sintesis katalis cuo berpenyangga hierarchical
Post on 16-Oct-2021
15 Views
Preview:
TRANSCRIPT
SINTESIS KATALIS CuO BERPENYANGGA HIERARCHICAL
ZEOLIT UNTUK KONVERSI ISOEUGENOL MENJADI
VANILIN
SKRIPSI
DENI PRIYANTO
PROGRAM STUDI KIMIA
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH
JAKARTA
2019 M/1440 H
SINTESIS KATALIS CuO BERPENYANGGA HIERARCHICAL ZEOLIT
UNTUK KONVERSI ISOEUGENOL MENJADI VANILIN
SKRIPSI
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains
Program Studi Kimia
Fakultas Sains dan Teknologi
Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta
Oleh:
DENI PRIYANTO
11140960000070
PROGRAM STUDI KIMIA
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH
JAKARTA
2019 M/1440 H
DENI PRIYANTO. Sintesis Katalis CuO Berpenyangga Hierarchical Zeolit
untuk Konversi Isoeugenol menjadi Vanilin. Dibimbing oleh DEDE
SUKANDAR dan SILVESTER TURSILOADI.
ABSTRAK
Vanilin merupakan pewangi makanan dan penyedap rasa yang sebagian besar
bersumber dari rute sintetis dengan hasil sedikit yang diperoleh dari vanilin alami.
Penilitian ini dilakukan melalui proses oksidasi isoeugenol dengan katalis CuO
berbasis hierarchical zeolit. Perubahan pori-pori zeolit dari mikro ke meso
dilakukan proses desilikasi dengan penambahan NaOH. Reaksi oksidasi
isoeugenol dilakukan pada reaktor batch, dengan variasi suhu, tekanan, dan massa
katalis untuk mendapatkan kondisi optimum. Hasil dari SAA menunjukkan bahwa
zeolit mesopori berhasil disintesis dengan terbentuknya volume pori meso dan
terbentuk hysteris loop tipe IV. Karakterisasi menggunakan XRD menunjukkan
puncak khas zeolit mordenit yaitu pada 2θ =26,66○ dan puncak dari logam CuO
yaitu pada 2θ=50○. Hasil karakterisasi SAA berkorelasi dengan hasil SEM-EDX
bahwa jumlah atom Si berkurang dari 26% menjadi 17% dan terdapatnya atom Cu
pada zeolit sebesar 2,32%. Hasil dari TGA-DTA menunjukkan penurunan massa
katalis sebesar 25,13%. Hasil dari reaksi oksidasi dikarakterisasi menggunakan
GC-FID. Berdasarkan penelitian, kondisi optimum katalis CuO/Zeolit dalam
menghasilkan produk vanilin yaitu pada suhu 50○C, tekanan 5 bar O2, massa
katalis 0,2% (b/v) dengan waktu reaksi 24 jam. Nilai konversi dan yield yang
didapat yaitu sebesar 84,3% dan 52,3%.
Kata kunci : Hierarchical, isoeugenol, katalis CuO/Zeolit, oksidasi, vanilin
DENI PRIYANTO. Synthesis of CuO Supports Hierarchical Zeolite Catalyst for
Conversion of Isoeugenol to Vanilin. Guided by DEDE SUKANDAR and
SILVESTER TURSILOADI.
ABSTRACT
Vanillin is a food deodorizer and flavoring which is mostly sourced from
synthetic routes with little results obtained from natural vanillin. This research
was carried out through the oxidation process of isoeugenol with a hierarchical
zeolite based CuO catalyst. Changes in zeolite pores from micro to meso were
desilicated by the addition of NaOH. Isoeugenol oxidation reaction is carried out
in batch reactors, with variations in temperature, pressure, and mass of catalyst to
obtain optimum conditions. The results of SAA showed that mesoporous zeolite
was successfully synthesized by the formation of meso pore volume and formed
type IV loop hysteris. Characterization using XRD shows the typical peak of
mordenite zeolite which is at 2θ = 26,66° and the peak of CuO metal is at 2θ =
50°. The results of SAA characterization correlate with the results of SEM-EDX
that the number of Si atoms decreases from 26% to 17% and the presence of Cu
atoms in zeolites is 2.32%. The results of TGA-DTA showed a decrease in
catalyst mass of 25.13%. The results of the oxidation reaction are characterized
using GC-FID. Based on the research, the optimum condition of CuO/Zeolite
catalyst in producing vanillin products is at a temperature of 50°C, pressure of 5
bar O2, catalyst mass of 0,2% (b/v) with a reaction time of 24 hours. The
conversion value and yield obtained were 84,3% and 52,3%.
Keywords: Hierarchical, isoeugenol, CuO/Zeolite catalyst, oxidation, vanillin
i
KATA PENGANTAR
Assalamualaikum Wr. Wb
Alhamdulillah puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah Yang Maha
Esa, karena berkat rahmat dan hidayah-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi
yang berjudul “Sintesis Katalis CuO Berpenyangga Hierarchical Zeolit untuk
Konversi Isoeugenol menjadi Vanilin”. Penulis menyadari bahwa
terselesaikannya skripsi ini tak lepas dari bantuan dan peranan banyak pihak. Pada
kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. Drs. Dede Sukandar M. Si, selaku Pembimbing I dan Ketua Program Studi
Kimia Fakultas Sains dan Teknologi yang telah memberikan arahan dan
bimbingannya sehingga membantu penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.
2. Prof. Dr. Silvester Tursiloadi selaku Pembimbing II yang telah memberikan
pengarahan, pengetahuan, serta bimbingannya sehingga membantu penulis
dalam menyelesaikan skripsi ini.
3. Nanda Saridewi, M.Si selaku Penguji I yang telah memberi saran dan
masukan dalam penyelesaian skripsi ini.
4. Tarso Rudiana, M.Si selaku Penguji II yang telah memberi saran dan masukan
dalam penyelesaian skripsi ini.
5. Dr. Agus Salim, M.Si selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi UIN Syarif
Hidayatulllah Jakarta.
6. Bapak, ibu, kakak, dan adik tercinta atas segala doa, motivasi, dan dukungan
moril maupun materi yang diberikan kepada penulis.
ii
7. Segenap dosen Program Studi Kimia atas ilmu pengetahuan dan pengalaman
hidup yang dengan ikhlas diajarkan dan diberikan kepada penulis.
8. Teman–teman kimia Angkatan 2014 yang senantiasa memberi dukungan dan
motivasi kepada penulis.
9. Serta semua pihak yang telah membantu secara langsung dan tidak langsung,
yang tidak dapat disebutkan satu persatu.
Penulis berharap skripsi ini dapat bermanfaat bagi penulis dan umumnya
bagi kemajuan ilmu dan teknologi.
Wassalamualaikum Wr.Wb
Tangerang Selatan, Januari 2019
Deni Priyanto
iii
DAFTAR ISI
Halaman
KATA PENGANTAR .................................................................................................. i
DAFTAR ISI ............................................................................................................... iii
DAFTAR GAMBAR ................................................................................................... v
DAFTAR TABEL ...................................................................................................... vi
DAFTAR LAMPIRAN ............................................................................................ vii
BAB I PENDAHULUAN ............................................................................................ 1
1.1 Latar Belakang .................................................................................................. 1
1.2 Rumusan Masalah ............................................................................................. 5
1.3 Hipotesis ............................................................................................................ 5
1.4 Tujuan Penelitian .............................................................................................. 5
1.5 Manfaat Penelitian ............................................................................................ 6
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ................................................................................. 7
2.1 Minyak Cengkeh ............................................................................................... 7
2.1.1 Isoeugenol ............................................................................................... 8
2.1.2 Vanilin ..................................................................................................... 8
2.2 Katalis ............................................................................................................. 10
2.2.1 Komponen Katalis ................................................................................. 11
2.3 CuO ................................................................................................................. 11
2.4 Penyangga ....................................................................................................... 12
2.4.1 Zeolit ..................................................................................................... 12
2.4.2 Desilikasi ............................................................................................... 13
2.4.3 Hierarchical zeolite ............................................................................... 14
2.5 Instrumentasi ................................................................................................... 15
2.5.1 TGA (Thermogravimetric Analysis) ..................................................... 15
2.5.2 SAA (Surface Area Analyzer) ............................................................... 16
2.5.3 XRD (X-Ray Diffraction) ...................................................................... 18
2.5.4 SEM EDX (Scanning Electron Microscopes Energy Dispersive X-
Ray Spectroscopy) ................................................................................ 19
2.5.5 GC-FID (Gas Chromatography-Flame Ionization Detector) .............. 21
BAB III METODE PENELITIAN .......................................................................... 23
iv
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian ......................................................................... 23
3.2 Alat dan Bahan ................................................................................................ 23
3.3 Rancangan Penelitian ...................................................................................... 24
3.4 Prosedur Penelitian.......................................................................................... 24
3.4.1 Desilikasi (Alkaline Treatment) ............................................................ 24
3.4.2 Pembuatan Katalis CuO/Zeolit Metode Impregnasi ............................. 25
3.4.3 Reaksi Oksigenasi Senyawa Isoeugenol ............................................... 25
3.4.4 Karakterisasi Katalis Zeolit dan Katalis CuO/Zeolit ............................ 26
3.5 Pengujian Katalis pada Sintesis Senyawa Vanilin .......................................... 27
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .................................................................. 28
4.1 Analisis TGA/DTA ......................................................................................... 28
4.2 Analisis Luas Permukaan, Volume dan Ukuran Pori dengan SAA ................ 29
4.3 Analisis Kristanilitas dengan XRD ................................................................. 34
4.4 Karakterisasi dengan SEM-EDX .................................................................... 35
4.5 Karakterisasi Produk Reaksi Oksidasi dengan GC-FID ................................. 37
4.5.1 Variasi Suhu .......................................................................................... 38
4.5.2 Variasi Tekanan .................................................................................... 39
4.5.3 Variasi Massa katalis............................................................................. 41
BAB V PENUTUP ..................................................................................................... 45
5.1 Simpulan ......................................................................................................... 45
5.2 Saran ................................................................................................................ 45
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................ 46
LAMPIRAN ............................................................................................................... 51
v
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 1. Skema reaksi eugenol menjadi vanilin ..................................................... 9
Gambar 2. Struktur kimia zeolit ................................................................................. 13
Gambar 3. Skema instrumen TGA ............................................................................ 15
Gambar 4. Surface Area Analyzer (Metode BET) ..................................................... 16
Gambar 5. Grafik tipe-tipe histerisis loop.................................................................. 17
Gambar 6. Skema dasar XRD .................................................................................... 19
Gambar 7. Skema instrumen SEM ............................................................................ 20
Gambar 8. Skema instrumen GC-FID ........................................................................ 22
Gambar 9. Hasil analisis TGA-DTA .......................................................................... 28
Gambar 10. Isoterm adsorpsi-desorpsi zeolit alam bogor sebelum dan sesudah
proses desilikasi ....................................................................................... 32
Gambar 11. Pola difraksi zeolit dan CuO-Zeolit ....................................................... 34
Gambar 12. Mikrograf SEM perbesaran 10 µm ........................................................ 36
Gambar 13. Mikrograf SEM perbesaran 5 µm .......................................................... 36
Gambar 14. Hasil vanilin berdasarkan variasi suhu ................................................... 38
Gambar 15. Hasil vanilin berdasarkan variasi tekanan .............................................. 39
Gambar 16. Hasil vanilin berdasarkan variasi massa katalis ..................................... 41
Gambar 17. Skema reaksi isoeugenol menjadi vanilin .............................................. 43
vi
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1. Klasifikasi komponen aktif .......................................................................... 11
Tabel 2. Hasil BET zeolit alam Bogor ....................................................................... 30
Tabel 3. Komposisi senyawa dari zeolit .................................................................... 37
vii
DAFTAR LAMPIRAN
halaman
Lampiran 1. Preparasi katalis ..................................................................................... 52
Lampiran 2. Kurva regresi standar ............................................................................. 53
Lampiran 3. Hasil GC-FID ........................................................................................ 54
Lampiran 4. Perhitungan persen konversi, yield, dan selektivitas ............................. 62
Lampiran 5. Biodata diri ............................................................................................ 68
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Artinya:
(Yaitu) orang-orang yang mengingat Allah sambil berdiri atau duduk atau dalam
keadaan berbaring dan mereka memikirkan tentang penciptaan langit dan bumi
(seraya berkata): "Ya Tuhan kami, tiadalah Engkau menciptakan ini dengan sia-
sia, Maha Suci Engkau, maka peliharalah kami dari siksa neraka (Q.S. Ali Imran:
191).
Dalam ayat tersebut tersirat bahwa Allah SWT menciptakan segala
sesuatunya tidak sia-sia. Allah memberikan manusia akal pikiran untuk berfikir
bagaimana manusia dapat mengolah ciptaan-Nya. Dengan memanfaatkan apa
yang sudah diberikan oleh Allah seperti tumbuh-tumbuhan (salah satunya
cengkeh), daun cengkeh yang jatuh dapat diolah menghasilkan minyak cengkeh.
Minyak cengkeh yang diperoleh kemudian diolah menjadi vanilin yang dapat
digunakan sebagai flavor pada makanan atau minuman.
Ekstrak vanilin secara luas digunakan sebagai bahan perisa (flavoring
ingredient) di dalam makanan dan minuman. Ekstrak vanilin mengandung sekitar
200 bahan-bahan penyusun. Komponen utamanya adalah, vanilin, 4-
hidroksibenzal-dehid, asam vanillin, dan asam 4-hidroksibenzoik yang
mendukung terbentuknya flavor alami lembut dan tidak dimiliki vanilin sintetik
2
(Rao, 2000). Vanilin yang terbentuk di alam sebagai glukosida, dihidrolisis
menjadi vanilin dan gula. Vanilin adalah suatu senyawa organik dengan rumus
molekul C8H8O3 dengan gugus fungsional aldehid, eter, dan fenol (Bohre et al.,
2017).
Permintaan yang tinggi akan ekstrak vanilin sedangkan terbatasnya jumlah
produk (permintaan tiga kali lipat) serta harga yang tinggi menyebabkan
diproduksinya vanilin sintetik yang berasal dari eugenol (minyak cengkeh), lignin
(limbah bubur kertas) dan guaiakol (petrokimia). Untuk waktu yang lama, sumber
yang paling utama vanilin adalah eugenol yang merupakan komponen utama
minyak cengkeh (Mulyono, 2012).
Indonesia dikenal sebagai penghasil minyak cengkeh terbesar di dunia
yang menguasai 63% pasar dunia dengan tingkat produksi rata-rata 1500
ton/tahun. Pada tahun 2015 luas total perkebunan cengkeh di Indonesia mencapai
535.694 ha dan terus meningkat sampai mencapai 542.720 ha pada tahun 2017
(Litbang Deptan, 2015; Direktorat Jenderal Perkebunan, 2015). Hal ini
menunjukkan bahwa potensi produksi minyak cengkeh sebagai bahan baku
pembuatan vanilin natural sangat besar. Proses produksi minyak daun cengkeh
menggunakan bahan baku yang bersumber dari limbah tanaman cengkeh, yakni
tangkai dan daun yang telah gugur sehingga hal ini diharapkan memperluas
wawasan petani dalam mengoptimalkan pengolahan tanaman cengkeh yang
berbasis selain bunga sebagai hasil utamanya (Mulyono, 2012).
Peluang usaha pengolahan minyak daun cengkeh dan produk turunan di
Indonesia cukup besar, karena selain bahan baku yang tersedia cukup melimpah
(potensi minyak daun cengkeh di Pulau Jawa 11,47 ton per hari yang setara luas
3
areal ± 137.698 ha), juga kebutuhannya cukup banyak. Perhitungan ini didasarkan
pada berat daun jatuh setiap pohon 0,5 kg per minggu, umur tanaman lebih dari 10
tahun (Direktorat Jenderal Perkebunan, 2015). Menurut Hansen et al. (2009)
hanya sekitar 0,25% (40 ton dari 16000 ton) produk vanilin yang dijual yang
berasal dari polong vanili (vanilla pod) selebihnya berasal dari lignin, terutama
dari guaiakol.
Salah satu cara untuk meningkatkan nilai tambah minyak daun cengkeh
yaitu dengan memproduksi isolat dari minyak daun cengkeh (eugenol) atau
senyawa turunannya antara lain isoeugenol dan vanilin. Konversi minyak cengkeh
menjadi vanilin dapat dilakukan dengan berbagai metode. Sebagian besar literatur
menyebutkan bahwa proses diawali dengan isomerisasi eugenol dalam minyak
cengkeh menjadi isoeugenol dilanjutkan oksidasi menjadi vanilin. Reaksi
oksigenasi ikatan rangkap pada struktur senyawa yang dimiliki isoeugenol
dilakukan dengan menggunakan katalis heterogen (Bohre et al., 2017). Katalis
yang banyak digunakan adalah logam-logam transisi dimana logam-logam
tersebut memiliki orbital d yang kosong yang dapat berikatan secara koordinasi
dengan unsur atau senyawa lain, salah satunya adalah logam CuO (Augustine,
1996). Logam oksida CuO digunakan sebagai katalis karena logam ini
mempunyai aktivitas dan selektivitas yang baik dalam suatu reaksi oksidasi
(Nurhayati dan Suryadi, 2016).
Aktivitas katalis dari logam CuO dapat ditingkatkan dengan memberikan
pengemban. Pengemban yang berfungsi sebagai tempat logam tersebut menempel,
harus memiliki struktur yang dapat mendispersi inti aktif sehingga dapat
meningkatkan efektivitas katalis dengan memperluas permukaan katalis (Candra,
4
2007). Zeolit merupakan pengemban katalis yang sering digunakan karena
mempunyai aktivitas dan stabilitas termal yang tinggi. Untuk mengatasi
keterbatasan ukuran pori pada zeolit, beberapa strategi telah disarankan. Salah
satu cara yang telah dilakukan yaitu mensintesis zeolit dengan ukuran 0,5 - 50 nm,
dengan demikian difusi pada zeolit dapat dipersingkat (Cundy et al., 2005; Wang
et al., 2003).
Pendekatan sederhana yang telah dilakukan untuk memodifikasi zeolit
adalah treatment post sintesis pada zeolit melalui metode desilikasi. Metode ini
memberikan perubahan terhadap sifat - sifat yang berhubungan dengan rasio
molar silika/alumina. Investigasi terdahulu yang dilakukan adalah treatment pada
ZSM-5 dengan menggunakan larutan NaOH. Treatment ini menunjukkan
ekstraksi selektif atom silikon dari kerangka zeolit, dengan tetap dipertahankannya
kerangka alumunium dari serangan ion hidroksida yang menghasilkan
mesoporositas (Groen et al., 2005).
Penelitian sebelumnya Kadarohman et al. (2010) melakukan penelitian
sintesis vanillin dengan metode microwave menghasilkan rendemen 26,04%
dengan kemurnian 70%. Mao et al. (2016) melakukan studi konversi oksidasi
eugenol menjadi vanillin dengan katalis Co dan oksidator H2O2 dan Shakeri et al.
(2013) telah melakukan konversi vanilin dari lignin menggunakan bakteri dengan
hasil yield sebesar 4,2%. Penelitian terbaru dari Bohre et al. (2017) melakukan
konversi vanilin dari isoeugenol dengan katalis CuO menggunakan pengemban
graphine oxide dengan yield 53,5%. Hasil rendemen vanilin yang belum
maksimal pada penelitian sebelumnya dan masih menggunakan pelarut serta
oksidator H2O2, maka dilakukan penelitian konversi isoeugenol dengan
5
menggunakan katalis CuO/Zeolit. Pengubahan ukuran pori-pori zeolit diharapkan
akan menghasilkan ukuran pori yang lebih besar sehingga reaksi katalisis terjadi
hingga sisi aktif bagian dalam yang diharapkan dapat meningkatkan nilai konversi
dan yield hasil reaksi oksidasi sehingga didapatkan hasil yang maksimal.
1.2 Rumusan Masalah
1. Bagaimana karakteristik zeolit desilikasi dan katalis CuO/Zeolit untuk
oksidasi isoeugenol menjadi vanilin?
2. Apakah variasi tekanan, suhu, dan rasio katalis reaksi meningkatkan
aktivitas katalitik CuO/zeolit pada reaksi oksidasi isoeugenol menjadi
vanilin ?
1.3 Hipotesis
1. Karakteristik zeolit desilikasi memiliki pori-pori berukuran meso dan
katalis CuO/Zeolit memiliki sifat yang baik untuk konversi isoeugenol
menjadi vanilin.
2. Variasi suhu, tekanan, dan rasio katalis meningkatkan nilai konversi
senyawa isoeugenol menjadi senyawa vanilin.
1.4 Tujuan Penelitian
1. Mengetahui ukuran pori pada zeolit desilikasi dan karakteristik katalis
CuO/Zeolit untuk konversi senyawa isoeugenol menjadi vanilin.
2. Mengetahui aktivitas dan selektivitas senyawa isoeugenol menjadi
vanilin berdasarkan variasi tekanan, suhu reaksi, dan rasio katalis.
6
1.5 Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat memanfaatkan kekayaan alam di
Indonesia dalam bidang katalis dan bahan alam serta memberikan informasi
mengenai proses sintesis vanilin dari isoeugenol.
7
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Minyak Cengkeh
Indonesia adalah negara yang sangat potensial untuk pengembangan
industri minyak atsiri. Pada 2011, pasokan minyak cengkeh Indonesia mencapai
75% (4.500 dari 6.000 ton) pasar dunia (Rusli, 2015). Meskipun minyak cengkeh
juga telah dikembangkan untuk bidang medis dan kosmetik, namun masyarakat
umum hanya mengenal cengkeh sebagai bumbu masakan dan bahan dalam rokok
(Departemen Pertanian Republik Indonesia, 2006).
Minyak cengkeh adalah minyak esensial yang diperoleh dari cengkeh
(Eugenia aromatica atau juga dikenal sebagai Syzygium aromaticum) yang
termasuk dalam famili Myrtaceae (Ketaren, 1985). Eugenol adalah komponen
utama minyak esensial dari bunga cengkeh, tangkai bunga dan daun yang
kandungan masing-masing berkisar 90-95, 83-95, dan 82-87% (Mulyono dan
Mulyono, 1990).
Hasil minyak berkisar antara 2-12%, tergantung pada jenis dan keadaan
bahan baku, penanganan material, serta cara dan kondisi distilasi. Bahan minyak
cengkeh dapat dibagi menjadi dua kelompok. Kelompok pertama adalah senyawa
fenolik yang eugenol adalah komponen utama. Kelompok kedua mengandung
senyawa yang non-fenolik seperti β-caryophyllene, α-kubeben, α-kopaen,
hulumen, dan δ-kadien (Arata, 1990). Analisis komponen dalam minyak cengkeh
(kerapatan 30oC = 0,9994 dengan menggunakan gaschromatographic
menunjukkan dua puncak utama, eugenol (71,5%) dan β-caryophyllene (28,0%)
(Ruhnayat, 2002).
8
2.1.1 Isoeugenol
Isoeugenol terdapat di dalam berbagai minyak atsiri, tetapi kandungan
yang terbesar terutama terdapat di dalam minyak cengkeh. Sebagian besar berada
bersama eugenol, tetapi bukan sebagai komponen utama. Minyak cengkeh
mengandung sejumlah kecil isoeugenol. Dengan proses pemanasan dalam alkali
eugenol dapat diisomerisasi menjadi isoeugenol. Nama lain dari isoeugenol adalah
1-hidroksi-2-metoksi-4-propenil benzen. Menurut Bedoukian (1967), senyawa
isoeugenol berwarna agak bening, mempunyai bau floral, manis dan rasa seperti
bunga cengkeh. Isoeugenol (C10H12O2) dengan berat molekul 164,2 g/mol
merupakan bumbu masak (flavoring agent), zat pewangi, bahan baku pembuatan
vanilin dan isoeugenol asetat (Sastrohamidjojo, 2002).
Isoeugenol juga digunakan sebagai pemberi flavor pada produk rokok,
minuman tidak beralkohol, es krim, permen karet dan kosmetik. Menurut
Tursiloadi (2015), isoeugenol komersil merupakan campuran dari isomer cis- dan
trans- isoeugenol, jumlah trans-isoeugenol sekitar 81-88 % dan cis-isoeugenol
sekitar 12 – 18 %, berwarna kekuning-kuningan dan merupakan cairan kental
dengan aroma cengkeh, namun aromanya lebih lunak. Isoeugenol mempunyai
titik didih yang lebih tinggi dari eugenol.
2.1.2 Vanilin
Vanilin adalah senyawa organik dengan rumus molekul C8H8O3 yang
banyak terkandung pada buah vanila (Vanilla planifolia). Vanilin merupakan
komponen utama hasil ekstraksi biji vanila. Senyawa inilah yang memberi aroma
khas pada buah vanila. Isolasi vanilin dari buah vanilla dapat terjadi melalui tahap
hidrolisis dengan bantuan asam kuat. Proses hidrolisis ini akan memutuskan
9
ikatan glikosida antara vanilin dan glukosa (Handayani et al., 2011). Menurut
Kumar et al. (2012), senyawa ini pertama kali disintesis dari eugenol yaitu
komponen utama minyak atsiri pada cengkeh. Vanilin mempunyai wujud kristal
berwarna putih dan banyak digunakan sebagai pewangi makanan.
Menurut Budimarwanti (2007), vanilin dilihat dari struktur kimianya,
merupakan senyawa fenolik tersubstitusi gugus metoksi pada posisi orto dan
gugus aldehida pada posisi para, sehingga vanilin dapat dikelompokkan sebagai
senyawa antioksidan. Hal ini juga didukung oleh penelitian yang dilakukan oleh
Shyamala et al. (2007) yang menyatakan bahwa vanilin memiliki aktivitas
antioksidan meski aktivitasnya masih cukup rendah. Dibutuhkan vanilin dengan
konsentrasi yang tinggi untuk menetralkan radikal bebas.
Dalam sistem tata nama the International Union of Pure and Applied
Chemistry (IUPAC), Vanilin memiliki nama sistematik 4-hidroksi-3-
metoksibenzaldehida. Nama ini merujuk pada gugus-gugus fungsi yang terdapat
pada senyawa vanilin yakni aldehida, eter, dan fenol. Ketiga gugus ini dapat
membentuk ikatan hidrogen intramolekul dan antar molekul (Kumar et al., 2013).
Gambar 1. Skema reaksi eugenol menjadi vanilin
Katalis Heterogen Oksidasi +
Eugenol Trans-Isoeugenol Cis-Isoeugenol Vanilin
10
2.2 Katalis
Katalis adalah senyawa yang dapat meningkatkan laju suatu reaksi. tanpa
senyawa tersebut ikut terpakai dan setelah reaksi berakhir, senyawa tersebut akan
kembali kebentuk awal tanpa terjadi perubahan kimia. Suatu katalis berperan
dalam reaksi tetapi bukan sebagai pereaksi ataupun produk. Katalis berperan
dengan menurunkan energi aktivasi. Dengan menurunnya energi aktivasi maka
pada suhu yang sama reaksi dapat berlangsung lebih cepat. Sehingga untuk
membuat reaksi terjadi, tidak diperlukan energi yang lebih tinggi. Selain itu juga
katalis dapat berperan meningkatkan selektivitas suatu reaktan agar menghasilkan
produk sesuai dengan yang diinginkan (Agitia, 2012).
Adapun katalis yang baik harus dapat mempunyai sifat-sifat sebagai
berikut :
1. Aktivitas yang tinggi, yaitu dalam jumlah kecil dapat mengubah bahan baku
menjadi aneka produk yang diinginkan.
2. Selektivitas yang baik, yaitu mempunyai daya menghasilkan produk diinginkan
(dalam jumlah tinggi) dari sekian banyak produk yang dihasilkan.
3. Stabil, aktivitasnya tidak akan turun dengan cepat karena pengaruh kondisi fisik
dan mekanis (Haerudin, 2005).
Berdasarkan fasanya, katalis dapat dibagi menjadi dua tipe, yaitu katalis
homogen dan katalis heterogen. Pada reaksi homogen, katalis memiliki fasa yang
sama dengan reaktannya. Sedangkan dalam reaksi heterogen, katalis memiliki fasa
yang berbeda dengan reaktannya (bahan yang bereaksi).
11
2.2.1 Komponen Katalis
Menurut Istady (2011) katalis dapat dibagi ke dalam 3 komponen yakni
situs aktif, penyangga atau pengemban dan promotor. Situs aktif berperan dalam
reaksi kimia yang diharapkan, penyangga berperan dalam memodifikasi
komponen aktif, menyediakan permukaan yang luas, dan meningkatkan stabilitas
katalis, sementara itu promotor berperan dalam meningkatkan atau membatasi
aktivitas katalis serta berperan dalam struktur katalis. Pada Tabel 1 diperlihatkan
klasifikasi komponen aktif katalis berdasarkan kelasnya.
Tabel 1. Klasifikasi komponen aktif (Richardson, 1989).
Kelas Reaksi Contoh
Logam Hidrogenasi,
Dehidrogenasi,
Hidrogenolisis, Oksidasi,
Reduksi
Fe, Co, Ni, Rh, Pt,
Pd, Ru, Cu, AG, OS
Oksidasi dan Sulfidasi Hidrogenasi selektif,
Hidrogenasi, Siklisasi,
Oksidasi, Reduksi
NiO, ZnO, CuO,
Cr2O3, MOS2
Oksidasi Polimerisasi, Isomerasi,
Halogenasi,
Dehalogenasi,
Perengkahan, Alkilasi,
Dehidrasi
Al2O3, SiO2, MgO2,
Al2O3, SiO2, Zeolit
2.3 CuO
Tembaga (Cu) adalah logam dengan nomor atom 29, massa atom 63,546;
titik lebur 1083 °C, titik didih 2310 °C, jari-jari atom 1,173 A° dan jari-jari ion
Cu2+ 0,96 A°. Tembaga adalah logam transisi (golongan I B) yang berwarna
kemerahan, mudah regang dan mudah ditempa. Tembaga bersifat racun bagi
makhluk hidup. Logam Cu sering digunakan sebagai katalis dalam reaksi oksidasi
dan hidrogenasi. Hal ini dikarenakan logam Cu memiliki keaktifan dan stabilitas
12
yang tinggi dan katalis Cu tidak mudah terdeaktivasi pada suhu tinggi. Logam
oksida CuO dapat dibentuk dari garam Cu yang dikalsinasi. Logam oksida CuO
dapat dibuat dari garam Cu yang dikalsinasi. Dari segi ekonomi harga Cu lebih
murah daripada harga platina (Purnami et al., 2015).
2.4 Penyangga
Penyangga ini berfungsi sebagai komponen yang memperluas permukaan
komponen aktif. Di samping itu, bahan penyangga juga dapat berfungsi sebagai
media perpindahan panas, saringan molekuler dan peningkat sifat mekanik. Bahan
penyangga sebagian besar berupa oksida, mineral atau campuran keduanya
(Haerudin, 2005).
Bahan penyangga yang dipilih selalu disesuaikan dengan kebutuhan reaksi
katalitiknya agar reaksi dapat berlangsung optimal. Oleh karena itu, dalam
pemilihan suatu penyangga harus memperhatikan beberapa hal berikut (Haerudin,
2005) :
a. Luas permukaan spesifik yang besar
b. Memiliki porositas yang baik
c. Inert terhadap reaksi yang tidak diinginkan
d. Tahan terhadap panas dan stabil.
2.4.1 Zeolit
Zeolit adalah mineral kristal alumina silikat berpori terhidrat yang
mempunyai struktur kerangka tiga dimensi terbentuk dari tetrahedral [SiO4]4-
dan[AlO4]5- (Lestari, 2011). Kedua tetrahedral di atas dihubungkan oleh atom-
atom oksigen, menghasilkan struktur tiga dimensi terbuka dan berongga yang di
dalamnya diisi oleh atom-atom logam biasanya logam-logam alkali atau alkali
13
tanah dan molekul air yang dapat bergerak bebas. Umumnya, struktur zeolit
adalah suatu polimer anorganik berbentuk tetrahedral unit TO4, dimana T adalah
ion Si4+ atau Al3+ dengan atom O berada diantara dua atom T.
Gambar 2. Struktur kimia zeolit (Bert and Leonid, 2006)
2.4.2 Desilikasi
Desilikasi merupakan suatu post-treatment yang dilakukan pada zeolit
dengan prinsip dasar ekstraksi yang selektif terhadap atom silikon dari kerangka
zeolit. Desilikasi biasa dilakukan dengan menggunakan larutan alkali, dimana
larutan natrium hidroksida menjadi jenis larutan yang paling cocok untuk metode
ini. Metode ini juga sering kali disebut dengan alkaline treatment (AT). Teknik ini
sudah lama dikenal untuk menghasilkan zeolit dengan rasio Si/Al yang lebih
rendah serta perubahan sifat asam yang sangat kecil (Ogura et al., 2001)
menunjukkan bahwa alkaline treatment menghasilkan mesopori tanpa perubahan
pada struktur mikropori dan keasaman zeolit, dan menghasilkan peningkatan
aktifitas katalis.
Desilikasi pertama kali diaplikasikan untuk mempelajari perubahan kimia
dari kristal ZSM-5 selama kontak dengan larutan NaOH. Setelah dilakukan studi
lanjut tentang pengaruh larutan NaOH terhadap jenis zeolit lain, metode ini hanya
14
menunjukkan pembentukan mesopori yang signifikan pada zeolit dengan tipe MFI
(Groen et al., 2004).
2.4.3 Hierarchical zeolite
Hierarchical zeolite merupakan zeolit yang teridiri dari dua ukuran pori
yaitu mikro dan mesopori. Zeolit ini memiliki kelebihan yaitu penyaringan dan
transportasi yang cepat pada reaktan. Hal ini diakibatkan dari efek mesopori yang
memberikan penambahan akses reaktan dan memungkinkan mencapai sisi aktif
yang berada di bagian dalam. Efek tersebut memberikan efek positif yakni
meningkatnya aktifitas katalitik dan waktu pakai dari katalis. Metode yang
digunakan untuk sintesis hierarchical zeolite diantaranya:
1. Penghilangan penyusun kerangka: desilikasi, dealuminasi, demetalasi, dan
irradiasi
2. Rekristalisasi dengan bantuan surfaktan
3. Dual tamplate dengan surfaktan
4. Sintesis menggunakan bantuan template: template karbon, polimer atau
padatan lain (Felickzak-Guzik, 2017).
Desilikasi merupakan salah satu prosedur yang umum digunakan untuk
menghasilkan pori kedua pada zeolit. Metode ini didasarkan pada penghilangan
silika dari struktur zeolit dalam kondisi alkali. Material hierarchical yang
diperoleh ditandai dengan terbentuknya mesopori dan tetap terjaganya pori mikro
dan sifat keasamanannya. Pengenalan sistem pori tambahan oleh desilikasi
mempengaruhi sifat struktural dan asam dari bahan yang diperoleh. Sifat ini
mempengaruhi aktivitas, selektivitas, dan umur zeolit yang digunakan dalam
katalisis (Felickzak-Guzik, 2017).
15
2.5 Instrumentasi
2.5.1 TGA (Thermogravimetric Analysis)
Analisis termogravimetri (TGA) adalah teknik yang mengukur perubahan
berat sampel ketika dipanaskan, didinginkan atau diadakan pada suhu konstan.
Kegunaan utamanya adalah untuk mengkarakterisasi bahan yang berkaitan dengan
komposisi mereka (Environ et al. 2011). Pada kondisi pemanasan dinamis,
dekomposisi biasanya berlangsung pada range suhu tertentu, Ti – Tf, dan daerah
konstan kedua teramati pada suhu diatas Tf, yang berhubungan harga berat residu
Wf. Berat Wi, Wf, dan ΔW adalah harga-harga yang sangat penting dan dapat
digunakan pada perhitungan kuantitatif dari perubahan komposisinya, dan lain-
lain. Bertolak belakang dengan berat, harga Ti dan Tf, merupakan harga yang
bergantung pada beragam variabel, seperti laju pemanasan, sifat dari padatan
(ukurannya) dan atmosfer di atas sampel.
Gambar 3. Skema instrumen TGA (Sergey, 2012)
16
2.5.2 SAA (Surface Area Analyzer)
Salah satu metode yang dipakai pada SAA (Surface Area Analyzer) adalah
BET. Metode ini merupakan salah satu metode yang umumnya digunakan untuk
mengukur luas permukaan zat padat. Pengujian karakteristik BET pada prinsipnya
adalah mengukur luas permukaan padatan yang dilakukan dengan cara adsorpsi
fisik (physisorption) gas yaitu menentukan jumlah molekul gas yang dibutuhkan
untuk menutupi permukaan padatan dengan satu lapisan zat (monolayer) yang
diserap (Agitia, 2012).
Pengukuran isotherm adsorpsi gas banyak digunakan untuk menentukan
luas permukaan dan distribusi ukuran pori dari padatan. Penggunaan nitrogen
sebagai gas adsorptif dianjurkan jika area permukaan lebih tinggi dari 5 m2/g. Jika
luas permukaan yang ditempati oleh satu molekul adsorbat diketahui maka luas
permukaan padatan dapat dihitung dari jumlah molekul adsorbat. Penyerapan gas
ini biasanya dilakukan pada kondisi isotermis (Agitia, 2012).
Gambar 4. Surface Area Analyzer (Metode BET) (Lowell et al., 2006)
17
Material berpori didefinisikan sebagai padatan yang mempunyai pori
sehingga mempunyai luas permukaan besar. Suatu padatan dapat disebut sebagai
material berpori apabila mempunyai porositas 0,2-0,95. Porositas merupakan
fraksi volume pori terhadap volume total padatan.
Pengukuran adsorpsi isoterm gas pada temperatur mendekati titik
kondensasi gas adsorbat merupakan teknik konvensional dan sederhana dalam
karakterisasi padatan berpori. Teknik ini dilakukan dengan mengukur jumlah gas
yang diadsorpsi (adsorbat) oleh suatu padatan pada variasi tekanan gas dalam
keadaan isotermal. Penentuan jumlah adsorbat dilakukan dengan mengukur
pengurangan tekanan atau volume gas setelah kondisi keseimbangan adsorpsi-
desorpsi tercapai. Gas yang digunakan adalah gas yang sifatnya inert seperti
nitrogen dan argon.
Tipe grafik adsorpsi isotermal dalam fisisorpsi gas ditunjukkan pada Gambar 5.
Gambar 5. Grafik tipe-tipe histerisis loop
Menurut IUPAC, grafik adsorpsi isotermal dapat diklasifikasikan menjadi enam
tipe :
Tipe I : Tipe ini khas untuk terjadi untuk fisisorpsi gas pada padatan mikropori
dan kemisorpsi isotermal.
Tipe II : Tipe ini biasanya terlihat dari adsorpsi pada padatan non pori.
18
Tipe III : Grafik ini khas untuk uap, misalnya air pada padatan hidrofobik.
Tipe IV : Grafik Tipe IV ini memperlihatkan loop histerisis yang disebabkan
oleh kondensasi kapiler dalam mesopori. Jadi tipe IV ini khas untuk
material mesopori.
Tipe V : Grafik ini juga khas untuk uap seperti halnya Tipe III, tetapi terlihat
adanya loop histerisis yang juga disebabkan oleh kondensasi kapiler
pada mesopori.
Tipe VI : Grafik isotermal seperti anak tangga, biasanya terlihat untuk adsorpsi
nitrogen pada karbon tertentu.
2.5.3 XRD (X-Ray Diffraction)
X-ray diffraction (XRD) merupakan salah satu teknik pengukuran
karakterisasi material kristal yang tidak destruktif, alat ini memberikan informasi
mengenai struktur,fase, tekstur kristal, dan beberapa parameter struktural lain
seperti ukuran kristal, kristalinitas, dan cacat kristal. Analisis menggunakan
XRD umum digunakan untuk studi penentuan struktur kristal. Difraksi sinar X
didasarkan pada interaksi antara sinar X-Ray monokromatik dengan sampel
(Bunaciu et al., 2015). Kelebihan dari analisis menggunakan XRD diantaranya:
1. Tidak destruktif, cepat, dan preparasi yang mudah.
2. Memiliki akurasi yang tinggi.
3. Terdapat standar untuk banyak material.
4. Dapat menganalisis kristal tunggal, poli, dan amorf kristal.
Adapun skema instrumen XRD dapat dilihat pada Gambar 6.
19
Gambar 6. Skema dasar XRD (Bunaciu et al., 2015)
2.5.4 SEM EDX (Scanning Electron Microscopes Energy Dispersive X-Ray
Spectroscopy)
SEM merupakan mikroskop elektron yang mampu menghasilkan gambar
permukaan sampel beresolusi tinggi. Gambar yang dihasilkan oleh SEM memiliki
karakteristik penampilan tiga dimensi dan digunakan untuk menentukan
morfologi permukaan sampel. Hasil SEM diperoleh gambar hitam putih atau
gelap terang dipengaruhi oleh unsur penyusunnya.
Teknik SEM merupakan analisis permukaan. Gambar permukaan yang
diperoleh merupakan gambar topografi dengan segala lekukan permukaan yang
diperoleh dari penangkapan elektron sekunder yang dipancarkan oleh spesimen.
Prinsip kerja SEM adalah scanning artinya memindai berkas elektron permukaan
spesimen titik demi titik dengan pindaian membentuk baris demi baris, mirip
dengan gerakan mata yang membaca. Permukaan material ditembaki dengan
berkas elektron berenergi tinggi. Elektron berenergi tinggi memiliki panjang
20
gelombang yang sangat pendek sesuai dengan panjang gelombang de Broglie
(Ethzurich, 2015).
Proses penembakan material dengan berkas elektron berenergi tinggi
mengakibatkan adanya elektron yang dipantulkan atau dihasilkan disebut elektron
sekunder. Sinyal elektron sekunder yang dihasilkan dari titik permukaan
selanjutnya ditangkap oleh detektor SEM kemudian diolah dan ditampilkan pada
layar TV. Scanning coil mengarahkan berkas elektron pada tabung layar TV.
Syarat material yang dikarakterisasi dengan SEM yaitu berjenis logam. Jika
material bersifat isolator dikarakterisasi dengan SEM, maka hasil gambar yang
didapatkan kabur dan hitam (Ethzurich, 2015).
Gambar 7. Skema instrumen SEM-EDX (Ethzurich, 2015).
Beberapa sinyal yang dihasilkan oleh SEM yaitu pantulan inelastis berupa
sinyal elektron sekunder dan karakteristik sinar X, dan pantulan elastis berupa
sinyal backscattered elektron. SEM memiliki kemampuan untuk menganalisa
21
suatu sampel menggunakan perangkat tertentu seperti SEM EDX (Energy
Dispersive X-Ray Spectroscopy). Pelepasan sinar X menciptakan garis spektrum
yang sangat spesifik untuk setiap elemen maka dari itu energi dari sinar-x
digolongkan dalam suatu tebaran energi spektrometer dan dapat digunakan untuk
identifikasi unsur-unsur dalam sampel (Martinez, 2010).
2.5.5 GC-FID (Gas Chromatography-Flame Ionization Detector)
Kromatografi pertama kali diperkenalkan oleh Michael Iswett pada tahun
1950-an. Kromatografi adalah metode pemisahan komponen campuran
berdasarkan perbedaan distribusi komponen tersebut diantara fasa diam dan fasa
gerak. Prinsip kromatografi adalah perbedaan afinitas dari komponen campuran
terhadap fasa diam yang menyebabkan terjadinya pemisahan. Perbedaan
kecepatan migrasi dari campuran yang berpindah di atas material adsorptif inilah
yang menyebabkan terjadinya pemisahan. Dalam kromatografi gas, fasa diam
merupakan padatan atau cairan dengan titik didih yang tinggi sedangkan fasa
geraknya adalah gas inert. Kromatografi gas terdiri atas gas pembawa, pengatur
aliran dan tekanan, tempat injeksi, kolom, detektor dan rekorder. Detektor
berfungsi mendeteksi adanya komponen yang keluar dari kolom. Detektor yang
banyak digunakan pada kromatografi gas adalah FID (Flame Ionization
Detector) dan TCD (Thermal Conductivity Detector) (Soh, 2015).
FID atau detektor ionisasi nyala bekerja berdasarkan perubahan arus
yang dihasilkan oleh pembakaran sampel yang memasuki detektor. Jika tidak
terdapat senyawa organik yang datang dari kolom, maka hanya ada nyala
hidrogen yang terbakar dalam udara. Jika sampel yang diinjeksikan keluar dari
kolom, maka sampel tersebut akan dibakar. Sampel yang dibakar akan
22
menghasilkan sejumlah ion-ion dan elektron-elektron dalam nyala. Ion positif
akan beratraksi dengan elektron pada katoda silinder. Ion-ion negatif dan
elektron-elektron akan beratraksi dengan anoda. Kehilangan elektron-elektron
dari satu elektroda dan perolehan dari elektroda lain, akan menghasilkan aliran
elektron-elektron dalam sirkuit eksternal dari anoda ke katoda. Arus yang
diperoleh tidak besar, tetapi dapat diperkuat. Jika senyawa-senyawa organik
lebih banyak dalam nyala, maka akan banyak juga dihasilkan ion-ion, dan
dengan demikian akan terjadi arus listrik yang lebih kuat. Pada prinsipnya,
detektor FID hanya dapat mendeteksi senyawa-senyawa yang dapat dibakar atau
dengan kata lain hanya spesifik untuk hidrokarbon. (Istady, 2011). Instrumen
GC-FID dapat dilihat pada Gambar 8.
Gambar 8. Skema instrumen GC-FID (Soh, 2015)
23
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Katalis, Pusat Penelitian Kimia,
Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI) Puspiptek Serpong-Tangerang
Selatan, Banten. Penelitian ini dilaksanakan dari bulan Maret 2018 sampai dengan
Juni 2018.
3.2 Alat dan Bahan
Alat yang digunakan dalam penelitian ini yaitu timbangan analitik,
peralatan gelas, magnetic stirrer, alu, lumpang, spatula, kertas saring whatman,
pH-indicator, vacuum filter, hotplate, fixed-bed reactor, XRD (MAC Science
MXP3 V), TGA/DSC (Linseis STA PT 1600), GCMS (Agilent 19091S), SAA
(Micromeritics Tristar II 3020), Scanning Electron Microscopy Energy (SEM) SU
3500 Hitachi Dispersive X-Ray Spectroscopy (EDX) X-max Hiroba, dan furnace
6000 (Thermolyne).
Bahan yang dibutuhkan dalam penelitian ini yaitu zeolit alam bogor (PT.
Atsirindo Indonesia), larutan NaOH (Merck), garam NH4Cl (Merck), garam
Cu(NO3)2 (Merck), isoeugenol, dan akuades.
24
3.3 Rancangan Penelitian
3.4 Prosedur Penelitian
3.4.1 Desilikasi (Alkaline Treatment)
Sebanyak masing-masing 20 g Zeolit Alam Bogor (ZAB) ditimbang dan
dimasukkan ke dalam gelas beker 1000 mL. Kemudian ditambahkan 400 mL
larutan NaOH dengan variasi konsentrasi (0,1; 0,3; 0,5; dan 0,7 M). Campuran
diaduk dengan magnetic stirrer selama 2 jam pada suhu 75 oC. Selanjutnya
campuran disaring dengan kertas saring Whatman menggunakan vacuum filter
dan dibilas dengan akuadest hingga pH 7. Setelah itu, dikeringkan dalam oven
Reaksi oksidasi
katalis CuO/zeolit dengan
isoeugenol
Katalis Cu/zeolit
Hasil reaksi diidentifikasi dengan GC-FID
Ditambahkan akuades (penetralan)
Ditambahkan NH4Cl 1 M (Ion Exchange)
Ditambahkan akuades (Penghilangan Ion Cl)
Dikeringkan dalam oven
Dikalsinasi pada suhu 550 °C
Zeolit + NaOH
Karakterisasi :
XRD, SEM-EDX
Zeolit mesopori
Impregnasi Cu(NO3)2
Karakterisasi SAA
25
pada temperatur 110 ºC selama semalaman. Sampel yang diperoleh ditambahkan
150 ml larutan NH4Cl 0,1 M yang dipanaskan di dalam refluks dengan suhu 80 oC
selama 8 jam. Selanjutnya campuran disaring dengan kertas saring Whatman
menggunakan vacuum filter dan dibilas dengan akuades hingga terbebas dari ion
Cl. Setelah itu dikeringkan dalam oven pada temperature 110 oC selama
semalaman. Kemudian dilakukan kalsinasi pada suhu 500 oC selama 4 jam (Wang
dan Xiao, 2015).
3.4.2 Pembuatan Katalis CuO/Zeolit Metode Impregnasi
Garam Cu(NO3)2.2H2O ditimbang 0,17 g dari bobot zeolit alam Bogor
yang digunakan. Selanjutnya dimasukkan ke dalam gelas beker 500 mL dan
ditambahkan 40 mL akuades. Kemudian ditambahkan 4 g zeolit alam Bogor dan
dipanaskan di atas hotplate pada temperatur 80ºC sambil diaduk dengan magnetic
stirrer dan dibiarkan hingga akuades menguap sepenuhnya dan kering. Kemudian
dikeringkan kembali di dalam oven pada temperatur 100 ºC selama 24 jam (benar-
benar kering) (Mustikowati, 2013). Katalis yang telah kering dilakukan uji TGA
untuk mengetahui stabilitas termal suatu bahan. Setelah itu, dilakukan proses
kalsinasi (pada suhu stabilitas termal).
3.4.3 Reaksi Oksigenasi Senyawa Isoeugenol
Sebanyak 20 mL isoeugenol dimasukan ke dalam reaktor. Selanjutnya
ditambahkan 0,2 g katalis CuO/Zeolit. Reaktor dialirkan gas O2 dengan tekanan 5
bar. Kemudian dipanaskan pada suhu 50 oC selama 24 jam.
26
3.4.4 Karakterisasi Katalis Zeolit dan Katalis CuO/Zeolit
3.4.4.1 Analisis Luas Permukaan dengan SAA (ASTM D4824-03)
Tabung sampel ditimbang sebagai bobot kosong, kemudian masing-
masing sampel katalis zeolit alam Bogor dan CuO/Zeolit dimasukkan ke dalam
tabung dan ditimbang sebanyak 0,5 g. Tabung tersebut kemudian ditempelkan
pada port degasser. Lalu dilakukan proses degassing dengan gas nitrogen pada
suhu 200 °C selama 2 jam. Setelah selesai degassing, tabung tersebut kemudian
ditimbang kembali sebagai massa setelah degassing. Kemudian dimasukkan pada
port micromeritics dan dilakukan analisis dalam kondisi suhu nitrogen cair serta
dialirkan gas N2 dan H2.
3.4.4.2 Analisis Kristalisasi dengan XRD (ASTM D4824-03)
Uji ini dilakukan untuk mengetahui senyawa dan kristalinitas dari sampel.
Masing-masing sampel katalis zeolit alam Bogor dan CuO/Zeolit dihaluskan
dengan grinding lalu dimasukan sampel ke dalam plat sampel hingga permukaan
plat dengan sampel sama rata dan datar. Setelah itu alat XRD dinyalakan. Dalam
pengujian ini menggunakan tegangan listrik dan kuat arus listrik sebesar 40 mV
dan 25 mA dengan sudut yang digunakan yaitu 5-90° setelah itu diuji
menggunakan XRD.
3.4.4.3 Analisis Morfologi dengan SEM (ASTM D4824-03)
Analisis morfologi permukaan dilakukan menggunakan instrumen
scanning electron microscop (SEM). Sampel katalis sebanyak 5 mg yang akan
dianalisis ditempatkan pada wadah sampel dengan ukuran 3 mm dan ketebalan 3
µm. Sampel diteteskan metanol untuk mencegah aglomerasi. Kemudian sampel
tersebut ditembakkan dengan ion argon sampai berlubang. Pada bagian yang tipis
27
ini ditembakkan berkas elektron sehingga menembus sampel kemudian hasil dari
tembusan elektron tersebut yang ditangkap detektor dan diolah menjadi gambar.
3.5 Pengujian Katalis pada Sintesis Senyawa Vanilin
Produk hasil reaksi oksidasi kemudian diinjeksikan pada GC-FID untuk
mengetahui kandungan senyawa pada produk. Sebanyak 0,1 mL produk yang
akan dianalisis ditempatkan pada wadah sampel kemudian ditambahkan 0,5 mL
asetonitril sebagai pelarut. Setelah itu diambil 0,1 mL untuk diinjeksikan ke dalam
GC-FID.
28
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Analisis TGA/DTA
Kalsinasi merupakan salah satu faktor yang berpengaruh pada luas
permukaan material. Kalsinasi yang sempurna akan meninggalkan pori yang
terbuka sehingga luas permukaan material meningkat. Temperatur kalsinasi suatu
katalis dapat ditentukan melalui analisis TGA/DSC. Pengukuran digunakan untuk
memprediksi stabilitas termalnya. Teknik TGA/DSC akan menunjukkan
kehilangan atau pertambahan berat akibat dekomposisi, oksidasi, atau dehidrasi.
Sedangkan teknik DSC mengamati perubahan entalpi atau panas spesifik. Hasil
TGA dapat dilihat pada Gambar 9.
Gambar 9. Hasil analisis TGA-DTA
Pada gambar 9 dapat dilihat bahwa terjadi penurunan bobot sebesar 10%
pada suhu 50-250 ºC yang menunjukkan terjadinya penguapan pelarut air yang
29
terserap. Selanjutnya pada suhu 250-550 ºC terjadi penurunan bobot sekitar 20%
disertai puncak eksotermik pada suhu 550 ºC dari katalis heterogen yang dikaitkan
dengan pelepasan air kristal dan degradasi senyawa organik serta terbentuknya
logam oksida. Kemudian terjadi penurunan bobot kembali sebesar sekitar 5%
pada suhu mencapai 800 ºC. Total penurunan bobot dari analisis stabilitas termal
dengan TGA/DTA, setelah mencapai suhu 800 ºC sekitar 25%.
Hal ini sesuai dengan penelitian dari Tursiloadi (2010) yang menjelaskan
bahwa puncak endotermik pada grafik DSC (µV) yang muncul di sekitar suhu 250
ºC dan disertai penurunan bobot pada grafik TGA (%) menunjukkan terjadinya
pelepasan pelarut air serta puncak eksotermik yang muncul di antara suhu 500-
600 ºC dan diikuti penurunan bobot menunjukkan terjadinya degradasi senyawa
organik dan terbentuknya logam oksida. Selanjutnya, katalis mengalami
penurunan bobot sampai suhu 800 ºC.
4.2 Analisis Luas Permukaan, Volume dan Ukuran Pori dengan SAA
Karakterisasi dengan menggunakan surface area analyzer sangat penting
dalam sintesis zeolit mesopori. Metode Branauer-Emmett-Teller (BET) digunakan
untuk menentukan surface area dan isoterm adsorpsi pada zeolit mesopori hasil
sintesis ini. Metode lainnya yaitu BJH adsorpsi dapat diketahui distribusi ukuran
pori dari zeolit tanpa perlakuan dan zeolit mesopori hasil sintesis, dengan
demikian dapat diketahui apakah zeolit alam Bogor mesopori benar-benar
terbentuk. Hasil karakterisasi zeolit alam Bogor mesopori dengan Alkaline
Treatment kemudian dibandingkan dengan zeolit alam bogor tanpa perlakuan.
Data BET dari zeolit alam Bogor mesopori dan tanpa perlakuan ditampilkan pada
Tabel 2.
30
Tabel 2. Hasil BET zeolit alam Bogor
Zeolit (M) S BETa
(m2/g)
Volume
Total Porib
(cc/g)
Volume
Mikroc (cc/g)
Volume
Mesod (cc/g)
D
Pori
(nm)
Tanpa perlakuan 22,98 0,0727
0,0727 12,71
0.1 148,2 0,1714 0,0512 0,1202 4,58
0.3 135 0,1831 0,0403 0,1428 5,34
0.5 143,7 0,1887 0,0412 0,1475 5,18
0.7 133,6 0,1943 0,0336 0,1607 5,75
Ket : a. Multipoint BET
b. Volume pori total pada P/Po 0.9907
c. Metode t-plot
d. V meso= V total-Vmikro
Berdasarkan data pada tabel 2 terjadi peningkatan luas permukaan dari
zeolit alam tanpa perlakuan ke zeolit mesopori. Peningkatan luas permukaan ini
mengindikasikan bahwa terbentuknya ukuran pori yang lebih besar serta masih
terjaganya struktur zeolit. Bila struktur zeolit runtuh maka akan terjadi penurunan
luas permukaan secara drastis yang diakibatkan tak terdapat lagi pori-pori pada
zeolite (Groen et al., 2005)
Volume total zeolit mesopori juga mengalami peningkatan dari zeolit alam
tanpa perlakuan ke zeolit mesopori. Peran dari terbentuknya pori yang lebih besar
juga dapat memperbesar volume total dari zeolit. Oleh karena itu terjadi
peningkatan volume pori. Sedangkan volume mikro pada zeolit mesopori juga
mengalami peningkatan dari zeolit tanpa perlakuan. Peningkatan ini disebabkan
oleh terbentuknya pori berukuran mikro dari hasil perlakuan pada zeolit alam
Bogor membentuk zeolit mesopori.
Tabel 2 memperlihatkan bahwa pori dari zeolit sebelum dimodifikasi
memliki luas permukaan yang kecil yaitu sebesar 22,91 m2/g dan diameter pori
sebesar 12,71 nm, setelah dilakukan alkaline treatment terlihat bahwa luas
31
permukaan zeolit mengalami kenaikan namun rerataan pori dari zeolit mengalami
penurunan. Menurut Martinez dan Li (2015), penurunan rerataan pori dikarenakan
munculnya pori pori kecil yang diakibatkan oleh lepasnya komponen-komponen
mineral penyusun zeolit. Komponen penyusun yang lepas diindikasikan
merupakan mineral Si akibat desilikasi. Proses desilikasi merupakan proses
ekstraksi yang spesifik, dimana mineral Si yang terlarut dalam larutan alkali
merupakan silikat amorf bukan mineral Si dalam kerangka zeolit, dimana silikat
amorf ini secara kristalinitasnya memiliki kristalinitas yang lemah sehingga dapat
terlarut dalam larutan alkali.
Menurut Groen et al. (2005) salah faktor yang mempengaruhi
terbentuknya pori berukuran meso yaitu perbandingan jumlah Si dan Al dalam
zeolit. Apabila perbandingan jumlah Si dan Al kecil maka pori meso yang
dihasilkan berukuran kecil, sedangkan apabila perbandingan jumlah Si dan Al
berukuran besar maka ukuran pori meso yang dihasilkan berukuran besar bahkan
dapat berukuran makro apabila perbandinganya terlalu besar. Perbandingan
jumlah Si/Al yang optimal yaitu pada 25-50.
Pembentukan pori berukuran meso terjadi karena proses ekstraksi Si yang
dilakukan oleh OH− pada waktu penambahan NaOH. Ekstraksi yang dilakukan
oleh OH− hanya mengekstraksi ikatan Si−O−Si, tidak dapat mengekstraksi Si
yang berikatan dengan Al (Si−O−Al). Keadaan oksidasi trivalen aluminium,
menyebabkan hidrolisis ikatan Si-O-Al oleh OH− terhalang dibandingkan dengan
ekstraksi yamg cukup mudah ikatan Si-O-Si dengan tidak adanya tetangga Al
tetrahedra. Oleh karena itu perbandingan jumlah Si/Al sangat berpengaruh dalam
pembentukan pori berukuran meso karena apabila jumlah Al yang cukup besar
32
(perbandingan jumlah Si/Al kecil), maka pembentukan ukuran meso sulit
dibentuk karena banyaknya logam Si yang berikatan dengan Al. Sebaliknya,
apabila kandungan Al sedikit (perbandingan kandungan Si/Al besar) akan mudah
terbentuk pori berukuran meso karena semakin sedikit juga Si yang berikatan
dengan Al yang menyebabkan ektraksi Si akan menjadi lebih banyak (Groen et
al., 2005).
Salah satu cara untuk mengidentifikasi terbentuknya zeolit mesopori
adalah dengan mengamati adanya hysteris loop di rentang P/Po 0,7-0,95 pada
isoterm adsorpsi zeolit tersebut. Pada zeolit mikropori tidak terbentuk hysteris
loop,sedangkan pada zeolit mesopori akan ditemui pembentukan hysteris loop.
Hysteris loop pada zeolit alam mesopori terjadi pada P/Po 0.85, sedangkan pada
zeolit alam tanpa perlakuan tidak ditemui adanya karakteristik ini (Gambar 10).
Gambar 10. Isoterm adsorpsi-desorpsi zeolit alam Bogor : (a) sebelum alkaline
treatment, (b) penambahan NaOH 0,1 M, (c) penambahan NaOH
0,3 M, (d) penambahan NaOH 0,5 M, (e) penambahan NaOH 0,7M.
33
Grafik isotherm yang disajikan pada gambar 10 didapatkan informasi
bahwa jenis pori yang dihasilkan oleh zeolit sebelum treatment merupakan
isotherm tipe III. Isotherm tipe III tidak memiliki formasi monolayer yang dapat
diidentifikasi, interaksi adsorben-adsorbat relatif lemah dan molekul yang
teradsorpsi mengelompok di sekitar lokasi yang paling menguntungkan pada
permukaan padat tidak berpori atau berpori. Pola isotherm tipe III menunjukan
bahwa padatan merupakan material dengan ukuran pori lebih besar dari mikropori
(Thommes et al., 2015).
Pada grafik Zeolit Alam Bogor setelah alkaline treatment, grafik isoterm
adsorpsi menggambarkan isoterm tipe IV yang merupakan sifat khas pada material
mesopori dimana terdapat histerisis loop. Pada grafik gambar 10 dapat dilihat
bahwa pada tekanan P/Po = 0 gas yang teradsorp sangat sedikit, dan daerah
monolayer belum penuh kemudian pada saat mana jumlah gas yang terdesorpsi
tidak sama dengan jumlah yang teradsorpsi di awal. Pada tekanan yang sama,
jumlah gas yang tertinggal di permukaan material ketika desorpsi masih lebih
banyak dibandingkan ketika adsorpsi, dengan kata lain, jumlah gas yang
terdesorpsi lebih kecil daripada yang teradsorpsi. Hal ini disebabkan oleh
kondensasi kapiler karena adanya pori dengan ukuran meso. Adanya pori pada
permukaan padatan akan memberikan efek pembatasan jumlah lapisan pada
adsorbat dan terjadi fenomena kondensasi kapiler.
34
4.3 Analisis Kristanilitas dengan XRD
Untuk mengidentifikasi kristanilitas dari hasil sintesis zeolit, dilakukan
karakterisasi menggunakan Difraksi Sinar-X (XRD). Pola difraktogram pada
sampel zeolit alam bogor produk ditunjukkan pada Gambar 11.
Puncak utama pola XRD ini pada 2θ=26,66°. Berdasarkan penelitian dari
Tursiloadi et al. (2015), dan JCPDS (Joint Committee on Powder Diffraction
Standard) No. 43-1068, puncak tersebut menunjukkan bahwa fasa utama dari
zeolit ini adalah mordenit sehingga zeolit yang digunakan merupakan zeolit alam
tipe mordenit.
Menurut Harber (1991), persyaratan material zeolit sebagai katalis salah
satunya adalah kristalinitas. Kristalinitas zeolit merupakan suatu ukuran kekuatan
kisi kristal dalam mempertahankan bentuk kristalnya. Jika suatu zeolit memiliki
sifat kristal yang rendah maka kisi kristal zeolit tersebut akan mudah rusak.
Akibat lebih jauhnya adalah zeolit akan mengalami penurunan aktivitasnya
sebagai katalis.
Gambar 11. Pola difraksi zeolit dan CuO-zeolit dan perbesaran pola
difraksi zeolit dan CuO/zeolit pada 2θ=50°.
35
Dilihat dari pola XRD, perlakuan pengembanan logam oksida CuO serta
pemanasan dalam kalsinasi katalis tidak terlalu terlihat adanya penambahan
puncak baru yang signifikan. Hal ini menandakan kristalinitas yang dimiliki zeolit
tidak mengalami kerusakan setelah dilakukan pengembanan logam oksida CuO.
Namun jika dilihat puncak-puncak spektrum, nilai intensitas dari katalis ZAB
yang telah diembankan logam oksida CuO mengalami penurunan. Hal ini diduga
karena logam oksida CuO yang teremban menutupi bidang kristal dari zeolit.
Menurut JCPDS No 45-0937 Puncak yang menandakan adanya logam
oksida CuO terlihat pada 2θ = 50° sebagai puncak khas dari logam oksida CuO.
Berdasarkan pada pembacaan pola tersebut puncak CuO yang sedikit terlihat
hanya pada 2θ = 50°.
4.4 Karakterisasi dengan SEM-EDX
Karakterisasi dengan SEM dilakukan untuk mengidentifikasi perubahan
morfologi dari permukaan kristal zeolit alam bogor setelah diberi perlakuan
alkaline treatment. Sedangkan karakterisasi dengan EDX dilakukan untuk
mengetahui komposisi unsur-unsur kimia yang terdapat dalam suatu sampel dan
juga untuk mengetahui perubahan rasio Si/Al setelah alkaline treatment. Terdapat
dua jenis sampel yang dikarakterisasi dengan SEM-EDX pada penelitian ini, yaitu
karakterisasi Zeolit Alam Bogor sebelum dan setelah alkaline treatment. Hasil
pengukuran untuk bubuk zeolit dapat dilihat pada Gambar 12 dan Gambar 13.
36
(a) (b)
Gambar 12. Mikrograf SEM perbesaran 10 µm tanpa perlakuan (a) dan setelah
alkaline treatment (b)
(a) (b)
Gambar 13. Mikrograf SEM perbesaran 5 µm tanpa perlakuan (a) dan setelah
alkaline treatment (b)
Mikrograf SEM pada gambar 12 dan 13 tersebut menunjukan bahwa
bentuk zeolit sebelum dan setelah alkaline treatment berbentuk granula. Pengaruh
treatment terhadap permukaan partikel tidak dapat terlihat jelas dari gambar di
atas. Hal ini juga berbanding lurus dengan penurunan rasio Si/Al yang merupakan
akibat dari ekstraksi atom Si selama proses treatment. Jumlah atom Si dan Al pada
kerangka zeolit sebelum dan setelah treatment dapat dilihat pada Tabel 3.
37
Tabel 3. Komposisi penyusun dari zeolit tanpa perlakuan dan setelah alkaline
treatment
Atom
% Atom
Zeolit Tanpa
Perlakuan Zeolit Desilikasi
Zeolit
Impregnasi
O 66.22 75.59 58.99
Na 0.46
Mg 0.31 0.53 0.16
Al 4.89 4.76 4.46
Si 26.01 17.78 19.55
K 0.77 0.73 2.03
Ca 1.14
Fe 0.19 0.61 1.1
Cu 2.32
Kandungan atom Si pada zeolit alkaline treatment mengalami penurunan
yang tidak signifikan. Hal ini dikarenakan rasio Si/Al yang yang berjumlah kecil
yaitu 5. Pada rasio Si/Al yang berjumlah kecil, ekstraksi Si yang dilakukan oleh
OH− juga sedikit. Hal ini dikarenakan ikatan Si−O−Al dalam zeolit akan semakin
banyak yang menyebabkan ektraksi Si−O−Si semakin sedikit (Groen et al., 2005).
Tabel hasil EDX ini juga dapat menunjukan bahwa terdapat logam Cu zeolit
setelah proses impregnasi.
4.5 Karakterisasi Produk Reaksi Oksidasi dengan GC-FID
Reaksi oksidasi isoeugenol dilakukan dalam reaktor autoklaf dengan
massa katalis 1% (b/v) dalam waktu 24 jam. Reaksi oksidasi isoeugenol kemudian
dilakukan variasi pada suhu, tekanan, dan massa logam dalam katalis. Hasil reaksi
oksidasi selanjutnya dikarakterisasi menggunakan GC-FID. Analisa menggunakan
GC-FID dilakukan dengan membandingkan produk yang didapat dengan standar.
Pembuatan larutan standar dilakukan dengan membuat variasi 5 konsentrasi.
Kurva regresi dari standar isoeugenol dan vanilin dapat dilihat dalam Lampiran 2.
38
Larutan standar digunakan untuk menghitung nilai molaritas awal dari senyawa
yang ingin dihitung.
4.5.1 Variasi Suhu
Variasi suhu dilakukan untuk mendapatkan kondisi optimum untuk
oksidasi isoeugenol sehingga menghasilkan produk vanilin yang banyak. Variasi
suhu yang dilakukan yaitu 50, 70, dan 90○ C dengan massa katalis 0,2 g dalam 20
mL isoeugenol pada tekanan 0 bar. Reaksi dilakukan selama 24 jam. Hasil
oksidasi pada variasi suhu dapat dilihat pada Gambar 14.
Gambar 14. Hasil vanilin berdasarkan variasi suhu
Hasil analisi GC-FID pada Gambar 14 menunjukan bahwa nilai konversi,
yield, dan selektifitas terbaik pada suhu 50○ C sebesar 37,2%; 2,67%; dan 7,17%.
Pada saat suhu reaksi dinaikan menjadi 70 dan 90 ○C nilai konversi, yield, dan
selektifitas terjadi penurunan. Hal ini dimungkinkan pada suhu reaksi yang lebih
tinggi terjadi sedikit kerusakan pada katalis sehingga membuat hasil dari reaksi
oksidasi menjadi menurun.
39
Variasi suhu dilakukan karena pada penelitian Bohre et al (2017), saat
menaikan suhu reaksi dari 24 ○C menjadi 50 ○C terjadi peningkatan yield yang
cukup signifikan. Penelitian ini hanya memvariasikan suhu reaksi sebesar 24 ○C
dan 50○ C. Hal ini yang mendasari peneliti untuk menaikan suhu dari 50○ menjadi
70○ dan 90○ C. Sementara itu pada penelitian Mao et al. (2016), dengan katalis
Co(OAc) pada saat suhu dinaikan dari 70○ menjadi 80○ C terjadi kenaikan nilai
yield dari 51,5% menjadi 64,3% dan mengalami penurunan nilai yield saat suhu
dinaikan menjadi 90○ sebesar 63%. Hal ini berbanding terbalik dengan hasil
penelitian yang mengalami penurunan ketika suhu reaksi dinaikan. Pada suhu
yang lebih tinggi diasumsikan bahwa katalis mengalami kerusakan sehingga
menyebabkan konversi dan yield yang dihasilkan menurun.
4.5.2 Variasi Tekanan
Suhu optimum yang telah diperoleh selanjutnya digunakan untuk
menentukan tekanan optimum pada reaksi oksidasi isoeugenol. Pengaruh tekanan
terhadap hasil reaksi oksidasi isoeugenol dilakukan dengan variabel tetap
diantaranya 20 mL isoeugenol, 0,2 g katalis dan suhu 50 ○C dalam waktu 24 jam.
Variasi tekanan yang dilakukan yaitu 0, 5, dan 10 bar O2. Hasil reaksi dengan
variasi tekanan dapat dilihat dalam Gambar 15.
40
Gambar 15. Hasil vanilin berdasarkan variasi tekanan
Nilai konversi yang terbentuk pada saat diberi tekanan gas O2 mengalami
kenaikan yang signifikan. Pada tekanan 0 bar O2 nilai konversi yang dihasilkan
sebesar 37,2%, setalah tekanan dinaikan menjadi 5 dan 10 bar O2 nilai konversi
naik menjadi 70,38% dan 73,83%. Kenaikan nilai konversi juga diiringi kenaikan
yield yang sangat tinggi. Sebelum diberi tekanan nilai yield hanya sedbesar
2,67%, setelah tekanan dinaikan menjadi 5 dan 10 bar nilai yield naik sebesar
51,1% dan 32,1%.
Menurut Bohre et al. (2017) kenaiakan tekanan O2 yang sedikit lebih
tinggi akan menghasilkan vanilin yang lebih banyak. Hal ini dikarenakan gas O2
yang ditambahkan akan lebih banyak mengoksidasi senyawa isoeugenol
dibandingkan hanya menggunakan oksidasi dari logam CuO saja (tidak
menggunakan oksigen). Pada penelitian ini variasi yang dilakukan hanya
menggunakan 2 variasi yaitu 1 bar dan 4 bar. Penelitian Mao et al. (2016) juga
menunjukan hasil yang sama yaitu saat tekanan O2 ditambahkan, nilai yield yang
dihasilkan naik dari 10% menjadi 64%. Oksigen yang ditambahkan akan
41
berikatan dengan katalis untuk mengoksidasi isoeugenol sehingga yield yang
dihasilkan menjadi lebih banyak.
4.5.3 Variasi Massa katalis
Tekanan optimum yang didapat lalu digunakan dalam reaksi selanjutnya
untuk menentukan rasio reaktan:katalis optimum. Laju reaksi akan meningkat
dengan peningkatan jumlah katalis. Luas permukaan katalis yang lebih besar akan
meningkatkan kemampuan katalis untuk melakukan kontak dengan reaktan
sehingga reaksi berlangsung lebih cepat dan proses pembentukan senyawa hasil
reaksi menjadi lebih maksimal (Bohre et al., 2017).
Untuk menentukan massa katalis yang optimum variabel tetap yang
digunakan yaitu isoeugenol 20 mL, suhu reaksi 50 ○C, 5 bar O2, dan waktu reaksi
24 jam. Hasil analisis variasi massa katalis dapat dilihat pada Gambar 16.
Gambar 16. Hasil vanilin berdasarkan variasi massa katalis
Pada massa rasio katalis:reaktan 0,1%, konversi dan yield yang dihasilkan
sebesar 70,38% dan 51,1%. Pada saat massa katalis dinaikan menjadi 0,2 dan 0,3
42
% nilai konversi dan yield yang dihasilkan juga naik menjadi 84,3% dan 53,3%
untuk massa katalis 0,2% dan 86,8% dan 52,1% untuk katalis 0,3%. Konversi
yang dihasilkan mengalami kenaikan tetapi pada katalis 0,3% yield yang
terbentuk lebih kecil dibandingkan dengan katalis 0,2%.
Menurut Bohre et al. (2017) meningkatnya massa katalis akan
meningkatkan nilai konversi dan yield yang dihasilkan. Hal ini dikarenakan
semakin banyak CuO yang akan mengoksidasi isoeugenol menjadi vanillin
khususnya pada gugus alil. Tetapi pada massa katalis 0,3% nilai yield yang
dihasilkan menurun. Hal ini dikarenakan keterbatasan transportasi massa pada
katalis heterogen dan terbentuknya hasil samping yang menyebabkan nilai yield
menjadi menurun.
Berdasarkan variasi yang dilakukan kondisi optimum untuk reaksi oksidasi
isoeugenol menjadi vanillin yaitu pada suhu 50○ C, tekanan 5 bar O2,
perbandingan rasio katalis 0,2% (b/v) dalam waktu 24 jam. Pada kondisi tersebut
didapatkan nilai konversi dan yield yang didapatkan sebesar 84,3% dan 52,3%.
Mekanisme reaksi oksidasi isoeugenol menjadi vanillin oleh katalis CuO/zeolit
dapat dilihat pada Gambar 17.
43
Gambar 17. Reaksi oksidasi isoeugenol (Bohre et al., 2017)
Aktivitas katalitik yang tinggi dari zeolit mesopori dan zeolit mesopori
diemban logam telah dilaporkan karena pori mereka yang meluas yang terbentuk
selama proses desilikasi dan beberapa fungsi oksigen di dalam reaksi tersebut
(Groen et al., 2005). Efek kuantum antara struktur tembaga nano dan permukaan
yang kaya elektron dengan mobilitas yang tinggi zeolit juga bisa menstabilkan
Cu(I) keadaan oksidasi. Meskipun mekanisme untuk tembaga katalis oksidasi
isoeugenol tidak diketahui, katalis Cu(II) homogen telah digunakan untuk oksidasi
katalitik fenol dan aril substrat. Pada penelitian ini, terutama oksidasi substrat aril
menunjukkan bahwa reaksi katalisasi Cu(II) melalui jalur radikalisasi dimana
transfer elektron tunggal dari substrat ke Cu(II) terkoordinasi dan Cu(I) juga
terbentuk pada fase tersebut (Chen et al., 2006).
Kedua logam Cu (II) dan Cu (I) mengkatalisis pada proses oksidasi
isoeugenol. Dengan menganalogikan pada oksidasi fenol dan aril, Cu(II)O
bereaksi dengan isoeugenol melalui transfer elektron tunggal dari ikatan π
isoeugenol. Produk intermediet radikal mudah bereaksi dengan O2 dan bentuk
44
radikal peroksil diikuti oleh produk intermediet dioksigenasi, yang kemudian
disusun kembali ke vanilin. Keterlibatan Cu(I) bisa membentuk produk
intermediet dimana Cu(I) direduksi menjadi Cu(0). Cu(0) dioksidasi menjadi
CuOx selama proses oksidasi dengan sejumlah kecil Cu tersisa yuang tidak
teroksidasi pada permukaan pengemban (Ryswyk dan Ellis, 1986).
45
BAB V
PENUTUP
5.1 Simpulan
Kesimpulan dari penilitian ini diantaranya:
1. Pori-pori zeolit desilikasi memiliki ukuran mesopori dan katalis
CuO/Zeolit menunjukan luas permukaan dan volume pori mengalami
peningkatan setelah proses desilikasi, logam oksida CuO telah
terimpregnasi pada pengemban yaitu zeolit.
2. Kondisi optimum reaksi oksidasi isoeugenol menjadi vanilin yaitu pada
suhu 50○ C, tekanan 5 bar O2, massa rasio katalis : reaktan 0,2% (b/v),
dalam waktu 24 jam dengan nilai konversi, yield, dan selektivitas yang
dihasilkan sebesar 84,3; 52,3; dan 62,04%.
5.2 Saran
Nilai rasio Si/Al pada zeolit harus diketahui dahulu agar dapat menentukan
proses apa yang digunakan untuk mengubah ukuran pori menjadi meso, diperhatikan
kondisi operasi saat reaksi oksidasi seperti pengadukan dan tekanan gas agar
meningkatkan produk hasil oksidasi.
46
DAFTAR PUSTAKA
Agitia, G. 2012. Sintesis Renewable Diesel dengan Metode Deoksigneasi
Menggunakan Katalis Pd/C dan NiMo/C. Depok : Universitas Indonesia.
Aroma Indesso Indonesia. 2006. Minyak Cengkeh dan Turunannya.
www.indesso.com (diakses pada 2 Februari 2018).
Augustine, J. R. 1996. Heterogeneous Catalysis for The Synthetic Chemist, 1st ed.
New York: Marcel Decker, Inc.
Bedoukian, P. Z. 1967. Perfumery and Flavoring Synthetics. Second Edition. Elsevier
Publishing Co., New York.
Bert, S., dan Leonid, K. 2006. Zeolites and zeolite-Like Materials. Elsevier B.V.
Bohre, A., Gupta, D., Alam, I., dan Sharma, R. K. 2017. Aerobic Oxidation of
Isoeugenol to Vanillin with Copper Oxide Doped Reduced Graphene Oxide.
Chem Pub Soc. 3129–3136.
Budimarwanti, C. 2007. Sintesis Senyawa Bibenzil Dari Bahan Awal Vanilin Melalui
Reaksi Wittig Dan Hidrogenasi Katalitik [Prosiding]. Seminar Nasional
Penelitian, Pendidikan dan Penerapan MIPA Universitas Negeri Yogyakarta.
Bunaciu, A. A., Udristioiu, E. G., dan Aboul-enein, H. Y. 2015. X-Ray Diffraction :
Instrumentation and Applications Critical Reviews in Analytical Chemistry X-
Ray Diffraction : Instrumentation and Applications. Elsavier Co.
Candra, I. N. 2007. Hubungan Antara Sifat Keasaman, Luas Permukaan Spesifik,
Volume Pori dan Rerata Jejari Katalis terhadap Aktivitasnya pada Reaksi
hidrogenasi Cis-Isoeugenol. Jurnal Exacta, 1, 24–30.
Carter, Barry, Williams, David B. 2016. Transmission Electron Microscopy: A
Textbook for Materials Science. Elsevier Co.
Chen, X., Hao, X. S., Goodhue, C. E., dan Yu, J. Q. 2006. Cu(II)-catalyzed
Functionilization of Aril C-H Bonds Using O2 as an Oxidant. Journal of the
American Chemical Society. 128, 6790-6791.
Cundy, C. S., dan Cox, P.A. 2005. The Hydrothermal Synthesis of Zeolites:
Precursors, Intermediates and Reaction Mechanism. Microporous and Mesopori
Materials 82, 1–78.
47
Departemen Pertanian Republik Indonesia. 2015. Prospek dan Arah Pengembangan
Agribisnis Cengkeh. Badan Litbang Deptan. Jakarta.
Direktorat Jenderal Perkebunan. 2015. Prospek dan Arah Pengembangan Cengkeh.
Environ, E., Zhang, H., Cheng, Y., Vispute, T. P., dan Huber, G. W. 2011.
Environmental Science Catalytic conversion of biomass-derived feedstocks into
olefins and aromatics with ZSM-5 : the hydrogen to carbon effective ratio,
2297–2307.
Essential Oil Association. 1970. The Clove oil. www.perfumerflavorist.com (diakses
pada 2 Februari 2018).
Ethzurich. 2015. Scanning Electron Microscopy (SEM).
www.microscopy.ethz.ch/sem.htm (diakses Rabu, 16 September 2018).
Feliczak-Guzik, A. 2018. Hierarchical zeolites: Synthesis and catalytic properties.
Microporous and Mesoporous Materials, 259, 33–45.
Groen, J.C., L.A.A. Peffer, J.A. Moulijn, dan J. P´erez-Ram´ırez. 2004. Mesoporosity
development in ZSM-5 zeolite upon optimized desilication conditions in alkaline
medium. Chem. Eur. J. 22, 12-13.
Groen, J.C., L.A.A. Peffer, J.A. Moulijn, dan J. P´erez-Ram´ırez. 2005. Mechanism
of Hierachical Porosity Development in MFI Zeolites by Desilication: The Role
of Aluminium as a Pore-Directing Agent. Chem. Eur. J., 11, 4983–4994
Haerudin, H. 2005. Katalis dan Bahan Penyusunnya dalam Penyediaan Sumber
Energi. Pusat Penelitian Kimia Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesai
PUSPIPTEK., 1–3.
Handayani, S., Arianingrum, R., dan Haryadi, W. 2011. Vanillin Structure
Modification of Isolated Vanilla Fruit (Vanilla Planifolia Andrews) to form
Vanillinacetone. Proceedings at 14th Asian Chemical Congress 2011. 252-257
Hansen, E. H., Birger, L. M., Gertrud, R. K., Camilla, M. B., Charlotte K., Ole, R. J.,
Finn T.O, Carl EO, Mohammed SM, dan J. H. 2009. De Novo Biosynthesis of
Vanillin in Fission Yeast (Schizosaccharomyces pombe) and Baker’s Yeast
(Saccharomyces cerevisiae). Appl Environ Microbiol, 9(2), 2765–2774.
Harber, J. 1991. Manual on Catalyst Characterization. Pure and Appied. Chemistry.
63(9):1227-1246.
Istady. 2011. Fundamental dan Aplikasi : Teknologi Katalis untuk Konversi Energi.
Badan Penerbit Undip, 1–13.
48
Kadarohman, A., Heli S., H, M. S. F. 2010. Konversi dan Karakterisasi Isoeugenol
Asetat menjadi Vanilin Asetat, 1(2), 177–181.
Ketaren. 1985. Pengantar Teknologi Minyak Atsiri. Jakarta: Balai Pustaka.
Kumar, R., Sharma, P. K., dan Mishra, P. S. 2012. A Review on the Vanillin
derivatives showing various Biological activities, 4(1), 266–279.
Lestari, D. Y. 2010. Kajian Modifikasi dan Karakterisasi Zeolit Alam dari Berbagai
Negara. Yogyakarta: Universitas Negeri Yogyakarta.
Lowell, S., Joan, E. S., Martin A. T., dan Matthias, T. 2006. Surface Area Analysis
from the Langmuir and BET Theories.
Mao, H., Wang, L., Zhao, F., Wu, J., Huo, H., & Yu, J. 2016. Cobalt-catalyzed
Aerobic Oxidation of Eugenol to Vanillin and Vanillic Acid, 261–266.
Martinez, J. G., dan Li, K. 2015. Mesoporous Zeolites : Preparation,
Characterization and Applications. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co :
Germany.
Mulyono, E. D. Y. 2012. Perancangan Proses Produksi Isoeugenol dan Vanilin dari
Eugenol Minyak Daun Cengkeh.
Mulyono, R. J., & Mulyono, R. J. 1990. Minyak atsiri , jilid IV B. Jakarta : Balai
Pustaka.
Mustikowati. 2013. Transformasi Sitronelal menjadi Sitronelol dengan Menggunakan
Reduktor NaBH4 dan Hidrogenasi Terkatalis Ni/Zeolit Beta [skripsi].
Semarang: Universitas Negeri Semarang.
Nurhayati, N. D., dan Suryadi B. U. 2016. Modifikasi Zeolit Alam Sebagai Katalis
Melalui Pengembanan Logam Tembaga. Jurnal UNS. 222-226.
Ogura, M., S. Shinomiya, J. Tateno, Y. Nara, E. Kikuchi, dan M. Matsukata. 2001.
Alkali-treatment technique — new method for modification of structural and
acid-catalytic properties of ZSM-5 zeolites. Applied Catalysis A: General 219,
33–43.
Purnami, Wardana, I. N. G., dan Veronika K. 2015. Pengaruh Penggunaan Katalis
Terhadap Laju dan Efisiensi Pembentukan Hidrogen. Jurnal Rekayasa Mesin,
6(1), 51-59.
Rao, R. S., R. G. 2000. Vanilla flavour: production by conventional and
biotechnological routes. J. Sci. Food.Agric., 80, 289–304.
49
Richardson, J. 1989. Principles of Catalyst Development. New york: Plenum Press.
Ruhnayat, A. 2002. Memproduktifkan Cengkih-Tanaman Tua, Tanaman Terlantar.
Jakarta: Penebar Swadaya.
Rusli, M. S. 2015. Potensi Minyak Atsiri Indonesia & Peran DAI. Jurnal
Agribisnis.(5), 8.
Ryswyk, V. H., dan A. B. Ellis. 1986. The Catalytic Activity of Copper. Journal of
the American Chemical Society. 108, 2454-2455.
Sastrohamidjojo, H. 2002. Kimia Minyak Atsiri. Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam. Universitas Gajah Mada : Yogyakarta.
Sastrohamidjojo, H. 2006. Produk Turunan Minyak Atsiri dan Potensi Pasar.
Konferensi Nasional Minyak Atsiri. Solo. 25.
Sergey, V. 2012. Thermogravimetric Analysis. John Wiley and Sons, inc : New York.
Shakeri, A., Rad, S. M., dan Ghasemian, A. 2013. Oxidative Production of Vanillin
from Industrial Lignin Using Oxygen and Nitrobenzene : A Comparative Study.
Journal of Microbiology, 1165–1171.
Smallman, R. E, dan Bishop, R. J. 2000. Metalurgi Fisik Modern dan Rekayasa
Material. Jakarta : Erlangga.
Shyamala, B.N., Naidu, M., Sulochanamma, G. S. dan Srinivas, P. 2007. Studies on
the antioxidant activities of natural vanilla extract and its constituent
compounds through in vitro models. Journal of Agricultural and Food
Chemistry, 55, 7738–7743.
Silverstein, R. M., Bassler G. C., dan Morril T. C. 1991. Spectrometric Identification
of Organic Compunds. John Wiley and Sons : New York.
Smith, K. 1992. Solid Support and Catalyst in Organic Synthesis. London: Ellis
Horwood PTR.
Soh, A.C., U.K. Mohamad, N.F.M. Radzi, A.J. Ishak, M.K. Hassan, S.A. Ahmad, S.
Khamis. 2015. Selection Of Feature Analysis Electronic Nose Signals Based
On The Correlation Between Gas Sensor And Herbal Phytochemical.
Australian Journal Of Basic and Applied Science, 360-367.
Thommes, M., Kaneko, K., Alexander V., Neimark, Olivier, J. P., Rodriguez-
Reinoso, F., Rouquerol, J., dan Kenneth, S. W. S. 2015. Physisorption of
50
Gases, with Special Reference to The Evaluation of Surface Area and Pore
Size Distribution (IUPAC Technical Report). Pure Appl. Chem. 6, 7.
Tursiloadi, S. 2010. Mesoporous Oxide Materials Based On The Sol-Gel Method.
Berlin: Lambert Academic Publishing AG & Co.
Tursiloadi, S., Pertiwi, R., Litiaz, A. A., Adilina, I. B., dan Sembiring, K. 2015.
Nickel Supported Natural Zeolite as a Bifunctional Catalysts for Conversion
of Citronella Oil to Menthols. Proceeding of AIC Unsyiah. Aceh: Syiah Kuala
University. 2, 5-6.
Wang, F., dan Xiao, G. 2015. Performance of hierarchical HZSM-5 zeolites prepared
by NaOH treatments in the aromatization of glycerol. The Royal Society of
Chemistry.1, 4-5.
Wang, H., B., Holmberg, Y. Yan. 2003. Direct synthesis of template-free zeolite
nanocrystals within in-situ thermoreversible polymer hydrogels. J. Am. Chem.
Soc., 125, 9928-9929.
LAMPIRAN
52
Lampiran 1. Preparasi katalis
1. Perhitungan
Bobot Cu(NO3)2.6H2O
20% bobot dari zeolit alam
Massa Cu(NO3)2.6H2O = X 4 gram = 0,8 gram
Mr. Cu(NO3)2.6H2O = 295,47 g/mol
Ar Cu = 63,5 g/mol
Bobot garam Cu(NO3)2.6H2O 10wt% yang ditimbang = 0,8 g
Bobot penyangga zeolit yang ditimbang = 10,02 g
Bobot Cu(NO3)2.6H2O = X Massa Cu(NO3)2.6H2O
= X 0,8 gram
= 0,429 gram
53
Lampiran 2. Kurva Regresi Standar
1. Kurva Standar Vanilin
2. Kurva Standar Isoeugenol
54
Lampiran 3. Hasil GC-FID
1. Standar Vanilin
2. Standar Isoeugenol
55
3. Standar Eugenol
56
4. Hasil pada suhu 50
57
5. Hasil Pada suhu 70
58
6. Hasil Pada tekanan 0 bar
59
7. Hasil pada tekanan 5 bar
60
8. Hasil pada massa katalis 0,1%
61
9. Hasil pada massa katalis 0,3%
62
Lampiran 4. Perhitungan persen konversi, yield, dan selektivitas pada produk reaksi
oksidasi
1. Variasi suhu
a. Suhu 50○
% Konversi = x 100%
=
= 37,2%
% Yield = X 100%
= X 100%
= 2,67%
% selektivitas = X 100%
= X 100%
= 7,17%
b. Suhu 70○
% Konversi = x 100%
=
= 35,5%
% Yield = X 100%
63
= X 100%
= 2,55%
% selektivitas = X 100%
= X 100%
= 7,18%
c. Suhu 90○
% Konversi = x 100%
= x 100%
= 33,9%
% Yield = X 100%
= X 100%
= 2,33%
% selektivitas = X 100%
= X 100%
= 6,87%
2. Variasi Tekanan
a. Tekanan 0 bar
% Konversi = x 100%
64
=
= 37,2%
% Yield = X 100%
= X 100%
= 2,67%
% selektivitas = X 100%
= X 100%
= 7,17%
b. Tekanan 5 bar
% Konversi = x 100%
=
= 70,38%
% Yield = X 100%
= X 100%
= 51,1%
% selektivitas = X 100%
= X 100%
65
= 72,60%
c. Tekanan 10 bar
% Konversi = x 100%
=
= 73,81%
% Yield = X 100%
= X 100%
= 32,1%
% selektivitas = X 100%
= X 100%
= 43,49%
3. Variasi Massa katalis
a. Massa katalis 0,1%
% Konversi = x 100%
=
= 70,38%
% Yield = X 100%
66
= X 100%
= 51,1%
% selektivitas = X 100%
= X 100%
= 72,60%
b. Massa katalis 0,2%
% Konversi = x 100%
=
= 84,3%
% Yield = X 100%
= X 100%
= 52,3%
% selektivitas = X 100%
= X 100%
= 62,04%
c. Massa katalis 0,3%
% Konversi = x 100%
67
=
= 86,6%
% Yield = X 100%
= X 100%
= 52,1%
% selektivitas = X 100%
= X 100%
= 60,02%
68
Lampiran 5. Biodata diri
BIODATA MAHASISWA
IDENTITAS PRIBADI
Nama Lengkap : Deni Priyanto
Tempat, Tanggal Lahir : Tegal, 28 Februari 1993
Nim : 11140960000070
Anak Ke- : 2 dari 5 bersaudara
Alamat Rumah : Jl. Surya Kencana Pamulang Barat, Tangerang
Selatan
Telp/HP : 085727829296
Email : denipriyanto001@gmail.com
PENDIDIKAN FORMAL
Sekolah Dasar : SD Negeri 2 Balamoa, Tegal (2000-2006)
Sekolah Menengah Pertama : SMP Negeri 1 Pangkah, Tegal (2006-2009)
SMA/SMK : SMA Negeri 1 Pangkah, Tegal (2009-2012)
Perguruan Tinggi : UIN Syarif Hidayatullah (2014-sekarang)
69
PENDIDIKAN NON FORMAL
Kursus/Pelatihan
1. Pelatihan K3 di
Laboratorium
2. ISO IEC 17025
:
:
No Sertifikat-
No. Sertifikat LM/sert-KO/003/XI/17
PENGALAMAN ORGANISASI
1. Himpunan Mahasiswa
Kimia
2. Himpunan Mahasiswa
Kimia
:
:
Staff ahli Departemen PSDM (2015-2016)
Menteri Koordinator Kementerian
Kemahasiswaan (2016-2017)
PENGALAMAN KERJA
1. Praktek Kerja Lapangan
(PKL)
: PTSEIK BPPT/2016 judul PKL: Pengaruh
Proses Pemurnian Minyak Nyamplung
Calophyllum inophyllum Terhadap Kadar Asam
Lemak Bebas (FFA)
top related