sejarah dan perkembangan katalis

27
7/23/2019 Sejarah Dan Perkembangan Katalis http://slidepdf.com/reader/full/sejarah-dan-perkembangan-katalis 1/27 I. SEJARAH DAN PERKEMBANGAN KATALIS Istilah katalisator berawal dari penelitian Berzelius pada tahun 1836 tentang proses  proses pemercepatan laju reaksi dan menjabarkannya sebagai akibat adanya gaya katalisis. Sebutan gaya! katalisis ternyata tidak terbukti" tetapi istilah katalisator tetap digunakan untuk menyebuitkan pengaruh substansi tertentu yang ikut dalam proses tanpa mengalami  perubahan. Senyawa yang menurunkan laju reaksi biasa disebut sebagai katalisator negati# atau inhibitor" yang saat ini lebih dikenal dengan istilah katalis. $e#inisi katalis pertama kali dikemukakan oleh %stwalsd sebagai suatu substansi yang mengubah laju suatu reaksi kimia tanpa merubah besarnya energi yang menyertai reaksi tersebut. &ada tahun 1'() %stwald mende#inisikkan katalis sebagai substansi yang mengubah laju reaksi tanpa terdapat sebagai produk pada akhir reaksi" dengan kata lain katalisator mempengaruhi laju reaksi dan berperan sebagai reaktan sekaligus produk reaksi. Selanjutnya pada tahun 1'*1" Bell menjelaskan substansi yang dapat disebut sebagai katalis suatu reaksi adalah ketika sejumlah tertentu substansi ditambahkan maka akan mengakibatkan laju reaksi bertambah dari laju pada keadaan stoikiometri biasa. +ika substansi tersebut ditambahkan pada reaksi maka tidak mengganggu kesetimbangan. II. PENDEFINISIAN KATALIS ,atalis merupakan suatu zat atau substansi yang dapat mempercepat reaksi -dan mengarahkan atau mengendalikannya" tanpa terkonsumsi oleh reaksi" namun bukannya tanpa bereaksi. ,atalis bersi#at mempengaruhi kecepatan reaksi" tanpa mengalami perubahan secara kimiawi pada akhir reaksi. &eristiwa / #enomena / proses yang dilakukan oleh katalis ini disebut katalisis. Istilah negative catalyst  -atau inhibitor merujuk kepada zat yang berperan menghambat atau memperlambat berlangsungnya reaksi. III. KARAKTERISTIK KATALIS 1 ,atalis berperan mempercepat reaksi -meningkatkan kecepatan/laju reaksi ) ,atalis tidak muncul di dalam persamaan stoikiometri reaksi" karena katalis bukanlah reaktan dan juga bukan produk. 0al berlaku secara umum" kecuali pada kasus reaksi autokatalitik. ,atalis muncul di dalam mekanisme reaksi" serta muncul -secara langsung maupun tidak langsung dalam persamaan kecepatan reaksi. 3 ,uantitas atau banyaknya katalis tidak mengalami perubahan selama reaksi berlangsung. ,endatipun demikian" seiring dengan berlangsungnya proses" pada kenyataannya katalis dapat mengalami perubahan si#atsi#at kimia dan #isika secara irre2ersibel yang mengarah kepada terjadinya deakti2asi. * ,omposisi kimiawi suatu katalis tidak berubah pada akhir reaksi. ,atalis dibutuhkan oleh suatu reaksi dalam kuantitas yang sangat sedikit. 4ontoh5 1 gram katalis logam &t dibutuhkan untuk reaksi penguraian 1( 8  liter 0 ) % ) .

Upload: annita-karunia-savitri

Post on 18-Feb-2018

270 views

Category:

Documents


6 download

TRANSCRIPT

Page 1: Sejarah Dan Perkembangan Katalis

7/23/2019 Sejarah Dan Perkembangan Katalis

http://slidepdf.com/reader/full/sejarah-dan-perkembangan-katalis 1/27

I. SEJARAH DAN PERKEMBANGAN KATALIS

Istilah katalisator berawal dari penelitian Berzelius pada tahun 1836 tentang proses

 proses pemercepatan laju reaksi dan menjabarkannya sebagai akibat adanya gaya katalisis.

Sebutan gaya! katalisis ternyata tidak terbukti" tetapi istilah katalisator tetap digunakan

untuk menyebuitkan pengaruh substansi tertentu yang ikut dalam proses tanpa mengalami

 perubahan. Senyawa yang menurunkan laju reaksi biasa disebut sebagai katalisator negati# 

atau inhibitor" yang saat ini lebih dikenal dengan istilah katalis.

$e#inisi katalis pertama kali dikemukakan oleh %stwalsd sebagai suatu substansi yang

mengubah laju suatu reaksi kimia tanpa merubah besarnya energi yang menyertai reaksi

tersebut. &ada tahun 1'() %stwald mende#inisikkan katalis sebagai substansi yang mengubah

laju reaksi tanpa terdapat sebagai produk pada akhir reaksi" dengan kata lain katalisator 

mempengaruhi laju reaksi dan berperan sebagai reaktan sekaligus produk reaksi.

Selanjutnya pada tahun 1'*1" Bell menjelaskan substansi yang dapat disebut sebagai

katalis suatu reaksi adalah ketika sejumlah tertentu substansi ditambahkan maka akan

mengakibatkan laju reaksi bertambah dari laju pada keadaan stoikiometri biasa. +ika substansi

tersebut ditambahkan pada reaksi maka tidak mengganggu kesetimbangan.

II. PENDEFINISIAN KATALIS

,atalis merupakan suatu zat atau substansi yang dapat mempercepat reaksi -dan

mengarahkan atau mengendalikannya" tanpa terkonsumsi oleh reaksi" namun bukannyatanpa bereaksi. ,atalis bersi#at mempengaruhi kecepatan reaksi" tanpa mengalami perubahan

secara kimiawi pada akhir reaksi. &eristiwa / #enomena / proses yang dilakukan oleh katalis

ini disebut katalisis.

Istilah negative catalyst   -atau inhibitor merujuk kepada zat yang berperan

menghambat atau memperlambat berlangsungnya reaksi.

III. KARAKTERISTIK KATALIS

1 ,atalis berperan mempercepat reaksi -meningkatkan kecepatan/laju reaksi

) ,atalis tidak muncul di dalam persamaan stoikiometri reaksi" karena katalis bukanlah

reaktan dan juga bukan produk. 0al berlaku secara umum" kecuali pada kasus reaksi

autokatalitik. ,atalis muncul di dalam mekanisme reaksi" serta muncul -secara langsung

maupun tidak langsung dalam persamaan kecepatan reaksi.

3 ,uantitas atau banyaknya katalis tidak mengalami perubahan selama reaksi berlangsung.

,endatipun demikian" seiring dengan berlangsungnya proses" pada kenyataannya katalis

dapat mengalami perubahan si#atsi#at kimia dan #isika secara irre2ersibel yang

mengarah kepada terjadinya deakti2asi.

* ,omposisi kimiawi suatu katalis tidak berubah pada akhir reaksi.

,atalis dibutuhkan oleh suatu reaksi dalam kuantitas yang sangat sedikit. 4ontoh5 1 gram

katalis logam &t dibutuhkan untuk reaksi penguraian 1(8 liter 0)%).

Page 2: Sejarah Dan Perkembangan Katalis

7/23/2019 Sejarah Dan Perkembangan Katalis

http://slidepdf.com/reader/full/sejarah-dan-perkembangan-katalis 2/27

6 +ika lebih dari 1 -satu reaksi berlangsung secara simultan pada saat yang bersamaan"

maka pada umumnya katalis mempengaruhi arah atau selekti2itas atau spesi#isitas reaksi.

rtinya" katalis bersi#at unik -spesi#ik7 katalis tertentu hanya mempercepat jenis reaksi

tertentu.

,atalis tidak mengubah atau menggeser kesetimbangan reaksi" termasuk semua si#at

termodinamikanya" seperti kecenderungan keberlangsungan reaksi -berdasarkan

 perubahan energi bebas 9ibbs reaksi" :9" besarnya panas reaksi -:0" harga tetapan

kesetimbangan reaksi -," dan kon2ersi maksimum reaksi -;e yang dapat dicapai pada

kondisi tertentu. $engan atau tanpa katalis" si#atsi#at termodinamika reaksi tidak 

mengalami perubahan. ,atalis hanya berpengaruh terhadap si#at kinetika reaksi.

8 ,atalis tidak memulai berlangsungnya suatu reaksi" tetapi mempengaruhi kecepatan

reaksinya. ,atalis hanya mempromosikan reaksireaksi yang perubahan energi bebas

9ibbs -:9nya berharga negati#. $engan kata lain" katalis tidak mampu mempercepat

suatu reaksi" pada kondisi tertentu" yang secara termodinamika tidak dapat berlangsung.

' ,atalis hanya mempercepat reaksi untuk mencapai kesetimbangan -Bandingkan ) gra#ik  pro#il kon2ersi reaksi 2ersus waktu reaksi yang diilustrasikan pada gambar di bawah ini.

<eaksi yang menggunakan katalis jauh lebih cepat mencapai kesetimbangan

dibandingkan dengan reaksi tanpa katalis.

,arena tetapan kesetimbangan reaksi -, yang merupakan perbandingan antara tetapankecepatan reaksi ke kanan terhadap tetapan kecepatan reaksi ke kiri tidak mengalami

 perubahan" maka katalis bersi#at mempercepat reaksi dalam kedua arah. rtinya" katalis

yang mempercepat reaksi ke kanan juga akan mempercepat reaksi ke kiri -reaksi balik.

4ontoh5 logam baik digunakan sebagai katalis reaksi hidrogenasi dan sekaligus

dehidrogenasi.

1( ,atalis mempunyai suhu operasi optimum

11 ,atalis dapat teracuni oleh suatu zat dalam jumlah yang sangat sedikit yang disebut

racun katalis. 4ontoh5

Page 3: Sejarah Dan Perkembangan Katalis

7/23/2019 Sejarah Dan Perkembangan Katalis

http://slidepdf.com/reader/full/sejarah-dan-perkembangan-katalis 3/27

,eakti#an katalis dapat diperbesar oleh suatu zat yang disebut pemercepat katalis

-promotor. 4ontoh5 =#isiensi katalis 4u%>n% yang digunakan untuk mengkatalisis

reaksi shi#t con2ersion-4% -g ? 0)% -g @4%)-g ? 0)-g pada proses pembuatan

 pupuk urea ditingkatkan melalui penambahan promotor l)%3.

1) &ada reaksireaksi tertentu" terdapat salah satu produk reaksi yang dapat ber#ungsi

sebagai katalis untuk reaksi yang bersangkutan. >at atau produk reaksi ini disebut

autokatalis" sedangkan reaksinya biasa disebut reaksi autokatalitik. 4ontoh5

13 ,atalis yang dapat menghambat atau memperlambat kecepatan reaksi disebut katalis

negati# -atau inhibitor. 4ontoh5

FUNGSI KATALITIK KATALIS

Berdasarkan karakteristik yang telah dijelaskan sebelumnya" maka paling tidak 

terdapat ) #ungsi katalis yaitu untuk5

1. Aempercepat reaksi menuju kesetimbangan atau #ungsi akti2itas

). Aeningkatkan hasil reaksi yang dikehendaki atau #ungsi selekti2itas.

alaupun katalis tidak secara permanen terlibat dalam reaksi kimia" namun ketikakatalis melakukan #ungsinya" maka katalis mengalami perubahan baik secara kimiawi

maupun secara #isik yang sangat mempengaruhi kinerja. %leh karena itu terdapat 3 parameter 

utama dari kinerja katalis" yaitu5

1. kti2itas" yaitu peran katalis yang berkaitan dengan kemampuannya mempercepat

reaksi"

). Selekti2itas atau spesi#isitas" yaitu peran katalis yang berkaitan dengan

kemampuannya meningkatkan produk yang diinginkan"

3. Stabilitas atau li#etime" yaitu peran katalis yang berkaitan dengan kemampuannya

menahan halhal yang dapat mengarahkan terjadinya deakti2asi katalis.

Cntuk setiap reaksi yang dikatalisisnya" katalis harus mempunyai akti2itas kimia"

selekti2itas" dan stabilitas yang cukup tinggi. &eningkatan akti2itas tersebut memberikan beberapa keuntungan" antara lain5

Page 4: Sejarah Dan Perkembangan Katalis

7/23/2019 Sejarah Dan Perkembangan Katalis

http://slidepdf.com/reader/full/sejarah-dan-perkembangan-katalis 4/27

1. ,ecepatan reaksi yang lebih tinggi untuk kondisi operasi yang sama.

). ,ecepatan reaksi yang sama" tetapi dengan throughput yang lebih tinggi atau ukuran

reaktor yang lebih kecil.

3. ,ecepatan reaksi yang sama pada kondisi yang lebih lunak -berupa suhu atau tekanan

operasi yang lebih rendah" dengan yieldmeningkat" operasi menjadi lebih mudah"

deakti2asi berkurang" dan selekti2itas yang lebih baik.

SEBERAPA BESAR KATALIS DAPAT MEMPERCEPAT REAKSI

Suatu katalis bisa mempercepat reaksi hingga jutaan kali lipat" bahkan bisa lebih.

Ilustrasi5

<eaksi hidrogenasi etilena menjadi etana5 4)0*-g ? 0)-g D4)06-g yang dikatalisis oleh

katalis oksida 4uAg -4u%Ag%. Berdasarkan penelitian" diketahui bahwa kecepatan reaksi

tersebut di atas yang dinyatakan dalam persamaan kinetika reaksi berordesatu terhadap

tekanan parsial gas 0)untuk5

$engan membandingkan kecepatan reaksi tanpa dan dengan katalis 4u%Ag% pada suhu

6(( ," diperoleh5

,atalis mampu meningkatkan keceptan reaksi hingga ± 1(11 kali lipat.

BAGAIMANA KATALIS DAPAT MEMPERCEPAT REAKSI

,atalis dapat mempercepat reaksi dengan cara menurunkan energi akti2asi reaksi. =nergi

akti2asi reaksimerupakan banyaknya energi minimum yang dibutuhkan oleh reaksi agar 

reaksi dapat berlangsung. &erhatikan gambar berikut ini -hubungan antara energy o# reacting

 particles2ersus reaction pathuntuk kasus reaksi eksotermik5

,eterangan gambar5

=a1  E energi aktivasi reaksi tana kata!is

Page 5: Sejarah Dan Perkembangan Katalis

7/23/2019 Sejarah Dan Perkembangan Katalis

http://slidepdf.com/reader/full/sejarah-dan-perkembangan-katalis 5/27

-compleF atau intermediatesyang mempunyai energi potensial yang tinggi

mengakibatkan kecepatan reaksi yang rendah

=a)  E energi aktivasi reaksi "engan kata!is

-barrier energy yang lebih rendah dibandingkan dengan reaksi tanpa katalis

mengakibatkan kecepatan reaksi yang makin tinggi

• :0r Epanas reaksi G 0 reaktan H 0 produk reaksi

&enurunan energi akti2asi reaksi disebabkan oleh terjadinya pembentukan alur atau

mekanisme reaksi yang berbeda -yakni antara reaksi tanpa katalis dan reaksi dengan katalis.

Bahkan" untuk suatu jenis reaksi yang sama" alur atau mekanisme reaksi yang terbentuk 

akibat penggunaan suatu katalis tertentu akan berbeda dengan alur atau mekanisme reaksi

yang terbentuk akibat penggunaan katalis yang lain. $engan demikian" katalis hanya bersi#at

memberikan alternati#. Berdasarkan teori keadaantransisi-atau teori kompleks akti#" katalis

mampu menurunkan hambatan energi potensial -potential energy barrieryang harus dilalui

olehreaktanreaktan untuk membentuk produkproduk reaksi.

I#. HUBUNGAN ANTARA KATALIS DENGAN ENERGI AKTI#ASI

$alam suatu reaksi" peran katalis adalah untuk menurunkan energi akti2asi dengan

 jalan mengubah mekanisme reaksi" yaitu dengan jalan menambah tahaptahap reaksi. ,atalis

ikut serta dalam suatu tahap reaksi" akan tetapi pada akhir reaksi katalis terbentuk kembali

-+ames =. Brady" 1''(.

4ontoh 5

%)-g ? )S%)-g D ) S%3-g -energi akti2asi tinggi

Setelah ditambahkan gas % yang bertindak sebagai katalis" tahaptahap reaksi menjadi 5

) %-g ? %)-g D ) %)-g -energi akti2asi rendah

) %)-g ? ) S%)-g D ) S%3-g ? )%-g -energi akti2asi rendah

 i-s

%)-g ? )S%)-g D )S%3-g

$engan adanya katalis ini" energi akti2asi menjadi lebih rendah" sehingga persentase partikel

yang mempunyai energi lebih besar dari energi akti2asi.

#. JENIS$JENIS KATALIS

Secara umum katalis dibagi menjadi 3 jenis" antara lain5

1. ,atalis 0omogen

Pengertian Kata!is H%&%gen

,atalis homogen adalah katalis yang mempunyai #ase sama dengan reaktan

atau produk. &ada umumnya berupa #ase cair" dengan katalis dan reaktan berada

dalam larutan. &enggunaan katalis homogen ini mempunyai keunggulan" yaitu5

memiliki akti2itas dan selekti2itas yang tinggi" tidak mudah teracuni oleh keberadaan

 pengotor" mudah dioperasikan" mudah dimodi#ikasi" mudah untuk dipelajari.

Page 6: Sejarah Dan Perkembangan Katalis

7/23/2019 Sejarah Dan Perkembangan Katalis

http://slidepdf.com/reader/full/sejarah-dan-perkembangan-katalis 6/27

Ke'nt'ngan "an Ke!e&a(an "ari Pengg'naan Kata!is H%&%gen

<eaksi katalisis jenis ini terjadi sangat spesi#ik dan dapat menghasilkan

selekti2itas yang tinggi dan biasanya dapat dilakukan pada kondisi operasi yang tidak 

terlalu sulit. alaupun secara operasional reaksi katalisis ini lebih mudah dan lebih

tidak membutuhkan energi" namun katalis homogen ini jarang digunakan dalam

industri. 0al tersebut dikarenakan penggunaan katalis homogen memiliki beberapa

kelemahan diantaranya" yaitu5 mencemari lingkungan karena tidak dapat digunakan

kembali. Selain itu" katalis homogen juga umumnya hanya digunakan pada skala

laboratorium ataupun industri bahan kimia tertentu" sulit dilakukan secara komersil"

karena operasi pada #ase cair dibatasi pada kondisi suhu dan tekanan" sehingga

 peralatan lebih kompleks dan diperlukan peralatan tambahan untuk memurnikan

 produk dari katalis homogen. ,arena alasanalasan tersebut" katalisis homogen

terbatas penggunaannya di industri" biasanya dalam pembuatan zat kimia khusus"

obatobatan" dan makanan" kecuali pada produksi asam asetat" proses alkilasi ole#in"dan hidro#ormilasi. 4ontoh dari katalis homogen yang biasanya banyak digunakan

dalam produksi biodiesel" seperti basa -a%0" ,%0" asam -04l" 0 )S%*.

,atalis homogen yang sering digunakan dalam kehidupan seharihari ialah

katalis basa dan katalis asam. Banyak reaksi organik yang bersangkutan yang dengan

salah satu katalis tersebut. ,atalis asam bronsted merupakan trans#er ion hidrogen

dari substrat ke basa

; ? 00;? ? ,emudian 0;? bereaksi

<eaksi tersebut merupakan proses primer dalam pelarutan ester" tantomerisasi ketonel"dan in2ersi sukrosa. Sedangkan" katalis basa bronsted merupakan trans#er ion

hidrogen dari substrat ke basa 5

;0 ? B ; ? B0?  ,emudian ; bereaksi

<eaksi tersebut merupakan tahap primer dalam isomerasi dan halogenasi senyawa

organik" dan dalam reaksi claisen dan adol.

C%nt%( Reaksi Kata!is H%&%gen

Berikut ini merupakan beberapa contoh dari katalis homogen5Reaksi )erkata!is (%&%gen* +ase gas

4% -g ? J %)-g D4%)-g  katalis5 % -g 

40340% -g D40*-g ? 4% -g katalis5 uap I)

Reaksi )erkata!is (%&%gen* +ase ,air

41)0))%11? 0)% D4601)%6? 4601)%6 katalis5 asam

4034%%4)0? 0)% D4034%%0 ? 4)0%0 katalis5 asam

Mekanis&e Reaksi Kata!is H%&%gen

Aekanisme pada reaksi berkatalis homogen berlangsung melalui tahaptahap5

1. Kahap pembentukan senyawa kompleks / intermediates -tahap koordinasi

). Kahap penyusunan ulang antara molekulmolekul reaktan dengan ligan katalis-tahap

Page 7: Sejarah Dan Perkembangan Katalis

7/23/2019 Sejarah Dan Perkembangan Katalis

http://slidepdf.com/reader/full/sejarah-dan-perkembangan-katalis 7/27

interaksi ligan" dan

3. Kahap eliminasi produk reaksi

Kinetika Reaksi Kata!is H%&%genPenentuan persamaan kinetika reaksi berkatalis homogen,

berdasarkan mekanismenya, dilakukan dengan cara yang sama (analog)dengan kinetika reaksi homogen dengan berbantuankan hubungan

pendekatan neraca massa katalis.Contoh:

<eaksi enzimatik -berkatalis enzim #ase cair5 .... -L

yang berlangsung dalam reaktor batchisotermal ber2olumetetap.

Aekanisme reaksi yang diperkirakan terjadi untuk reaksi ini5

dengan5

• E reaktan -substrat"

• & E produk reaksi"

• = E enzim"

• = E zat antara -intermediet yang merupakan molekul enzim yang terikat

 pada reaktan

Berdasarkan persamaan -L5 r G r G r &  .... -LL

Berdasarkan mekanisme reaksi" tahap -ii lambat" sehingga tahap -ii menjadi ta(aenent'

ke,eatan reaksi5 r G r tahap -ii G r& .... -LLL

,ecepatan reaksi tahap -ii5 r G k )M=N .... -1

&endekatan kesetimbangan untuk reaksi tahap -i5 .... -)

 eraca massa katalis5 M=(N G M=N ? M=Natau5 M=N G M=(N H M=N .... -3dengan5

M=(N E konsentrasi enzim mulamula

M=N E konsentrasi enzim yang berikatan dengan reaktan pada saat t

M=N E konsentrasi enzim bebas pada saat

Substitusikan -3 ke -)5

Page 8: Sejarah Dan Perkembangan Katalis

7/23/2019 Sejarah Dan Perkembangan Katalis

http://slidepdf.com/reader/full/sejarah-dan-perkembangan-katalis 8/27

  .... -*

Substitusikan -* ke -15

A!ikasi Pengg'naan Kata!is H%&%gen "i Bi"ang In"'striIndustri Biodiesel

Biodiesel merupakan bahan bakar yang terdiri dari campuran mono--

alkyl ester  dari rantai panjang asam lemak, yang dipakai sebagai alternatif bagi bahan bakar dari

mesin diesel dan terbuat dari sumber terbaharui seperti minyak sayur  atau lemak hewan.

Sebuah proses dari transesterifikasi lipid digunakan untuk mengubah minyak dasar menjadi

ester yang diinginkan dan membuangasam lemak bebas. Setelah melewati proses ini, tidak

seperti minyak sayur langsung, biodiesel memiliki sifat pembakaran yang mirip dengan diesel

(solar ) dari minyak bumi, dan dapat menggantikannya dalam banyak kasus

Proses pembuatan biodiesel selama ini dengan alkohol dengan minyak

tumbuhan menggunakan katalis homogen berupa Na! atau "!. Namun

proses pembuatan biodiesel secara kon#esional memiliki beberapa

kelemahan, diantaranya terbentuknya produk samping berupa sabun,

rumitnya pemisahan produk biodiesel yang dihasilkan dengan katalis,.

). ,atalis 0eterogen,atalis heterogen adalah katalis yang #asenya tidak sama dengan reaktan atau

 produk. &ada umumnya #ase katalis berupa padatan dan #ase reaksi berupa gas.

&enggunaan katalis ini mempunyai keunggulan" yaitu mudah dipisahkan dari

campuran reaksi dengan cara #iltrasi" tahan dan stabil terhadap suhu relati# tinggi"

ramah lingkungan" tidak bersi#at korosi#" dapat digunakan berulangkali dalam jangka

waktu yang lama" mudah disiapkan dalam bentuk  pallet katalis padat" dan

konstruksinya sederhana. Selain itu" katalis heterogen dapat meningkatkan kemurnian

hasil karena reaksi samping dapat dieliminasi. 0ingga tahun 1'8(an5 sekitar '(O

katalis yang digunakan di dalam proses industri kimia berupa katalis heterogen.

Page 9: Sejarah Dan Perkembangan Katalis

7/23/2019 Sejarah Dan Perkembangan Katalis

http://slidepdf.com/reader/full/sejarah-dan-perkembangan-katalis 9/27

Aayoritas dari katalis heterogen ini didasari pada silika" terutam sejak 

 beberapa riset menunjukkan keuntungan dari penggunaan silika" antara lain5

a ,estabilan yang baik"

 b Puas permukaan yang lebih besar"

c Audah dan murah"

d ,emudahan gugus organik dalam menjangkar ke permukaan" untuk menyediakan pusat katalitis -9upta et al" )((8

4ontohcontoh dari katalis heterogen adalah zeolit" 4a%" Ag%" dan resin penukar ion.

Aekanisme katalis heterogen melalui lima langkah" yaitu5 transport reaktan ke katalis"

interaksi reaktanraktan dengan katalis -adsorpsi" reaksi dari spesispesi yang

teradsorpsi menghasilkan proddukproduk reaksi" deadsorpsi produk dari katalis"

transport produk menjauhi katalis.

4ontoh5

,atalis padat Qe untuk &roses 0aber pada pembuatan amonia5

 )-g ? 3 0)-g @) 03-g ,atalis padat Qe)%3Bi%) untuk oksidasi amonia pada pembuatan asam nitrat5

* 03-g ? %)-g @* %-g ? 6 0)%-g 

,atalis padat i pada hidrogenasi hidrokarbon5

< 140G40< )-l ? 0)-g D< 140)40)< )-l 

-minyak tak jenuh -lemak jenuh

,atalis arang -4 pada pembuatan asam khlorida5

0)-g ? 4l)-g D) 04l -g

Mekanis&e Reaksi Kata!is Heter%gen

Aekanisme yang tepat dari katalis heterogen belum dimengerti secara

sempurna. alaupun demikian tersedianya elektron d dan orbital d pada atomatom

 permukaan katalis memegang peranan penting. %leh karena itu akti#itas katalisis

heterogen banyak dilakukan pada sejumlah besar unsur peralihan -transisi dan

senyawa H senyawanya. &ersyaratan kunci dalam katalisis heterogen ialah bahwa

 pereaksi #ase gas atau larutan diadsorpsi kepermukaan katalis. -Qessenden"1'86.

Kidak semua atom H atom permukaan sama e#ekti#nya sebagai katalis" bagian yang

e#ekti# tersebut disebut sisi akti# katalis.

4ontoh sederhana katalisis heterogen adalah katalis menyediakan suatu

 permukaan dimana pereaksipereaksi -atau substrat untuk sementara terjerap. Ikatan

dalam substratsubstrat menjadi lemah sehingga memadai terbentuknya produk baru.

Ikatan antara produk baru dan katalis lebih lemah sehingga akhirnya terlepas.

Aekanisme dari katalis padat dengan reaktan #asa gas" dimana terjadi pembentukan

kompleks reaktan dengan katalis setelah pembentukan produk adalah sebagai berikut 5

1. <eaktan terbawa oleh aliran gas pembawa sampai kepermukaan luar partikel

katalis.

). $i#usi reaktan dari permukaan luar masuk melalui pori dalam partikel katalis.

Page 10: Sejarah Dan Perkembangan Katalis

7/23/2019 Sejarah Dan Perkembangan Katalis

http://slidepdf.com/reader/full/sejarah-dan-perkembangan-katalis 10/27

3. <eaktan diadsorpsi pada sisi akti# katalis sehingga menimbulkan energi

adsorpsi

*. <eaksi pembentukan produk antara permukaan sampai terjadinya produk.

. &roduk didesorpsi dari katalis keluar melalui pori bagian partikel katalis.

6. $i#usi produk menuju permukaan luar partikel katalis.

. &roduk mengikuti aliran gas pembawa.

Kata!is Pen"'k'ng Di)'t'(kan %!e( Kata!is Heter%gen

,atalis heterogen biasanya membutuhkan pendukung -support" karena

 pendukung katalis memiliki kekuatan mekanik" tahan panas" mempunyai kerapatan

ruah yang optimal" dan kemampuan pelarutan #ase akti#. &endukung juga

meningkatkan luas permukaan" memiliki pori serta ukuran partikel yang optimal" dan peningkatan #ungsi kimiawi seperti perbaikan akti2itas. &emilihan pendukung

didasarkan pada beberapa hal 5

1. ,einertan

). Si#at mekanik yang diinginkan" termasuk ketahanan terhadap kikisan" kekerasan

dan ketahanan terhadap tekanan.

3. ,estabilan pada kondisi reaksi dan regenerasi.

*. Puas permukaan" diutamakan yang memiliki luas permukaan besar agar

semakin banyak sisi akti# katalis yang terdistribusi.

. &orositas" meliputi ukuran pori ratarata dan distribusi ukuran pori

6. Si#at ekonomis bahan.

Kinetika Reaksi Kata!is Heter%gen

A!ikasi Pengg'naan Kata!is Heter%gen "i Bi"ang In"'stri

1. Industri Pembuatan Amonia

$monia merupakan %at kimia yang digunakan sebagai bahan baku

pada pabrik pupuk dan pabrik bahan peledak. $monia disintesis dari gas

N& dan !& dengan reaksi sebagai berikut:

Pada suhu kamar, reaksi berlangsung lambat. 'ntuk mempercepat lau

reaksi, ke dalam %at pereaksi ditambahkan katalis.

N&( ) *!&( ) +

Page 11: Sejarah Dan Perkembangan Katalis

7/23/2019 Sejarah Dan Perkembangan Katalis

http://slidepdf.com/reader/full/sejarah-dan-perkembangan-katalis 11/27

ambar -. Bagan intesis $monia

Proses sintesis amonia menggunakan katalis ini ditemukan oleh ahli kimia

 /erman, 0rit% !aber pada -123 sehingga proses ini dikenal dengan nama

Proses Haber. "atalis yang digunakan adalah logam besi yang merupakan

katalis heterogen. "atalis dapat dibuat lebih akti4 dengan menambahkan

aluminium oksida dan kalium oksida.5i Indonesia, terdapat beberapa perusahaan milik pemerintah

(Bahan 'saha 6ilik Negara7 B'6N) yang memproduksi amonia untuk

digunakan sebagai bahan baku pembuatan pupuk. Perusahaan8

perusahaan tersebut di antaranya, P9 Pupuk "uang di Cikampek, /aa

Barat; P9 Pupuk Iskandar 6uda di Nanggroe $ceh 5arussalam; P9 Pupuk

riiaya di Palembang, umatera elatan; P9 Pupuk "alimantan 9imur diBontang, "alimantan 9imur; P9 Petrokimia di resik, /aa 9imur.

2. Industri Otomotif 

as buang mesin merupakan salah satu polusi udara yang paling

besar. leh karena itu digunakanlah catalytic converter  yang merupakan

alat yang digunakan sebagai kontrol

emisigas buang yang diletakkan setelah e<haust mani4old pada sistem pe

mbuangan kendaraan bermotor (!usselbee, -1=3)."atalis automoti#e (con

#erter) ini pertama kali didesain pada tahun -1>3 di ' yang bertuuan

untuk mengurangi polusi udara dengan cara mengkon#ersi gaskarbonmonoksida (C), nitrogen oksida (N<) dan hidrokarbon (!C) yang

merupakan gas buang dari reaksi pembakaran bahan bakar yang tidak

sempurna pada kendaraan bermotor (hele4, &222).as karbonmonoksida (C), nitrogen oksida (N<) dan kidrokarbon (

!C) yang merupakan gas buang dari kendaraan pada saat pembakaran

yang sangat merugikan manusia.9erbuangnya gas C yang dapat

mengurangi kadar oksigen dalam lingkungan sehingga bila terhirup

manusia menyebabkan kadar oksigen di dalam darah berkurang.!al ini

disebabkan karena gas C akan lebih mudah bereaksi dengan hemoglobin

(!b) yang mengakibatkan kemampuan darah untuk mentrans4er oksigen

berkurang. elain gas C, gas lain yang uga merupakan hasil

Page 12: Sejarah Dan Perkembangan Katalis

7/23/2019 Sejarah Dan Perkembangan Katalis

http://slidepdf.com/reader/full/sejarah-dan-perkembangan-katalis 12/27

pembuangan pada proses pembakaran adalah gas !C. as !C dapat

menyebabkan iritasi mata, batuk, rasa mengantuk dan bercak kulit.

edangkan gas N< dapat mengganggu sistem perna4asan dan merusak

paru8paru. N< uga dapat bereaksi dengan air membentuk huan asam

dan sangat berbahaya bagi lingkungan (!ardianto, -11=).

"atalis yang digunakan pada alat ini ialah logam8logam mulia,seperti Platinum (Pt), ?hodium (?h), dan Palladium (Pd). @ogam8logam

mulia tersebut mempunyai aktiAtas spesiAk yang tinggi sehingga

menghasilkan kon#ersi yang besar (hele4, &222). Palladium ber4ungsi

sebagai katalis reaksi oksidasi, rhodium digunakan sebagai katalis rekasi

reduksi dan platina dapat melakukan kedua reaksi tersebut (oksidasi dan

reduksi). @ogam lain yang terkadang digunakan alaupun secara terbatas

adalah cerium, besi, mangan, tembaga dan nikel. 5igunakan secara

terbatas karena memiliki produk sampingan yang uga cukup berbahaya.

Nikel dilarang di uni eropa karena reaksinya dengan C menghasilkan

nikel tetrakarbonil. edangkan tembaga dilarang di amerika utara karenamenghasilkan senyaa dioksin.

$da beberapa tahapan pada catalytic con#erter,

a) 9ahap aal dari proses yang teradi pada Catalytic Con#erter adalah

reaksi reduksi.Catalytic con#erter menggunakan platina dan rhodium sebagai

katalis logam pada reaksi reduksi. "etika gas N< (N atau N&)

masuk ke dalam catalytic con#erter, katalis logam akan

mengadsorpsi dan menyimpan atom Nitrogen dan membebaskan

oksigen dalam bentuk gas ksigen (&). $tom Nitrogen yang

tersimpan akan bereaksi dengan atom nitrogen lainnya yang

teradsorpsi pada katalis membentuk gas Nitrogen (N&). ?eaksi yang

teradia dalah sebagai berikut: 

&N(g) + N&(g) &(g) atau&N& (g) + N&(g) &&(g)

 

b) 9ahap kedua dari proses yang teradi pada Catalytic Con#erter

adalah reaksi oksidasi."atalis logam yang digunakan catalytic con#erter untuk

reaksi oksidasi adalah Platina atau Paladium. "atalis logam tersebut

membantu proses pengubahan emisi gas buang seperti gas "arbon

monoksida (C) dan sisa hidrokarbon menadi gas karbondioksida

(C&). ?eaksi yang teradi adalah sebagai berikut: 

& C(g) &(g) &C&  danC<!y(g) &(g) C& (g) !&(g)

 c) 9ahap ketiga adalah sistem kontrol yang mengaasi aliran gas

buang pada catalytic con#erter. In4ormasi yang didapatkan pada

sistem kontrol digunakan untuk mengatur perbandingan laualir udara terhadap bahan bakar yang masuk ke ruang

Page 13: Sejarah Dan Perkembangan Katalis

7/23/2019 Sejarah Dan Perkembangan Katalis

http://slidepdf.com/reader/full/sejarah-dan-perkembangan-katalis 13/27

pembakaran. istem kontrol memungkinkan catalytic con#erter

bekera sedekat mungkin dengan titik stoikiometri (0arrauto, -111) .

6ekanisme reaksi rektan (C, !C dan N<) pada permukaan katalis

mengikuti mekanisme tipe @angmuir8!inselood, di mana masing8masing

reaktan akanteradsorpsi pada permukaan katalis membentuk pusat akti4, kemudian ked

ua pusat akti4 bereaksi pada permukaan menghasilkan produk yang selan

utnya didesorpsi, sebagai contoh adalah reaksi C dan & pada

permukaan katalis Pt menghasilkan molekul C& seperti yang terlihat

padaambar di baah ini (rtl, &22=) .

 9ambar ). Aekanisme dsorpsi 4% pada &ermukaan ,atalis &t

-. Industri ,imia

Salah satu katalis heterogen yang paling terkenal yaitu katalis >eolit. ,atalis ini telah

 banyak digunakan dalam bidang industri kimia baik sebagai penukar ion" dan pemisahan gas.

0al ini dikarenakan katalis zeolit dapat mengkatalisa beberapa reaksi seperti crakcing"

isomerisasi dan sintesa hidrokarbon. &eran dan akti2itas zeolit dalam mengkatalisa sangatditentukan oleh jumlah dan situs asam yang terdapat pada permukaan. ,arena kekuatan asam

zeolit alam berada pada daerah yang lebar maka selekti2itas katalis menjadi rendah. $engan

demikian perlu dilakukan penyeragaman kekuatan asam katalis yang dapat dilakukan dengan

cara dealuminasi parsial.

,atalis zeolit dapat digunakan dengan beberapa metoda.Aetoda yang paling sering

digunakan untuk mendistribusikan logam i dalam zeolit dilakukan dengan cara impregnasi

dan ion eFchange. &ada metoda ion eFchange" cara memasukkan kation ke dalam kerangka

zeolit dilakukan melalui pertukaran antara kation alkali atau alkali tanah dengan larutan

garam logam prekursor. Bila ion eFchange berlangsung pada zeolit alam" maka dengan cara

menukarkan logam alkali atau alkali tanah dengan ion i)?  dan reaksi ini berlangsung pada

temperature 18(o

. Industri Ainyak 

Page 14: Sejarah Dan Perkembangan Katalis

7/23/2019 Sejarah Dan Perkembangan Katalis

http://slidepdf.com/reader/full/sejarah-dan-perkembangan-katalis 14/27

6inyak mentah  uga dapat diproses melalui metode cracking. 5alam

metode ini, senyaa hidrokarbon rantai panang diubah menadi senyaa

hidrokarbon rantai pendek dengan pemanasan untuk memutuskan ikatan

karbon8karbon.Hidrokarbon akan merengkah jika dipanaskan jika temperaturnya

melebihi 350-400 oC dengan atau tanpa bantuan katalis. Parafin adalah hidrokarbon yang

paling mudah merengkah, disusul dengan senyaa-senyaa naftena. !edangkan senyaa

aromatik sangat sukar merengkah. Proses perengkahan yang terjadi hanya karena

pemanasan dinamakan perengkahan termal "thermal #ra#king$. 'ntuk menghemat

penggunaan panas, maka digunakan katalis dan proses ini dinamakan

catalytic cracking. enyaa yang biasa digunakan sebagai katalis yaitu

%eolit (senyaa kompleks aluminosilikat) dan suhu reaksi adalah sekitar

322RC (lebih rendah daripada tidak menggunakan katalis). "arena

campuran menunukkan si4at seperti liquid (padahal campuran terdiri dari

senyaa gas dan padatan) maka dikenal sebagai fuid catalytic cracking.

?eaksi ini adalah contoh dari reaksi katalisis heterogen (katalis yang

memiliki perbedaan 4asa dengan reaktan). "etika reaksi telah selesai

dilakukan, produk akan dihasilkan dan dipisahkan dengan distilasi.

?eaksi yang teradi adalah :

 

Aekanisme 5

1. 4atalytic 4racking terjadi melalui pembentukan karbokation dari mokekul yang

 berlanjut pada penyerangan molkeul yang lain5

&embentukan karbokation baru dan pemutusan ikatan 44 dari molekul didasarkan pada

kestabilan hiperkonjugasi yang mungkin dalam molekul

,arbokation yang terbentuk bersi#at sangat reakti# dan dapat menyerang para#in atau na#ten

menghasilkan karbokation baru.

<40)40G40) ? -403340 -40334 ? <40)40)403

Page 15: Sejarah Dan Perkembangan Katalis

7/23/2019 Sejarah Dan Perkembangan Katalis

http://slidepdf.com/reader/full/sejarah-dan-perkembangan-katalis 15/27

Senyawa aromatik tersubtitusi alkil dapat bereaksi dalam beberapa mekanisme " salah satunya

 pemutusan rantai

2. romatik tersubstitusi alkil dapat menghasilkan karbokation dan senyawaaromatik 

. &erpindahan hidrogen -hidrogen shi#t dan perpindahan metil -methyl shi#t dari

karbokation dapat terjadi membentuk produk isomer .

!. $apat terjadi siklisasi pada hidrokarbon rantai panjang

". #ndustri polimer $olimerisasi %iegler-&atta merupakan metode sintetis polimer dengan monomer yang memiliki ikatan

rangkap, termasuk jenis polimerisasi adisi, metode ini sesuai dengan namanya, ditemukan oleh dua

ilmuawan yaitu %iegler dan &atta. $olimerisasi %iegler-&atta menggunakan sistem katalis dan ko-katalis

dalam reaksi polimerisasinya. 'atalis ini merupakan senyawa komplek dari golongan # ### dengan

halida dan turunan logam transisi golongan # ##.'atalis %iegler-&atta biasanya adalah senyawa *i+l sebagai ko-katalis yang digunakan adalah *i+l

dan l(+2")2+l atau *i+l! dengan l(+2"). eaksi antara katalis dan ko-katalis ini akan

menghasilkan suatu komplek yang selanjutnya akan bereaksi dengan molekul propilena. $ada proses

pengakhiran, polimerisasi %iegler-&atta dilakukan dengan menambahkan molekul idrogen akan

memutuskan pertumbuhan rantai polimer.

Polimer Komersial yang Dibuat dengan Katalis Ziegler–Natta

Sekurang-kurangnya ada 1/ polimer yang dibuat meng-gunakan katalis %iegler-

&atta, yaitu0

• Polietilena

• Polipropilena

•"opolimer etilena dan -8alkena

• Polibutena8-

• Polimetilpentena

• PolisiklooleAn

• Polibutadiena

• Poliisoprena

• Poli8al4a8oleAn amor4 ($P$)

• Poliasetilena.

Page 16: Sejarah Dan Perkembangan Katalis

7/23/2019 Sejarah Dan Perkembangan Katalis

http://slidepdf.com/reader/full/sejarah-dan-perkembangan-katalis 16/27

 sam sulfat merupakan bahan kimia yang banyak digunakan sebagai bahan baku dan bahan

penolong dalam berbagai industri, sehingga perkembangan pemakaiannya dapat merupakan

indikator bagi perkembangan perindustrian di suatu negara.

$embuatan 2S!dengan proses kontak

$ada tahun 11 seorang ahli kimia berkebangsaan #nggris, $hilips telah berhasil mensintesis

belerang menjadi 2S! sebagai katalis digunakan 2"eaksi yang terjadi 0

S(s) 3 2(g) 4 S2(g)

2 S2(g) 3 2(g) 4 2S(g) 5 6 - 7, '8

Sulfur trioksida diserap ke dalam 79-7: 2S! menjadi oleum (2S29), juga dikenal sebagai

asam sulfat berasap. leum kemudian diencerkan ke dalam air menjadi asam sulfat pekat.

2S! (l) 3 S(g) 4 2S29 (l)

2S29 (l) 3 2 (l) 4 2 2S! (l)

3. BiokatalisBiokatalis atau yang biasa disebut dengan enzim merupakan senyawa protein

 berukuran koloid. =nzim biasa dijumpai dalam sistem biokimia dan makhluk hidup. Setiap

enzim mempunyai suhu optimum -suhu operasi ketika akti2itasnya mencapai maksimum.

&eningkatan suhu di atas suhu optimumnya akan mengakibatkan kerusakan enzim -denaturasi

 protein.

=nzim atau biokatalis memiliki keunggulan si#at -akti2itas tinggi" selekti2itas dan

spesi#itas sehingga dapat dapat membantu prosesHproses kimia kompleks pada kondisi lunak 

dan ramah lingkungan. ,elemahannya antara lain sangat mahal" sering tidak stabil" mudah

terhambat" tidak dapat diperoleh kembali setelah dipakai. 4ontohnya5 enzimenzim dalam

sistem pencernaan tubuh manusia dan enzimenzim dalam tumbuhan. Salah satu Biokatalis

yang telah dilaporkan penggunaanya adalah =nzim lipase -Kriacylglycerol cllydrolases.

=nzim lipase atau enzim pemecah lemak dipakai dalam reaksi pembuatan biodiesel. =nzim itu

dapat mengatalisis" menghidrolisis" serta mensintesis bentuk ester dari gliserol dan asam

lemak rantai panjang seperti halnya minyak goreng dan jelantah.

 amun penulis membagi jenis enzim ini kedalam 6 golongan" yaitu 5

/. 0ksi"%re"'ktase adalah jenis enzim yang ber#ungsi pada reaksi <edoks -reaksi reduksi

dan

oksidasi

1. Trans+erase adalah jenis enzim yang mengatalisis reaksi pemindahan atau trans#er suatu

gugus dari suatu senyawa kepada senyawa lain.

-. Hi"r%!ase adalah jenis enzim yang ber#ungsi sebagai katalis pada reaksi hidrolisis

 berbagai ikatan" baik pemecahan ester" glikosida" peptide" dll.

. Liase adalah jenis enzim yang ber#ungsi sebagai katalis dalam reaksi pemutusan berbagai

ikatan kimiabaik melalui reaksi hidrolisisa maupun reaksi oksidasi

2. Is%&erase adalah jenis enzim yang ber#ungsi sebagai katalis pada reaksi perubahan

intramolekuler atau isomerisasi sebuah molekul tunggal.

3. Ligase adalah jenis enzim yang menjadi katalisator dalam reaksi penggabungan dua

molekul dengan ikatan ko2alen.

Page 17: Sejarah Dan Perkembangan Katalis

7/23/2019 Sejarah Dan Perkembangan Katalis

http://slidepdf.com/reader/full/sejarah-dan-perkembangan-katalis 17/27

&eranan dari enzim sangat banyak dalam kehidupan manusia terutama dalam tubuh

manusia.Biasanya nama enzim sangat spesi#ik karena dikaitkan dengan jenis substrat yang

diuraikan.&eranan dari enzim beserta golongan dan jenisnya dapat dilihat pada table dibawah

ini.

N% G%!%ngan

En4i&

Jenis En4i& Peranan En4i&

1 ,arbohidrase a. Selulose Aenguraikan selulosa

-polisakaridamenjadi selabiosa

-disakarida

 b. milase Aenguraikan amilum

-polisakaridamenjadi maltosa

-disakarida

c. &ektinase Aenguraikan pektin menjadiasam&ektin

d. Aaltose Aenguraikan maltosa

menjadi9lukosa

e. Sukrose Aengubah sukrosa menjadi

glukosadan #ruktosa

#. Paktose Aengubah laktosa menjadi

glukosadan galaktosa

) &rotease a. &epsin Aemecah protein menjadi

 pepton

 b. Kripsin Aenguraikan pepton menjadiasammino

c. =ntrokinase Aenguraikan pepton menjadi

asammino

d. &eptidase Aenguraikan peptida menjadi

asammino

e. <enin Aenguraikan kasein dan susu

#. gelatinase Aenguraikan gelatin

3 =sterase a. Pipase Aenguraikan lemak  

menjadigliserol dan asam lemak  b. Qostatase Aenguraikan suatu ester 

hinggaterlepas asam #os#ornya

A!ikasi Pengg'naan Bi%kata!is "i Bi"ang In"'stri

Page 18: Sejarah Dan Perkembangan Katalis

7/23/2019 Sejarah Dan Perkembangan Katalis

http://slidepdf.com/reader/full/sejarah-dan-perkembangan-katalis 18/27

/. In"'stri R%ti

,atalis yang digunakan dalam pembuatan roti adalah enzim zimase yang

merupakan biokatalis. &enambahan zimase dilakukan pada proses peragian atau

 pengembangan roti. <agi ditambahkan ke dalam adonan sehingga glukosa dalam

adonan terurai menjadi etil alkohol dan karbon dioksida. &enguraian ini

 berlangsung dengan bantuan enzim zimase yang dihasilkan ragi.

&ada proses ini" 4%)  ber#ungsi mengembangkan adonan roti. Banyaknya

rongga kezil yang terdapat pada roti merupakan bukti terjadinya gelembung 4% )

saat peragian.

K0MP0NEN$K0MP0NEN KATALIS

,atalis dibentuk dari komponenkomponen yang dapat menunjang si#at katalis yang

diharapkan" seperti akti#" selekti#" panjang usia -stabil terhadap gangguan #isika" kimia"

termal" dan mekanik" dan murah.

,husus untuk katalis heterogen" pada kondisi tertentu dibutuhkan si#atsi#at lain

seperti5 kondukti2itas termal yang tinggi serta kemampuan menghasilkan distribusi aliran

yang merata dan pressure drop yang rendah di sepanjang unggun -bed. Cntuk memenuhi

si#atsi#at tersebut di atas" pada umumnya katalis padat dibentuk dari tiga komponen utama

sebagai berikut 5

/. K%&%nen 5ata' +asa6 akti+

&ada katalis" #asa akti# adalah pengemban #ungsi utama katalis yang bertanggung

 jawab terhadap prinsip jalannya reaksi" yaitu mempercepat dan mengarahkan reaksi.

&emilihan komponen akti# adalah langkah pertama yang harus dilakukan dalam

 perancangan suatu katalis. Qasa akti# yang banyak digunakan pada umumnya berupa

metal" oksida logam" maupun sul#ida metal. ,adangkadang material ini digunakan

secara luas pada permukaan sebuah penyangga dan presentasi metal sebagai #asa akti# 

tersebut mungkin saja hanya sekitar 1O. &engelompokan #asa akti# katalis disajikan

dalam tabel berikut5

Page 19: Sejarah Dan Perkembangan Katalis

7/23/2019 Sejarah Dan Perkembangan Katalis

http://slidepdf.com/reader/full/sejarah-dan-perkembangan-katalis 19/27

1. Pen7angga 5s'%rt ata' ,arrier6

&enyangga katalis memiliki berbagai #ungsi. amun #ungsi utama dari penyangga

adalah untuk menyediakan luas permukaan yang besar bagi inti akti#. 4ontohnya adalah

 platina yang merupakan katalis logam pada berbagai proses katalisis akan memiliki

akti2itas yang tinggi apabila luas permukaan platinumnya ditingkatkan dengan bahan

 penyangga.

Qungsi lain dari penyangga adalah sebagai permukaan yang stabil dimana inti

akti# terdispersi sedemikian rupa sehingga  sintering   -penggumpalan/ pertumbuhan

kristal dapat dikurangi. $engan demikian penyangga harus tahan terhadap pertumbuhan

kristal dikarenakan panas" yang artunya harus memiliki titik lebur yang tinggi atau

minimal lebih tinggi daripada titik lebur inti akti#. Senyawa oksida yang memiliki titik 

lebur tinggi sehingga biasa digunakan sebagai penyangga diperlihatkan pada tabel

 berikut5

Support 

Dl)%3

Si%)

,arbon kti# Kanah Piat $iatom

Si%) l%3

&enyangga yang baik memiliki porositas" si#atsi#at mekanik" kestabilan" akti2itas

#ungsional ganda" dan modi#ikasi komponen akti# yang tinggi.

Pr%&%t%r

Page 20: Sejarah Dan Perkembangan Katalis

7/23/2019 Sejarah Dan Perkembangan Katalis

http://slidepdf.com/reader/full/sejarah-dan-perkembangan-katalis 20/27

&ada kebanyakan industri" katalis yang digunakan mengandung promotor dan

umumnya berupa promotor kimia. &romotor kimia digunakan dalm jumlah kecil dan

 promotor tersebut mempengaruhi kimia permukaan. Qungsi promotor dapat

meningkatkan akti2itas" selekti2itas" dan kestabilan katalis. &romotor yang digunakan

dalam jumlah yang relati# sedikit pada katalis. Bahan yang digunkan sebagai promotor diantaranya 4a% dan , )%. Selain itu" #ungsi promotor pada komponen akti# ialah

sebagai elektronik" mor#ologi" poisoning. Sedangkan" #ungsi pada penyangga ialah

struktural" inhibisi akti2itas" promosi akti2itas.

PEMBUATAN KATALIS

 9uuan utama dari suatu metode preparasi adalah untuk mendistribusikan

4asa akti4 (metal) dengan cara yang paling e4esien (misalnya dalam bentuk

terdispersi, yaitu untuk memperoleh luas permukaan spesiAk yang besar dan uga akti#itas maksumumum persatuan berat dari senyaa akti4) pada

permukaan padatan penyangga. ecara garis besar pembuatan katalis yang

biasa digunakan:

-. Proses pembuatan katalis dengan impregnasiImpregnasi merupakan metode deposisi yang paling sederhana dan

simpel dilakukan dengan cara perendaman. 9uuannya adalah untuk

memenuhi pori dengan konsentrasi yang cukup untuk memberikan loading

yang tepat. @arutan dibuat dalam umlah yang cukup untuk mengisi pori

dan hasrus didasarkan pada perhitungan #olume pori pada preparasi

oksida tunggal, hanya saa larutan garam logam tidak mengalami

perlakuan pemanasan. Partikel penyangga dimasukkan dalam larutan

garam logam dan setelah larutan mengisi pori penyangga, dilakukan

pengeringan dan kalsinasi. $pabila loading yang dikehendaki belum

terpenuhi, maka dilakukan perendaman penyangga lagi untuk pengisian

pori kembali sampai loading terpenuhi. 5engan demikian, metode ini

memberikan loading sebesar #olume pori yang tersedia.6enurut teknik pembuatannya, preparasi katalis dengan metode

impregnasi dibagi menadi dua, yaitu:a) Impregnasi Basah

Pada metode ini penyangga dibasahi dengan seumlahlarutan yang mengandung senyaa logam yang sesuai dengan

#olume pori8pori penyangga. etelah itu, dikeringkan. "euntungan

cara ini adalah proses pembuatannya sederhana, murah, dan

pemuatan logam dapat dilakukan berulang kali. edangkan

kelemahannya adalah umlah logam yang terimpregnasi sangat

tergantung pada kelarutan senyaa logam tersebut.

b) Impregnasi ?endamPada metode ini penyangga dicelupkan dalam suatu larutan

senyaa logam. @arutan diaduk selama beberapa aktu tertentu,

disaring dan hasilnya dikeringkan. edangkan cairan induknya

dapat diman4aatkan kembali. Cara ini sering digunakan pada enis

Page 21: Sejarah Dan Perkembangan Katalis

7/23/2019 Sejarah Dan Perkembangan Katalis

http://slidepdf.com/reader/full/sejarah-dan-perkembangan-katalis 21/27

prekursor yang berinteraksi dengan penyangga. ecara industri,

proses ini lebih mahal karena produkti#itas tendah dan sistem daur

ulang cairan induknya cukup rumit.

&. Proses pembuatan katalis dengan presipitasiecara umum prosedur presitisipasi adalah mengontakkan larutan

garam logam dengan larutan alkali, ammonium hidroksida, atau natrium

karbonat untuk mengendapkan logam hidroksida atau logam karbonat.

5asar pemilihan senyaa yang akan digunakan dalam metode presiptitasi

berdasarkan pada kemudahan perolehannya dan si4at kelarutannya dalam

air. Berikut ini tahap pembuatan katalis dengan metode presipitasi:

Page 22: Sejarah Dan Perkembangan Katalis

7/23/2019 Sejarah Dan Perkembangan Katalis

http://slidepdf.com/reader/full/sejarah-dan-perkembangan-katalis 22/27

*. Proses pembuatan katalis dengan adsorpsiPenyangga yang berada pada larutan garam logam akan

mengadsorpsi seumlah ion garam dan mengalami kesetimbangan

mengikuti aturan adsorpsi isotermis. $dsorpsi merupakan metode

merupakan metode yang dipilih untuk mendeposisikan inti akti4.

E. Proses pembuatan katalis dengan pertukaran ionPertukaran ion pada preparasi katalis sangat serupa dengan

adsorpsi, akan tetapi masuknya inti akti4 melibatkan teradinya pertukaran

ion antara inti akti4 dengan ion yang telah berikatan kimia di permukaan

katalis. Pertukaran ion selain bertuuan untuk memasukkan inti akti4 uga

berguna dalam menghilangkan senyaa berbahaya dan dapat uga

menambah promoter. "arena pertukaran ion hanay dapat teradi antara

inti akti4 yang dimasukkan dengan ion yang terikat secara kimia oleh

katalis, maka loading yang dicapai sangat kecil tergantung dengan umlah

ion yang dapat dipertukarkan yang biasanya kurang dari -F dari berat

katalis.

DEAKTI#ASI KATALIS

Seiring dengan berlangsungnya proses" katalis dapat mengalami perubahan si#at kimia

dan #isika secara re2ersibel maupun ire2ersibel yang mengarah kepada terjadinya penurunan

-atau kehilangan akti2itasnya. Semua katalis akan mengalami penurunan -atau kehilangan

akti2itasnya sepanjang waktu penggunaan -time on stream" K%S. &eristiwa inilah yang

dinamakan deakti2asi. $eakti2asi re2ersibel bersi#at sementara" sehingga katalis dapat

Page 23: Sejarah Dan Perkembangan Katalis

7/23/2019 Sejarah Dan Perkembangan Katalis

http://slidepdf.com/reader/full/sejarah-dan-perkembangan-katalis 23/27

diakti#kan kembali dan diregenerasi7 sedangkan deakti2asi ire2ersibel bersi#at permanen"

sehingga harus dilakukan penggantian katalis baru.

&roses deakti2asi dapat berlangsung5 sangat cepat" seperti pada kataliskatalis perengkahan

-cracking hidrokarbon" atau sangat lambat" seperti pada katalis besi promoted untuk reaksi

sintesis amonia" yang dapat digunakan selama beberapa tahun tanpa kehilangan akti2itas

secara berarti -signi#ikan.

$eakti2asi katalis dapat mempengaruhi kinerja reaktor. &enurunan jumlah active sites katalis

dapat menurunkan akti2itas katalitiknya. ,atalis yang telah terdeakti2asi harus diregenerasi

atau bahkan diganti secara periodik. $engan mengetahui halhal yang dapat menyebabkan

deakti2asi" bagaimana deakti2asi dapat mempengaruhi per#orma katalis" bagaimana

mencegah terjadinya deakti2asi" serta bagaimana meregenerasi katalis yang telah

terdeakti2asi" maka persoalan deakti2asi ini dapat diminimasi.

da 3 macam penyebab deakti2asisecara garis besar" yakni5

1. Qouling -pengerakan"

). &oisoning -peracunan" dan

3. Sintering.

A. F0ULING 5PENGERAKAN6

$eakti2asi katalis akibat pengerakan pada umumnya berlangsung cepat.

&engerakan terjadi jika ada zatzat dalam reaktor -bisa reaktan" produk" atau

intermediet terdeposit di atas permukaan katalis dan menutup poripori -atau acti2e

sites katalis secara #isik. ,arbon -coke/kokas merupakan bentuk kerak yang paling

umum" dan proses pembentukannya dinamakan coking. Aisalnya" pembentukan

coke-4 pada reaksi perengkahan hidrokarbon dengan katalis silikaalumina5

41(0)) D401)? 4*01(? 4-s

Bentuk coke yang terbentuk bergantung kepada jenis katalis" suhu" dan tekanan

 parsial senyawasenyawa karbonnya. Beberapa hal yang dapat dilakukan untuk 

meminimasi coking5

mengoperasikan reaktor dengan waktu tinggal yang singkat

menambahkan hidrogen ke dalam aliranproses" untuk mengkon2ersi karbon

-#ase gas menjadi metana meminimasi suhu upstreamdari unggun -bed katalis" karena karbon -#ase gas

kurang mudah terbentuk pada suhu rendah.

B. P0IS0NING 5PERACUNAN6

$eakti2asi katalis akibat peracunan pada umumnya berlangsung lambat.

&eracunan disebabkan oleh adsorpsi kimia -chemisorption zatzat dalam aliran

 proses. >atzat ini kemudian menutup atau memodi#ikasi acti2e sites pada katalis.

<acun dapat menyebabkan perubahan mor#ologi permukaan katalis" baik melalui

rekonstruksi permukaan maupun relaksasi permukaan atau memodi#ikasi ikatan antara

katalis logam dengan supportnya. >at yang bisa menjadi racun pada umumnya adalah

Page 24: Sejarah Dan Perkembangan Katalis

7/23/2019 Sejarah Dan Perkembangan Katalis

http://slidepdf.com/reader/full/sejarah-dan-perkembangan-katalis 24/27

 pengotor -impurity dalam aliran umpan" namun produk dari reaksi yang diinginkan

 pun bisa berperan sebagai racun. da 3 jenis utama racun" yaitu5

1. Aolekulmolekul dengan heteroatom yang reakti# -misal5 sul#ur

). Aolekulmolekul dengan ikatan kompleks antar atom -misal5 hidrokarbon tak 

 jenuh

3. Senyawasenyawa logam atau ionion logam -misal5 0g" &d" Bi" Sn" 4u" Qe

Koksisitas sebuah racun & ditentukan oleh besarnyaperubahan entalpi adsorpsi

racun & dan perubahan energi bebas proses adsorpsi" yang menentukan besarnya

konstanta kesetimbangan adsorpsi kimia oleh racun & -,&.Qraksi permukaan katalis

yang tertutupi oleh racun & yang teradsorp secara re2ersibel -T& dapat dihitung

menggunakan isoterm adsorpsi Pangmuir5

dengan5

, E konstanta kesetimbangan adsorpsi reaktan

,& E konstanta kesetimbangan adsorpsi racun &

 p E tekanan parsial reaktan

 p& E tekanan parsial racun &

kti2itas katalis yang tersisasebanding dengan #raksi permukaan katalis yang tidak 

tertutupi oleh racun -yaitu sebesar 1T&. Ikatan antara racun dengan katalis-atau

supportkatalis dapat berlangsung lemah atau kuat. +ika ikatannya kuat" peracunan

akan mengakibatkan terjadinya deakti2asi yang ire2ersibel. amun jika ikatannya

sangat lemah" deakti2asi katalis yang teramati dapat dibalikkan dengan cara

mengeliminasi -menghilangkan pengotor -racun dari aliran umpan.

<acun katalis dapat dihilangkan dengan cara5

&emisahan secara #isik" atau

Kreatmentkimia" untuk mengkon2ersi zat racun menjadi senyawasenyawa yang

nontoksik" yaitu dengan oksidasi -untuk jenis racun 1 dan hidrogenasi -untuk

 jenis racun ).

+ika produk reaksi dapat berperan sebagai racun"maka reaktor harus dioperasikan

 pada tingkat kon2ersi yang rendah" dan/atau memisahkan produk tersebut secara

selekti# pada tahap intermediet -untuk jenis reaktor multitahap.

C. SINTERING

$eakti2asi katalis akibatsinteringdisebabkan olehpertumbuhan atau

aglomerasi kristal yang akan mengubah struktur kimia katalis atau supportnya.

Structural rearrangementyang teramati selama sintering mengakibatkan penurunan

Page 25: Sejarah Dan Perkembangan Katalis

7/23/2019 Sejarah Dan Perkembangan Katalis

http://slidepdf.com/reader/full/sejarah-dan-perkembangan-katalis 25/27

luas permukaan katalis" dan karenanya mengakibatkan penurunan banyaknya acti2e

sites katalis secara ire2ersibel.

&ada umumnya sinteringberlangsung jikasuhu lokal katalis melampaui

sepertiga hingga setengah dari suhu leleh -meltingpoint" Kmnya. Batas atas suhu

-yaitu J Km diterapkan pada kondisi !kering!" sedangkan batas bawah suhu -yaitu1/3 Km diterapkan jika ada steam/kukus/uap dalam aliran proses. 0al ini dikarenakan

steam memudahkan terjadinya reorganisasi beberapa logam" alumina" dan silika.

Berikut adalah da#tar beberapa katalis logam dengan suhu sinteringnya.

Cntuk mencegah terjadinya sintering -dan/atau proses aglomerasi kristal"

katalis biasanya dimodi#ikasi melalui penambahan komponen stabilizer yang

mempunyai titikleleh tinggi. Beberapa contoh5

• 4hromia" alumina" dan magnesia -yang mempunyai titik leleh tinggi sering kali

ditambahkan sebagai stabilizerpada katalis logam.

• Sintering platinum dapat dicegah dengan menambahkan sejumlah kecil senyawa

senyawa terklorinasi ke dalam aliran gas. $alam hal ini" klorin berperan

meningkatkan energi akti2asi proses sintering" sehingga kecepatan

sinteringmenjadi turun.

KECEPATAN DEAKTI#ASI KATALIS

kti2itas katalis setiap saat -a dapat dide#inisikan sebagai5

,eterangan5

kU E konstanta kecepatan reaksi

4 E konsentrasi reaktan n E orde reaksi -terhadap konsentrasi reaktan

Page 26: Sejarah Dan Perkembangan Katalis

7/23/2019 Sejarah Dan Perkembangan Katalis

http://slidepdf.com/reader/full/sejarah-dan-perkembangan-katalis 26/27

kd E konstanta kecepatan deakti2asi

4i E konsentrasi racun -penyebab deakti2asi

m E orde reaksi -terhadap konsentrasi racun

d E orde deakti2asi

Ke,eatan "eaktivasi 'nt'k )e)eraa 8enis "eaktivasi )er"asarkan &ekanis&en7a5

. $eakti2asi paralel" yaitu jika salah satu produk yang terbentuk dari sistem reaksi

 paralel -competiti2e berperan sebagai racun katalis -&

DB ? &atau5 DB dan D &

,ecepatan deakti2asinya5

B. $eakti2asi seri" yaitu jika salah satu produk yang terbentuk dari sistem reaksi

seriberperan sebagai racun katalis -&

D B D &

,ecepatan deakti2asinya5

4. $eakti2asi samping -side by side" yaitu jika salah satu produk yang terbentuk darisistem reaksi paralel -noncompetiti2e atau side by sideberperan sebagai racun

katalis-&

DB dan 4 D &

,ecepatan deakti2asinya5

$. $eakti2asi independent" yaitu jika deakti2asi bukan disebabkan oleh racun melainkan

oleh suhu atau tekanan tinggi. $eakti2asi ini mengakibatkan katalis mengalami perubahan struktur atau perubahan komposisi kimiawinya.

,ecepatan deakti2asinya5

REGENERASI KATALIS

Page 27: Sejarah Dan Perkembangan Katalis

7/23/2019 Sejarah Dan Perkembangan Katalis

http://slidepdf.com/reader/full/sejarah-dan-perkembangan-katalis 27/27

kti2itas katalis yang telah terdeakti2asi dapat dipulihkan kembali" secara parsial

maupun sempurna" melalui treatment kimia. &roses regenerasi yang berlangsung lambat

dapat disebabkan oleh meningkatnya batasan termodinamika atau tahanan di#usi akibat

menutupnya poripori katalis. &eningkatan tahanan di#usi ini akan menurunkan e##ecti2eness

#actorkatalis. Aeskipun kecepatan desorpsi pada umumnya meningkat pada suhu tinggi"namun pengontakan katalis dengan aliran gas bersuhu tinggi untuk jangka waktu lama dapat

memicu terjadinya sintering dan hilangnya akti2itas katalis secara ire2ersibel. $eakti2asi

katalis karena peracunan dan pengerakan akan berlangsung ire2ersibel" jika zatzat penyebab

deakti2asi tersebut tidak dapat digasi#ikasi pada suhu di bawah suhu sinteringnya.

4ontohcontoh kasus regenerasi katalis5

1. Cntuk katalis yang teracuni oleh sul#ur" ikatan logamsul#ur biasanya diputuskan

dengan menambahkan steam. 4ontohnya" pada katalis logam nikel5

 iS ? 0)% Di% ? 0)S V -i

0)S ? ) 0)% GS%)? 3 0)V -ii

,esetimbangan reaksi -ii yang menggeser 0)S dicapai pada suhu yang sangat

tinggi -((o4. rtinya" sintering katalis menjadi persoalan -karena suhu

sinteringi W((o4. Selain itu" S%) biasanya merupakan racun untuk beberapa

katalis. +ika sinteringatau peracunan oleh S%)  menghalangi treatmentregenerasi

dengan steam" maka sul#ur yang terdeposit pada katalis i biasanya dipisahkan

dengan cara melewatkan aliran gas yang bebassul#ur pada katalis" pada suhu

sedang" selama periode waktu tertentu.

). <egenerasi katalis yang terdeakti2asi oleh cokebiasanya dilakukan dengan proses

gasi#ikasi menggunakan oksigen" steam" hidrogen" atau karbon dioksida5

4 ? %) D4%)............. -iii

4 ? 0)% D4% ? 0)... -i2

4 ? ) 0) D40*........... -2

4 ? 4%) D) 4% ........ -2i

<eaksi -iii berlangsung sangat eksotermik sehingga dapat menghasilkan suhu

lokal yang tinggi di dalam katalis. %leh karena itu" suhu harus benarbenar 

dikontrol untuk mencegah terjadinya sintering.

Cnsurunsur transisi beserta senyawanya banyak digunakan sebagai katalis" misalnya5 &t" i"

Qe" 0gS%*" X)%" dan An%).