritik dan saran pengguna dan pembaca sangat diharapkan untuk perbaikan buku ini di masa yang akan datang.

 

Order now

Order via Whatsapp

 

Author Biography

Lusi Ernawati, lahir pada tanggal 19 Agustus 1988 di Magetan, Jawa Timur. Penulis menyelesaikan sarjana (S-1) Teknik Kimia Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) tahun 2006, dan berhasil menyelesaikan studi tahun 2010 dengan predikat cum laude. Penulis melanjutkan pendidikan magister (S-2) di Department of Chemical Engineering and Material Science, National Cheng Kung University (NCKU), Taiwan, dengan bidang keahlian polymer organik, dan memperoleh gelar Master of Science (M.Sc.) tahun 2012. Pada tahun 2013, penulis diterima bekerja sebagai dosen di Program Studi S-1 Teknik Kimia, Institut Teknologi Kalimantan (ITK). Setelah satu tahun mengabdikan diri, pada tahun 2014, penulis melanjutkan jenjang pendidikan doktor (S-3) Department of Chemical Engineering and Applied Chemistry, Hiroshima University (HU), melalui program beasiswa pemerintah Jepang (MEXT), dan berhasil memperoleh gelar Doctor of Engineering pada tahun 2017. Selama menempuh pendidikan doktor, penulis menekuni bidang fabrikasi nanomaterial berbasis silika (SiO2) partikel dengan kontrol struktur hollow dan porous menggunakan template polystyrene sebagai material yang berpotensi efektif untuk aplikasi optical devices, insulasi polimer aditif dan katalis. Saat ini penulis kembali aktif bekerja sebagai dosen di Program Studi Teknik Kimia Institut Teknologi Kalimantan (ITK). Selama menjadi dosen di ITK, penulis mengampu beberapa mata kuliah, yakni Metode Numerik Terapan (MNT), Matematika Teknik Kimia, Operasi Teknik Kimia, serta Transport Phenomena. Penulis dapat dihubungi melalui surat elektronik dengan alamat: lusiernawati@lecturer.itk.ac.id.

 

References

Smith JV. Origin and structure of zeolites. In: Rabo JA, editor. Zeolite Chemistry and Catalysis. American Chemical Society, Washington D.C.: ACS Monograph 171; 1976. 1–79.

Gustafsson M, Bartoszewicz A, Martiın-Matute B, Sun J, Grins J, Zhao T, et al. A family of highly stable lanthanide metal–organic frameworks: structural evolution and catalytic activity. Chem Mater 2010;22: 3316–22.

Wondraczek L, Gao G, Möncke D, Selvam T, Kuhnt A, Schwieger W, et al. Thermal collapse of SAPO-34 molecular sieve towards a perfect glass. J. Non Cryst Solids 2013;360:36–40.

Pan C, Nan J, Dong X, Ren X-M, Jin W. A highly thermally stable ferroelectric metal–organic framework and its thin film with substrate surface nature dependent morphology. J Am Chem Soc 2011;133:12330–3.

Klint D, Bovin J-O. Effects of additives and heat treatment on the pore size distribution in pelletized zeolite Y. Mater Res Bull 1999;34: 721–31.

Pavlov ML, Travkina OS, Kutepov BI. Grained binder-free zeolites: synthesis and properties. Catal Ind 2012;4:11–8.

Rauscher M, Selvam T, Schwieger W, Freude D. Hydrothermal transformation of porous glass granules into ZSM-5 granules. Microporous Mesoporous Mater 2004;75:195–202.

Scheffler F, Schwieger W, Freude D, Liu H, Heyer W, Janowski F. Transformation of porous glass beads into MFI-type containing beads. Microporous Mesoporous Mater 2002;55:181–91.

Vasiliev PO, Shen Z, Hodgkins RP, Bergström L. Meso/macroporous, mechanically stable silica monoliths of complex shape by controlled fusion of mesoporous spherical particles. Chem Mater 2006;18: 4933–8.

Akhtar F, Vasiliev PO, Bergström L. Hierarchically porous ceramics from diatomite powders by pulsed current processing. J Am Ceram Soc. 2009.

Ibaraki, M. 2001. A simplified technique for measuring diffusion coefficients in rock blocks. Water Resour. Res. 35:1519–1523.

Jost, W. 1952. Diffusion in solids, liquids, gases. Academic Press, New York, NY.

Jungk, A., and N. Claassen. 1997. Ion diffusion in the soil-root system. Adv. Agron. 61:53–110.

Jurinak, J.J., S.S. Sandhu, and L.M. Dudley. 1986. Ionic diffusion coefficients as predicted by conductometric techniques. Soil Sci. Soc. Am. J. 51:625–630.

Kau, P.M.H., P.J. Binning, P.W. Hitchcock, and D.W. Smith. 1999. Experimental analysis of fluorid diffusion and sorption in clays. J. Contam. Hydrol. 36:131–151.

Klute, A., and J. Letey. 1958. The dependence of ionic diffusion on the moisture content of non adsorbing porous media. Soil. Sci. Soc. Am. Proc. 22:213–215.

Kozul, N., G.R. Davis, P. Anderson, and J.C. Elliot. 1999. Elemental quantification using multiple-energy x-ray absorptiometry. Meas. Sci. Technol. 10:252–259.

Li, Y., and S. Gregory. 1974. Diffusion of ions in sea water and in deep-sea sediments. Geochim. Cosmochim. Acta 38:703–714.

Millington, R.J., and J.P. Quirk. 1961. Permeability of porous solids. Trans. Faraday Soc. 57:1200–1207.

Moldrup, P., T. Olesen, D.E. Rolston, and T. Yamaguchi. 1997. Modelling diffusion and reacting in soils.

Olesen, T., P. Moldrup, and J. Gamst. 1999. Solute diffusion and adsorption in six soil along a soil texture gradient. Soil Sci. Soc. Am. J. 63:519–524.

Olesen, T., P. Moldrup, Y. Yamaguchi, H.H. Nissen, and D.E. Rolston. 2000. Modified half-cell method for measuring the solute diffusion coefficient in undisturbed, unsaturated soil. Soil Sci. 165:835–840.

Olesen, T., P. Moldrup, Y. Yamaguchi, and D.E. Rolston. 2001. Constant slope impedance factor model for predicting the solute diffusion coefficient in unsaturated soil. Soil Sci. 166:89–96.

Oscarson, D.W., H.B. Hume, N.G. Sawatsky, and S.C.H. Cheung. 1992. Diffusion of iodide in compacted bentonite. Soil Sci. Soc. Am. J. 56:1400–1406.

Walton KS, Abney MB, Douglas LeVan M. CO2 adsorption in Y and X zeolites modified by alkali metal cation exchange. Microporous Mesoporous Mater 2006;91:78–84.

Corma A. From Microporous to mesoporous molecular sieve materials and their use in catalysis. Chem Rev 1997;97:2373–419.

Van Donk S, Janssen AH, Bitter JH, de Jong KP. Generation, characterization, and impact of mesopores in zeolite catalysts. Catal Rev. 2003;45:297–319.

Bae T-H, Hudson MR, Mason JA, Queen WL, Dutton JJ, Sumida K. Evaluation of cation-exchanged zeolite adsorbents for post-combustion carbon dioxide capture. Energy Environ Sci 2013;6:128–38.

Saha D, Bao Z, Jia F, Deng S. Adsorption of CO2, CH4, N2O, and N2 on MOF-5, MOF-177, and zeolite 5A. Environ Sci Technol 2010;44:1820–6

Verboekend D, Keller TC, Mitchell S, Pérez-Ramírez J. Hierarchical FAU and LTA-type zeolites by post-synthetic design: a new generation of highly efficient base catalysts. Adv Funct Mater 2013;23:1923–34.

Shiguang L, Falconer JL, Noble RD. SAPO-34 membranes for CO2/CH4 separation. J Membr Sci 2004;241:121–35.

Cheung O, Liu Q, Bacsik Z, Hedin N. Silicoaluminophosphates as CO2 sorbents. Microporous Mesoporous Mater 2012;156:90–6.

Ivor B, Muller U. Process for the direct synthesis of cu containing silicoaluminophosphate (Cu-SAPO-34), US Patent 20100310440 A1; 2010.

Britt D, Furukawa H, Wang B, Glover TG, Yaghi OM. Highly efficient separation of carbon dioxide by a metal–organic framework replete with open metal sites. Proc Natl Acad Sci USA 2009;106:20637–40.

Leavitt F. Air separation pressure swing adsorption process. US Pat 5,074,892 A; 1991.

Li YY, Perera SP, Crittenden BD. Zeolite monoliths for air separation: Part Manufacture and characterization. Chem Eng Res Des 1998;76:921–30.

Xu R, Pang W, Yu J, Huo QCJ. Chemistry of zeolites and related porous materials: synthesis and structure. Singapore: John Wiley & Sons; 2007.

Abrams L, Corbin DR, Shannon RD. Zeolite rho and ZK-5 catalysts for conversion of methanol and ammonia to dimethylamine. US Pat 4814503, 1989.

Bayahia H, Kozhevnikova E, Kozhevnikov I. High catalytic activity of silicalite in gas-phase ketonisation of propionic acid. Chem Commun 2013;49:3842–4.

Pellet Regis J, Coughlin Peter K, Staniulis Mark T, Long Gary N, Rabo JA. Catalytic cracking process using silico alumino phosphate molecular sieves. US Pat 4842714 A; 1989.

Das JK, Das N, Bandyopadhyay S. Materials for energy and sustainability. J Mater Chem A 2013;1:4966–73.

Ribeiro RP, Sauer TP, Lopes FV, Moreira RF, Grande CA, Rodrigues AE. Adsorption of CO2, CH4, and N2 in activated carbon honeycomb monolith. J Chem Eng Data 2008, 53:2311–7.

Li S, Li G, Wu G, Hu C, Lee G. Microporous carbon molecular sieve as a novel catalyst for the hydroxylation of phenol. Microporous Mesoporous Mater 2011;143:22–9.

Mason JA, Sumida K, Herm ZR, Krishna R, Long JR. Evaluating metal–organic frameworks for post-combustion carbon dioxide capture via temperature swing adsorption. Energy Environ Sci 2011, 4:3030–40.

Dinca M, Long JR. Strong H2 binding and selective gas adsorption within the microporous coordination solid Mg3(O2C–C10H6–CO2)3. J Am Chem Soc 2005, 3:9376–7.

Lee J, Farha OK, Roberts J, Scheidt KA, Nguyen ST, Hupp JT. Metal–organic framework materials as catalysts. Chem Soc Rev. 2009, 38:1450–9.

Bruna, M., Chapman, S.J.: Excluded-volume effects in the diffusion of hard spheres. Phys. Rev. E 85, 011–103 (2012).

Bruna, M., Chapman, S.J.: Diffusion of finite-size particles in confined geometries. Bull. Math. Biol. 76, 947–982 (2014).

Burada, P.S., Hänggi, P., Marchesoni, F., Schmid, G., Talkner, P.: Diffusion in confined geometries. Chem. Phys. Chem. 10, 45–54 (2009).

Carrera, J., Sanchez-Vila, X., Benet, I., Medina, A., Galarza, G., Guimera, J.: On matrix diffusion. Formulations, solutions methods and qualitative effects. Hydrogeol. J. 6(1), 178–190 (1998).

H.S. Fogler, Catalysis and catalytic reactors, in: Elements of Chemical Reaction Engineering, 3rd ed., Prentice Hall, Upper Saddle River, New Jersey, 1999, pp. 581–685 (Chapter 10).

J. Crank, Mathematics of Diffusion, Oxford at the Clarendon Press, London, England, 1956.

H. Qiu, L. Lv, B.-C. Pan, Q.-J. Zhang, W.M. Zhang, Q.-X. Zhang, J. Zhejiang Univ Sci A. 10 (5) (2009) 716–724.

S. Lagrergren, Kunglia Svenka Vetenakapsakademiens. Handlingar 24 (4) (1898) 1–39.

Y.S. Ho, Adsorption of Heavy Metals from Waste Streams by Peat, PhD Thesis, University of Birmingham, Birmingham, UK 1995.

S.H. Chien, W.R. Clayton, Soc. Am. J. 44 (1980) 265–268.

W.J. Weber, J.C. Morris, J. Sanit. Eng. Div. ASCE 89 (1963) 31–59.

G.E. Boyd, A.W. Adamson, L.S. Myers Jr., J. Am. Chem. Soc. 69 (1947) 2836– 2848.

C. Tien, Sep. Purif. Technol. 54 (3) (2007) 277–278.

Y. Liu, L. Shen, Langmuir 24 (23) (2008) 11625–11630.

C. Tien, B.V. Ramarao, Sep. Purif. Technol. 136 (2014) 303–308.

S. Brunauer, P.H. Emmet, R. Teller, J. ACS 60 (1938) 309–316.

J.A. Butler, C. Ockrent, J. Phys. Chem. 34 (1930) 2841–2859.

J.S. Jain, V.L. Snoeyink, J. Water Pollut. Control Fed. 45 (1973) 2463–2479.

A. Myers, J. Prausnitz, AIChE J. 11 (1965) 121–127.

C.J. Radke, J.M. Prausnitz, AIChE J. 18 (4) (1972) 761–765.

A. Seidel, D. Gelbin, Chem. Eng. Sci. 43 (1) (1988) 79–88.

E. Richter, S. Wilfried, A.L. Myers, Chem. Eng. Sci. 44 (8) (1989) 1609–1616.

O. Talu, I. Zwiebel, AIChE J. 32 (1986) 1263–1276.

W.S. Appel, M.D. LeVan, Ind. Eng. Chem. Res. 37 (15) (1998) 4774–4782.

A.J. Prosser, E.I. Franses, J. Colloid Interface Sci. 263 (2) (2003) 606–615.

M. Greenbank, M. Manes, J. Phys. Chem. 85 (24) (1981) 3050–3059.

A.A. Shapiro, E.H. Stenby, J. Colloid Interface Sci. 201 (2) (1998) 146–157.

M.G. Bjørner, A.A. Shapiro, G.M. Kontogeorgis, Ind. Eng. Chem. Res. 52 (7) (2013) 2672–2684.

S. Suwanayuen, R.P. Danner, AIChE J. 26 (1980) 76–83.

T.W. Cochran, R.L. Kabel, R.P. Danner, AIChE J. 31 (1985) 268–277.

S. Koter, A.P. Terzyk, J. Colloid Interface Sci. 282 (2005) 335–339.

K. Nieszporek, Langmuir 22 (24) (2006) 9623–9631.

K. Munakata, Surf. Sci. 616 (2013) 1–11.

S. Brunauer, The Adsorption of Gases and Vapors, Princeton University Press, Princeton, NJ, 1945.

S. Liu, Chemical reactions on solid surfaces, in: Bioprocess Engineering: Kinetics, Biosystems, Sustainability, and Reactor Design, Elsevier, New York, 2013, pp. 391–472 (Chapter 9).

K.S. Knaebel, 14 Adsorption, in: Lyle.F. Albright (Ed.), Albright’s Chemical Engineering Handbook, CRC Press, Taylor & Francis Group, Boca Raton, FL, 2009.