ssa katalis

2012

FAKULTAS MIPA UNHALU KENDARI

Sintesis dan Aplikasi Katalis Heterogen Pt-Rh Pd/a- -Al2O3 sebagai Catalytic Converter Gas Buang pada Kendaraan Bermotor

NIA SASRIA (F1C1 09 042)

FAKULTAS MIPA UNHALU KENDARITugas Sintesis Senyawa Anorganik Oleh Nia Sasria (F1C1 09 042) 1


BAB I PENDAHULUAN1.1 Latar Belakang Teknologi katalis telah digunakan dalam industri kimia lebih dari 100 tahun lamanya dan penelitian serta pengembangan teknologi katalis telah menjadi semacam bidang kekhususan kimia. Pentingnya katalis ditunjukkan oleh kenyataan bahwa lebih dari 75% proses produksi bahan kimia di industri disintesis dengan bantuan katalis. Penelitian katalisis adalah bidang utama dalam ilmu terapan dan melibatkan banyak bidang kimia, terutama dalam kimia organologam dan ilmu material. Katalisis relevan dengan berbagai aspek ilmu lingkungan, misalnya catalytic converter di mobil dan dinamika lubang ozon. Reaksi katalitik lebih disukai karena ramah lingkungan disebabkan jumlah limbah yang dihasilkan berkurang. Katalis yang paling umum digunakan adalah ion hidrogen (H+). Banyak pula logam transisi dan logam transisi kompleks yang digunakan dalam proses katalisis terutama dalam sintesis organik meliputi paladium, platinum, emas, ruthenium, rhodium, dan iridium. Katalis adalah zat yang ditambahkan pada reaksi kimia dengan tujuan untuk mempercepat reaksi tersebut. Katalis dapat dibagi berdasarkan dua tipe dasar, heterogen dan homogen. Reaksi heterogen, katalis berada dalam fase yang berbeda dengan reaktan. Reaksi homogen, katalis berada dalam fase yang sama dengan reaktan. Proses katalitik menggunakan katalis heterogen dalam industri pertama kali pada tahun 1857, menggunakan Pt untuk mengoksidasi SO2 menjadi SO3 dalam larutan asam. Salah satu peranan katalis heterogen adalah Pt-Rh-Pd/-Al2O3 sebagai katalis converter gas buang pada kendaraan bermotor. Catalytic converter merupakan alat yang digunakan sebagai kontrol emisi gas buang yang diletakkan setelah exhaust manifold pada sistem pembuangan kendaraaan bermotorTugas Sintesis Senyawa Anorganik Oleh Nia Sasria (F1C1 09 042) 2


(Husselbee, 1985) . Katalis automotive ini pertama kali didesain pada tahun 1975 di US yang bertujuan untuk mengurangi polusi udara dengan cara mengkonversi gas karbonmonoksida (CO), nitrogen oksida (NOx) dan hidrokarbon (HC) yang merupakan gas buang dari reaksi pembakaran bahan bakar yang tidak sempurna (Shelef, 2000). 1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan latang belakang di atas, maka permasalahan yang akan dikaji pada makalah ini yaitu : 1. Bagaimanakah proses sintesis katalis heterogen Pt-Rh-Pd/-Al2O3 ? 2. Bagaimanakah aplikasi katalis heterogen Pt-Rh-Pd/-Al2O3 sebagai catalytic converter gas buang pada kendaraan bermotor ? 1.3 Tujuan Penulisan Tujuan penulisan makalah ini yaitu untuk : 1. Mengetahui proses sintesis katalis heterogen Pt-Rh-Pd/-Al2O3. 2. Mengetahui aplikasi katalis heterogen Pt-Rh-Pd/-Al2O3 sebagai catalytic converter gas buang pada kendaraan bermotor.

Tugas Sintesis Senyawa Anorganik Oleh Nia Sasria (F1C1 09 042)

3


BAB II PEMBAHASAN2.1 Sintesis Katalis Heterogen 1. Sintesis -Al2O3 Untuk pembuatan -Al2O3, gel Al(OH)3 segera disaring, dipanaskan pada suhu 120C selama 50 jam supaya terbentuk boehmite, AlO(OH). Selanjutnya boehmite dikalsinasi pada suhu 500C selama 24 jam sehingga terbentuk -Al2O3. 2. Sintesis Pt-Rh-Pd 3. Sintesis Katalis Pt-Rh-Pd /-Al2O3 Katalis Pt-Rh-Pd /-Al2O3 disintesis dengan cara impregnasi -Al2O3 yang telah dikalsinasi dengan campuran larutan Pt-Rh-Pd, kemudian dikeringkan pada suhu 283 K selama 2 jam dan dikalsinasi pada suhu 773 K selama 4 jam (Luo, 2006). 2.2 Aplikasi katalis heterogen Pt-Rh-Pd/-Al2O3 Gas karbonmonoksida (CO), nitrogen oksida (NOx) dan hidrokarbon (HC) dalam gas buang kendaraan sangat merugikan manusia. Adanya gas CO dapat mengurangi kadar oksigen dalam darah karena CO akan lebih mudah bereaksi dengan hemoglobin (Hb) yang mengakibatkan kemampuan darah untuk mentransfer oksigen berkurang. Gas HC dapat menyebabkan iritasi mata, batuk, rasa engantuk dan bercak kulit. Sedangkan gas NOx dapat mengganggu sistem pernafasan dan merusak paru-paru. NOx juga dapat bereaksi dengan air membentuk hujan asam dan sangat berbahaya bagi lingkungan (Hardianto, 1998). Secara umum, untuk menanggulangi polutan yang dikeluarkan oleh motor pembakaran dalam ada tiga cara. Pertama, sebelum pembakaran. Kedua, di dalam proses pembakaran, dan ketiga, setelah pembakaran, yaitu perlakuan pada gas produk pembakaran di sistem pembuangan (exhaust gas after treatment). AplikasiTugas Sintesis Senyawa Anorganik Oleh Nia Sasria (F1C1 09 042) 4


pada perlakuan terhadap gas buang kendaraan bermotor yaitu dengan pemasangan catalytic converter pada saluran gas buangnya. Kebanyakan para peneliti menggunakan logam-logam mulia sebagai katalis, seperti Platinum (Pt), Rhodium (Rh), dan Palladium (Pd). Logam-logam mulia tersebut mempunyai aktifitas spesifik yang tinggi sehingga menghasilkan konversi yang besar (Shelef, 2000). Platinum (Pt), Rhodium (Rh), dan Palladium (Pd) yang didukung oleh -Al2O3 berfungsi sebagai media penyimpan oksigen. Gas buang kendaraan bermotor yang dilepaskan melalui katub buang akan terkonversi menjadi gas yang ramah lingkungan pada temperatur 600 sampai 800C. Pada penelitian yang lain, diketahui bahwa reaksi oksidasi CO menjadi CO2 dan reduksi NOx menjadi N2 tidak dapat berlangsung di bawah 500C tanpa adanya katalis. Apabila reaksi tersebut ditambahkan katalis Pt maka reaksi dapat berlangsung pada suhu kerja optimum sekitar 300C, di mana gas CO dapat teroksidasi menjadi CO2 dengan nilai konversi di atas 83% dan NOx dapat tereduksi menjadi N2 dengan nilai konversi di atas 97% (Buinevicius, 2008). 2.2.1 Tahapan proses kerja serta mekanisme catalytic converter 1. Reaksi Reduksi Catalytic converter menggunakan platina dan rhodium sebagai katalis logam pada reaksi reduksi. Ketika gas NOx (NO atau NO2) masuk ke dalam catalytic converter, katalis logam akan mengadsorpsi dan menyimpan atom Nitrogen dan membebaskan oksigen dalam bentuk gas Oksigen (O2). Atom Nitrogen yang tersimpan akan bereaksi dengan atom nitrogen lainnya yang teradsorpsi pada katalis membentuk gas Nitrogen (N2). Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut: 2 NO N2 + O2 atau 2 NO2 N2 + 2 O2

2. Reaksi Oksidasi


5


Katalis logam yang digunakan catalytic converter untuk reaksi oksidasi adalah Platina atau Paladium. Katalis logam tersebut membantu proses pengubahan emisi gas buang seperti gas Karbon Monoksida (CO) dan sisa hidrokarbon menjadi gas karbondioksida (CO2). Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut: 2 CO + O2 2 CO2 atau HC + x O2 CO2 + y H2O

3. Sistem Kontrol Tahap ketiga adalah sistem kontrol yang mengawasi aliran gas buang pada catalytic converter. Informasi yang didapatkan pada sistem kontrol digunakan untuk mengatur perbandingan laju alir udara terhadap bahan bakar yang masuk ke ruang pembakaran. Sistem kontrol memungkinkan catalytic converter bekerja sedekat mungkin dengan titik stoikiometri (Farrauto, 1999). Mekanisme reaksi rektan (CO, HC dan NOx) pada permukaan katalis mengikuti mekanisme tipe Langmuir-Hinselwood, di mana masing-masing reaktan akan teradsorpsi pada permukaan katalis membentuk pusat aktif, kemudian kedua pusat aktif bereaksi pada permukaan menghasilkan produk yang selanjutnya didesorpsi, sebagai contoh adalah reaksi CO dan O2 pada permukaan katalis Pt menghasilkan molekul CO2 seperti yang terlihat pada Gambar di bawah ini (Ertl, 2008).


6


Mekanisme Adsorpsi CO pada Permukaan Katalis Pt

BAB III PENUTUP3.1 Kesimpulan Berdasarkan pemaparan pada pembahasan, maka dapat disimpulkan beberapa hal, yaitu : 1. Katalis Pt-Rh-Pd /-Al2O3 disintesis dengan cara impregnasi -Al2O3 yang telah dikalsinasi dengan campuran larutan Pt-Rh-Pd, kemudian dikeringkan pada suhu 283 K selama 2 jam dan dikalsinasi pada suhu 773 K selama 4 jam. 2. Aplikasi katalis heterogen Pt-Rh-Pd /-Al2O3 dalam kehidupan sehari-hari yaitu sebagai catalytic converter gas buang pada kendaraan bermotor, dengan tigaTugas Sintesis Senyawa Anorganik Oleh Nia Sasria (F1C1 09 042) 7


tahapan kerja yaitu reaksi reduksi menggunakan platina dan rhodium sebagai katalis logam, reaksi oksidasi menggunakan platina atau paladium sebagai katalis logam, dan sistem kontrol yang mengawasi aliran gas buang pada catalytic converter.


8


DAFTAR PUSTAKABuinevicius, K., dan Melkunas, R., 2008, Catalytic Reduction Of NOx And CO Emissions From Boilers, Faculty of Environmental Engineering, Vilnius Gediminas Technical University. Ertl, G., 2008, Molecules at Surfaces and Mechanism of Catalysis, Fritz Haber Institut der Max Planck Gesellschaft, Berlin, Germany. Farrauto, R., dan Heck, R., 1999, Catalytic Converter:State of Art and Perspective, Catalysis Today, Vol 51, 351-360. Hardianto, T. dkk., 1998, Pengembangan Metode dan Penyusunan Standar Uji Dinamik Polusi Gas Buang Kendaraan Bermotor untuk Kondisi Indonesia. Laporan Tahun Pertama Penelitian Hibah Bersaing VI/I Tahun 1997/1998. ITB, Bandung. Husselbee, W.L., 1985, Automotive Cooling Exhaust, Fuel and Lubricating Systems. A Prentice Hall Company, Reston, Virginia. Luo, L., Gu, Z., dan Gu, J., 2006, The Influence of Transition Metals on The Performance of Pt-Rh-Pd/-Al2O3, Three Way Catalysts for Purification of Automotive Exhaust Gas, Chemical Society of Ethiopia, Vol 20, 113-120. Shelef, M., dan McCabe, R.W., 2000, Twenty-Five Years after Introduction of Autometive Catalysts: What Next?, Catalysis Today, Vol 62, 35-50.


9

ssa katalis

Documents