Semihur:Nosiomnil MffiA Femernpm: Feme1itfi F, dnm' amn emdi'diknm 2 dan3 Agustus2004,Hotel SahidRaya-Yogyakarta
ISBN No. : 979-96880-4-3
Tema: Penelitian, Pendidikan dan Pen.erapan Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Penyelenggara :
FMIPA-U{Y DitjenDikti Depdiknas IMSTEP-JICA
?ENGFSH A rN
Sail s;\ .:f? r:''.jr^ Jftilp,lFnN oiNCA i,fi bll "; ;,r;,,,;,
9A1,..._.l.,jl
l,?.GYAKIRTA-
SlilS.vflC,Vr.1fii i
RCAIJYC
rgeacj-JEs
Alam Danllmu Pengetahuan FakultasMatematika UniversitasNegeriYogyakarta Tahun 2004
P,l-PdO... (EndangW. Laksono,A.K. Prodjosantoso .{...'....'.rr & KarimTlu)
AKTTVTTASPd-PdOTEREMBANSILIKA (SiO2)DAN KARBON SEBAGAIKATALIS REAKSI HIDROGENASINITROBBNZENA Endang W Laksono, AK Prodjosantoso dan Karim Th JurusanPendidikan Kimia, FMIPA, UNY
[email protected]
ABSTRAK Penelitianini beftujuanuntuk membandingkanaktivitas katalitik Pd-PdO yang diembankan pada siiika (Sioz), dan karbon(C) sebagaikatalisdalam reaki hidrogenasinitrobenzena.Aktivitas katalitik ditentukan denganmengkarakterisasi hasil reaki menggunakanmetodekromatografi gas. Preparasi katalis dilakukan menggunakanprekursor ammonium bisoksalatopaladat(Il)( (NFL)z[Pd(C2Od)].H2O). yangdipilih adalahimpregnasibasah,menggunakan Metodepengembanan 0C 4 Vo palladium. Kalsinasidilakukanselama2 jam pada suhu 700 dibawah aliran gas nitrogen 0C gas hidrogendilakukanpada suhu 400 sedangkanreduksi menggunakan selama 2 jam juga. Karakterisasidilakukansecaraspekfofotometrilnfra-merahdan difraksi sinar X. Hasil penelitian memperlihatkanbahwa Pd-PdO teremban karbon mempunyai aktivitas katalitiklebih besardari padayang terembanpadasilika. Selektifitas1007ountuk Pd-PdOteremban karbontercapaisetelah1,5jam, sedangkanuntuk Pd-PdOterembansilika tercapaisetelah2,5 jam; bila digunakanuntukreaksihidrogenasi nitrobenzena Kata Kunci : Katalis hidrogenasi,Pd-PdO/SiOz,Pd-PdO/C,Aktivitas Katalis
PENDAHULUAN Paladiumserta oksidanyatelah dikenal luas dapat mengkatalisreaksi hidrogenasi senyawatak jenuh, seperti alkena dan alkuna, serta senyawanitro dengan mudah pada temperaturruang (Hartley, 1991: 58). Selain itu senyawaorganologamdenganinti logam paladium merupakanbahan yang ideal untuk prekursorkatalis dalam bentuk senyawa (Blokhin et al, 1995:1241;Ivanov-Emin et al; 1914:1026)seperti organologam-klorida misalnya K2[PdCl6].SenyawaKz[PdClc]ini mudahuntuk disintesis. Namunjika senyawa ini digunakansebagaiprekursorkatalis maka ion klorida akan menempel dan menutupi permukaanlogam paladium dan atau paladium oksida sehingga menurunkan aktivitas (Paulis,Peyard,& Montes,2001:199). katalisnya Salahsatucarauntukmeningkatkan aktivitaskatalisyangberintikanpaladiumadalah menggunakan senyawapaladiumbebasklorida.Penghilangan klorida dari permukaanlogam paladiumdan atau paladiumoksida ternyatatidak mudah dilakukankarena membutuhkan suatu proses tambahan.Cara yang paling mudah dilakukan untuk mendapatkankatalis paladiumbebaskloridaadalahdigunakannya suatuprekursorsenyawapaladiumbebasklorida (Prodjosantoso, i996 : Thesis).
K-16
Prosiditry Senuns Penclitian, Pendidikan dan Perterapan MIPA, Horel Salid Raya , 2 Agustus 2004
Senyawakompleksammoniumbioksalatopalladat(tr) ((NFI4)2tPd(CzOr)zJ) merupakan senyawakompleksorganologambebasklorida yang sederhana dan relatif mudahdisintesis. Senyawaini dapat terurai dalam pemanasan pada temperaturrelatif rendahmenghasilkan logam paladium dan atau paladiumoksida, sehinggamemenuhi syarat untuk digunakan sebagaiprekursorkatalis bebasklorida (Blokhin, Solov'ev, Blokhina, yakimov, & Kirik, 1995: I24I)' Namun penelititersebutticak menelitiaplikasipenggunaan prekursorrersebur dalam katalis sistem logam-teremban. Hal tersebutmendorongpeneliti untuk melakukan penelitianuji katalisterhadaphasilpreparasi. Aktivitas katalisjuga dapatditingkatkandengancaramemperluaspermukaankatalis. Pendistribusian partikelkatalisPd padapermukaanpengemban sepertikarbondan silika dapat memenuhikebutuhantersebut,Katalis dibuat dengancara menempelkankomponen logam aktif ke dalamsuatubahanpengemban berporimenggunakan metodeimpregnasi.Komponen logamaktif diharapkandapatterdispersisecarameratake seluruhpermukaandan pori-pori bahanpengemban'Metode ini banyakdigunakandalam pembuatankatalis karenaditinjau dari prosespembuatannya sangatsederhana, mudahdilakukan,murah,sertakomponenaktif Iogamkatalisdidistribusikansecarameratake seluruhpori-pori bahanpengemban sehingga terbentuk suarusistemdispersiyang baikdanhomogen(campbell,19gg). Karbon(C ) yangdigunakansebagaipengemban adalaharangaktif yangmempunyai pori yang terbukalebar.Strukturdasararangaktif dapatdilihat padagambarl. padagambar terlihatbahwaarang tersusunolehplat- plat dataryang
Gambarl. StrukturArans atomkarbonnyatersusundalamkisi heksagon. Setiapatom karbon terikatsecarakovalen denganatom karbonlainnya,sehinggaatom karbonakandikelilingi oleh mepatatom karbon lainnya'Plat- plat ini bertumpukmembentukkristal denganpori anrara4 - 6 A0 dan luas permukaan sekitar100m2lgram,sehinggadapatberfungsisebagaipengemban. Sedangkan silika merupakansenyawaberstrukturpolimerik tiga dimensi dengan jaringan ikatan kovalen Si-O membentuk suatu molekul raksasa. Jaringan tersebut mengandung spesies"penghubung"tetrahedral SiOl, dengansetiapatom Si diikat oleh4 atom K-T7
Aktiviras Pd-PdO ... ( Ettdang W. Laksono, A.K. Prodjosantoso & Karim Tlt)
C dan setiapatom O diikat oleh atom Si, sepertigambar2. Dengandemili.ranmf,ka struktur pori-poriyangdapatberfungsisebagaipengemban silika tersebutmemungkinkanterdapatnya suatukatalis.
Gambar2. StrukturPori Silika
Reaksihidrogenasibersifateksoterm,tetapireaksiini tidak berjalanspontankerena yang diberikantidak dapat mensuplaienergi butuh energi aktivasi yang besar.Pemanasan yang cukup untuk membawamolekul ke keadaantransisi,sehinggadiperlukansuatukatalis untukmemperlancar reaksi. Reaksi katalitik hidrogenasiterjadi karena permukaanlogam akan mengadsorbsi dan membentukikatanlogam-hidrogen. hidrogen,kemudianikatansigmaH2 terputuskan
BB H-H+RzC
-CRz
KatalisLogam Gambar3. ProsesReaksiHidrogenasiMenggunakan Gambar 3 merupakansimulasi reaksi hidrogenasialkuna. Alkuna teradsorbsipada permukaanlogam,yangikatan-rinya berinteraksidenganorbitalkosongdari molekul alkuna tersebut.Kemudianmolekul alkunaakanbergerakdi atasperrnukaanlogam untuk kemudian dapat berinteraksi dengan hidrogen untuk menghasilkanproduk hidrogenasi. Efek keseluruhan suatupermukaansupayareaksidapatterjadi katalistersebutadalahmenyediakan denganmelemahkanikatan-ikatanhidrogendan alkuna.Akibatnya ialah penurunanenergi
K-18
Prosiding SentnasPenelitiart,Pcndidtkan 4"n psrtcrapan lt!lPA, Hotel Sahid Raya,2 Agustus20M
aktivasireaksitersebut. Jadi,suatukatalistrdakmengubahenergipereaksidan produk.AH reaksitidakdiubaholehkerjakatalitik,hanyaenergiaktivasiyangberubah. Penelitianini bertujuanuntuk membandingkan aktivitaskatalitik
Pd-PdOyang
diembankanpada Silika (SiOz), dan karbon (C) sebagaikatalis pada reaksi hidrogenasi nitrobenzen Aktivitaskatalitik ditentukan dengancara mengkarakte-risasi hasil reaksi metodekromatografigas. Aktivitas katalitikdinyatakansebagaiperbandingan menggunakan banyaknyasenyarvayang dihasilkandengan pereaksi,sedangkanselektifitasmerupakan perbandingan antarabanyaknyasenyawayang diharapkandengansemua senyawayang dihasilkanpadareaksitersebut.
METODE PENELITIAN Preparasi katalis dilakukan menggunakan senyawa prekursor ammonium ( (M{4), [Pd(CzO+)].HzO). yangdipilih adalah Metodepengembanan bisoksalatopaladat(tr) 4 Vopalladium.Hasil preparasidikalsinasiselama2 jam impregnasibasah,menggunakan oC pada suhu 700 dibawah aliran gas nitrogen untuk mendekomposisisenyawa (NF{a)z[Pd(CzOq)i.2H2O menjadi Pd dan PdO. Sedangkanreduksi diba"vahaliran gas 0C selama2 jam.Perlakuan ini bertujuanuntukmereduksi hidrogendilakukanpadasuhu400 senyawaPdO menjadiPd. Karakterisasikatalis hasil preparasidilakukan menggunakan
difraksi sinar X
ShinndzuXRD-6000 dengansumberradiasiCu. Pola difraksi hasil karakterisasisenyawa denganJCPDS Pd dan PdO. Sedangkan prekursormaupunkatalisPd-PdOdibandingkan karakterisasidengansektroskopi infra-merahShimadzu- FTIR 8i00 dilakukan dengan ini digunakanuntuk mengetahuigugusfungsikatalis,katalis metodepeletKBr. Karakterisasi terembansebelummaupunsetelahkalsinasi. katalis Aktivitas katalispadareaksihidrogenasidiuji dengancara menggunakan 0,01 padareaksihidrogenasi nitrobenzena, denganrasiokatalisdan pereaksi senyawa tersebut yang digunakanadalah5Vo dalamisopropilalcohol. Reaksidilakukan b/v. Nitrobenzena dalam reaktor yang dialiri gas hidrogen dengan kecepatanalir 12 ml / menit dengan pengadukankontinyu selama variasi waktu tertentu. Hasil reaksi dianalisisdengan kromatografigasshirnatzucc-148.
K-19
7,' A":!.;:;s P;-PdO ... (Ertdang W. Laksono,A.K. Prodjosantoso & KarinrTh.)
HASIL DAN PEMBAHASAN l. KarakterisasiKatalisPd-PdOterembandenganXRD katalis Pd-PdOhasil preparasi dengansilika dan Spektrakarakterisasi impregnasi difraksisinarX telahdiringkas karbonsecara sepertidalamtabell. Tabel l. Hargad dan Katalis Hasil Impregnasi
Pd-Pdo/c
Pd-PdO/SiOz
d (A)
Vo
2e
,)e ql
3,r2
97
)9. \1
3 0 ,8 3
2 ,89
3 5 ,6 6
d (A)
(vo)
3,12
21
20
30,88 2,89
16
? <1
20
35,78 2,50
6
38,02
)76
aA L*
37,94 2,36
6
39,94
11<
88
40,06 2,25
23
4 1 ,0 0
))o
L2
40,80 2,20
L2
4 2 ,5 9
2,12
JJ
42,58
43,31
2,09
21
43,01 2 , 1 0
/.v
) t')
6 7
Sedangkaninformasihasil karakterisasi katalis terembankan pada silika dan karbon yangdiaktifkandengancaramereduksidalamgashidrogen,dirangkumdalamtabel2. Tabel2. Hars.ad da.'iKatalis terembantanoareduksi
Pd-Pdo/c ./.o
d (A)
35,86 )50 39,90 ) ) 5 46,45 [ , 9 5
Pd-Pdo/si02 Vo
20
r00
6n (R
1\)
40 5
6 7 ,9 3
L,37
r9
7 2 ,5 9
r,30
A
2g
d (A)
21,54 4 . 1 9 21,92 4,05 35,94 2,49 39,99 a 1 < 46,52 1 , 9 5 60,63 r . 5 2 67,48 I , 3 8 68,48 I , 3 6 72.61 1,30 L
)LJ
(vo) tl
9
r00 34 5 4
6 5
'
Prositling Senuas Petrclitian,Pcndidikan dan Pcnerapan MIPA, Hore! Sahid Raya,2 Agustus 2004
Pola difraksisinar-Xuntuk katalishasil impregnasimenunjukanbahwaprekursor telah terdispersipada pengembansilika. Hal tersebutdidasarimunculnyapuncak dari senyawakristalin (NFIa):tPd(CzOa)zl diantarapuncak-puncakdari senyawaamod silika. Puncaksilika terdeteksikhaspada20 sekitar22o, denganrerdapathumppadajarak - 4A yang menunjukan silikanon-kristalin (Herdianira, N.R dkk, 1999: 4l). Katalisterembansilika dan karbonyang tereduksiterdominasioleh bentuklogamnya, yaituPd (lll), Pd (200),dan Pd (zz0) padakedudukan20di sekitar:39o; 46o; dan 67o, sesuaidengankartu JCPDS no. 37-0643, dan terbentuksedikit spesipdO (200) dan pdO (210)padakedudukan 20 :60odan68o,sesuaidenganpenelitian waserdkk.
2. KarakterisasiKatalisPd-PdOterembandengan FTIR KatalisPd-PdOterembandipreparasidenganmenggunakan impregnasibasahmelalui perendaman denganbahan pengembandalam larutan prekursor(NFI4)2tpd(C:Or)zl. Hasil impregnasiberupakristal warna kuning. Secararingkas informasi spektrumIR oleh tiap gugusfungsidiperlihatkan padaTabel3. Tabel3. InformasiSpektrumIR KatalisHasil Impregnasidan Kalsinasi
Vibrasi
-o-H
-c--o
Ell4lgangelombang (cm-') Hasil impregnasi
Pd-Pdo/c 3449 8 4 3 ;1 6 3 8
si-o-si
-c-o
Pd-Pdo/sio? 3448,1545
r626
Hasilkalsinasi
Pd-Pdo/c
Pd-Pdo/sio,
3430 843;1630
1099, 9l2,7gl l2I3;1283
1229:1333
SpektrumIR untuk katalistenmpregnasi maupuntereduksi,baik yangterembansilika maupunkarbontidak menunjukkan perbedaan yangberartisepertiterlihatpadatabel3 di atas. Hasil karakterisasimenggunakanIR di identifikasi secara kualitatif dengan membandingkannnya denganpola IR dan difraksi sinar-X dari pengemban.penggunaan IR untuk karakterisasisangatterbatasdan tidak dapat memberikaninformasi detaii, rerutama untukikatan logam-ligan.Hal tersebutberkaitdenganketerbatasan alat,dimanahanyadapat merekamspektrumpadakisaranbilangangelombang400 cm' sampai4000 cm', sedangkan informasitentangstrukturdan ikatan yang berupavibrasi logam-liganterjadi pada kisaran bilangan gelombang antara200cm-rsampai800cm-r.
N-Z I
A(tirr,'a-rPJ-PdO ... (Ervlattg tl. Laksono,A.K. Prodjosantoso & KarintTlr.)
KESI.\IPULAN Hasil penelitian memperlihatkanbahwa Pd-PdO teremban karbon mempunyai aktivitaskatalitikuntuk reaksihidrogenasinitrobenzena lebih besardari padayang teremban padasilika. Sedangkan selektifitasl00VountukPd-PdOterembankarbontercapaisetelah1,5 jam dan untukPd-PdOterembanSilika tercapaisetelah2,5 jam.
DAFTAR PUSTAKA Blokhin, A.L, Solov'ev L. A., Blokhina M.L., Yakimov I.S., and Kirik S.D. (1995). Preparation,Structure,and thermal Propertiesof Naz[Pd(C2O4)2].2HzO. Russian Jountal of InorganicChemistry.40:124I. Cotton,F.A. and Wilkinson, G. (1999).AdvancedInorganic Chemistry6't' ed. New York : JohnWiley & Sons. Finar,LL. (2002).ChemistryVol. I : The FundamentalPrinciples. Sixth.Edition.london. Fujita, F., Martell, A.E., dan Nakamoto, K. (1962). Infrared Spectra of Metal Chelate Compounds.VI. A Normal CoordinateTreatmentof OxalatoMetal Complexes.Ihe JountalChemicalPlrysics.36 :324. Hartley,F.R. (1991).Chentistryof the PlatinumGroupMetals.Amsterdam:Elsevier. Ian M. Campbell.(1988).Catalystar Surfaces.l,ondon: Chapmanand Hall. Ivanov-Emin,B.N. et. al. (L914). Preparationand Physicochemical Propertiesof Sodium Tetrahydroxopalladate(tr). RrissicnJournal of Inorganic Chemistry.19:1026. Kukushikin,Y.N., Antonov,P.G. and Dubonos,K.I. (1976).Hydrolysisof Platinum-TinHalideComplexes . RussianJountal of InorganicChemistry.2I: 1348. Paulis,M., Peyrard,H., dan Montes,M., (2001).Influenceof Chlorineon the Activity and Stability of Pt/Al2O3Catalystsin the CompleteOxidation of Toluene.Journal of Caralysrs.199. 30-40. Prodjosantoso, A.K. (1996).The Structureand Propertiesof OxalateMaterials: Precursorfor Catalyst.Thesis.Universityof Sidney. Tanielyan,A.K. and Augustine,R.L. 1994.Acetoxylationof TolueneCatalyzedby Supported Pd-SnCatalysis.Jounnl of MolecularCatalysis.87:311-328. Waser,J., I-evy,Henry,A., dan Peterson, S.W. (1953).The Stuctureof PdO. Jurnal of Cryst, 6: 661.
K-24
