PENGARUH JENIS KATALIS DAN GAS PEMBAWA PADA REAKSI DEOKSIGENASI ANISOL

(1)

PENGARUH JENIS KATALIS DAN GAS PEMBAWA PADA

REAKSI DEOKSIGENASI ANISOL

Disusun oleh :

DEWI ARIYANI

M0311019

SKRIPSI

Diajukan untuk memenuhi sebagianpersyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains dalam bidang ilmu kimia

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN

ALAM

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

(2)

(3)

iii

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul “PENGARUH JENIS KATALIS DAN GAS PEMBAWA PADA REAKSI DEOKSIGENASI ANISOL” belum pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga belum pernah ditulis atau dipublikasikan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.

Surakarta, Juni 2017

(4)

iv

PENGARUH JENIS KATALIS DAN GAS PEMBAWA PADA REAKSI DEOKSIGENASI ANISOL

DEWI ARIYANI

Program Studi Kimia, Fakultas MIPA, Universitas Sebelas Maret

ABSTRAK

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh jenis katalis dan gas pembawa pada reaksi deoksigenasi anisol. Reaksi deoksigenasi anisol dilakukan menggunakan sistem alir pada temperatur 350 ºC dengan variasi katalis CoMo/USY reduksi (CoMo/USY R), CoMo/USY oksidasi-reduksi (CoMo/USY OR), dan CoMo/ZAA oksidasi-reduksi (CoMo/ZAA OR). Pengaruh gas pembawa nitrogen dan hidrogen juga telah diteliti. Produk yang dihasilkan dianalisis menggunakan kromatografi gas-spektroskopi massa (GC-MS).

Hasil analisis menunjukkan bahwa katalis CoMo/USY R dengan hidrogen sebagai gas pembawa memiliki hasil paling tinggi pada rendemen produk total (50,72 %), rendemen produk antara (38,49 % pada produk antara fenol; 6,99 % pada produk antara benzaldehida), dan rendemen produk deoksigenasi (5,24 %). Katalis CoMo/ZAA OR menghasilkan produk deoksigenasi yang paling selektif berupa benzena dan toluena. Adapun gas pembawa nitrogen dengan katalis CoMo/ZAA OR memiliki selektivitas produk benzena paling tinggi sebesar 93,92%.

(5)

v

THE EFFECT OF CATALYST AND CARRIER GAS TYPES ON ANISOLE DEOXYGENATION REACTION

DEWI ARIYANI

Departement of Chemistry, Faculty of Mathematics and Natural Sciences, Sebelas Maret University

ABSTRACT

This research aims to investigate the effect of catalyst and carrier gas types in anisol deoxygenation reaction. The anisole deoxygenation reaction was carried out over a flow system at a temperature of 350 ºC with a variation of catalyst CoMo/USY reduction (CoMo/USY R), CoMo/USY oxidation-reduction (CoMo/USY OR), and CoMo/ZAA oxidation-reduction (CoMo/ZAA OR). The effect of the carrier gases nitrogen and hydrogen was additionally investigated. The resulting product was analyzed using gas chromatography-mass spectroscopy (GC-MS).

The result showed that catalyst CoMo/USY R with hydrogen as the carrier gas shows highest amount of total yield product (50.72 %), intermediate product yield (38.49 % in phenol intermediate product, 6.99 % in benzaldehyde intermediate product), and deoxygenation yield (5.24 %). The CoMo/ZAA OR catalyst exhibited the most selective deoxygenation product, benzene and toluene. The nitrogen carrier gas with the CoMo/ZAA OR catalyst shows best selectivity of benzene product of 93.92 %.

(6)

vi

MOTTO

Cukuplah Allah sebagai penolong kami dan Allah sebaik-baik pelindung (Q.S Ali Imran: 173)

Allah tidak membebani seseorang melainkan sesuai dengan kesanggupannya (Q.S Al-Baqarah: 286)

Boleh jadi kamu membenci sesuatu, padahal ia amat baik bagimu, dan boleh jadi (pula) kamu menyukai sesuatu padahal ia amat buruk bagimu, Allah mengetahui,

sedang kamu tidak mengetahui . (Q.S Al-Baqarah: 216 )

(7)

vii

PERSEMBAHAN

Alhamdulillahirobbil’alamin...

Segala puji syukur tercurah kepada Allah SWT yang telah melimpahkan kasih dan sayang-Nya yang tak terbatas hingga terselesaikannya skripsi ini. Shalawat dan salam teriring pula kepada Rasulullah, Muhammad SAW.

Karya kecil ini kupersembahkan untuk:

Keluargaku; Ibu Sri Yuliani, Bapak Edy Sanyoto, serta kedua kakakku Diah Ayu Stella Mediana dan Darayani Aradhita

Sahabatku; Arinta Wulandari, Meiyanti R. Kumalasari, Puji Estianingsing, Sekar Handayani, dan Velina Anjani

Teman-teman se-Angkatan; Astatin Force 2011

Semua pihak yang telah membantu dalam segala hal

(8)

viii

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Allah SWT atas segala limpahan nikmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini untuk memenuhi persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains dari Prodi Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret Surakarta. Sholawat dan salam senantiasa penulis haturkan kepada Rasulullah SAW sebagai pembimbing seluruh umat manusia.

Skripsi ini tidak akan selesai tanpa adanya bantuan dari berbagai pihak, karena itu penulis menyampaikan terima kasih kepada :

1. Allah SWT atas limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga skripsi ini dapat terselesaikan.

2. Ibu Dr. Triana Kusumaningsih, M.Si selaku Kepala Prodi Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret.

3. Ibu Dr. Khoirina Dwi Nugrahaningtyas, M.Si selaku Dosen Pembimbing I. 4. Bapak Dr. Eddy Heraldy, M.Si selaku Dosen Pembimbing II.

5. Ibu Dra. Tri Martini, M.Si selaku Pembimbing Akademik.

6. Bapak-Ibu dosen dan seluruh staf progam studi Kimia FMIPA UNS.

7. Tim riset katalis: Ferdinand, Wendah, Mas Rujito, Aji Indo, Rachmadhani, Nanda, Irma, Avrina, Ana, dan Septi yang selalu memberikan semangat. 8. Teman-teman Kimia Angkatan 2011 yang telah memberikan dukungan. 9. Semua pihak yang telah membantu dalam penyusunan skripsi ini.

Penulis berharap semoga Allah SWT membalas segala jerih payah dan usaha yang telah diberikan dalam membantu penyelesaian skipsi ini. Penulis juga berharap semoga karya kecil ini bermanfaat bagi pembaca.

Surakarta, Juni 2017

(9)

ix DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL ... i HALAMAN PENGESAHAN ... ii PERNYATAAN ... iii ABSTRAK ... iv ABSTRACT ... v MOTTO ... vi PERSEMBAHAN ... vii

KATA PENGANTAR ... viii

DAFTAR ISI ... xi

DAFTAR TABEL ... xi

DAFTAR GAMBAR ... xii

DAFTAR LAMPIRAN ... xiv

DAFTAR ISTILAH DAN SINGKATAN ... xv

BAB I PENDAHULUAN ... 1

A. Latar Belakang Masalah ... 1

B. Perumusan Masalah... 3

C. Tujuan Penelitian... 5

D. Manfaat Penelitian... 5

BAB II LANDASAN TEORI ... 6

A. Tinjauan Pustaka ... 6

1. Anisol ... 6

2. Reaksi Deoksigenasi ... 8

3. Katalis Logam (Co dan Mo) Berpengemban ... 12

(10)

x

B. Kerangka Pemikiran ... 25

C. Hipotesis ... 27

BAB III METODOLOGI PENELITIAN... 29

A. Metode Penelitian ... 29

B. Tempat dan Waktu Penelitian ... 29

C. Alat dan Bahan ... 29

1. Alat ... 29

2. Bahan ... 30

D. Prosedur Penelitian ... 30

E. Teknik Pengumpulan dan Analisis Data ... 31

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 33

A. Rendemen Produk Total... 33

B. Rendemen Produk Antara ... 35

C. Rendemen Produk Deoksigenasi Anisol ... 38

1. Katalis CoMo/USY R... 42

2. Katalis CoMo/USY OR ... 44

3. Katalis CoMo/ZAA R ... 44

D. Selektivitas Produk Deoksigenasi Anisol ... 47

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 48

A. Kesimpulan ... 48

B. Saran ... 48

DAFTAR PUSTAKA ... 49

(11)

xi

DAFTAR TABEL

Halaman Tabel 1. Zeolit Alam yang Umum Ditemukan (Subagjo, 1993) ... 13 Tabel 2. Karakter Katalis CoMo Berpengemban (Rachmadhani, 2016;

Nugrahaningtyas et al., 2017; Nugrahaningtyas et al., 2013) ... 19 Tabel 3. Rendemen Produk Hasil Reaksi Deoksigenasi Anisol ... 34

(12)

xii

DAFTAR GAMBAR

Halaman Gambar 1. Skematis representasi dari tipikal fragmen lignin bio-oil

(Jin et al., 2014) ... 6 Gambar 2. Struktur anisol ... 7 Gambar 3. Jalur reaksi hidrodeoksigenasi guaiakol, fenol, anisol (Kay

Lup et al., 2017) ... 9 Gambar 4. Mekanisme yang diusulkan untuk deoksigenasi anisol

melalui zeolit pada suhu 600 °C (Thilakaratne et al,.

2016) ... 10 Gambar 5. Jalur reaksi hidrodeoksigenasi anisol (Jin et al., 2014) ... 10 Gambar 6. Jalur reaksi transformasi anisol: (1) dealkilasi dan

demetilasi, (2) deoksigenasi, (3) hidrogenasi, (4) isomerisasi, (5) dehidrasi, (6) alkilasi, (7) rekasi pembuka

rantai (Sankaranarayanan et al., 2015) ... 11 Gambar 7. Struktur zeolite (Togar, 2012) ... 13 Gambar 8. Produk HDO (Nugrahaningtyas et al., 2015) ... 15 Gambar 9. Mekanisme reaksi HDO fenol pada katalis amorf

Co-Mo-O-B (Wang et al., 2011) ... 16 Gambar 10. Kandungan oksigen total vs waktu pada reaksi HDO metil

palmitat menggunakan katalis NiMo/ γ-Al2O3 dan CoMo/

γ-Al2O3 (Deliy et al., 2011) ... 17 Gambar 11. Rendemen produk LO, HO, AF, GF, dan coke dari HDO

bio-oil dengan variasi katalis (Ahmadi et al., 2016) ... 18 Gambar 12. Kemungkinan reaksi menggunakan equilibrium simulation

dengan Aspen Hysys 7.1 (Boullosa-Eiras et al., 2014) ... 21 Gambar 13. Pengaruh gas pembawa pada (A) konversi anisol pada

HZSM-5; (B) hasil produk utama sebagai fungsi konversi anisol pada HZSM-5. Kondisi reaksi: W/F = 0,5 jam, T =

(13)

xiii

400 ºC. Simbol tertutup, gas pembawa He; simbol terbuka,

gas pembawa H2 (Zhu et al., 2010) ... 22 Gambar 14. Konversi toluena menggunakan gas pembawa hidrogen

(■) dan nitrogen (▲) sebagai fungsi dari (a) tekanan reaksi pada 400 ºC dan (b) temperatur reaksi pada 30 bar

(Al-Khattaf et al., 2008) ... 23 Gambar 15. Konversi toluena pada 400 ºC, 30 bar, dan 1,5 LHSV

sebagai fungsi dari waktu berjalannya reaksi dengan menggunakan gas pembawa hidrogen (■) dan nitrogen

(▲) (Al-Khattaf et al., 2008) ... 24 Gambar 16. Jalur reaksi deoksigenasi benzaldehida pada katalis

Ga/HZSM-5 (Ausavasukhi et al., 2009)... 25 Gambar 17. Reaktor deoksigenasi (Hidayat, 2005) ... 31 Gambar 18. Hubungan jenis katalis dengan rendemen total pada variasi

gas pembawa ... 33 Gambar 19. Rendemen produk antara dengan variasi gas pembawa

pada katalis (A) CoMo/USY R; (B) CoMo/USY OR; (C)

CoMo/ZAA OR ... 36 Gambar 20. Rendemen produk deoksigenasi dengan variasi jenis gas

pembawa pada perlakuan termal (Nugrahaningtyas et al.,

2015) dan variasi jenis katalis ... 38 Gambar 21. Perkiraan mekanisme reaksi pembentukan produk benzena

dan toluena: (A) gas pembawa nitrogen; (B) gas pembawa

hidrogen ... 40 Gambar 22. Perkiraan tahapan reaksi pembentukan produk

deoksigenasi anisol: (I) demetilasi, (II) transfer metil, (III) deoksigenasi langsung, (IV) hidrogenolisis, (V)

hidrogenasi, (VI) dehidrogenasi, (VII) dekarbonilasi ... 42 Gambar 23. Selektivitas produk deoksigenasi anisol dengan katalis

CoMo/USY R (A), CoMo/USY OR (B), dan CoMo/ZAA

(14)

xiv

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman Lampiran 1. Skema Reaksi Deoksigenasi Anisol Menggunakan Sistem

Alir ... 55 Lampiran 2. Gambar Senyawa Model Anisol dan Produk yang

Dihasilkan ... 56 Lampiran 3. Hasil GC-MS Reaksi Deoksigenasi Anisol ... 57 Lampiran 4. Perhitungan Rendemen Produk Total, Rendemen Produk

Antara, Rendemen Produk Deoksigenasi, dan Selektivitas

(15)

xv

DAFTAR ISTILAH SINGKATAN

Co Cobalt

Mo Molybdenum

CoMo/USY R Cobalt Molybdenum/Ultra Stable Y-Zeolite Reduksi

CoMo/USY OR Cobalt Molybdenum/Ultra Stable Y-Zeolite

Oksidasi-Reduksi

CoMo/ZAA OR Cobalt Molybdenum/Zeolit Alam Aktif

Oksidasi-Reduksi

GC-MS Gas Chromatography-Mass Spectrometry

USY Ultra Stable Y-Zeolite

HDO Hidrodeoksigenasi SHE Sikloheksadiena SPE Siklopentadiena BEN Benzena TOL Toluena EIB Etilbenzena DMB Dimetilbenzena EEB Etenilbenzena TMB Trimetilbennzena