KATALIS DAN KATALISIS PDF

Preview

Summary

(C. Grosling, 2001)RESUME KATALIS DAN KATALISIS TOMI SETIAWAN 145090200111020 UNIVERSITAS BRAWIJAYA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM JURUSAN KIMIA MALANG 2017 1. Definisi Katalis Katalis merupakan senyawa kimia yang meningkatkan laju reaksi pada reaksi kimia tanpa katalis tersebut secar...

Description

Accelerat ing t he world's research.

KATALIS DAN KATALISIS tomi setiawan

Related papers

Download a PDF Pack of t he best relat ed papers 

ST UDI 137Cs DALAM AIR LAUT DISEKITAR PERAIRAN BANGKA SELATAN DAN SUMAT ERA SEL… Heny Suseno

JURNAL KIMIA UNAND net ri elisma Bioakumulasi 137CS Oleh Keong Mas (Pomacea Canaliculat a) Dengan Met ode Kompart emen Tunggal Heny Suseno

(C. Grosling, 2001)RESUME

KATALIS DAN KATALISIS

TOMI SETIAWAN 145090200111020

UNIVERSITAS BRAWIJAYA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM JURUSAN KIMIA MALANG 2017

1. Definisi Katalis Katalis merupakan senyawa kimia yang meningkatkan laju reaksi pada reaksi kimia tanpa katalis tersebut secara permanen terlibat didalam reaksi. Sehingga katalis pada akhir reaksi tidak berikatan dengan senyawa reaktan maupun produk yang ada. Keadaan senyawa katalis sebagai subjek pada tiap interaksi kimia yang terjadi dengn reaktan tetapi katalis tidak berubah diakhir reaksi. Katalis mempercepat reaksi kinetika terhadap hasil termodinamika dengan cara memberikan jalur yang lebih mudah untuk diikuti oleh molekul sehingga dibutuhkan energi yang tidak besar. Katalis pada saat reaksi mengalami perubahan secara kimia dan fisik sehingga menurunkan kemampuannya sebagai katalis secara perlahan hingga dapat menyebabkan terjadinya deaktivasi katalis. Fungsi katalis yaitu sebagai aktivasi, selektivitas, dan dekativasi. Aktivasi sebagai pendorong reaksi berjalan cepat dengan memberikan jalur alternative, katalis sebagai selektifitas yaitu selektif pada suatu reaksi sehingga menghasilkan produk yang sesuai dan juga katalis sebagai deaktifasi yaitu katalis digunakan sebagai penghambat laju reaksi yang terjadi. Katalis memiliki sisi aktif yang berperan dalam suatu proses reaksi, peningkatan sisi aktif memiliki beberapa kelebihan seperti : 





Laju reaksi tinggi pada semua kondisi Laju rekasi sama tetapi dengan reaktor kecil Laju reaksi sama pada temperatur atau tekanan rendah dimana menghasilkan kesetimbangan yang meningkat, operasi menjadi mudah, deaktifasi menjadi berkurang ataupun selektifitas meingkat Berikut jenis katalis yang umum digunakan yaitu berbentuk pellet, ekstrudat,

bola, granul, flake dan bubuk.

2. Klasifikasi Katalis Katalis memiliki 3 macam klasifikai yaitu katalis homogen, katalis heterogen, dan enzim. Perbedaan ini berdasarkan penggunaan katalis pada suatu reaksi.



Katalis homogen Katalis homogen ialah katalis yang memiliki fasa yang sama dengan reaktan dan produk yang dihasilkan. Biasanya katalis homogen berupa fasa cair dimana katalis dan reaktan berada dalam suatu larutan. katalisis terjadi dengan adanya pengkompleksan dan pengarutan ulang antara molekul dan ligan dari katalis itu sendiri. Reaksi bisa bersifat sangat spesifik, dengan hasil produk yang tinggi. Reaksi yang terjadi dapat dengan mudah dipelajari didalam



laboratorium dengan teknik kimia organologam. Katalis heterogen Katalis heterogen yaitu berupa sistem dimana reaktan dan katalis berada pada fasa yang berbeda, umumnya padatan katalis yang digunakan pada reaktan berfasa cair maupun gas. Sistem heterogen sulit untuk dipelajari di



laboratorium. Katalis enzim Enzim merupakan molekul protein dengan ukuran koloid, terkadang pada ukuran antara homogeny molekul dan heterogen makroskopik katalis. Enzim hanya digunakan pada reaksi biokimia, memiliki karakterisasi sangat efesien dan selektif. Enzim, katalase, dekomposisi H2O2 109 lebih cepat dibandingkan katalis anorganik lain. Katalis enzim sangat dimanfaatkan dalam industri.

3. Jenis logam yang aktif pada reaksi Komponen yang ada pada katalis yaitu berupa komponen aktif, promotor, dan pengemban. Komponen aktif berfungsi sebagai sisi aktif pada katalis yang mana komponen aktif dapat berupa logam, semikonduktor oksida dan sulfide, insulator oksida dan sulfida. Promotor memiliki dua fungsi utama, pada komponen aktif promotor berfungsi sebagai elektronik, permukaan, dan racun. Pada pengemban berfungsi dalam structural, inhibitor aktif maupun promosi aktif. Pengemban berfungsi sebagai perluasan luas permukaan, stabiltas mekanik, sebagai fungsi aktif, dan sebagai modifikasi komponen aktif, pengembang dapat berupa meta/para oksida, clay, maupun karbon.

Aktif komponen secara jelas dapat diklasifikasikan sebagai berikut :

Tabel 1. Klasifikasi komponen aktif Jenis

Konduktifitas/tipe

Reaksi

reaksi Logam

Contoh senyawa

Konduktor

Hidrogenasi

Fe, Ni, Pt,

Redoks

Hidrogenilisis

Pd, Cu, Ag

Oksidasi Oksida Sulfida

dan Semikonduktor

Selektif

Redoks

NiO, ZnO, CuO

Hidrogenasi Hidrogenolisis Cr2O3, MoS2 Oksidasi

Oksida

Insulator

Polimerisasi

Al2O3,

SiO2,

Ion karbonium

Isomerisasi

MgO,

Cracking

SiO2-Al2O3

Dehidrasi Zeolit

Pengemban, atau pembawa melakukan berbagai fungsi tetapi yang paling penting ialah menjadi penjaga luas permukaan yang tinggi untuk komponen aktif. Pengemban berfungsi sebagai penstabil las permukaan dari komponen aktif pada saat proses sintering. Berikut pengemban yang sering digunakan dengan luas permukaan yang tinggi : Tabel 2. Pengemban yang sering digunakan Pengemban Γ.Al2O3 SiO2 C (aktif) Clays diatom SiO2-Al2O3

Promotor merupakan agen ketiga yang ditambahkan pada pembuatan katalis, seringkali dalam jumlah yang kecil, menghasilkan aktifitas yang diinginkan, selektif, dan stabil. Promotor dibuat sebagai pendukung pada pengemban dan komponen aktif, salah satunya yaitu mendukung dengan cara mengkontrol stabilitasna. Tabel 3. Jenis Promotor beserta fungsinya Katalis

Promotor

Al2O3

Fungsi

SiO2, ZrO2, Meningkatkan stabilitas termal P

Pengemban dan katalis

K2O

Sisi racun kokas

HCl

Meningkatkan keasaman

MgO

Menghambat sintering pada komponen aktif

SiO2-Al2O3

Pt

Meningkatkan oksidasi CO

Katalis cracking dan matrik Zeolit

Ion langka Meningkatkan keasaman dan stabilitas dibumi

termal

Katalis cracking

Pd

Meningkatkan hidrogenasi

Pt/Al2O3

Re

Menurunkan hidrogenlisis

Pembentukan

ulang

dan sintering

katalis MoO3/ Al2O3

Ni, Co

Hidroteating

pada C-S dan C-N P, B

Ni/

Meningkatkan hidrogenolisis

pengemban K

Meningkatkan disperse MoO3 Meningkatkan penghilangan karbon

keramik pembentukan ulang steam Cu-ZnO-Al2O3

ZnO

Menurunkan sintering Cu

Penggantian temperatur rendah

Jenis bahan katalitik yang digunakan dapat berupa logam, multilogam kluster, campuran logam, oksida, sulfide, asam, basa, komponen lain (klorida, kabida, nitride, boride, silisida, fosfida) dan berbagai bentuk lain (garam molten, katalis homogeny dan enzim). Bahan lain dari katalis yaitu logam, lebih dari 70% reaksi katalitik melibatkan komponen logam. Industri menggunakan logam sebagai pembentukan katalitik, hydrocracking, ammonia dan sintesis metanol, oksidasi dan proses hidrogenasi maupun dehidrogenasi. Penggunaan katalitik yang berhasil hanya pada daerah transisi metal orbital d, alkali dan alkali tanah merupakan logam orbital s yang mudah menjadi keadaan ionik dibawah kondisi katalitik dan dimenjadi promotor. Logam yang berada pada orbital f sangat sulit untuk dihasilkan dan sangat reaktid pada keadaan logamnya. Logam orbita d dengan orbitalnya, hybrid dan yang lainnya sangat berperan dalam ikatan antara logam dengan permukaan pengemban sehingga mempengaruhi struktur Kristal, dimensi, titik leleh, kekuatan mekanik, keadaan magnetic, dan konduktifitas elektrik. Ikatan dengan permukaan bergantung pada absorpsi dan mekanisme permukaan. Kemampuan suatu molekul unutk mengikat dengan permukaan bergantung pada du hal yaitu geometri atau ensemble, dan elektrinik atau ligan. 4. Preparasi katalis dan faktor – faktor yang mempengaruhi Dalam preparasi katalis, dibutuhkan beberapa pertimbangan dalam pemilihan bahan dan metode yang digunakan sehingga dihasilkan katalis yang 

baik. Komponen aktif berupa oksida tunggal dan pengembannya biasa digunakan dalam preparasi katalis dikarenakan memiliki luas permukaan yang tinggi dan porositas. klasifikasi katalis dapat dirangkum sebagai berikut :

Tabel 4. Klasifikasi katalis Kategori A Kompenen

1

Kelas

Contoh

Oksida tunggal

Al2O3,

tunggal aktif

SiO2,

Cr2O3 dan 2

Dua oksida

SiO2-

NiO- Al2O3,

pengemban B Pembentukan

3

Oksida terdispersi

deposisi

4

Logam

komponen aktif

Al2O3,

MoO3/ Al2O3

pemuatan rendah 0.3% Pt/ Al2O3

terdispersi 5

Logam pemuatan moderat

40% Ni/ Al2O3

terdispersi C Pembentukan

6

Logam

pemuatan

tinggi 70% Ni/ Al2O3

terdispersi ekstraksi

7

Logam berpori

Ni

8

Gabungan oksida

Fe3O4- Al2O3-

komponen aktif

K2O D Jenis khusus

9

Oksida campuran

ZnO, ZnCr2O4

10 Oksida semen

NiO-CaAl2O4

11 Logam kawat

Pt, Ag

Prosedur preparasi katalis pada oksida hidrat dan pengembannya yaitu larutan garam logam, control pengendapan, aglmerasi, gelasi, pencucian, penyaringan, pengeringan dan kalsinasi. Pada pendeposisian komponen aktif dapat dilakukan dengan cara pengendapan, adsorpsi, pertukaran ion, impergnasi, aktifasi 

larutan garam logam langkah pertama dalam pembuatan larutan (air merupakan pelarut yang umum) yaitu garam logam, MnXm diubah menjadi oksidanya MxOy. kelarutan garam harus cukup untuk memberikan volume yang sesuai pada temperaturnya. Jumlah pelarut yang digunakan ditentukan dari jumlah

oksida yang diinginkan, ukuran alat laboratorium, dan kebutuhan metode selanjutnya pada preparasi. Pemilihan anion didasari oleh beberapa faktor 

seperti kelarutan, kemurnian, ketersediaan, biaya dan potensi masalahnya. pengendapan terkontrol pada langkah ini dilakukan pembuatan pengendapan padatan, partikel kolid 10 – 103 nm dalan diameter. Partikel sol tidak mengendap, sulit disaring dan tidak tampak pada mikroskop ultra. Ini merupakan proses awal memformasikan struktur pori pada katalis. Jika pengendapan terlalu hebat, selanjutnya partikel besar terbentuk dan kurang baik sifatnya untuk permukaan luas pada katalis. Pengendapan terjadi dalam tiga fasa, supersaturasi, nukleasi, dan pertumbuhan. Keadaan supersaturasi terjaid saat peningkatan konsentrasi melalui penguapan (A ke C), penuruan temperature (A ke B), ataupun peningkatan pH (efektif pada kurva kelarutan berpindah dari D dan A ke daerah supersaturasi) dengan reaksi sebagai berikut : Mn+ + nOH- ↔ M(OH)n Dengan bentuk kurva sebagai berikut :

Gambar 1. Kurva Pengendapan terkontrol

Reaksi dikontrol dengan cara menaikkan pH sejalan dengan penambahan larutan basa, reagen yang sering digunakan ialah Sodium, Potasium, dan ammonium hidroksida, karbonat, serta bikarbonat. Pengaturan pH pada tiap hasil hidroksida memiliki varisasi maksimum pH yang berbeda beda seperti pada table berikut : Tabel 5. pH maksimum pada berbagai logam hidroksida Hidroksida pH Mg(OH)2

10.5

Mn(OH)2

8.6

Co(OH)2

6.8

Ni(OH)2

6.7

Fe(OH)2

5.5

Cu(OH)2

5.3

Cr(OH)2

5.3

Zn(OH)2

5.2

Al(OH)2

4.1

Fe(OH)2

2.0

Partikel pada daerah supersaturasi dikembangkan dalam dua proses, nukleasi dan pertumbuhan. Nukleasi merupakan proses spontan dalam pembentukan M(OH)n atau berinisiasi dengan bahan benih, pada proses ini terdapat pengotor berupa debu, fragmen partikel, atau sisi kasar pada permukaannya. Laju dari nukleasi meningkat dengan penambahan benih inti. Pertumbuhan akan terjadi saat adsorpsi ion pada permukaan partikel. Proses ini dipengaruhi oleh konsentrasi, temperature, dan pH. Jika nukleasi

lebih

cepat

dibandingkan

pertumbuhan,

sistem

akan

memproduksi partikel kecil dengan distribusi kecil. Pada saat laju nukleasi dan pertumbuhan sama, maka akan diperoleh distribusi ukuran yeng besar. Pengendapan sol dapat diiniasiasi dengan kondensasi, hidroksi dari pelarut kompleks, dan oksidasi ataupun reduksi.



Aglomerasi dan gelasi Aglomerasi digunakan untuk meminimalisir pertumbuhan ukuran partikel pada sol yang terbentuk dikarenakan sol memiliki energi permukaan yang besar. 3 tipe aglomerasi yaitu hydrogels, flocks, dan massive precipitates. Hydrogel yang terpenting didalam katalis. Hydrogel memiliki bentuk 3 dimensi dan struktur yang terikat dengan longgar. Sehingga memberikan permukaan yang lebih luas, permukaan memiliki muatan bersifat positif ataupun negatif tergantung pada pH. Dengan Ph larutan asam, kesetimbangan mengarah pada permukaan positif, begitupun sebaliknya. Hasil dari muatan efektif disebut sebagai potensial zeta. Potensial zeta menentukan laju dari gelasi, jika muatan tinggi maka partikel secara efektif akan menolak satu sama lain dan tidak terjadi kontak, jika muatan rendah, maka termal bergerak kearah tabrakan dan peleburan. Laju gelasi akan tinggi pada saat titik isoelektrik dimana potensial zeta sama dengan nol. Pada gambar X dapat dilihat luas permukaan dan waktu gelasi dari silica sol, pada gambar terlihat kompromi antara luas permukaan yang besar dengan waktu gelasi yang lebih reasional.

Gambar 2. Gelasi pada silika



pencucian dan penyaringan langkah selanjutnya meliputi dua tahap yaitu pencucian dan penyaringan. Metode yang dilakukan ialah Hydrogel yang telah terbentuk ditambahkan aquades dalam volume yang besar dan diaduk sehingga pengotor terlepas dari Hydrogel. Ditunggu beberapa saat hingga Hydrogel mengendap dan ditunggu hingga memperlihatkan batas antara Hydrogel dan pelarut, setelah itu dilakukan dekantasi. Pencucian ini dilakukan secara berulang sehingga diperoleh pengotor yang sangat sedikit, gel secara bertahap akan membentuk kembali sol yang disebut sebagai peptisasi. Selanjutnya dilakukan proses penyaringan menggunakan kertas saring agar pengotor yang masih ada dapat dipisahkan. Pencucian yang berulang dapat meningkatkan kemurnian dari katalis Hydrogel dan menghilangkan ion –



ion penghambat katalis. Pengeringan Pengeringan dilakukan untuk menghilangkan larutan air pada Hydrogel dalam jumlah besar. Tetapi harus diperhatikan benar control pengeringan jika katalis memiliki porositas tinggi. Pengeringan terjadi dengan penguapan embun dari permukaan luar Hydrogel. Laju penguapan air konstan dan transfer massa dikontrol dengan temperature, kelembaban relative, laju alir dari udara pada permukaan, dan ukuran filtrate. Proses ini dilakukan hingga diperoleh embun tersisa 50%. Massa filtrat menjadi menyusut dengan menghilangkan air pada permukaan luar, material ini disebut sebagai xerogel. Xerogel kering mengandung 25% - 30% air pada pori dan ikatan kimia berupa oksida. Xerogel dengan mudah dapat



dibentuk menjadi pellet dan extrudat. Kalsinasi Kalsinasi merupakan proses pemanasan diatas temperatur pengeringan yang berfungsi untuk mengubah kompleks menjadi oksidanya, meningkatkan stabilitas mekanik, mengilangkan kadar ai dalam bentuk Kristal anhidratnya. Beberapa proses yang terjadi yaitu menghilangkan ikatan kimia air maupun CO2, mengubah distribusi ukuran pori, generasi

fasa aktif, mengatur permukaan, dan meningkatkan stabilitas dari sifat mekaniknya.

5. Deposisi Komponen aktif pada katalis Disperse oksida pada permukaan pengemban dapat dilakukan dengan 4 cara yaitu pengendapan, adsorpsi, pertukaran kation, impregnasi dan reduksi/aktivasi. Pengemban dapat berupa bubuk ataupum partikel terbntuk. Deposisi komponen aktif pada permukaan dalam pori – pori partikel membutuhkan ketelitian yang cukup agar komponen aktif dapat secara baik terdistribusi. Komponen aktif yang dideposisikan dalam konsentrasi besar pada 

pengemban dapat merubah sifat mekanik dan permukaannya. Pengendapan Pengendapan dilakukan dengan cara mencampurkan larutan garam logam kedalam pengemban dengan penambahan basa ataupun alkali. Sehingga nantinya diperoleh logam hidroksida ataupun karbonat pada permukaan



pengemban. Adsorpsi Adsorpsi dilakukan dengan cara pengemban menyerap larutan garam logam dalam keadaan isotherm. Metode ini merupakan metode terbaik unuk mendeposisikan komponen aktif dalam jumlah kecil. Adsorpsi dari larutan dapat bersifat kationik maupun anionic bergantung pada sifat dari permukaannya. Secara umum, zeolite merupakan penukar kation yang kuat, silica merupakan absorber kation yang lemah, alumina merupakan absorber kation dan anion yang lemah, magnesia merupakan absorber anion yang kuat dan karbon cenderung membentuk transfer muatan kompleks dengan donasi



elektron dan lebih sebagai absorber kation. Pertukaran kation Pertukaran kation pada preparasi katalis sangat mirip dengan adsorpsi ionic tetapi dapat menukarkan ion selain proton. Memiliki ion valensi yang lemah seperti Na+, pertukaran dengan ion memiliki muatan besar seperti Ni2+.

Pertukaran ion memiliki fungsi dalam menghilangkan agen berbahaya dan penambahan promotor.



Impregnasi Impregnasi merupakan cara termudah dan paling sering digunakan pada proses deposisi komponen aktif. Objek dimasukkan kedalam pori – pori permukaan dengan cara menambahkan larutan garam logam dengan konsentrasi yang cukup untuk memperoleh pemuatan yang benar.



Aktivasi/reduksi Aktivasi/reduksi merupakan langkah terakhir dalam deposisi komponen aktif dengan cara reduksi maupun sulfidasi. Dalam proses reduksi, okisda yang terdeposisi dirubah menjadi logam dengan treatmen hydrogen, agen pereduksi berupa CO atau hidrazin juga dapat digunakan. Jumlah logam yang dihasilkan bergantung pada seberapa banyak senyawa oksida yang ada. Reduksi secara parsial umum dilakukan untuk membuat sisi aktif dari katalis. Temperatur sangat penting pada proses reduksi ini.

6. Karakterisasi Karakterisasi suatu katalis digunakan sebagai penentu efektifitas dan spesifikasi dari suatu katalis. Teknik karakterisasi dapat digolongkan sebagai berikut, karakterisasi fisik dan morfologi, karakteristik permukaan, karakterisasi 

ukuran besar, sifat distribusi dan sifat mekanik. Karakterisasi sifat sifik dan morofologi Pada umumnya katalis heterogen berbentuk padatan berpori, jenis ketalis ini memiliki satu atau lebih grup dari pori dengan ukuran dan volume yang bergantung pada saat preparasi katalis. Ukuran pori – pori dapat diklasifikasikan sebagai mikropori (Ф < 2 nm), mesopori (2 < Ф < 50 nm) dan makropori (Ф > 50 nm). Pengetahuan mengenai parameter morfologi diperlukan untuk mengetahui perkembangan ktalis selama proses preparasi. 

Pada karakterisasi ini dapat digunakan metode : adsorpsi uap pada temperatur rendah, dimana adsorpsi nitrogen pada titik didih (77 K) untuk menentukan morofologi katalis berupa luas per...