preparasi dan karakterisasi nanokatalis …digilib.unila.ac.id/23123/2/skripsi tanpa bab...
TRANSCRIPT
PREPARASI DAN KARAKTERISASI NANOKATALIS Ni0,6 Fe2Co0,4O4
UNTUK REAKSI HIDROGENASI KATALITIK CO2
(Skripsi)
Oleh
Sanjaya Yudha Gautama
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS LAMPUNG
BANDAR LAMPUNG
2016
ABSTRACT
PREPARATION AND CHARACTERISATION OF Ni0,6Fe2Co0,4O4
NANOCATALYST FOR REACTION HYDROGENATION CATALYTIC
OF CO2
By
Sanjaya Yudha Gautama
In this study, nano catalyst Ni0,6Fe2Co0,4O4 has been prepared by sol gel – freeze dry method
using pectin as an emulsifying agent, and then the sample was subjected to calcination
treatment and subsequently characterized using the techniques of X-ray diffraction (XRD),
Rietveld and Scherrer Methods, FTIR, PSA and SEM analysis. Its catalytic activity was
tested for CO2/H2 conversion to alcohol at a temperature of 200 - 400°C. The results of XRD
characterization indicated that Ni0,6Fe2Co0,4O4 calcined at 600°C materials consist of three
crystalline phases which are Fe2NiO4(25.3%), Fe3O4 (51.5%), and CoFe2O4 (23.2%). The
results of size analysis using both Scherrer method and SEM show that the size of the catalyst
is in the range of 11,8 – 22,0 nm. Then, particle size analyzer (PSA) proved that particle size
distribution is in the range of 0-2%. Catalytic activity tests showed that Ni0,6Fe2Co0,4O4
nanocatalysts are active. Product analysis using gas chromatography indicates that the
Ni0,6Fe2Co0,4O4 nanocatalyst calcined at 600°C is the most active for conversion of CO2/H2 at
a reaction temperature of 200 °C and propanol yield is 53134.83 ppm.
Keywords; nano catalysts, pectin, , sol gel – freeze dry, alcohol
ABSTRAK
PREPARASI DAN KARAKTERISASI NANOKATALIS Ni0,6Fe2Co0,4O4
UNTUK REAKSI HIDROGENASI KATALITIK CO2
Oleh
Sanjaya Yudha Gautama
Pada penelitian ini telah dibuat nanokatalis Ni0,6Fe2Co0,4O4 dengan metode sol-
gel dan freezedry menggunakan pektin, serta dilakukan uji aktivitas katalitiknya
terhadap reaksi konversi (CO2/H2) menjadi alkohol pada suhu 200 – 400°C. Hasil
karakterisasi katalis setelah kalsinasi 600 °C menunjukan terbentuknya 3 fasa
kristalin yaitu Fe2NiO4 (25,3%), Fe3O4 (51,5%), dan CoFe2O4 (23,2%). Hasil
analisis ukuran XRD menggunakan persamaan Scherrer dan analisis
menggunakan SEM menunjukan ukuran katalis pada rentang 118 - 220 nm. Hasil
analisis ukuran distribusi partikel menggunakan PSA menghasilkan katalis
berskala nanometer pada rentang 0 - 2 %. Hasil uji aktivitas katalitik
menunjukkan bahwa katalis Ni0,6Fe2Co0,4O4 aktif dan memiliki selektifitas yang
tinggi. Analisis menggunakan kromatografi gas menunjukkan bahwa katalis
Ni0,6Fe2Co0,4O4 pada suhu kalsinasi 600°C dengan suhu reaksi 200 °C paling aktif
terhadap konversi CO2/H2 menghasilkan propanol yaitu 53134,83 ppm.
Kata kunci ; nanokatalis, pektin, PSA, Scherrer, solgel-freezedry, SEM
PREPARASI DAN KARAKTERISASI NANOKATALIS Ni0,6 Fe2Co0,4O4
UNTUK REAKSI HIDROGENASI KATALITIK CO2
Oleh :
Sanjaya Yudha Gautama
Skripsi
Sebagai salah satu syarat untuk mencapai gelar
SARJANA SAINS
Pada
Jurusan Kimia
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Lampung
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS LAMPUNG
BANDAR LAMPUNG
2016
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Bandarlampung pada tanggal 05 Mei
1993, anak kedua dari empat bersaudara, yang merupakan
buah kasih dari pasangan ayahanda Drs. Joni Rene Rubiyanto
dan ibunda Agnesia Evi Susilowati.
Penulis menyelesaikan pendidikan Sekolah Dasar di SD Fransiskus 1 Tanjung
Karang 2005, Sekolah Menengah Pertama (SMP) Xaverius 4 Bandar Lampung
pada tahun 2008, dan Sekolah Menengah Atas (SMA) BPK Penabur Bandar
Lampung pada tahun 2011. Penulis diterima sebagai Mahasiswa jurusan Kimia
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Lampung pada
tahun 2011 melalui jalur Seleksi Bersama Masuk Perguruan Tinggi Negri
(SBMPTN).
Selama menjadi mahasiswa, penulis pernah aktif dalam organisasi
kemahasiswaan, Organisasi Himpunan Mahasiswa Kimia (HIMAKI) periode
2011-2012 sebagai anggota Kader Muda HIMAKI (KAMI), periode 2012-2013
sebagai anggota Bidang Sains dan Penalaran Ilmu Kimia HIMAKI, dan periode
2013-2014 sebagai Kepala Biro Penerbitan HIMAKI. Penulis pernah menjadi
asisten praktikum Sains dasar periode 2013-2014 untuk Mahasiswa Jurusan Ilmu
Komputer. Asisten Kimia Fisika periode 2013-2014, 2014-2015 untuk Mahasiswa
Jurusan Kimia. Asisten Kimia dasar periode 2014-2015 untuk Mahasiswa Jurusan
Kimia.
MOTTO
(Sanjaya Yudha Gautama)
(Jack Ma)
“Sometimes life is going to hit you in the head with a brick. Don’t
lose faith.”
(Steve Jobs)
“Failure is an option here. If things are not failing, you are
not innovating enough.”
(Elon Musk)
Dengan segala Puji Syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa,
aku persembahkan karyaku ini untuk:
Bapak dan Ibu tersayang, yang senantiasa
mendo’akan, mendukung, memberi semangat, dan
kegigihan serta perjuangan dan pengorbanan Ibu dan
Bapak untuk ku sampai bisa seperti ini semoga kasih
sayang dan lindungan Tuhan Yesus tak lepas dari
kalian.
Kakak dan Adik-adikku Tiara, Galih, dan Gandhi,
serta seluruh keluarga besar ku yang tidak dapat ku
sebutkan satu persatu yang senantiasa mendoa’kan,
mendukung dan memberi semangat, tanpa kalian aku
tak akan pernah meraih semua ini.
Almamater tercinta Universitas Lampung.
Rekan-rekan seperjuangan.
SANWACANA
Segala puji dan syukur hanya milik Tuhan Yang Maha Esa karena berkat
anugerah-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan judul ʻʻ
Preparasi Dan Karakterisasi Nanokatalis Ni0,6Fe2Co0,4O4 untuk Reaksi
Hidrogenasi Katalitik CO2’’ dengan baik. Semoga rahmat selalu senantiasa
tercurah untuk kita semua sekarang sampai selama – lamanya. Amin.
Skripsi ini disusun sebagai salah satu syarat untuk mendapatkan gelar Sarjana
Sains pada Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam,
Universitas Lampung. Tidak sedikit masalah yang dihadapi penulis dalam
menyelesaikan penulisan skripsi ini, tapi Puji Tuhan, karena kuasa-Nya, Dia
memberikan orang – orang terpercaya yang dapat membantu penulis menghadapi
masalah ini . Dalam kesempatan ini, penulis menyampaikan banyak terima kasih
kepada :
1. Tuhan Yesus Kristus yang telah menjadi panutan, motivator, guru terbaik,
serta sahabat yang selalu mendengarkan curhatan hati anak-Nya.
2. Bapak Dr. Rudy TM Situmeang, M.Sc., selaku pembimbing utama, guru,
rekan, teman, sekaligus ayah bagi penulis yang dengan sabar memberikan
bimbingan dan dukungan kepada penulis.
3. Prof. Wasinton Simanjuntak, Ph.D., selaku pembimbing II penulis, atas
saran, motivasi, masukan dan diskusi-diskusinya hingga selesainya skripsi
ini.
4. Ibu Dr. Mita Rilyanti, M.Si., selaku pembahas, atas semua kritik, saran
dan masukan kepada penulis dalam menyelesaikan tesis ini.
5. Bapak Prof. Sutopo Hadi, Ph.D. selaku Pembimbing Akademik yang telah
memberikan informasi, saran kepada mahasiswa.
6. Bapak Dr. Suripto Dwi Yuwono, M.T., selaku Ketua Jurusan Kimia
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Lampung.
7. Bapak Prof. Warsito, S.Si., D.E.A., Ph.D. selaku Dekan Fakultas
Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Lampung.
8. Kedua orang tua ku tersayang, Bapak Drs. R. Joni Rene R. dan Ibu
Agnesia Evi Susilowati atas seluruh cinta, do’a, dan kasih sayang kepada
penulis dari masih dalam buaian hingga saat ini. Semoga Tuhan Yesus
tetap menjaga masa tua kalian hingga akhir hayat. Serta kakakku, Gentiara
Surya Prativi dan kedua adikku Rene Hario Galih dan Pedro Anggara
Gandhi, terima kasih telah menjadi saudaraku dan menemaniku di dalam
keluarga indah ini.
9. Staf dan karyawan Badan Riset dan Standarisasi Nasional (Bandar
Lampung) yang membantu dalam memfasilitasi penelitian ini.
10. Mbak Liza selaku PLP (Pranata Laboratorium Pendidikan) Kimia
Anorganik-Fisik, terima kasih atas kemudahan dan kelancaran yang
diberikan dalam pengurusan peminjaman alat-alat laboratorium.
11. Mbak Nora dan Pak Gani, terima kasih atas kemudahan dan kelancaran
yang diberikan dalam pengurusan administrasi akademik.
12. Segenap Staf dan Pengajar Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam Universitas Lampung.
13. Keluarga besar penulis yang selalu memberikan saran, motivasi, dan
dukungan kepada penulis.
14. Teman – teman satu tim: Eva Dewi Noviyanti Sirait S,Si., dan Fatma
Maharani S,Si., yang telah duluan memperoleh gelar sarjana. Terima kasih
atas kerja sama, motivasi, dan bantuan yang kalian berikan selama
penelitian ini.
15. Catalyst Crew: Kak Septian M.Si., dan Pak Rodhi M.Si., yang selama ini
membimbing dalam proses penelitian ini. Kak Dani S.Si., mbak Lolita
S.Si., dan mbak Surtini S.Si., yang terus membantu dengan memberikan
bantuan, saran, ajaran, dan fasilitas dalam menjalankan penelitian ini. Feby
dan Ana yang juga turut membantu melaksanakan penelitian ini.
16. Teman satu peer group Kimia Fisik; Eva (si tunangan), Fatma (Jjang),
Endah (Gege), Umi (Umbel), Yusri (Yucli), Tata (Big Mom), Lusi(Luzee),
Vevi, Ivan, dan Ramos. Terima kasih kalian telah memberikan motivasi,
semangat, keceriaan buat tim yang selalu ngeyel ini.
17. Teman – teman peer group Biokimia: Ayu B (Ay – Ay), Ajeng, Ana,
April, Uswa, Azis, Windy, Jeje. Peer group Anorganik: Melli, Dewi,
Nopitasari, Asti, Rio W., Tamara, Rina, Yunia, Nico, Melly A., Irkham.
Peer group kimia organik: Ridho, Andri, Yulia, Jelita, Mirfat, Junaidi, Rio
F., Wagiran, Miftah, Arik. Peer group kimia analitik: Ayu F, Anggino,
Lewi, Daniar, Mila, Fany, Mardian, dan Mega, serta beberapa teman yang
melanjutkan nasibnya di luar juusan kimia (Gani, Nanda, Liza). Terima
kasih telah memberikan semangat dan keceriaan selama masa perkuliahan.
18. Keluarga tempat Kerja Kuliah Nyata (KKN), Pak Slamet Riyadi dan
keluarga serta teman-teman KKN Lampung Utara. Terima kasih atas
pengalaman dan pendewasaannya selama di sana.
19. Teman-teman geng st. Tarcisius Anto, Lili, Neri, Vivo, dan lain-lain yang
selalu membuat keceriaan di gereja.
20. Teman-teman dari TK Fransiskus, SD Fransiskus, SMP Xaverius, dan
SMA BPK Penabur.
21. Keluarga di tempat Fitness, dari Platinum Gym: Bang Robby, Bang Idho,
Bang Ivan, Bang Jeje, Bang Thamrin, dan Bang Satrio. Centra Fitness:
Koh Andi, Adhi, Arief, Mbak Dewi, Mbak Nita. Terima kasih karena telah
mengajari bahwa keluarga tidak didapat di dalam rumah saja.
22. Semua pihak yang telah membantu dan mendukung penulis dalam
penyusunan skripsi ini.
Penulis berharap semoga Tuhan Yang Maha Esa membalas semua kebaikan yang
diberikan kepada penulis. Amin. Akhir kata, penulis menyadari bahwa skripsi ini
masih jauh dari kata sempurna, namun demikian penulis berharap semoga skripsi
ini dapat berguna dan menjadi langkah perkembangan teknologi selanjutnya bagi
mahasiswa dan pembaca pada umumnya. Amin.
Bandar Lampung, Juni 2016
Sanjaya Yudha Gautama
i
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR ISI ………………………………………………………….. i
DAFTAR TABEL ………………………………………..………..…. iii
DAFTAR GAMBAR..……………………………………………..…. iv
DAFTAR LAMPIRAN .......................................................................... vi
I. PENDAHULUANA. Latar Belakang …..………………………..………...………. 1B. Tujuan Penelitian …...…...………………………...….……... 6C. Manfaat Penelitian ……………………………..…….....…… 6
II. TINJAUAN PUSTAKAA. Karbon Dioksida (CO2) ........................................................... 7B. Spinel Ferite ............................................................................ 9C. Material Nanopartikel.............................................................. 10D. Katalis....................................................................................... 12E. Hidrogenasi Katalitik CO2....................................................... 14F. Karakterisasi Katalis................................................................ 17
1. Analisis Struktur Kristal................................................. 172. Keasaman Katalis............................................................ 203. Analisis Morfologi Permukaan Katalis........................... 234. Penentuan Ukuran Partikel Katalis.................................. 26
G. Kromatografi Gas..................................................................... 28
III. METODELOGI PENELITIANA. Tempat dan Waktu Penelitian.......……….………….............. 30B. Alat dan Bahan ………….…..………………………………. 30C. Prosedur Kerja ….......…………………...…………………... 31
1. Pembuatan Nanokatalis................................................... 312 Karakterisasi Katalis....................................................... 32
a. Analisis Struktur Katalis....................................... 32b. Analisis Keasaman Katalis.................................... 32c. Analisis Morfologi Permukaan Katalis................. 33d. Analisis Distribusi Ukuran Partikel Katalis.......... 33
3. Uji Aktivitas Katalis........................................................ 34
ii
4. Analisis Produk dengan Kromatografi Gas.................... 35
IV. HASIL DAN PEMBAHASANA. Pembuatan Nanokatalis Ni0,6Fe2Co0,4O4.................................. 36B. Karakterisasi Nanokatalis......................................................... 39
1. Analisis Struktur Kristal.................................................... 392. Analisis Kuantitatif Struktur Kristal.................................. 43
C. Analisis Keasaman Katalis....................................................... 46D. Analisis Ukuran Partikel.......................................................... 50
1. Analisis Ukuran Kristal..................................................... 502. Analisis Morfologi Permukaan.......................................... 513. Analisis Ukuran Partikel Menggunakan PSA.................. 53
E. Uji Aktivitas Katalis................................................................. 541. Analisis Produk Menggunakan Rapid Testing Strip......... 552. Analisis Produk Menggunakan Kromatografi Gas........... 57
V. SIMPULAN DAN SARANA. Simpulan................................................................................... 61B. Saran......................................................................................... 62
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
iii
DAFTAR TABEL
Tabel Halaman
1 Sifat-sifat fisika dan kimia dari CO2................................................... 7
2 Puncak-puncak representatif masing-masing difraktogram acuan untuksenyawa Ni0,6Fe2Co0,4O4...............................................................
41
3 Parameter sel pada material Ni0,6Fe2Co0,4O4 berdasarkan perhitunganrietvield ...................................................................................................
44
4 Persentase fasa kristalin Ni0,6Fe2Co0,4O4................................................. 44
5 Perubahan parameter kisi pada masing – masing fasa kristalin padakatalis Ni0,6Fe2Co0,4O4 .............................................................................
45
6 Keasaman katalis Ni0,6Fe2Co0,4O4 ........................................................... 46
7 Perubahan nilai Full Width at Half Maximum (FWHM) berdasarkandata XRD pada katalis Ni0,6Fe2Co0,4O4.....................................................
50
8 Ukuran butir kristal menggunakan rumus Scherrer pada katalisNi0,6Fe2Co0,4O4 .........................................................................................
51
9 Komponen atom dalam katalis menggunakan analisis EDS ................ 52
10 Distribusi ukuran partikel katalis Ni0,6Fe2Co0,4O4 yang dikalsinasi padatemperatur 600 °C...................................................................................
54
11 Distribusi ukuran partikel katalis Ni0,6Fe2Co0,4O4 yang dikalsinasi padatemperatur 800 °C...................................................................................
54
12 Hasil uji aktivitas katalis Ni0,6Fe2Co0,4O4 terhadap gas CO2/H2 .......... 56
13 Hasil analisis uji aktivitas menggunakan kromatografi gas ............... 57
14 Hasil kuantitatif propanol yang terbentuk dari konversi CO2 padakatalis Ni0,6Fe2Co0,4O4 .............................................................................
59
iv
DAFTAR GAMBAR
Gambar Halaman
1 Model koordinasi antara CO2 dengan logam .................................................... 8
2 Struktur kristal spinel ferite .............................................................................. 9
3 Siklus reaksi katalisis ..................................................................................... 13
4 Mekanisme karbida ........................................................................................ 16
5 Mekanisme enol ............................................................................................. 16
6 Mekanisme penyisipan CO ............................................................................ 17
7 Proses pembentukan puncak pada XRD ........................................................ 19
8 Difraktogram nanokristal NiFe2O4 ................................................................. 19
9 Difraktogram standar NiFe2O4 PDF 10-0325 ................................................. 20
10 Skema instrumentasi FTIR ............................................................................ 22
11 Contoh spektra FTIR dalam penentuan jenis situs asam .............................. 23
12 Skema kerja dari SEM .................................................................................. 24
13 Mikrograf SEM dari Fe2O3 ........................................................................... 25
14 Particle Size Analyzer (PSA) ........................................................................ 27
15 Susunan komponen-komponen instrumentasi kromatografi gas .................. 28
16 Skema reaktor katalitik ................................................................................. 34
17 Gel membentuk Prekursor Ni0,6Fe2Co0,4O4 ................................................. 37
18 Serbuk prekursor Ni0,6Fe2Co0,4O4 setelah Freezedry ................................... 37
19 Profil suhu yang digunakan dalam proses kalsinasi .................................... 38
v
20 Padatan bubuk Ni0,6Fe2Co0,4O4 setelah proses kalsinasi ............................. 39
21 Difraktogram nanokatalis Ni0,6Fe2Co0,4O4 sebelum uji aktivitas (a). T =800°C, (b). T = 600°C ................................................................................. 40
22 Pencocokan pola difraktogram antara Ni0,6Fe2Co0,4O4 dengan NiFe2O4
suhu 600° C (96-591-0065), Fe3O4 (96-900-5842), dan CoFe2O4 (96-591-0064) .................................................................................................... 42
23 Pencocokan pola difraktogram antara Ni0,6Fe2Co0,4O4 dengan NiFe2O4
suhu 600° C (96-591-0065), Fe3O4 (96-900-5842), dan CoFe2O4 (96-591-0064) .................................................................................................... 42
24 Hasil penghalusan antara hasil pola difraksi sinar – X terhadap sampeldengan perhitungan menggunakan program rietvield ................................. 43
25 Spektra deuterium mengubah hidrogen pada ikatan N+ - H – O yangteradsorpsi (a) selama 4 jam, (b) penambahan D2O dan diisolasikan,(c) pencucian D2O selama 3 kali ................................................................. 47
26 Spektra inframerah (a) Pektin, (b) katalis Ni0,6Fe2Co0,4O4 suhu 600°C,(c) katalis Ni0,6Fe2Co0,4O4 suhu 800°C ...................................................... 48
27 Mikrograf hasil analisis SEM dengan perbesaran (a) 1000x dan (b)2000x (c) beberapa butir katalis 1, 2, dan 3 ................................................ 51
28 Hasil analisis EDS pada katalis Ni0,6Fe2Co0,4O4 pada kalsinasi 600°C ....... 52
29 Distribusi ukuran partikel katalis Ni0,6Fe2Co0,4O4 suhu 600°C ................... 53
30 Analisis produk menggunakan Rapid Testing Strip ..................................... 55
31 Terbentuknya padatan karbon pada uji aktivitas pada suhu Reaksi400°C .......................................................................................................... 56
32 Kromatogram produk hasil uji aktivitas katalis Ni0,6Fe2Co0,4O4
temperatur uji aktivitas 200°C, pada temperatur 600°C ............................. 57
33 Kromatogram produk hasil uji aktivitas katalis Ni0,6Fe2Co0,4O4
temperatur uji aktivitas 300°C, pada temperatur 600°C ............................. 58
34 Kromatogram produk hasil uji aktivitas katalis Ni0,6Fe2Co0,4O4
temperatur uji aktivitas 200°C, pada temperatur 800°C ............................. 58
vi
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1 Diagram alir penelitian ................................................................. 71
A. Sintesis dan karakterisasi katalis ............................................. 71B. Uji aktivitas katalis .................................................................. 72
Lampiran 2 Perhitungan Scherrer ................................................................... 73
Lampiran 3 Perhitungan derajat keasaman ..................................................... 74
Lampiran 4 Hasil uji PSA ............................................................................... 75
Lampiran 5 Perhitungan konsentrasi propanol pada produk hasil uji aktivitasKatalis ........................................................................................... 76
I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Pemanasan global mendapat perhatian dunia setelah Konferensi Tingkat Tinggi
(KTT) yang diadakan PBB pada bulan Juli 1992 di Rio de Janeiro, yang lebih
dikenal sebagai KTT Bumi (Sugiyono, 2002). Erat kaitannya dengan pemanasan
global adalah emisi CO2, karena gas ini merupakan komponen utama, yakni 83 %
dari gas rumah kaca (Indala, 2004). Sumber utama CO2 adalah penggunaan bahan
bakar fosil untuk berbagai kegiatan, terutama industri yang menyumbangkan 74 %
dari total emisi CO2 (Sugiyono, 2002). Emisi CO2 ini diperkirakan akan terus
meningkat karena masih besarnya ketergantungan terhadap bahan bakar fosil
sebagai pemenuh kebutuhan energi (Santosa dan Yudiartono, 2006).
Menyikapi hal tersebut, para peneliti telah melakukan pencarian sumber energi
alternatif dan sumber energi terbarukan dengan cadangan yang berlimpah dan
ramah lingkungan. Sumber energi tersebut antara lain, energi surya, energi angin,
energi air, energi nuklir, dan energi berbasis biomassa (Kadiman, 2006). Saat ini,
yang sedang menarik perhatian para peneliti adalah pemanfaatan gas CO2 sebagai
sumber energi terbarukan, sebagaimana yang kita ketahui bahwa gas CO2
merupakan gas rumah kaca yang menyebabkan pemanasan global (Sugiyono,
2006 ; Song, 2006).
2
Salah satu upaya pemanfaatan gas CO2 adalah melalui konversi (Indala, 2004).
Salah satu metode konversi CO2 yang banyak dikembangkan adalah hidrogenasi
katalitik, karena dengan metode ini CO2 dapat dikonversi menjadi metanol
(Cabrera et al., 1998 ; Joo, 1999), LPG, etilen dan propilen (Fujiwara et al.,
1995), serta olefin ringan atau hidrokarbon cair (Jun et al., 2006). Selain itu,
metode ini juga dapat menghasilkan CO yang dapat digunakan dalam proses
Fischer-Tropsch (Srinivas et al., 2009).
Produk hidrogenasi katalitik CO2 sangat bergantung pada katalis yang digunakan.
Sebagai contoh, CO dihasilkan sebagai produk utama jika digunakan katalis
logam Cu yang diembankan pada material karbon berpori, namun CH4 akan
dihasilkan jika digunakan katalis logam Ni atau Co dengan pengemban yang sama
(Lapidus et al., 2006). Dengan demikian, pemilihan katalis yang tepat akan
mengarahkan reaksi ke arah produk utama yang diinginkan (Srinivas et al., 2009)
Konversi gas CO2 menjadi senyawa kimia bermanfaat dilakukan dengan
menggunakan katalis. Salah satu metode konversi gas CO2 yang telah banyak
dikembangkan adalah hidrogenasi katalitik untuk menghasilkan alkohol, karena
dengan metode ini molekul-molekul gas CO2 dapat berinteraksi sangat kuat
dengan logam transisi dan menimbulkan kepolaran dan kereaktifan sehingga dapat
bereaksi dengan molekul-molekul syn-gas. Berdasarkan alasan ini, banyak
peneliti telah melaporkan pengembangan berbagai jenis katalis.
Pada penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Situmeanget al., (2010) konversi
CO2/H2 dengan katalis NiFe2O4 (dimana perbandingan mol Ni terhadap Fe 0,1 –
0,5) yang dipreparasi menggunakan metode sol-gel sitrat dengan ukuran partikel
3
50 μm, serta uji aktifitas katalitik dilakukan pada kondisi suhu 100 – 400oC dan
tekanan 1 atm, diperoleh senyawa alkohol metanol, etanol, propanol dan butanol.
Pada penelitian ini katalis Ni0,2Fe0,8O4 adalah katalis yang memiliki aktivitas
paling tinggi terhadap konversi CO2/H2 menjadi alkohol pada suhu 200oC dan
400oC dengan rendemen alkohol 793,62 ppm.
Kemudian dilakukan pengembangan oleh Situmeang et al., (2013) konversi
CO2/H2 dengan katalis NixCoyFe1-x-yO4 (perbandingan mol x= 0,1 – 0,3 dan y =
0,2) dipreparasi dengan metode sol-gel putih telur dengan ukuran partikel 85 –
110 nm. Katalis diuji aktifitasnya pada kondisi suhu 600°C dengan tekanan 1 atm,
diperoleh senyawa alkohol etanol dan propanol. Pada penelitian ini, katalis
Ni0,2Co0,2Fe0,6O4 adalah katalis yang memiliki aktifitas tertinggi terhadap konversi
CO2/H2 menjadi alkohol pada suhu 600°C dengan rendemen alkohol 5.000 ppm.
Katalis berbasis kobalt (Co) juga telah banyak digunakan sebagai katalis untuk
reaksi Fischer-Tropsch (Diehl and Khodakov, 2009; Breejen, et al., 2007), reaksi
reduksi karbon dioksida (Khedr, et al., 2006) serta reaksi metanasi dan
desulfurisasi (Wan Abu Bakaret al., 2008).Storsǽte et al., (2005) melakukan
konversi H2/CO dengan katalis berpendukung kobalt (Co) pada kondisi suhu
483oK dan tekanan 20 bar, dengan selektifitas 40 – 45%. Chen et al., (2003)
melaporkan nanopartikel CoOx dan Au/CoOx (dimana x rasio atom antara 1.00
sampai 1.33) memiliki aktifitas yang tinggi terhadap reaksi oksidasi karbon
monoksida, dimana semakin tinggi nilai x aktifitas oksidasi karbon monoksida
semakin tinggi.
4
Menurut El-Kherbawi (2010), katalis dengan berbagai macam campuran oksida
logam dalam suatu sistem katalis mempunyai keaktifan yang lebih tinggi jika
dibandingkan dengan logam tunggal itu sendiri. Kim et al., (2001) melaporkan
bahwa katalis NixZn1-xFe2O4-y menunjukan efisiensi yang besar terhadap
dekomposisi gas CO2 dibandingkan katalis NiFe2O4-y. Hwang dan Wang (2004)
telah melakukan studi dekomposisi CO2 menggunakan katalis Mn-Zn ferrite dan
Mn-Ni ferrite nanopartikel. Dalam studi ini katalis Mn-Zn ferrite nanopartikel
menunjukan aktifitas yang tinggi terhadap dekomposisi CO2 dibandingkan katalis
Mn-Ni ferite, dengan kandungan Mn yang sama.
Penggunaan metode sol gel didasarkan pada kemudahan memasukkan satu atau
dua logam aktif sekaligus dalam prekursor katalis (Lambert dan Gonzalez, 1998).
Keuntungan dari metode ini meliputi: dispersi yang tinggi dari spesi aktif yang
tersebar secara homogen pada permukaan katalis, tekstur porinya memberikan
kemudahan difusi dari reaktan untuk masuk ke dalam situs aktif (Lecloux dan
Pirard, 1998), luas permukaan yang cukup tinggi, peningkatan stabilitas termal
(Lambert dan Gonzalez, 1998).
Selain itu, penggunaan teknik pengeringan, freeze drying dalam preparasi katalis
ternyata memberikan beberapa keuntungan seperti hasilnya homogen, murni dan
ukuran partikel dapat diproduksi ulang serta aktivitasnya seragam dan mempunyai
kemampuan untuk diproduksi kembali (Bermejo et al., 1997). Hal ini dengan jelas
mengindikasikan adanya pengaruh metode preparasi yang signifikan terhadap
perilaku katalis.
5
Burianova et al., (2011) melakukan preparasi katalis Ni1-xCoxFe2O4/ 5SiO2 (x=
0,0; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0) dengan metode sol – gel TEOS, dan HNO3 sebagai
asam katalis. Katalis dikalsinasi sampai suhu 900°C dan dihasilkan ukuran antara
13 – 21 nm. Dilakukan kembali penelitian selanjutnya oleh Situmeang et al.,
(2015) konversi CO2/H2 menggunakan katalis NiCoxFe2-xO4 (x = 0,1 – 0,3) yang
dipreparasi dengan metode sol-gel dengan ukuran partikel 15-46 nm.
Material nanopartikel telah banyak menarik peneliti karena material nanopartikel
menunjukan sifat fisika dan kimia yang sangat berbeda dari bulk materialnya,
seperti kekuatan mekanik, elektronik, magnetik, kestabilan termal, katalitik dan
optik (Mahalehet al., 2008; Derazet al., 2009). Material nanopartikel menunjukan
potensi sebagai katalis karena material nanopartikel memiliki area permukaan
yang luas dan rasio-rasio atom yang tersebar secara merata pada permukaanya.
Sifat ini menguntungkan untuk transfer massa di dalam pori-pori dan juga
menyumbangkan antar muka yang besar untuk reaksi-reaksi adsorpsi dan katalitik
(Widegrenet al., 2003).
Berdasarkan penjelasan di atas dan mengacu pada penelitian sebelumnya, maka
dalam penelitian ini dilakukan preparasi nanokatalis Ni0,6Fe2Co0,4O4 dengan
metode sol-gel, serta uji aktifitas katalitiknya terhadap reaksi konversi (CO2/ H2).
6
B. TujuanPenelitian
Mempelajari cara pembuatan nanokatalisNi0,6Fe2Co0,4O4, dan menguji keaktifan
nanokatalis Ni0,6Fe2Co0,4O4 terhadap reaksi konversi (CO2/ H2) pada suhu 200 –
400oC.
C. ManfaatPenelitian
Memperoleh pengetahuan tentang pembuatan nanokatalis Ni0,6Fe2Co0,4O4 dengan
metode sol-gel dan langkah awal dalam penanganan dan pemanfaatan gas CO2.
II. TINJAUAN PUSTAKA
A. Karbon Dioksida (CO2)
CO2 merupakan molekul linear yang simetris, dengan panjang ikatan C – O
sebesar 1,16 Å (Volpin and Kolomnikov, 1972). Beberapa sifat-sifat fisika dan
kimia dari CO2 dirangkum dalam Tabel 1 berikut.
Tabel 1. Sifat-sifat fisika dan kimia dari CO2 (Song et al., 2002)
Sifat-sifat Nilai dan Satuan
Panas pembentukkan pada 25 oC -393,5 kJ/mol
Entropi pembentukkan pada 25 oC 213,6 J/K.mol
Energi bebas Gibbs pembentukkan pada 25 oC -394,3 kJ/mol
Titik sublimasi pada 1 atm -78,5 oC
Titik tripel pada 5,1 atm -56,5 oC
Temperatur kritis 31,04 oC
Tekanan kritis 72,85 atm
Densitas kritis 0,468 g/cm3
Densitas gas pada 0 oC dan 1 atm 1,976 g/L
Densitas cair pada 0 oC dan 1 atm 928 g/L
Densitas padat 1560 g/L
Panas terkandung dalam penguapan pada 0 oC 231,3 J/g
Kelarutan dalam air
Pada 0 oC dan 1 atm
Pada 25 oC dan 1 atm
0,3346 g CO2/100 g H2O
0,1449 g CO2/100 g H2O
Dari Tabel 1 di atas, panas pembentukkan (0H ) dan energi bebas Gibbs
pembentukkan ( 0G ) dari CO2 adalah dua sifat penting. Nilai-nilai tersebut
8
secara luas digunakan untuk memperkirakan panas pembentukkan dan energi
bebas Gibbs standar dari berbagai reaksi (Indala, 2004).
CO2 adalah molekul yang sangat stabil, akibatnya sejumlah energi harus diberikan
untuk mendorong reaksi ke arah yang diinginkan (Creutz and Fujita, 2000).
Namun, berdasarkan energi bebas Gibbs-nya, energi yang diberikan untuk
melangsungkan reaksi akan lebih kecil jika CO2 digunakan sebagai ko-reaktan
bersama dengan reaktan lain yang memiliki energi bebas Gibbs yang lebih besar
seperti metana, karbon (grafit), atau hidrogen (Song et al., 2002).
Karbon dioksida menunjukkan beberapa model koordinasi dengan senyawa logam
transisi, yang pertama melalui donasi pasangan elektron bebas dari oksigen ke
orbital kosong dari logam. Kedua melalui donasi elektron dari logam ke orbital
karbon dengan membentuk turunan asam logam. Dan ketiga melalui
pembentukkan kompleks-π melalui ikatan ganda C = O. Ketiga model koordinasi
tersebut ditunjukkan pada Gambar 1 berikut.
M O C O
I II III
Gambar 1. Model koordinasi antara CO2 dengan logam
(I) melalui donasi elektron bebas oksigen ke orbital kosong dari logam
(II) melalui donasi elektron dari logam ke orbital karbon
(III) melalui pembentukkan kompleks-π melalui ikatan ganda C = O
Dari ketiga model koordinasi di atas, model II dan III adalah model yang paling
disukai. Model pertama hanya akan terjadi jika senyawa logam merupakan asam
Lewis yang kuat (Volpin and Kolomnikov, 1972).
M
C
O
O
M
O
C O
9
B. Spinel Ferite
Spinel ferite adalah material magnetik yang sangat penting, karena sifat magnetik,
elektrik dan kestabilan termal dari material tersebut sangat menarik. Spinel ferite
ini secara teknologi penting dan telah banyak digunakan dalam berbagai aplikasi
seperti media perekam magnetik, pemindai magnetik resonansi (MRI), katalis,
sistem pembawa obat dan zat pewarna (Maensiri et al., 2007; Kasapoglu et al.,
2007). Spinel ferite memiliki rumus umum AB2O4 dimana A adalah kation-kation
bervalensi 2 seperti Fe, Ni, Co, dll., yang menempati posisi tetrahedral dalam
struktu kristalnya dan B adalah kation-kation bervalensi 3 seperti Fe, Mn, Cr dll.,
yang menempati posisi oktahedral dalam struktur kristalnya, serta terdistribusi
pada lattice fcc yang terbentuk oleh ion O2- (Kasapoglu et al., 2007 ; Almeida et
al., 2008 ; Iftimie et al., 2006). Gambar 2 berikut adalah struktur kristal spinel
ferite.
Gambar 2. Struktur kristal spinel ferite
Kation – kation yang terdistribusi dalam struktur spinel terdapat dalam tiga bentuk
yaitu normal, terbalik (inverse) dan diantara normal dan terbalik. Pada posisi
normal ion – ion logam bervalensi 2 terletak pada posisi tetrahedral (posisi A)
atau dapat dituliskan (M2+)A[M23+]BO4, pada posisi terbalik (inverse) ion – ion
10
logam bervalensi 2 terletak pada posisi oktahedral (posisi B) atau dapat dituliskan
(M3+)A[M2+M3+]BO4 dan posisi diantara normal dan terbalik, setengah dari ion -
ion logam bervalensi 2 dan 3 menempati posisi tetrahedral dan oktahedral atau
dapat dituliskan (M2+M3+)A[M1-x2+M2-λ
3+]BO4 (Manova et al.,2005).
Nikel ferite (NiFe2O4) merupakan salah satu material spinel ferite yang sangat
penting. Nikel ferite ini memiliki struktur spinel terbalik (inverse) yang mana
setengah dari ion Fe mengisi pada posisi tetrahedral (posisi A) dan sisanya
menempati posisi pada oktahedral (posisi B) hal ini dapat dituliskan dengan
rumus (Fe3+1.0)[Ni2+
1.0Fe3+1.0]O
2-4 (Kasapoglu et al., 2007 ; Maensiri et al., 2007).
NiFe2O4 telah banyak digunkan sebagai katalis untuk benzoilasi toluene dengan
benzil klorida dan kemampuan sebagai sensor gas klorin pada konsentrasi rendah
(Ramankutty and Sugunan, 2001 ; Reddy et al., 1999 ; Iftimie et al., 2006) untuk
reaksi hidrogenasi (CO2 + H2) menjadi senyawa alkohol (Situmeang et al., 2010).
C. Material Nanopartikel
Nanopartikel didefinisikan sebagai partikulat yang terdispersi atau partikel-
partikel padatan dengan ukuran partikel berkisar 10 – 100 nm (Mohanraj and
Chen, 2006 ; Sietsma et al., 2007 ; Abdullah dkk., 2008). Material nanopartikel
telah banyak menarik peneliti karena material nanopartikel menunjukkan sifat
fisika dan kimia yang sangat berbeda dari bulk materialnya, seperti kekuatan
mekanik, elektronik, magnetik, kestabilan termal, katalitik dan optik (Mahaleh et
al., 2008; Deraz et al., 2009). Ada dua hal utama yang membuat nanopartikel
berbeda dengan material sejenis dalam ukuran besar (bulk) yaitu : (a) karena
ukurannya yang kecil, nanopartikel memiliki nilai perbandingan antara luas
11
permukaan dan volume yang lebih besar jika dibandingkan dengan partikel sejenis
dalam ukuran besar. Ini membuat nanopartikel bersifat lebih reaktif. Reaktivitas
material ditentukan oleh atom-atom di permukaan, karena hanya atom-atom
tersebut yang bersentuhan langsung dengan material lain; (b) ketika ukuran
partikel menuju orde nanometer, hukum fisika yang berlaku lebih didominasi oleh
hukum-hukum fisika kuantum (Abdullah dkk., 2008).
Sifat-sifat yang berubah pada nanopartikel biasanya berkaitan dengan fenomena-
fenomena berikut ini. Pertama adalah fenomena kuantum sebagai akibat
keterbatasan ruang gerak elektron dan pembawa muatan lainnya dalam partikel.
Fenomena ini berimbas pada beberapa sifat material seperti perubahan warna
yang dipancarkan, transparansi, kekuatan mekanik, konduktivitas listrik dan
magnetisasi. Kedua adalah perubahan rasio jumlah atom yang menempati
permukaan terhadap jumlah total atom. Fenomena ini berimbas pada perubahan
titik didih, titik beku, dan reaktivitas kimia. Perubahan-perubahan tersebut
diharapkan dapat menjadi keunggulaan nanopartikel dibandingkan partikel sejenis
dalam keadaan bulk (Abdullah dkk., 2008).
Material nanopartikel menunjukkan potensi sebagai katalis karena material
nanopartikel memiliki area permukaan yang luas dan rasio-rasio atom yang
tersebar secara merata pada permukaanya, sifat ini menguntungkan untuk transfer
massa di dalam pori-pori dan juga menyumbangkan antar muka yang besar untuk
reaksi-reaksi adsorpsi dan katalitik (Widegren et al., 2003). Selain itu, material
nanopartikel telah banyak dimanfaatkan sebagai katalis untuk menghasilkan
12
bahan bakar dan zat kimia serta katalis untuk mengurangi pencemaran lingkungan
(Sietsma et al., 2007).
Banyak metode yang telah dikembangkan untuk preparasi material nanopartikel,
seperti metode pemanasan sederhana dalam larutan polimer. Secara sederhana
prinsip kerja dari metode ini adalah mencampurkan logam nitrat dalam air dengan
larutan polimer dengan berat molekul tinggi yang disertai dengan pemanasan
(Abdullah dkk, 2008). Metode sintesis koloid, prinsip kerja dari metode ini adalah
membuat suatu larutan koloid yang kemudian ditambahkan surfaktan, yang akan
mendeaktivasi pertumbuhan partikel koloid dan melindungi permukaan koloid
(Soderlind, 2008). Metode pembakaran, dalam metode ini logam nitrat
dicampurkan dengan suatu asam amino (glisin) dalam air, kemudian dipanaskan
sampai mendidih dan sampai terbentuk bubur kering yang produknya berupa
oksida logam (Soderlind, 2008). Metode kopresipitasi, prinsip kerja dari metode
ini adalah dengan mengubah suatu garam logam menjadi endapan dengan
menggunakan pengendap basa hidroksida atau karbonat, yang kemudian diubah
ke bentuk oksidanya dengan cara pemanasan (Pinna, 1998). Metode Sol-Gel,
prinsip kerja dari metode ini adalah hidrolisis garam logam menjadi sol, yang
kemudian sol ini mengalami kondensasi membentuk gel (Ismunandar, 2006).
D. Katalis
Katalis didefinisikan oleh Berzelius sebagai suatu senyawa yang dapat
meningkatkan laju dari suatu reaksi kimia, tapi tanpa terkonsumsi selama reaksi
(Stoltze, 2000). Katalis dapat membentuk ikatan dengan molekul-molekul yang
bereaksi, dan membiarkan mereka bereaksi untuk membentuk produk kemudian
13
terlepas dari katalis. Suatu reaksi terkatalisis digambarkan sebagai suatu siklus
peristiwa dimana katalis berpartisipasi dalam reaksi dan kembali ke bentuk
semula pada akhir siklus. Siklus tersebut digambarkan pada Gambar 3 berikut
(Chorkendroff and Niemantsverdriet, 2003).
Gambar 3. Siklus reaksi katalisis
Dari Gambar 3 di atas, siklus diawali dengan pengikatan molekul-molekul A dan
B (reaktan) pada katalis. Kemudian A dan B bereaksi dalam bentuk kompleks ini
membentuk produk P, yang juga terikat pada katalis. Pada tahap akhir, P terpisah
dari katalis sehingga siklus kembali ke bentuk semula.
Secara umum, katalis dikelompokkan menjadi dua kelompok yaitu katalis
homogen dan katalis heterogen. Untuk katalis homogen, katalis dan reaktan
berada dalam fase yang sama. Sedangkan untuk katalis heterogen, katalis dan
reaktan berada pada fase yang berbeda. Untuk tujuan praktis, penggunaan katalis
14
heterogen saat ini lebih disukai dibandingkan dengan katalis homogen
(Chorkendroff and Niemantsverdriet, 2003)
Saat ini, proses katalitik heterogen dibagi menjadi dua kelompok besar, reaksi-
reaksi reduksi-oksidasi (redoks), dan reaksi-reaksi asam-basa. Reaksi-reaksi
redoks meliputi reaksi-reaksi dimana katalis mempengaruhi pemecahan ikatan
secara homolitik pada molekul-molekul reaktan menghasilkan elektron tak
berpasangan, dan kemudian membentuk ikatan secara homolitik dengan katalis
melibatkan elektron dari katalis. Sedangkan reaksi-reaksi asam-basa meliputi
reaksi-reaksi dimana reaktan membentuk ikatan heterolitik dengan katalis melalui
penggunaan pasangan elektron bebas dari katalis atau reaktan (Li, 2005).
E. Hidrogenasi Katalitik CO2
Hidrogenasi katalitik CO2 merupakan gabungan dua tahap reaksi yaitu pergeseran
terbalik air dan gas (RWGS) dan reaksi sintesis Fischer-Tropsch (Joo dan Jung,
2003). Reaksi pergeseran terbalik air dan gas (RWGS) adalah reaksi antara CO2
dengan H2 untuk menghasilkan CO dan H2O. Konversi CO2 menjadi CO ini
memainkan peran yang sangat penting dalam hidrogenasi CO2, karena kestabilan
CO2 tidak memungkinkan untuk melakukan hidrogenasi secara langsung (Joo,
1999). Persamaan reaksi untuk RWGS adalah
OHCOHCO katalis
222 molGmolH kJ 29,kJ 41 00 (1)
CO yang dihasilkan dari RWGS kemudian mengalami reaksi hidrogenasi melalui
reaksi sintesis Fischer-Tropsch. Produk yang dihasilkan dapat berupa parafin-
15
parafin linear, α-olefin, ataupun hidrokarbon mengandung oksigen seperti alkohol
dan eter (Bakhtiari et al., 2008).
Konversi gas CO2 menjadi senyawa alkohol dapat dilakukan dengan mereaksikan
gas CO2 dengan gas H2, yang mana gas H2 merupakan agen reduksi yang terbaik.
Reaksi pembentukan senyawa alkohol dari gas CO2 dan H2 seperti metanol (2)
juga dapat diikuti dengan pembentukan produk-produk senyawa kimia lainnya
seperti reaksi Sabatier (3), reaksi Bosch (4), reaksi pergeseran air dan gas (5)
dimetileter (6), dan asam format (7). Mekanisme reaksi di atas dapat dituliskan di
bawah ini :
CO2 + 3H2 → CH3OH + H2O ∆H298 = -49,4 Kj mol-1 (2)
CO2 + 4H2 → CH4 + H2O ∆H298 = -164,1 Kj mol-1 (3)
CO2 + 2H2 → C + 2H2O ∆H298 = -14,6 Kj mol-1 (4)
CO2 + H2 → CO + H2O ∆H298 = +42,3 Kj mol-1 (5)
CO2 + 6H2 → CH3OCH3 + 3H2O ∆H298 = -112,2 Kj mol-1 (6)
CO2 + H2 → HCOOH ∆H298 =+16,7 Kj mol-1 (7)
Reaksi (2), (3), (4),dan (6), adalah reaksi eksotermis sedangkan reaksi (5) dan (7)
adalah reaksi endotermis. Pada reaksi di atas seluruh reaksi sebanding dan
bersaing (Atkins, 2004).
Mekanisme reaksi sintesis Fischer-Tropsch secara garis besar dikelompokkan
menjadi 3 yaitu, mekanisme karbida, mekanisme enol, dan mekanisme penyisipan
CO. Mekanisme karbida diajukan oleh Fischer dan Tropsch pada tahun 1926.
Dalam mekanisme ini, CO yang teradsorpsi dipisahkan menjadi C dan O, karbida
yang terbentuk kemudian terhidrogenasi menjadi CHx (monomer). Monomer
16
metilen terpolimerisasi spesies alkil permukaan kemudian mengalami terminasi
membentuk produk. Mekanisme ini digambarkan pada Gambar 4 berikut (Fischer
dan Tropsch, 1926).
Gambar 4. Mekanisme karbida
Mekanisme enol diajukan oleh Storch et al (1951). Dalam mekanisme ini,
pertumbuhan rantai diinisiasi melalui kondensasi dua spesies hidroksikarbena
teradsorpsi (CHOHads) dengan mengeliminasi air. Mekanisme enol ini
ditunjukkan dalam Gambar 5 berikut.
Gambar 5. Mekanisme enol
17
Mekanisme yang terakhir, mekanisme penyisipan CO diajukan oleh Pichler dan
Schulz (1970). Mekanisme ini melibatkan penyisipan CO yang teradsorpsi ke
dalam ikatan alkil metil. Karbon teroksigenasi kemudian mengalami hidrogenasi
untuk menghilangkan oksigen. Gambar 6 berikut menunjukkan mekanisme
penyisipan CO.
Gambar 6. Mekanisme penyisipan CO
F. Karakterisasi Katalis
Karakterisasi adalah hal yang sangat penting dalam bidang katalisis. Beberapa
metode seperti difraksi, spektroskopi, dan mikroskopi memberikan kemudahan
dalam menyelidiki sifat-sifat suatu katalis, sehingga diharapkan kita dapat
mendapatkan pemahaman yang lebih baik tentang katalis agar kita dapat
meningkatkan atau mendesain suatu katalis yang memiliki aktivitas yang lebih
baik (Chorkendorf and Niemantsverdriet, 2003).
1. Analisis Struktur Kristal
Analisis struktur kristal katalis dilakukan menggunakan instrumentasi difraksi
sinar-X (X-ray Difraction/XRD). XRD merupakan salah satu metode karakterisasi
18
material yang paling tua dan paling sering digunakan hingga saat ini. Teknik ini
digunakan untuk mengidentifikasi suatu material berdasarkan fasa kristalin dalam
material dengan cara menentukan parameter kisi serta untuk mendapatkan ukuran
partikel suatu material (Auda, 2009).
Metode XRD didasarkan pada fakta bahwa pola difraksi sinar-X untuk masing-
masing material kristalin adalah karakteristik. Dengan demikian, bila pencocokan
yang tepat dapat dilakukan antara pola difraksi sinar-X dari sampel yang tidak
diketahui dengan sampel yang telah diketahui, maka identitas dari sampel yang
tidak diketahui itu dapat diketahui (Skoog dan Leary, 1992).
Difraksi sinar-X terjadi pada hamburan elastis foton-foton sinar-X oleh atom
dalam sebuah kisi periodik. Hamburan monokromatis sinar-X dalam fasa tersebut
memberikan interferensi yang konstruktif. Dasar dari penggunaan XRD untuk
mempelajari kisi kristal adalah berdasarkan persamaan Bragg (Ismunandar, 2006):
nd sin.2 (8)
dimana :
d = jarak antara dua bidang kisi (nm)
θ = sudut antara sinar datang dengan bidang normal
n = bilangan bulat yang disebut sebagai orde pembiasan
λ = panjang gelombang sinar-X yang digunakan (nm)
Gambar 7 berikut menunjukkan proses terjadinya pembentukkan puncak-puncak
difraksi pada XRD.
19
Gambar 7. Proses pembentukkan puncak pada XRD
Berdasarkan persamaan Bragg, jika seberkas sinar-X dijatuhkan pada sampel
kristal, maka bidang kristal itu akan membiaskan sinar-X yang memiliki panjang
gelombang yang sama dengan jarak antar kisi dalam kristal tersebut. Sinar yang
dibiaskan akan ditangkap oleh detektor, kemudian diterjemahkan sebagai puncak
difraksi. Semakin banyak bidang kristal yang sama terdapat dalam sampel,
semakin kuat intensitas pembiasan yang dihasilkan. Tiap puncak yang muncul
pada pola XRD mewakili satu puncak bidang kristal yang memiliki orientasi
tertentu dalam sumbu tiga dimensi (Auda, 2009).
Gambar 8 berikut adalah contoh difraktogram sinar-X NiFe2O4 yang dipreparasi
menggunakan metode EDTA-assited hydrothermally.
Gambar 8. Difraktogram nanokristal NiFe2O4 (Kasapoglu et al., 2007).
20
Difraktogram di atas diinterpretasikan melalui pencocokan dengan difraktogram
standar. Gambar 9 berikut adalah difraktogram standar yang digunakan dalam
pencocokan difraktogram di atas.
Gambar 9. Difraktogram standar NiFe2O4 PDF 10-0325 (PCPDFwin, 1997)
Dari Gambar 9 di atas, puncak-puncak yang mewakili NiFe2O4 terdapat pada 2θ
35,73o, 62,974o , 57,409o dan 30,319o.
2. Keasaman Katalis
Keasaman katalis dapat dikategorikan menjadi dua yaitu jumlah situs asam dan
jenis situs asam. Jumlah situs asam memberikan informasi tentang banyaknya
situs asam yang terkandung pada katalis, yang pada umumnya berbanding lurus
dengan situs aktif pada katalis yang menentukan keaktifan suatu katalis.
Penentuan jumlah situs asam dalam katalis dapat dilakukan dengan menggunakan
metode gravimetri melalui adsorpsi basa adsorbat dalam fasa gas pada permukaan
katalis (ASTM, 2005).
Basa adsorbat yang dapat digunakan untuk menentukan jumlah situs asam katalis
antara lain amoniak atau piridin. Jumlah situs asam menggunakan adsorpsi
21
amoniak sebagai basa adsorbat merupakan penentuan jumlah situs asam total
katalis, dengan asumsi bahwa ukuran molekul amoniak yang kecil sehingga
memungkinkan masuk sampai ke dalam pori-pori katalis. Sedangkan penentuan
jumlah situs asam menggunakan piridin sebagai basa adsorbat merupakan
penentuan jumlah situs asam yang terdapat pada permukaan katalis, dengan
asumsi bahwa ukuran molekul piridin yang relatif besar sehingga hanya dapat
teradsorpsi pada permukaan katalis (Rodiansono dkk., 2007).
Penetuan jenis situs asam pada katalis dapat ditentukan menggunakan
spektroskopi infra merah (FTIR) dari katalis yang telah mengadsorpsi basa
adsorbat (Seddigi, 2003). Spektroskopi inframerah adalah metode analisis yang
yang didasarkan pada absorpsi radiasi inframerah oleh sampel yang akan
menghasilkan perubahan keadaan vibrasi dan rotasi sampel. Frekuensi yang
diabsorpsi tergantung pada frekuensi vibrasi dari molekul (karakteristik).
Intensitas absorpsi bergantung pada seberapa efektif energi foton inframerah
dipindahkan ke molekul, yang dipengaruhi oleh perubahan momen dipol yang
terjadi akibat vibrasi molekul (Åmand and Tullin, 1999)
Instumen FTIR menggunakan sistem yang disebut dengan interferometer untuk
mengumpulkan spektrum. Interferometer terdiri atas sumber radiasi, pemisah
berkas, dua buah cermin, laser dan detektor. Skema lengkap dari instrumentasi
FTIR ditunjukan pada Gambar 10.
22
Gambar 10. Skema instrumentasi FTIR.
Berdasarkan Gambar 10 cara kerja dari instrumentasi FTIR adalah sebagai
berikut. Energi inframerah diemisikan dari sumber bergerak melalui celah sempit
untuk mengontrol jumlah energi yang akan diberikan ke sampel. Di sisi lain,
berkas laser memasuki interferometer dan kemudian terjadi “pengkodean spektra”
menghasilkan sinyal interferogram yang kemudian keluar dari interferogram.
Berkas laser kemudian memasuki ruang sampel, berkas akan diteruskan atau
dipantulkan oleh permukaan sampel tergantung dari energinya, yang mana
merupakan karakteristik dari sampel. Berkas akhirnya sampai ke detektor
(Bradley, 2008).
Dari spektra yang dihasilkan dari FTIR, jenis situs asam (Brønsted-Lowry atau
Lewis) yang terdapat pada katalis dapat diketahui melalui puncak-puncak serapan
yang dihasilkan dari interaksi basa adsorbat dengan situs-situs asam tersebut. Pada
penggunaan piridin sebagai basa adsorbat, situs asam Brønsted-Lowry akan
ditandai dengan puncak serapan pada bilangan-bilangan gelombang 1485 – 1500,
~1620, dan ~1640 cm-1. Sedangkan untuk situs asam Lewis ditandai dengan
puncak-puncak serapan pada bilangan-bilangan gelombang 1447 – 1460, 1488 –
1503, ~1580, dan 1600 – 1633 cm-1 (Tanabe, 1981).
23
Gambar 11 berikut adalah contoh spektra FTIR dalam analisis penentuan jenis
situs asam dalam katalis.
Gambar 11. Contoh spektra FTIR dalam penentuan jenis situs asam (Rodiansono
dkk., 2007)
3. Analisis Morfologi Permukaan Katalis
Interaksi antara gas dengan permukaan material dan reaksi-reaksi pada permukaan
material memiliki peran yang sangat penting dalam bidang katalisis. Siklus awal
katalisis diawali dengan adsorpsi molekul reaktan pada permukaan katalis. Oleh
karena itu kita perlu untuk mempelajari morfologi permukaan dari katalis
(Chorkendorff dan Niemantsverdriet, 2003). Untuk mempelajari morfologi
permukaan katalis cara yang paling umum digunakan adalah instrumentasi
Scanning Electron Microscopy (SEM) (Ertl et al., 2000).
SEM merupakan metode untuk menggambarkan permukaan suatu bahan dengan
resolusi yang tinggi. Resolusi yang tinggi pada SEM dihasilkan dari penggunaan
elektron dalam menggambarkan permukaan bahan. Resolusi yang dihasilkan juga
jauh lebih tinggi dibandingkan dengan mikroskop cahaya (0,1 – 0,2 nm untuk
SEM dan 200 nm untuk mikroskop cahaya) (Hanke, 2001).
24
SEM memiliki beberapa peralatan utama meliputi :
1. Pistol elektron, berupa filamen yang terbuat dari unsur yang mudah melepas
elektron misalnya tungsten.
2. Lensa untuk elektron, berupa lensa magnetik karena elektron yang bermuatan
negatif dapat dibelokan oleh medan magnet.
3. Sistem vakum, karena elektron sangat kecil dan ringan maka jika ada molekul
udara yang lain elektron yang berjalan menuju sasaran akan terpencar oleh
tumbukan sebelum mengenai sasaran.
Skema kerja dari SEM ditunjukan dalam Gambar 12 berikut.
Gambar 12. Skema kerja dari SEM
Dalam Gambar 12, sebuah pistol elektron memproduksi berkas elektron dan
dipercepat di anoda. Lensa magnetik kemudian memfokuskan elektron menuju
sampel. Berkas elektron yang terfokus memindai (scan) keseluruhan sampel
dengan diarahkan oleh kumparan pemindai. Ketika elektron mengenai sampel,
25
maka sampel akan mengeluarkan elektron baru yang akan diterima oleh detektor
(Hanke, 2001).
Gambar yang dihasilkan SEM, dibentuk dari elektron sekunder yang dipantulkan
sampel pada peristiwa penembakan berkas elektron dari alat. Permukaan yang
lebih tinggi akan memberikan warna yang lebih cerah daripada permukaan yang
lebih rendah, ini diakibatkan oleh lebih banyaknya elektron sekunder yang
dibebaskan menuju detektor (Ertl et al., 2000). Contoh mikrograf SEM untuk
Fe2O3 ditunjukan dalam Gambar 13.
Gambar 13. Mikrograf SEM dari Fe2O3 (Dar et al., 2005)
Dari Gambar 13 di atas, beberapa informasi yang bisa didapatkan dari SEM
adalah perkiraan ukuran serta distribusi partikel, dan bentuk keseragaman
morfologi sampel.
26
4.Penentuan Ukuran Partikel Katalis
Analisis ukuran partikel katalis dilakukan menggunakan instrumentasi Particle
Size Analyzer (PSA). PSA merupakan salah satu metode karakterisasi yang tidak
hanya dapat digunakan untuk mengetahui ukuran partikel dari suatu material,
namun juga dapat menginformasikan besaran distribusi ukuran partikel tersebut.
Sehingga dapat diasumsikan bahwa hasil pengukuran tersebut merupakan
gambaran keseluruhan dari kondisi sampel. Hal ini lah yang menjadi kelebihan
PSA dari instrumentasi lain yang pada umumnya menggunakan metode
mikroskopi dan holografi dalam penentuan ukuran partikel, seperti pada SEM dan
TEM. Alat ini mampu mengukur ukuran partikel dan molekul dalam rentang 0,15
nm sampai 10 µm.
Prinsip kerja PSA pada dasarnya menggunakan metode Dinamyc Light Scattering
(DLS). Suatu material yang akan dianalisis (sampel) dimasukkan kedalam
suspensi yang telah diinduksi oleh penambahan molekul pelarut. Hal ini
menyebabkan partikel dari material akan bergerak bebas secara acak bersamaan
dengan molekul pelarut mengikuti aturan gerak Brown. Molekul pelarut bergerak
karena adanya energi termal. Saat partikel terus bergerak dan kemudian
ditembakan cahaya, kecepatan gerak partikel akan berfluktuasi akibat adanya
intensitas cahaya yang dihamburkan oleh partikel tersebut, kecepatan gerak ini
bergantung pada besarnya ukuran partikel. Pengukuran dilakukan dengan prinsip
bahwa partikel-partikel yang lebih kecil akan bergerak lebih cepat daripada
partikel-partikel yang lebih besar (Skoog et al., 1996).
27
PSA terbagi dalam dua metode, terdiri atas : spesimen.
a. Metode kering (Dry Dispersion Unit)
Metode ini memanfaatkan aliran udara sebagai media pelarut partikel yang
akan dianalisis. Metode ini lebih baik digunakan pada material yang
berukuran besar atau kasar, karena hubungan yang terjadi antar partikel
cukup lemah dan kecil memungkinkan partikel saling beraglomerasi.
b. Metode basah (Wet Dispersion Unit)
Metode ini memanfaatkan media cair untuk mendispersi partikel yang
akan dianalisis. Pada umumnya metode ini lebih baik digunakan pada
material yang berukuran nano dan submicron, karena akan besar
kemungkinan untuk partikel saling beraglomerasi.
Gambar 14. Particle Size Analyzer (PSA)
28
G. Kromatografi Gas
Kromatografi adalah metode pemisahan suatu campuran berdasarkan partisi
substansi antara dua fase, yaitu fase stasioner yang memiliki luas permukaan yang
besar dan fase bergerak yang mengalir sepanjang fase diam. Kromatografi gas
merupakan cabang kromatografi yang saat ini paling populer, dimana substansi
yang dianalisis terdapat dalam keadaan gas atau keadaan uap (Brewer, 1998).
Dalam kromatografi gas, sampel diuapkan dan dibawa oleh fase bergerak berupa
gas pembawa (carrier gas) melalui kolom. Sampel terpartisi pada fase diam,
berdasarkan perbedaan kekuatan interaksinya dengan fase diam pada temperature
yang diberikan. Komponen-komponen sampel (disebut solut atau analit) terpisah
satu sama lain berdasarkan tekanan uap relatif dan afinitasnya terhadap fase
stasioner. Proses pemisahan ini disebut elusi (McNair and Miller, 1997).
Sistem kromatografi gas terdiri dari 6 komponen utama yaitu, gas pembawa dan
pengendali aliran, injektor, detektor, oven, kolom dan suatu sistem data. Susunan
komponen-komponen kromatografi gas ditunjukan oleh Gambar 15 (Rood, 2007).
Gambar 15. Susunan komponen-komponen instrumentasi Kromatografi Gas
29
Komponen penting dalam kromatografi gas yaitu :
1. Tangki Pembawa gas yang dilengkapi dengan pengatur tekanan
2. Tempat injeksi sampel
3. Kolom
4. Detektor yang dilengkapi dengan thermostat
5. Penguat arus (amplifier)
6. Rekorder atau integrator
III. METODELOGI PENELITIAN
A. Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Kimia Anorganik Fisik Universitas
Lampung. Analisis jenis situs asam katalis dilakukan di Laboratorium Biomassa
Universitas Lampung. Analisis distribusi ukuran partikel dan struktur kristal
dilakukan di BATAN Serpong. Analisis morfologi katalis dilakukan di
Laboratorium Universitas Gadjah Mada. Dan uji katalitik katalis dilakukan di
Laboratorium Anorganik-Fisik Jurusan Kimia FMIPA Universitas Lampung.
Penelitian dilakukan dari bulan Agustus 2015 sampai Oktober 2015.
B. Alat dan Bahan
Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain, pengaduk magnetik,
furnace, neraca analitik, difraktometer sinar-X, Scanning Electron Microscopy,
Fourier Transform Infra Red (FTIR), reaktor katalitik, Kromatografi Gas (KG),
desikator dan peralatan gelas laboratorium.
Bahan-bahan kimia yang digunakan dalam penelitian ini antara lain, feri nitrat
Fe(NO3)3.9H2O (Merck, 99%), nikel nitrat Ni(NO3)2.6H2O (Merck, 99%), kobalt
nitrat Co(NO3)3.6H2O (Merck, 99%), piridin (J.T. Baker), C5H5N, Pektin, gas
argon (Bumi Waras 99,95%), gas hidrogen (BOC 99,99%), gas CO2 (BOC
99,99%), dan akuades/bides.
31
C. Prosedur Kerja
1. Pembuatan Nanokatalis
Pembuatan nanokatalis Ni0,6Fe2Co0,4O4 dilakukan dengan cara melarutkan 8 gram
pektin dalam 400 mL aquades. Larutan kemudian diaduk menggunakan magnetik
stirer pada suhu 27oC sampai diperoleh larutan yang homogen. Kemudian larutan
pektin ditambahkan 25 mL amonia NH3 untuk menjaga pH larutan dalam keadaan
basa. Kemudian ke dalam larutan tersebut ditambahkan tetes demi tetes secara
perlahan sebanyak 40 mL larutan yang mengandung 1,8407 gram Ni(NO3)3.6H2O,
400 mL larutan yang mengandung 8,52117 gram Fe(NO3)3.9H2O dan 120 mL
larutan yang mengandung 1,2281 gram Co(NO3)2.3H2O yang dilarutkan dalam
akuades menggunakan heating magnetic stirrer pada suhu ruang sampai
campuran benar-benar homogen. Kemudian sistem larutan tersebut dipanaskan
pada suhu 150˚C hingga volum larutan berkurang dan membentuk gel. Gel yang
didapatkan selanjutnya di frezee dry untuk menghilangkan molekul air sampai
terbentuk serbuk kering. Serbuk kering tersebut dibagi menjadi dua bagian sama
banyak ke dalam cawan penguap, kemudian dikalsinasi sampai suhu 600˚C pada
cawan pertama dan 800˚C pada cawan kedua dengan laju temperatur 1˚C/menit.
Kemudian katalis digerus hingga halus menggunakan mortar, ditimbang dan
dilanjutkan untuk uji karakterisasi katalis.
32
2. Karakterisasi Katalis
a. Analisis Struktur Kristal
Analisis struktur kristal dilakukan menggunakan instrumentasi difraksi sinar-X.
Prosedur analisis ini disesuaikan dengan penelitian yang telah dilakukan oleh
Maiti et al., (1973). Analisis dilakukan menggunakan radiasi CuKα (1,5425 Å),
tabung sinar-X dioperasikan pada 40 kV dan 200 mA. Rentang difraksi yang
diukur (2θ) dalam rentang 10 – 80o, dengan scan step size 0,02o/menit. Puncak-
puncak yang terdapat pada difraktogram kemudian diidentifikasi menggunakan
metode Search Match dengan standar file data yang terdapat dalam program
PCPDF-win 1997 (Drbohlavova et al., 2009).
b. Analisis Keasaman Katalis
Penentuan jumlah situs asam pada katalis dilakukan secara gravimetri (ASTM,
2005) melalui kemisorpsi basa piridin. Sebanyak 0,2 g katalis ditimbang,
dimasukkan ke dalam wadah dan diletakkan di dalam desikator bersama basa
piridin. Desikator di tutup selama 24 jam untuk memberikan waktu katalis
mengadsorpsi basa piridin. Setelah 24 jam, sampel katalis dikeluarkan dan
dibiarkan di tempat terbuka selama 2 jam. Kemudian sampel katalis ditimbang.
Selanjutnya jumlah situs asam yang terdapat pada katalis ditentukan
menggunakan persamaan berikut.
(9)
33
Dimana, w1 = Berat wadah kosong
w2 = Berat wadah + cuplikan
w3 = Berat wadah + cuplikan yang telah mengadsorpsi piridin
BM = Bobot molekul piridin.
Penentuan jenis situs asam katalis, dilakukan secara kualitatif menggunakan
spektroskopi inframerah. Sampel katalis yang dianalisis dicampur dengan KBr
kemudian dimasukkan ke dalam vessel sampel, lalu dilakukan pengukuran.
Kemudian dilakukan analisis dari spektra yang didapat pada daerah bilangan
gelombang 1200 – 2100 cm-1 (Rodiansono et al., 2007).
c. Analisis Morfologi Permukaan Katalis
Analisis morfologi permukaan katalis dilakukan menggunakan Scanning Electron
Microscopy (SEM). Sebanyak 0,1 g sampel katalis yang akan dianalisis
ditempatkan pada wadah sampel yang mengandung sticking tape tembaga,
kemudian sampel dilapisi lapisan tipis emas atau bahan yang bersifat konduktor
lainnya (Drbohlavova, 2009). Kemudian sampel tersebut diberikan berkas
elektron. Berkas elektron akan dipantulkan oleh sampel untuk kemudian
ditangkap detektor membentuk foto (Hanke, 2001).
d. Analisis Distribusi Ukuran Partikel Katalis
Penentuan distribusi ukuran partikel katalis dilakukan menggunakan instrumentasi
Particle Size Analyzer (PSA). Karakterisasi biasanya dilakukan dengan
pengukuran wet dispersion unit. Sampel katalis yang diperoleh di masukkan ke
dalam chamber yang berisi akuades hingga warna indikator pada control PC
34
menunjukan warna hijau pada skala 10-12 secara stabil dan ditunggu beberapa
menit selama proses berlangsung.
3. Uji Aktivitas Katalis
Aktivitas katalitik dari katalis diuji menggunakan reaktor dengan skema kerja
reaktor digambarkan pada Gambar 15 berikut.
Gambar 16. Skema reaktor katalitik
Keterangan :
1 – 3 = regulator (flowmeter), 4 – 6 = pengatur aliran gas, 7 = wadah pencampur, 8 – 9 =
penghubung swagelock, 10 = termokopel, 11 = wadah katalis, 12 = furnace, 13 = valve, 14 =
wadah penampung.
Sampel katalis sebanyak 20 mg ditempatkan pada tabung reaktor. Kemudian
katalis dipanaskan sampai suhu reaksi, suhu kemudian dipertahankan selama 30
menit. Kemudian dialirkan gas CO2, H2 dan Ar dengan perbandingan CO2 : H2 = 1
: 3, dan laju aliran total CO2, H2 dan Ar adalah 50 mL/menit atau setara 3 L/jam,
reaksi kemudian dibiarkan selama 30 menit. Variasi suhu yang dilakukan adalah
200oC, 300oC, dan 400oC. Hasil katalisis yang keluar dari tabung reaktor
35
kemudian ditampung dalam wadah penampung. Hasil dari uji aktifitas ini
selanjutnya dianalisis menggunakan Kromatografi Gas.
4. Analisis Produk dengan Kromatografi Gas
Sebanyak 20 μL hasil dari uji aktifitas diinjeksikan ke dalam instrumentasi
kromatografi gas. Instrumentasi kromatografi gas diatur dengan parameter-
parameter sebagai berikut :
Fase gerak : gas helium (5 mL/menit) dan gas nitrogen (5 mL/menit)
Kolom : PEG (polyethylene glycol) 2 M sepanjang 4 meter
Detektor : TCD
Suhu : 150oC (injektor) dan 120oC (kolom)
Analisis produk alkohol secara kuantitatif dilakukan dengan cara membuat kurva
standar dari larutan standar metanol, etanol, propanol, butanol dan pentanol,
sedangkan untuk asam karboksilat kurva standar dibuat dari larutan standar asam
formiat, asam etanoat, dan asam propanoat. Kemudian kromatogram hasil uji
analisis yang diperoleh dibandingkan terhadap kromatogram standar alkohol dan
asam karboksilat dengan cara membandingkan waktu retensi produk analisis
dengan larutan standar. Sedangkan untuk analisis konsentrasi produk yang
terbentuk dilakukan dengan cara perhitungan integrator yaitu menghitung luas
area bawah puncak kromatogram sampel dan dibandingkan dengan luas puncak
kromatogram standar yang telah diketahui konsentrasinya. Karena luas area
kromatogram sebanding dengan konsentrasi produk yang dihasilkan.
V. SIMPULAN DAN SARAN
A. Simpulan
Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan, maka didapatkan kesimpulan
sebagai berikut:
Nanokatalis Ni0,6Fe2Co0,4O4 telah berhasil dibuat dengan metode sol-gel
dan freeze-dry secara simultan dengan menggunakan pektin sebagai
pengemulsi
Hasil analisis katalis Ni0,6Fe2Co0,4O4 suhu 600 °C menunjukkan
terbentuknya 3 fasa Kristalin Fe3O4 (51,5%); NiFe2O4 (25,3%); dan
CoFe2O4 (23,2%)
Hasil analisis keasaman katalis menunjukan bahwa katalis Ni0,6Fe2Co0,4O4
memiliki keasaman 0,6399 mmol/gram piridin untuk suhu kalsinasi 600°C
dan 0,5175 mmol/ gram piridin untuk suhu kalsinasi 800°C secara metode
gravimetri
Penentuan situs asam pada katalis Ni0,6Fe2Co0,4O4 menunjukan bahwa
situs asam Lewis lebih mendominasi daripada situs asam Brønsted –
Lowry
62
Hasil Analisis ukuran kristalin menggunakan formula Scherrer didapat
ukuran kristalin pada rentang 10 – 30 nm.
Hasil analisis ukuran partikel menggunakan PSA menunjukan ukuran
kristal dibawah 200 nm masih di bawah 2%
Katalis Ni0,6Fe2Co0,4O4 yang dikalsinasi pada suhu 600°C merupakan
katalis dengan distribusi ideal dalam konversi gas CO2/H2 menjadi alkohol
(53134,83 ppm) pada suhu reaksi 300°C
B. Saran
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, pada penelitian selanjutnya perlu
disarankan untuk :
Untuk melakukan variasi laju alir CO2/H2 pada uji aktivitas pada
katalisNi0,5 Co0,5Fe2O4 dimungkinkan terbentuknya produk alkohol
dengan rantai panjang.
Untuk melakukan uji GC-MS pada produk hasil uji aktivitas untuk
mengetahui produk yang belum teridentifikasi.
Untuk uji aktivitas katalis pada suhu reaksi 400°C untuk di analisis
padatan karbon yang terbentuk.
Melakukan analisis % CO2 yang berhasil terkonversi menjadi produk.
DAFTAR PUSTAKA
Abdullah, M., Yudistira V., Nirmin, dan Khairurrijal. 2008.Sintesis Nanomaterial.
Jurnal Nanosains dan Nanoteknologi. Vol. 1, P. 33–36.
Almeida, J. M. A., C. T. Meneses, A. S. deMenezes, R. F. Jardim, and J. M.
Sasaki. 2008. Synthesis and Characterization of NiMn2O4 nanoparticles
using gelatin as organic precursor. Journal of Magneticsm and Magnetic
Materials. Vol. 320, P. 304-307.
Ǻmand, L. A. and C. J. Tullin. 1999. The Theory Behind FTIR Analysis:
Application Examples From Measurement at the 12 MW Circulating
Fluidized Bed Boiler at Chalmers. Dept. of Energy ConversionChalmers
University of Technology.Gıtenborg, Sweden, P. 1 – 15.
ASTM D4824-03. 2005. Test Method for Determination of Catalyst Acidity by
Ammonia Chemisorption. Annual Book of ASTM.
Atkins., P.W. 2004. Physical Chemistry. 10thEd.W.H Freeman and Company,
New York. USA.
Auda, H. Y. 2009. Spektroskopi Difraksi Sinar-X (X-ray Difraction/XRD).
Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret.
Bakhtiari, M., F. Khorasheh, A. Zamanian, A. Nakhaeipour, and M. Irani. 2008.
Preparation, Evaluation and Characterization of Monolithic Catalysts For
Fischer-Tropsch Synthesis. Petroleum & Coal,Vol. 50, P. 56 – 61.
Bermejo E., T. Dantas, C Lacour and M. Quarton. 1995. Mechanism of Formation
of Nanocrystalline Hematite Prepared by Freeze-Drying. Material
Research Bulletin, Vol. 30, No. 5, P. 645-652.
Bradley, M. 2008. Advantages of Fourier Transform Spectrometer. Thermo
Fischer Scientific. Technical Note: 50674.
Breejen, J. P. den., Jelle R.A., Sietsma, Petra E. de Jongh, and A. Josh Van Dillen.
2007. Highly Dispersed Silica Supported Cobalt Catalysts for Fischer-
Tropsch Synthesis. Inorganic Chemistry and Catalysis, Utrecht
University. Netherlands.
Brewer, L. W. 1998. Gas Chromatography.Springer-Verlag. Berlin. P. 257 – 276.
Burianova, S., J.P. Vejpravova. 2011. Crystal Structure and Magnetic Properties
of Ni1–xCoxFe2O4/SiO2 Nanocomposites. Proceedings of Contributed
Papers. Prague 8.Czech Republic.P. 108-112.
Cabrera, I. M., M. L. Granados, P. Terreros, and J. L. G. Fierro. 1998. CO2
Hydrogenation Over Pd-Modified Methanol Synthesis Catalysts.
Catalysis Today, Vol. 45, P. 251 – 256.
Campanati, M., G. Fonsari, and A. Vaccari. 2003. Fundamentals in The
Preparation of Heterogeneoous Catalyst. Catalysis Today, Vol. 77, P. 299
– 314.
Chorkendroff, I. and J. W. Niemantsverdriet. 2003. Concept of Modern Catalysis
and Kinetics. Wiley-VCH GmbH & Co. New York, P. 2 – 4.
Creutz, C. and E. Fujita. 2000. Carbon Management: Implications for R&D in the
Chemical Sciences and Technology: A Workshop Report to the Chemical
Sciences Roundtable. The National Academies Press.Washington D. C.
Dar, M. A., S. K. Kulrani, Z. A. Ansari, S. G. Ansari, and Hyung-Shik Shin. 2005.
Preparation and Characterization of α-FeOOH and α-Fe2O3 by Sol- Gel
Method. Journal of Materials Science, Vol. 40, P. 3031 – 3034. Deraz, N. M., M. M. Selim, and M. Ramadan. 2009. Processing and Properties of
Nanocrystalline Ni and NiO Catalysts. Materials Chemistry and Physics.
Vol. 113, P. 269-275.
Diehl, F., and A. Y. Khadakov. 2009. Promotion of Cobalt Fischer-Tropsch
Catalysts with Noble Metals. Oil and Gas Scince and Technology-Rev.
IFP. Vol. 64 No 1, P. 11-24.
Drbohlavova, J., R. Hrdy, V. Adam, R. Kizek, O. Schneeweiss, and J. Hubalek.
2009. Preparation and Properties of Various Magnetic Nanoparticles.
Sensors, Vol. 9, P. 2352 – 2362.
Duguet, E. 2000. Introduction to Hybrid Organic – Inorganic Materials.
University Bordeaoux, P. 12 – 15.
El-Kherbawi, M. A. 2010. Physical and Catalytic Properties of Solids Produced
from Solid-solid interactions between NiO and Fe2O3 System Doped with
Ag2O. Journal of American Science. Vol. 10, P. 6.
Ertl, G., H. Knözinger, and J. WeitkamP. 2000. Handbook of Heterogeneous
Catalysis Vol. 3. Wiley-VCH GmbH & Co. New York, P. 4 – 6.
Fischer, F. and H. Tropsch. 1926. The Synthesis of Petroleum at Atmospheric
Pressures from Gasification Product of Coal. Brenstoff-Chemie, Vol. 7,
P. 97-104.
Fujiwara, M., R. Kieffer, H. Ando, Q. Xu, and Y. Souma. 1995. Hydrogenation of
Carbon Dioxide over Fe-ZnO/HY Composite Catalyst. LERCSI,ECPM
Strasbourg. France, P. 1 – 5.
Hanke, L. D. 2001. Hanbook of Analytical Methods for Materials. Materials
Evaluation and Engineering Inc. Plymouth, P. 35 – 38.
Hwang, C., and N. Wang. 2004. Preparation and Characteristics of Ferrite
Catalysts for Reduction CO2. Chemistry of Physical.Vol. 88, P. 258-263.
Iftimie, N., E. Rezlescu, P. D. Popa, and N. Rezlescu. 2006. Gas Sensitivity of
Nanocrystalline Nickel Ferrite. Journal of Optoelectronics and Advanced
Materials. Vol. 8, No.3, P. 1016-1018.
Indala, S. 2004. Development and Integration of New Processes Consuming
Carbon Dioxide in Multi-Plant Chemical Production Complexes.
(Thesis). Department of Chemical Engineering. Andhra University.India,
P. 4 – 22.
Ismunandar. 2006. Padatan Oksida Logam: Struktur, Sintesis, dan Sifat-sifatnya.
Penerbit ITB. Bandung. Indonesia, P. 8 – 23.
Joo, O. S. 1999. Camere Process for Carbon Dioxide Hydrogenation to Form
Methanol.Catalysis Laboratory.Korea Institute of Science and
Technology. Seoul. South Korea, P. 686 – 689.
Joo, O. S. and K. D. Jung. 2003. Stability of ZnAl2O4 Catalyst for Reverse-Water
Gas-Shift Reaction (RWGS). Bulletin of Korean Chemistry Society, Vol.
24, P. 86– 90.
Jun, K. W., S. J. Lee, M. J. Choi, and K. W. Lee. 2006. Catalytic Hydrogenation
of CO2Into Hydrocarbons: Support Effects on Fe and Fe-K Catalyst.
Catalyst Division. Korea Research Institute of Chemical
Technology.Taejon. Korea, P. 1411 – 1414.
Kadiman, K. 2006. Perlunya Dikembangkan Berbagai Macam Teknologi
Pemanfaatan Sumber Energy Hayati Sebagai Energy Alternatif Untuk
Mengurangi Konsumsi Minyak Bumi:Workshop Pemanfaatan Minyak
Nabati Secara Langsung Sebagai Bahan Bakar Alternatif. Jakarta.
Kasapoglu, N., A. Baykal, M. S. Toprak, Y. Koseoglu, and H. Bayrakdar. 2007.
Synthesis and Characterization of NiFe2O4 Nano-Octahedrons by EDTA-
Assisted Hydrothermal Method. Turkish Journal of Chemistry.Vol.31, P.
659-666.
Khedr, M. H., A.A Omar, and S. A. Abdel-Moaty. 2006. Reduction of Carbon
Dioxide into Carbon by Freshly Reduced CoFe2O4 Nanoparticles.
Materials Scince and Engineering A.Vol. 432, P. 26 – 33.
Kumar, D., and Kumar, P. 2009. Multi-Factor Mode Critically Analysis Using
TOPSIS. International Journal of Industrial Enineering. Vol. 5. No. 8 P.
1-9.
Lambert, C. K., and R. D Gonzales. 1998. The importance of measuring the metal
content of supported metal catalysts prepared by the sol-gel method.
Applied Catalysis A : General.Vol. 172, P. 233-239.
Lapidus, A. L., N. A. Gaidai, N. V. Nekrasov, L. A. Tishkova, Yu. A. Agafonov,
and T. N. Myshenkova. 2006. Mechanism of Carbon Dioxide
Hydrogenation over Copper and Nickel Catalyst. DGMK/SCIConference
“Synthesis Gas Chemistry”. Dresden German, P. 274.
Lecloux, A. J. and J. P. Pirard. 1998. High-Temperature Catalyst Through Sol-Gel
Synthesis. Journal of Non-Crystalline Solids.Vol. 225, P. 146 – 152.
Li, Z. 2005. Novel Solid Basa Catalyst for Michael Additions: Synthesis,
Characterization and Application. Dissertation.Mathematisch-
Narurwissenschaftlichen Fakultät I. Humboldt-Universität. Berlin, P.2 –
4.
Machocki, S., C. Masingboon, B. Bonochom, and S. Seraphin. 2007. A Simple
Route to Synthesize Nickel Ferrite (NiFe2O4) Nanoparticles Using Egg
White. Scripta Materiali,.Vol. 56, 797 – 800.
Maensiri, S., C. Masingboon, B. Bonochom, and S. Seraphin. 2007. A Simple
Route to Synthesize Nickel Ferrite (NiFe2O4) Nanoparticles Using Egg
White. Journal of Scripta Material.Vol. 56, P. 797-800.
Mahaleh, Y. Bahari M., S. K. Sadrnezhaad, and D. Hosseini. 2008. NiO
Nanoparticles Synthesis by Chemical Precipitation and Effect of Applied
Surfactant on Distribution of Particle Size. Hindawi Publishing
Corporation .Journal of Nanomaterials Volume 2008, Article ID 470595,
4 pages.
Maiti, G. C., M. L. Kundu, S. K. Ghosh, and B. K. Banerjee. 1973. Cyrstallite
Size Measurements and Phase Transformation of Fe2O3, Cr2O3 and
Fe2O3- Cr2O3 System by X-Ray Difraction Method. Physical Research
Wing.Fertilizer Corporation of India Limited, P. 496 – 505.
Manova, E., T. Tsoncheva, Cl. Estournes, D. Paneva, K. Tenchev, I. Mitov, and
L. Petrov. 2005. Nanosized Iron and Iron – Cobalt Spinel Oxides as
Catalysts for Methanol decomposition. Journal of Applied Catalysis.Vol.
11, P. 5.
McNair, H. M. and J. M. Miller. 1997. Basic Gas Chromatography. John Wiley &
Sons, Inc. Canada, P. 1 – 14.
Mohanraj, V. J., and Y. Chen. 2006. Nanoparticles – A Review. Tropical Journal
of Pharmaceutical Research.Vol. 5, P. 561-573.
Parry, E. P. 1963. An Infrared Study of Pyridine Adsorbed on Acidic Solids.
Characterization of Surface Acidity. Journal of Catalysis, Vol. 2, P. 371
– 379.
Pichler, H. and H. Schulz. 1970. Recent Results in the Synthesis of Hydrocarbons
from Carbon Monoxide and Hydrogen. Chemie Ingenieur Technik,Vol.
42, P. 1162 – 1174.
Pinna, F. 1998.Supported Metal Catalyst Preparation.Catalysis Today.Vol. 41, P.
129-137.
Perego, C. dan P. Villa.1997. Catalyst Preparation Methods. Catalysis Today. Vol.
34. P, 281 – 305.
Ramankutty, C.G. and S. Sugunan. 2001. Surface properties and catalytic activity
of ferospinel of Nickel, Cobalt, and Coper, prepared by soft chemical
methods. Applied Catalysis. A. Vol. 218, P. 39-51.
Reddy, C.V.G., S.V. Manorama and V.J. Rao. 1999. Semiconducting Gas Sensor
for Chlorine Based on Inverse Spinel Nickel Ferrite. Sens. Actuators B:
Chemical, Vol. 55, P. 90-95.
Rodiansono, W., Trisunaryanti, dan Triyono. 2007. Pembuatan, Karakterisasi dan
Uji Aktifitas Katalis NiMo/Z dan NiMo/Z-Nb2O5 pada Reaksi Hidrogen
Langkah Fraksi Sampah Plastik Menjadi Fraksi Bensin. Berkala MIPA,
Vol. 17, P. 44 – 54.
Rood, D. 2007.The Troubleshooting and Maintenance Guide for Gas
Chromatographers, Fourth Eddition. Willey-VCH Verlag Gmb H & Co.
K Ga A, Weinheim, P. 3 – 13.
Santosa, J. danYudiartono.2006. Analisis Prakiraan Kebutuhan Energi Nasional
Jangka Panjang Di Indonesia. Strategi Penyediaan Listrik Nasional
Dalam Rangka Mengantisipasi Pemanfaatan PLTU Batu Bara Skala
Kecil, PLTN, Dan Energi Terbarukan, P. 1-12.
Savchuk, S. A. And V. N. Vlasov. Application of Chromatography and
Spectrometry to the Authentication of Alcohollic Beverages. Journal of
Analytical Chemistry.Vol. 56, P. 246 – 264.
Seddigi, Z. S. 2003. Acidic Properties of HZSM-5 Using Acetonylacetone, TPD
Ammonia, and FTIR of Adsorbed Pyridine.The Arabian Journal
forScience and Engineering.Vol. 27, P. 149 – 156.
Sietsma, J. R. A., J. D. Meeldijk, J. P. den Breejen, M. Versluijs-Helder, A. J. van
Dillen, P. E. de Jongh, and K. P. de Jong. 2007. The Preparation of
Supported NiO and Co3O4 Nanoparticles by the Nitric Oxide Controlled
Thermal Decomposition of Nitrates. Angew.Chem. Int. Ed. 2007, . 46, P.
4547 –4549.
Situmeang, R., R. Supriyanto, Sukmawibowo, Fitri J., and Sarah A. 2010.Fe1-
xNixO3±ᵹ Catalyst For Converting CO2/H2 To Alcohols Compounds.
Proceedings of The International Conference on Materials Science and
Technology. Batan, Serpong, Indonesia.Oktober 19-23, 2010 P. 173-179.
Situmeang, R., R, Supriyanto, M. Septanto, W. Simanjuntak, S. Sembiring, A.
Cecile Roger. 2013. NixCoyFe1-x-yO4 Nanocatalyst: Preparation,
Characterization and Catalytic Activity in CO2/H2
Conversion.Proceedings of The 2nd International Conference of the
Indonesian Chemical Society 2013. Universitas Islam Indonesia,
Yogyakarta. Oktober 22-23, 2013.
Situmeang, R., P. Manurung, S. Try Sulistiyo, S. Hadi, W. Simanjuntak, S.
Sembiring. 2015. Sol-gel Method for Preparation of Nanosize NiFe2-
xCoxO4 Using Egg White. Asian Journal of Chemistry. 27: 1138-1142.
Skoog, D. A. dan J. J. Leary. 1992. Principle of Instrument Analysis 4th Ed.
Saunders College Pub.
Soderlind, F. 2008. Colloidal Synthesis of Metal Oxide Nanocrystals and Thin
Films.Dissertation. Linkoping, Sweden. Linkoping University.
Song, C. 2006. Global challenges and strategies for control, conversion and
utilization of CO2 for sustainable develovment involving energy,
catalysis, adsorption and chemical processing. Catalyst Today.Vol. 115,
P. 2-32.
Song, C., S. T. Srimat, S. Murata, W. Pan, L. Sun, A. W. Scaroni, and J. N.
Armor. 2002. Effects of Pressure on CO2 Reforming of CH4 over Ni/Na-Y
andNi/Al2O3 Catalysts. ACS Symposium Series, 809, Conversion and
Utilization, P. 258 – 274.
Srinivas, S., R. K. Malik, S. M. Mahajani. 2009. Fischer-Tropsch Synthesis Using
Bio-Syngas and CO2. Department of Chemical Engineering. Indian
Institute of Technology Bombay, P. 66 – 71.
Stoltze, P. 2000. Introduction to Heterogeneous Catalysis. Department of
Chemistry and Applied Engineering Science. Aalborg University, P. 6 –
7.
Storch, H. H., N. Golumbic, and R. B. Anderson. 1951. The Fischer-Tropsch
Synthesis and Related Synthesis. John Wiley. New York, P. 202.
Storsæter S., Borg Ø.,Blekkan E.A., and Holmen A. 2005. Study of the effect of
water on Fischer–Tropsch synthesis over supported cobalt catalysts.
Journal of Catalysis. Vol. 231, P. 405-419.
Sugiyono, A. 2006.Penanggulangann Pemanasan Global Di Sektor Pengguna
Energi. Jurnal Sains & Teknologi Modifikasi Cuaca.Vol. 7, P. 15-19.
Sulistiyo, S. 2015. Pembuatan dan Karakterisasi Nanokatalis Ni(1-X)CoxFe2O4 serta
Uji Aktivitas pada Konversi (CO2+ H2).(Tesis). Universitas Lampung.
Lampung.
Swoboda, A. R., and G. W. Kunze. 2006. Infrared Study of Pyridine Adsorbed on
Montmorillonite Surface. Texas Agricultural Experiment Station,P. 277 –
288.
Tanabe, K., 1981. Solid Acid and Base Catalyst in Catalysis Science and
Technology.John R. Anderson and Michael Boudart Vol. 2. Springer-
Link. Berlin, P. 231 – 273.
Volpin, M. E., and I. S. Kolomnikov. 1972. Reactions of Carbon Dioxide with
Transition Metal Compounds. Institute of Organo-ElementCompounds.
Moscow, P. 567 – 581.
Widegren, J. A.; Finke, R. G., and J. Mol. 2003.Preparation of a multifunctional
core-shell nanocatalyst and its characterization by HRTEM. Catalysis A:
Chemistry. Vol. 191, P.187.
Williams, R. H., E. D. Larson, H. Jin. 2006. F-T Liquids Production from Coal
and Coal + Biomass with CO2 Capture and Alternative Storage Options:
Aquifer CO2 Storage vs CO2-Enhanced Oil Recovery. Princeton
Environmental Institute. Princeton University. Princeton, P.1 – 24.
Zhiqiang, W., H. Qiao, H. Yang, C. Zhang, and X. Yan. 2009. Characterization of
NiO Nanoparticles by Anodic Arc Plasma Method. Journal of Alloys and
Compounds. Vol. 479; 855 – 858.