PENGARUH JENIS KATALIS DAN GAS PEMBAWA PADA REAKSI DEOKSIGENASI ANISOL

Transkripsi

1 PENGARUH JENIS KATALIS DAN GAS PEMBAWA PADA REAKSI DEOKSIGENASI ANISOL Disusun oleh : DEWI ARIYANI M SKRIPSI Diajukan untuk memenuhi sebagianpersyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains dalam bidang ilmu kimia FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA Juni, 2017

2 ii

3 PERNYATAAN Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul PENGARUH JENIS KATALIS DAN GAS PEMBAWA PADA REAKSI DEOKSIGENASI ANISOL 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, Juni 2017 DEWI ARIYANI iii

4 PENGARUH JENIS KATALIS DAN GAS PEMBAWA PADA REAKSI DEOKSIGENASI ANISOL DEWI ARIYANI Program Studi Kimia, Fakultas MIPA, Universitas Sebelas Maret ABSTRAK Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh jenis katalis dan gas pembawa pada reaksi deoksigenasi anisol. Reaksi deoksigenasi anisol dilakukan menggunakan sistem alir pada temperatur 350 ºC dengan variasi katalis CoMo/USY reduksi (CoMo/USY R), CoMo/USY oksidasi-reduksi (CoMo/USY OR), dan CoMo/ZAA oksidasi-reduksi (CoMo/ZAA OR). Pengaruh gas pembawa nitrogen dan hidrogen juga telah diteliti. Produk yang dihasilkan dianalisis menggunakan kromatografi gas-spektroskopi massa (GC-MS). Hasil analisis menunjukkan bahwa katalis CoMo/USY R dengan hidrogen sebagai gas pembawa memiliki hasil paling tinggi pada rendemen produk total (50,72 %), rendemen produk antara (38,49 % pada produk antara fenol; 6,99 % pada produk antara benzaldehida), dan rendemen produk deoksigenasi (5,24 %). Katalis CoMo/ZAA OR menghasilkan produk deoksigenasi yang paling selektif berupa benzena dan toluena. Adapun gas pembawa nitrogen dengan katalis CoMo/ZAA OR memiliki selektivitas produk benzena paling tinggi sebesar 93,92%. Kata Kunci: anisol, CoMo/USY, CoMo/ZAA, deoksigenasi, gas pembawa iv

5 THE EFFECT OF CATALYST AND CARRIER GAS TYPES ON ANISOLE DEOXYGENATION REACTION DEWI ARIYANI Departement of Chemistry, Faculty of Mathematics and Natural Sciences, Sebelas Maret University ABSTRACT This research aims to investigate the effect of catalyst and carrier gas types in anisol deoxygenation reaction. The anisole deoxygenation reaction was carried out over a flow system at a temperature of 350 ºC with a variation of catalyst CoMo/USY reduction (CoMo/USY R), CoMo/USY oxidation-reduction (CoMo/USY OR), and CoMo/ZAA oxidation-reduction (CoMo/ZAA OR). The effect of the carrier gases nitrogen and hydrogen was additionally investigated. The resulting product was analyzed using gas chromatography-mass spectroscopy (GC-MS). The result showed that catalyst CoMo/USY R with hydrogen as the carrier gas shows highest amount of total yield product (50.72 %), intermediate product yield (38.49 % in phenol intermediate product, 6.99 % in benzaldehyde intermediate product), and deoxygenation yield (5.24 %). The CoMo/ZAA OR catalyst exhibited the most selective deoxygenation product, benzene and toluene. The nitrogen carrier gas with the CoMo/ZAA OR catalyst shows best selectivity of benzene product of %. Keywords: anisole, CoMo/USY, CoMo/ZAA, deoxygenation, carrier gas v

6 MOTTO Cukuplah Allah sebagai penolong kami dan Allah sebaik-baik pelindung (Q.S Ali Imran: 173) Allah tidak membebani seseorang melainkan sesuai dengan kesanggupannya (Q.S Al-Baqarah: 286) Boleh jadi kamu membenci sesuatu, padahal ia amat baik bagimu, dan boleh jadi (pula) kamu menyukai sesuatu padahal ia amat buruk bagimu, Allah mengetahui, sedang kamu tidak mengetahui. (Q.S Al-Baqarah: 216 ) vi

7 PERSEMBAHAN Alhamdulillahirobbil alamin... Segala puji syukur tercurah kepada Allah SWT yang telah melimpahkan kasih dan sayang-nya yang tak terbatas hingga terselesaikannya skripsi ini. Shalawat dan salam teriring pula kepada Rasulullah, Muhammad SAW. Karya kecil ini kupersembahkan untuk: Keluargaku; Ibu Sri Yuliani, Bapak Edy Sanyoto, serta kedua kakakku Diah Ayu Stella Mediana dan Darayani Aradhita Sahabatku; Arinta Wulandari, Meiyanti R. Kumalasari, Puji Estianingsing, Sekar Handayani, dan Velina Anjani Teman-teman se-angkatan; Astatin Force 2011 Semua pihak yang telah membantu dalam segala hal Pembaca yang telah meluangkan waktunya untuk membaca karya ini. vii

8 KATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat Allah SWT atas segala limpahan nikmat dan karunia-nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini untuk memenuhi persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains dari Prodi Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret Surakarta. Sholawat dan salam senantiasa penulis haturkan kepada Rasulullah SAW sebagai pembimbing seluruh umat manusia. Skripsi ini tidak akan selesai tanpa adanya bantuan dari berbagai pihak, karena itu penulis menyampaikan terima kasih kepada : 1. Allah SWT atas limpahan rahmat dan karunia-nya sehingga skripsi ini dapat terselesaikan. 2. Ibu Dr. Triana Kusumaningsih, M.Si selaku Kepala Prodi Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret. 3. Ibu Dr. Khoirina Dwi Nugrahaningtyas, M.Si selaku Dosen Pembimbing I. 4. Bapak Dr. Eddy Heraldy, M.Si selaku Dosen Pembimbing II. 5. Ibu Dra. Tri Martini, M.Si selaku Pembimbing Akademik. 6. Bapak-Ibu dosen dan seluruh staf progam studi Kimia FMIPA UNS. 7. Tim riset katalis: Ferdinand, Wendah, Mas Rujito, Aji Indo, Rachmadhani, Nanda, Irma, Avrina, Ana, dan Septi yang selalu memberikan semangat. 8. Teman-teman Kimia Angkatan 2011 yang telah memberikan dukungan. 9. Semua pihak yang telah membantu dalam penyusunan skripsi ini. Penulis berharap semoga Allah SWT membalas segala jerih payah dan usaha yang telah diberikan dalam membantu penyelesaian skipsi ini. Penulis juga berharap semoga karya kecil ini bermanfaat bagi pembaca. Surakarta, Juni 2017 Penulis viii

9 DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL... HALAMAN PENGESAHAN... PERNYATAAN... ABSTRAK... ABSTRACT... MOTTO... PERSEMBAHAN... KATA PENGANTAR... DAFTAR ISI... DAFTAR TABEL... DAFTAR GAMBAR... DAFTAR LAMPIRAN... DAFTAR ISTILAH DAN SINGKATAN... i ii iii iv v vi vii viii xi xi xii xiv xv BAB I PENDAHULUAN... 1 A. Latar Belakang Masalah... 1 B. Perumusan Masalah... 3 C. Tujuan Penelitian... 5 D. Manfaat Penelitian... 5 BAB II LANDASAN TEORI... 6 A. Tinjauan Pustaka Anisol Reaksi Deoksigenasi Katalis Logam (Co dan Mo) Berpengemban Gas Pembawa ix

10 B. Kerangka Pemikiran C. Hipotesis BAB III METODOLOGI PENELITIAN A. Metode Penelitian B. Tempat dan Waktu Penelitian C. Alat dan Bahan Alat Bahan D. Prosedur Penelitian E. Teknik Pengumpulan dan Analisis Data BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN A. Rendemen Produk Total B. Rendemen Produk Antara C. Rendemen Produk Deoksigenasi Anisol Katalis CoMo/USY R Katalis CoMo/USY OR Katalis CoMo/ZAA R D. Selektivitas Produk Deoksigenasi Anisol BAB V KESIMPULAN DAN SARAN A. Kesimpulan B. Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN x

11 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 1. Zeolit Alam yang Umum Ditemukan (Subagjo, 1993) Tabel 2. Karakter Katalis CoMo Berpengemban (Rachmadhani, 2016; Nugrahaningtyas et al., 2017; Nugrahaningtyas et al., 2013) Tabel 3. Rendemen Produk Hasil Reaksi Deoksigenasi Anisol xi

12 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 1. Skematis representasi dari tipikal fragmen lignin bio-oil (Jin et al., 2014)... 6 Gambar 2. Struktur anisol... 7 Gambar 3. Gambar 4. Jalur reaksi hidrodeoksigenasi guaiakol, fenol, anisol (Kay Lup et al., 2017)... 9 Mekanisme yang diusulkan untuk deoksigenasi anisol melalui zeolit pada suhu 600 C (Thilakaratne et al,. 2016) Gambar 5. Jalur reaksi hidrodeoksigenasi anisol (Jin et al., 2014) Gambar 6. Jalur reaksi transformasi anisol: (1) dealkilasi dan demetilasi, (2) deoksigenasi, (3) hidrogenasi, (4) isomerisasi, (5) dehidrasi, (6) alkilasi, (7) rekasi pembuka rantai (Sankaranarayanan et al., 2015) Gambar 7. Struktur zeolite (Togar, 2012) Gambar 8. Produk HDO (Nugrahaningtyas et al., 2015) Gambar 9. Gambar 10. Gambar 11. Gambar 12. Gambar 13. Mekanisme reaksi HDO fenol pada katalis amorf Co-Mo- O-B (Wang et al., 2011) Kandungan oksigen total vs waktu pada reaksi HDO metil palmitat menggunakan katalis NiMo/ γ-al 2 O 3 dan CoMo/ γ-al 2 O 3 (Deliy et al., 2011) Rendemen produk LO, HO, AF, GF, dan coke dari HDO bio-oil dengan variasi katalis (Ahmadi et al., 2016) Kemungkinan reaksi menggunakan equilibrium simulation dengan Aspen Hysys 7.1 (Boullosa-Eiras et al., 2014) Pengaruh gas pembawa pada (A) konversi anisol pada HZSM-5; (B) hasil produk utama sebagai fungsi konversi anisol pada HZSM-5. Kondisi reaksi: W/F = 0,5 jam, T = xii

13 400 ºC. Simbol tertutup, gas pembawa He; simbol terbuka, gas pembawa H 2 (Zhu et al., 2010) Gambar 14. Gambar 15. Gambar 16. Konversi toluena menggunakan gas pembawa hidrogen ( ) dan nitrogen ( ) sebagai fungsi dari (a) tekanan reaksi pada 400 ºC dan (b) temperatur reaksi pada 30 bar (Al- Khattaf et al., 2008) Konversi toluena pada 400 ºC, 30 bar, dan 1,5 LHSV sebagai fungsi dari waktu berjalannya reaksi dengan menggunakan gas pembawa hidrogen ( ) dan nitrogen ( ) (Al-Khattaf et al., 2008) Jalur reaksi deoksigenasi benzaldehida pada katalis Ga/HZSM-5 (Ausavasukhi et al., 2009) Gambar 17. Reaktor deoksigenasi (Hidayat, 2005) Gambar 18. Gambar 19. Gambar 20. Gambar 21. Hubungan jenis katalis dengan rendemen total pada variasi gas pembawa Rendemen produk antara dengan variasi gas pembawa pada katalis (A) CoMo/USY R; (B) CoMo/USY OR; (C) CoMo/ZAA OR Rendemen produk deoksigenasi dengan variasi jenis gas pembawa pada perlakuan termal (Nugrahaningtyas et al., 2015) dan variasi jenis katalis Perkiraan mekanisme reaksi pembentukan produk benzena dan toluena: (A) gas pembawa nitrogen; (B) gas pembawa hidrogen Gambar 22. Perkiraan tahapan reaksi pembentukan produk deoksigenasi anisol: (I) demetilasi, (II) transfer metil, (III) deoksigenasi langsung, (IV) hidrogenolisis, (V) hidrogenasi, (VI) dehidrogenasi, (VII) dekarbonilasi Gambar 23. Selektivitas produk deoksigenasi anisol dengan katalis CoMo/USY R (A), CoMo/USY OR (B), dan CoMo/ZAA OR (C) xiii

14 DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran 1. Lampiran 2. Skema Reaksi Deoksigenasi Anisol Menggunakan Sistem Alir Gambar Senyawa Model Anisol dan Produk yang Dihasilkan Lampiran 3. Hasil GC-MS Reaksi Deoksigenasi Anisol Lampiran 4. Perhitungan Rendemen Produk Total, Rendemen Produk Antara, Rendemen Produk Deoksigenasi, dan Selektivitas Produk xiv

15 DAFTAR ISTILAH SINGKATAN Co Mo CoMo/USY R CoMo/USY OR CoMo/ZAA OR GC-MS USY HDO SHE SPE BEN TOL EIB DMB EEB TMB Cobalt Molybdenum Cobalt Molybdenum/Ultra Stable Y-Zeolite Reduksi Cobalt Molybdenum/Ultra Stable Y-Zeolite Oksidasi- Reduksi Cobalt Molybdenum/Zeolit Alam Aktif Oksidasi- Reduksi Gas Chromatography-Mass Spectrometry Ultra Stable Y-Zeolite Hidrodeoksigenasi Sikloheksadiena Siklopentadiena Benzena Toluena Etilbenzena Dimetilbenzena Etenilbenzena Trimetilbennzena xv