BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.15 GCMS (Gas Chromatography Mass Spectrometry)
Kromatografi Gas Spektroskopi Massa atau sering disebut GCMS (Gas Chromatography Mass Spectrometry) adalah teknik analisis yang menggabungkan dua metode analisis, yaitu kromatografi gas dan spektroskopi massa. Kromatografi gas adalah metode analisis, dimana sampel terpisahkan secara fisik menjadi bentuk molekul-molekul yang lebih kecil (hasil pemisahan dapat dilihat berupa kromatogram), sedangkan spektroskopi massa adalah metode analisis, dimana sample yang dianalisis akan diubah menjadi ion-ion gas-nya, dan massa dari ion-ion tersebut dapat diukur berdasarkan hasil deteksi berupa spektrum massa. Kromatografi gas hanya terjadi pemisahan untuk mendapatkan komponen yang diinginkan, sedangkan bila dilengkapi dengan spektrum massa (berfungsi sebagai detektor) akan dapat mengidentifikasi komponen tersebut, karena bisa membaca spektrum bobot molekul pada suatu komponen, juga terdapat LIBRARY (reference) pada software (Hermanto, 2009). Model proses pemisahan GCMS diperlihatkan pada Gambar 9.
28 Gambar 9. Model proses pemisahan pada GCMS (Hermanto, 2009)
Pemisahan komponen senyawa dalam GCMS terjadi didalam kolom (kapiler) GC dengan melibatkan dua fase, yaitu fase diam dan fase gerak. Fase diam adalah zat yang ada didalam kolom, sedangkan fase gerak adalah gas pembawa (helium ataupun hidrogen dengan kemurnian tinggi, yaitu 99,995%).
Proses pemisahan dapat terjadi karena terdapat perbedaan kecepatan alir dari tiap molekul didalam kolom. Perbedaan tersebut dapat disebabkan oleh perbedaan afinitas antar molekul dengan fase diam yang ada didalam kolom. Komponen-komponen yang telah dipisahkan tersebut masuk ke dalam ruang MS yang berfungsi sebagai detektor, dimana secara intrumentasi MS adalah detektor bagi GC (Hermanto, 2009).
29 BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan dari bulan Januari 2018 hingga Januari 2019.
Tempat pelaksanaan penelitian ini adalah di Laboratorium Katalis, Pusat Penelitian Kimia, Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI), kompleks Puspitek Serpong, Tangerang Selatan, Banten.
3.2 Alat dan Bahan
Alat yang digunakan dalam penelitian ini meliputi timbangan analitik, peralatan gelas, magnetic stirrer, spatula, alu, lumping, hotplate, thermometer, oven, peralatan refluks, XRD (MAC Science MXP3 V), TGA/DTA (Linseis STA PT 1600), GCMS (Agilent 19091S), SAA (Micromeritics Tristar II 3020), FTIR (Shimadzu Prestige-21), Hydrogen treatment (Tube furnace 21100), furnace 6000 (Thermolyne).
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini meliputi minyak sitral (Merck), akuades, isopropanol (Merck), garam nikel (II) nitrat heksahidrat (Merck), titanium dioksida.
30
+ diaduk dengan magnetic stirrer
Dikeringkan dengan
31 3.4 Prosedur Kerja
3.4.1 Sintesis Katalis Ni/TiO2 dengan Metode Impregnasi (Savitri et al., 2016) Ni(NO3)2.6H2O ditimbang sebanyak 0,2 gram, dimasukkan ke dalam erlenmeyer 250 mL dan ditambahkan 70 mL akuades. TiO2 sebanyak 4 gram ditambahkan ke erlenmeyer dan direfluks di atas hotplate pada temperatur 80 ºC sambil diaduk dengan magnetic stirrer dan ditunggu semalaman sehingga didapat pasta. Pasta diangkat dan dikeringkan di dalam oven pada temperatur 100 ºC selama semalaman. Katalis yang telah kering dilakukan uji TGA/DTA untuk mengetahui stabilitas termal, lalu dilakukan proses kalsinasi pada suhu 550 oC dan dilakukan proses reduksi pada suhu 475 oC menghasilkan katalis Ni/TiO2. Katalis Ni/TiO2 dikarakterisasi menggunakan SAA untuk mengetahui luas permukaan, XRD untuk mengetahui kristalinitas katalis, dan FTIR untuk mengetahui situs asam Bronsted dan Lewis pada katalis.
3.4.2 Karakterisasi Ni/TiO2
3.4.2.1 Analisis Luas Permukaan dengan SAA (ASTM C 1069-09)
Tabung sampel ditimbang sebagai bobot kosong, kemudian 0,5 gram katalis Ni/TiO2 dimasukkan ke dalam tabung. Tabung ditempelkan pada port degasser. Proses degassing dilakukan dengan menggunakan gas nitrogen pada
suhu 200 oC selama 3 jam, kemudian tabung tersebut ditimbang kembali sebagai massa setelah degassing. Katalis dimasukkan pada port micromeritics dan dilakukan analisis dalam kondisi suhu nitrogen cair serta dialirkan gas N2 dan H2. 3.4.2.2 Analisis Kristalinitas dengan XRD (ASTM D4294)
Katalis Ni/TiO2 dihaluskan dengan grinding lalu dimasukkan ke dalam plat hingga permukaan plat dengan sampel katalis sama rata dan datar. Alat XRD
32 dinyalakan. Pengujian ini menggunakan tegangan listrik dan kuat arus listrik sebesar 40 mV dan 25 mA. Sudut yang digunakan yaitu 5-90o, lalu diuji menggunakan XRD.
3.4.2.3 Analisis Situs Asam dengan FTIR (ASTM, 2005)
0,25 gram katalis Ni/TiO2 dimasukkan ke dalam botol kaca, lalu dimasukkan dalam desikator yang telah divakum bersama dengan basa piridin.
Desikator ditutup selama 24 jam untuk katalis mengabsorpsi basa piridin, setelah itu dikeluarkan dan didiamkan selama 2 jam. Sejumlah serbuk katalis Ni/TiO2 hasil adsorbsi piridin dicampur dengan KBr dengan perbandingan 1:200, selanjutnya diuji spektrum FTIR pada panjang gelombang 400-4000 cm-1.
3.4.3 Uji Aktivitas Katalis Ni/TiO2 dalam Reaksi Hidrogenasi Sitral menjadi Sitronelal
3.4.3.1 Variasi Suhu Katalis (ASTM E 1618‐10)
0,3 gram minyak sitral dimasukkan ke dalam reaktor yang telah terlebih dahulu dimasukkan katalis Ni/TiO2 dan ditambahkan isopropanol sebanyak 19,7 mL. Campuran dipanaskan dengan variasi suhu 60, 80, dan 100 °C pada tekanan 20 bar selama 3 jam dalam suasana gas H2. Campuran yang dihasilkan selanjutnya dianalisis dengan menggunakan GCMS.
3.4.3.2 Variasi Rasio Katalis Terhadap Reaktan (ASTM E 1618‐10)
Minyak sitral sebanyak 0,3 gram dimasukkan ke dalam reaktor yang telah terlebih dahulu dimasukkan katalis Ni/TiO2 dengan variasi rasio katalis yang digunakan sebesar 10, 20, dan 30%, lalu ditambahkan 19,7 mL isopropanol, kemudian dipanaskan pada suhu 100 °C selama 3 jam dengan tekanan 20 bar dalam suasana gas H2.
33 Hasil reaksi hidrogenasi dianalisis secara kualitatif dan kuantitatif dengan GCMS untuk menentukan konsentrasi produk dan sitral yang tersisa, sehingga aktivitas katalis dapat diketahui melalui perhitungan konversi sitral. Persentase aktivitas atau konversi dan selektivitas katalis dapat ditentukan melalui perhitungan dengan rumus sebagai berikut:
% Konversi = x 100% …...………...(2)
% Selektivitas = x 100% ……..………...(3)
34 BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Stabilitas Termal dengan TGA/DTA
Analisis TGA/DTA digunakan untuk memprediksi stabilitas termal suatu katalis dan ditentukan sebagai temperatur kalsinasi katalis. Data yang dihasilkan berupa kurva berat terhadap temperatur (Prasetyoko et al., 2016). Hasil pengukuran menggunakan TGA/DTA menunjukkan perubahan transisi fase pada suhu-suhu tertentu disertai dengan perubahan berat sebagai fungsi dari temperatur sebagaimana diperlihatkan pada Gambar 11.
Gambar 11. Spektrum TGA/DTA katalis Ni/TiO2
Berdasarkan spektrum TGA/DTA pada siklus pemanasan suhu (25-1000)
°C dengan laju pemanasan 10o/Min dapat dikatakan bahwa produk akhir yang terbentuk pada suhu konstan dapat diidentifikasi berdasarkan perubahan
35 komposisi berat sampel akhir dan awal sebagai fungsi dari temperatur, dimana produk tersebut telah melewati proses pengeluaran pelarut, air dan gas akibat pembakaran pada suhu tinggi (Schubert, 2000).
Spektrum TGA/DTA katalis Ni/TiO2 pada Gambar 11 dapat dikatakan terdapat penurunan bobot sekitar 3% pada suhu 100-300 °C disertai dengan reaksi eksotermik yang menunjukkan terjadinya pelepasan pelarut air. Penurunan bobot terjadi kembali pada suhu 300-550 °C sekitar 1% disertai dengan reaksi eksotermik yang dikaitkan dengan terjadinya pelepasan pengotor/prekursor. Hasil ini sesuai dengan penelitian Tursiloadi (2010) dimana penurunan bobot pada spektrum TGA/DTA (%) menunjukkan terjadinya pelepasan pelarut air serta puncak eksotermik yang muncul di antara suhu 200-600 oC dan diikuti penurunan bobot menunjukkan terjadinya pelepasan sisa-sisa prekursor. Hasil analisis TGA/DTA Ni/TiO2 pada Gambar 11 dapat dikatakan tidak adanya perubahan termal yang berarti dan penurunan berat bahan ketika sampel dipanaskan di atas 550 °C dan dianggap sebagai suhu kalsinasi katalis (Sembiring et al., 2015).
4.2 Karakteristik Katalis Ni/TiO2
4.2.1 Kristalinitas dengan XRD
Analisis menggunakan XRD dimaksudkan untuk mengidentifikasi fasa kristalin dalam material dan menentukan sifat kristal atau kristalinitas dari suatu katalis. Analisis XRD pada penelitian ini juga bertujuan untuk mengetahui keberhasilan dari preparasi katalis nikel yang diimpregnasikan pada TiO2. Semua bahan yang mengandung kristal tertentu ketika dianalisis menggunakan XRD akan memunculkan puncak-puncak yang spesifik. Pola difraksi katalis Ni/TiO2 diperlihatkan pada Gambar 12.
36 Gambar 12. Pola difraksi katalis Ni/TiO2 10%berat dan 20%berat
Pola difraksi dari kedua sampel katalis hasil impregnasi, yaitu katalis Ni/TiO2 10%berat dan Ni/TiO2 20%berat (logam aktif) menghasilkan intensitas puncak yang berbeda. Intensitas puncak Ni/TiO2 20%berat lebih tinggi ketika konsentrasi Ni dinaikkan, hal ini menandakan bahwa kandungan logam aktif berpengaruh terhadap kristalinitas katalis. Peningkatan konsentrasi logam nikel mengakibatkan semakin tingginya intensitas puncak yang dihasilkan, dan dapat dikatakan bahwa bertambahnya logam nikel dapat meningkatkan kristalinitas Ni/TiO2 (Galuh dan Wuryaningsih, 2010).
Pola difraksi Ni/TiO2 pada Gambar 12 menghasilkan beberapa puncak tajam yang menandakan terdapatnya fase kristal pada matriks. Pola difraksi katalis Ni/TiO2 menghasilkan puncak-puncak pada intensitas 2θ= 25°, 37,7°, 48,07°, dan 53,9°. Berdasarkan JCPDS (Joint Committee on Powder Diffraction Standars) No. 21-1272 puncak-puncak tersebut mengindikasikan bahwa TiO2
yang digunakan memiliki struktur anatase. Perbandingan pola difraksi katalis TiO2 dan Ni/TiO2 diperlihatkan pada Gambar 13.
37
20 25 30 35 40 45 50 55 60
0 500 1000 1500 2000 2500
Intensity
2Theta
Ni/TiO2 TiO2
Gambar 13. Perbandingan pola difraksi katalis TiO2 dan Ni/TiO2
Pola difraksi katalis Ni/TiO2 pada Gambar 13 tidak memperlihatkan adanya puncak khas Ni, namun hanya menghasilkan puncak difraksi yang sesuai dengan penyangga. Kesesuaian pola difraksi tersebut mengindikasikan bahwa penambahan Ni pada TiO2 tidak merubah struktur kristal TiO2. Puncak khas Ni biasanya muncul pada 2θ = 44,80 dan 51,86 (Syukri et al., 2003). Puncak khas Ni yang tidak terbentuk kemungkinan disebabkan oleh dispersi Ni yang kurang merata pada TiO2, namun bila dilihat dari ukuran kristal katalis menunjukkan bahwa logam nikel telah berhasil terimpregnasi ke dalam penyangga TiO2 (Galuh dan Wuryaningsih, 2010).
Ukuran kristal dari TiO2 dapat dihitung untuk memastikan terdispersinya logam nikel didalam penyangga tersebut ditandai dengan naiknya ukuran kristal TiO2 sebelum dan sesudah diimpregnasi menggunakan logam nikel. Ukuran kristal dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan Scherrer, FWHM (Full
38 Widht of Half Maximum) (Cullity, 1978). Puncak yang terbentuknya semakin
sempit atau tajam menandakan bahwa ukuran kristal semakin besar (Violet et al., 2004). Perbedaan ukuran kristal TiO2 dan katalis Ni/TiO2 diperlihatkan pada Tabel 3.
Tabel 3. Ukuran kristal katalis TiO2 dan Ni/TiO2
No. Katalis Ukuran Kristal
(nm)
Berdasarkan hasil perhitungan ukuran kristal TiO2 sebelum diimpregnasi dengan logam nikel adalah 48,4 nm, namun setelah diimpregnasikan dengan logam nikel ukuran kristalnya menjadi lebih besar yaitu 50,2 nm. Naiknya ukuran kristal pada TiO2 pada saat sebelum dan sesudah impregnasi menandakan bahwa logam nikel telah terdispersi dengan baik ke dalam penyangga TiO2 (Tsani, 2011).
Sari et al., (2018) juga menemukan hal yang sama ketika ukuran kristalnya naik mengindikasikan bahwa logam aktif sudah terimpregnasi ke dalam penyangga.
4.2.2 Luas Permukaan dengan SAA
Identifikasi luas permukan katalis dalam penelitian ini menggunakan metode BET (Brunauer-Emmett-Teller) dimana menggunakan gas sebagai instrumennya. Gas yang digunakan adalah nitrogen karena bersifat inert sehingga tidak mengganggu kondisi katalis. Karakteristik luas permukaan katalis Ni/TiO2 dapat dilihat pada Tabel 4.
Tabel 4. Karakteristik SAA katalis Ni/TiO2
No. Nama Senyawa Luas Permukaan
(m2/g)
39 Luas permukaan penyangga TiO2 sebelum impregnasi sebesar 46,2183 m2/g, sedangkan setelah diimpregnasi dengan logam Ni 10%berat terjadi peningkatan luas permukaan katalis menjadi 46,4906 m2/g dan setelah diimpregnasi dengan logam Ni 20%berat terjadi peningkatan luas permukaan kembali sehingga diperoleh luas permukaan sebesar 47,2741 m2/g. Penambahan logam nikel yang semakin banyak pada permukaan padatan TiO2 akan bepengaruh pada meningkatnya luas permukaan spesifik dari katalis tersebut. Konsentrasi nikel yang semakin tinggi akan menyebabkan pendispersian nikel pada permukaan TiO2 semakin banyak, sehingga menyebabkan tertutupinya pori pada permukaan TiO2 (Trisunaryanti et al., 2005).
Perlakuan terhadap katalis seperti pengeringan, kalsinasi, dan reduksi juga berpengaruh terhadap luas permukaan katalis (Satterfield, 1991). Luas permukaan pada katalis heterogen menjadi faktor yang menentukan walaupun tidak selalu sebanding dengan aktivitas katalis. Luas permukaan katalis yang tinggi akan memberikan luas kontak yang besar antara molekul reaktan dengan katalis.
Besarnya kontak tersebut secara langsung akan mempengaruhi proses katalisis secara keseluruhan. Molekul reaktan akan bergerak bebas sebelum mengalami adsorpsi pada permukaan katalis kemudian teraktivasi dan bereaksi menghasilkan produk (Rodiansono et al., 2007). Hasil analisis luas permukaan katalis yang diperoleh ini mendukung data XRD bahwa logam nikel telah berhasil terimpregnasi ke dalam TiO2.
4.2.3 Situs Asam Bronsetd dan Asam Lewis pada Katalis dengan FTIR Penentuan situs asam pada permukaan material yang diindikasikan dalam situs asam Lewis dan asam Bronsted merupakan syarat utama untuk mengetahui
40 potensi penyerapan dan aplikasinya sebagai katalis (Zaki et al., 2001). Keasaman material hasil sintesis dapat diketahui melalui metode penyerapan menggunakan piridin sebagai basa adsorbatnya. Jenis situs asam (Bronsted atau Lewis) yang terdapat pada katalis dapat diketahui melalui puncak-puncak serapan yang dihasilkan dari interaksi basa adsorbat dengan situs-situs asam tersebut. Hasil karakteristik FTIR diperlihatkan pada Gambar 14.
Gambar 14. Spektrum FTIR katalis Ni/TiO2
Katalis Ni/TiO2 memiliki puncak serapan bilangan gelombang yang menunjukkan adanya ikatan antara piridin dengan sisi asam Lewis mupun sisi asam Bronsted sebagaimana diperlihatkan pada Gambar 14. Berdasarkan spektrum FTIR Ni/TiO2 yang diperoleh menunjukkan interaksi piridin dengan asam Bronsted yaitu berada pada daerah bilangan gelombang sekitar 1639,49 cm-1 sedangkan interaksi piridin dengan asam Lewis berada pada daerah bilangan
Asam Bronsted
Asam Lewis
41 gelombang sekitar 1446,61 cm-1. Hasil ini sesuai dengan pendapat Fatimah et al., (2014) yang menyatakan interaksi piridin dengan situs asam Bronsted, akan ditandai dengan molekul piridin yang terprotonasi dan teradsorpsi pada bilangan gelombang spesifik sekitar 1630-1640 cm-1. Interaksi piridin dengan sisi situs asam lewis ditandai dengan pembentukan kompleks ikatan koordinasi antara pasangan elektron bebas dari molekul piridin dengan orbital kosong dari permukaan padatan TiO2 dan teradsorpsi pada bilangan gelombang spesifik sekitar 1440 cm-1-1455 cm-1 (Fatimah et al., 2014).
Hasil ini sesuai juga dengan pendapat Tanabe (1981) yang menyatakan interaksi molekul piridin akan terprotonasi dan teradsorpsi pada bilangan gelombang infra merah spesifik dengan situs asam Bronsted berada pada daerah bilangan gelombang sekitar 1485-1500, 1540, 1630-1650 cm-1. Interaksi molekul piridin dengan situs asam Lewis akan muncul pada daerah bilangan gelombang sekitar 1435-1460, 1488-1503, 1580, dan 1600-1633 cm-1. Terdapat literatur lain yang mengatakan bahwa situs asam Lewis dan Bronsted dapat diketahui jika muncul puncak serapan pada bilangan gelombang antara 1440-1460 cm-1 dan 1545-1640 cm-1 (Selli dan Forni, 1999). Layman et al., (2003) juga menyatakan pita adsorpsi asam Lewis berada pada bilangan gelombang 1440-1460 cm-1, sedangkan asam Bronsted pada bilangan gelombang 1550-1545 dan 1640 cm-1. 4.3 Aktivitas Katalis Ni/TiO2 dalam Reaksi Hidrogenasi Sitral
Reaksi hidrogenasi sitral dapat berlangsung jika menggunakan bantuan katalis. Katalis yang digunakan dalam penelitian ini adalah logam nikel yang diimpregnasikan pada TiO2. Nikel merupakan logam transisi yang umum digunakan sebagai katalis karena sifatnya yang fleksibel dan mempunyai
42 karakteristik-karakteristik yang unik seperti tidak berubah sifatnya bila terkena udara, ketahanannya terhadap oksidasi dan kemampuannya untuk mempertahankan sifat-sifat aslinya di bawah suhu yang ekstrim (Welasih, 2007).
Reaksi dilakukan dalam reaktor yang dialiri dengan gas H2. Katalis Ni/TiO2 dimasukkan dalam reaktor lalu ditambahkan sitral dan isopropanol, kemudian dipanaskan selama 3 jam pada tekanan 20 bar dan dilakukan berdasarkan variasi suhu reaksi dan variasi rasio katalis terhadap reaktan. Sampel diuji menggunakan GCMS untuk melihat kadar produk reaksi hidrogenasi sitral yang terbentuk.
4.3.1 Variasi Suhu Katalis
Aktivitas katalis Ni/TiO2 menggunakan batch reactor dilakukan dengan mengetahui pengaruh suhu reaksi terhadap hasil reaksi hidrogenasi sitral. Dalam reaksi adsorpsi reaktan pada katalis, suhu memegang peranan penting dalam proses interaksi molekul yang terserap. Pada umumnya laju reaksi hidrogenasi akan meningkat sebanding dengan peningkatan suhu seperti yang dilansir pada reaksi hidrogenasi sitral (Alcom dan Sullivan, 1984).
Pengaruh suhu reaksi terhadap hasil sintesis dipelajari dengan menggunakan variabel tetap yaitu tekanan sebesar 20 bar selama 3 jam dalam suasana gas H2. Variasi suhu yang digunakan pada penelitian ini adalah 60 ºC, 80 ºC, dan 100 ºC. Hasil sintesis sitronelal dari sitral dengan variasi suhu dapat dilihat pada Tabel 5.
43 Tabel 5. Pengaruh suhu reaksi terhadap konversi sitral
Katalis
Katalis Ni/TiO2 yang digunakan dalam reaksi hidrogenasi sitral menghasilkan senyawa turunan sitral yaitu senyawa sitronelal, sebagaimana pada Tabel 5 diperlihatkan pengaruh suhu terhadap konversi sitral menjadi sitronelal serta selektivitasnya terhadap produk sitronelal yang dihasilkan. Berdasarkan perhitungan konversi dan selektivitas sitral pada lampiran 5, suhu 60 oC menunjukkan sitral belum mampu terkonversi menjadi sitronelal, sama halnya pada suhu 80 oC tidak memperlihatkan adanya sitral yang terkonversi. Hasil ini kemungkinan dikarenakan suhu terlalu rendah, sehingga tidak terjadi tumbukan antar molekul yang dapat memecahkan ikatan, namun dapat dikatakan bahwa konversi sitral meningkat secara signifikan ketika suhu dinaikkan dari 80 oC menjadi 100 oC. Suhu yang semakin tinggi cenderung meningkatkan aktivitas katalitik dalam reaksi, selanjutnya laju proses hidrogenasi lebih cepat (Chenga et al., 2010).
Suhu yang semakin meningkat menyebabkan molekul-molekul pereaktan memperoleh tambahan energi. Tambahan energi yang diterima digunakan untuk menaikkan energi kinetik dalam bentuk gerakan molekul, sehingga menyebabkan tumbukan antar molekul menjadi lebih sering. Tumbukan energi yang terjadi sebagian digunakan untuk memecahkan ikatan yang telah ada dan membentuk ikatan baru. Fenomena ini mendorong terjadinya reaksi kimia, di mana semakin banyak terjadinya tumbukan meningkatkan kecepatan reaksi (Hidayat et al.,
44 2017). Suhu reaksi dibatasi pada suhu 100 oC, hal ini dikarenakan suhu didih isopropanol adalah 82,5 oC, apabila suhu reaksi terlalu jauh melampaui titik didih, maka konsentrasi isopropanol pada fase cair berkurang sehingga menurunkan kecepatan reaksi hidrogenasi.
Reaksi hidrogenasi pada suhu 100 oC menunjukkan keberhasilan dalam mengkonversi sitral menjadi sitronelal. Nilai konversi yang dihasilkan sebesar 19,04%. Selektivitas pembentukan sitronelal hasil reaksi hidrogenasi sitral menggunakan katalis Ni/TiO2 menunjukkan bahwa pada suhu 100 oC diperoleh selektivitas sebesar 90,99%. Suhu reaksi ini ikut berperan dalam mempercepat proses hidrogenasi di mana terjadi reaksi pemutusan ikatan rangkap (C=C) menjadi ikatan tunggal (C—C) (Fessenden dan Fessenden, 1986). Reaksi hidrogenasi sitral menjadi sitronelal diperlihatkan pada Gambar 15 berikut ini.
Gambar 15. Reaksi hidrogenasi sitral menjadi sitronelal
Terdapat produk lain yang dihasilkan dalam reaksi hidrogenasi sitral selain sitronelal, yaitu isoneral dan heksadekana. Senyawa isoneral kemungkinan terdeteksi oleh GCMS sebelum akhirnya mengalami reaksi hidrogenasi menjadi sitronelal, sedangkan heksadekana kemungkinan terbentuk dari sisa-sisa pelarut karena muncul pada waktu retensi paling akhir. Analisis GCMS dengan menggunakan teknik MIM (Multiple Ion Monitoring) memerlukan senyawa yang memiliki kadar kemiripan dengan data standar SRM (Standar Reference Material)
45 relatif besar. Suatu senyawa dinyatakan identik apabila memiliki persen kemiripan diatas 90%. Sehingga senyawa yang terbentuk dan terdapat dalam spektrum GCMS hasil analisis pada penelitian ini yang memikili persen quality kurang dari 90% tidak dapat diidentifikasi sebagai senyawa atau produk dari sampel yang diuji (Kashyap et al., 2005).
4.3.2 Variasi rasio katalis terhadap reaktan
Uji aktivitas katalis Ni/TiO2 menggunakan batch reactor dilakukan dengan mengetahui pengaruh rasio katalis terhadap reaktan dalam hasil reaksi hidrogenasi sitral. Suhu terbaik yang telah diperoleh selanjutnya digunakan untuk menentukan rasio katalis terbaik pada rekasi hidrogenasi sitral.
Pengaruh rasio katalis terhadap terhadap hasil sintesis dipelajari dengan menggunakan variabel tetap yaitu tekanan sebesar 20 bar selama 3 jam dalam suasana gas H2. Variasi rasio katalis yang digunakan pada penelitian ini adalah 10%, 20%, dan 30%. Hasil sintesis sitronelal dari sitral dengan variasi rasio katalis dapat dilihat pada Tabel 6 berikut ini.
Tabel 6. Pengaruh rasio katalis terhadap konversi sitral Katalis
Pengaruh rasio katalis Ni/TiO2 terhadap konversi sitral menjadi sitronelal serta selektivitasnya terhadap produk sitronelal ditampilkan pada Tabel 6.
Berdasarkan perhitungan yang terdapat pada lampiran 5, dapat dikatakan bahwa pada penggunaan rasio katalis 10% memperlihatkan sitral belum mampu terkonversi menjadi sitronelal, kemungkinan dikarenakan jumlah katalis yang
46 digunakan terlalu sedikit, sehingga tidak mampu mengadsorbsi ikatan rangkap pada sitral, kemudian sebagian besar molekul substrat tertinggal di dalam larutan, sehingga menyebabkan nilai konversi yang rendah (Rojas et al., 2013). Hasil konversi sitral dapat ditunjukkan pada rasio katalis 20% dan 30%. Rasio katalis 20% menunjukkan nilai konversi sebesar 19,04%, nilai konversi ini lebih tinggi dari yang didapat Liu et al., (2010) pada penelitiannya yg menghasilkan sitronelal sebesar 8%. Konversi tersebut mengalami penurunan pada penggunaan rasio katalis 30% dimana hasil konversinya menjadi 0,78%.
Selektivitas pembentukan sitronelal hasil reaksi hidrogenasi sitral menggunakan katalis Ni/TiO2 menunjukkan bahwa pada rasio katalis 20%
diperoleh selektivitas sitronelal tertinggi sebesar 90,99%. Selektivitas yang dihasilkan dalam penelitian ini lebih tinggi dari yang dilakukan Syunbayev et al., (2016) yang melakukan reaksi hidrogenasi sitral menggunakan katalis Ni/TiO2 dengan selektivitas yang didapat sebesar 86,4%. Rasio katalis 30% mengalami penurunan selektivitas sitronelal secara signifikan menjadi 38,6%.
Nilai konversi dan selektivitas yang menurun kemungkinan dikarenakan pada berat katalis 30% tidak terjadi pencampuran yang sempurna yang disebabkan karena kerapatan padatan katalis di dalam larutan cukup besar sehingga mengurangi bidang kontak antara katalis dan reaktan. Tingginya konsentrasi padatan dalam larutan memungkinkan terjadinya dead zone di dalam reaktor (Lucky et al., 2017). Hasil terbaik dari variasi rasio katalis dalam reaksi hidrogenasi sitral menggunakan katalis Ni/TiO2 pada temperatur reaksi 100 ºC adalah rasio 20%, dimana diperoleh produk sitronelal sebesar 19,04% dengan selektivitas 90,99%.
47 Hasil analisis GCMS menunjukkan bahwa sitral dapat terkonversi menjadi senyawa turunannya, yaitu sitronelal melalui reaksi hidrogenasi dengan bantuan katalis Ni/TiO2. Reaksi hidrogenasi merupakan reaksi antara hidrogen dengan senyawa organik. Reaksi ini terjadi dengan penambahan hidrogen secara langsung pada ikatan rangkap dari molekul tidak jenuh sehingga dihasilkan senyawa jenuh (Welasih, 2007). Ikatan pi suatu alkena dapat mengalami hidrogenasi katalitik.
Hidrogenasi alkena biasanya diperlukan kalor dan tekanan (Fessenden dan Fessenden, 1986). Mekanisme reaksi hidrogenasi sitral menjadi sitronelal dengan bantuan katalis Ni/TiO2 diperlihatkan pada Gambar 16.
+ H2 H H
H H H
H
Gambar 16. Mekanisme reaksi hidrogenasi sitral menjadi sitronelal dengan katalis Ni/TiO2
48 Hidrogenasi merupakan reaksi kimia yang dihasilkan ke molekul, dalam hal ini molekul sitral bereaksi dengan hidrogen dan dibantu oleh nikel sebagai
48 Hidrogenasi merupakan reaksi kimia yang dihasilkan ke molekul, dalam hal ini molekul sitral bereaksi dengan hidrogen dan dibantu oleh nikel sebagai