ZEOLIT Y TERHADAP KARAKTER KATALIS

KONSENTRASI PREKURSOR LOGAM DAN METODE IMPREGNASI PADA PREPARASI NiMo/ZEOLIT Y TERHADAP KARAKTER KATALIS

Disusun Oleh ARI YUSNANI M0303021

SKRIPSI Ditulis dan diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains Kimia

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2008

HALAMAN PENGESAHAN Skripsi ini dibimbing oleh :

Pembimbing I

Pembimbing II

Dian Maruto Widjonarko, M.Si

Khoirina Dwi Nugrahaningtyas, M.Si

NIP. 132 258 053

NIP. 132 258 052

Dipertahankan didepan TIM Penguji Skripsi pada : Hari

: Selasa

Tanggal

: 15 Juli 2008

Anggota TIM Penguji : 1. ………………………………

1. Drs. Mudjijono, Ph.D. NIP. 131 570 164

2. ………………………………

2. Saptono Hadi, MSi, Apt NIP. 132 310 096

Disahkan oleh Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret Surakarta

Dekan,

Ketua Jurusan Kimia,

Prof. Drs. Sutarno, MSc, PhD

Drs. Sentot Budi Rahardjo, PhD

NIP. 131 649 948

NIP. 131 570 162

ii

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul ”KONSENTRASI PREKURSOR LOGAM DAN METODE IMPREGNASI PADA PREPARASI NiMo/ZEOLIT Y TERHADAP KARAKTER KATALIS” adalah benar-benar hasil penelitian sendiri dan tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat kerja atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.

Surakarta, Juli 2008

ARI YUSNANI

iii

ABSTRAK

Ari Yusnani. 2008. KONSENTRASI PREKURSOR LOGAM DAN METODE IMPREGNASI PADA PREPARASI NiMo/ZEOLIT Y TERHADAP KARAKTER KATALIS. Skripsi. Jurusan Kimia. Fakultas MIPA. Universitas Sebelas Maret. Telah dipelajari pengaruh konsentrasi prekursor logam Ni (NiO) serta perbandingan efektivitas antara metode koimpregnasi dan impregnasi terpisah pada pengembanan logam Ni (NiO) dan Mo (MoO3) dalam zeolit Y untuk menghasilkan katalis dengan karakter yang baik, untuk melawan katalis impor. Konsentrasi (% b/b) prekursor logam Ni (NiO) yang digunakan 2, 4, 6 dan 8, dengan konsentrasi (% b/b) prekursor logam Mo (MoO3) dibuat tetap yaitu 8. Metode pengembanan dilakukan dengan impregnasi bersama (koimpregnasi) dan impregnasi terpisah dengan urutan pengembanan logam Ni dan Mo yang berbeda. Zeolit Y yang telah diembani logam diaktivasi dengan kalsinasi dengan aliran gas N2 pada suhu 550°C, oksidasi dengan aliran gas O2 pada suhu 400°C dan reduksi dengan aliran gas H2 pada suhu 400°C. Identifikasi dan karakterisasi yang dilakukan meliputi analisis komposisi mineral dengan X-Ray Difraction (XRD), analisis kandungan logam dengan Atomic Absorption Spectroscopy (AAS), analisis keasaman total dengan metode adsorpsi amonia, analisis luas permukaan spesifik dengan metode adsorpsi methylen blue dan analisis luas permukaan spesifik, volume pori total serta rerata jejari pori dengan Surface Area Analyzer (SAA). Hasil penelitian menunjukkan bahwa variasi konsentrasi prekursor logam Ni (NiO) dan cara pengembanan logam Ni dan Mo pada zeolit Y menghasilkan katalis dengan karakter yang berbeda. Konsentrasi (b/b) prekursor logam Ni sebesar 2% mempunyai karakter yang lebih baik daripada konsentrasi yang lain. Cara pengembanan logam Ni dan Mo secara impregnasi terpisah mempunyai karakter yang lebih baik daripada koimpregnasi, serta metode paling efektif adalah dengan mengembankan logam Mo terlebih dahulu baru kemudian diikuti dengan mengembankan logam Ni (MoNi/Zeolit Y). Kata kunci: konsentrasi prekursor, impregnasi, zeolit Y, katalis bimetal

iv

ABSTRACT

Ari Yusnani. 2008. METAL PRECURSOR CONCENTRATION AND IMPREGNATION METHOD ON NiMo/ZEOLITE Y PREPARATION TO CATALYST CHARACTERS. Thesis. Department of Chemistry. Faculty of Mathematics and Natural Sciences. Sebelas Maret University. The effect of concentration precursor toward metal Ni (NiO) and comparation average effectivity between coimpregnation and impregnation method on devices supporting NiMo in zeolite Y had been studied, for producing a better catalyst against import catalyst. Precursor concentrations (% w/w) of metal Ni (NiO) are 2, 4, 6 and 8, while precursor concentration (% w/w) of metal Mo (MoO3) was 8. The support method was conducted by coimpregnation and sequential impregnation with different support sequence metal Ni and Mo. Zeolit Y which has been supported by metal was activated with calcinations flowed with N2 gas at temperature 550°C, oxidated with O2 gas at 400°C and reduced by H2 gas at temperature 400°C. Identification and characterization mineral compositions analysis conducted with X-Ray Diffraction (XRD), metal content analysis with Atomic Absorptions Spectroscopy (AAS), total acidity analysis with ammonia adsorption method, specific surface area analysis with methylen blue adsorption and specific surface area, total pore volume and average pore radius with Surface Area Analyzer (SAA). The results of analysis shows that precursor concentration of metal Ni and the supporting of metal Ni and Mo on zeolit Y produces catalyst with different character. Precursor concentration of metal Ni is 2% w/w which has better character. The supporting metal Ni and Mo by sequential impregnation method has better character than impregnation method. The most effective method is supporting metal Mo first continued with supporting metal Ni (MoNi/Zeolit Y).

Keyword : Precursor concentration, impregnation, zeolit Y, bimetal catalyst

v

MOTTO “Tinta bagi seorang pelajar lebih suci nilainya daripada darah martir.” (Muhammad SAW) ”Karena sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan. Maka apabila kamu telah selesai (urusan dunia), bersungguh-sungguhlah (dalam beribadah). Dan hanya kepada Tuhan-Mu lah kamu berharap.” (QS Al-Insyirah: 5-8) ”Wahai Muhammad, hiduplah sesukamu tapi kau pasti mati. Berbuatlah sekehendakmu tapi kau pasti dibalas. Dan cintailah siapapun yang kau mau tapi engkau pasti berpisah dengannya.” (HR Ath Thabrani)

“I am enough of an artist to draw freely upon my imagination. Imagination is more important than knowledge. Knowledge is limited. Imagination encircles the world.” (Albert Einstein)

”Everyman dies not everyman really lives” (Gibson, Mel, Braveheart)

“To be or not to be!...that is the question.” (shakespeare, William. Hamlet)

“Cogito ergo sum”(Aku berpikir maka aku ada) (Descartes, Rene) “Impian, Cinta dan Kehidupan.” Sederhana, tapi luar biasa... ada dalam diri setiap manusia jika mau meyakininya. vi

Sebaik-baik manusia adalah manusia yang bisa memberi manfaat bagi orang lain. PERSEMBAHAN

Atas kesempatan waktu, kejernihan pikiran kesejukan qolbu, limpahan nikmat yang tiada terhitung, kekuatan, kesabaran, kemudahan, dan hidayah dari Alloh, maka karya kecil ini kupersembahkan kepada: Rabb-ku yang tidak pernah meninggalkanku, Ibu dan Bapak tercinta yang slalu menyayangi dan mendo’akanku, Anis dan Taufik ”Duo My Little Brother” yang selalu mengisi hariku dengan tawa, Mbak Ari always love you boys,

vii

Sahabat-sahabat terbaikku atas kebersamaan dan semangat yang selalu mengalir untukku, Seseorang yang telah Alloh takdirkan untuk menjadi romeoku kelak, Dan semua yang telah mewarnai hidupku... KATA PENGANTAR

Alhamdulillah, puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, karena dengan rahmat, taufik serta hidayah-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Sholawat dan salam senantiasa penulis haturkan kepada Rosululloh SAW sebagai pembimbing dan suri teladan bagi seluruh umat manusia. Skripsi sederhana ini tidak dapat terselesaikan tanpa dukungan dari berbagai pihak yang selama ini telah banyak membantu. Oleh karena itu dengan segala kerendahan hati, penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1. Bapak Prof. Drs. Sutarno, M.Sc, Ph.D selaku Dekan FMIPA UNS. 2. Bapak Sentot Budi Rahardjo, Ph.D. selaku Ketua Jurusan Kimia FMIPA UNS beserta seluruh stafnya. 3. Bapak Dian Maruto Widjonarko, M.Si. selaku Pembimbing I yang telah membimbing dan mengarahkan penulis selama pelaksanaan penelitian dan penyusunan skripsi. 4. Ibu Khoirina Dwi Nugrahaningtyas, M.Si. selaku Pembimbing I yang telah membimbing dan mengarahkan penulis selama pelaksanaan penelitian dan penyusunan skripsi serta yang telah membiayai penelitian ini hingga selesai melalui INSENTIF MOET DASAR MENRISTEK 2007. 5. Bapak Drs. Mudjijono, Ph.D. selaku Pembimbing Akademis yang telah membimbing penulis selama mengikuti pendidikan di Jurusan Kimia FMIPA UNS. 6. Bapak Fajar Rakhman W, Ph.D. selaku Ketua Sub Laboratorium Kimia Pusat UNS beserta seluruh stafnya.

viii

7. Bapak Abu Masykur, M.Si. selaku Ketua Laboratorium Kimia Dasar FMIPA UNS beserta seluruh stafnya Mas Anang dan Mbak Nanik atas bantuannya. 8. Bapak dan Ibu Dosen di Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret, atas ilmu dan pengetahuan yang telah diberikan. 9. Amie dan Janti ”Duo Sahabatku” thanks for being my best friend. 10. Mbak Yuni, thanks for your help and kindness. You are my best sister (Inget lagu kita kan?) 11. Mbak Yani dan Mbak Rihana, thanks for being with me all this year. 12. Saudara-saudaraku Kimia ’03, atas kebersamaan dan bantuannya. 13. Penghuni “Lab Kimia Dasar Atas” : Dom (be a good koordinator ya?, wah berarti kita teman SMP, SMA sampai Kuliah dong!), Mb Anis (you know me, kita gak pernah kehabisan ide diskusi, tetep erobik terus ya?), Mb Lisa (keep your spirit!), Mb Dian, Mb Aish, Mb Risa, Mb Siwi, Mb Murni, Mb Rani, Mb Jamil, Mb Mutia, Mb Nurul (you all are my sister, remember batagor makanan favorit kita di Lab) 14. Semua pihak yang telah membantu, baik secara langsung maupun tidak langsung yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu. Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan dalam penyusunan skripsi ini, namun penulis berharap semoga karya kecil ini bermanfaat bagi kemajuan penelitian bidang kimia dan ilmu pengetahuan. Semoga Allah selalu melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya kepada kita semua, Amin.

Surakarta,

Juni 2008

ARI YUSNANI

ix

DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL ........................................................................

i

HALAMAN PENGESAHAN ............................................................

ii

HALAMAN PERNYATAAN ...........................................................

iii

HALAMAN ABSTRAK ....................................................................

iv

HALAMAN ABSTRACT .................................................................

v

MOTTO ............................................................................................

vi

PERSEMBAHAN ..............................................................................

vii

KATA PENGANTAR .......................................................................

viii

DAFTAR ISI .....................................................................................

x

DAFTAR TABEL .............................................................................

xiv

DAFTAR GAMBAR .........................................................................

xv

DAFTAR LAMPIRAN ......................................................................

xvi

TABEL LAMPIRAN...........................................................................

xvii

GAMBAR LAMPIRAN ......................................................................

xix

BAB I PENDAHULUAN ..................................................................

1

A. Latar Belakang .................................................................

1

B. Perumusan Masalah .........................................................

3

1. Identifikasi Masalah ...................................................

3

2. Batasan Masalah ........................................................

4

3. Rumusan Masalah ......................................................

4

C. Tujuan Penelitian .............................................................

5

D. Manfaat Penelitian ...........................................................

5

x

BAB II LANDASAN TEORI ............................................................

6

A. Tinjauan Pustaka ..............................................................

6

1. Zeolit Y .....................................................................

6

1.1. Struktur .............................................................

6

1.2. Fungsi Zeolit Y dalam Katalis ...........................

12

2. Logam Ni dan Mo Sebagai Katalis .............................

15 Halaman

3. Katalis Logam-Pengemban .........................................

18

a. Metode Pengembanan Logam NiMo pada Zeolit Y ............................................................

18

b. Aktivasi Katalis ................................................

19

c. Katalis Bimetal Ni dan Mo ................................

20

B. Kerangka Pemikiran ........................................................

21

C. Hipotesis ..........................................................................

22

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ...........................................

23

A. Metode Penelitian ............................................................

23

B. Tempat dan Waktu Penelitian ..........................................

23

C. Alat dan Bahan ................................................................

23

D. Prosedur Penelitian ..........................................................

24

1. Preparasi, Identifikasi dan Karakterisasi Zeolit Y .......

24

2. Pembuatan dan Karakterisasi Katalis Bimetal ............

25

a. Metode Koimpregnasi .......................................

25

b. Metode Impregnasi Terpisah...............................

26

1) Pembuatan Katalis NiMo/Zeolit Y ...........

26

2) Pembuatan Katalis MoNi/Zeolit Y ............

27

3. Karakterisasi................................................................

27

a. Penentuan Keasaman ..........................................

27

b. Penentuan Luas Permukaan Spesifik dengan Metode Adsorpsi Methylen Blue......................................

28

E. Teknik Pengumpulan Data ...............................................

29

F. Teknik Analisis Data .......................................................

30

xi

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ..................... 1. Preparasi, Identifikasi dan Karakterisasi Zeolit Y Awal

32 32

a. Preparasi Zeolit Y Awal ..........................................

32

b. Identifikasi Zeolit Y Awal .......................................

33

1). Hasil Analisis Gugus Fungsi dengan FTIR..........

33

2). Kristalinitas dan Komposisi Mineral Zeolit Y .....

36 Halaman

c. Karakterisasi Zeolit Y Awal......................................

37

1). Analisis Keasaman Total ....................................

37

2). Analisis Luas Permukaan Spesifik ......................

38

3). Analisis Kandungan Logam ................................

40

2. Katalis Bimetal .............................................................

40

a. Metode Koimpregnasi .............................................

42

1). Kandungan Logam Ni dan Mo Katalis Hasil Sintesis secara Koimpregnasi..............................

44

2). Keasaman Total Katalis Hasil Sintesis secara Koimpregnasi ....................................................

45

3). Luas Permukaan Spesifik Katalis Hasil Sintesis secara Koimpregnasi...........................................

46

b. Metode Impregnasi Terpisah dengan Pengembanan Logam Ni diawal .....................................................

47

1). Kandungan Logam Ni dan Mo Hasil Sintesis Impregnasi Terpisah dengan Logam Ni diawal ..

47

2). Keasaman Total Katalis Hasil Sintesis Impregnasi Terpisah dengan Logam Ni diawal ...

49

3). Luas Permukaan Spesifik Hasil Sintesis Impregnasi Terpisah dengan Logam Ni diawal ...

50

c. Metode Impregnasi Terpisah dengan Pengembanan Logam Mo diawal ....................................................

51

1). Kandungan Logam Ni dan Mo Hasil Sintesis Impregnasi Terpisah dengan Logam Mo diawal . xii

53

2). Keasaman Total Katalis Hasil Sintesis Impregnasi Terpisah dengan Logam Mo diawal..

54

3). Luas Permukaan Spesifik Hasil Sintesis Impregnasi Terpisah dengan Logam Mo diawal..

55

3. Perbandingan Metode Koimpregnasi dan Impregnasi Terpisah ........................................................................

56 Halaman

a. Perbandingan Kandungan Logam Ni dan Mo .........

56

b. Perbandingan Keasaman Total..................................

57

c. Perbandingan Luas Permukaan Spesifik....................

58

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .............................................

64

A. Kesimpulan ......................................................................

64

B. Saran ...............................................................................

64

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................

65

LAMPIRAN ......................................................................................

68

xiii

DAFTAR TABEL Halaman Tabel 1. Frekuensi IR Beberapa Gugus-Gugus Fungsi .....................

11

Tabel 2. Keasaman Total Sampel NH4-Zeolit Y dan H-Zeolit Y ........

37

Tabel 3. Luas Permukaan, Volume Pori dan Rerata Jejari Pori NH4-Zeolit Y dan H-Zeolit Y ..............................................

38

Tabel 4. Kandungan Logam Si, Logam Al, Logam Ni dan Logam Mo dalam H-Zeolit Y.................................................................

39

Tabel 5. Komposisi Mineral Katalis Hasil Koimpregnasi ..................

42

Tabel 6. Kandungan Logam Ni dan Mo Katalis Hasil Koimpregnasi .

43

Tabel 7. Keasaman Total Katalis Hasil Koimpregnasi .......................

44

Tabel 8. Luas Permukaan Spesifik Katalis Hasil Koimpregnasi .........

45

Tabel 9. Komposisi Mineral Sampel Katalis Hasil Metode Impregnasi Terpisah dengan Logam Ni diawal ....................

47

Tabel 10. Kandungan Logam Ni dan Mo Katalis Hasil Impregnasi Terpisah dengan Logam Ni diawal........................................

48

Tabel 11. Keasaman Total Katalis Hasil Impregnasi Terpisah dengan Logam Ni diawal ......................................................

49

Tabel 12. Luas Permukaan Spesifik Katalis Hasil Impregnasi Terpisah dengan Logam Ni diawal .....................................................

50

Tabel 13. Komposisi Mineral Sampel Katalis Hasil Metode Impregnasi Terpisah dengan Logam Mo diawal .....................................

52

Tabel 14. Kandungan Logam Ni dan Mo Katalis Hasil Impregnasi Terpisah dengan Logam Mo diawal ...................................... Tabel 15. Keasaman Total Katalis Hasil Impregnasi Terpisah xiv

52

dengan Logam Mo diawal.....................................................

53

Tabel 16. Luas Permukaan Spesifik Katalis Hasil Impregnasi Terpisah dengan Logam Mo diawal.....................................................

54

Tabel 17. Hasil Analisis Luas Permukaan Spesifik (S), Volume Pori Total (V) dan Rerata Jejari Pori (R) menggunakan alat SAA ................

59

DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 1. Struktur Zeolit Y dengan Pembukaan Cincin-12 ..............

6

Gambar 2. Unit Pembangun Primer Zeolit ........................................

7

Gambar 3. Unit Pembangun Sekunder Zeolit ....................................

7

Gambar 4. Diagram Unit Struktur Dasar dan Mode Kombinasi Zeolit A, X dan Y ............................................................

8

Gambar 5. Bentuk Na-Zeolit Y ........................................................

9

Gambar 6. Bentuk Ca-Zeolit Y .........................................................

9

Gambar 7. Bentuk H-Zeolit Y ...........................................................

14

Gambar 8. Pembentukan Situs Lewis ................................................

14

Gambar 9. Situs Lewis Sebenarnya ...................................................

14

Gambar 10. Rangkaian Alat Kalsinasi, Oksidasi dan Reduksi ..............

26

Gambar 11. Perbandingan Serapan FTIR dari Sampel: (a) NH4-Zeolit Y (b) H-Zeolit Y ..................................................................

33

Gambar 12. Perbandingan Difraktogram: (a) NH4-Zeolit Y (b) H-Zeolit Y ..................................................................

35

Gambar 13. Difraktogram H-Zeolit Y, NiMo8%/Zeolit Y, NiMo6%/ Zeolit Y, NiMo4%/Zeolit Y dan NiMo2%/Zeolit Y ..........

41

Gambar 14. Perbandingan Difraktogram H-Zeolit Y dengan Katalis Impregnasi Terpisah Ni diawal ........................................

46

Gambar 15. Perbandingan Difraktogram H-Zeolit Y dengan Katalis Impregnasi Terpisah Mo diawal ........................................ Gambar 16. Histogram Jumlah Logam Total (Ni+Mo) yang Teremban

xv

51

dalam Katalis....................................................................

55

Gambar 17. Histogram Peningkatan Keasaman Total Katalis ..............

56

Gambar 18. Histogram Perubahan Luas Permukaan Spesifik ...............

58

Gambar 19. Akumulasi Logam Ni dan Mo pada Mulut Pori dan Saluran Pori Katalis ..........................................................

60

Gambar 20. Distribusi Logam Ni dan Mo yang Merata pada Permukaan Katalis ............................................................

61

DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran 1. Perhitungan Persentase Kandungan Mineral dalam Sampel Berdasarkan Difraktogram XRD .........................

68

Lampiran 2. Kondisi Operasi X-Ray Diffraction Katalis.......................

69

Lampiran 3. Perhitungan Keasaman Total Sampel ...............................

70

Lampiran 4. Data Hasil Analisis Kandungan Logam dengan AAS ........

71

xvi

TABEL LAMPIRAN Halaman Tabel Lampiran 1. Identifikasi Puncak Spektra FT-IR dari NH4-Zeolit Y Awal...............................................

72

Tabel Lampiran 2. Hasil Identifikasi Gugus Fungsi H-Zeolit Y .........

73

Tabel Lampiran 3. Pola Difraksi dan Intensitas Puncak-Puncak Katalis NH4-Zeolit Y yang sesuai dengan Standar............

74

Tabel Lampiran 4. Pola Difraksi dan Intensitas Puncak-Puncak Katalis H-Zeolit Y yang sesuai dengan Standar...............

76

Tabel Lampiran 5. Pola Difraksi dan Intensitas Puncak-Puncak Katalis NiMo2%/Zeolit Y yang sesuai dengan Standar ...

78

Tabel Lampiran 6. Pola Difraksi dan Intensitas Puncak-Puncak Katalis NiMo4%/Zeolit Y yang sesuai dengan Standar ...

80

Tabel Lampiran 7. Pola Difraksi dan Intensitas Puncak-Puncak Katalis NiMo6%/Zeolit Y yang sesuai dengan Standar ...

82

Tabel Lampiran 8. Pola Difraksi dan Intensitas Puncak-Puncak Katalis NiMo8%/Zeolit Y yang sesuai dengan Standar ...

84

Tabel Lampiran 9. Pola Difraksi dan Intensitas Puncak-Puncak Katalis Ni2%Mo/Zeolit Y yang sesuai dengan Standar ...

86

Tabel Lampiran 10. Pola Difraksi dan Intensitas Puncak-Puncak Katalis Ni4%Mo/Zeolit Y sesuai Standar

......................

88

Tabel Lampiran 11. Pola Difraksi dan Intensitas Puncak-Puncak Katalis Ni6%Mo/Zeolit Y sesuai Standar

......................

Tabel Lampiran 12. Pola Difraksi dan Intensitas Puncak-Puncak Katalis xvii

90

Ni8%Mo/Zeolit Y yang sesuai dengan Standar ..

92

Tabel Lampiran 13. Pola Difraksi dan Intensitas Puncak-Puncak Katalis MoNi 2%/Zeolit Y yang sesuai dengan Standar ..

94

Tabel Lampiran 14. Pola Difraksi dan Intensitas Puncak-Puncak Katalis MoNi4%/Zeolit Y yang sesuai dengan Standar ...

96

Tabel Lampiran 15. Pola Difraksi dan Intensitas Puncak-Puncak Katalis MoNi6%/Zeolit Y yang sesuai dengan Standar ..

98 Halaman

Tabel Lampiran 16. Pola Difraksi dan Intensitas Puncak-Puncak Katalis MoNi 8%/Zeolit Y sesuai Standar ......................

xviii

100

GAMBAR LAMPIRAN Halaman Gambar Lampiran 1. Hasil Pengukuran Luas Permukaan NH4-Zeolit Y

102

Gambar Lampiran 2. Hasil Pengukuran Volume Pori dan Rerata Jejari Pori NH4-Zeolit Y

.......................................

103

Gambar Lampiran 3. Hasil Pengukuran Luas Permukaan H-Zeolit Y .

104

Gambar Lampiran 4. Hasil Pengukuran Volume Pori dan Rerata Jejari Pori H-Zeolit Y................................................

105

Gambar Lampiran 5. Hasil Pengukuran Luas Permukaan NiMo 2%/Zeolit Y............................................

106

Gambar Lampiran 6. Hasil Pengukuran Volume Pori dan Rerata Jejari Pori NiMo 2%/Zeolit Y....................................

107

Gambar Lampiran 7. Hasil Pengukuran Luas Permukaan Ni2%Mo/Zeolit Y.............................................

108

Gambar Lampiran 8. Hasil Pengukuran Volume Pori dan Rerata Jejari Pori Ni2%Mo/Zeolit Y ....................................

109

Gambar Lampiran 9. Hasil Pengukuran Luas Permukaan MoNi2%/Zeolit Y ...........................................

110

Gambar Lampiran 10. Hasil Pengukuran Volume Pori dan Rerata Jejari Pori MoNi2%/Zeolit Y .......................... Gambar Lampiran 11. Standar JCPDS Powder Diffraction File Faujasit

111 112

Gambar Lampiran 12. Standar JCPDS Powder Diffraction File Faujasit-Na ....................................................... Gambar Lampiran 13. Standar JCPDS Powder Diffraction File Zeolit Y xix

114 117

Gambar Lampiran 14. Standar JCPDS Powder Diffraction File Logam Mo

119

Gambar Lampiran 15. Standar JCPDS Powder Diffraction File Logam Ni

120

Gambar Lampiran 16. Standar JCPDS Powder Diffraction File MoNi

122

Gambar Lampiran 17. Standar JCPDS Powder Diffraction File NiMoO4

122

Gambar Lampiran 18. Spektra Inframerah NH4-Zeolit Y

123

Gambar Lampiran 19. Spektra Inframerah NH4-Zeolit Y

124

Gambar Lampiran 20. Spektra Inframerah H-Zeolit Y

125

xx

BAB 1 PENDAHULUAN A. Latar Belakang Pemenuhan energi untuk keberlanjutan pembangunan ekonomi secara global umumnya bersumber pada minyak bumi, mencapai 33%, sedangkan batubara mencapai 23%, gas mencapai 20%, hidroelektrik mencapai 6%, nuklir mencapai 7%, dan biomassa mencapai 12% (Armor, 2000). Di Indonesia, konsumsi bahan bakar minyak (BBM) 1,15 juta barel per hari, kemampuan produksi hanya 950.000 barel per hari, meskipun cadangan minyak bumi sekitar 9,7 miliar barel, namun hanya 4,7 miliar barel yang merupakan cadangan terbukti. Akibatnya, cadangan minyak bumi diperkirakan akan habis sekitar 15 tahun lagi, bila tidak ada eksplorasi baru. Untuk mengatasi masalah terbatasnya pemenuhan energi oleh minyak bumi tersebut, sintesis sumber energi alternatif menjadi sebuah prioritas (Mubarak, 2007). Sumber energi alternatif tersebut dapat diperoleh dengan mengolah bahan yang mengandung senyawa hidrokarbon fraksi berat, seperti limbah plastik dan ban bekas, menjadi senyawa hidrokarbon yang lebih ringan, sehingga mempunyai nilai guna dan ekonomi yang lebih tinggi (Mukhamad, 1999). Pengolahan hidrokarbon fraksi berat menjadi hidrokarbon fraksi ringan dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu perengkahan termal dan katalisis. Perengkahan secara termal, dilihat dari segi ekonominya, kurang ekonomis dibanding perengkahan secara katalisis, karena harus dilakukan pada suhu dan tekanan yang tinggi. Perengkahan secara katalisis, akan memberikan hasil yang besar disebabkan suhu dan tekanan yang lebih rendah (Gates, 1992). Proses pengolahan sumber energi alternatif bertujuan menekan biaya produksi dan dampak lingkungan seminimal mungkin (Inui, 1999). Namun, katalis untuk mempercepat terjadinya proses reaksi dan penghematan biaya maupun waktu di berbagai industri sebagian besar masih diimpor (Trisunaryanti dan Cahyono, 2002). Hal ini memunculkan pemikiran dan penelitian tentang

1

2

pembuatan katalis multifungsi untuk mengurangi ketergantungan terhadap katalis impor. Katalis yang ekonomis dan ramah lingkungan tetapi efektif dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti aktivitas, stabilitas, sensitifitas terhadap perubahan panas, dan mudah diregenerasi, yang dapat dipenuhi oleh katalis sistem logampengemban. Pengemban yang banyak dikembangkan pada saat ini adalah zeolit, selain silika, alumina dan karbon (Anderson and Boundart, 1981). Salah satu jenis zeolit sebagai bahan pengemban katalis yang mampu meningkatkan kinerja dari katalis yaitu zeolit Y. Zeolit Y merupakan mineral alumina silikat terhidrasi yang mengandung kation alkali dan alkali tanah yang dapat dipertukarkan dengan kation lain sehingga zeolit Y mempunyai sifat-sifat yang memungkinkan untuk dimodifikasi menjadi katalis maupun sebagai padatan pengemban logam aktif. Zeolit Y berfungsi sebagai pengemban logam-logam transisi antara lain logam Ni (nikel) dan logam Mo (molibdenum) (Li, D.; Xu, Huifang; George D.G., Jr., 1999) yang mempunyai aktivitas dan selektivitas yang tinggi tetapi tidak terdeaktivasi (Imelik, 1985). Oleh karena itu, penggunaan zeolit Y sebagai katalis dalam industri pengolahan minyak bumi di seluruh dunia diperkirakan mampu menghemat biaya produksi sebesar US $ 10 Miliar tiap tahunnya (Weitkamp, 2000 dalam Arryanto, 2006). Mengacu pada peneliti sebelumnya yang telah berhasil membuktikan bahwa logam Ni dan Mo merupakan logam dengan sifat hidrogenasi dan dehidrogenasi serta hidrodesulfurisasi yang cukup tinggi, sedangkan zeolit Y adalah padatan asam dengan tingkat keasaman yang cukup tinggi, maka pengembanan logam Ni dan Mo pada zeolit Y diperkirakan akan diperoleh kombinasi situs asamhidrogenasi dan dehidrogenasi serta hidrodesulfurisasi yang dapat meningkatkan efektivitas katalitik zeolit Y. Gabungan dua logam dapat memberikan efek sinergis, yaitu katalis NiMo/Zeolit Y yang terbukti mampu memberikan efek sinergis dalam proses hidrorengkah dan hidrodesulfurisasi (Li, D.; Xu, Huifang; George D.G., Jr., 1999). Gabungan efek sinergis logam NiMo didukung oleh pengemban zeolit Y diperkirakan dapat diperoleh katalis dengan aktivitas hidrorengkah dan hidrodesulfurisasi yang tinggi.

3

B. Perumusan Masalah 1.

Identifikasi Masalah

Penelitian tentang penggunaan paduan logam transisi telah banyak dilakukan, diantaranya oleh Li, D.; Xu, Huifang; George D.G., Jr., (1999) yang mengembankan Ni dan Mo ke dalam zeolit Y ultrastabil, Na-zeolit Y, modernit, dan ZSM-5 untuk katalis hydrotreatment. Hasil penelitian menunjukkan bahwa katalis Ni-Mo/ultrastabil zeolit Y mempunyai aktivitas hidrodesulfurisasi (HDS) dibenzothiophene yang tinggi. Namun, pada penelitian tersebut Li hanya menggunakan satu rasio konsentrasi prekursor logam Ni dan Mo, yaitu masingmasing 2 % dan 8 %. Di sisi lain kenaikan jumlah logam Pd dapat meningkatkan keasaman katalis Ni-Pd/zeolit alam, sehingga diharapkan dengan kenaikan keasaman katalis, reaktan yang teradsorpsi pada permukaan menjadi lebih banyak dan kecepatan reaksi dapat meningkat seperti ditunjukkan oleh penelitian yang telah dilakukan Trisunaryanti dkk (2000). Oleh karena itu, perlu dilakukan sintesis untuk mengetahui pengaruh konsentrasi prekursor terhadap karakter katalis dengan menggunakan variasi konsentrasi logam Ni dan konsentrasi logam Mo tetap. Peningkatan konsentrasi logam Ni diharapkan dapat meningkatkan karakter dan aktivitas katalis NiMo/Zeolit Y, sehingga teridentifikasi masalah mengenai pengaruh penambahan konsentrasi larutan prekursor logam Ni terhadap karakter katalis. Penempatan komponen aktif logam ke dalam pengemban pada dasarnya dilakukan dengan metode pertukaran ion, yaitu komponen logam dimasukkan ke dalam bahan pengemban dengan proses pertukaran ion dengan senyawa kation kompleks kemudian di cuci dengan air bebas ion untuk menghilangkan semua garam, dan metode impregnasi. Metode impregnasi tersebut dilakukan dengan memasukkan katalis logam secara paksa ke dalam rongga-rongga pengemban (Anderson and Boundart, 1981), dan merupakan prosedur yang umum untuk membuat katalis dengan dua logam (bimetal). Pembuatan katalis bimetal dapat dilakukan dengan memasukkan kedua garam logam secara bersama-sama (koimpregnasi), atau secara terpisah (impregnasi terpisah) (Augustine, 1996).

4

Preparasi katalis bimetal dengan pengemban zeolit alam aktif dengan metode impregnasi terpisah yang dilakukan oleh Maryani (2005) mempunyai efektivitas yang lebih baik daripada katalis dengan metode koimpregnasi. Selain itu, pada pembuatan katalis dengan metode impregnasi terpisah katalis MoNi/ZA mempunyai efektivitas lebih baik daripada katalis NiMo/ZA. Oleh karena itu teridentifikasi masalah berikutnya yaitu apakah urutan pengembanan logam Ni (NiO) dan Mo (MoO3) pada zeolit Y dengan metode impregnasi terpisah akan mempengaruhi karakter katalis yang dihasilkan.

2.

Batasan Masalah

Ruang lingkup penelitian ini dibatasi sebagai berikut : a. Zeolit Y yang digunakan merupakan zeolit sintesis dari Tosoh, Jepang. b. Logam Ni dalam bentuk NiO dan Mo dalam bentuk MoO3 yang diembankan pada bahan pendukung dalam bentuk bimetal (gabungan dari dua logam). c. Konsentrasi logam Mo (MoO3) yang digunakan tetap yaitu 8 % b/b, sedangkan variasi konsetrasi logam Ni (NiO) yang digunakan antara 2 % b/b sampai 8 % b/b. d. Metode pengembanan logam dilakukan dengan metode impregnasi, yaitu impregnasi bersama (koimpregnasi) dan impregnasi terpisah.

3.

Rumusan Masalah

Masalah dalam penelitian ini dapat dirumuskan sebagai berikut: a. Berapakah rasio optimum konsentrasi prekursor logam Ni dan logam Mo yang diembankan dalam Zeolit Y? b. Apakah perbedaan metode pengembanan logam secara koimpregnasi dan impregnasi terpisah mempengaruhi karakter katalis yang diperoleh? c. Apakah urutan pengembanan logam Ni dan Mo pada impregnasi terpisah berpengaruh terhadap karakter katalis?

5

C. Tujuan Penelitian Tujuan utama penelitian ini adalah untuk meningkatkan kualitas dan efektivitas katalis logam-pengemban NiMo/Zeolit Y yang meliputi: kandungan logam Ni dan Mo, keasaman total, luas permukaan, volume pori total, dan rerata jejari pori. Secara khusus penelitian ini ditujukan untuk: a. Menentukan konsentrasi prekursor optimum pada pengembanan logam Ni dan Mo pada Zeolit Y. b. Membandingkan metode pengembanan logam Ni dan Mo secara koimpregnasi dan impregnasi terpisah. c. Menentukan urutan pengembanan logam Ni dan Mo pada impregnasi terpisah terhadap karakter katalis.

D. Manfaat Penelitian Dari hasil penelitian ini dapat diambil manfaat sebagai berikut : a. Memberikan informasi tentang pembuatan katalis multifungsi kompleks NiMo/Zeolit Y yang efisien. b. Secara praktis, diharapkan memperoleh katalis bimetal NiMo/Zeolit Y sebagai katalis multifungsi sehingga membantu kalangan industri dalam pemenuhan katalis yang lebih efektif.

6

BAB II LANDASAN TEORI

A. Tinjauan Pustaka Pada sub bab ini akan diuraikan pustaka yang mendukung penelitian. Pustaka ini berupa uraian teori-teori atau penelitian tentang faktor-faktor yang mempengaruhi efektivitas sintesis katalis dari bahan zeolit Y yang diembani logam nikel (Ni) dan molibdenum (Mo) yang telah dilakukan sebelumnya dan mendasari penelitian yang dilakukan.

1. Zeolit Y 1.1. Struktur Zeolit Y dilihat dari struktur asalnya, merupakan salah satu jenis zeolit yang tersusun atas sangkar-sangkar sodalit yang disatukan melalui perluasan cincin-6 dan bergabung melalui bidang heksagonal, seperti ditunjukkan pada Gambar 1. Struktur dalam sangkar besar berdiameter 1,3 nm, mempunyai tetrahedral setiap pembukaan cincin-12. Diameter cincin-12 berukuran 0,74 nm, yang memungkinkan molekul yang lebih besar masuk dalam sangkar. Unit substruktur dasar sangkar sodalit tersebut dibentuk dengan kombinasi beberapa bujur sangkar dan beberapa heksagonal. Polihedral-polihedral dapat mengandung lebih dari 24 tetrahedral.

Gambar 1. Struktur Zeolit Y dengan Pembukaan Cincin-12 (Augustine, 1996) 6

7

Unit struktur zeolit yang merupakan penyusun zeolit Y adalah gabungan dari banyak unit bangun sekunder dan unit bangun polihedral. Unit Pembangun Sekunder (UPS) tersebut dapat dibentuk dari Unit Pembangun Primer (UPP). Unit pembangun primer merupakan unit terkecil dalam struktur zeolit yang berupa tetrahedral TO4 dengan T merupakan Si4+ atau Al3+ seperti ditunjukkan pada Gambar 2. Dalam zeolit Y rasio Si/Al antara 2 dan 5 (Augustine, 1996).

Gambar 2. Unit Pembangun Primer Zeolit (UPP); (a) Model kerangka. (b) Model ruang, (c) Model bola tongkat, (d) Model bola. Sedangkan Unit Pembangun Sekunder ditunjukkan pada Gambar 3.

Gambar 3. Unit Pembangun Sekunder Zeolit (UPS) Empat tetrahedral berhubungan membentuk bujur sangkar (atom T pada pusat) dan enam tetrahedral akan membentuk heksagonal. Empat UPP bergabung menjadi ring 4 bujur sangkar, 6 UPP membentuk ring 6, 8 UPP membentuk ring 8. Bentuk 4-4 adalah hasil penggabungan 4 buah ring 4, 6-6 adalah gabungan 6 buah ring dan seterusnya, sedangkan 5-1 adalah gabungan satu ring dan satu UPP dan seterusnya. Zeolit tipe Y juga terjadi dengan penghubung sangkar sodalit dapat digambarkan seperti disajikan pada Gambar 4 (Chambellan, 1984).

8

Gambar 4. Diagram Unit Struktur Dasar dan Mode Kombinasi Zeolit A, X dan Y. Zeolit Y merupakan kristal mineral alumino-silikat yang terbentuk dari koordinasi polihedral [SiO4]4- dan [AlO4]5- dengan sistem kerangka terbuka dengan rongga-rongga dan pori-porinya ditempati oleh kation dan molekul air. Kerangka tersusun dari ion silikon mempunyai muatan 4+ yang dinetralkan oleh empat oksigen tetrahedral yang mengelilinginya sehingga tetrahedral dari silika bermuatan netral. Adanya tetrahedral alumina yang mempunyai muatan 1-, karena ion aluminium yang bermuatan 3+ berikatan dengan empat ion oksigen, sehingga ikatan dengan kation dari logam alkali atau alkali tanah terjadi pada tetrahedral alumina (Gates, 1992). Molekul air yang menempati kerangka zeolit Y dapat dihilangkan dan kation dalam zeolit Y dapat dipertukarkan. Jumlah molekul air menunjukkan jumlah pori-pori atau volume ruang hampa yang terbentuk saat unit sel kristal tersebut dipanaskan, sedangkan jumlah kation dapat ditentukan oleh jumlah tetrahedral [AlO4]5- di dalam kerangka. Kation dalam zeolit Y berfungsi untuk menetralkan muatan negatif pada kerangka oksigen yang disebabkan oleh substitusi Al3+ ke Si4+ (Dyer, 1988), seperti ditunjukkan pada Gambar 5 dan Gambar 6.

9

Gambar 5. Bentuk Na-Zeolit Y (Gates, 1992)

Gambar 6. Bentuk Ca-Zeolit Y (Gates, 1992) Struktur porus (pori-pori mikro) dan dimensi tiga zeolit Y memungkinkan zeolit Y menyerap bahan lain yang ukuran molekulnya lebih kecil dari pori mikronya, sehingga dapat dimanfaatkan sebagai penyerap (adsorben). Di sisi lain adanya rongga-rongga yang terisi ion-ion logam (kation) seperti kalium dan natrium menyebabkan zeolit Y dapat digunakan sebagai penukar ion dan saringan molekuler. Struktur zeolit Y juga memiliki sifat asam Brönsted dan asam Lewis, sehingga zeolit Y dapat digunakan sebagai pengemban logam katalis. Logam dapat menempel pada seluruh permukaan zeolit Y, baik permukaan luar maupun yang di dalam pori (Syarifah, 2000). Struktur zeolit Y tersebut dapat diketahui dengan beberapa instrumen, antara lain Difraksi sinar-X (XRD). Metode XRD ini memberikan informasi mengenai perubahan parameter kisi suatu kristal untuk mengetahui karakter zeolit Y baik secara kuantitatif maupun kualitatif, sehingga dapat memberikan gambaran ratarata struktur sampel. Perubahan panjang kerangka mempengaruhi posisi puncak dalam difaktogram, misalnya penggantian ikatan Al-O (1,69 Å) dengan ikatan yang lebih pendek Si-O (1,61 Å) menyebabkan unit sel mengkerut. Hal ini akan menurunkan nilai d dan menggeser puncak difraksi ke arah 2θ yang lebih tinggi (Hamdan, 1992: 32-33). Pola difraktogram yang dihasilkan baik secara kuantitatif maupun kualitatif dapat dianalisis dengan menggunakan standar dari JCPDS (Join Committe on

10

Powder Diffraction Standarts). Analisis kualitatif zeolit Y dilakukan dengan membandingkan sudut 2θ atau d (basal spacing) dengan data standar JCPDS. Difraktogram zeolit Y menunjukkan adanya puncak-puncak yang bersesuaian dengan jarak d dalam mineral faujasit, faujasit-Na dan Zeolit Y. Analisis kuantitatif dilakukan dengan cara membandingkan intensitas relatif (I/I1) puncakpuncak difraksi mineral faujasit, faujasit-Na dan Zeolit Y dengan intensitas sampel total zeolit Y. Data standar JCPDS mineral faujasit, faujasit-Na dan zeolit Y secara berurutan disajikan pada Gambar Lampiran 11, 12 dan 13. Zeolit Y mempunyai gugus fungsional yang dapat diketahui dengan instrumen FTIR. Analisis zeolit Y dengan Spektroskopi IR dilakukan pada daerah bilangan 300-1300 cm-1, karena pada daerah tersebut frekuensi vibrasi zeolit Y memberikan informasi mengenai komposisi dan cara setiap tetrahedral SiO4 dan AlO4 terikat satu sama lain. Analisis zeolit Y dengan spektra IR juga memberikan informasi mengenai komposisi Si/Al kerangka, perubahan stuktur selama dekomposisi termal serta pergerakan kation selama dehidrasi dan dehidrosilasi (Flanigen, E. M., 1991). Zeolit Y pada spektra IR terdiri dari dua jenis vibrasi yaitu vibrasi internal, yang terkait dengan vibrasi SiO4 dan AlO4 sebagai unit pembangun kerangka zeolit Y dan vibrasi eksternal, yang terkait dengan ikatan-ikatan eksternal antar tetrahedral. Sedangkan daerah vibrasi zeolit Y dibagi menjadi lima daerah utama, yang masing-masing terkait dengan jenis yang spesifik dari vibrasi. a) Rentangan Asimetri (900-1250 cm-1) Rentangan daerah ini berhubungan dengan rentangan asimetri O-Si-O dan O-Al-O. Rentangan asimetri internal dari unit bangun primer memberikan pita serapan kuat 1020 cm-1. Puncak yang lebar pada 1100 cm-1 disebabkan rentangan asimetri eksternal yang disebabkan ikatan antar tetrahedral. b) Rentangan Simetri (680-850 cm -1) Rentang daerah ini berhubungan dengan rentang O-Si-O dan O-Al-O. Vibrasi eksternal pada 700-780 cm-1 pita ini sangat lemah, model rentangan simetri sensitif terhadap perubahan komposisi Si-Al kerangka zeolit Y. Frekuensi

11

akan bergeser ke arah yang lebih rendah dengan meningkatnya jumlah atom tetrahedral alumunium. Walaupun spektrum IR suatu molekul poli atom sangat rumit untuk dianalisis dalam setiap absorbsi, gugus fungsional untuk suatu molekul tampak pada daerah-daerah yang cukup spesifik. Pada Tabel 1 dapat dilihat nilai serapan frekuensi IR dari beberapa gugus fungsi. Tabel 1. Frekuensi IR beberapa gugus-gugus fungsi (±15 cm-1) No

Gugus fungsi

Frekuensi cm-

Jenis Vibrasi

Keterangan

1

1

-NH2 (amina primer)

2 3 4 5

-NH (amina skunder) -Si-O-Si -Si-O-Si -O-H

3400-3500 1560-1640 700-850 3310-3450 1030-1140 450 3600-3650 3200-3500 1180-1260

Ulur N-H Tekuk N-H Tekuk N-H Ulur N-H Ulur Si-O-Si Tekuk Si-O-Si Ulur O-H Ulur O-H Ulur C-O

2 serapan duplet 1 serapan Asimetri Keluar bidang monomer fenol

(Silverstein, 1984: 128-134) Besarnya logam katalis yang teremban dalam pengemban zeolit Y dapat dianalisis dengan menggunakan Atomic Absorption Spectroscopy (AAS). Jumlah logam yang dapat diukur dengan AAS ini kurang lebih 60 logam termasuk logam alkali dan alkali tanah. Metode ini memerlukan waktu yang cepat untuk melakukan percobaan (Hendayana, 1994). Zeolit Y mempunyai kandungan logam Si dan Al. Di samping itu terdapat molekul air dan ion-ion yang dapat dipertukarkan seperti Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Ba2+, Sr2+ dan Fe3+. Selain itu unsurunsur yang ditentukan dengan AAS yaitu kandungan logam Ni dan Mo yang terdapat dalam katalis. Setiap unsur logam yang dideteksi menggunakan AAS mempunyai kondisi optimum yang berbeda-beda. Keasaman merupakan salah satu karakter penting dari suatu padatan yang berfungsi sebagai katalis dalam proses katalitik (Bekkum, et al., 1991). Penentuan keasaman padatan atau katalis dapat dilakukan secara gravimetri yaitu dengan menimbang padatan sebelum dan sesudah mengadsorpsi basa. Basa yang sering

12

digunakan sebagai zat teradsorpsi adalah quinolin, piridin, piperidin, trimetilamin, n-butilamin, pirol, dan amonia. Menurut hasil penelitian yang dilakukan oleh Yin dkk (1999) melaporkan bahwa NH3 dapat digunakan sebagai molekul uji keasaman suatu padatan, dimana basa organik teradsorpsi pada padatan yang terjadi melalui transfer pasangan elektron dari molekul adsorbat ke situs asam Lewis (Satterfield, 1980). Jumlah basa yang teradsopsi secara kimia pada permukaan padatan merupakan jumlah gugus aktif pada permukaan padatan tersebut (Trisunaryanti, 1986). Jumlah basa yang teradsorpsi secara kimia pada permukaan padatan menunjukkan banyaknya gugus asam aktif pada permukaan padatan. Analisis luas permukaan spesifik, volume total pori dan rerata jari pori dilakukan dengan metode yang dikembangkan oleh Brunauer, Emmet dan Teller (BET) didasarkan pada fenomena adsorpsi gas lapis tipis tunggal yang berlangsung pada temperatur tetap (Augustine, 1996). Instrumen yang digunakan adalah Surface Area Analyzer NOVA-1000. Penentuan luas permukaan spesifik juga dapat ditentukan dengan metode adsorpsi methylen blue. Luas permukaan spesifik ditentukan oleh banyaknya methylen blue yang dapat diserap oleh katalis, pengukurannya dengan menggunakan absorbansi yang diperoleh setelah methylen blue diadsorp oleh katalis pada kurun waktu tertentu. 1.2. Fungsi Zeolit Y Dalam Katalis Fungsi zeolit Y dalam katalis didasarkan pada komposisi zeolit Y, struktur zeolit Y dan zeolit Y sebagai katalis perengkah (Oudejans, 1984). 1) Komposisi Zeolit Y Komposisi zeolit Y akan mempengaruhi kemampuan dan stabilitasnya dalam reaksi katalisis. Zeolit Y merupakan zeolit bersilika tinggi dengan rasio Si/Al antara 2 sampai 5. Kenaikan rasio Si/Al pada zeolit Y akan mempengaruhi: a) Stabilitas zeolit Y pada temperatur yang tinggi dan lingkungan yang reaktif, seperti kenaikan keasaman. b) Perubahan medan elektrostatik dalam zeolit Y yang mempengaruhi interaksi adsorptif dengan molekul lain.

13

c) Kekuatan asam pada sisi asam Brönsted akan bertambah dengan naiknya rasio Si/Al. Kenaikan kekuatan asam ini disebabkan oleh posisi –Al-O-H yang lebih terisolasi pada zeolit Y yang berasio Si/Al lebih tinggi. 2) Struktur Zeolit Y Secara umum sistem rongga zeolit Y terdiri dari: a) Saluran ke berbagai arah yang saling berhubungan. b) Lubang atau rongga yang saling dihubungkan oleh celah oksigan. Kedua sistem rongga tersebut mempengaruhi sifat adsorpsi zeolit Y terhadap reaktan, keadaan transisi maupun produk katalitik. Faktor geometrik umumnya dikatakan sebagai faktor utama yang mempengaruhi selektivitas bentuk molekul dalam zeolit Y (Syarifah, 2000). 3) Zeolit Y Sebagai Katalis Perengkahan Penggunaan zeolit Y yang pertama pada tahun 1959, yaitu ketika zeolit Y digunakan oleh Union Karbida. Penggunaan zeolit Y sebagai promotor untuk perengkahan minyak yaitu produksi minyak dari minyak mentah, sangat meningkatkan hasil daya guna dan penghematan baik waktu maupun biaya. Beberapa karakter penting dari zeolit Y yang dapat menjadikannya sebagai katalis perengkah yang mempunyai aktivitas dan selektifitas tinggi adalah sebagai berikut: a) Mempunyai Situs Asam Aktif Zeolit Y digunakan secara industri sebagai katalis perengkah didasarkan situs asam Brönsted. Situs asam Brönsted yang berasal dari gugus hidroksil dalam struktur pori zeolit Y menentukan aktivitas zeolit Y sebagai katalis. Gugus hidroksil biasanya dibentuk dengan pertukaran dengan ammonium atau kation polivalen diikuti dengan kalsinasi (Dyer, 1988). Mekanisme pembentukan asam Brönsted melalui pertukaran dengan ammonium atau ion polivalen adalah sebagai berikut : Pertukaran dengan ion ammonium :

14

NaZeolit Y(s) + NH4+(aq)

NH4-Zeolit Y(s) + Na+(aq)

Kalsinasi NH4-Zeolit Y(s)

NH3(g) + H-Zeolit Y(s)

Pertukaran dengan ion polivalen : NaZeolit Y(s) + M(H2O)n+(aq)

M(H2O)n+Zeolit Y(s) + n Na+(aq)

kalsinasi n+

M(H2O) Zeolit Y(s)

MOH(n - 1)(s) + H-Zeolit Y(s)

Bentuk terprotonasi dari H-Zeolit Y mengandung gugus hidroksil dimana proton berhubungan dengan muatan negatif kerangka oksigen dalam tetrahedral alumina, seperti disajikan pada Gambar 7.

Gambar 7. Bentuk H-Zeolit Y (Gates, 1992) Gugus Lewis terjadi melalui proses dehidroksilasi dari dua gugus hidroksi akibat pemanasan pada temperatur tinggi, di atas 550°C (Dyer, 1988), seperti disajikan pada Gambar 8.

Gambar 8. Pembentukan situs Lewis (Dyer, 1988). Situs Lewis tersebut belum stabil, karena masih adanya uap air dan dapat distabilkan dengan mengeluarkan Al dari kerangka membentuk situs Lewis sebenarnya, seperti disajikan pada Gambar 9.

15

Gambar 9. Situs Lewis Sebenarnya (Dyer, 1988) b) Mempunyai selektivitas yang tinggi untuk menghasilkan produk. Katalis zeolit Y mempunyai selektivitas yang tinggi untuk menghasilkan produk fraksi bensin (gasolin) dari perengkahan fraksi berat minyak bumi. c) Mempunyai struktur kristal yang sangat teratur, ukuran pori yang seragam mengakibatkan hanya molekul reaktan dengan ukuran yang lebih kecil dari ukuran tertentu dapat bereaksi. d) Mempunyai kestabilan panas yang tinggi Zeolit Y mempunyai kestabilan panas yang tinggi, menghasilkan sedikit karbon, sehingga mudah diregenerasi kembali dan mempunyai umur pakai yang panjang. Beberapa riset telah menunjukkan penggunaan zeolit sebagai pengemban logam transisi. Trisunaryanti dkk (2000) telah melakukan penelitian terhadap zeolit alam dari Tasik Malaya dan Bayah. Zeolit alam tersebut digunakan sebagai pengemban nikel dalam reaksi hidrorengkahan n-heksadekana dan diperoleh konversi tertinggi sebesar 71 %. Penelitian lain dilakukan oleh Nugrahaningtyas (2001), Windarti (2001) dan Nugrahaningtyas (2002) untuk katalis Cr/zeolit alam Wonosari yang memberikan hasil bahwa katalis tersebut dapat digunakan untuk proses perengkahan (cracking) minyak bumi, biofuel maupun tir batubara menjai fraksi bensin. Zeolit Y sebagai katalis mempunyai keunggulan karena struktur kristal yang sangat teratur, ukuran pori yang seragam dan adanya gugus hidroksil yang sangat asam yang merupakan situs aktif dalam katalisis. Penggunaan zeolit Y sebagai katalis perengkahan mempunyai beberapa keuntungan antara lain, aktivitas katalis yang tinggi, mampu menghasilkan bensin lebih banyak dan lebih stabil pada suhu yang tinggi. Pengaruh suhu terhadap kestabilan zeolit alam dan zeolit alam aktif asal Wonosari telah dipelajari oleh Wibowo (2004). Hasil penelitian menunjukkan bahwa zeolit alam dan zeolit alam aktif stabil sampai suhu 800°C dan pada suhu 500°C memberikan aktivitas yang paling baik (Maryani, 2005). Peningkatan daya guna zeolit khususnya zeolit Y dapat dilakukan salah satunya sebagai pengemban katalis logam yang banyak dibutuhkan oleh kalangan industri.

16

2. Logam Ni dan Mo Sebagai Katalis Logam-logam Ni dan Mo di dalam reaksi katalisis mempunyai salah satu fungsi penting untuk mengatomkan atau mengaktifkan molekul-molekul diatomik atau poliatomik dan kemudian memberikan atom-atom atau molekul-molekul aktif tersebut ke molekul reaktan yang lain. Kemampuan logam Ni dan Mo dalam mengkatalisis reaksi sangat berkaitan dengan keberadaan elekton pada orbital d yang berbaur dengan keadaan elektronik orbital s dan p yang terdekat, sehingga timbul keadaan elektronik berenergi rendah dalam jumlah yang besar dan orbital kosong yang sangat ideal untuk reaksi katalis. Situs-situs yang memiliki keadaan elektronik degenerasi dalam jumlah yang besar adalah situs-situs paling aktif dalam pemutusan dan pembentukan ikatan. Keadaan elektronik seperti ini mempunyai muatan, konfigurasi dan spin yang fluktuatif dan hal ini terjadi pada situs-situs logam dengan bilangan koordinasi yang besar (Hegedus, 1987). Logam Nikel (Ni) merupakan logam transisi golongan VIIIB pada Sistem Periodik Unsur (SPU), dengan orbital 3d yang belum penuh. Karena distribusi elektron pada orbital-orbital atom nikel harus mengikuti aturan Hund, maka terdapat elektron yang tidak berpasangan dalam orbital d. Berdasarkan sifat-sifat logam nikel tersebut, sehingga sebagai komponen aktif sistem katalis, nikel sangat efektif dalam menjamin keberhasilan reaksi katalitik. Penggunaan secara luas sebagai katalis hidrorengkah pada temperatur dan tekanan rendah membuat nikel menjadi salah satu dari beberapa katalis yang biasa digunakan (Augustine, 1996). Logam Ni dalam sistem periodik unsur mempunyai nomor atom 28 dan mempunyai elektron terluar pada orbital d dengan kofigurasi elektron [Ar] 3d8 4s2. Logam nikel mudah membentuk ikatan kovalen koordinat, maka pembentukan intermediet pada permukaan katalis menjadi lebih mudah. Logam nikel mempunyai valensi dua membentuk dua macam bentuk kompleks utama. Umumnya adalah kompleks spin bebas (ion atom orbital terluar) logam dengan ligan H2O dan NH3 membentuk kompleks seperti Ni(H2O)62+ dan Ni(NH3)66+.

17

Pada kenyataannya Ni(NH3)66+ biasanya dibuat dengan mereaksikan Ni(NO3)2.6H2O dengan persamaan: Ni(NO3)2.6H2O

+

6NH4OH

→

Ni(NH3)62+(NO3)2

+ 12H2O

Fenomena seperti ini terjadi karena kemampuan komponen aktif logam pada permukaan katalis untuk mengadsorpsi reaktan yang telah terdifusi pada permukaan katalis. Kemampuan mengadsorpsi ini berkaitan dengan adanya karakteristik orbital d yang memiliki elektron tidak berpasangan atau orbital yang belum penuh. Pada mekanisme reaksi yang menggunakan katalis padatan, terjadi adsorpsi molekul-molekul reaktan pada permukaan padatan logam yang memiliki elektron yang tidak berpasangan pada orbital d merupakan dasar yang tepat dalam aksi katalitik permukaan logam (Champbell, 1988). Penempatan komponen aktif logam ke dalam sistem pori pengemban dengan menggunakan garam-garam logamnya, seperti garam klorida, sulfat, nitrat atau oksalat, dan untuk logam nikel biasanya digunakan garam nitratnya yaitu Ni(NO3)2.6H2O. Selain logam nikel, logam transisi lainya yang biasa digunakan sebagai katalis adalah Molibdenum (Mo). Mo merupakan unsur transisi golongan VIB. Mo merupakan logam yang relatif inert atau sedikit bereaksi dengan larutan asam dan alkali. Logam ini memiliki titik leleh 2610°C dengan tingkat oksidasi -2, -1, 0, 1, 2, 3, 4, 5 dan 6. Molibdenum mempunyai konfigurasi elektron [Kr] 4d5 5s1. Konfigurasi elektron logam molibdenum menunjukkan adanya orbital 4d setengah penuh sehingga terdapat elektron-elektron yang belum berpasangan. Pengembanan logam molibdenum ke dalam sistem pori pengemban biasanya menggunakan garam amoniumnya yaitu (NH4)6Mo7O24.4H2O (Li, D.; Xu, Huifang; George D.G., Jr., 1999). Molibdenum yang digunakan dalam reaksi katalitik, umumnya digunakan dalam bentuk logam murni, atau dikombinasikan dengan logam lain dan pengemban. Kombinasi logam yang sering digunakan dalam preparasi katalis adalah dengan nikel. Logam-logam transisi (Ni dan Mo) sangat aktif untuk katalisis, tetapi dalam keadaan murni diperlukan biaya yang sangat tinggi untuk mendapatkan luas

18

permukaan dan volume yang besar. Cara yang mudah untuk mendapatkan katalis yang mempunyai luas permukaan komponen aktif yang luas dan mudah dalam pemakaiannya adalah dengan mendispersikan komponen aktif pada pengemban. Cara ini dapat menghasilkan katalis dengan efisiensi yang tinggi, luas permukaan spesifik logam maksimum, menaikkan stabilitas termal sehingga waktu hidup katalis menjadi lebih lama dan menghasilkan katalis yang mudah diregenerasi (Triyono, 1994). Pemilihan pengemban merupakan langkah awal yang sangat penting dalam proses pembuatan katalis logam-pengemban. Pengemban akan menentukan luas permukaan, porositas, stabilitas, aktivitas dan selektivitas katalis (Triyono, 1994).

3. Katalis Logam-Pengemban a. Metode Pengembanan Logam Ni dan Mo pada Zeolit Y Ada beberapa macam metode preparasi untuk menempatkan komponen aktif logam Ni dan Mo ke dalam pengemban Zeolit Y. Moss mengelompokkan metode preparasi menjadi 4 macam yaitu metode impregnasi -yaitu memasukkan katalis logam secara paksa ke dalam rongga-rongga pengemban-, pertukaran ion, kopresipitasi, dan deposisi (Anderson, 1976). Dari keempat metode tersebut yang paling umum digunakan adalah impregnasi. Beberapa penelitian telah mempelajari penggunaan metode pengembanan logam Ni dan Mo ke dalam pengemban zeolit, salah satunya oleh Maryani (2005) yang telah melakukan penelitian tentang perbandingan efektivitas metode koimpregnasi dengan metode impregnasi terpisah. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pada pembuatan katalis bimetal dengan metode impregnasi terpisah mempunyai efektivitas yang lebih baik daripada pembuatan katalis dengan metode koimpregnasi. Impregnasi merupakan prosedur yang umum untuk membuat katalis dengan dua logam pengemban (bimetal). Katalis bimetal dapat dibuat dengan cara kedua garam logam dimasukkan dalam waktu yang sama (koimpregnasi) atau dengan cara garam logam pertama dimasukkan kemudian diikuti garam logam kedua

19

(impregnasi terpisah). Dalam koimpregnasi, letak dan sifat logam dalam pengemban tergantung pada jenis garam prekursor yang digunakan dan kecenderungan untuk membentuk paduan dua komponen (Augustin, 1996). Sedangkan dalam impregnasi terpisah diharapkan logam dapat terdispersi secara merata karena tidak adanya kompetisi antara logam untuk masuk dalam pengemban. b. Aktivasi Katalis Tahap aktivasi yang meliputi pengeringan, kalsinasi, oksidasi, dan reduksi digunakan untuk meratakan distribusi logam dalam pengembanan. Pengeringan bertujuan untuk menghilangkan pelarut yang digunakan dengan perlakuan termal. Kalsinasi merupakan perlakuan panas pada suhu yang relatif tinggi di dalam furnace (Hamdan, 1992). Kalsinasi bertujuan untuk menghilangkan pengotorpengotor organik, menguraikan senyawa logam serta memperbesar struktur permukaan pengemban. Kalsinasi mempengaruhi mobilitas logam dalam pengemban dan interaksi antar logam dan pengemban. Aliran gas inert seperti gas nitrogen diperlukan untuk memperoleh mobilitas logam yang merata di setiap struktur permukaan katalis. Menurut Augustine (1996), kalsinasi yang dilakukan sebelum reduksi akan memberikan logam yang lebih terdispersi daripada direduksi secara langsung. Oksidasi bertujuan untuk merubah garam prekursor yamg mungkin masih tersisa pada proses kalsinasi diubah menjadi bentuk oksida. Oksidasi juga diperlukan agar komponen aktif logam membentuk oksida sehungga terdistribusi lebih baik dalam pengembanan. Proses oksidasi dilakukan menggunakan aliran gas oksigen pada temperatur dan waktu tertentu. Reduksi merupakan proses aktivasi yang terakhir dengan menggunakan gas hidrogen pada temperatur 400-600°C, untuk mengubah senyawa logam atau oksidanya menjadi logam (bilangan oksidasi = 0) sebagai situs asam Lewis. Reduksi diperlukan karena senyawa logam yang terdapat dalam pengembanan merupakan oksida yang terbentuk dari garam logam selama tahap kalsinasi atau berupa garam itu sendiri. Proses reduksi berlangsung seperti pada reaksi berikut:

20

MO(s)

+

H2(g)

→

M(s)

+

H2O

Dimana: M = Logam (Augustine, 1996) c. Katalis Bimetal Ni dan Mo Sistem bimetal (dua logam) yang diembankan pada suatu bahan pengemban, biasanya berupa paduan logam atau senyawa interlogam dari dua logam aktif katalitik atau salah satu diantaranya. Hasil sintesis katalis bimetal dimungkinkan akan terjadi salah satu dari dua bentuk yaitu alloy atau cluster bimetal. Terbentuknya alloy atau cluster bimetal tergantung pada kekuatan interaksi antara kedua logam. Kedua logam yang berinteraksi cukup kuat akan membentuk alloy, sedangkan kedua logam yang tidak berinteraksi akan membentuk cluster bimetal. Atom-atom kedua logam dalam cluster bimetal terdistribusi sangat baik pada pengemban (Anderson and Boundart, 1981). Katalis campuran logam dapat menunjukkan reaktivitas dan selektivitas yang lebih besar daripada katalis logam tersebut digunakan sendiri-sendiri. Kehadiran logam kedua mempunyai pengaruh yang kuat pada aktivitas reaksi. Terdapat hasil penelitian yang menunjukkan bahwa aktivitas maksimal yang dapat dicapai oleh katalis bimetal lebih tinggi dari pada katalis monometal, antara lain adalah penelitian oleh Siswodiharjo (2006) menunjukkan bahwa katalis bimetal NiMo/Zeolit alam aktif memiliki efektivitas katalis yang lebih baik daripada katalis monometalnya Ni/Zeolit dan Mo/Zeolit pada reaksi hidrorengkah terhadap parafin. Penggabungan kedua logam memberikan efek sinergis dan mempunyai aktivitas hidrodesulfurisasi yang tinggi, hal tersebut ditunjukkan adanya penelitian yang telah dilakukan oleh Li dkk (1999) tentang aktivitas katalitik sulfida Ni-Mo dengan variasi pengemban ultra stable Y zeolit (USY), NaY zeolit, modernit dan ZSM-5. Katalis Ni-Mo/zeolit tersebut digunakan untuk proses hidrodesulfurisasi. Efektivitas katalis yang tertinggi dihasilkan oleh katalis NiMo/USY. Aktivitas katalitik katalis sulfida Ni(Co)Mo/zeolit juga telah dipelajari untuk beberapa reaksi antara lain hidrorengkah n-heptana, alkana dan n-dekana. Di samping itu

21

juga untuk hidrodesulfurisasi thiophena, etil benzena dan hidrogenasi benzena. Efek sinergis diperoleh untuk rasio Ni/(Ni+Mo) sekitar 0,4-0,5.

B.

Kerangka Pemikiran

Zeolit Y mempunyai sifat-sifat kimia penting yaitu memiliki stabilitas termal dan tingkat dispersi yang tinggi serta mampu menstabilkan logam untuk membentuk katalis bifungsional, yang mempunyai situs yang bersifat asam sekaligus logam yang mampu memberikan aktivitas hidrogenasi. Kemampuan zeolit Y sebagai pengemban logam Ni dan Mo untuk menghasilkan katalis logampengemban bimetal terhadap karakter katalis dipengaruhi oleh jumlah katalis, ukuran katalis, temperatur sistem, gas yang digunakan, tekanan dan konsentrasi berat logam teremban. Konsentrasi logam prekursor yang terlalu kecil menyebabkan logam yang teremban sedikit, namun konsentrasi yang terlalu besar menyebabkan jumlah logam di sekitar pori pengemban melimpah (bulk), sehingga akan menyebabkan terjadinya penumpukan logam. Oleh karena itu pada penelitian ini dilakukan variasi konsentrasi prekursor logam Ni dengan logam Mo tetap untuk mengetahui rasio konsentrasi prekursor logam Ni dan Mo pada zeolit Y. Efek sinergis diperoleh untuk rasio Ni/(Ni+Mo) sekitar 0,4-0,5. Pengembanan logam Ni dan Mo pada zeolit Y dapat dilakukan dengan metode koimpregnasi dan impregnasi terpisah. Pengembanan logam Ni dan Mo dengan metode koimpregnasi memungkinkan terjadinya kompetisi antara prekursor Ni dan prekursor Mo ketika masuk ke dalam pori zeolit Y, akibatnya jumlah logam yang teremban pada zeolit Y lebih sedikit dan tidak terdispersi secara merata. Akan tetapi, pengembanan logam Ni dan Mo dengan metode impregnasi terpisah memungkinkan tidak terjadinya kompetisi antara prekursor Ni dan prekursor Mo dan logam yang teremban pada zeolit Y dapat terdispersi secara merata, sehingga karakter katalis yang dihasilkan lebih baik daripada katalis yang dibuat dengan metode koimpregnasi. Perbedaan urutan pengembanan logam Ni dan Mo pada zeolit Y juga dapat menghasilkan katalis dengan karakter yang berbeda. Hal tersebut dipengaruhi oleh ukuran logam Ni dan logam Mo yang

22

diembankan dalam zeolit Y. Logam Ni dan Mo yang teremban pada zeolit Y dalam bentuk oksidanya yaitu NiO dan MoO3, sehingga oksida MoO3 mempunyai ukuran yang lebih besar daripada oksida NiO. Pengembanan dengan menempatkan prekursor Mo dalam zeolit Y lebih dulu akan menghasilkan jumlah logam Ni dan Mo lebih banyak daripada pengembanan dengan menempatkan prekursor lebih dulu. Hal tersebut karena logam Ni (NiO) yang berukuran lebih kecil bila diembankan diakhir dapat masuk melalui celah-celah antara logam Mo (MoO3), sehingga kemungkinan terjadi sintering (penumpukan) logam relatif kecil.

C.

Hipotesis

Dari kerangka pemikiran dan masalah yang ada, maka dapat diambil hipotesis penelitian sebagai berikut: 1. Konsentrasi prekursor logam Ni (NiO) dan logam Mo (MoO3) yang diembankan pada zeolit Y akan mencapai optimum pada rasio antara 2% (b/b) sampai 8% (b/b). 2. Metode penggembanan logam Ni dan Mo secara impregnasi terpisah lebih efektif daripada metode koimpregnasi. 3. Urutan pengembanan logam Mo terlebih dahulu dikuti logam Ni mempunyai karakter yang paling baik.

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

A. Metode Penelitian Metode penelitian yang digunakan adalah metode eksperimen di laboratorium. Eksperimen dilakukan dalam tiga tahap. Tahap I meliputi preparasi, identifikasi, dan karakterisasi zeolit Y awal. Tahap II adalah sintesis katalis dengan metode koimpregnasi, yaitu pembuatan katalis bimetal dengan mengembankan logam Ni (NiO) dan Mo (MoO3) secara bersama-sama pada H-Zeolit Y yang diperoleh pada tahap I. Tahap III adalah sintesis katalis dengan metode

impregnasi

terpisah,

yaitu

pembuatan

katalis

bimetal

dengan

mengembankan logam Ni (NiO) dan Mo (MoO3) pada H-Zeolit Y yang diperoleh pada tahap I secara berurutan dengan variasi urutan pengembanan logam Ni (NiO) dan Mo (MoO3). Prosedur yang dilakukan pada ketiga tahap tersebut mengacu pada penelitian Li, dkk (1999) dan penelitian Maryani (2005). Karakterisasi katalis meliputi: kandungan logam Ni (NiO) dan Mo (MoO3), keasaman total, luas permukaan, dan kandungan mineral, sebagai data penunjang digunakan analisis Spektroskopi Inframerah, Surface Area Analyzer (SAA) untuk identifikasi zeolit Y awal. B. Tempat dan Waktu Penelitian Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Pusat MIPA UNS Sub Laboratorium Kimia dan Laboratorium Kimia Dasar MIPA UNS, yang dilakukan mulai bulan Februari sampai Oktober 2007. C. Alat dan Bahan 1. Alat Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah : a. Seperangkat alat refluks b. Neraca analitik Sartorius A6 Gottingen c. Furnace type KB 62 C frame 60 A d. Desikator 23

24

e. Cawan Porselin f. Oven Yamato model DPA.30 g. Spatula h. Termometer 100°C i.

Termocouple

j.

Pengukur laju alir gas (flowmeter)

k. Seperangkat alat gelas l.

Pemanas listrik

m. Reaktor kalsinasi, oksidasi dan reduksi n. Surface Area Analyzer (SAA) NOVA Ver 20 o. X-Ray Diffractometer (XRD)-6000 3 kW Shimadzu p. Spektrofotometer FTIR Shimidzu 8201 PC q. Spectrophotometer r. Atomic Absorption Spectroscopy (AAS) 2. Bahan Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah : a. Akuades (Sub Lab Biologi Lingkungan UNS) b. NH4-Zeolit Y yang berasal dari Tosoh Corporation, Jepang c. Amonium heptamolybdat tetrahidrat [(NH4)6Mo7O24.4H2O] p.a E. Merck. d. Nickel (II) nitrat hexahidrat [Ni(NO3)2.6H2O] p.a E. Merck. e. NH3 p.a E. Merck. f. Kertas saring Whatman 42 g. Gas N2, O2, H2 dari PT Samator, Surabaya h. Glasswool D. Prosedur Penelitian 1. Preparasi, Identifikasi dan Karakterisasi NH4-Zeolit Y Sampel yang digunakan dalam penelitian ini adalah NH4-Zeolit Y yang berasal dari Tosoh Corporation, Jepang. Preparasi dilakukan dengan tujuan untuk mengubah sampel NH4-zeolit Y menjadi H-zeolit Y melalui proses kalsinasi,

25

yaitu dengan memanaskan NH4-zeolit Y pada temperatur 550°C selama 1 jam di dalam furnace dan dilanjutkan dengan identifikasi dan karakterisasi. Karakterisasi dilakukan dengan X-Ray Diffraction (XRD), Fourier Transform Infra Red (FTIR), Atomic Absorption Spectrocopy (AAS), metode sorpsi amonia, metode sorpsi methylen blue dan Surface Area Analyzer (SAA).

2. Pembuatan dan Karakterisasi Katalis Bimetal a. Metode Koimpregnasi H-Zeolit Y sebanyak 10 gram direndam dalam larutan nikel (II) nitrat hexahidrat [Ni(NO3)2.6H2O] dengan variasi konsentrasi masing-masing 2%, 4%, 6% dan 8% (b/b) dan larutan garam ammonium heptamolybdat tetrahidrat [(NH4)6Mo7O24.4H2O] dengan konsentrasi masing-masing sama yaitu 8% (b/b), dengan volume akuades 15 ml dan volume ammonia 6 ml, sehingga volume total 21 ml. Sampel tersebut direfluks pada temperatur 60°C selama 2 jam. Sampel kemudian disaring dan residu dikeringkan menggunakan vacum evaporatory pada tekanan 72 mbarr dan temperatur 85°C sampai sampel kering dan menjadi serbuk. Sampel serbuk yang telah kering tersebut kemudian dikalsinasi dengan dialiri gas N2 pada temperatur 550°C selama 3 jam, dengan rangkaian reaktor ditunjukkan pada Gambar 10. Hasil kalsinasi dioksidasi dengan dialiri gas O2 pada temperatur 400°C selama 2 jam, kemudian direduksi dengan dialiri gas H2 pada temperatur 400°C selama 2 jam. Rangkaian reaktor oksidasi maupun reduksi sama dengan rangkaian reaktor kalsinasi hanya merubah gas yang digunakan. Katalis yang dihasilkan pada tahap ini disebut NiMo 2%/Zeolit Y (konsentrasi logam Ni2% (b/b) dan Mo8% (b/b)), NiMo 4%/Zeolit Y (konsentrasi logam Ni4% (b/b) dan Mo8% (b/b)), NiMo 6%/Zeolit Y (konsentrasi logam Ni6% (b/b) dan Mo8% (b/b)) dan NiMo 8%/Zeolit Y (konsentrasi Ni8% (b/b) dan Mo8% (b/b)). Katalis yang dihasilkan tersebut kemudian dikarakterisasi dengan X-Ray Diffraction (XRD), Atomic Absorption Spectrocopy (AAS), metode sorpsi amonia, dan metode sorpsi methylen blue, (khusus untuk AAS dilakukan hanya untuk tiga katalis yang optimum).

26

b. Metode Impregnasi Terpisah 1. Pembuatan Katalis NiMo/Zeolit Y H-Zeolit Y sebanyak 10 gram direndam dalam 10 ml larutan Nikel (II) Nitrat hexahidrat [Ni(NO3)2.6H2O], dengan variasi konsentrasi masing-masing 2%, 4%, 6% dan 8% (b/b) dan ditambahkan dengan 3 ml ammonia, direfluks pada temperatur 60°C selama 2 jam. Setelah 2 jam, sampel ditambah dengan 5 ml larutan garam ammonium heptamolybdat tetrahidrat [(NH4)6Mo7O24.4H2O] dengan konsentrasi masing-masing sama yaitu 2%, kemudian direfluks pada temperatur 60°C selama 2 jam. Sampel kemudian disaring dan residu dikeringkan menggunakan vacum evaporatory pada tekanan 72 mbarr dan temperatur 85°C sampai sampel kering dan menjadi serbuk. Sampel serbuk yang telah kering tersebut kemudian dikalsinasi dengan dialiri gas N2 pada temperatur 550°C selama 3 jam, dengan rangkaian reaktor disajikan pada Gambar 10. Hasil kalsinasi dioksidasi dengan dialiri gas O2 pada temperatur 400°C selama 2 jam, kemudian direduksi dengan dialiri gas H2 pada temperatur 400°C selama 2 jam. Rangkaian reaktor oksidasi maupun reduksi sama dengan rangkaian reaktor kalsinasi hanya merubah gas yang digunakan. Katalis yang dihasilkan pada tahap ini disebut Ni2%Mo/Zeolit Y (konsentrasi logam Ni2% dan Mo8%), Ni4%Mo/ Zeolit Y (konsentrasi logam Ni4% (b/b) dan Mo8% (b/b)), Ni6%Mo/Zeolit Y (konsentrasi logam Ni6% (b/b) dan Mo8% (b/b)) dan Ni8%Mo/Zeolit Y (konsentrasi logam Ni8% (b/b) dan Mo8% (b/b)). Keterangan gambar: 4

4

1. Tabung gas 2

2. Regulator gas

2 5

5

3. Flowmeter 3

1

1

4. Reaktor

kalsinasi,

3

oksidasi dan reduksi

1

5. Furnace 6

6

6. Regulator listrik

Gambar 10. Rangkaian Alat Kalsinasi, Oksidasi dan Reduksi

27

2. Pembuatan Katalis MoNi/Zeolit Y Prosedur pembuatan katalis MoNi/Zeolit Y dan karakterisasinya dilakukan seperti pembuatan katalis NiMo/Zeolit Y (D.2.b.1.) dengan urutan perendaman ke dalam larutan garam ammonium heptamolybdat tetrahidrat [(NH4)6Mo7O24.4H2O] terlebih dahulu kemudian ke dalam larutan nikel (II) nitrat hexahidrat [Ni(NO3)2.6H2O]. Katalis yang dihasilkan pada tahap ini disebut MoNi2%/Zeolit Y (konsentrasi logam Ni2% (b/b) dan Mo8% (b/b)), MoNi4%/Zeolit Y (konsentrasi logam Ni4% (b/b) dan Mo8% (b/b)), MoNi6%/Zeolit Y (konsentrasi logam Ni6% (b/b) dan Mo8% (b/b)) dan MoNi8%/Zeolit Y (konsentrasi Ni8% (b/b) dan Mo8% (b/b)).

3. Karakterisasi a. Penentuan Keasaman Keasaman katalis ditentukan dengan metode gravimetri yaitu dengan cara adsorpsi gas ammonia pada permukaan katalis. Katalis dengan berat 0,25 g diletakkan dalam cawan krus yang sebelumnya telah diketahui beratnya, selanjutnya dipanaskan dalam oven pada temperatur 115°C selama 1 jam. Katalis didinginkan sebentar dalam desikator pada temperatur kamar, kemudian ditimbang lagi untuk mengetahui berat katalis sebenarnya (tanpa air). Cawan krus yang berisi katalis diletakan dalam desikator yang dilengkapi dengan kran dan lubang pada tutupnya. Selanjutnya pada desikator tersebut divakum dan dialiri dengan gas amonia sampai jenuh serta dibiarkan selama 24 jam. Cawan krus dikeluarkan dan diletakkan dalam desikator yang lain. Katalis ditimbang dan amonia yang terserap oleh katalis dapat dihitung dengan rumus: Keasaman =

(W3 − W2 )x1000 BM NH 3 x(W2 − W1 )

Keterengan: W1

(mmol / g )

= Berat krus kosong setelah dipanaskan (gram)

W2

= Berat krus berisi sampel setelah dipanaskan (gram)

W3

= Berat krus berisi sampel setelah adsorpsi amonia (gram)

BMNH3

= Massa molekul NH3 (gram/mol)

28

b. Penentuan Luas Permukaan Spesifik Metode Adsorpsi Methylen Blue 1. Penentuan Panjang Gelombang Maksimum Methylen Blue Larutan methylen blue 5,5 ppm diukur pada panjang gelombang 600-680 nm dengan interval panjang gelombang 10 nm. Panjang gelombang yang memberikan serapan maksimum merupakan panjang gelombang maksimum. 2. Penentuan Waktu Setimbang 10 ml larutan methylen blue 100 ppm dimasukkan ke dalam 0,25 g sampel katalis, selanjutnya dishaker dengan variasi waktu 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, dan 60 menit. Campuran disaring dan filtrat diukur absorbansinya pada panjang gelombang maksimum. Ditentukan waktu setimbang yaitu waktu penyerapan methylen blue cenderung stabil. 3. Pembuatan Kurva Standar Seri larutan standar methylen blue dibuat dengan konsentrasi 0,01; 0,03; 0,05; 0,07; 0,09; 0,1; 0,15 ppm, kemudian dibuat kurva hubungan antara konsentrasi dengan absorbansi. 4. Penentuan Luas Permukaan 10 ml larutan methylen blue 100 ppm dimasukkan ke dalam 0,25 g sampel katalis. Kemudian dishaker selama waktu setimbang dan disaring. Filtratnya diukur absorbansinya dengan spektrokopi UV Vis pada panjang gelombang maksimum. Luas permukaan dihitung dengan rumus: S=

X m xNxA (m2 / g ) M

Keterengan: S = Luas permukaan spesifik (m2/g) Xm= Metylen blue yang terserap oleh 1 g adsorben (g/g) A = Luas permukaan 1 molekul metylen blue (197,2 x 10 -20 m2) N = Bilangan Avogadro (6,02 x 1023 molekul/mol) M= Massa molekul metylen blue (373,9 g/mol)

29

E. Teknik Pengumpulan Data Dalam rangka mencapai tujuan penelitian maka dilakukan identifikasi dan karakterisasi terhadap masing-masing sampel sehingga didapatkan data yang diperlukan. Identifikasi dan karakterisasi dilakukan terhadap sampel zeolit Y awal dan sampel katalis NiMo/Zeolit Y untuk setiap variasi konsentrasi prekursor dan metode pengembanan. Identifikasi zeolit Y dilakukan dengan X-Ray Difraction (XRD), Atomic Absorption Spectroscopy (AAS) dan Fourier Transform Infra Red (FTIR). Analisis difraktogram XRD digunakan untuk mengetahui pola difraksi dengan puncak-puncak 2θ pada zeolit Y. Analisis XRD juga digunakan untuk mengetahui kandungan mineral zeolit Y yang didukung dengan data AAS. Analisis luas permukaan spesifik, volume pori total, rerata jejari pori dengan Surface Area Analyzer (SAA). Jenis gugus fungsi penyusun kerangka zeolit Y dan perubahannya selama proses perlakuan awal (pretreatment) dilakukan dengan pembacaan spektogram yang berupa puncak-puncak pita absorbansi dengan bilangan gelombang tertentu diperoleh dengan analisis FTIR. Keasaman total zeolit Y dianalisis dengan metode adsorpsi uap amonia serta luas permukaan dengan adsorpsi methylen blue. Data kualitatif dan kuantitatif katalis hasil preparasi diperoleh dari eksperimen. Data kualitatif diperoleh dari karakterisasi menggunakan X-Ray Difraction (XRD), Atomic Absorption Spectroscopy (AAS) dan metode adsorpsi uap amonia. Data analisis XRD diperoleh dengan pembacaan difraktogram yang berupa suatu pola difraksi dengan puncak-puncak pada 2θ tertentu sehingga diketahui jarak antara kisi kristal (d) yang sesuai dengan Hukum Bragg. Kandungan logam dalam katalis diperoleh dari analisis AAS yang berupa data porsentase logam dalam katalis. Keasaman katalis diperoleh dari analisis dengan metode adsorpsi uap amonia. Analisis ini dilakukan dengan pengukuran basa amonia yang mampu diserap oleh situs asam yang terdapat pada katalis. Data kuantitatif untuk mengetahui luas permukaan spesifik katalis dapat diperoleh dengan analisis menggunakan metode adsorpsi methylen blue. Analisis ini dilakukan dengan pengukuran absorbansi filtrat dengan menggunakan

30

spektrofotometer UV-Vis pada panjang gelombang maksimum. Hasil pembacaan absorbansi filtrat dikonversikan ke dalam konsentrasi zat warna methylen blue sisa (akhir) dengan menggunakan kurva standar zat warna methylen blue sehingga dapat dihitung zat warna yang teradsorpsi oleh katalis sebagai konsentrasi (ppm).

F. Teknik Analisis Data Berdasarkan data yang diperoleh pada karakterisasi zeolit Y awal dan katalis dapat dilakukan analisis sebagai berikut: 1. Data intensitas pada sudut 2θ dan harga d hasil analisis dengan XRD dibandingkan dengan standar JCPDS faujasit, faujasit-Na dan zeolit Y sehingga dapat diketahui komposisi mineral penyusun katalis. Persentase komposisi mineral penyusun katalis dihitung dengan membandingkan intensitas relatif puncak-puncak difraksi mineral katalis dengan intensitas relatif total katalis. Hipotesis dapat tercapai jika data hasil analisis dengan XRD menunjukkan bahwa katalis tidak mengalami kerusakan struktur kristalinitas dari sampel awal. 2. Data persentase berat kandungan logam Ni dan Mo hasil analisis dengan AAS digunakan untuk mengetahui kenaikan persentase berat logam Ni dan Mo dari zeolit Y awal dengan zeolit Y setelah diembani dengan logam Ni dan Mo. Hipotesis dapat tercapai jika kandungan logam yang teremban pada katalis meningkat, hal tersebut menunjukkan bahwa logam Ni dan Mo dapat teremban pada zeolit Y dengan metode pengembanan secara koimpregnasi dan impregnasi terpisah. Metode pengembanan yang menghasilkan katalis dengan kandungan logam terbanyak merupakan metode yang paling efektif. 3. Data luas permukaan spesifik zeolit Y awal dan katalis NiMo/Zeolit Y hasil analisis dengan metode adsorpsi methylen blue dapat digunakan untuk mengetahui pengaruh pengembanan logam Ni dan Mo pada luas permukaan zeolit Y. Katalis dengan rasio logam Ni antara 2% b/b sampai 8% b/b yang mengalami peningkatan luas permukaan spesifik paling besar diprediksikan mempunyai karakter yang paling baik.

31

4. Data keasaman total dari hasil perhitungan secara gravimetri yaitu dengan metode gas ammonia untuk mengetahui pengaruh pengembanan logam Ni dan Mo terhadap keasaman katalis. Katalis yang mempunyai harga keasaman tertinggi menunjukkan bahwa katalis tersebut mempunyai aktivitas yang paling baik. 5. Data pita-pita serapan pada bilangan gelombang tertentu hasil analisis FTIR dibandingkan dengan referensi sehingga dapat diketahui gugus-gugus fungsi yang terdapat dalam zeolit Y awal dan setelah aktivasi dengan kalsinasi.

32

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

Pada penelitian ini, tujuan yang telah ditetapkan dapat dicapai melalui beberapa tahapan antara lain: preparasi, identifikasi dan karakterisasi zeolit Y awal, sintesis katalis NiMo/Zeolit Y dengan metode koimpregnasi serta sintesis katalis NiMo/Zeolit Y dengan metode impregnasi terpisah dan urutan pengembanan logam yang berbeda.

1. Preparasi, Identifikasi dan Karakterisasi Zeolit Y Awal Preparasi sampel zeolit Y awal dimaksudkan untuk meningkatkan situs aktif dalam zeolit Y sehingga mempunyai kapasitas penukar kation yang lebih besar. Identifikasi dan karakterisasi zeolit Y awal bertujuan untuk mengidentifikasi dan mengetahui karakter dari katalis awal yang nantinya akan digunakan sebagai pembanding untuk katalis logam-pengemban yang dihasilkan. a. Preparasi Zeolit Y Awal Material pengemban yang digunakan dalam penelitian ini adalah NH4-Zeolit Y yang berasal dari Tosoh Corporation, Jepang. Preparasi dilakukan dengan tujuan untuk mengubah material pengemban NH4-Zeolit Y menjadi H-Zeolit Y melalui proses kalsinasi, yaitu dengan memanaskan NH4-Zeolit Y pada temperatur 550°C selama 1 jam di dalam furnace. Proses pengubahan NH4-Zeolit Y menjadi H-Zeolit Y dimaksudkan untuk meningkatkan keasaman dan luas permukaan dari zeolit Y, sehingga kapasitas pertukaran kation dalam zeolit Y menjadi lebih besar dan situs aktif dari zeolit Y meningkat, reaksi terjadi sebagai berikut: Kalsinasi 550°C NH4-Zeolit Y(s)

NH3(g) + H-Zeolit Y(s) -NH3 (Gates, 1992) 32

33

. Kalsinasi NH4-Zeolit Y pada temperatur 550°C selama 1 jam bertujuan untuk menghilangkan atau menguapkan NH3, sehingga ion NH4 + yang terikat pada zeolit Y berubah menjadi H+. Perubahan ini menyebabkan terbentuknya gugus asam Brönsted, yang berfungsi untuk memodifikasi sifat katalitik dari zeolit Y. Kalsinasi juga dapat menghilangkan oksida-oksida pengotor tetapi tidak merusak struktur kristal zeolit Y, sehingga kristalinitas zeolit Y secara keseluruhan meningkat.

b. Identifikasi Zeolit Y Awal Identifikasi zeolit Y meliputi identifikasi kristalinitas dan komposisi mineral penyusun, serta gugus fungsi dan jenis senyawa. Identifikasi dilakukan untuk sampel NH4-Zeolit Y awal dan sampel H-Zeolit Y. Identifikasi ini bertujuan untuk mengetahui perubahan kristalinitas dan gugus fungsi dari kedua zeolit Y awal tersebut. 1. Hasil Analisis Gugus Fungsi Dengan Fourier Transform Infra Red (FTIR) Spektrofotometri IR dapat digunakan untuk identifikasi suatu mineral dan untuk menganalisis gugus fungsional dari suatu senyawa. Pada penelitian ini, spektrofotometri IR merupakan salah satu metode yang dapat digunakan untuk karakterisasi struktur zeolit Y, karena dapat memberikan informasi tentang keberadaan unit bangun tetrahedral dan gugus fungsional yang terdapat dalam kerangka zeolit Y. Hasil analisis gugus fungsi dari sampel NH4-Zeolit Y awal dan H-Zeolit Y dimaksudkan untuk melihat adanya gugus fungsional –NH3 pada sampel NH4-Zeolit Y dan untuk mengetahui hilangnya gugus –NH3 setelah kalsinasi pada temperatur 550°C pada sampel H-Zeolit Y, sehingga dapat diketahui pengaruh pemanasan tersebut terhadap gugus pada zeolit Y.

Spektra FTIR dari

NH4-Zeolit Y awal dan H-Zeolit Y disajikan masing-masing dalam Gambar 11a dan 11b. Identifikasi gugus fungsi dari puncak spektra FTIR dari NH4-Zeolit Y

34

(a)

Transmitance

-N-H

(b)

awal selengkapnya disajikan pada Tabel Lampiran 1, sedangkan hasil identifikasi gugus fungsi dari H-Zeolit Y selengkapnya disajikan pada Tabel Lampiran 2. Gambar 11. Perbandingan Serapan FTIR dari Sampel (a) NH4-Zeolit Y Awal, dan (b) H-Zeolit Y. Dari puncak-puncak spektra pada Gambar 11a tersebut, dapat diidentifikasi jenis-jenis vibrasinya yaitu gugus O-H hidroksil yang merupakan vibrasi ulur struktur alumina silikat (gugus Al-OH atau Si-OH) dalam struktur

zeolit Y

ditunjukkan oleh serapan pada daerah bilangan gelombang 3441,01 cm-1. Vibrasi ulur O-H hidroksil pada struktur alumina silikat seperti zeolit dilaporkan berada pada daerah bilangan gelombang 3700-3200 cm-1 (Silverstein dkk, 1986). Gugus N-H yang merupakan vibrasi tekuk dari gugus amina primer (NH3) ditunjukkan oleh serapan pada daerah bilangan gelombang 2342,53 cm-1, 2361,09 cm-1 dan 2462,72 cm-1. Gugus O-H yang merupakan vibrasi tekuk dari molekul air yang teradsorbsi ditunjukkan pada daerah bilangan gelombang 1401,94 cm-1,

35

1559,60 cm-1 dan 1636,66 cm-1. Identifikasi selanjutnya yaitu pada puncakpuncak dengan daerah bilangan gelombang 1150-400 cm-1. Rentangan asimetri -O-Si-O- dan -O-Al-O- yang merupakan ciri khas dari senyawa alumina silikat seperti zeolit atau lempung ditunjukkan oleh serapan dengan intensitas kuat dan lebar pada 1059,51 cm-1. Rentangan simetri -O-Si-O- dan -O-Al-O- yang merupakan pita serapan yang khas untuk struktur zeolit Y terdapat pada bilangan gelombang 813,68 cm-1. Vibrasi tekuk dari Si-O atau Al-O dengan daerah antara 420-500cm-1 muncul pada daerah bilangan gelombang 451,57 cm-1 dan 586,36 cm-1. Hasil identifikasi gugus fungsi NH4-Zeolit Y Awal disajikan pada Tabel Lampiran 1. Spektra FTIR dari sampel H-Zeolit Y yang disajikan pada Gambar 11b tersebut, menunjukkan adanya vibrasi gugus -O-H dari gugus Si-OH dan Al-OH pada bilangan gelombang 3439,93 cm-1. Vibrasi gugus -O-H yang berikatan hidrogen dari molekul air yang teradsorbsi ditunjukkan oleh serapan pada daerah bilangan gelombang 1600-1300 cm-1 yaitu pada 1635,29 cm-1. Vibrasi tekuk dari gugus Si-O dan Al-O ditunjukkan oleh daerah bilangan gelombang 420-500 cm-1 yaitu 453,71 cm-1 dan 405,80 cm-1. Hasil identifikasi gugus fungsi H-Zeolit Y disajikan pada Tabel Lampiran 2. Berdasarkan perbandingan hasil serapan FT-IR dari sampel NH4-Zeolit Y awal dan sampel H-Zeolit Y maka dapat disimpulkan bahwa kedua sampel tersebut masing-masing mempunyai gugus-gugus Si-O/Al-O, gugus -O-H dari Al-OH/Si-OH, gugus -O-Si-O-, gugus -O-Al-O-, dan gugus O-H dari molekul air yang teradsorbsi. Adanya gugus-gugus tersebut menunjukkan bahwa pada sampel NH4-Zeolit Y Awal dan sampel H-Zeolit Y terdapat kerangka alumina silikat dan mempunyai situs aktif. Hal tersebut menunjukkan bahwa pemanasan pada temperatur 550°C (proses kalsinasi) dalam preparasi menjadi sampel H-Zeolit Y, tidak merusak kerangka alumina silikat pada zeolit Y. Identifikasi

gugus

fungsional

untuk

sampel

H-Zeolit

Y

tidak

memperlihatkan adanya vibrasi tekuk gugus N-H dari gugus amina primer (NH3) yang ditunjukkan oleh serapan pada bilangan gelombang 3100-2000 cm-1. Hal tersebut menunjukkan bahwa sampel H-Zeolit Y tidak mempunyai gugus N-H

36

lagi. Sehingga dapat disimpulkan bahwa dengan pemanasan pada temperatur 550°C (kalsinasi) dari sampel NH4-Zeolit Y dapat memutuskan gugus NH3 dan diperoleh sampel H-Zeolit Y. Data analisis FTIR selengkapnya disajikan pada Gambar Lampiran 18, 19 dan 20. 2. Kristalinitas dan Komposisi Mineral Zeolit Y Awal Kristalinitas NH4-Zeolit Y awal dan H-Zeolit Y dianalisis dengan menggunakan Difraksi Sinar X (XRD) di Laboratorium Pusat MIPA UNS Surakarta.

Pengukuran dengan Difraksi Sinar

X

ini dilakukan untuk

mengidentifikasi kristalinitas NH4-Zeolit Y awal dan perubahan kristalinitas yang diakibatkan oleh proses pemanasan temperatur 550°C selama 1 jam dalam H-Zeolit Y. Identifikasi NH4-Zeolit Y Awal dan H-Zeolit Y, dilakukan dengan menggunakan Difraksi Sinar X (XRD) pada rentang sudut (2θ) 0-90˚. Analisis yang dilakukan meliputi analisis secara kualitatif dan kuantitatif. Analisis secara kualitatif dilakukan dengan mencocokkan harga d pada NH4-Zeolit Y Awal dan H-Zeolit Y dengan standar Joint Comitte Powder Diffraction Standart (JCPDS) Powder Diffraction File. Standar JCPDS yang digunakan adalah standar JCPDS Powder Diffraction File Faujasit, Faujasit-Na dan Zeolit Y. Analisis komposisi mineral dalam NH4-Zeolit Y dan H-Zeolit Y dengan mencocokkan harga d pada NH4-Zeolit Y dan H-Zeolit Y dengan harga d pada standar JCPDS Powder Diffraction File Faujasit, Faujasit-Na dan Zeolit Y. Kondisi Operasi X-Ray Diffraction Katalis disajikan pada Lampiran 2. Hasil analisis disajikan pada Gambar 12.

Intensitas

(a)

37

2θ Gambar 12. Perbandingan Difraktogram (a) NH4-Zeolit Y dan (b) H-Zeolit Y Berdasarkan Gambar 12 terlihat bahwa H-Zeolit Y (Gambar 12b) mempunyai pola yang hampir sama dengan NH4-Zeolit Y (Gambar 12a) tapi dengan intensitas yang berbeda. Hal ini menunjukkan bahwa katalis H-Zeolit Y mempunyai mineral yang sama dengan NH4-Zeolit Y dengan jumlah yang

(b) berbeda. Analisis kuantitatif dilakukan dengan membandingkan intensitas relatif (I/I1) puncak-puncak difraksi mineral zeolit Y dengan intensitas relatif total zeolit Y. Analisis ini bertujuan untuk mengetahui persentase masing-masing komposisi mineral penyusun zeolit Y yang dilakukan dengan perhitungan seperti yang ditunjukkan pada Lampiran 17. Berdasarkan hasil perhitungan diketahui bahwa NH4-Zeolit Y mengandung mineral faujasit 93,898%. Data selengkapnya untuk analisis NH4-Zeolit Y disajikan pada Tabel Lampiran 3. Pada sampel H-Zeolit Y mengandung mineral faujasit 95,511%, hasil analisis selengkapnya disajikan pada Tabel Lampiran 4. Sampel yang digunakan dalam penelitian ini adalah NH4-Zeolit Y yang diaktivasi dengan pemanasan (kalsinasi) pada temperatur 550°C selama 1 jam. Aktivasi NH4-Zeolit Y dengan kalsinasi pada temperatur 550°C dapat menghilangkan senyawa NH3 tanpa merusak struktur kristal zeolit Y serta dapat menyebabkan terlarutnya pengotor sehingga kandungan total H-Zeolit Y meningkat. c. Karakterisasi Zeolit Y Awal Karakterisasi yang dilakukan terhadap zeolit Y awal meliputi keasaman total, luas permukaan spesifik dan kandungan logam Si, Al, Ni dan Mo. Analisis keasaman total dengan metode adsorpsi amonia, luas permukaan dengan metode methylen blue, dan analisis kandungan logam Si, Al, Ni dan Mo dengan AAS. 1) Analisis Keasaman Total

38

Analisis keasaman total dengan metode adsorpsi amonia dimaksudkan untuk mengetahui adanya situs asam dalam sampel NH4-Zeolit Y dan H-Zeolit Y. Metode adsorpsi dilakukan dengan pengukuran jumlah amonia yang bereaksi dengan gugus asam padatan. Jumlah amonia tersebut ekuivalen dengan jumlah asam pada permukaan zeolit Y. Data hasil analisis keasaman total disajikan pada Tabel 2. Tabel 2. Keasaman Total Sampel NH4-Zeolit Y dan H-Zeolit Y. Sampel NH4-Zeolit-Y H-Zeolit-Y

No. 1 2

Keasaman Total (mmol/g) 3,878 ± 0,075 5,089 ± 0,268

Hasil analisis pada Tabel 2 menunjukkan bahwa keasaman H-Zeolit Y lebih besar daripada NH4-Zeolit Y, dengan contoh perhitungan keasaman disajikan pada Lampiran 3. H-Zeolit Y mempunyai keasaman lebih tinggi dari NH4-Zeolit Y karena adanya aktivasi NH4-Zeolit Y dengan kalsinasi pada temperatur 550°C menjadi H-Zeolit Y. Adanya aktivasi tersebut menyebabkan terbentuknya situs asam Brönsted yakni dengan lepasnya gugus NH3 sehingga zeolit Y mempunyai kation H+. Situs asam Brönsted berasal dari kation H+ yang menyeimbangkan muatan negatif alumina silikat. Adanya basa ammonia yang teradsorb pada H-Zeolit Y mengakibatkan terjadinya reaksi pembentukan ion ammonium (NH4 +). Reaksi yang terjadi sebagai berikut: NH3

+

H+

→

NH4+ (teradsorb)

2) Analisis Luas Permukaan Spesifik Luas permukaan zeolit Y merupakan luas permukaan tiap gram zeolit Y. Penentuan luas permukaan katalis dilakukan dengan metode adsorpsi methylen blue. Pengukuran luas permukaan dengan metode adsorpsi methylen blue hanya dapat mengukur luas pada permukaan luar sampel tidak dapat mengukur luas permukaan pada pori-pori sampel, sehingga pada penelitian ini dilakukan analisis luas permukaan spesifik, volume pori total dan rerata jejari pori didasarkan pada

39

perhitungan adsorpsi monolayer gas nitrogen dengan teori BET menggunakan SAA. Hasil pengukuran luas permukaan spesifik NH4-Zeolit Y dan H-Zeolit Y ditunjukkan oleh Tabel 3. Tabel 3. Luas Permukaan Spesifik dengan adsorpsi methylen blue (S1), Luas Permukaan Spesifik dengan SAA (S2) Volume Pori Total (V) dan Rerata Jejari Pori (R) NH4-Zeolit Y dan H-Zeolit Y Sampel NH4-Zeolit Y H-Zeolit Y

S1 (m2/g) 12,686 ± 0,001 12,691± 0,001

S2 (m2/g) 237,769 409,286

V (10-3 cm3/g) 111,346 207,786

R (Å) 9,366 10,154

Pada Tabel 3 terlihat bahwa sampel H-Zeolit Y mempunyai luas permukaan spesifik yang lebih besar daripada sampel NH4-Zeolit Y. Hasil analisis dengan metode adsorpsi methylen blue menunjukkan bahwa terjadi kenaikan luas permukaan spesifik setelah NH4-Zeolit Y mengalami aktivasi dengan melepas gugus NH3 dan menjadi H-Zeolit Y melalui proses kalsinasi pada temperatur 550°C selama 1 jam. Hasil analisis dengan SAA menunjukkan bahwa terjadi perubahan luas permukaan spesifik sebesar 171,517 m2/g dari NH4-Zeolit Y menjadi H-Zeolit Y. Data hasil analisis luas permukaan spesifik NH4-Zeolit Y selengkapnya disajikan pada Gambar Lampiran 1, sedangkan data hasil analisis luas permukaan spesifik H-Zeolit Y selengkapnya disajikan pada Gambar Lampiran 3. Modifikasi NH4-Zeolit Y menjadi H-Zeolit Y menyebabkan peningkatan rerata jejari pori. Peningkatan rerata jejari pori tersebut disebabkan karena pelepasan gugus NH3 yang berakibat terbentuknya pori-pori baru, maupun terjadinya pembukaan pori zeolit Y yang semula tertutupi oleh pengotor melalui pemanasan pada temperatur 550°C selama 1 jam. Hasil analisis juga menunjukkan bahwa dengan perubahan rerata jejari dan terbentuknya pori-pori baru dapat meningkatkan volume pori total. Berdasarkan hasil tersebut maka bahan pengemban yang digunakan untuk pengembanan logam Ni (NiO) dan Mo (MoO3) pada penelitian ini digunakan H-Zeolit Y yang mempunyai luas permukaan spesifik lebih besar daripada NH4-Zeolit Y. Hasil analisis volume pori total dan rerata jejari pori NH4-Zeolit Y disajikan pada Gambar Lampiran 2, sedangkan

40

hasil analisis volume pori total dan rerata jejari pori NH4-Zeolit Y disajikan pada Gambar Lampiran 4.

3) Analisis Kandungan Logam Analisis kandungan logam Si (SiO2), Al (Al2O3), Ni (NiO) dan Mo (MoO3) dilakukan pada sampel H-Zeolit Y yang mempunyai harga keasaman dan luas permukaan spesifik yang lebih besar daripada NH4-Zeolit Y, seperti yang telah diuraikan sebelumnya. Analisis kandungan logam ini dilakukan dengan AAS, yang dimaksudkan untuk mengetahui kandungan logam Si (SiO2), Al (Al2O3), Ni (NiO) dan Mo (MoO3) dalam H-Zeolit Y sebelum dilakukan pengembanan logam Ni (NiO) dan Mo (MoO3), dan sebagai faktor koreksi terhadap katalis yang dihasilkan. Hasil analisis dengan AAS disajikan pada Tabel 5. Tabel 4. Kandungan logam Si, logam Al, logam Ni dan logam Mo dalam H-Zeolit Y Jenis Logam Si Al Ni Mo

Kandungan Logam (%b/b) 60,09 15,16 0,16 0,42

Pada Tabel 4 tersebut dapat diketahui bahwa H-Zeolit Y mengandung logam Si dan logam Al, hal tersebut menunjukkan bahwa dalam H-Zeolit Y terdapat kerangka alumina silikat. Selain itu, H-Zeolit Y juga mengandung logam Ni dan logam Mo. Kandungan logam Ni dan Mo dalam H-Zeolit Y sangat kecil sehingga perlu ditingkatkan dengan cara mengembankan logam Ni dan Mo kedalam H-Zeolit Y. Peningkatan kandungan logam Ni dan Mo diharapkan dapat meningkatkan kualitas zeolit Y sebagai katalis.

2. Katalis Bimetal Metode pembuatan katalis bimetal yang dilakukan dalam penelitian ini adalah dengan impregnasi basah, yaitu dengan cara merendam H-Zeolit Y

41

kedalam larutan garam prekusor Ni(NO3)2.6H2O untuk logam Ni dan (NH4)6Mo7O24.4H2O untuk logam Mo. Perendaman H-Zeolit Y ke dalam larutan garam prekursor tersebut bertujuan untuk memasukkan ion logam ke dalam pori H-Zeolit Y. Ion-ion logam dalam larutan prekursor tersebut akan lebih cepat dan efektif masuk ke dalam pori H-Zeolit Y dengan menggantikan ion H+ dalam HZeolit Y dengan merefluks campuran pengemban dan larutan garam prekursor pada suhu dibawah titik didih pelarut. Pelarut yang digunakan pada penelitian ini adalah akuades. Amonia ditambahkan dengan maksud untuk memberikan suasana basa. Pelarut yang digunakan untuk melarutkan garam prekursor tersebut harus dihilangkan dengan cara pengeringan. Metode pengembanan logam Ni (NiO) dan Mo (MoO3) dalam penelitian ini terdapat perbedaan dengan metode pengembanan yang telah dilakukan oleh Li (1999), yaitu pada penelitian ini dilakukan pengembanan secara koimpregnasi dan impregnasi terpisah dengan urutan logam yang berbeda, sedangkan penelitian Li hanya menggunakan metode koimpregnasi saja. Perbedaan yang lain yaitu pada penelitian Li, aktivasi katalis dilakukan dengan proses sulfidasi yaitu dengan aliran gas H2S, sehingga dimungkinkan katalis yang terbentuk akan mengandung sulfur, sedangkan pada penelitian ini aktivasi dilakukan dengan proses kalsinasi dengan gas N2, Oksidasi dengan gas O2, dan Reduksi dengan gas H2. Oleh karena itu pada penelitian ini katalis yang dihasilkan tidak terkontaminasi oleh adanya sulfur yang akan mempengaruhi kualitas produk yang dihasilkan. Kalsinasi merupakan perlakuan termal pada temperatur tinggi (550°C) dengan dialiri gas N2. Kalsinasi bertujuan agar distribusi logam merata dan mendekomposisi pengotor-pengotor organik. Kalsinasi ini mempengaruhi mobilitas logam dalam pengemban dan interaksi antara logam dengan pengemban. Dalam proses kalsinasi diharapkan kekuatan interaksi logam dengan pengemban lebih besar sehingga dispersi logam pada katalis akhir lebih tinggi. Oksidasi merupakan perlakuan termal pada temparatur 400°C dengan dialiri gas oksigen. Oksidasi bertujuan untuk mengubah logam Ni dan Mo menjadi senyawa oksidanya sehingga terdistribusi lebih baik dalam zeolit Y.

42

Reduksi merupakan perlakuan termal pada temparatur 400°C dengan dialiri gas hidrogen. Reduksi berperan dalam mengubah senyawa logam Ni dan Mo atau oksidanya menjadi logam Ni dan Mo dengan bilangan oksidasi nol, hal ini dikarenakan yang berperan sebagai katalis adalah logamnya dan bukan ion logamnya. a. Metode Koimpregnasi Pembuatan katalis bimetal dengan metode koimpregnasi dilakukan dengan memasukkan atau merendam H-Zeolit Y ke dalam larutan garam prekursor Ni [Ni(NO3)2.6H2O]

dan

Mo

{(NH4)6Mo7O24.4H2O]

secara

bersama-sama.

Keberhasilan dalam sintesis katalis secara koimpregnasi dapat dilihat dari struktur kristal dari zeolit Y dalam katalis yang dihasilkan tidak mengalami kerusakan dan katalis mempunyai komponen mineral yang sama dengan zeolit Y serta mengandung logam Ni (NiO) dan Mo (MoO3) dalam katalis. Semua hal tersebut dapat diketahui dari hasil analisis dengan X-Ray Difraction (XRD) seperti disajikan pada Gambar 13. NiMo2%

Intensitas

NiMo4%

NiMo6%

NiMo8%

H-Zeolit Y

2θ

43

Gambar 13. Difraktogram H-Zeolit Y, NiMo8%/Zeolit Y, NiMo6%/Zeolit Y, NiMo4%/Zeolit Y dan NiMo2%/Zeolit Y Analisis mineral dalam katalis yang dibuat secara koimpregnasi dilakukan dengan XRD pada rentang sudut (2θ) 3-90°. Analisis secara kualitatif dilakukan dengan

mencocokkan

harga-harga

d

pada

katalis

NiMo2%/Zeolit

Y,

NiMo4%/Zeolit Y, NiMo6%/Zeolit Y dan NiMo8%/Zeolit Y dengan standar JCPDS mineral faujasit, faujasit-Na dan zeolit Y. Data selengkapnya disajikan pada Tabel Lampiran 5-8. Berdasarkan Gambar 13 terlihat bahwa katalis NiMo2%/Zeolit Y, NiMo4%/Zeolit Y, NiMo6%/Zeolit Y dan NiMo8%/Zeolit Y mempunyai pola yang hampir sama dengan H-Zeolit Y namun dengan intensitas yang berbeda. Hal tersebut menunjukkan bahwa keempat katalis yang dibuat secara koimpregnasi tersebut masih mempunyai mineral yang sama dengan H-Zeolit Y namun dengan jumlah yang berbeda, seperti hasil analisis secara kuantitatif yang disajikan pada Tabel 5. Tabel 5. Komposisi Mineral Sampel Katalis Hasil Sintesis secara Koimpregnasi Sampel H-Zeolit Y NiMo2%/Zeolit Y NiMo4%/Zeolit Y NiMo6%/Zeolit Y NiMo8%/Zeolit Y

Kandungan (% b/b) 95,551 89,469 89,515 84,863 89,349

Berdasarkan Tabel 5 terlihat bahwa sampel yang terembani dengan logam Ni (NiO) dan Mo (MoO3) secara koimpregnasi mengalami penurunan kandungan mineral faujasit setelah pengembanan logam Ni (NiO) dan Mo (MoO3). Hal tersebut disebabkan adanya logam Ni (NiO) dan Mo (MoO3) yang masuk ke dalam faujasit, sehingga dimungkinkan dapat menutupi sejumlah bidang kristal faujasit akibatnya intensitas pada beberapa harga d mengalami penurunan. Karakter katalis yang dihasilkan dapat diketahui dengan melakukan karakterisasi terhadap katalis yang sudah melalui proses aktivasi sebelumnya. Karakterisasi yang dilakukan meliputi analisis kandungan logam Ni (NiO) dan Mo (MoO3),

44

keasaman total, luas permukaan spesifik, dan komposisi mineral dalam pengemban. Karakterisasi ini bertujuan untuk mengetahui perubahan kristalinitas, luas permukaan spesifik dan bentuk morfologi dalam pengemban akibat pengembanan logam Ni (NiO) dan Mo (MoO3)dalam katalis NiMo/Zeolit Y.

1) Kandungan Logam Ni dan Mo Katalis Hasil Sintesis secara Koimpregnasi Analisis logam Ni dan Mo yang dilakukan meliputi analisis secara kualitatif dengan XRD dan analisis kuantitatif dengan AAS. Berdasarkan hasil analisis dengan XRD menggunakan standar JCPDS Powder Diffraction File logam Ni (Gambar Lampiran 15) dan Mo (Gambar Lampiran 14), diketahui sampel mempunyai puncak pada harga d logam Ni (2,03; 1,178; 1,25) dan harga d logam Mo (2,23; 1,28; 1,57). Hal tersebut menunjukkan bahwa logam Ni dan Mo yang terdapat dalam sampel adalah dalam bentuk logamnya yang dibuktikan dengan adanya puncak-puncak pada harga d yang bersesuaian dengan puncak pada logam Ni dan Mo. Hasil tersebut menunjukkan bahwa perlakuan kalsinasi dengan gas N2, oksidasi dengan gas O2 dan reduksi dengan gas H2, mampu merubah senyawa logam dalam garam prekursor Ni dan Mo atau bentuk oksidanya menjadi logam Ni dan Mo (bilangan oksidasi = 0). Walaupun demikian tidak menutup kemungkinan bahwa logam Ni dan Mo yang teremban masih dalam bentuk oksidanya. Analisis secara kuantitatif untuk mengetahui jumlah logam Ni dan Mo yang dapat teremban dalam katalis dilakukan dengan menggunakan Atomic Adsorption Spectroscopy (AAS). Hasil analisis kuantitatif kandungan logam Ni dan Mo dengan AAS katalis disajikan pada Tabel 6. Tabel 6. Hasil Analisis Kandungan Logam Ni dan Mo Katalis Hasil Pengembanan dengan Metode Koimpregnasi. Kandungan Logam (%b/b) Sampel Ni Mo Ni + Mo H-Zeolit-Y 0,16 0,42 0,58 NiMo2%/Zeolit Y 1,47 7,11 8,58 NiMo4%/Zeolit Y 2,46 6,66 9,12 NiMo6%/Zeolit Y 3,70 6,56 10,26 NiMo8%/Zeolit Y 4,71 6,83 11,54

45

Hasil analisis secara kuantitatif yang disajikan dalam Tabel 6 menunjukkan bahwa pengembanan logam Ni dan Mo secara koimpregnasi dapat meningkatkan kandungan logam total Ni dan Mo. Peningkatan logam Ni (NiO) yang teremban bertambah sesuai dengan penambahan konsentrasi yang digunakan pada masingmasing katalis, sedangkan logam Mo (MoO3) yang konsentrasinya dibuat tetap untuk masing-masing katalis mempunyai peningkatan konsentrasi yang relatif tetap. Peningkatan kandungan logam Ni dan Mo dalam zeolit Y tersebut menunjukkan bahwa logam Ni (NiO) dan Mo (MoO3) yang terdapat dalam garam prekursor dapat teremban ke dalam pori zeolit Y. 2) Keasaman Total Katalis Hasil Sintesis secara Koimpregnasi Keasaman H-Zeolit Y mengalami peningkatan setelah dimodifikasi dengan pengemban logam Ni dan Mo secara koimpregnasi pada katalis NiMo2%/Zeolit Y dan NiMo4%/Zeolit Y. Analisis keasaman total dengan metode adsorpsi amonia katalis hasil pengembanan dengan metode koimpregnasi disajikan pada Tabel 7. Tabel 7. Keasaman Total Katalis Hasil Koimpregnasi No. 1. 2. 3. 4. 5.

Sampel H-Zeolit Y NiMo2%/Zeolit Y NiMo4%/Zeolit Y NiMo6%/Zeolit Y NiMo8%/Zeolit Y

Keasaman Total (mmol/g) 5,089 ± 0,268 6,208 ± 0,220 5,207 ± 0,186 4,399 ± 0,311 5,068 ± 0,511

Penentuan keasaman total tersebut didasarkan pada adsorpsi gas amonia dengan metode gravimetri. Jumlah mmol gas amonia yang teradsorpsi ekuivalen dengan jumlah mmol asam dari sampel. Data yang disajikan pada Tabel 7 menunjukkan bahwa keasaman total katalis setelah pengembanan logam Ni dan Mo dengan variasi konsentrasi logam Ni secara koimpregnasi, tidak selalu menunjukkan peningkatan keasaman total dari sampel awal. Peningkatan harga keasaman total dari zeolit Y awal terjadi pada katalis NiMo2%/Zeolit Y dan NiMo4%/Zeolit Y. Peningkatan keasaman tersebut disebabkan adanya penyisipan logam transisi nikel dan molibdenum yang menyumbangkan orbital d belum

46

penuh sebagai situs asam Lewis. Keadaan tersebut merupakan salah satu tujuan penyisipan logam transisi, selain tujuan lain yaitu sebagai katalis hidrogenasi atau dehidrogenasi dan menaikkan luas permukaan katalis. Katalis dengan keasaman yang besar diharapkan akan memiliki aktivitas katalitik yang besar pula. Sedangkan pada NiMo6%/Zeolit Y dan NiMo8%/Zeolit Y mengalami penurunan harga keasaman total, hal tersebut diprediksikan karena kedua katalis tersebut mengalami dispersi logam Ni dan Mo yang relatif tidak merata pada permukaan katalis sehingga mempunyai harga keasaman yang lebih rendah dari pada zeolit Y awal. 3) Luas Permukaan Spesifik Katalis Hasil Sintesis secara Koimpregnasi Berbagai perlakuan dalam pembuatan katalis secara koimpregnasi selain berpengaruh pada sifat kimia dari zeolit Y, juga menyebabkan perubahan pada keadaan fisik dari zeolit Y seperti hasil pengukuran luas permukaan spesifik katalis hasil pengembanan dengan metode koimpregnasi menggunakan metode adsorpsi methylen blue disajikan pada Tabel 8. Tabel 8. Luas Permukaan Spesifik Katalis Hasil Koimpregnasi No. 1. 2. 3. 4. 5.

Sampel H-Zeolit Y NiMo2%/Zeolit Y NiMo4%/Zeolit Y NiMo6%/Zeolit Y NiMo8%/Zeolit Y

Luas Permukaan Spesifik (m2/g) 12,691 ± 0,004 12,695 ± 0,002 12,693 ± 0,004 12,692 ± 0,002 12,690 ± 0,002

Pada Tabel 8 menunjukkan bahwa pada katalis NiMo2%/Zeolit Y mempunyai peningkatan luas permukaan yang lebih besar dari pada ketiga katalis yang lain, bahkan pada katalis NiMo8%/Zeolit Y terjadi penurunan luas permukaan dari H-Zeolit Y. Pada sampel katalis NiMo8%/Zeolit Y diprediksi mengalami dispersi logam Ni dan Mo yang relatif tidak merata pada permukaan katalis sehingga mempunyai luas permukaan spesifik yang lebih kecil dibanding jenis sampel katalis NiMo2%/Zeolit Y, NiMo4%/Zeolit Y dan NiMo6%/Zeolit Y.

47

Menurunnya luas permukaan spesifik dengan bertambahnya konsentrasi logam Ni kemungkinan disebabkan terjadinya sintering (penggumpalan). Katalis yang mengalami peningkatan luas permukaan spesifik diasumsikan bahwa logam Ni dan Mo yang diembankan pengemban mengalami dispersi yang merata, sehingga pada akhirnya luas permukaan spesifik katalis merupakan luas permukaan total antara zeolit Y dan logam Ni dan Mo yang teremban. b. Metode Impregnasi Terpisah dengan Pengembanan Logam Ni diawal Pembuatan katalis bimetal dengan metode impregnasi terpisah dengan pengembanan logam Ni di awal ini dilakukan dengan memasukkan atau merendam H-Zeolit Y ke dalam larutan garam prekursor Ni [Ni(NO3)2.6H2O] dan Mo {(NH4)6Mo7O24.4H2O] satu persatu, dengan urutan perendaman dalam larutan garam prekursor Ni [Ni(NO3)2.6H2O] terlebih dahulu kemudian ke dalam larutan garam prekursor Mo [(NH4)6Mo7O24.4H2O]. Keberhasilan dalam sintesis katalis secara impregnasi terpisah dengan Ni diawal ini dapat diketahui dari struktur kristal zeolit Y hasil analisis dengan X-Ray Difraction (XRD) dalam katalis yang tidak mengalami kerusakan dan katalis mempunyai komponen mineral yang sama dengan zeolit Y serta mengandung logam Ni dan Mo dalam katalis. Komposisi mineral dalam katalis yang dibuat dengan metode impregnasi terpisah disajikan pada Gambar 14.

Intensitas

Ni8%Mo

Ni4%Mo

Ni2%Mo

H-Zeolit Y

48

2θ Gambar 14. Perbandingan Difraktogram H-Zeolit Y dengan Katalis Impregnasi Terpisah dengan Ni diawal Analisis mineral dalam katalis yang dibuat secara impregnasi terpisah dengan Ni di awal dilakukan dengan XRD pada rentang sudut (2θ) 3-90°. Analisis secara kualitatif dilakukan dengan mencocokkan harga-harga d pada masingmasing katalis seperti yang disajikan pada Tabel Lampiran 9-12. dengan standar JCPDS mineral faujasit Gambar Lampiran 11, faujasit-Na Gambar Lampiran 12 dan zeolit Y Gambar Lampiran 13. Berdasarkan Gambar 14 terlihat bahwa katalis yang dibuat secara impregnasi terpisah dengan Ni diembankan terlebih dahulu mempunyai pola yang hampir sama dengan H-Zeolit Y namun dengan intensitas yang berbeda. Hal tersebut menunjukkan bahwa keempat katalis masih mempunyai mineral yang sama dengan H-Zeolit Y namun dengan jumlah yang berbeda, seperti hasil analisis secara kuantitatif yang disajikan pada Tabel 9. Tabel 9. Komposisi Mineral Katalis Hasil Metode Impregnasi Terpisah dengan Logam Ni diawal Sampel

Kandungan (% b/b)

H-Zeolit Y

95,551

Ni2%Mo/Zeolit Y

88,845

Ni4%Mo/Zeolit Y

86,608

Ni6%Mo/Zeolit Y

89,935

Ni8%Mo/Zeolit Y

89,493

Berdasarkan Tabel 9 terlihat bahwa sampel yang terembani dengan logam Ni dan Mo secara impregnasi terpisah mengalami penurunan kandungan mineral faujasit setelah pengembanan logam Ni (NiO) dan Mo (MoO3), hal tesebut disebabkan karena adanya logam Ni dan Mo yang masuk ke dalam faujasit. Adanya logam Ni dan Mo dalam H-Zeolit Y dimungkinkan dapat menutupi sejumlah bidang kristal faujasit sehingga intensitas pada beberapa harga d mengalami penurunan.

49

Karakter katalis yang dihasilkan dapat diketahui dengan melakukan karakterisasi terhadap katalis yang sudah melalui proses aktivasi sebelumnya. Karakterisasi yang dilakukan meliputi: 1) Kandungan Logam Ni dan Mo Katalis Hasil Sintesis secara Impregnasi Terpisah dengan Logam Ni diawal Analisis kandungan logam Ni dan Mo yang dilakukan meliputi analisis secara kualitatif dengan XRD dan analisis kuantitatif dengan AAS. Berdasarkan hasil analisis dengan XRD menggunakan standar JCPDS Powder Diffraction File logam Ni (Lampiran 11) dan Mo (Lampiran 12), diketahui bahwa Ni dan Mo yang terdapat dalam sampel adalah dalam bentuk logamnya. Hal tersebut dibuktikan dengan adanya puncak-puncak pada harga d yang bersesuaian dengan puncak pada logam Ni dan Mo. Analisis secara kuantitatif digunakan untuk mengetahui jumlah Ni dan Mo yang dapat teremban dalam katalis. Hasil analisis kuantitatif kandungan logam Ni dan Mo dengan AAS katalis disajikan pada Tabel 10. Tabel 10. Kandungan Logam Ni dan Mo Katalis Hasil Impregnasi Terpisah dengan Logam Ni diawal Kandungan Logam (%b/b)

Sampel Ni

Mo

Ni + Mo

H-Zeolit Y

0,16

0,42

0,58

Ni2%Mo/Zeolit Y

1,32

6,65

7,97

Ni4%Mo/Zeolit Y

2,76

7,33

10,09

Ni6%Mo/Zeolit Y

3,84

7,06

10,90

Ni8%Mo/Zeolit Y

4,94

7,71

12,65

Hasil analisis secara kuantitatif yang disajikan dalam Tabel 10 menunjukkan bahwa peningkatan logam Ni yang teremban bertambah sesuai dengan penambahan konsentrasi prekursor logam Ni yang digunakan pada masing-masing katalis. Sedangkan logam Mo yang konsentrasinya dibuat tetap untuk masingmasing katalis mempunyai konsentrasi logam Mo yang relatif tetap. Peningkatan

50

kandungan logam Ni dan Mo dalam zeolit Y tersebut menunjukkan bahwa logam Ni dan Mo yang terdapat dalam garam prekursor dapat teremban ke dalam pori zeolit Y, sehingga secara keseluruhan kandungan logam Ni dan Mo yang teremban dalam zeolit Y bertambah. 2) Keasaman Total Katalis Hasil Sintesis secara Impregnasi Terpisah dengan Logam Ni diawal Analisis keasaman total dilakukan dengan adsorpsi gas amonia dengan metode gravimetri. Hasil analisis keasaman total katalis hasil pengembanan logam dengan metode impregnasi terpisah dengan urutan logam Ni diawal disajikan pada Tabel 11. Tabel 11. Keasaman Total Katalis Hasil Impregnasi Terpisah dengan Logam Ni diawal No.

Sampel

Keasaman Total (mmol/g)

1.

H-Zeolit Y

5,089 ± 0,268

2.

Ni2%Mo/Zeolit Y

6,679 ± 0,327

3.

Ni4%Mo/Zeolit Y

5,875 ± 0,172

4.

Ni6%Mo/Zeolit Y

5,495 ± 0,341

5.

Ni8%Mo/Zeolit Y

5,783 ± 0,209

Data yang disajikan dalam Tabel 11 menunjukkan bahwa keasaman total zeolit Y setelah diembani logam Ni dan Mo dengan metode impregnasi terpisah dengan pengembanan logam Ni lebih dahulu untuk semua variasi konsentrasi logam Ni mengalami kenaikan. Peningkatan keasaman total katalis tersebut disebabkan karena logam Ni dan Mo yang teremban dalam zeolit Y dapat meningkatkan jumlah situs asam Lewis. Situs asam Lewis dalam logam Ni dan Mo berasal dari karakter kationik logam Ni dan Mo yang disebabkan karena interaksi antara logam Ni dan Mo dengan pengemban. Interaksi tersebut menyebabkan logam Ni dan Mo berada pada daerah interface dan elektron cenderung tertarik ke pengemban. Semakin banyak kandungan logam Ni dan Mo yang teremban maka keasaman katalis diharapkan semakin meningkat, tetapi

51

kenyataannya tidak demikian, sebagaimana hasil analisis keasaman total pada Tabel 11 yang menunjukkan bahwa keasaman total tertinggi terjadi pada katalis Ni2%Mo/Zeolit Y. Hal tersebut dapat dipahami karena logam Ni dan Mo dapat terdispersi secara merata dan tidak terjadi sintering (penggumpalan), sehingga situs asam logam Ni dan Mo dapat mengadsorpsi basa amonia lebih banyak. 3) Luas Permukaan Spesifik Katalis Hasil Sintesis secara Impregnasi Terpisah dengan Logam Ni diawal Pengembanan logam nikel dan molibdenum terhadap H-Zeolit Y menghasilkan luas permukaan yang sangat bervariasi. Masuknya Ni dan Mo ke dalam H-Zeolit Y dapat meningkatkan luas permukaan spesifik jika logam Ni dan Mo tersebut terdispersi secara merata dan tidak terjadi sintering (penggumpalan). Jika terjadi sintering, logam Ni dan Mo yang masuk ke dalam H-Zeolit Y akan menutupi pori-pori sehingga luas permukaan spesifik menjadi relatif lebih kecil. Hal ini terjadi pada katalis Ni6%Mo/Zeolit Y dan Ni8%Mo/Zeolit Y yang mengalami penurunan luas permukaan spesifik dari katalis awal H-Zeolit Y. Penentuan luas permukaan katalis dilakukan dengan metode adsorpsi methylen blue. Hasil pengukuran luas permukaan spesifik katalis dengan pembanding H-Zeolit Y ditunjukkan oleh Tabel 12. Tabel 12. Luas Permukaan Spesifik Katalis Hasil Impregnasi Terpisah dengan Logam Ni diawal No. 1. 2. 3. 4. 5.

Sampel H-Zeolit Y Ni2%Mo/Zeolit Y Ni4%Mo/Zeolit Y Ni6%Mo/Zeolit Y Ni8%Mo/Zeolit Y

Luas Permukaan (m2/g) 12,691 ± 0,004 12,696 ± 0,002 12,693 ± 0,002 12,690 ± 0,002 12,689 ± 0,004

Hasil analisis luas permukaan spesifik pada Tabel 12 menunjukkan bahwa luas permukaan tertinggi terjadi pada katalis Ni2%Mo/Zeolit Y. Hal tersebut dapat dipahami bahwa dengan konsentrasi prekursor logam Ni yang relatif kecil tidak menyebabkan terjadinya penggumpalan, akibatnya logam Ni dan Mo dapat terimpregnasi secara merata pada permukaan padatan sehingga luas permukaan spesifik dari padatan akan semakin meningkat.

52

c. Metode Impregnasi Terpisah dengan Pengembanan Logam Mo diawal Pembuatan katalis bimetal melalui metode impregnasi terpisah dengan urutan pengembanan logam Mo diawal dilakukan dengan memasukkan atau merendam

H-Zeolit

[(NH4)6Mo 7O24.4H2O]

Y

ke

dalam

dilanjutkan

larutan

dengan

larutan

garam garam

prekursor

Mo

prekursor

Ni

[Ni(NO3)2.6H2O]. Keberhasilan dalam sintesis katalis dapat diketahui dari hasil

MoNi8%

MoNi6%

MoNi4%

MoNi2%

H-Zeolit Y

analisis dengan X-Ray Difraction (XRD). Komposisi mineral dalam katalis yang dibuat dengan metode impregnasi terpisah dengan urutan pengembanan logam Mo diawal disajikan pada Gambar 15. 2θ

Intensitas

Gambar 15. Perbandingan Difraktogram H-Zeolit Y dengan Katalis Impregnasi Terpisah Urutan Pengembanan Logam Mo diawal

53

Analisis mineral dalam katalis yang dibuat secara impregnasi terpisah dilakukan dengan XRD pada rentang sudut (2θ) 3-90°. Analisis secara kualitatif dilakukan dengan mencocokkan harga-harga d pada katalis MoNi2%/Zeolit Y, MoNi4%/Zeolit Y, MoNi6%/Zeolit Y dan MoNi8%/Zeolit Y dengan standar JCPDS mineral faujasit, faujasit-Na dan zeolit Y. Data selengkapnya disajikan pada Tabel Lampiran 13 sampai 16. Berdasarkan Gambar 15 terlihat bahwa katalis yang dibuat secara impregnasi terpisah dengan Mo terlebih dahulu mempunyai pola yang hampir sama dengan H-Zeolit Y namun dengan intensitas yang berbeda. Hal tersebut menunjukkan bahwa keempat katalis tersebut masih mempunyai mineral yang sama dengan H-Zeolit Y namun dengan jumlah yang berbeda, seperti hasil analisis secara kuantitatif yang disajikan pada Tabel 13. Tabel 13. Komposisi Mineral Sampel Katalis Hasil Metode Impregnasi Terpisah dengan Logam Mo diawal Sampel

Kandungan (% b/b)

H-Zeolit Y

95,551

MoNi2%/Zeolit Y

89,586

MoNi4%/Zeolit Y

89,513

MoNi6%/Zeolit Y

87,809

MoNi8%/Zeolit Y

89,493

Berdasarkan Tabel 13 terlihat bahwa zeolit Y yang terembani logam Ni dan Mo secara impregnasi terpisah dengan logam Mo diawal mengalami penurunan kandungan mineral faujasit, hal tersebut disebabkan karena adanya logam Ni dan Mo yang masuk ke dalam faujasit. Adanya logam Ni dan Mo dalam H-Zeolit Y dimungkinkan dapat menutupi sejumlah bidang kristal faujasit sehingga intensitas pada beberapa harga d mengalami penurunan. Karakterisasi yang dilakukan meliputi analisis kandungan logam Ni dan Mo, keasaman total, luas permukaan spesifik dan komposisi mineral dalam pengemban.

54

1) Kandungan Logam Ni dan Mo Katalis Hasil Sintesis secara Impregnasi Terpisah dengan Logam Mo diawal Analisis secara kuantitatif digunakan untuk mengetahui jumlah Ni dan Mo yang dapat teremban dalam katalis. Hasil analisis kuantitatif kandungan logam Ni dan Mo dengan AAS katalis disajikan pada Tabel 14. Tabel 14. Kandungan Logam Ni dan Mo Katalis Hasil Metode Impregnasi Terpisah dengan Logam Mo diawal. Kandungan Logam (%b/b)

Sampel Ni

Mo

Ni + Mo

H-Zeolit Y

0,16

0,42

0,58

MoNi2%/Zeolit Y

1,54

7,74

9,28

MoNi4%/Zeolit Y

1,50

7,69

9,19

MoNi6%/Zeolit Y

3,46

8,89

12,35

MoNi8%/Zeolit Y

6,08

9,48

15,56

Hasil analisis secara kuantitatif yang disajikan dalam Tabel 14 menunjukkan bahwa pengembanan logam Ni dan Mo secara impregnasi terpisah dengan urutan logam Mo diawal dapat meningkatkan kandungan logam total Ni dan Mo. Peningkatan logam Ni yang teremban bertambah sesuai dengan penambahan konsentrasi logam Ni yang digunakan pada masing-masing katalis, namun pada katalis MoNi4%/Zeolit Y mengalami penurunan kandungan logam Ni. Hal ini diprediksi karena logam Mo yang diembankan terlebih dahulu menutupi pori-pori pada permukaan pengemban sehingga logam Ni tidak dapat teremban secara maksimal, sehingga kandungan logam Ni menjadi lebih kecil. Sedangkan logam Mo yang konsentrasinya dibuat tetap untuk masing-masing katalis mempunyai peningkatan konsentrasi yang relatif tetap. Peningkatan kandungan logam Ni dan Mo dalam zeolit Y tersebut menunjukkan bahwa logam Ni dan Mo yang terdapat dalam garam prekursor dapat teremban ke dalam pori zeolit Y.

55

2) Keasaman Total Katalis Hasil Sintesis secara Impregnasi Terpisah dengan Logam Mo diawal Analisis keasaman total dilakukan dengan adsorpsi gas amonia dengan metode gravimetri. Hasil analisis keasaman total katalis hasil pengembanan logam dengan metode impregnasi terpisah dengan urutan pengembanan logam Mo diawal disajikan pada Tabel 15. Tabel 15.Keasaman Total Katalis Hasil Impregnasi Terpisah dengan Urutan Pengembanan Logam Mo diawal Sampel

Keasaman Total (mmol/g)

H-Zeolit Y

5,089 ± 0,268

MoNi2%/Zeolit Y

7,713 ± 0,382

MoNi4%/Zeolit Y

6,739 ± 0,551

MoNi6%/Zeolit Y

5,243 ± 0,347

MoNi8%/Zeolit Y

6,010 ± 0,846

Semakin banyak kandungan logam Ni dan Mo dalam sampel katalis maka keasaman sampel katalis diharapkan semakin meningkat, tetapi kenyataannya tidak selalu demikian. Hal tersebut ditunjukkan dalam hasil analisis keasaman total pada Tabel 16. Pada Tabel 15 dapat dilihat bahwa pada pengembanan dengan metode impregnasi terpisah dengan pengembanan logam Mo lebih dulu terjadi kenaikan keasaman total pada semua katalis, tetapi keasaman total tertinggi terjadi pada katalis MoNi 2%/Zeolit Y. Peningkatan keasaman katalis setelah diembani logam Ni dan Mo tersebut disebabkan karena logam Ni dan Mo mempunyai situs asam yang dapat mengadsorpsi basa amonia. Situs aktif logam tersebut berkaitan dengan orbital d yang terisi elektron belum penuh, dengan demikian memungkinkan untuk menerima pasangan elektron dari molekul amonia. Katalis dengan keasaman yang besar diharapkan akan memilki aktivitas katalitik yang besar pula.

56

3) Luas Permukaan Spesifik Katalis Hasil Sintesis secara Impregnasi Terpisah dengan Logam Mo diawal Penentuan luas permukaan katalis dilakukan dengan metode adsorpsi methylen blue. Hasil pengukuran luas permukaan spesifik katalis dengan pembanding H-Zeolit Y ditunjukkan oleh Tabel 16.

Tabel 16. Luas Permukaan Spesifik Katalis Hasil Impregnasi Terpisah dengan Urutan Pengembanan Logam Mo diawal Sampel H-Zeolit Y MoNi2%/Zeolit Y MoNi4%/Zeolit Y MoNi6%/Zeolit Y MoNi8%/Zeolit Y

Luas Permukaan (m2/g) 12,691 ± 0,004 12,697 ± 0,004 12,694 ± 0,002 12,693 ± 0,004 12,690 ± 0,002

Hasil analisis luas permukaan spesifik pada Tabel 16 menunjukkan bahwa luas permukaan tertinggi terjadi pada katalis MoNi2%/Zeolit Y. Masuknya Ni dan Mo ke dalam H-Zeolit Y dapat meningkatkan luas permukaan spesifik jika logam Ni dan Mo tersebut terdispersi secara merata dan tidak terjadi sintering (penggumpalan). Katalis MoNi2%/Zeolit Y yang mempunyai luas permukaan spesifik tertinggi dapat dipahami bahwa dengan konsentrasi prekursor logam Ni yang relatif kecil menyebabkan logam Ni dan Mo dapat terdispersi secara merata pada permukaan zeolit Y, sehingga luas permukaan semakin meningkat.

3. Perbandingan Metode Koimpregnasi dengan Metode Impregnasi Terpisah a. Perbandingan Kandungan Logam Ni dan Mo Perbandingan kandungan logam total Ni dan Mo yang teremban pada sampel katalis yang dibuat dengan metode koimpregnasi dan impregnasi terpisah dengan urutan pengembanan yang berbeda disajikan pada Gambar 16.

57

17 15.56

14 Jumlah Log am (Ni+Mo) Teremban (%)

12.65

12.35

11.54 10.9

11

10.26

10.09 9.289.19

9.12 8.58 7.97

8

5 Koimpregnasi

Ni 2% Mo 8%

Impregnasi terpisah Ni awal

Ni 4% Mo 8%

Impregnasi terpisah Mo awal

Ni 6% Mo 8%

Ni 8% Mo 8%

Gambar 16. Histogram Jumlah Logam Total (Ni+Mo) yang Teremban dalam Katalis Gambar 16 menunjukkan bahwa katalis yang dibuat dengan berbagai metode dan variasi konsentrasi prekursor logam Ni dengan konsentrasi prekursor logam Mo tetap menghasilkan katalis dengan kandungan logam yang berbedabeda. Pada Gambar 16 tersebut dapat dilihat bahwa pada ketiga metode menunjukkan bahwa dengan penambahan konsentrasi prekursor logam Ni mampu meningkatkan kandungan logam (Ni+Mo) yang teremban dalam katalis. Gambar 16 tersebut juga menunjukkan bahwa katalis yang dibuat dengan metode impregnasi terpisah mempunyai jumlah logam total (Ni+Mo) teremban lebih besar daripada metode koimpregnasi. Hal tersebut dapat disebabkan karena pda metode koimpregnasi terjadinya kompetisi antara logam Ni dan Mo ketika masuk ke dalam pori zeolit Y dan pada impregnasi terpisah tidak terjadi kompetisi antara logam Ni dan Mo. Pada impregnasi terpisah dengan logam Mo terlebih dahulu diikuti logam Ni mempunyai kandungan logam lebih besar daripada yang dilakukan dengan mengembankan logam Ni lebih dulu baru logam Mo. Hal tersebut disebabkan logam Ni yang mempunyai ukuran lebih kecil tidak tertutupi oleh Mo ketika diembankan diakhir, karena Ni dapat masuk melalui celah diantara Mo. b. Perbandingan Keasaman Total

58

Perbandingan kenaikan keasaman total katalis yang dibuat dengan metode koimpregnasi dan impregnasi terpisah dengan variasi urutan pengembanan logam Ni dan Mo pada zeolit Y disajikan pada Gambar 17. 8.0

7.713

7.0 Peningkatan Keasaman 6.0 Total (mmo/g)

6.739

6.679 6.208 5.875

6.01 5.763

5.495 5.207

5.243 5.068

5.0 4.399

4.0 Koimpregnasi Ni 2% Mo 2%

Impregnasi Terpisah Impregnasi Terpisah Ni Awal Mo Awal Ni 2% Mo 4% Ni 2% Mo 6% Ni 2% Mo 8%

Gambar 17. Histogram Peningkatan Keasaman Total Katalis Pada Gambar 17 menunjukkan bahwa katalis NiMo/Zeolit Y yang dibuat secara koimpregnasi secara keseluruhan mengalami peningkatan keasaman total paling kecil. Pada gambar juga ditunjukkan bahwa katalis yang dibuat dengan metode impregnasi terpisah dengan mengembankan logam Mo lebih dahulu mengalami peningkatan keasaman total paling besar. Peningkatan keasaman total tersebut tidak sejalan dengan peningkatan logam yang teremban dalam katalis. Hal tersebut dapat terjadi jika logam yang teremban tidak merata pada seluruh permukaan zeolit Y dan terjadi sintering (penggumpalan), sehingga logam Ni dan Mo yang mempunyai orbital d yang belum terisi elektron penuh untuk mengasorbsi basa amoniak tidak dapat menerima pasangan elektron dari molekul amoniak karena terjadi penggumpalan tersebut.

c. Perbandingan Luas Permukaan Spesifik Logam aktif yang terimpregnasi pada permukaan pengemban sangat mempengaruhi perubahan luas permukaan spesifik. Pada umumnya tujuan dari impregnasi logam aktif ke permukaan suatu padatan adalah untuk memperluas permukaan dari suatu padatan (katalis), sehingga akan meningkatkan luas permukaan spesifik suatu padatan dengan aktivitas katalis akan meningkat.

59

Semakin banyak logam terimpregnasi secara merata pada permukaan padatan diharapkan luas permukaan spesifik dari padatan akan semakin meningkat, namun pada hasil penelitian tidak selalu demikian. Hal tersebut terjadi karena adanya akumulasi logam aktif pada permukaan padatan, misalnya pada bagian mulut pori atau saluran pori, maka logam-logam aktif tersebut akan menutupi mulut pori dan saluran pori sehingga luas permukaan spesifik dari suatu padatan akan menjadi menurun, dengan demikian pusat padatan akan menjadi sedikit. Perbandingan luas permukaan spesifik katalis NiMo/Zeolit Y yang dibuat dengan metode koimpregnasi dan metode impregnasi terpisah dengan variasi urutan pengembanan logam Ni dan Mo dengan pengukuran adsorpsi methylen blue disajikan pada Gambar 18.

12.699 12.697 12.696 12.695

Luas Permukaan Spesifik (m2/g)

12.695

12.694

12.693

12.693

12.693 12.692 12.691

12.690

12.691

12.690 12.689

12.687 Koimpregnasi

Ni 2%Mo 2%

Impregnasi Terpisah Impregnasi Terpisah Ni Awal Mo Awal

Ni 2% Mo 4%

Ni 2% Mo 6%

Ni 2% Mo 8%

Gambar 18. Histogram Perubahan Luas Permukaan Spesifik Pola luas permukaan sampel katalis untuk masing-masing metode mempunyai pola yang sama yaitu luas permukaan spesifik menurun dengan adanya penambahan konsentrasi prekursor logam Ni, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 18. Hal tersebut terjadi karena semakin banyak logam terimpregnasi maka akan terjadi akumulasi logam Ni dan Mo pada permukaan padatan zeolit Y, misalnya pada mulut pori atau saluran pori, maka logam aktif tersebut akan menutupi mulut pori dan saluran pori, sehingga luas permukaan spesifik dari

60

suatu padatan akan semakin menurun, dengan demikian pusat aktif pada permukaan padatan akan menjadi semakin sedikit. Pada Gambar 18 juga menunjukkan bahwa luas permukaan spesifik katalis yang dibuat dengan metode koimpregnasi mempunyai harga yang lebih kecil daripada katalis yang dibuat dengan metode impregnasi terpisah. Fenomena tersebut dimungkinkan karena terjadi penumpukan logam Ni dan Mo dalam zeolit Y pada pengembanan secara koimpregnasi dan tidak terjadi penumpukan pada pengembanan secara impregnasi terpisah. Adanya penumpukan logam Ni dan Mo tersebut dapat menyebabkan luas permukaan spesifik katalis semakin kecil. Peningkatan luas pemukaan terbesar terjadi pada katalis MNi2%/Zeolit Y yang dibuat dengan mengembankan logam Mo terlebih dahulu. Pada masing-masing metode baik koimpregnasi maupun impregnasi terpisah dengan urutan pengembanan yang berbeda terdapat satu rasio optimum konsentrasi prekursor logam Ni dan Mo yaitu masing-masing pada perbandingan logam Ni 2% dan Mo 8%. Oleh karena itu, pada ketiga sampel tersebut yaitu katalis NiMo2%/Zeolit Y untuk pengembanan secara koimpregnasi, katalis Ni2%Mo/Zeolit Y untuk pengembanan secara impregnasi terpisah dengan logam Ni lebih dulu dan katalis MoNi2%/Zeolit Y untuk pengembanan secara impregnasi terpisah dengan logam Mo lebih dulu, dilakukan analisis luas permukaan spesifik, volume pori total dan rerata jejari pori dengan menggunakan alat SAA NOVA Ver. 2.00. Hasil analisis dengan SAA untuk ketiga sampel tersebut disajiakan pada Tabel 17. Tabel 17. Hasil Analisis Luas Permukaan Spesifik (S), Volume Pori Total (V) dan Rerata Jejari Pori (R) menggunakan alat SAA S (m2/g)

V (10-3 cm3/g)

R (Å)

H-Zeolit Y

409,286

207,786

10,154

NiMo2%/Zeolit Y

397,881

193,864

9,745

Ni2%Mo/Zeolit Y

380,886

113,969

5,984

MoNi2%/Zeolit Y

269,211

137,635

10,225

Sampel

61

Tabel 17 menunjukkan bahwa rerata jejari pori MoNi2%/Zeolit Y mengalami peningkatan dari H-Zeolit Y awal, perubahan fisik tersebut mungkin disebabkan terbentuknya pori-pori baru maupun bertambahnya lebarnya pori-pori yang sudah terbentuk. Hal tersebut yang menyebabkan peningkatan rerata jejari pori pada MoNi2%/Zeolit Y walaupun tidak signifikan. Meskipun mengalami peningkatan rerata jejari pori pada katalis MoNi2%/Zeolit Y mengalami penurunan volume pori total, hal tersebut disebabkan karena pengembanan logam Ni dan Mo membuat terbentuknya pori-pori dengan jari-jari besar tetapi dangkal. Akibatnya Luas permukaannya menjadi menurun juga. Pada katalis NiMo2%/Zeolit Y dan Ni2%Mo/Zeolit Y mengalami penurunan rerata jejari dan volume total pori. Penurunan rerata jejari tersebut karena logam Ni dan Mo yang diembankan kemungkinan mendesak pori-pori sehingga rerata jejari menjadi lebih kecil. Namun demikian volume pori total katalis NiMo2%/Zeolit Y dan Ni2%Mo/Zeolit Y lebih besar daripada katalis MoNi2%/Zeolit Y, hal tersebut disebabkan terbentuknya pori-pori kecil tetapi kedalamannya lebih besar dari pada kedalaman katalis MoNi2%/Zeolit Y. Hasil penelitian preparasi katalis NiMo/Zeolit Y yang dilakukan dengan variasi konsentrasi prekursor logam Ni dan metode impregnasi ini, maka dapat diasumsikan beberapa kejadian yang terjadi dalam melakukan impregnasi logam Ni dan Mo ke dalam permukaan zeolit Y, yaitu: Logam Ni+Mo Zeolit Y

Gambar 19. Akumulasi Logam Ni dan Mo pada Mulut Pori dan Saluran Pori Katalis

62

Pada Gambar 19 menunjukkan bahwa semakin tinggi konsentrasi Ni dan Mo yang diimpregnasi, Ni dan Mo yang terimpregnasi semakin besar (banyak), akan tetapi mengakibatkan luas permukaan spesifik menurun. Fenomena ini dapat dijelaskan bahwa pada konsentrasi Ni dan Mo yang tinggi logam Ni dan Mo yang terimpregnasi terakumulasi pada satu tempat dan menutup mulut pori dan saluran pori, sehingga jumlah Ni dan Mo yang relatif banyak tidak meningkatkan luas permukaan spesifik dari suatu padatan (terjadi sintering). Fenomena tersebut sesuai dengan penelitian yang telah dilakukan yaitu semakin besar konsentrasi prekursor logam Ni yang diembankan maka semakin besar pula jumlah logam Ni yang teremban, akan tetapi luas permukaan spesifik semakin menurun. Hal tersebut terjadi pada katalis dengan konsentrasi prekursor logam Ni 4%, 6% dan 8% untuk masing-masing metode impregnasi. Pada saat konsentrasi prekursor logam Ni yang relatif kecil, maka tidak akan terjadi akumulasi logam Ni dan Mo pada mulut pori dan saluran pori. Hal tersebut disebabkan karena dengan konsentrasi prekursor logam yang relatif kecil tidak terjadi kompetisi dan logam Ni dan Mo dapat terdifusi secara merata pada permukaan zeolit Y, sehingga luas permukaan spesifik semakin meningkat. Fenomena tersebut terjadi pada katalis dengan konsentrasi prekursor logam Ni 2% dan Mo 8%. Kejadian tersebut dapat digambarkan seperti pada Gambar 20.

Logam Ni+Mo Zeolit Y

Gambar 20. Distribusi Logam Ni dan Mo yang Merata pada Permukaan Katalis Pada Gambar 20 menunjukkan bahwa semakin meningkat konsentrasi Ni dan Mo yang diimpregnasikan, logam Ni dan Mo yang dapat terimpregnasi

63

semakin banyak dan luas permukaan spesifik semakin meningkat. Fenomena ini dapat terjadi karena distribusi Ni dan Mo yang berdifusi cukup merata sehingga tidak terjadi akumulasi pada mulut dan saluran pori dan relatif tidak terjadi kompetisi antara Ni dan Mo yang satu dengan yang lain. Zeolit Y yang telah terembani logam Ni dan Mo menunjukkan puncak difraksi pada jarak d yang bersesuaian dengan jarak d logam Ni yaitu pada 2,03; 1,178; 1,25 serta logam Mo pada 2,23; 1,28; 1,57. Hasil tersebut menunjukkan bahwa Ni dan Mo yang teremban dalam zeolit Y adalah bentuk logamnya. Perlakuan kalsinasi dengan gas N2, oksidasi dengan gas O2 dan reduksi dengan gas H2 mampu merubah senyawa logam dalam larutan garam prekusor Ni dan Mo menjadi logam Ni dan Mo. Meskipun demikian tidak menutup kemungkinan terbentuknya alloy terhadap logam Ni dan Mo yang teremban dalam zeolit Y terutama pada metode koimpregnasi. Hal tersebut dibuktikan dengan adanya puncak difraksi pada jarak d yang bersesuaian dengan jarak d MoNi yaitu pada 3,71; 3,17; 2,88 dan 1,85 serta NiMoO4 pada 1,91 dan 1,83. Data JCPDS untuk MoNi selengkapnya disajikan pada Gambar Lampiran 16 dan data JCPDS untuk NiMoO4 secara lengkap disajikan pada Gambar Lampiran 17. Aktivitas katalis sangat dipengaruhi oleh karakter keasaman katalis, katalis dengan keasaman yang besar diharapkan akan memiliki aktivitas katalitik yang besar pula. Hal tersebut disebabkan karena katalis akan digunakan sebagai katalis dalam pemutusan ikatan, sehingga katalis tersebut harus bersifat asam. Selain keasaman, aktivitas dan karakter katalis juga dipengaruhi oleh kandungan logam dan luas permukaan spesifik. Kandungan logam yang semakin meningkat akan meningkatkan luas permukaan spesifik, jika logam tersebut dapat terdispersi secara merata pada permukaan pengemban. Katalis dengan luas permukaan lebih besar akan mempunyai karakter dan aktivitas lebih baik daripada katalis dengan luas permukaan lebih rendah. Berdasarkan semua penjabaran diatas menunjukkan bahwa rasio optimum katalis pada pengembanan logam Ni dan Mo pada zeolit Y terjadi pada konsentrasi prekursor logam Ni 2% dan Mo 8% untuk semua metode, koimpregnasi maupun impregnasi terpisah. Hasil yang diperoleh dengan metode

64

koimpregnasi lebih kecil daripada metode impregnasi terpisah. Pada metode impregnasi terpisah dengan cara mengembankan logam Mo lebih dahulu ke dalam zeolit Y baru logam Ni yaitu pada katalis MoNi2%/Zeolit Y mempunyai karakter dan aktivitas lebih tinggi dari pada katalis yang dibuat dengan mengembankan logam Ni lebih dulu baru logam Mo. Oleh karena itu katalis MoNi2%/Zeolit Y diharapkan mempunyai aktvitas yang baik sebagai katalis perengkahan dalam konversi ban bekas atau plastik yang mempunyai hidrokarbon fraksi berat menjadi hidrokarbon fraksi ringan seperti bensin.

65

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan 1. Rasio optimum katalis pada pengembanan logam Ni dan Mo pada Zeolit Y terjadi pada konsentrasi prekursor logam Ni 2% dan Mo 8% untuk semua metode pengembanan, baik metode koimpregnasi maupun impregnasi terpisah. 2. Pembuatan katalis bimetal dengan metode impregnasi terpisah mempunyai karakter yang lebih baik daripada pembuatan katalis dengan metode koimpregnasi, sedangkan untuk metode impregnasi terpisah dengan urutan logam Mo terlebih dulu mempunyai karakter yang lebih baik daripada katalis dengan urutan logam Ni lebih dulu. Sehingga katalis yang mempunyai karakter paling baik pada penelitian ini yaitu katalis MoNi2%/Zeolit Y.

B. Saran

1. Perlu dilakukan uji terhadap katalis NiMo 2%/Zeolit Y, Ni2%Mo/Zeolit Y dan MoNi2%/Zeolit Y pada reaksi hidrorengkah senyawa hidrokarbon fraksi berat seperti plastik atau ban bekas untuk mendukung bukti bahwa katalis MoNi2%/Zeolit Y mampu mengkonversi hidrokarbon fraksi berat menjadi hidrokarbon fraksi ringan yang paling baik. 2. Perlu dilakukan penelitian sintesis katalis bimetal NiMo/Zeolit Y dengan variasi konsentrasi prekursor logam Mo dan konsentrasi logam Ni tetap, atau pembuatan katalis dengan variasi konsentrasi prekursor logam Ni yang lebih kecil dari 2%.