UJI AKTIVITAS KATALIS (Co DAN Mo) BERBASIS USY
PADA REAKSI DEOKSIGENASI ANISOL DAN HIDROKSI
ANISOL DALAM REAKTOR BATCH
Disusun Oleh :
IRMA FADHILA PUTRI
M0312030
SKRIPSI
Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains Bidang Ilmu Kimia
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
iii
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul “UJI AKTIVITAS KATALIS (Co DAN Mo) BERBASIS USY PADA REAKSI DEOKSIGENASI ANISOL DAN HIDROKSI ANISOL DALAM REAKTOR
BATCH” 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, Desember 2016
iv
UJI AKTIVITAS KATALIS (Co DAN Mo) BERBASIS USY PADA REAKSI DEOKSIGENASI ANISOL DAN HIDROKSI ANISOL DALAM REAKTOR
BATCH
IRMA FADHILA PUTRI
Program Studi Kimia, Fakultas MIPA, Universitas Sebelas Maret
ABSTRAK
Telah dilakukan uji aktivitas katalis (Co dan Mo) berbasis USY (Ultra Stable Y-Zeolite) pada reaksi deoksigenasi anisol dan hidroksi anisol. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh jenis katalis (Co dan Mo) yang diembankan pada USY, temperatur, waktu terhadap produk, serta perbandingan karakter katalis baru dan bekas setelah reaksi deoksigenasi anisol dan p-hidroksi anisol. Uji aktivitas katalitik dilakukan dalam reaktor batch menggunakan gas N2;
tekanan 1 bar; variasi jenis katalis CoMo/USY, Co-Mo/USY, Mo-Co/USY; temperatur (200°-300°C); dan waktu (1-2 jam). Produk yang terbentuk dianalisis menggunakan kromatografi gas (GC), kromatografi gas-spektroskopi massa (GC-MS), dan spektroskopi infra merah (FTIR).
Temperatur reaksi yang menghasilkan produk tertinggi pada anisol (2,65% menjadi 24,64%) adalah 300°C yang dimiliki oleh katalis CoMo/USY. Namun apabila dibandingkan dengan katalis lain, aktivitas katalitik paling baik adalah katalis Co-Mo/USY. Katalis Co-Mo/USY menghasilkan produk bebas oksigen dari anisol saat waktu reaksi 2 jam. Katalis Co-Mo/USY memiliki nilai hasil rendemen total produk yang meningkat seiring berjalannya waktu (1-2 jam) secara drastis (dari 14,21% ke 28,92% pada anisol, serta dari 3,71% ke 9,41% pada p-hidroksi anisol). Pada deoksigenasi anisol kestabilan katalis masih baik dilihat dari tidak adanya serapan baru yang muncul, hanya terjadi perubahan intensitas dan bilangan gelombang saja. Sementara pada deoksigenasi p-hidroksi anisol kestabilan katalis kurang baik, dilihat dari munculnya serapan baru yang menandakan adanya pengotor pada permukaan katalis.
v
THE ACTIVITY OF (Co AND Mo) SUPPORTED USY CATALYST ON DEOXYGENATION REACTION OF ANISOLE AND HYDROXY
ANISOLE IN A BATCH REACTOR
IRMA FADHILA PUTRI
Department of Chemistry, Faculty of Mathematic and Science, Sebelas Maret University
ABSTRACT
The activity of catalyst was studied over (Co and Mo) supported USY (Ultra Stable Y-Zeolite) on deoxygenation reaction of anisole and hydroxy anisole. This research studied the effect of type (Co and Mo) supported USY catalyst, temperature, time of the product, and the comparison character between fresh and used catalyst after deoxygenation reaction of anisole and p-hydroxy anisole. The catalytic activity was performed in a batch reactor using N2 gas; 1
bar; variations in type of catalyst CoMo/USY, Co-Mo/USY, Mo-Co/USY; temperature (200°-300°C); and times (1-2 hours). The product was analyzed by gas chromatography (GC), gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) and Fourier Transform Infra Red(FTIR).
The highest product of anisole (2.65% to 24.64%) occured at temperatures of 300°C provided by CoMo/USY catalyst. However if compared with other catalysts, the highest activity was obtained with Mo/USY catalyst. The Co-Mo/USY catalyst produce oxygen free of anisole when reaction time is 2 hours. The Co-Mo/USY catalyst has the value of the total yield of the product increased with time increase (1-2 hours) drastically (from 14.21% to 28.92% at anisole, and from 3.71% to 9.41% at p-hydroxy anisole). The stability of catalyst on
vi
MOTTO
Sesungguhnya sesudah kesulitan ada kemudahan. Maka apabila kamu
telah selesai (urusan dunia), bersungguh-sungguhlah (dalam beribadah),
dan hanya kepada Tuhanmulah kamu berharap
(Q.S Al Insyirah 6-8)
Kemenangan yang seindah-indahnya dan sesukar-sukarnya yang boleh
direbut oleh manusia ialah menundukkan diri sendiri
(R.A. Kartini)
Kebanggaan kita yang terbesar adalah bukan tidak pernah gagal,
tetapi bangkit kembali setiap kali kita jatuh
vii
PERSEMBAHAN
Teriring syukurku kepada-Mu atas limpahan nikmat yang tiada terhitung kekuatan,
kesabaran, kemudahan untuk menyelesaikan skripsi ini. Karya kecilku ini
kupersembahkan untuk:
Bapak dan Almh. Ibu, yang selalu memberikan kasih dan sayang, serta doanya
dengan tulus ikhlas
Kakak Moch. Irsyad Mahlafi yang selalu memberikan doa, dukungan, dan
semangat
Sahabat-sahabat terbaikku, terima kasih atas dukungan, semangat, dan doa yang
diberikan
Teman-teman Kimia 2012 yang telah sama-sama berjuang
Semua pihak yang telah membantu dalam segala hal
viii
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT atas segala limpahan nikmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi. Sholawat dan salam senantiasa penulis haturkan kepada Rasulullah SAW sebagai pembimbing seluruh umat manusia.
Skripsi ini tidak akan selesai tanpa adanya bantuan dari banyak pihak, karena itu penulis menyampaikan terima kasih kepada :
1. Bapak, Almh. Ibu, Mas Irsyad yang selalu mendukung serta mendoakan sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan lancar.
2. Prof. Ari Handono Ramelan, M.Sc., Ph.D selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret.
3. Dr. Triana Kusumaningsih, M.Si selaku Kepala Program Studi Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret.
4. Dr. Khoirina Dwi Nugrahaningtyas, M.Si selaku Pembimbing I dan Kepala Laboratorium Kimia FMIPA UNS.
5. Dr. Eddy Heraldy M.Si selaku Pembimbing II.
6. Dr. Desi Suci Handayani, M.Si selaku Pembimbing Akademik.
7. Dr. Sayekti Wahyuningsih, M.Si selaku Kepala Laboratorium MIPA Terpadu. 8. Bapak-Ibu dosen Program Studi Kimia FMIPA UNS, atas ilmu yang telah
diberikan.
9. Seluruh laboran Kimia FMIPA UNS.
10.Sahabat penulis: Dyah, Fatma, Mbak Listi, Ulfa, Bela, Defiana, Yuli, Ana, Bening, yang telah memberikan dukungan, doa, dan semangatnya.
11.Tim riset katalis, Nanda, Mbak Rachma, Mbak Wendah, Mas Ferdinand, Mbak Riri, Mbak Avrina, Mas Aji, Mas Rujito, Septi yang sama-sama berjuang mengerjakan skripsi.
12.Teman-teman Kimia Angkatan 2012 yang telah memberikan dukungan serta semangatnya.
ix
14.Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu, yang turut memberikan sumbangan baik moral maupun spiritual demi terselesaikannya skripsi ini.
Semoga Allah SWT membalas jerih payah dan pengorbanan yang telah diberikan dengan balasan yang lebih baik. Aamiin.
Penulis menyadari bahwa banyak kekurangan dalam penulisan skripsi ini. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran untuk menyempurnakannya. Namun demikian, penulis berharap semoga karya kecil ini bermanfaat bagi pembaca.
Surakarta, Desember 2016
x
DAFTAR SINGKATAN ... xvii
BAB I PENDAHULUAN ... 1
C. Tujuan Penelitian... 4
D. Manfaat Penelitian... 5
BAB II LANDASAN TEORI ... 6
A. Tinjauan Pustaka ... 6
1. Reaksi Deoksigenasi ... 6
2. Katalis (Co dan Mo) dalam Pengemban USY ... 7
3. Reaksi Deoksigenasi Anisol ... 14
4. Reaksi Deoksigenasi Senyawa Fenolik ... 16
5. Variabel yang Mempengaruhi Reaksi Deoksigenasi ... 19
xi
C. Hipotesis ... 29
BAB III METODOLOGI PENELITIAN... 31
A. Metode Penelitian ... 31
1. Rendemen dan Selektivitas Produk Reaksi Deoksigenasi Anisol ... 36
2. Rendemen dan Selektivitas Produk Total p-hidroksi anisol 40 3. Rendemen Produk Antara dan Deoksigenasi ... 43
xii Gambar 2.3. Produk Konversi 2-hidroksi anisol Menggunakan Alumina
dan CoMo/alumina. A: Alumina ... 13 Gambar β.4. Konversi Senyawa Model -O-4 Lignin Menggunakan
Katalis CoMo/Al2O3 ... 13
Gambar 2.5. Mekanisme Reaksi Deoksigenasi pada Anisol dengan
Katalis CoMo/ -Al2O3 Terpresulfidasi pada Temperatur
250°C dan 300°C ... 14 Gambar 2.6. Mekanisme Reaksi Konversi Anisol Menggunakan Zeolit
HY ... 15 Gambar 2.7. Rendemen Produk Hidrodeoksigenasi Anisol
Menggunakan USY, Mo-Co/USY, dan Pt/Al2O3 ... 16
Gambar 2.8. Mekanisme Reaksi Hidrodeoksigenasi diikuti Hidrogenasi 17 Gambar 2.9. Mekanisme Reaksi Hidrogenasi diikuti Hidrodeoksigenasi 18 Gambar 2.10. Mekanisme Reaksi Deoksigenasi dengan Gas H2 pada
2-hidroksi anisol Menggunakan Katalis CoMo/ -Al2O3 ... 18
Gambar 2.11. Mekanisme Reaksi Deoksigenasi dengan Gas H2 pada
2-hidroksi anisol Menggunakan Katalis NiCu/SiO2-ZrO2... 19
Gambar 2.12. Mekanisme Reaksi Deoksigenasi 2-hidroksi anisol dengan Katalis Co/SiO2 ... 20
Gambar 2.13. Mekanisme Reaksi Deoksigenasi 2-etilfenol Menggunakan Katalis MoS2 ... 21
Gambar 2.14. Diagram Profil Energi dari Reaksi Tanpa dan dengan
xiii
Gambar 2.15. Hasil Produk Minyak dan Gas Dibandingkan dengan Kandungan Oksigen dari Perengkahan Zeolit sebagai
Fungsi Temperatur... 23 Gambar 2.16. Produk Deoksigenasi Hidroksi anisol pada Temperatur
200°-300°C ... 23 Gambar 2.17. Deoksigenasi Bio-oil pada Temperatur 300°-420°C ... 24 Gambar 2.18. Hasil Konversi 2-hidroksi anisol Menggunakan Katalis
Pt/H-MFI-90 ... 25 Gambar 2.19. Hasil Konversi Produk (a) Anisol, 45 menit (b) Anisol, 125
menit (c) 2-hidroksi anisol, 45 menit (d) 2-hidroksi anisol, 125 menit ... 27 Gambar 3.1. Rangkaian Alat Deoksigenasi Reaktor Batch ... 33 Gambar 4.1. Hubungan Jenis Katalis dengan Rendemen Total pada
Variasi Temperatur selama 1 jam ... 37 Gambar 4.2. Hubungan Jenis Katalis dengan Rendemen Total pada
300°C selama 1 jam (garis) dan 2 jam (putih) ... 39 Gambar 4.3. Hubungan Jenis Katalis dengan Rendemen Total pada
Temperatur 300°C selama 1 jam (putih) dan 2 jam (hitam) 41 Gambar 4.4. Rendemen produk antara fenol (hitam) dan 4-metil anisol
(putih) pada 1 jam (A) dan 2 jam (B) ... 43 Gambar 4.5. Perkiraan Mekanisme Demetilasi Membentuk Fenol ... 44 Gambar 4.6. Perkiraan Mekanisme Transfer Metil Membentuk 4-metil
anisol... 44 Gambar 4.7. Perkiraan Mekanisme Reaksi Anisol Membentuk
pentametil benzena ... 46 Gambar 4.8. Rendemen produk antara 1,4-dimetoksi benzena (putih)
dan 1,4-dihidroksi benzena (hitam) pada Waktu Reaksi 1
jam (A) dan 2 jam (B) ... 47 Gambar 4.9. Perkiraan Mekanisme Demetilasi p-hidroksi anisol
xiv
Gambar 4.10. Perkiraan Mekanisme Transfer Metil p-hidroksi anisol
Membentuk 1,4-dimetoksi benzena ... 49 Gambar 4.11. Hasil FTIR katalis (A) CoMo/USY (B) Co-Mo/USY (C)
Mo-Co/USY sebelum digunakan (biru), setelah digunakan 1 jam (merah), dan setelah digunakan 2 jam (hitam) ... 51 Gambar 4.12. Hasil FTIR katalis (A) CoMo/USY (B) Co-Mo/USY (C)
xv
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 2.1. Kandungan Bio-oil dari Tumbuhan ... 7 Tabel 2.2. Data Parameter Sel dan Struktur Kristal dari USY ... 9 Tabel 2.3. Karakter Pengemban NH4-USY dan H-USY ... 9
Tabel 2.4. Hasil Analisis Keasaman Total dan Luas Permukaan Katalis oleh Rachmadhani (2016) ... 11 Tabel 2.5. Data Parameter Sel dan Struktur Kristal dari Jenis Partikel 12 Tabel 2.6. Distribusi Produk Deoksigenasi 2-hidroksi anisol ... 26 Tabel 4.1. Selektivitas Produk Total pada Anisol saat 300°C selama
1 jam ... 38 Tabel 4.2. Selektivitas Produk Total pada Anisol saat 300°C selama
xvi
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman Lampiran 1. Perhitungan Konsentrasi Prekursor Logam Co dan Mo ... 61 Lampiran 2. Hasil GC dan GC-MS pada Senyawa Model Anisol... 63 Lampiran 3. Hasil GC dan GC-MS pada Senyawa Model p-hidroksi
anisol... 75 Lampiran 4. Hasil FTIR ... 80 Lampiran 5. Perhitungan Rendemen Total, Rendemen dan
Selektivitas Produk ... 86 Lampiran 6. Preparasi Katalis Koimpregnasi CoMo/USY ... 87 Lampiran 7. Preparasi Katalis Impregnasi Terpisah Co-Mo/USY dan
xvii
DAFTAR SINGKATAN
Co Cobalt
Mo Molybdenum
CoMo/USY Cobalt Molybdenum/Ultra Stable Y-Zeolite
Co-Mo/USY Cobalt – Molybdenum/Ultra Stable Y-Zeolite Mo-Co/USY Molybdenum – Cobalt/Ultra Stable Y-Zeolite FTIR Fourier Transform Infrared Spectroscopy
GC Gas Chromatography
GC-MS Gas Chromatography-Mass Spectrometry
