BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.7 Desain dan Struktur Katalis
Karakteristik tekstur katalis dapat dijelaskan melalui parameter, seperti: laus permukaan, volum pori, densitas pellet, radius pori rata-rata tekstur dan distribusi ukuran pori.
Gambar 2.4 Karakteristik Teknis dari Katalis (Istadi:2011)
Aktivitas dan selektivitas katalis yang tinggi di desain dengan memilih komponen kimia yang benar menggunakan cara-cara pembuatan tertentu sehingga menghasilkan katalis dengan luas permukaan yang diinginkan serta memformulasikan pellet katalis agar situs aktif dapat mudah diakses pada umumnya. Aliran Fluida: Ditribusi Aliran Penurunan tekanan Kekuatan Mekanik Aktivitas Tinggi: Aktivitas Bahan Kimia
Permukaan aktif spesifik yang tinggi Pelet berpori Ukuran Bentuk Aktivitas Kekuatan Porositas Umur Panjang Stabilitas
Tahan terhadap: Sinetring, racun Katalis, fouling
Pelet katalis
2.7.1 Komponen-Komponen Katalis
Pada umumnya katalis tersusun dari beberapa komponen antara lain:
2.7.1.1 Komponen Aktif
Komponen aktif merupakan komponen katalis yang bertanggung jawab terhadap reaksi kimia yang utama. Pemilihan komponen aktif, promoter dan penyangga (Support) dapat dilihat pada gambar 2.5 di bawah ini
Gambar 2.5 Hubungan antara komponen aktif, pendukung dan promotor dalam sistem katalis (Istadi:2011)
2.7.1.2 Penyangga (Support)
Penyangga (support) atau dinamakan juga sebgai pembawa (Carrier) mempunyai banyak fungsi. Fungsi yang paling penting adalah menjaga agar luas
Fungsi:
- Aktivitas kimia Jenis:
- Logam
- Oksida dan Sulfida - Semi konduktor - Oksida dan Sulfida
Fungsi:
- Luas permukaan yang tinggi - Porositas
- Sifat-sifat mekanis - Stabilitas
- Fungsi ganda aktivitas - Modifikasi komponen aktif Jenis:
- Logam
- Oksida dan sulfide - Semi konduktor
- Oksidan dan Sulfida isolator Komponen aktif Penyangga (Support) Promotor Fungsi: - Struktural - Penghambat aktivitas - Promosi aktivitas
Fungsi pada komponen aktif: - Elektronik
- Morfologi racun
Jenis:
- Oksida dengan titik leleh tinggi - Tanah liat - Karbon Katalis
permukaan komponen aktif tetap besar. Sebagai contoh adalah katalis platinium (pt) sebagai logam aktif untuk proses untuk proses reformasi katalitik, dan pembersihan knalpot kendaraan secara katalitik. Kristal platinium harus mempunyai luas permukaan besar. Platinium mempunyai titik leleh pada suhu 1774 0C.
Katalis (Catalyst) didefenisihkan sebagai suatu zat kimia yang dapat menaikan laju reaksi dan terlibat dalam reaksi kimia walaupun zat itu sendiri tidak ikut beraksi secara permanen. Sehingga katalis dapat berfungsi mengarahkan reaksi ke arah reaksi yang diinginkan. Jika katalisnya ZnO maka produk reaksi adalah metanol. Katalis sangat berguna untuk memanipulasi selektifitas yang tidak berubah selama bereaksi.
Katalis adalah zat yang meningkatkan laju reaksi kimia tanpa ikut terpakai. Katalis dapat bereaksi membentuk zat antara, tetapi akan diperoleh kembali dalam tahap reaksi berikutnya. Katalis mempercepat reaksi dengan menyediakan serangkaian tahapan elementer dengan kinetika yang lebih baik dibandingkan jika tanpa katalis. Dalam banyak kasus, katalis meningkatkan laju dengan cara menurunkan energi aktivasi reaksinya.( Istadi, 2011)
Tabel 2.2 Klasifikasi komponen aktif berdasarkan sifat konduktifitas listriknya (Istadi, 2011) dan spesifikasnya sebagai berikut. Kelompok Kondiktivitas/Jenis
Reaksi
Aplikasi Reaksi Contoh Katalis
Logam Konduktor, Redoks Hidrogenasi, Hidrogenolisis Oksidasi Fe, Ni, Pt Pd, Cu, Ag Oksida dan Sulfida Semikonduktor Redoks Hidrogenasi Selektif Hidrogenolisis Oksidasi
Ni, ZnO, CuO Cr2 O3, MoS2
Oksida Insulator Polimerisasi
Isomerisasi Perengkahan (Cracking) Dehidrasi Al2O3, SiO2 MgO, SiO2, - Al2 O3 Zeolit
Peningkatan aktivitas katalis mempunyai beberapa keuntungan antara lain yaitu: 1. Laju reaksi yang tinggi untuk kondisi reaksi yang sama.
2. Laju reaksi yang ekuivalen tetapi hasil reaksi yang lebih banyak atau reaktor yang lebih kecil.
3. Laju reaksi yang ekivalen pada suhu dan tegangan yang lebih rendah, dimana keseimbangan meningkat, operasi menjadi lebih mudah, deaktifasi
menjadi lebih kurang atau selektivitas yang lebih baik.
2.7.1.3 Promotor
Promotor merupakan senyawa ketiga yang ditambahkan ke dalam sistem katalis, biasanya dalam jumlah kecil saja. Tujuan pemberian promotor ini adalah untuk menghasilkan aktivitas, selektivitas dan efek stabilitas yang diinginkan. Promotor dapat diandaikan sebagai bumbu dalam masakan.
Promotor didesain untuk membantu penyanggan atau komponen aktif. Salah satu peran penting dari promotor adalah dalam mengendalikan stabilitas katalis. Beberapa kasus lain, promotor ditambahkan ke dalam struktur katalis atau penyangga untuk menghambat mekanisme reaksi tertentu yang tidak diinginkan, seperti pembentukan karbon (coke). Coking ini berasal dari perengkahan di situs asam Bronsted yang diikuti polimerisasi dengan katalis asam untuk menghasilkan
(CHx)n. Cooking ini memenuhi pori dan memblokade lubang pori.
2.7.2 Desain Katalis
Desain katalis yang sukses memerlukan kombinasi pengalaman- pengalaman unik dengan pengetahuan yang berhubungan dengan pengalaman tersebut. Diskusi tentang pengembangan proses adalah dasar penting di dalam mendesain katalis, penekanannya adalah pada apa yang dibutuhkan oleh proses itu. Target reaksi adalah sangat penting. Faktor-faktor penting yang perlu diperhatikan adalah ukuran partikel, ukuran pori, kekuatan, selektivitas, aktivitas, stabilitas dan formulasi.
2.8 KATALIS KONVERTER
Sebuah catalytic converter adalah instrumen yang mengubah bahan kimia beracun dalam gas buang dari mesin pembakaran internal menjadi zat berbahaya lebih sedikit. Di dalam catalytic converter, sebuah katalis merangsang reaksi kimia yang beracun, produk samping dari pembakaran dikonversi menjadi zat yang kurang beracun dengan cara katalis reaksi kimia. Reaksi spesifik bervariasi sesuai dengan jenis katalis yang didispersikan. Sebagian besar kendaraan pada bensin dilengkapi dengan three way converter, dinamakan demikian karena itu mengkonversi tiga polutan utama dalam knalpot mobil yaitu reaksi mengkonversi karbon monoksida (CO) dan karbon tak terbakar (HC), serta oksidasi nitrogen (NOx) untuk menghasilkan karbondioksida (CO2), nitrogen (N2), dan air (O2).
Pada kendaraan bermotor berbahan bakar bensin, biasanya digunakan three
way cataliytic converter, sebuah katalik konverter mempunyai tiga tugas secara
sumultan yaitu:
1. Pengurangan oksida nitrogen untuk nitrogen dan oksigen : 2NOx→ NO2 + N2
2. Oksidasi karbon monoksida menjadi karbon dioksida : 2 CO + O2 → 2 CO2 3. Oksidasi hidrokarbon yang tidak terbakar (HC) menjadi karbon dioksida dan
air: CxH2x+2 + [(3x+1)/2] O2→ x CO2 + (x + 1) H2O
Ketiga reaksi terjadi paling efisien bila catalytic conveter menerima gas buang dari mesin sedikit di atas titik stoikiometri. Titik ini adalah antara 14,6 dan 14,6 bagian udara untuk 1 bagian bahan bakar bensin. Rasio untuk bahan bakar gas cair (LPG), gas alam dan etanol bahan bakar adalah masing-masing sedikit berbeda, membutuhkan pengaturan sistem bahan bakar dimodifikasi saat menggunakan bahan bakar tersebut. Secara umum, mesin dilengkapi dengan 3-
way catalytic converter dilengkapi dengan komputerisasi loop tertutup impan
balik bahan bakar injeksi sistem menggunakan satu atau lebih sensor oksigen, meskipun pada awal penyebaran tiga cara konverter, karburator dilengkapi untuk kontrol umpan balik campuran yang digunakan.
Dengan demikian reaksi yang terjadi dalam katalik konverter adalah proses reduksi dan oksidasi, dimana ada logam yang berfungsi sebagai okksidator dan
reduktor, selain itu terdapat juga bahan pendukung secara mekanis yang disebut sebagai substrat yaitu tempat dimana logam-logam katalis didispersikan serta terdapat juga bahan washcoat yang berfungsi untuk mendispersikan logam katalis ke seluruh permukaan substrat sehingga memungkinkan reaksi reduksi dan oksidasi terjadi di keseluruhan permukaan substrat.
2.9 PEMBUATAN KERAMIK
Proses pembentukan keramik dapat dilakukan dengan cara Slip Casting.
Metode ini dilakukan untuk memperkeras suspensi dengan air dari cairan lainnya, dituang kedalam plaster berpori, air akan diserap dari daerah kontak kedalam cetakan dan lapisan yang kuat akan terbentuk.
