SINTESIS AEROGEL

Oleh Gerard M. Pajonk

Konten:

Abstrak

1. Pengantar

2. Prinsip-prinsip Proses Aerogel

2.1. Tahap solution-to-sol-gel

2.2. Tahap pengeringan pada superkritis

2.3. Beberapa keunggulan sintesis aero(gel)

3. Beberapa contoh sintesis aerogel katalitik

4. Konklusi

Abstrak

Aerogel adalah material padatan ultra-pori yang memperlihatkan volume pori yang besar

(porositas 90%), surface area yang tinggi (ratusan m2/g) dan densitas bulk yang rendah.

Material ini dapat dipreparasi sebagai powder, bongkahan (chunk), lapis tipis (thin film) atau

monolith dengan ukuran puluhan cm2, opaque (buram/tak tembus cahaya), translucent

(tembus cahaya) atau transparan terhadap sinar. Selain densitas bulk yang rendah, serbuk

aerogel juga dapat di fluidisasi. Materi ini diperoleh melalui kombinasi kimia sol-gel dan

pengeringan lebih lanjut pada kondisi superkritis terhadap fasa liquid yang mengisi

porositasnya. Ketika proses superkritis temperatur tinggi diterapkan (dengan alkohol,

aseton dll), katalis bersifat hidrofobik dan dengan metode superkritis temperatur rendah

(dengan CO2) atau saat dikeringkan dalam bentuk ambigel, katalis bersifat hidrofilik.

Namun pada semua kasus, katalis2 ini dapat dibuat hidrofilik atau hidrofobik sesuai

keinginan dalam sebuah proses reversibel dengan metode kogelasi (cogelation) atau

derivatisasi melalui intervensi perlakuan termal untuk kogelasi dan reaktan hidrofobik untuk

derivatisasi. Aerogel adalah tipikal material nano. Dengan semua karakteristiknya padatan

aerogel adalah kandidat yang sangat menarik untuk aplikasi heterogen.

1. Pengantar

Pakar katalisis heterogen selalu ingin memperbaiki kapasitas mereka dalam

mempreparasi katalis padat yang lebih efisien dengan memodifikasi yang sudah ada atau

dengan mengembangkan sintesis yang baru menggunakan reaktan yang sudah ada

(termasuk beberapa yang mengalami perubahan dalam reaktor katalitik dengan mengubah

sifat umpan). Pada saat ini, sangat jelas bahwa katalis harus dapat berkontribusi terhadap

proteksi lingkungan (mengurangi polusi pada semua level, pemurnian reaktan dan produk

dari proses katalitik, preparasi katalis itu sendiri) dan juga terhadap pengembangan bentuk

baru dari energi. Untuk tujuan pertama, katalis lama atau umpan reaktor harus diganti

dengan yang baru, yang lebih bersih yang mampu mencapai selektifitas lebih besar secara

khusus (tidak ada produk samping) kondisi energetik lebih rendah (temperatur reaksi yang

mudah). Untuk tujuan kedua, proses-proses yang benar-benar baru harus dikembangkan

seperti fuel cell, katalis pembakaran gas, katalis gas turbin dan reformer gas alam yang

lebih baik untuk mendapatkan dihidrogen.

Aerogel telah secara sukses diuji untuk banyak aplikasi : hidrogenasi, dehidrogenasi,

isomerisasi, pembentukan (reforming), katalis konverter 3-jalur, oksidasi selektif,

pengurangan Nox, hidrogenasi CO atau CO2, degradasi VOC, reaksi aerogel-enkapsulasi

enzim, reaksi esterifikasi alkohol dan epoksidasi molekul olefin setidaknya pada skala lab.

Telah dipahami bahwa metode aerogel melibatkan kondisi umum dengan temperatur

tidak lebih dari (pada kebanyakan kasus) 80oC, tekanan ambient dan energi rendah. Sekali

gel terbentuk, kita bisa memilih beberapa kondisi pengeringan untuk memperoleh padatan:

evaporasi sederhana fasa liquid akan memicu pembentukan xerogels, evakuasi pada

kondisi superkritis dari fasa liquid pada temperatur dan tekanan rendah (ambient) atau

temperatur dan tekanan tinggi (pada 250oC dan 100 bar) keduanya akan memberikan

aerogels. Metode baru yang memberikan padatan mirip aerogel telah dikembangkan sejak

1990an. Metode ini terdiri dari pengeringan gel basah pada tekanan ambient dengan

evaporasi setelah penukaran (exchange) fluida pori dengan liquid untuk memberikan

koefisien surface tension yang rendah (misalnya sikloheksan), agar dapat meminimalkan

pori yang kolaps akibat adanya capillary gradient dari tekanan didalam pori-pori.

Metode lainnya adalah dengan menutup gugus hidroksil dipermukaan dari pori

padatan dengan molekul non-polar seperti trimetilklorosilan (silasi) untuk kasus silika, dan

me-recovery porositas melalui efek springback setelah proses evaporasi. Pada kedua

kasus diatas padatan yang dihasilkan disebut ambigel. Secara umum ambigel dianggap

tidak mencapai highly developed solid seperti pada aerogel berdasarkan sudut pandang

tekstural, namun ambigel lebih dekat dengan aerogel dibandingkan xerogel. Kita juga bisa

mengeringkan gel menggunakan freeze-drying yang akan memberikan cryogels, yang

memperlihatkan sifat tekstural mirip aerogel namun tidak bisa diperoleh dalam bentuk film

atau monolith sepanjang pengetahun penulis (i.e. Pajonk). Keunggulan utama dari sintesis

cryogel atas aerogel adalah tidak dibutuhkan wadah (vessel) bertekanan tinggi.

2. Prinsip-prinsip Proses Aerogels

Aerogel silika dan (dalam skala lebih kecil) alumina akan dibahas detail karena

sebagian besar aerogel katalitik adalah komposit berbasis silika atau alumina. Seperti telah

disebutkan di abstrak, sintesis aerogel terdiri dari proses dua tahap: Pertama preparasi

solution-to-sol-to-gel dan kedua gel ini dikeringkan secara superkritis dalam autoclave.

2.1. Tahap Solution-to-sol-to-gel

Reaksi utamanya adalah kondensasi sol dari prekursor gel berupa dispersi partikel

koloidal, memiliki dimensi antara 1 dan 1000 nm (bukan larutan sejati) menjadi gel. Suatu

gel dapat dilihat sebagai makromolekul (atau polimer) dengan volume yang ekual dengan

campuran liquid yang membentuknya seperti ditunjukkan pada gambar 3.1. Gel nampak

sebagai fasa tunggal bagian dari material padatan semi-elastik. Faktanya gel adalah

padatan dua fasa yang dibuat dari fasa liquid yang dikarakterisasi dengan koefisien surface

tension bukan-nol dan yang awal mulanya dari pembentukan meniskus konkaf dalam pori

antara fasa liquid dan uap. Semakin tinggi koefisien surface tension, semakin besar gaya

kapilaritas. Gaya kapiler terkait diberikan oleh persamaan Laplace dan gaya ini

menghasilkan tekanan mencapai 100 ton/cm pada dinding pori selama proses

pengosongan. Sehingga evaporasi sederhana tidak dapat mempertahankan porositas yang

dibangun didalam gel saat masih basah. Beberapa koefisien surface tension diberikan

pada Tabel 3.1.

Gambar 3.1. Proses sol-gel

Umumnya gel diperoleh melalui tahapan hidrolisis yang diikuti oleh reaksi

kondensasi, seperti pada kasus silika dan sebagian besar aerogel katalitik yang diteliti.

Destabilisasi sol menjadi gel yang utamanya terjadi melalui modifikasi pH dispersi (lihat

teori DLVO) juga bisa dilakukan. Kondisi pertama yang paling banyak dijumpai akan

diuraikan berikut. Secara umum suatu alkoksida dalam larutan dalam pelarut organik

dihidrolisis dengan ada (atau tiada) katalis menurut reaksi 3.1 :

-M – OR (molekul prekursor) + H2O -M – OH + ROH 3.1.

Dimana alkoksida bisa berupa (SiOCH3)4 (tetrametoksisilan). Persamaan 3.2. dan 3.3.

memperlihatan reaksi kondensasi:

-M – OH + -M – OH - M – O – M + H2O 3.2.

-M – OH + -M – OX -M – O – M + X-OH 3.3.

Dimana X bisa berupa H atau gugus alkil.

Secara gamblang reaksi hidrolisis/kondensasi termasuk substitusi nukleofilik (olasi,

oksolasi). Umumnya laju hidrolisis dan kondensasi berbeda, tergantung pada pH medium.

Saat medium bersifat asam, terbentuk polimer-like gel, sementara saat suasana basa

terbentuk gel koloidal. Molekul prekursor bisa organik maupun anorganik.

Berdasarkan model muatan parsial, prekursor silikon organik tidak terlalu reaktif dan

reaksi harus dikatalisis dengan suatu asam atau basa atau bahkan keduanya pada proses

gelasi dua-tahap: Pertama, asam ditambahkan untuk mendorong peristiwa hidrolisis dan

kemudian basa ditambahkan untuk mendorong reaksi kondensasi. Disisi lain prekursor

alumina organik (muatan parsial tinggi) seperti Al-sec-butilat, memiliki keunggulan untuk

membentuk molekul kelat seperti kompleks logam -diketon (asetilasetonat atau acac,

etilasetoasetat atau etac) agar dapat mengontrol laju gelasi. Sehingga ketika dua atau lebih

prekursor dengan hidrolisis kimia dan reaktifitas kondensasi yang berbeda digunakan pada

tahap kogelasi, kita bisa menggunakan dengan laju relatif reaksi untuk menghasilkan

padatan katalis komposit akhir. Air telah digunakan untuk menjalankan reaksi hidrolisis, ini

akan mendefinisikan rasio molar air/prekursor h disebut juga parameter hidrolisis, sehingga

dengan alkoksida logam M(OR)m ada tiga kemungkinan yang terjadi:

1. h < 1 : tidak ada reaksi gelasi ataupun presipitasi yang terjadi

2. 1 < h < m : dapat terbentuk gel polimerik

3. h > m : dapat membentuk gel partikulat, gel cross-linked polimer atau presipitasi

Laju penambahan air juga dapat memberikan pengaruh pada kualitas gel. Saat baik laju

hidrolisis maupun kondensasi lambat, terbentuk sol, saat keduanya berlangsung cepat

maka akan terbentuk gel koloidal atau presipitat mirip gelatin. Gel polimerik terbentuk saat

laju hidrolisis lebih cepat dari laju kondensasi, dan dalam situasi sebaliknya didapat

presipitasi terkontrol. Gel bisa diperam (aged) secara in situ dan dicuci sebelum

dikeringkan seperti ditunjukkan pada gambar 3.2.

Banyak sekali keuntungan secara prinsip dari pembentukan gel. Ia akan

memberikan pencampuran prekursor yang benar-benar homogen pada level molekuler, ia

melibatkan energi biaya-rendah dan secara kimia ramah lingkungan (soft chemistry), ia

memungkinkan pencampuran molekuler pada semua proporsi dan tentu saja ia juga dapat

mengembangkan padatan nano-kima.

Perlu untuk diperhatikan bahwa parameter lainnya juga penting dalam sintesis gel

(a) sifat kimia prekursor, (b) sifat solven atau medium pendispersi, polar atau tidak, aprotik

atau tidak (c) sifat kimia dari katalis yang digunakan dalam sintesis, (d) aplikasi tahap

pemeraman (aging) atau tidak, (e) proses pencampuran: secara mekanis atau ultrasonik

(metoda tanpa-solven dimungkinkan untuk misalnya sonogel), (f) penggunaan aditif kimia

pengatur pengeringan (DCCA) dan (g) pH dari medium.

Gambar 3.2. Flowchart sol-gel dan pengeringan. Tahap aging dan pencucian bersifat opsional

2.2. Tahap Pengeringan pada Superkritis

Untuk menghindari berkembangnya tekanan-tekanan dari capillary gradient yang

dapat menyebabkan kolapsnya porositas (dan kemudian surface area) padatan yang telah

dikeringkan, proses operasi harus dilakukan sedemikian sehingga surface tension fasa

liquid menjadi nol. Situasi ini dapat dengan mudah diciptakan dengan mengeringkan gel

basah diatas temperatur dan tekanan kritis (Tc dan pc) liquid (atau pada temperatur dan

tekanan superkritis) hal ini dikarenakan saat liquid mencapai (atau melampaui) temperatur

kritisnya, surface tension akan tiada (vanish). Parameter kritis adalah fungsi dari sifat

kimiawi liquid, tabel 3.2 memberikan beberapa nilai untuk liquid yang umum dipakai.

Hidrogel tidak akan pernah bisa dikeringkan secara superkritis terhadap air karena

konstanta kritisnya demikian tinggi sehingga semua gel akan membentuk koloid (peptized)

dan mengalami rekristalisasi menghasilkan sifat tekstural yang rendah. Konsekuensinya

sebelum ekstraksi superkritis aqua basah/wet (atau hidro-)gel, air harus ditukar dengan

medium liquid yang lebih “gentle”. Hal ini menjadi alasan mengapa medium organik

umumnya digunakan dalam tahap sol-gel untuk menghasilkan orgagel, lebih khusus

alkogel jika alkohol digunakan sebagai medium atau asetogel jika aseton yang dipilih.

Penggunaan autoclave sangat penting karena selama pemanasan gel, campuran akan

secara terus menerus diliputi oleh liquid hingga kondisi kritis tercapai, kemudian mengalami

perubahan dalam fasa fluida tanpa adanya interface liquid-vapor. Pada temperatur kritis

terbentuk gas yang memiliki densitas yang sama dengan liquid.

Gambar 3.3. adalah diagram eksperimen superkritis dengan CH3OH dan gambar 3.4

menunjukkan autoclave. Secara prakteknya, gel ditempatkan dalam autoclave dengan

sejumlah liquid dan dibilas (flush) dengan aliran nitrogen untuk mengeluarkan semua sisa-

sisa air yang ada diudara dalam autoclave, kemudian autoclave ditutup lalu dipanaskan

pada temperatur superkritis yang telah ditentukan, umumnya 10oC lebih tinggi dari Tc yang

dipilih.

Gambar 3.3. diagram temperatur versus tekanan pemanasan temperatur tinggi superkritis

menggunakan metanol.

Setelah mencapai kesetimbangan, katup outlet dibuka untuk mencapai tekanan

ambient pada kondisi isotermal (Tc + 10oC). Saat tekanan atmosferis tercapai, autoclave

kembali dibilas dan diisi dengan nitrogen teknis; hanya setelah tahap ini pendinginan

autoclave baru dapat dilakukan (kondisi nitrogen) kemudian tutup dibuka saat temperatur

ambient tercapai. Dimungkinkan juga untuk menambahkan reaktan pereduksi seperti

dihidrogen kedalam autoclave saat sintesis katalis logam teremban.

Gambar 3.4. Skema alat autoclave

2.3. Beberapa Keunggulan Sintesis (aero)gel

Aerogel memiliki karakteristik sifat-sifat berikut: porositas yang sangat besar dan

surface area hingga 1000 m2/g; sebagian besar padatan amorf XRD berada dalam kondisi

metastabil dan akan memberikan fasa solid reaktif yang tidak biasanya setelah perlakuan

panas pada temperatur rendah; material ini juga merupakan padatan yang high-

temperature-resisting yang dapat meningkat menjadi beberapa puluh m2/g walaupun pada

temperatur lebih tinggi dari 1000oC; semua komposisi dapat diperoleh dengan sederhana

(oksida sederhana, campuran oksida, oksida teremban logam dll), kebanyakan dalam

proses satu-tahap.

Aerogel dapat menghasilkan beberapa morfologi; monolith, serbuk, chunk, lapis tipis

(film) setelah pencelupan atau spin-coating. Aerogel juga dapat dibuat hidrofobik secara in

situ pada kasus cogelasi. Komposit hibrid padatan organik/anorganik dapat mudah dibuat

seperti halnya kopolimer monolitik organik seperti resorcinol/formaldehida, yang setelah

pirolisis akan memberikan karbon monolith penghantar listrik (electroconducting) dengan

luas area yang sangat besar. Terakhir, penggunaan kompleks logam organik komersial

dengan kemurnian tinggi memungkinkan kontrol tahapan sintesis dengan reprodusibilitas

yang sangat baik.

Sintesis ambigel mewakili solusi alternatif dalam preparasi aerogel, yang selalu

memerlukan wadah bertekanan tinggi (autoclave). Namun demikian hingga sekarang, tidak

ada aplikasi katalitik yang dapat dirujuk diliteratur. *Kelemahan utamanya adalah

kemungkinan karena tahap yang memakan waktu lama pada pertukaran/exchange liquid

didalam tekstur yang highly porous dibandingkan dengan metode autoclave, apapun

metode ambigel yang dipilih: simple evacuation liquid dengan surface tension rendah atau

capping (penutupan).

*[The main drawbackis probably the time-consuming step of the liquid exchange in highly porous textures compared to

the autoclave method, no matter what ambigel method is chosen: simple evacuation of a liquid of low surface tension or

capping].

Baru-baru ini, diakhir 90-an, fluida superkritis yang memiliki kinerja yang menarik

dan menjanjikan telah memungkinkan pabrikasi sejumlah besar varietas padatan aerogel

baru yang tidak memerlukan penambahan solven sehingga memperpendek lama waktu

sintesis. Shakesheff dkk dan Brunner telah mempublikasikan fitur-fitur preparasi tersebut

khususnya dalam CO2 superkritis. Pembentukan secara langsung – dalam satu tahap –

dari mikropartikel silika (sphere dan fiber) dalam aseton superkritis (temperatur tinggi) atau

karbon dioksida superkritis (temperatur rendah) diuraikan oleh Moner-Girona dkk. Disini

tahap sol-gel dikerjakan pada kondisi superkritis; saat aerogel disintesis pada temperatur

tinggi, dimensi partikel silika antara 1,2 dan 2,2 m, tergantung pada nilai hidrolisis h

(semakin tinggi h, semakin besar dimensi partikel). Struktur silika ini diamati dengan teknik

TEM, SEM dan AFM dan menunjukkan nanopartikel dengan diameter 5-30 nm dan pori-

pori dalam range 5-50 nm, karakteristik material yang serupa dengan aerogel konvensional.

Smirnova dan Arlt mengamati bahwa CO2 superkritis merupakan katalis yang sangat

efisien untuk tahap sol-gel dan memainkan 2 peran, sebagai katalis dan pada saat yang

bersamaan sebagai fluida superkritis ekstraksi. CO2 superkritis bahkan ditemukan

merupakan katalis gelasi yang lebih baik dibanding ammonia atau asam klorida.

Tampak bahwa ada peluang baru dalam sintesis aerogel, dengan mengambil

keunggulan baik metode ambigel dan direct sol-gel chemistry pada kondisi superkritis.

Besar kemungkinan metode baru ini memiliki potensi yang besar yang menarik minat

ilmuwan yang terlibat dalam preparasi material katalis.

3. Beberapa contoh sintesis aerogel katalitik

Hidrogenasi fasa liquid dengan katalis berbasiskan nickel-alumina telah dipreparasi oleh

Suh et al. untuk mengkonversi benzofenon menjadi benzhydrol dan lebih lanjut menjadi

difenilmetan pada 130oC berdasarkan reaksi berikut

C6H5-CO-C6H5 + H2 → C6H5-CHOH-C6H5 + H2 → C6H5-CH2-C6H5 + H2O

dan untuk menghidrogenasi asam lemak seperti minyak kedelai yang merupakan

campuran asam lemak C18 dengan lebih dari satu ikatan rangkap dan tri-ester gliserol.

Katalis aerogel dibuat dari Al-sec-butilat dan nikel asetat yang dilarutkan dalam etanol dan

dikeringkan dengan CO2 dan mengandung nikel sejumlah 20% wt. Peneliti ini menguji ko-

gel Ni-Al, aerogel alumina yang terimpregnasi nikel dan -alumina komersil diimpreganasi

dengan kadar nikel yang sama. Semua katalis direduksi menggunakan dihidrogen pada

450-700oC kemudian di pasivasi (passivated) pada temperatur kamar menggunakan aliran

campuran 2% udara dalam helium. Uji katalisis menunjukkan katalis terbaik untuk konversi

benzofenon berdasarkan persen konversi dan selektifitas – keduanya hampir mencapai

100% - diperoleh oleh katalis ko-gel kemudian disusul oleh katalis aerogel-terimpregnasi

alumina dan terakhir nikel- alumina.

Berdasarkan aspek konversi minyak kedelai diperoleh katalis terbaik juga dalam

urutan ko-gel diikuti oleh katalis Ni- alumin dan yang terakhir Ni dalam alumina aerogel.

Studi yang lain tentang perilaku katalisis aerogel nikel-alumina dengan kadar logam 15

hingga 50% dipublikasikan oleh Krompiec et a. Katalis dipreparasi dalam bentuk ko-gel

menggunakan reaktan yang sama dengan penelitian sebelumnya, tetapi etac direaksikan

dengan Al-sec-butilat untuk membentuk kompleks prekursor aluminum. Gel diperam (aged)

selama 5 hari sebelum dikeringkan dalam aliran karbon dioksida superkritis. Padatan yang

dihasilkan direduksi dalam aliran dihidrogen pada 550oC. Lima uji reaksi dilakukan dan

kondisi eksperimen ditampilkan pada tabel 3.3, untuk semua tes konversi dan selektifitas

yang didapat 100%.

Pada kedua eksperimen diatas, katalis memperlihatkan karaktersitik distribusi

ukuran pori alumin secara umum yakni padatan mesopori. Peneliti mencoba secara selektif

mereduksi NO dengan propena pada atmosfir dioksigen dengan temperatur 200 dan 600oC

dengan katalis aerogel alumina murni dan aerogel komposit alumina yang mengandung

galia. Alumina dipreparasi dari Al-sec-butilat dalam campuran etac dalam etanol; galium

nitrat ditambahkan pada campuran pertama dengan variasi loading dri 38 hingga 66% wt.

Gel yang diperoleh memiliki bentuk monolith lalu dikeringkan pada etanol superkritis.

Penambahan galia Ga2O3 memiliki konsekuensi terhadap tekstur dan morfologi aerogel

alumina murni jika dibanding dengan komposit. Volume pori dan luas area spesifik

demikian juga ukuran pori rerata mengalami peningkatan dengan penambahan galia

dibanding alumin murni. Partikel aerogel alumina murni berbentuk mikrofibrous atau bentuk

jarum sementara partikel aerogel komposit mengalami pergeseran dari kubus atau granular

saat kadar galia > 50%. Antara 350 dan 500oC, konversi selektif NO secara signifikan lebih

tinggi dibanding alumina murni juga terekam oksidasi propena mengikuti tren yang sama.

Wang dan Willey telah mensintesis partikel halus oksida besi (Fe2O3) dari larutan

besi (III) asetilasetonat dalam metanol dan air, larutan ini (tidak ada gel terbentuk pada

temperatur ruang) dituangkan dalam autoclave dan divakum terhadap kondisi superkritis

metanol. Aerogel besi oksida membentuk luas area spesifik 10 m2/g. Dimensi partikel

utama diketahui 8-30 nm, seperti ditunjukkan oleh XRD. Uji katalisis yang dilakukan adalah

oksidasi parsial metanol dalam autoclave dengan kondisi CO2 superkritis pada temperatur

bervariasi dari 225 hingga 325oC dan tekanan 91 bar. Produk utama reaksi yang terbentuk

adalah dimetil-eter, sejumlah kecil formaldehid dan metil format dengan selektifitas dibawah

10% untuk kedua produk minor/samping. Aerogel 20% besi oksida-molibdenum oksida diuji

dengan kondisi superkritis yang sama memperlihatkan selektifitas yang baik 94% untuk

formaldehid, produk lain hanya ada dimetil-eter.

Telah diketahui bahwa Au secara katalitik bersifat inert pada kondisi ruah (bulk),

tetapi emas nanopartikel (sekitar 5 nm) merupakan situs yang sangat aktif secara katalitik

untuk oksidasi, epoksidasi propena dan reaksi water-gas-shift walau pada temperatur

rendah. Tai et al. telah membuat aerogel titania-TiO2 dan silika terlapis-titania untuk

oksidasi CO pada temperatur rendah hingga -40oC. Untuk dapat mempertahankan

keadaan terbagi emas yang tinggi (high division state), gel basah titania atau silika terlapis-

titania diimpregnasikan dengan larutan toluena yang mengandung nanopartikel Au yang

telah dipassivasi dengan dodekanetiol. Prekursor titania yang digunakan adalah titanium-

tetraisopropoksid dalam etanol; silika dipreparasi dari tetrametoksisilan dalam metanol.

Pelapisan didapat dengan melakukan kontak dengan larutan prekursor titanium dalam

toluen. Semua gel dikeringkan secara superkritis terhadap CO2. Perlakuan kalsinasi pada

400oC mencegah pembentukan sulfate, racun yang dihasilkan selama pembakaran tiol.

Langkah pencegahan ini tidak mengubah ukuran nanopartikel Au yang berada pada

kisaran 2,2 dan 4 nm masing-masing untuk silika terlapis-titania dan titania. Loading Au

hanya beberapa % berat (kurang dari 5%). Co berhasil dikonversi menjadi karbon dioksida

dengan konversi 100% pada semua temperatur reaksi (-40 hingga 0oC). Silika terlapis-

titania lebih aktif dibandingkan Au-titania.

Agar dapat melakukan remediasi oksidatif photokatalitik VOC dari udara pada

titania, Cao et al. mensintesis aerogel silika-titania densitas rendah dengan pertama-tama

menyiapkan aerogel silika lalu mengimpregnasikan silika monolith dengan larutan yang

mengandung prekursor Ti. Kemudian aerogel silika terimpregnasi tersebut sekali lagi

dikeringkan pada kondisi superkritis CO2. Katalis terlihat aktif untuk UV-photo-oksidasi baik

terhadap CO atau aseton.

Kalies et al. mempelajari hidrogenasi spesies format pada katalis aerogel Pt-

zirkonia. Aerogel zirkonia disintesis dengan menghidrolisis larutan Zr(IV) isopropilat dalam

isopropanol dan pem-vakum-an (evacuation) solven dalam kondisi superkritis terhadap

alkohol. Aerogel zirkonia lebih lanjut dikontakkan dengan larutan asam heksakloroplatinat

dalam isopropanol untuk menghasilkan Pt 0,5% wt; zirkonia terimpreganasi Pt dikeringkan

pada kondisi superkritis isopropanol. Semua padatan memperlihatkan amorf pada XRD.

Reaksi uji dimonitor dengan FTIR dan memperlihatkan bahwa spesies format yang berasal

dari adsorpsi CO/He terhodrogenasi oleh H2 menjadi separuh metoksi hanya saat ada Pt

pada zirkonia. Spesies ini lebih lanjut dikonversi menjadi metana melalui mekanisme

reverse spillover. Pada zirkonia murni, spesies format tidak mengalami hidrogenasi karena

ketidakmampuan zirkonia untuk mendisosiasi dihidrogen.

Pembakaran sempurna etilasetat – model molekul VOC – dapat dilakukan pada

aerogel bulk-kromia oleh Rotter et al. larutan kromium nitrat nanohidrat dibentuk menjadi

gel dengan penambahan urea dan dikeringkan dengan CO2 (sampel C5) pada 45oC atau

metanol pada 295oC (sampel C8). Pengeringan temperatur rendah memicu distribusi

ukuran pori yang sempit (pori-pori 5 nm) sementara pengeringan temperatur tinggi

memperlihatkan distribusi pori yang lebar 5 hingga 50 nm. Suatu deret aerogel komposit

telah disintesis berbasiskan oksida Co-Ce-Mn dan Cu yang didepositkan pada kromia C8

dengan impregnasi kemudian diikuti dengan pengeringan superkritis metanol. Aerogel

dengan promotor kromia memperlihatkan secara signifikan temperatur light-off lebih rendah

untuk pembakaran sempurna VOC dengan selektifitas 95% terhadap CO2 dibanding

aerogel kromia murni dan ceria kromia menunjukkan aktifitas katalitik tertinggi yang dapat

dijelaskan karena adanya kemampuan ceria untuk menyimpan spesies oksigen yang

terukur dari kapasitas penyimpanan oksigen (oxygen storage capacity – OSC).

Aerogel baru jenis bio-organik seperti kitosan akan sangat berguna sebagai katalis

untuk keperluan sediaan senyawa kimia. Kitosan adalah polisakarida alam yang diturunkan

dari kitin dan menyusun biomassa polisakarida terbesar. Valentin et al. membayangkan

pengeringan superkritis karbon dioksida gel dari rantai kitosan. Aerogel kitosan yang

didapat mampu mengkatalisis reaksi esterifikasi antara asam lemak – asam laurat – dan

glisidol, menghasilkan monogliserida--monolaurin- pada 70oC. Kitosan beku (cryogel)

sama sekali tidak aktif sementara aerogel kitosan memperlihatkan konversi glisidol yang

tinggi (98%) dan selektifitas 71% dihitung dari basis reaktan glisidol setelah 24 jam reaksi.

Tim yang sama mengembangkan kerja sebelumnya dengan membuat aerogel

anorganik/bio-organik, kitosan-silika, menggunakan CO2 untuk mengekstrak pelarut alkohol

(etanol). Rantai kitosan dicampur dengan tetraetoksisilan dan NaF sebagai katalis. Aerogel

hibrid memperlihatkan struktur fibrous seperti kitosan ditunjukkan oleh teknik SEM. Saat

morfologi kulit inti diobservasi untuk melihat mikrosphere, inti menunjukkan aerogel hibrid

dan kulita tersusun atas aerogel silika murni. Uji katalitik dengan reaksi yang sama asam

laurat dan glisidol dijalankan dan memperlihatkan konversi 82% selektifitas membentuk -

monolaurin mendekati 65%.

Contoh pembentukan aerogel alumina mesopori tanpa mereaksikan alkoksida

sebagai prekursor alumina diuraikan oleh Nguyen et al. Untuk membuat gel alumina,

mereka menggunakan aluminum klorida dan propilen oksida dalam etanol pada temperatur

kamar, propilen oksida digunakan untuk menemukan ( to scavenge) proton dan gel

dikeringkan dengan kondisi superkritis CO2. Aerogel ini memiliki luas permukaan spesifik

1147 m2/g setelah perlakuan termal dalam kondisi vakum pada 210oC dan mampu

mempertahankan luas permukaan tinggi 247 m2/g setelah pemanasan 1000oC selama 2

jam pada atmosfir dioksigen. Sampel aerogel tetap amorf pada XRD hingga 800oC dan

pada temperatur lebih tinggi terdeteksi adanya pembentukan -alumina. Menurut hasil yang

diungkapkan dipenelitian ini, suatu bentuk baru aerogel alumina yang mampu menahan

dengan baik perlakuan temperatur tinggi adalah kandidat yang menjanjikan untuk sistem

komposit katalitis pada reaktor pembakaran katalitik dan katalis three-way exhaust.

4. Konklusi

Walaupun sebagian besar artikel yang dipublikasikan dalam literatur terbuka (open)

berurusan dengan aerogel sebagai satu-satunya material yang bersinggungan dengan ilmu

material, sifat-sifatnya dapat sangat berguna untuk aplikasi sistem katalisis heterogen.

Referensi menunjukkan banyak sintesis katalis aerogel dan aplikasi-aplikasinya.

Fleksibilitas metode sol-gel adalah pangkal dari situasi ini dan banyaknya cara pengeringan

membentuk xerogel, ambigel, cryogel dan aerogel memberikan peluang lahirnya sejumlah

besar kombinasi yang dimungkinkan. Aerogel yang dibuat secara khusus seperti halnya

juga ambigel dapat disintesis dari reaktan dengan grade komersial. Hingga sekarang dan

terlepas dari fakta bahwa ambigel dipelajari hanya oleh ilmuwan material, sangat jelas

bahwa kajian ini layak dipelajari secara sistematis untuk aplikasi katalitis karena

kesederhanaannya (simplicity) dan keamanan dalam fabrikasi. Seperti sudah diuraikan

sebelumnya untuk aerogel, akan selalu dimungkinkan untuk mengatur secara cermat sifat-

sifatnya dengan kualitas yang diapresiasi tinggi dalam katalisis heterogen.