Peneltllan
dan Pengembangan
Apltkasl/solop
don RadIan.
/999
PENERAP AN KA TALIS KHROMIUM ALUMINA UNTUK SINTESIS BENZENA Satrio, Indrojono, Zainal Abidin, Wandowo, dan E. Ristin PusatAplikasi Isotop dall Radinsi
ABSTRAK PENERAPAN KATALIS KHROMIUM ALUMINA UNTUK SINTESIS BENZENA. Dalam rangka menwljaJlg penelitiaJl air t1ll1ahmenggunakan radioisotop I~C, telah dilakukan pengcrnbangan metode sintesis bellZena dcrlgaJl menggunakan katalis khromium alumina. Tujuan dari penggunaan katalis khromium alumina in adalah untuk meningkatkan kinerja daJl efisiensi dari sistem sintesis benzena, baik efisiensi waktu maupun biaya bahan, dibandingkan dengan sintesis menggunakan katalis vanadium. Dan basil yang diperoleh menunjukkan bahwa katalis khromiurn alwnina dapat meningkatkan recovery benzenll duri 81,14 % menjadi 91,73 % dibandingkan apabila menggunakan katalis vanadium. DiSatnping itu waktu proses sintesis juga dapat dipercepat antara 2-3 jam dibandingkan apabila menggunakan katalis vandium.
ABSTRACT THE USE OF CHROMIUM ALUMINA CATALYST FOR BENZENE SYNmESIS. To support researchon groundwaterdating using 14Ca methodon benzenesynthesishas beendevelopedby using chromium alwnil1a catalyst instead of using vandiUlncatalyst.The aim of using chromium alumina catalystis to increase perfonnanceand efficiency of the benzeneSYl1thesis systemin term of time al1dcost of material,compareto the synthesisusing val1adiwncatalyst.The recovery of the benzenelllcreasedfrom 81,14 % to 91,73 % while the processingtune is reducedbetween2-3 hourswhenusingchromiumalumllla catalystinsteadof val1adiumcatalyst.
PENDAHULUAN Alal sintesis benzena di Hidrologi PAIR digw1akan untuk menunjal\g peneliti:1!1 air tanal\, yaitu untuk menentukan umur air taltal\ deng:u\ radioisotop 14C. Karbon yang terlarut di dalan\ air taltah dalaln bentuk total disolved carbon (rDIC) diubal\ menjadi karbonat, misa1nya BaCO3 dan selanjutnya melalui proses sintesis benzena diperoleh benzeik'\ (C~). Radioisotop 14Cyang akan ditentukc'ill aktivitas sisanya yang terkandung di dalam cairan benzena tersebut dicacaI\ dengan pencacah sintilasi cairo Keberada.1ll alat ini telah ada sejak tallun 1980. Dari 1980 hingga 1987 alat berfungsi dengan baik. Antara tahun 1987 lungga 1995 kondisi alaI tidak dap.1t dioperasikan karen.1 terdap.1t kerns.1kaJl seperti pomp.1 vakum kurang bekerja dengan baik, adanya kebocorml pada saluran atau katup pengatur tekan.l1l,kebocoran pada bagian atas reaktor, dml lain-lain. Pada lallWl 1995/1996, di/akukan perbaikan terhadap lnasalall tersebut. Kemudiml dilakukan reconditioning dan mencoba menganalisis beberapa sampel. Akllirnya alat dapat kembali bekerja secaranonnal. Tujuan dari penelitian ini adalall untuk mendapatkan metode altematif sinlesis benzena dan meningkatkan kinerja alaI selungga dap.11 menunjang berbagai penelitian dan jasa. A~"rlua jenis kalalis yang selama ini dipakai untuk sintesis benzena tersebut, yailu katalis vanadiwn dan katalis kllfomiwll alulnina. Sebelum tallWl 1987 lebih banyak digunakml kalalis vanadium. sedangkan katalis kllfomium alulnina barn diterapk.l1l pertalna kali mulai tallun 1996. Fungsi kalalis disilu digunakan wll\lk proses trimerisasi dari asetilen menjadi benzen.1. Penerapan kalalis kltromium alununa pada
-
mulanya seringkali mengalami kegagalan dengan waktu pengerjaan yang cukup lama sampai pada akhimya ditemukan metode yang tepat cara mereaksikan katalis tersebut dengan gas asetilen. Metode ini kiranya dapat dijadikan acuan untuk analisis di masa yang akan datang, karena dapat menghemat waktu dan bahan.
BAHAN DAN METODE
Bahan I. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. II.
2 liter aseton alau etanol 15 kg dry-ice 18 gram logaIn lithium 50 liter N2-cair 450mIHCIIO% Katalis kllfomium alumina d.w katalis vanadiwn Air pendingin reaktor Vial gelas 7 rnl Kolom katalis Alat timbangan Hair dryer
Metode 1. Prcparasi CO2 Untuk mendapatkan C~. endaparl BaCO3 yang diperoleh dari lapc'1figandireaksikan dengan larutan HCI 10 % pada kondisi vakum. Gas CO2 yang didapat ditangkap pc1dalabu CO2yang berisi N"!-cair. Gas lain l1asil reaksi tersebut dibuang melalui vakum. Agar diperoleh jUlnlall C~ senlaksin1almungkin, maka HCI 10 % dialirkatl dan direaksikan secara perlallan.
'77
No. ~8
Penelilian dan Pengemhangan Aplikasi Is%p
dan Radiasi. 1999
2. Sintesis Asetilen Tahap berikutnya dalam preparasi sampel adalah Inenguball sampel CO2 menjadi asetilen (C2H2). Untuk itu, CD2 direaksikan dengan sekitar 18 gram logam Li sehingga didapatkan litiwn karbida (Li2C2). Untuk merninimalkan reaksi sampingan, pacta saat awal mereaksikan CO2 dengan logam Li temperatur reaksi hams dijaga sekitar 750 DC.Pada temperatur ini, posisi reaktor diangkat hanya sebagian. Berikutnya, untuk mengllasilkan Li2C2 yang maksirnal, temperatur hams dijaga pada 900 °c selmna kurang lebih 15 meDii. Pada temperatur ini posisi reaktor diangkat secara penub. Proses reaksi ini dilakukan dalam kondisi vakwn. Setelah tercapai temperatur 900 °c selama 15 meDii, matikan furnace dan turunkan reaktor. Selanjutnya dinginkan reaktor dengan kipas angin hingg.'l subu kalnar daD katup vakwn ke reaktor dibuka. Tallc'lpberikutnya adaIall mereaksikan Li2C2dengan air sekitar I liter sehingga akan dihasilkan asetilen. Aliran air ke dalam reaktor diusahakan secara perlahan. Asetilen yang dibasilkan ditangkap dan ditaInpung dalam labu yang berisi N2-cair. Gas lain basil reaksi dibuang melalui pemvakwnan.
3. Aktivasi Katalis Pada awalnya katalis dipanaskandi dalam oven pacta tempemtur 110 °C selalna 24 jmll terutalna Wltuk menguapkanair yang tersempkatalis. Setelalldingin, selanjutnya katalis tersebut dimasukkan ke dalam desiskator. Pada saat akall diglmakan, masukkan katalis tersebutke dalmll kolom katalis dan dipanaskan kembali secarabertallaplungga 400 °C dengantaltap pemanasansebagaiberikut: taltap-l : 50 °C selama1jam taltap-2: 80 °C selama1 jam taltap-3: 110°C selama1jam tallap-4: 400 °C selamaIjmll
4. RecoveryBenzena Dengan memaIk1skan katalis khronuum alumina hingga 140 °C benzena dapat ditaInpung daD dilangkap menggunakan campuran aseton daD dry-ice atau N2cair dalam suatu Cold Finger tube di bawah kondisi vakum. Selama 20 menit pertmlla, proses recovery dapat berlangsung dengan sendirinya tanpa pemompaaIl. Kebanyakan ~ akan membeku di dalam Cold Finger tube, tetapi setelah itu paling sedikit 20 %-nya masih tersisa di dalam kolom katalis. Untuk menarik sisa benzena tersebut dilakukan pemompaan kolom melalui Cold Finger tube selalna 40 melut. Sehingga secara keselurullan lan1c1l1ya proses recovery sekitar 60 menit. Apabila proses tersebut di atas telall selesai, selanjuulya benzena yang telall tertalnpwlg dalam Cold Finger tube diaerasi sehingga memungkinkan mencair pacta temperatur kamar. Perlakuan ini smna baik menggunakan katalis kllfolnium alwnina lllaUPunkatalis valli1dium. Persen recovery bellZena didc1pat dengan membandingkan antara bobot benZella yang dihasilkc1l1 dengan bobot benzelli1 perkiraml.
178
Recovery=
bobotbenzenasebenamya
x 100%
bobotbenzenaperkirnan BASIL DAN PEMBAHASAN Metode absorpsiasetilenyang pemah dilakukan sebelumnyamenggunakansistem dingin dengan katalis vanadium, yaitu dengan cara mengalirkan cairan pendingin berupa campuran air dan dry-ice ke sekitar kolom. Sedangkandengan katalis khromium alumina dilakukandalam sistempanassekitar 100 DC.Metode ini merupakanmetode alternatif dengan basil yang cukup memadai sehingga dapat ditempkan untuk analisis berikutnya. Metode ini diterapkan dengan cara memodifikasi kolom trap-benzenalama. Pertimbangan dati modifikasi ini adalah agar kolom katalis tersebut memiliki kapasitas yang lebih besar sehingga dapat menampungsekitar260gnun katalis khromium alumina. Dari beberapakali analisis sampel, penempan katalis khromium telah meningkatkanefisiensi kerja dan biaya denganbobot benzenayang dihasilkanrelatif sarna. Sebagai perbadingan berikut ini disajikan mengenai kebutuhanbahandan efisiensi antarnkedua katalis untuk tujuanrecoverybenzena. Tabel
Perbandinganpenerapankatalis vanadium dan kllfolnium almninauntuk recoverybenzena Jumlahsampel, waktu & kebutuhanbahan Jwnlah sampel
Katalis vanadium
sampel/ hari
Katalis khromium sarnpel/ hari
yang dapat
dianalisis 2 3
4
Lama waktu
9-11 jam
analisisper sampel Jwnlahdry-ice !5kg yang dibutUhka11 untuk2 samve! N2 -Cair 40 liter untuk 2 §alnDel
jam 15kg untuk 4 samDel 50 liter
untuk4 samoel
Berdasarkan tabel di atas terlihat bahwa kebutuhan terhadap N2-cair dan dry-ice menggunakan katalis vanadium l1ampir dua kali lebih banyak bila dibandingankandengan menggunakankatalis kllfomium alumina,sehinggadenganmenerapkankatalis khromium menekanbiayahingga50 %. Dari tc1beldi alaSterlihat pula bahwa penerapan katalis kllfomium alumina untuk tujuan recoverybenzena ternyata memberikan cukup banyak keuntungan, baik ditinjau dari segi efisiensi waktu maupun dati segi ekonomi.Dari segi efisiensiwaktu, larnanyaprosesuntuk satusampelper hari memerlukanwaktu rata-rataantara78 jam sehinggadapatmenghematwaktu hingga sekitar2-3 jam. Tabel 2 di bawah ini menyajikan data bobot dan recoverymenggunakan kataliskhromiurnalumina.
SAT!
PeneJitian
Tabel 2.
Data recovery benzena rnenggunakwlkatalis khrorniurn alumina
dan Pengembangan
ApJikosi
lsolop
don Radiosi.
J 999
menggunakankeduajenis katalis tersebut.Untuk analisis menggunakankatalis khromium alumina, nilai recovery yang tercapai 9l,73::t: 4,652, sedangkandengankatalis vanadiumnilai recovery tersebut81,14 ::t:3,758. Dengan demikianterdapatpeningkatansekitar10%. Beberapapenyebabyang dapat mempengaruhi basil tersebutdi alasantaralain: .kevakuman, .adanya sedikitkebocoranpactakatupatausaluranalat sintesisbenzena, .adanya sisagasCO2yang belumtereaksikanatautidal bereaksidenganlogam lithium, .adanya sisagasasetilenpactarealtor yang belumtertrap, .adanya gasasetilenyangtidak terabsorpsiolehkatalis. Untuk proses pencacahan 14C, bobot benzena minimal yang dilwapkan sebesar 3,516 gram yang ekivalen dengan 4 In! benzena. Kekurangan ini dapat ditutupi dengan cara menamballkan dead benzene dan dalam perhitUllgan umur dilakukan "koreksi bobot" terlmdap Iulai cacallan yang dilmsilkan. Berdasarkan basil di alas terlilmt bahwa Ulltuk memenuhi nilai bobot minimal yang dillarapkan, perlu diperhatikan taIlapan analisis J4C, terutama dalmll smllpling karbonat.
Berdasarkantabel tersebutterlihat ballwa bobot rata-ratayang diperoleh 3,35 :t 0,833 gram. SedaIlgkan menurutperhi1:ungan, alan didapatkanbobotbenzenaratarata 3,51 :t 0,837 gram. Dengan delnikiaIl, persentase bobot yang llilang selanla daIaInprosesalk'llisis sekitar 5
%. Pacta Tabel 3 di bawall ini disajikan data bobot
dan recoverymengglillakankatalisvaIladium. Tabel3
Data recovery benzena menggunakankatalis vanadimn Perkiman
No.
NaIna SaInpel
bobot
beltZena (grain)
9
gATS SAT9
5,580 5,590 5,610 3,110 2,150 5,800 5,310 2,800 2,060
10
SATIO
4,780
2 3
4 5 6
7 8
SAT2 SAT3 SAT4 SAT5 SAT6 SAT7
Bobot bel1Zena Yang
didapat
Recovery (%)
(grain)
4,544 4,690 4,720 2,740 1,590 4,890 4,423 2,111 1,620 4,013
81,433 84,000 84,135 79,421 74,000 84,310 83,300 75,393 78,641 84,000
Berdasarkalltabel tersebutterlihat ballwa bobot rata-ratayang diperoleh 3,50 :t 1,382gram. SedaugkaIl menurutperhitwlgan,akau didapatkanbobotbenzenaratarata 4,28 :t 1,557 graIn. Dengau delnikiaIl, persentase bobotyang llilaug selauladaIaInprosesallalisis sekitar 18
KESIMPULAN Berdasarkan Imsil dan data di atas dapat diambil beberapa kesirnpulaJlberikut: I. Kondisi alai sintesis benzena yang acta di Hidrologi PAIR-BATAN telal1 berfungsi kernbali dengan baik dengan Imsil yang rnelnadai. 2. Penerapan katalis kllfolniurn alumina untuk recovery benzenatelal1 rneningkatkan efisiensi waktu dan biaya. 3. Nilai recovery yang didapat dengan rnenggunakan katalis vanadium sekitar 81,14 % daD dengan rnenggunakan katalis kllforniurn alumina 91,73 %, sehingga terdapat peningkatan sekitar 10 %. 4. Kolorn kataiis yang dirnodifikasi telal1 dapat digunakan dengan baik untuk analisis sarnpel berikutnya rnenggunakan katalis kl1rorniurn alulnina dirnasa yang akaJldatang.
DAFTARPUSTAKA ARAVENA, R.O., ill, Technical Procedure17.0, Radiocarbon Dating, Enviromnental Isotope LaboratoryDepal1lnentof Eartll ScienceUniversity of Waterloo,1994. 2. BERRY, l.C. mId Drimmie, R.l., University of WaterlooRadiocarbonDatesI, Radiocarbon,1982. 3. GUPTA, S.K and POLACH, H.A., Radiocarbon Dating Practicesat ANU, Handbook,Radiocarbon Laboratory, ResearchSchool of Pacific Studies, ANU, Canberra,1985.
%. Dari kedua tc'lbel tersebut, dapat dikataka11 terdapat perbedaall lmsil nilai recovery dalam analisis
179
Pene/itiandonPenge",banganAp/ikasi lsotop don Radiasi,/999
LAMPIRAN
(a)
(b)
Gambar1. (a) Modelkolom katalis sistemdingin (b) Modelkolom katalis sistempanas(modifikasidari modela)
IRO
Penelitlandan Pengembangan Aplikasl fsutop don Radiasi,199~
DISKUSI WIBAGIYO HENDIG WINARNO Dalam abstrak disebutkan "dalam rangka menunjang penelitian air tanah". Apa hubungannya sitesis benzene dengan peryataaan tersebut di alas ?
Kesimpulan pertama Anda mengatakan bahwa peralatan telah befungsi dengan baik. Apakah hasilnya sudah dibandingkan dengan peralatan lain dari laboratorium lain pacta sarnpel yang sarna hingga Anda sudah bisa mengatakan baik ?
SATRIO SATRIO Kebanyakan sampel karbonat yang akan dianalisis berasaldari air tallah. Sampelkarbonattersebut kemudian diuball ke dalmD bentuk benzena melalui beberapatahapreaksidalam alat sllltesisbenzena. Benzena(C~) yang dihasilkandicacallaktivitas sisa 14C-nya.Aktivitas sisa yang dihasilkan digwlakan untuk menentukanumur air tanaIlyangditeliti.
Carbon dating berdasarkancacallyang diperoleh dari suatu sampel. Karena itu faktor recovery sangat penting. Apakall faktor recovery ini juga dipakai untuk perhitunganumur sampel? BagaimanfUlllUSperhitungcw umur sampelberdasarkanhasillmsiJsintesisbenzene?
SATRIO Faktor recovery tidak digwmkan untuk perhitunganumur sampel.Bobot benzenayang dillasilkan digunakan untuk "koreksi bobot" terlladapnilai cacaltan yang dillasilkan denganrumus : 3,516
x cacallan(cpm)
bobotbenzena Ao
Umur sampel
NAZAROH 1. ApakaJl kelema11ankatalis Chrolnium dan keU11ggulan katalis Vanadium dalam sintesis benzena ? 2. Katalis Cr dan Vanadium gurumya dalam sintesis apa
MADE SUMATRA
A sampel =
Untuk saat ini belum dilakukan, mungkin dimasa yang akan datang akan mencoba melakukan studi banding dengan PPNY -BAT AN Yogya.
= 8033 In
Asampel SUMANTRI Dalalll abstrak diteraIlgkaIlballwa meningkatkan efisiensi !?jm ~. Mohon dikonkritkan berapa % efisiensinya? SATRIO Efisensi biaya bahan berdasarkan Imsil yang telah dilakukan berkisar antara 40 -50 %.
saja? SATRIO
1. Kelemahan katalis Khromium Alumina yang sara temukanselama ini adalah mudah menyerapuap air apabila terlalu lama didiamkan dalam ruang terbuka. Keungguiannyaadalah dapat menghematlama waktu analisis. Adapun katalis Vanadium, kelemahanyang paling utama terlalu lama mengabsorpsiCzHz dan membut1dlkanjurnlah dry-ice yang lebih banyak. Keungguiannyatidak begitu menyerapuap air terlalu banyak bila didiamkan dalam ruang terbuka. Tetapi secara keselurultan agaknya katalis Khromium Alumina lebih baik dari padakatalis Vanadium untuk sintesisbenzena. 2. Selama ini yang saya ketallui hanya untuk sintesis benzena.
WANDOWO Mana yang lebih murnh Katalis Vanadium atau katalis Khromium alulnina ? SARTRIO
Mengenailwga, saya belum mengetahuipersis berapa,karenakatalis Khromium alumina tersebutberasal dari PPNY Yogya. PPNY Yogya sendiri menurut informasimendapatbantuankatalis tersebutdati IAEA.
181
