UJI AKTIVITAS KATALIS (Co DAN Mo) BERBASIS USY PADA REAKSI DEOKSIGENASI ANISOL DAN HIDROKSI ANISOL DALAM REAKTOR BATCH

Transkripsi

1 UJI AKTIVITAS KATALIS (Co DAN Mo) BERBASIS USY PADA REAKSI DEOKSIGENASI ANISOL DAN HIDROKSI ANISOL DALAM REAKTOR BATCH Disusun Oleh : IRMA FADHILA PUTRI M SKRIPSI Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains Bidang Ilmu Kimia FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA Desember, 2016

2

3 PERNYATAAN Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul UJI AKTIVITAS KATALIS (Co DAN Mo) BERBASIS USY PADA REAKSI DEOKSIGENASI ANISOL DAN HIDROKSI ANISOL DALAM REAKTOR BATCH belum pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga belum pernah ditulis atau dipublikasikan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka. Surakarta, Desember 2016 IRMA FADHILA PUTRI iii

4 UJI AKTIVITAS KATALIS (Co DAN Mo) BERBASIS USY PADA REAKSI DEOKSIGENASI ANISOL DAN HIDROKSI ANISOL DALAM REAKTOR BATCH IRMA FADHILA PUTRI Program Studi Kimia, Fakultas MIPA, Universitas Sebelas Maret ABSTRAK Telah dilakukan uji aktivitas katalis (Co dan Mo) berbasis USY (Ultra Stable Y-Zeolite) pada reaksi deoksigenasi anisol dan hidroksi anisol. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh jenis katalis (Co dan Mo) yang diembankan pada USY, temperatur, waktu terhadap produk, serta perbandingan karakter katalis baru dan bekas setelah reaksi deoksigenasi anisol dan p-hidroksi anisol. Uji aktivitas katalitik dilakukan dalam reaktor batch menggunakan gas N 2 ; tekanan 1 bar; variasi jenis katalis CoMo/USY, Co-Mo/USY, Mo-Co/USY; temperatur ( C); dan waktu (1-2 jam). Produk yang terbentuk dianalisis menggunakan kromatografi gas (GC), kromatografi gas-spektroskopi massa (GC- MS), dan spektroskopi infra merah (FTIR). Temperatur reaksi yang menghasilkan produk tertinggi pada anisol (2,65% menjadi 24,64%) adalah 300 C yang dimiliki oleh katalis CoMo/USY. Namun apabila dibandingkan dengan katalis lain, aktivitas katalitik paling baik adalah katalis Co-Mo/USY. Katalis Co-Mo/USY menghasilkan produk bebas oksigen dari anisol saat waktu reaksi 2 jam. Katalis Co-Mo/USY memiliki nilai hasil rendemen total produk yang meningkat seiring berjalannya waktu (1-2 jam) secara drastis (dari 14,21% ke 28,92% pada anisol, serta dari 3,71% ke 9,41% pada p- hidroksi anisol). Pada deoksigenasi anisol kestabilan katalis masih baik dilihat dari tidak adanya serapan baru yang muncul, hanya terjadi perubahan intensitas dan bilangan gelombang saja. Sementara pada deoksigenasi p-hidroksi anisol kestabilan katalis kurang baik, dilihat dari munculnya serapan baru yang menandakan adanya pengotor pada permukaan katalis. Kata kunci: anisol, katalis, (Co dan Mo)/USY, p-hidroksi anisol iv

5 THE ACTIVITY OF (Co AND Mo) SUPPORTED USY CATALYST ON DEOXYGENATION REACTION OF ANISOLE AND HYDROXY ANISOLE IN A BATCH REACTOR IRMA FADHILA PUTRI Department of Chemistry, Faculty of Mathematic and Science, Sebelas Maret University ABSTRACT The activity of catalyst was studied over (Co and Mo) supported USY (Ultra Stable Y-Zeolite) on deoxygenation reaction of anisole and hydroxy anisole. This research studied the effect of type (Co and Mo) supported USY catalyst, temperature, time of the product, and the comparison character between fresh and used catalyst after deoxygenation reaction of anisole and p-hydroxy anisole. The catalytic activity was performed in a batch reactor using N 2 gas; 1 bar; variations in type of catalyst CoMo/USY, Co-Mo/USY, Mo-Co/USY; temperature ( C); and times (1-2 hours). The product was analyzed by gas chromatography (GC), gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) and Fourier Transform Infra Red (FTIR). The highest product of anisole (2.65% to 24.64%) occured at temperatures of 300 C provided by CoMo/USY catalyst. However if compared with other catalysts, the highest activity was obtained with Co-Mo/USY catalyst. The Co- Mo/USY catalyst produce oxygen free of anisole when reaction time is 2 hours. The Co-Mo/USY catalyst has the value of the total yield of the product increased with time increase (1-2 hours) drastically (from 14.21% to 28.92% at anisole, and from 3.71% to 9.41% at p-hydroxy anisole). The stability of catalyst on deoxygenation of anisole is still good seen from the absence of new absorption appears, only occured a change intensity and wave number. While stability of catalyst on deoxygenation of p-hydroxy anisole is not good, seen from the appearance of a new absorption indicating the presence of impurities on the surface of catalyst. Keywords: anisole, catalyst, (Co and Mo)/USY, p-hydroxy anisole v

6 MOTTO Sesungguhnya sesudah kesulitan ada kemudahan. Maka apabila kamu telah selesai (urusan dunia), bersungguh-sungguhlah (dalam beribadah), dan hanya kepada Tuhanmulah kamu berharap (Q.S Al Insyirah 6-8) Kemenangan yang seindah-indahnya dan sesukar-sukarnya yang boleh direbut oleh manusia ialah menundukkan diri sendiri (R.A. Kartini) Kebanggaan kita yang terbesar adalah bukan tidak pernah gagal, tetapi bangkit kembali setiap kali kita jatuh (Confusius) vi

7 PERSEMBAHAN Teriring syukurku kepada-mu atas limpahan nikmat yang tiada terhitung kekuatan, kesabaran, kemudahan untuk menyelesaikan skripsi ini. Karya kecilku ini kupersembahkan untuk: Bapak dan Almh. Ibu, yang selalu memberikan kasih dan sayang, serta doanya dengan tulus ikhlas Kakak Moch. Irsyad Mahlafi yang selalu memberikan doa, dukungan, dan semangat Sahabat-sahabat terbaikku, terima kasih atas dukungan, semangat, dan doa yang diberikan Teman-teman Kimia 2012 yang telah sama-sama berjuang Semua pihak yang telah membantu dalam segala hal Pembaca yang telah meluangkan waktunya untuk membaca karya kecil saya vii

8 KATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat Allah SWT atas segala limpahan nikmat dan karunia-nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi. Sholawat dan salam senantiasa penulis haturkan kepada Rasulullah SAW sebagai pembimbing seluruh umat manusia. Skripsi ini tidak akan selesai tanpa adanya bantuan dari banyak pihak, karena itu penulis menyampaikan terima kasih kepada : 1. Bapak, Almh. Ibu, Mas Irsyad yang selalu mendukung serta mendoakan sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan lancar. 2. Prof. Ari Handono Ramelan, M.Sc., Ph.D selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret. 3. Dr. Triana Kusumaningsih, M.Si selaku Kepala Program Studi Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret. 4. Dr. Khoirina Dwi Nugrahaningtyas, M.Si selaku Pembimbing I dan Kepala Laboratorium Kimia FMIPA UNS. 5. Dr. Eddy Heraldy M.Si selaku Pembimbing II. 6. Dr. Desi Suci Handayani, M.Si selaku Pembimbing Akademik. 7. Dr. Sayekti Wahyuningsih, M.Si selaku Kepala Laboratorium MIPA Terpadu. 8. Bapak-Ibu dosen Program Studi Kimia FMIPA UNS, atas ilmu yang telah diberikan. 9. Seluruh laboran Kimia FMIPA UNS. 10. Sahabat penulis: Dyah, Fatma, Mbak Listi, Ulfa, Bela, Defiana, Yuli, Ana, Bening, yang telah memberikan dukungan, doa, dan semangatnya. 11. Tim riset katalis, Nanda, Mbak Rachma, Mbak Wendah, Mas Ferdinand, Mbak Riri, Mbak Avrina, Mas Aji, Mas Rujito, Septi yang sama-sama berjuang mengerjakan skripsi. 12. Teman-teman Kimia Angkatan 2012 yang telah memberikan dukungan serta semangatnya. 13. Teman-teman KKN Sonorejo 2016 yang telah memberikan semangatnya. viii

9 14. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu, yang turut memberikan sumbangan baik moral maupun spiritual demi terselesaikannya skripsi ini. Semoga Allah SWT membalas jerih payah dan pengorbanan yang telah diberikan dengan balasan yang lebih baik. Aamiin. Penulis menyadari bahwa banyak kekurangan dalam penulisan skripsi ini. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran untuk menyempurnakannya. Namun demikian, penulis berharap semoga karya kecil ini bermanfaat bagi pembaca. Surakarta, Desember 2016 Penulis ix

10 DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL... i HALAMAN PENGESAHAN... ii PERNYATAAN... iii ABSTRAK... iv ABSTRACT... v MOTTO... vi PERSEMBAHAN... vii KATA PENGANTAR... viii DAFTAR ISI... x DAFTAR GAMBAR... xii DAFTAR TABEL... xv DAFTAR LAMPIRAN... xvi DAFTAR SINGKATAN... xvii BAB I PENDAHULUAN... 1 A. Latar Belakang Masalah... 1 B. Perumusan Masalah Identifikasi Masalah Batasan Masalah Rumusan Masalah... 4 C. Tujuan Penelitian... 4 D. Manfaat Penelitian... 5 BAB II LANDASAN TEORI... 6 A. Tinjauan Pustaka Reaksi Deoksigenasi Katalis (Co dan Mo) dalam Pengemban USY Reaksi Deoksigenasi Anisol Reaksi Deoksigenasi Senyawa Fenolik Variabel yang Mempengaruhi Reaksi Deoksigenasi B. Kerangka Pemikiran x

11 C. Hipotesis BAB III METODOLOGI PENELITIAN A. Metode Penelitian B. Tempat dan Waktu Penelitian C. Alat dan Bahan Alat yang digunakan Bahan yang digunakan D. Prosedur Penelitian E. Teknik Pengumpulan Data F. Teknik Analisis Data BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN A. Aktivitas Katalis Rendemen dan Selektivitas Produk Reaksi Deoksigenasi Anisol Rendemen dan Selektivitas Produk Total p-hidroksi anisol Rendemen Produk Antara dan Deoksigenasi a. Anisol b. p-hidroksi anisol B. Karakter Katalis Senyawa Anisol Senyawa p-hidroksi anisol BAB V KESIMPULAN DAN SARAN A. Kesimpulan B. Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN xi

12 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1. Spektra FTIR (a, hitam) USY dan Katalis (b, merah) Mo- Co/USY, (c, biru) Co-Mo/USY, dan (d, hijau) CoMo/USY 10 Gambar 2.2. Pola Difraktogram (hitam) USY, katalis (biru) CoMo/USY, (merah) Co-Mo/USY, dan (hijau) Mo- Co/USY Gambar 2.3. Produk Konversi 2-hidroksi anisol Menggunakan Alumina dan CoMo/alumina. A: Alumina Gambar 2.4. Konversi Senyawa Model β-o-4 Lignin Menggunakan Katalis CoMo/Al 2 O Gambar 2.5. Mekanisme Reaksi Deoksigenasi pada Anisol dengan Katalis CoMo/γ-Al 2 O 3 Terpresulfidasi pada Temperatur 250 C dan 300 C Gambar 2.6. Mekanisme Reaksi Konversi Anisol Menggunakan Zeolit HY Gambar 2.7. Rendemen Produk Hidrodeoksigenasi Anisol Menggunakan USY, Mo-Co/USY, dan Pt/Al 2 O Gambar 2.8. Mekanisme Reaksi Hidrodeoksigenasi diikuti Hidrogenasi 17 Gambar 2.9. Mekanisme Reaksi Hidrogenasi diikuti Hidrodeoksigenasi 18 Gambar Mekanisme Reaksi Deoksigenasi dengan Gas H 2 pada 2- hidroksi anisol Menggunakan Katalis CoMo/γ-Al 2 O Gambar Mekanisme Reaksi Deoksigenasi dengan Gas H 2 pada 2- hidroksi anisol Menggunakan Katalis NiCu/SiO 2 -ZrO Gambar Mekanisme Reaksi Deoksigenasi 2-hidroksi anisol dengan Katalis Co/SiO Gambar Mekanisme Reaksi Deoksigenasi 2-etilfenol Menggunakan Katalis MoS Gambar Diagram Profil Energi dari Reaksi Tanpa dan dengan Katalis xii

13 Gambar Hasil Produk Minyak dan Gas Dibandingkan dengan Kandungan Oksigen dari Perengkahan Zeolit sebagai Fungsi Temperatur Gambar Produk Deoksigenasi Hidroksi anisol pada Temperatur C Gambar Deoksigenasi Bio-oil pada Temperatur C Gambar Hasil Konversi 2-hidroksi anisol Menggunakan Katalis Pt/H-MFI Gambar Hasil Konversi Produk (a) Anisol, 45 menit (b) Anisol, 125 menit (c) 2-hidroksi anisol, 45 menit (d) 2-hidroksi anisol, 125 menit Gambar 3.1. Rangkaian Alat Deoksigenasi Reaktor Batch Gambar 4.1. Hubungan Jenis Katalis dengan Rendemen Total pada Variasi Temperatur selama 1 jam Gambar 4.2. Hubungan Jenis Katalis dengan Rendemen Total pada 300 C selama 1 jam (garis) dan 2 jam (putih) Gambar 4.3. Hubungan Jenis Katalis dengan Rendemen Total pada Temperatur 300 C selama 1 jam (putih) dan 2 jam (hitam) 41 Gambar 4.4. Rendemen produk antara fenol (hitam) dan 4-metil anisol (putih) pada 1 jam (A) dan 2 jam (B) Gambar 4.5. Perkiraan Mekanisme Demetilasi Membentuk Fenol Gambar 4.6. Perkiraan Mekanisme Transfer Metil Membentuk 4-metil anisol Gambar 4.7. Perkiraan Mekanisme Reaksi Anisol Membentuk pentametil benzena Gambar 4.8. Rendemen produk antara 1,4-dimetoksi benzena (putih) dan 1,4-dihidroksi benzena (hitam) pada Waktu Reaksi 1 jam (A) dan 2 jam (B) Gambar 4.9. Perkiraan Mekanisme Demetilasi p-hidroksi anisol Membentuk 1,4-dihidroksi benzena xiii

14 Gambar Perkiraan Mekanisme Transfer Metil p-hidroksi anisol Membentuk 1,4-dimetoksi benzena Gambar Hasil FTIR katalis (A) CoMo/USY (B) Co-Mo/USY (C) Mo-Co/USY sebelum digunakan (biru), setelah digunakan 1 jam (merah), dan setelah digunakan 2 jam (hitam) Gambar Hasil FTIR katalis (A) CoMo/USY (B) Co-Mo/USY (C) Mo-Co/USY sebelum digunakan (biru), setelah digunakan 1 jam (merah), dan setelah digunakan 2 jam (hitam) xiv

15 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1. Kandungan Bio-oil dari Tumbuhan... 7 Tabel 2.2. Data Parameter Sel dan Struktur Kristal dari USY... 9 Tabel 2.3. Karakter Pengemban NH 4 -USY dan H-USY... 9 Tabel 2.4. Hasil Analisis Keasaman Total dan Luas Permukaan Katalis oleh Rachmadhani (2016) Tabel 2.5. Data Parameter Sel dan Struktur Kristal dari Jenis Partikel 12 Tabel 2.6. Distribusi Produk Deoksigenasi 2-hidroksi anisol Tabel 4.1. Selektivitas Produk Total pada Anisol saat 300 C selama 1 jam Tabel 4.2. Selektivitas Produk Total pada Anisol saat 300 C selama 2 jam Tabel 4.3. Selektivitas Produk Total p-hidroksi anisol saat 1 dan 2 jam 42 xv

16 DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran 1. Perhitungan Konsentrasi Prekursor Logam Co dan Mo Lampiran 2. Hasil GC dan GC-MS pada Senyawa Model Anisol Lampiran 3. Hasil GC dan GC-MS pada Senyawa Model p-hidroksi anisol Lampiran 4. Hasil FTIR Lampiran 5. Perhitungan Rendemen Total, Rendemen dan Selektivitas Produk Lampiran 6. Preparasi Katalis Koimpregnasi CoMo/USY Lampiran 7. Preparasi Katalis Impregnasi Terpisah Co-Mo/USY dan Mo-Co/USY xvi

17 DAFTAR SINGKATAN Co Mo CoMo/USY Co-Mo/USY Mo-Co/USY FTIR GC GC-MS USY Cobalt Molybdenum Cobalt Molybdenum/Ultra Stable Y-Zeolite Cobalt Molybdenum/Ultra Stable Y-Zeolite Molybdenum Cobalt/Ultra Stable Y-Zeolite Fourier Transform Infrared Spectroscopy Gas Chromatography Gas Chromatography-Mass Spectrometry Ultra Stable Y-Zeolite xvii