PREPARASI, KARAKTERISASI DAN UJI AKTIVITAS KATALITIK KATALIS MoCo/USY PADA REAKSI HIDRODEOKSIGENASI ANISOL Disusun Oleh : RUJITO SESARIO JIWANDONO RIDHO SUHARBIANSAH M0310048 SKRIPSI Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains dalam bidang ilmu kimia JURUSAN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2015
PERNYATAAN Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul PREPARASI, KARAKTERISASI DAN UJI AKTIVITAS KATALITIK KATALIS MoCo/USY PADA REAKSI HIDRODEOKSIGENASI 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, Januari 2015 RUJITO SESARIO iii
PREPARASI, KARAKTERISASI DAN UJI AKTIVITAS KATALITIK KATALIS Molibdenum-Cobalt MoCo/USY PADA REAKSI HIDRODEOKSIGENASI ANISOL RUJITO SESARIO JIWANDONO RIDHO SUHARBIANSAH Jurusan Kimia. Fakultas MIPA. Universitas Sebelas Maret ABSTRAK Penelitian ini bertujuan untuk preparasi, karakterisasi, dan uji aktivitas katalitik berbasis logam Co dan Mo yang diembankan pada Ultra Stable Y-zeolite (USY). Material yang dihasilkan diharapkan memiliki aktivitas katalitik tinggi dalam reaksi Hydrotreatment sehingga dapat digunakan untuk menghilangkan pengotor yang berupa senyawa mengandung gugus heteroatom. Pada penelitian ini dilakukan preparasi, aktivasi, karakterisasi, dan uji aktivitas katalitik. Katalis logam bimetal Molibdenum-Cobalt (MoCo)/USY dipreparasi dengan variasi rasio mol garam terhadap logam prekursor Co 0%, 2%, 4%, 6%, 8% (b/b) dan Mo 8% (b/b). Adapun aktivasi katalis meliputi kalsinasi, oksidasi, dan reduksi, sedangkan karakterisasi katalis meliputi kristalinitas (XRD), kandungan logam (XRF), keasaman (FT-IR) dan metode gravimetri, luas permukaan spesifik (SAA). Uji aktivitas (rendemen produk benzena) MoCo/USY pada reaksi hidrodeoksigenasi anisol bertujuan untuk mengetahui pengaruh katalis Mo-Co/USY terhadap aktivitas katalitik pada reaksi hidrodeoksigenasi (HDO) anisol. Berdasarkan karakterisasi dan uji aktivitas katalis yang telah dilakukan, katalis MoCo/USY 2% (katalis B) dengan karakter nilai keasaman 10,209 mmol/g, luas permukaan spesifik katalis 426,295 m 2 /g, rerata jari pori 14,135 Å, total volume pori 0,318 cc/g dan rendemen produk HDO total sebesar 6,06%. Kata Kunci: Katalis Mo-Co/USY, hidrodeoksigenasi, anisol, aktivitas katalis iv
PREPARATION, CHARACTERIZATION AND CATALYTIC ACTIVITY OF MoCo/USY CATALYST ON HIDRODEOXIGENATION REACTION OF ANISOLE RUJITO SESARIO JIWANDONO RIDHO SUHARBIANSAH Department of Chemistry, Faculty of Mathematic and Natural Science Sebelas Maret University ABSTRACT This research aims to prepare, characterize, and investigate the catalytic activity of Mo and Co metal with supporting material Ultra Stable Y-Zeolite (USY). The prepared materials are expected to have high catalytic activity in hydrotreatment reaction then it can be used to eliminate some impurities that consist of heteroatom molecules. In this research the catalysts were prepared, activated, characterized, and objected to catalytic activity test. The bimetallic catalysts MoCo/USY were prepared by impregnation method with weight variation of Co metal 0%, 2%, 4%, 6%, 8%, and Mo metal 8% (w/w). Activation of the catalyst were conducted through calcination, oxidation, reduction. The crystallinity was characterized by X-ray diffraction (XRD). Acidity of the catalyst was analyzed by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR) and gravimetric method. Elemental analysis was conducted by X-Ray Fluorescence (XRF), and surface area analysis was conducted by Surface Area Analyzer (SAA). Catalytic activity test (benzene yield product) of MoCo/USY on hydrodeoxygenation reaction of anisole was provided to investigate the effect of MoCo/USY in the hydrodeoxygenation (HDO) reaction of anisole. Based on characterization and test of catalytic activity, it is known that MoCo/USY 2% (catalyst B) shows best activities with acidity of 10,209 mmol/g, specific area of 426,295 m 2 /g, pore average of 14,135 Å, total pore volume 0,318 cc/g, and total yield of HDO products 6,06%. Keywords: Catalysts CoMo/USY, hydrodeoxygenation, anisole, catalyst activities. v
MOTTO Selemah-lemahnya manusia ialah tak mau mencari sahabat dan orang yang lebih lemah ialah yang menyia-nyiakan sahabatnya -Ali bin Abi Thalib- Skripsi yang baik adalah skripsi yang selesai -Anies Baswedan- Knowledge is power, but character is more -Rujito Sesario- vi
PERSEMBAHAN Puji syukur kehadirat Allah SWT atas segala nikmat dan karunia-nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi. Shalawat 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 dan Ibu tercinta yang senantiasa selalu memberikan dukungan dan semangat. 2. Bapak Dr. Eddy Heraldy, M. Si., selaku Ketua Jurusan Kimia 3. Ibu Dr. Khoirina Dwi N., M. Si., selaku Dosen Pembimbing I skripsi 4. Ibu Dr. Fitria Rahmawati, M. Si., selaku Dosen Pembimbing II skripsi 5. Bapak Widyo Wartono, M. Si., selaku Dosen Pembimbing akademik 6. Bapak/Ibu Dosen dan seluruh staf Jurusan Kimia FMIPA UNS atas semua ilmu yang bermanfaat. 7. Seluruh staf dan laboran Laboratorium Kimia Dasar FMIPA UNS, Sub Laboratorium Kimia, Laboratorium Pusat FMIPA UNS, dan Laboratorium MIPA TERPADU FMIPA UNS. 8. Teman-teman dan semua pihak yang telah membantu hingga selesainya penyusunan skripsi ini. Semoga Allah SWT membalas jernih payah dan pengorbanan yang telah diberikan dengan balasan yang lebih baik. Amiin.. vii
KATA PENGANTAR Puji syukur Alhamdulillah kami panjatkan kehadirat Allah SWT atas segala nikmat dan karunia-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini untuk memenuhi sebagian persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains dari Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret Surakarta. Penyusun bersyukur dan berterimakasih kepada semua pihak yang telah membantu hingga selesainya penulisan skripsi ini: 1. Allah SWT yang telah memberikan kemudahan dalam segala hal kepada penulis sehingga skripsi ini dapat terselesaikan. 2. Bapak, ibu dan keluarga yang selalu memberikan kasih sayang, cinta, semangat, dukungan, dan doanya. 3. Prof. Ari Handono Ramelan, M.Sc., Ph.D selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret. 4. Bapak Dr. Eddy Heraldy, M.Si., selaku Ketua Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret Surakarta. 5. Bapak Widyo Wartono, M.Si, selaku Pembimbing Akademik. 6. Ibu Dr. Khoirina Dwi N., M. Si., selaku Pembimbing I. 7. Ibu Dr. Fitria Rahmawati, M. Si., selaku Pembimbing II. 8. Seluruh Dosen Kimia FMIPA UNS, atas ilmu serta ajaran hidup yang telah diberikan. Semoga amal baik tersebut mendapat imbalan yang sepantasnya dari Allah SWT. Penulis berharap semoga skripsi ini bermanfaat bagi yang membutuhkan. Surakarta, 28 Januari 2015 Penulis viii
DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL... i HALAMAN PENGESAHAN... ii PERNYATAAN... iii ABSTRAK... iv ABSTRACT... v MOTTO... vi PERSEMBAHAN... vii KATA PENGANTAR... viii DAFTAR ISI... ix DAFTAR GAMBAR... xi DAFTAR TABEL... xii DAFTAR LAMPIRAN... xiii DAFTAR SINGKATAN... xiv BAB I PENDAHULUAN... 1 A. Latar Belakang Masalah... 1 B. Perumusan Masalah... 2 1. Identifikasi Masalah... 3 2. Batasan Masalah... 3 3. Rumusan Masalah... 4 C. Tujuan Penelitian... 4 D. Manfaat Penelitian... 4 BAB II LANDASAN TEORI... 5 A. Tinjauan Pustaka... 5 1. Hidrodeoksigenasi... 5 2. Zeolit Y... 5 3. Zeolit HSZ-341 NHA... 8 4. Katalis... 10 B. Kerangka Pemikiran... 20 C. Hipotesis... 22 ix
BAB III METODOLOGI PENELITIAN... 23 A. Metode Penelitian... 23 B. Tempat dan Waktu Penelitian... 23 C. Alat dan Bahan... 23 1. Alat yang digunakan... 23 2. Bahan yang digunakan... 24 D. Prosedur Penelitian... 24 1. Preparasi Katalis MoCo/USY...... 24 2. Karakterisasi Katalis...... 25 3. Uji Aktivitas Katalis...... 25 E. Teknik Pengumpulan Data... 26 F. Teknik Analisis Data... 27 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... 29 A. Karakter Katalis Bimetal... 29 1. Gugus Fungsi... 29 2. Keasaman... 30 3. Kandungan Logam... 34 4. Kristalinitas... 35 5. Luas permukaan spesifik, volume total pori, dan rerata jari pori... 45 B. Uji Aktivitas Katalis... 47 1. Distribusi Produk... 47 2. Aktivitas Produk HDO... 48 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 51 A. Kesimpulan... 51 B. Saran... 51 DAFTAR PUSTAKA... 52 LAMPIRAN... 55 x
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 1. Struktur Zeolit Y... 6 Gambar 2. Spektra FT-IR dari H-USY (a) dan H-USY setelah adsorpsi amonia (b)... 9 Gambar 3. Bentuk H-Zeolit... 11 Gambar 4. Situs Lewis... 11 Gambar 5. Konfigurasi elektron Co pada keadaan dasar... 12 Gambar 6. Mekanisme HDO 2-etil-fenol katalis CoMoS/ᵞAl2O3... 13 Gambar 7. Mekanisme reaksi deoksigenasi 2-etil-fenol katalis MoS2... 14 Gambar 8. Spektra IR dari Zeolit Y... 15 Gambar 9. pola difraksi (a) nano kristalin zeolit Y dan (b) mikrokristalin zeolit Y.... 18 Gambar 10. Grafik adsorpsi (a) nano kristalin zeolit Y dan (b) mikrokristalin zeolit Y... 20 Gambar 11. Spektra FT-IR sampel... 29 Gambar 12. Spektra FT-IR sampel E (A) dan (B) sampel E setelah adsorpsi amonia... 31 Gambar 13. Spektra FT-IR sampel setelah adsorpsi amonia... 32 Gambar 14. Data kandungan logam Mo yang teremban... 34 Gambar 15. Data kandungan logam Co yang teremban... 35 Gambar 16. Pola difraktogram USY dan sampel... 36 Gambar 17. Hasil refinement XRD USY 1 standar... 37 Gambar 18. Pola difraktogram ICSD USY, sampel, MoO3, CoMoO4, Co, dan Mo... 39 Gambar 19. Hasil refinement XRD katalis C 1 standar... 40 Gambar 20. Hasil refinement XRD katalis C 2 standar... 41 Gambar 21. Hasil refinement XRD katalis C 5 standar... 42 Gambar 22. Plot Fourier electron mapping pada USY sebelum impregnasi dan setelah impregnasi... 44 Gambar 23. Rendemen Produk HDO Anisol... 48 xi
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 1. Data parameter sel dan struktur kristal dari USY... 8 Tabel 2. Keasaman total dan luas permukaan H-USY... 9 Tabel 3. Frekuensi IR beberapa gugus fungsi.... 17 Tabel 4. Hasil refinement dengan standar Zeolit Y (ICSD#31542)... 38 Tabel 5. Hasil refinement setelah menggunakan 5 standar... 43 Tabel 6. Pengaruh rasio Co/Mo terhadap Luas permukaan spesifik, rerata jari dan total volume pori pada katalis... 45 Tabel 7. Distribusi produk total... 47 xii
DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran 1. Prosedur penelitian dan kondisi operasional instrumen... 55 Lampiran 2. Perhitungan Konsentrasi Logam Co dan Mo... 57 Lampiran 3. Data ICSD yang digunakan... 58 Lampiran 4. Data XRF... 59 Lampiran 5. Menghitung nilai keasaman... 60 Lampiran 6. Perhitungan distribusi produk dan rendemen... 61 Lampiran 7. Spektra FT-IR... 63 Lampiran 8. Spektra FT-IR setelah adsorpsi amonia... 66 Lampiran 9. Grafik adsorpsi desorpsi Katalis... 69 Lampiran 10. Hasil refinement RIETICA... 72 Lampiran 11. Hasil GC-MS... 75 xiii
DAFTAR SINGKATAN CNT DTA FTIR HDO SAA SEM TGA USY XRD XRF ZSM Carbon Nanotube Differential Thermal Analysis Fourier Transform Infrared Spectroscopy Hidrodeoxygenation Surface Area Analyzer Scanning Electron Microscopy Thermo Gravimetric Analyzer Ultra Stable Zeolite Y X-Ray Diffraction X-Ray Fluorescence Zeolite Socony Mobile xiv