KIMIA FISIKA (Kode : C-09)

KIMIA FISIKA (Kode : C-09)

MAKALAH PENDAMPING

ISBN : 978-979-1533-85-0

PREPARASI, KARAKTERISASI DAN UJI AKTIVITAS KATALIS NiOMoO/ZEOLIT ALAM AKTIF DALAM REAKSI HIDRORENGKAH MINYAK KULIT JAMBU METE (ANACARDIUM OCCIDENTALE) 1,*

2

Darma Santi dan Wega Trisunaryanti Jurusan Kimia, FMIPA, Universitas Negeri Papua, Manokwari, Indonesia ([email protected]) 2 Jurusan Kimia, FMIPA, UGM, Yogyakarta, Indonesia * telp:081392135704, email: [email protected]

1

Abstrak Telah dipelajari preparasi, karakterisasi dan uji aktivitas katalis NiOMoO/zeolit alam aktif (NiOMoO/ZAA) dalam reaksi hidrorengkah minyak kulit jambu mete menjadi fraksi bensin dan diesel. Zeolit alam diperoleh dari Klaten kemudian diaktivasi dengan HCl 3 M selama 30 menit (sampel ZAA). Preparasi katalis dilakukan dengan mengimpregnasikan logam Mo kemudian Ni pada sampel ZAA menggunakan larutan garam prekursor (NH4)6Mo7O24.4H2O kemudian o Ni(NO3)2.6H2O dilanjutkan dengan kalsinasi menggunakan microwave pada 550 C, 550 watt selama 15 menit o selanjutnya dioksidasi menggunakan O2 pada 400 C selama 1 jam. Karakterisasi katalis meliputi penentuan keasaman menggunakan metode gravimetri adsorpsi uap basa amonia dan piridin dan penentuan jenis situs asam dengan FT-IR, kristalinitas katalis dengan metode difraksi sinar-X, serta porositas katalis dengan Surface Area Analyzer. Proses o hidrorengkah minyak kulit jambu mete dilakukan menggunakan reaktor semi flow jenis fixed-bed, pada temperatur 400 C o dan 450 C, dan rasio berat umpan/katalis 2, 4 dan 6 menggunakan laju alir gas H 2 20 mL/menit. Analisis produk cair menggunakan GC untuk menghitung fraksi bensin, diesel dan minyak berat. Hasil karakterisasi menunjukkan bahwa aktivasi asam dan pengembanan logam Ni dan Mo pada sampel ZAA meningkatkan keasaman katalis serta tidak merusak struktur kristal sampel ZAA secara signifikan. Sampel katalis menunjukkan keberadaan situs asam Lewis dan Bronsted. Luas permukaan spesifik, rerata jejari pori dan volume total pori, berturut-turut untuk katalis NiOMoO/ZAA, 2 yaitu 138,44 m /g, 22,65 Å dan 0,16 cc/g. Konversi produk cair tertinggi menggunakan katalis NiOMoO/ZAA sebesar o 75,42%(b/b) dihasilkan pada temperatur reaksi 450 C dan rasio berat umpan/katalis 6. Selektivitas katalis NiOMoO/ZAA terhadap fraksi bensin, diesel dan minyak berat masing-masing sebesar 50,98, 26,34 dan 22,68%. Kata Kunci: minyak kulit jambu mete, hidrorengkah, katalis, bensin

(gasoline) dan solar (diesel fuel). Keberadaan

PENDAHULUAN Dewasa ini kegiatan eksplorasi sumber energi

semakin

gencar

dilakukan

seiring

polutan tersebut dapat menyebabkan penurunan kualitas lingkungan akibat polusi. Salah satu

meningkatnya kebutuhan bahan bakar dalam

alternatif

penggunaannya

menggunakan bahan bakar yang bersifat ramah

transportasi. permasalahan

di

Hal

bidang ini

baru

industri

mengisyaratkan yang

timbul

maupun suatu

lingkungan.

yaitu

memenuhi

solusi

tersebut

Konsep

bahan

karakter-karakter kadar

adalah

dengan

bakar

bersih

sebagai

berikut:

ketersediaan bahan bakar minyak bumi yang

mengurangi

belerang,

terbatas dan bersifat tidak terbarukan, sehingga

senyawa-senyawa

diprediksi akan terjadi kelangkaan bahan bakar

senyawa aromatik, menaikkan angka cetana atau

minyak. Beberapa fraksi minyak bumi yang

oktana dan memenuhi persyaratan-persyaratan

oksigenat,

penambahan pengurangan

banyak dikonsumsi oleh manusia adalah bensin

Seminar Nasional Kimia dan Pendidikan Kimia III (SN-KPK III)……………………………………………….. 330

lainnya. Bahan bakar bersih pada umumnya

penelitian mengenai preparasi dalam proses

bersumber dari energi terbarukan[1].

hydrocracking minyak kulit jambu mete atau

Berbagai penelitian mengenai preparasi

Cashew

penggunaan

Nut

Shell

(CNSL)

Liquid

dan

katalis

dalam

proses

karakterisasi katalis NiOMoO/zeolit teraktivasi

banyak

dilakukan[2,3,4].

asam (NiOMoO/ZAA). Dalam penelitian ini akan

Minyak yang berasal dari tumbuhan dan lemak

dipelajari karakter, aktivitas serta selektivitas

hewan

katalis NiOMoO/ZAA pada proses hidrorengkah

dan

hidrorengkah

telah

serta

turunannya

mempunyai

kemungkinan sebagai pengganti bahan bakar

CNSL.

diesel[5]. Cashew Nut Shell Liquid (CNSL) atau minyak kulit jambu mete yang diperoleh melalui

PROSEDUR PERCOBAAN

ekstraksi menggunakan suhu pemanggangan o

Peralatan yang digunakan antara lain:

sekitar 190 C menghasilkan cairan dengan mutu

seperangkat alat gelas, seperangkat alat-alat

yang rendah serta warna yang cenderung gelap

gelas, pengayak 250 mesh, seperangkat alat

sehingga hanya dapat dimanfaatkan sebagai

oksidasi, penyaring Buchner, pompa vakum, Hot

bahan pelumas kendaraan, bahan baku industri

plate

cat dan pernis, lapisan tahan karat, plasticizer

furnace,

karet, dll.

(precision), regulator, flowmeter, reaktor fixed-

Perengkahan

hidrokarbon

stirrer,

Thermocouple,

pemanas

listrik,

Thermometer,

desikator,

oven

merupakan

bed, X-ray Diffractometer Shimadzu XRD-6000,

proses dekomposisi hidrokarbon rantai panjang

Spektrofotometer FTIR Shimadzu 8201-FC, GC

menjadi hidrokarbon dengan rantai yang lebih

HEWLET PACARD 5890 series II, dan

pendek[6].

Sorption Analyzer NOVA 1200e Quantachrome.

Hidrorengkah

katalitik

merupakan

perengkahan katalitik yang melibatkan suplai

Bahan

Gas

yang digunakan : minyak kulit

hidrogen secara kontinyu. Ada 3 jenis katalis yang

jambu

dikenal yaitu : (1) katalis logam, misalnya Ni, Pd,

alam(Wonosari, Gunung Kidul), air bebas ion,

Pt; (2) katalis nonlogam, misalnya Al2O3, SiO2,

Asam

zeolit;

(NH4)6Mo7O24.4H2O

(3)

katalis

dengan

logam

teremban,

misalnya Ni/γ-Al2O3, Ni/HZSM-5, Ni/zeolit Y.

mete

(CNSL)

klorida,

hasil

Ni(NO3)2.6H2O (TOSOH,

zeolit

pressing,

(p.a.Merck), Japan),

gas

nitrogen, gas hidrogen, gas oksigen, aseton.

Katalis logam mempunyai keterbatasan, misalnya

Proses preparasi dan modifikasi dimulai

tidak efisien dan tidak tahan temperatur tinggi

dengan proses pencucian zeolit alam dengan

sehingga

akuades kemudian dikeringkan pada suhu 120 C.

penggunaan

katalis

logam

dalam

o

industri minyak bumi menjadi terbatas. Katalis

Kemudian

nonlogam merupakan katalis dimana katalis itu

dealuminasi zeolit alam

bersifat

larutan HCl 3 M melalui proses refluks selama 30

sebagai

asam

dalam

reaksinya

sebagaimana dalam proses perengkahan minyak

dilakukan

proses

aktivasi

dan

dengan penambahan

menit.

bumi. Pada katalis dengan logam teremban

Zeolit alam yang telah diberi asam klorida

(katalis bifungsional), fungsi asam berasal dari

dicuci dan dinetralkan menggunakan air bebas

material pengembannya (alumina, silika, zeolit)

mineral sampai zeolit alam memiliki pH netral.

sedangkan

Kemudian, zeolit alam tersebut dikeringkan dalam

fungsi

hidrogenasi

berasal

dari

o

logamnya. Berdasarkan

oven pada temperatur 120 C diperoleh zeolit alam paparan

diatas,

menjadi hal yang menarik untuk

maka

melakukan

aktif. Zeolit aktif kemudian diimpregnasi logam molibdenum

dengan

konsentrasi

logam


molibdenum sebanyak 0,5% (b/b) dilanjutkan

panjang gelombang yang menunjukkan interaksi

dengan

dengan

antara katalis dan piridin berdasarkan metode

konsentrasi logam nikel sebanyak 0,5% (b/b).

yang diajukan oleh Tanabe[7]. Berdasarkan hasil

Langkah terakhir ialah proses kalsinasi dan

pengukuran dapat dilihat jumlah situs asam pada

oksidasi dari zeolit yang telah teremban logam

Tabel 1. Distribusi situs asam Bronsted dan Lewis

nikel dan molibdenum.

dengan metode adsorpsi piridin pada sampel

impregnasi

Katalis

logam

nikel

logam-pengemban

NiOMoO/ZAA

katalis

disajikan

pada

Tabel

2.

Secara

yang dihasilkan dari proses preparasi kemudian

keseluruhan,

dikarakterisasi.

dilakukan

meningkatkan kekuatan situs asam baik situs

meliputi identifikasi proses dealuminasi dan situs

asam Bronsted maupun situs asam Lewis yang

TO4 menggunakan FT-IR, penentuan keasaman

ditunjukkan

dengan metode gravimetri, identifikasi kristal

serapan pada daerah bilangan gelombang 1400-

menggunakan XRD, penentuan luas permukaan,

1700 cm .

rerata

jejari

Karakterisasi

pori,

serta

menggunakan

Gas

Selanjutnya,

katalis

yang

volume Surface

total

pengembanan

dengan

logam

bertambahnya

dapat

puncak

-1

pori

Berdasarkan

perbandingan

harga

Analyzer.

intensitas, dapat diketahui bahwa kristalinitas ZAA

logam-pengemban

lebih baik daripada kristalinitas NiOMoO/ZAA,

NiOMoO/ZAA digunakan pada proses reaksi

namun

hidrorengkah minyak kulit jambu mete (CNSL)

kerusakan struktur zeolit. Hal ini dapat diamati

yang diperoleh dengan metode pengepresan

pada penurunan intensitas beberapa puncak ZAA

langsung dengan variasi temperatur reaksi 400

setelah diembankan NiOMoO tanpa merubah pola

o

dan 450 C dimana masing-masing dilakukan

secara

umum

tidak

menyebabkan

umum difraktogram ZAA, tersaji pada Tabel 3.

pada variasi umpan/katalis 2, 4 dan 6 pada laju

Penentuan luas permukaan spesifik, rerata

alir hidrogen yang sama yaitu sebesar 20

jejari pori dan volume total pori selengkapnya

mL/menit. Analisis produk hasil hidrorengkah

disajikan

dilakukan dengan menggunakan Kromatografi

hidrorengkah ditampilkan pada Tabel 5 sebagai

Gas (KG) untuk melihat selektivitas katalis dalam

pembanding

proses perengkahan CNSL menjadi beberapa

perengkahan dengan katalis ZAA pada kondisi

fraksi bahan bakar.

konversi produk cair tertinggi yang diketahui dari

dalam

perengkahan

Tabel

4.

Persentase

perengkahan

menggunakan

termal

katalis

hasil

dan

teremban

o

HASIL DAN PEMBAHASAN

logam, yaitu pada 450 C dengan rasio umpan

Karakterisasi Zeolit

katalis 6.

Spektra

zeolit

alam

Klaten

sebelum

aktivasi memiliki bilangan gelombang 1046,28 cm 1

, sedangkan untuk

-

ZAA memiliki bilangan -1

Hubungan

temperatur

dengan

persentase

konversi Produk

cair

tertinggi

dimiliki

oleh

katalis

gelombang 1064,71 cm , dapat dilihat pada

NiOMoO/ZAA yaitu 75,42% pada suhu tertinggi

Gambar 1. Hal ini menunjukkan keberhasilan

(450 C). adanya pengaruh suhu pada reaksi

dealuminasi

perengkahan

dengan

cara

perlakuan

asam

o

yang cukup akan memberikan

menggunakan HCl 3M. Uji keasaman dilakukan

dorongan tambahan pada molekul reaktan untuk

dengan menggunakan metode adsorpsi piridin

dapat ikut terbawa aliran gas menuju katalis.

dan amonia. Secara kualitatif kekuatan situs asam

Pada kondisi temperatur yang cukup, energi yang

dapat diketahui dari puncak serapan pada daerah

tersedia

mencukupi

sehingga

kemungkinan


terjadinya

tumbukan

menyebabkan

antar

reaksi

akan

reaktan

yang

semakin

minyak

berat

yang

menunjukkan

adanya

besar,

perbedaan hasil jika dilakukan variasi rasio

sehingga produk cair yang dihasilkan juga akan

umpan terhadap katalis, yang ditunjukan pada

semakin besar.

Tabel 6. Katalis NiOMo/ ZAA pada temperatur

Hubungan rasio berat umpan/katalis dengan

450 C dihasilkan persentase fraksi bensin yang

persentase konversi

meningkat

Secara umum dapat diamati bahwa variasi rasio

umpan/katalis, dengan harga tertinggi pada rasio

umpan/katalis memberikan pengaruh terhadap

umpan/katalis 6.

o

dengan

bertambahnya

rasio

persentase konversi dari proses hidrorengkah. Hasil produk cair yang didapatkan semakin

KESIMPULAN

meningkat seiring dengan semakin besar rasio

Aktivasi dan pengembanan logam nikel

umpan/katalis. Fenomena ini dapat dijelaskan

dan molibdenum dengan metode ko-impregnasi

bahwa jika luas permukaan besar maka situs aktif

pada zeolit alam teraktivasi asam klorida (ZAA)

katalis juga semakin besar yang merupakan

menunjukkan keasaman adsorpsi amonia yang

tempat

katalisis

meningkat. Keasaman zeolit alam (ZA), ZAA dan

terbentuk

NiOMoO/ZAA berturut-turut 2,29, 3,20 dan 5,28.

kemungkinan akan semakin besar. Terbentuknya

Kristalinitas sampel katalis setelah aktivasi dan

kokas pada permukaan katalis akan menutup

modifikasi mengalami peningkatan, sedangkan

situs aktif

katalis, sehingga akan menurunkan

kristalinitas sampel katalis setelah pengembanan

aktivitas katalis. Menurunnya aktivitas katalis

mengalami penurunan namun, tidak signifikan.

disebabkan oleh deaktivasi katalis, sehingga

Karakter permukaan katalis, yang meliputi luas

konversi yang dihasilkan juga menurun.

permukaan spesifik, rerata jejari pori dan volume

Uji Selektivitas Katalis

total pori, berturut-turut untuk ZAA, yaitu 202,74

Selektivitas katalis terhadap fraksi produk cair

m /g, 16,30 Å dan 0,17 cc/g. Untuk NiOMoO/ZAA,

dengan masing-masing kondisi reaksi disajikan

yaitu 138,440 m /g, 22,6450 Å dan 0,1567 cc/g.

terjadinya

heterogen,

proses

sehingga

reaksi

kokas

yang

2

2

dalam Tabel 6. Terlihat adanya perbedaan fraksi

Katalis

NiOMoO/ZAA

menghasilkan

produk cair hasil hidrorengkah menggunakan

konversi produk cair tertinggi sebesar 75,42 %

katalis NiOMoO/ZAA dengan rasio umpan/katalis

pada kondisi temperatur reaksi 450 C dan rasio

o

o

6 pada variasi temperatur 400 C dan 450 C. Hal o

o

umpan/katalis 6. Selektivitas katalis NiOMoO/ZAA

ini dapat dipahami, bahwa dengan suhu 400 C

terhadap fraksi bensin, diesel dan minyak berat

kemungkinan molekul umpan belum terpecah

berturut-turut 50,98, 26,34 dan 22,68%. Kondisi

secara optimal menjadi molekul dengan rantai

reaksi

karbon yang lebih sederhana. Kenyataan ini

(konversi produk cair) maupun selektivitas fraksi

ditunjang dengan persentase fraksi minyak berat

bensin

yang masih sangat tinggi pada hasil hidrorengkah

NiOMoO/ZAA, diperoleh pada temperatur 450 C

o

dengan temperatur 400 C yaitu sebesar 43,35%,

yang

menghasilkan

tertinggi

aktivitas

menggunakan

katalitik

katalis o

dengan rasio umpan/katalis 6.

o

sedangkan untuk temperatur 450 C sebesar 22,68% (pada Tabel 6). Selektivitas katalis juga dapat dipengaruhi oleh jumlah katalis yang digunakan,

hal

ini

dibuktikan

pada

hasil

UCAPAN TERIMAKASIH Segala puji dan syukur sedalam-dalamnya penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa

persentase fraksi bensin, fraksi diesel dan fraksi Seminar Nasional Kimia dan Pendidikan Kimia III (SN-KPK III)……………………………………………….. 333

atas terselesaikannya penulisan naskah ini. Untuk itu penulis ucapkan terima kasih kepada. 1. Prof.Dr.Wega Trisunaryanti,M.S.,M.Eng., 2. Laboran-laboran kimia fisika dan organik jurusan Kimia FMIPA UGM. 3. Rekan-rekan

kimia

fisika

Pascasarjana

Jurusan Kimia FMIPA UGM angkatan 2009. Semua pihak yang telah membantu selama proses

penelitian,

penulisan

hingga

terselesaikannya malakah ini.

DAFTAR RUJUKAN [1]Sayles, S., and Ohmes, R., 2005, Clean Fuels: What are the Issues, Hydrocarb. Process, 2, 84, 39-43. [2]Szostak, R., 1991, Modified Zeolites (Van BAkkum, H., Flaningen, E.M., Jansen, J.C., editor, Introduction to Zeolite Science and Practice), Elsevier, Amsterdam.

[3]Oudejans, J.S., 1985, Zeolites Catalysts in Some Organic Reactions, Netherland Foundation for Chemical Research, Amsterdam. [4]Li, D., Xu, H., and Guthrie, G.D.Jr., 2000, Zeolite-Supported Ni and Mo Catalysts for hydrotreatments, J.Catal. 189.281-296. [5]Srivastava, A, dan Prasad, R.,2000, Trigliceride – based diesel fuels, Renewables Suistainable Energy Rev., 4, 111 – 114. [6]Gates, B.C, Katzer, J.R., dan Shuit, G.C.A., 1995, Chemistry of catalytic process, McGraw-Hill, New York. [7]Tanabe, K., 1981, Solid Acid and Base Catalyst in Science and Technology, John R., Anderson and Michael Boudart (eds) Vol.2., Springer Link Berlin, 231-273 .


LAMPIRAN Gambar 1.

Spektra FT-IR (a) zeolit alam Klaten dan (b) zeolit alam teraktivasi HCl 3 M (ZAA)

. Tabel 1. Katalis

Jumlah situs asam berdasarkan adsorpsi piridin dan ammonia Keasaman amonia Keasaman piridin (mmol/g) (mmol/g) ZA 2,29 0,66 ZAA 3,20 0,97 NiOMoO/ZAA 5,28 1,69 Tabel 2.

Distribusi situs asam Bronsted dan Lewis dengan metode adsorpsi piridin pada sampel katalis dianalisis dengan FT-IR -1 -1 Katalis Situs Bronsted (cm ) Situs Lewis (cm ) ZAA 1543,05 1635,64 1489,05 NiOMoO/ZAA 1635,64

Tabel 3. ZA 2θ dhkl 26,01 3,42(Kl) 22,66 3,92(Kl) 28,12 3,17(Kl) 26,66 3,34(K) 10,11 8,74(Kl) 20,07 4,42(Kl) 26,98 3,30(M) 13,77 6,43(M) 23,49 3,79(M) 26,40 3,37(Kl) Intensitas Total

Intensitas 10 puncak utama difraktogram ZA, ZAA dan NiOMoO/ZAA ZAA NiOMoO/ZAA dhkl std. I 2θ dhkl I 2θ dhkl I 430 25,79 3,45(Kl) 491 26,10 3,41(Kl) 364 3,42(Kl) 375 22,45 3,96(Kl) 413 28,13 3,17(Kl) 236 3,91(Kl) 238 9,86 8,96(Kl) 257 22,72 3,91(Kl) 197 3,17(Kl) 223 27,86 3,20(M) 257 26,87 3,32(K) 189 3,34(K) 188 26,42 3,37(Kl) 211 10,11 8,74(Kl) 171 8,99(Kl) 147 26,74 3,33(K) 191 13,86 6,38(M) 171 4,35(Kl) 142 13,56 6,52(M) 169 20,07 4,42(Kl) 143 3,31(M) 143 19,75 4,49(M) 156 23,58 3,77(M) 140 6,38(M) 135 23,27 3,82(M) 148 42,90 2,11(M) 98 3,76(M) 121 28,20 3,16(Kl) 119 24,09 3,69(M) 92 3,38(Kl) 2142 2412 1801

Tabel 4. Luas permukaan spesifik, rerata jejari pori dan volume pori Jenis katalis Luas permukaan Rerata jejari pori (Å) 2 spesifik (m /g) ZAA 202,74 16,30 NiOMoO/ZAA 138,44 22,65

Volume pori (cc/g) 0,17 0,16


Tabel 5.

Distribusi komposisi produk pada berbagai jenis katalis dan kondisi reaksi dengan laju alir 20 mL/menit Jenis Kondisi reaksi Konversi produk (% b/b) Katalis Temperatur Umpan/Katalis Cair Gas Kokas o ( C) Termal 450 29,71 70,29 ZAA 450 6 31,08 65,69 3,23 NiOMoO/ZAA 65,67 50,39 450 2 2,71 75, 36 41,29 4 2,97 75, 42 31,65 6 3,02 46,90 30,58 400 2 3,75 55,74 21,15 4 3,49 6 4,38 65,33 20,20 Tabel 6. Jenis katalis Termal NiOMoO/ZAA

Selektivitas katalis terhadap fraksi bensin, diesel dan minyak berat Temperatur Rasio Fraksi Fraksi Fraksi o ( C) umpan/katalis bensin diesel minyak (%) (%) berat (%) 450 400

450

2 4 6 2 4 6

29,71 25,45 26,95 27,12 37,93 47,35 50,98

14,05 30,83 32,31 29,53 31,22 22,44 26,34

56,24 43,72 40,74 43,35 30,85 30,21 22,68


KIMIA FISIKA (Kode : C-09)

Recommend Documents