KONSENTRASI PREKURSOR LOGAM DAN …...KONSENTRASI PREKURSOR LOGAM DAN METODE IMPREGNASI PADA PREPARASI NiMo/ZEOLIT Y TERHADAP KARAKTER KATALIS Disusun Oleh ARI YUSNANI M0303021 SKRIPSI

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

ii

HALAMAN PENGESAHAN

Skripsi ini dibimbing oleh :

Pembimbing I

Dian Maruto Widjonarko, M.Si

NIP. 132 258 053

Pembimbing II

Khoirina Dwi Nugrahaningtyas, M.Si

NIP. 132 258 052

Dipertahankan didepan TIM Penguji Skripsi pada :

Hari : Selasa

Tanggal : 15 Juli 2008

Anggota TIM Penguji :

1. Drs. Mudjijono, Ph.D.

NIP. 131 570 164

2. Saptono Hadi, MSi, Apt

NIP. 132 310 096

1. ………………………………

2. ………………………………

Disahkan oleh

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Sebelas Maret Surakarta

Dekan,

Prof. Drs. Sutarno, MSc, PhD

NIP. 131 649 948

Ketua Jurusan Kimia,

Drs. Sentot Budi Rahardjo, PhD

NIP. 131 570 162

iii

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

iv

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

v

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

vi

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.

vii

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,

viii

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.

ix

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

x

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

xi

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

xii

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ..................... 32

1. Preparasi, Identifikasi dan Karakterisasi Zeolit Y Awal 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 . 53

xiii

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

xiv

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 ...................................... 52

Tabel 15. Keasaman Total Katalis Hasil Impregnasi Terpisah

xv

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 ........................................ 51

Gambar 16. Histogram Jumlah Logam Total (Ni+Mo) yang Teremban

xvi

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

xvii

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


H-Zeolit Y yang sesuai dengan Standar............... 76


NiMo2%/Zeolit Y yang sesuai dengan Standar ... 78








Ni2%Mo/Zeolit Y yang sesuai dengan Standar ... 86


Ni4%Mo/Zeolit Y sesuai Standar ...................... 88


Ni6%Mo/Zeolit Y sesuai Standar ...................... 90


xviii

Ni8%Mo/Zeolit Y yang sesuai dengan Standar .. 92


MoNi 2%/Zeolit Y yang sesuai dengan Standar .. 94


MoNi4%/Zeolit Y yang sesuai dengan Standar ... 96


MoNi6%/Zeolit Y yang sesuai dengan Standar .. 98

Halaman


MoNi 8%/Zeolit Y sesuai Standar ...................... 100

xix

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


Pori H-Zeolit Y................................................ 105

Gambar Lampiran 5. Hasil Pengukuran Luas Permukaan

NiMo 2%/Zeolit Y............................................ 106


Pori NiMo 2%/Zeolit Y.................................... 107


Ni2%Mo/Zeolit Y............................................. 108


Pori Ni2%Mo/Zeolit Y .................................... 109


MoNi2%/Zeolit Y ........................................... 110

Gambar Lampiran 10. Hasil Pengukuran Volume Pori dan Rerata

Jejari Pori MoNi2%/Zeolit Y .......................... 111

Gambar Lampiran 11. Standar JCPDS Powder Diffraction File Faujasit 112

Gambar Lampiran 12. Standar JCPDS Powder Diffraction File

Faujasit-Na ....................................................... 114

Gambar Lampiran 13. Standar JCPDS Powder Diffraction File Zeolit Y 117

xx

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

1

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

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 logam-

pengemban. 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 asam-

hidrogenasi 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 masing-

masing 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

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)

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 rata-

rata 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) puncak-

puncak 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-

1 Jenis Vibrasi Keterangan

1 -NH2 (amina primer) 3400-3500 Ulur N-H 2 serapan 1560-1640 Tekuk N-H 700-850 Tekuk N-H duplet

2 -NH (amina skunder) 3310-3450 Ulur N-H 1 serapan 3 -Si-O-Si 1030-1140 Ulur Si-O-Si Asimetri 4 -Si-O-Si 450 Tekuk Si-O-Si Keluar bidang 5 -O-H 3600-3650 Ulur O-H monomer

3200-3500 Ulur O-H 1180-1260 Ulur C-O 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 unsur-

unsur 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 M(H2O)n+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)6

6+.

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 pengotor-

pengotor 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 logam-

pengemban 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.

23

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

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:

1. Tabung gas

2. Regulator gas

3. Flowmeter

4. Reaktor kalsinasi,

oksidasi dan reduksi

5. Furnace

6. Regulator listrik

1

1

3

2

4

5

6

1

2

3

4

5

6

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:

( )( )

)/(1000

123

23 gmmolWWxBM

xWWKeasaman

NH −

−=

Keterengan: W1 = 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:

)/( 2 gmM

xNxAXS 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

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)

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

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,

Tra

nsm

itan

ce

(a)

(b)

-N-H

35

1559,60 cm-1 dan 1636,66 cm-1. Identifikasi selanjutnya yaitu pada puncak-

puncak 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.

(a)

Inte

nsi

tas

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

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

(b)

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.

No. Sampel Keasaman Total (mmol/g) 1 NH4-Zeolit-Y 3,878 ± 0,075 2 H-Zeolit-Y 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 S1 (m2/g) S2 (m2/g) V (10-3 cm3/g) R (Å) NH4-Zeolit Y 12,686 ± 0,001 237,769 111,346 9,366

H-Zeolit Y 12,691± 0,001 409,286 207,786 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 Kandungan Logam (%b/b) Si 60,09 Al 15,16 Ni 0,16 Mo 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 H-

Zeolit 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.

2θ

Inte

nsi

tas

NiMo2%

NiMo4%

NiMo6%

NiMo8%

H-Zeolit Y

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 Kandungan (% b/b) H-Zeolit Y 95,551 NiMo2%/Zeolit Y 89,469 NiMo4%/Zeolit Y 89,515 NiMo6%/Zeolit Y 84,863 NiMo8%/Zeolit Y 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 masing-

masing 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. Sampel Keasaman Total (mmol/g) 1. H-Zeolit Y 5,089 ± 0,268 2. NiMo2%/Zeolit Y 6,208 ± 0,220 3. NiMo4%/Zeolit Y 5,207 ± 0,186 4. NiMo6%/Zeolit Y 4,399 ± 0,311 5. NiMo8%/Zeolit Y 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. Sampel Luas Permukaan Spesifik (m2/g) 1. H-Zeolit Y 12,691 ± 0,004 2. NiMo2%/Zeolit Y 12,695 ± 0,002 3. NiMo4%/Zeolit Y 12,693 ± 0,004 4. NiMo6%/Zeolit Y 12,692 ± 0,002 5. NiMo8%/Zeolit Y 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.

Ni8%Mo

Ni4%Mo

Ni2%Mo

H-Zeolit Y

Inte

nsi

tas

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 masing-

masing 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




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


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 masing-

masing 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. Sampel Luas Permukaan (m2/g) 1. H-Zeolit Y 12,691 ± 0,004 2. Ni2%Mo/Zeolit Y 12,696 ± 0,002 3. Ni4%Mo/Zeolit Y 12,693 ± 0,002 4. Ni6%Mo/Zeolit Y 12,690 ± 0,002 5. Ni8%Mo/Zeolit Y 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 Y ke dalam larutan garam prekursor Mo

[(NH4)6Mo7O24.4H2O] dilanjutkan dengan larutan garam prekursor Ni

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

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

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

MoNi8%

MoNi6%

MoNi4%

MoNi2%

H-Zeolit Y

Inte

nsi

tas

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




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


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 Luas Permukaan (m2/g) H-Zeolit Y 12,691 ± 0,004 MoNi2%/Zeolit Y 12,697 ± 0,004 MoNi4%/Zeolit Y 12,694 ± 0,002 MoNi6%/Zeolit Y 12,693 ± 0,004 MoNi8%/Zeolit Y 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

8.589.12

10.26

11.54

7.97

10.09

10.9

12.65

9.289.19

12.35

15.56

5

8

11

14

17

Jumlah Logam

(Ni+Mo)

Teremban (%)

Koimpregnasi Impregnasi terpisah

Ni awal

Impregnasi terpisah

Mo awal

Ni 2% Mo 8% Ni 4% Mo 8% 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 berbeda-

beda. 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.

6.208

5.207

4.399

5.068

6.679

5.875

5.495

5.763

7.713

6.739

5.243

6.01

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

Peningkatan

Keasaman

Total (mmo/g)

Koimpregnasi Impregnasi TerpisahNi Awal

Impregnasi TerpisahMo Awal

Ni 2% Mo 2% 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.

12.695

12.693

12.692

12.691

12.696

12.693

12.690

12.689

12.697

12.694

12.693

12.690

12.687

12.691

12.695

12.699

Luas

Permukaan

Spesifik

(m2/g)

Koimpregnasi Impregnasi Terpisah

Ni Awal

Impregnasi Terpisah

Mo Awal

Ni 2%Mo 2% 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

Sampel 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

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:

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

Logam Ni+Mo

Zeolit Y

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.

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

Logam Ni+Mo

Zeolit Y

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%.

Documents

KONSENTRASI PREKURSOR LOGAM DAN …...KONSENTRASI PREKURSOR LOGAM DAN METODE IMPREGNASI PADA PREPARASI NiMo/ZEOLIT Y TERHADAP KARAKTER KATALIS Disusun Oleh ARI YUSNANI M0303021 SKRIPSI