Dari proses fotokatalis yang terlihat di atas, TiO
2
a. dapat mengabsorpsi air Heinrich et al, 1977 mempunyai sifat sifat :
b. dapat mengabsorpsi CO dan CO
2
c. dapat mengabsorpsi NO dan SO Kobayashi et. al., 1989; Beck et. al., 1986;
Gopel et.al., 1983
2
d. dapat mengabsorpsi oksigen Lu et.al., 1995 Lu et.al., 1995; Boccuzzi et.al.,
1991;Smith et.al.,1985
e. dapat mengabsorpsi zat organik M. Nurdin et.al., 2009, Zhang et al, 2006 Dalam penelitian ini, Titanium oksida akan berfungsi sebagai oksidator
dan besi oksida berfungsi sebagai reduktor, dengan demikian maka sisa pembakaran tidak sempurna seperti HC, CO dan Oksigen dioksidasi oleh katalis
Titanium oksida, sedangkan NOx dan CO akan direduksi menjadi N
2
dan CO
2.
Dalam penelitian ini, pada suhu pemanasan sekitar 450°C titanium oksida akan membentuk kristal anatase, yang mana dalam bentuk kristal ini,
fotokatalis dapat terjadi secara optimum M. Nurdin et.al., 2009. Dengan adanya ketersediaan sinar UV maka akan terjadi fotokatalis seperti
yang tersebut di atas.
2.5 FERRO OKSIDA FeO
Besi oksida digunakan dalam penelitian ini karena dapat mengoksidasi karbon maupun karbon monoksida menjadi karbon dioksida yang bersifat lebih
stabil dan ramah lingkungan. FeO secara termodinamika tidak stabil pada suhu 575 °C sehingga akan terurai menurut reaksi: 4FeO
→ Fe + Fe
3
O
4
. Reaksi reduksi karbon monoksida berlangsung sebagai berikut: Fe
3
O
4
+ 4CO → 3Fe +
4CO
2,
sedangkan pada reaksi oksidasi terkontrol akan dihasilkan: 2Fe
3
O
4
+ ½ O
2
→ 3γ-Fe
2
O
3
dan reaksi oksidasi di udara akan dihasilkan: 2Fe
3
O
4
+ ½ O
2
→ 3α-Fe
2
O
3
. Hasil reaksi Fe
2
O
3
akan mengoksidasi lagi karbon dan sisa pembakaran H
2
sebagai berikut: 2 Fe
2
O
3
+ 3 C → 4 Fe + 3 CO
2
dan 3 Fe
2
O
3
+ H
2
→ 2 Fe
3
O
4
+ H
2
Besi oksida mempunyai sifat sifat sebagai berikut: O Greenwood, et.al., 1997.
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.2 Sifat sifat FeO CAS 2012
Rumus molekul
FeO Massa molar
71.844 gmol Wujud
black crystals Den
sitas 5.745 gcm
3
Titik leleh
1377 °C, 1650 K, 2511 °F Boiling point
3414 °C, 3687 K, 6177 °F Kelarutan dalam air
Tidak larut Kelarutan
Tidak larut dalam basa tetapi larut dalam asam
2.6 DESAIN DAN STRUKTUR KATALIS
Karakteristik tekstur katalis dapat dijelaskan melalui parameter parameter, seperti : luas permukaan, volume pori, densitas pellet, porositas, radius pori rata rata,
dan distribusi ukuran pori.
Gambar 2.4 Karakteristik teknis dari katalis Istadi, 2011
Aktivitas dan selektivitas katalis yang tinggi adalah didesain dengan memilih komponen kimia yang benar menggunakan cara cara pembuatan tertentu sehingga
ALIRAN FLUIDA :
Distribusi aliran Penurunan tekanan yang
rendah Kekuatan mekanik
AKTIVITAS TINGGI :
Aktivitas bahan kimia Permukaan aktif spesifik yang
tinggi Pellet berpori
STABILITAS: Tahan terhadap : Sintering, racun katalis, fouling Ukuran,
Bentuk Aktivitas
Porositas Kekuatan
Umur Panjang Pelet
Katalis
Universitas Sumatera Utara
menghasilkan katalis dengan luas permukaan yang diinginkan serta memformulasi pelet katalis agar situs aktif dapat mudah diakses. Stabilitas katalis yang baik
memerlukan ketahanan katalis terhadap penyebab penyebab deaktivitas katalis karena sintering kehilangan permukaan aktif karena perkembanganperubahan kristal, racun
katalis penghilangan situs aktif melalui kemisorpsi yang kuat, penyumbatan situs aktif dan pori oleh karbon. Stabilitas katalis juga dipengaruhi oleh kondisi operasi.
2.6.1 Komponen komponen katalis
Pada umumnya katalis tersusun dari beberapa komponen, antara lain:
2.6.1.1 Komponen aktif
Komponen aktif merupakan komponen katalis yang bertanggungjawab terhadap reaksi kimia yang utama. Pemilihan
komponen aktif adalah tahap pertama dalam mendesain katalis. Sementara itu, pengetahuan tentang mekanisme katalitik adalah sangat
saintifik sehingga metode pemilihan komponen aktif menjadi lebih saintifik juga, walaupun kadang kadang bersifat empirik.
Hubungan antara komponen aktif, promoter dan penyangga support dapat dilihat pada gambar 2.5 berikut ini:
K a t a l i s
Komponen Aktif
Penyangga Support
Promoter : Struktural, penghambat aktivitas, promosi aktivitas
Fungsi :
- Aktivitas kimia
Jenis: -
Logam - Oksida dan sulfida
semi konduktor - Oksida dan sulfida isolator
Fungsi :
- Luas permukaan yang tinggi
- Porositas
- Sifat sifat mekanis - Stabilitas
- Fungsi ganda aktivitas - modifikasi komponen aktif
Jenis:
- Oksida dengan
titik leleh tinggi - Tanah liat
- Karbon
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.5 Hubungan antara komponen aktif, pendukung dan promotor katalis Istadi, 2011
2.6.1.2 Penyangga
support
Penyangga support atau dinamakan juga sebagai pembawa carrier mempunyai banyak fungsi. Fungsi yang paling penting adalah
menjaga agar luas permukaan komponen aktif tetap besar. Sebagai contoh adalah katalis platinum Pt sebagai logam aktif untuk proses
reformasi katalitik, dan pembersihan knalpot kenderaan secara katalitik. Kristal platinum harus mempunyai luas permukaan yang besar. Platinum
mempunyai titik leleh pada suhu 1774 °C. Jika platinum tersebut dibuat dalam bentuk platinum hitam, maka pemakaian dalam reaksi selama
satu jam pada suhu 400 °C menghasilkan ukuran kristal 50 nm, namun jika digunakan dalam waktu 6 bulan, maka ukuran kristal menjadi 2000
nm. Dalam hal ini ketidakstabilan terjadi. Selain itu, logam platinum juga termasuk logam yang sangat mahal.
Besarnya konsentrasi komponen aktif atau biasa disebut loading juga mempunyai efek yang signifikan agar penyangga bisa memberikan
tingkat dispersi komponen aktif yang besar, misalnya 70 NiAl
2
O
3,
Porositas adalah sangat diperlukan untuk katalis dengan luas permukaan yang tinggi, tetapi bentuk pori dan distribusi ukuran pori
adalah faktor penting jika proses difusi internal mengendalikan laju reaksi. Penyangga yang baik adalah penyangga yang dapat dimanipulasi
sehingga menghasilkan sifat sifat tekstur yang diinginkan. Dalam hal ini, alumina dan silika adalah penyangga yang baik. Kedua jenis
penyangga ini adalah sering digunakan karena mudah dalam pengendalian ukuran dan bentuk pori. Faktor yang penting lainnya
adalah kekuatan mekanik dan stabilitas termal. walaupun besarnya loading adalah besar maka alumina masih tetap
sebagai penyangga dan nikel sebagai komponen aktif.
Universitas Sumatera Utara
2.6.1.3 Promotor
Promotor merupakan senyawa ke tiga yang ditambahkan ke dalam sistem katalis, biasanya dalam jumlah kecil saja. Tujuan
pemberian promotor ini adalah untuk menghasilkan aktivitas, selektivitas, dan efek stabilitas yang diinginkan. Promotor dapat
diandaikan seperti bumbu masak dalam masakan makanan. Promotor didesain untuk membantu penyangga atau komponen
aktif. Salah satu peran penting dari promotor adalah dalam pengendalian stabilitas katalis. Beberapa kasus lain, promotor ditambahkan ke dalam
struktur katalis atau penyangga untuk menghambat mekanisme reaksi tertentu yang tidak diinginkan, seperti pembentukan karbon coke.
Coking ini berasal dari perengkahan di situs asam Bronsted yang diikuti polimerisasi dengan katalis asam untuk menghasilkan CH
x n
. Coking ini memenuhi permukaan pori dan memblokade lubang pori.
2.6.2 Desain katalis
Desain katalis yang sukses memerlukan kombinasi pengalaman pengalaman unik dengan pengetahuan yang berhubungan dengan pengalaman
tersebut. Diskusi tentang pengembangan proses adalah dasar penting di dalam mendesain katalis, penekanannya adalah pada apa yang dibutuhkan oleh proses
itu. Target reaksi adalah sangat penting. Faktor faktor penting yang perlu diperhatikan adalah ukuran partikel, ukuran pori, kekuatan, selektivitas,
aktivitas, stabilitas dan formulasi.
2.7 SIFAT FISIS MATERIAL
Sifat fisis material yang akan diuji pada penelitian ini adalah sifat absorbsi, sifat porositas, densitas, dan permeabilitas. Sifat sifat tersebut akan
dibahas sebagai berikut :
2.7.1 Absorbsi
Absorbsi adalah terikatnya suatu substansi pada permukaan yang dapat menyerap adsorben. Absorbsi dapat terjadi antara zat padat dan zat cair, zat
padat dan gas, dan zat cair dan gas. Absorbsi terjadi karena adanya gaya adhesi
Universitas Sumatera Utara
absorben yang lebih besar dari pada gaya kohesinya, sehingga zat akan lebih cenderung tertarik ke permukaannya.
Berdasarkan interaksinya, absorbsi dapat dibedakan atas : a.
Absorbsi fisika terjadi bila gaya intermolekular lebih besar dari pada gaya tarik antar molekul atau gaya tarik menarik yang
relatif lemah antara adsorbat dengan permukaan adsorben, gaya ini disebut gaya Van der Waals, sehingga adsorbat dapat
bergerak dari satu bagian permukaan ke bagian permukaan lain dari adsorben.
Absorbsi ini berlangsung cepat, dapat membentuk lapisan jamak multilayer dan dapat bereaksi balik reversible karena energi
yang dibutuhkan relatif rendah. b.
Absorbsi kimia terjadi karena adanya reaksi antara molekul molekul absorbat dengan absorben dimana terbentuk ikatan
kovalen dan ion. Gaya ikat absorben ini bervariasi tergantung pada zat yang bereaksi. Absorbsi jenis ini bersifat irreversible
dan hanya dapat membentuk lapisan tunggal monolayer Tambunan T.D., 2006.
2.7.2 Porositas
Porositas sangat dipengaruhi oleh bentuk renik dan distribusinya. Secara umum porositas dapat dibagi menjadi dua jenis yaitu :
• Porositas semu apparent porosity yaitu perbandingan volum
renik terbuka dengan volum total. •
Porositas total yaitu perbandingan jumlah volum renik terbuka dan volum renik tertutup terhadap volum total Gurning J., 1994
2.7.3 Densitas
Densitas adalah pengukuran massa setiap satuan volum benda. Semakin tinggi densitas massa jenis suatu benda, maka semakin besar pula massa setiap
volumnya. Densitas rata rata setiap benda merupakan total massa dibagi dengan
Universitas Sumatera Utara
total volumnya. Sebuah benda yang memiliki densitas lebih tinggi akan memiliki volum yang lebih rendah.
Menurut Gurning J., 1994, untuk menghitung besarnya densitas dipergunakan persamaan berikut ini
ρ =
� �
…………….. 2.1
dimana : ρ = densitas Kgm
3
m = massa Kg V = volum benda m
3
2.7.4. Permeabilitas
Permeabilitas adalah kemampuan bahan dapat mengalirkanmelewatkan fluida melalui porinya Bear, 1972. Karakteristik ini penting untuk
mendapatkan katalis konverter yang dapat mengalirkan gas buang knalpot sehingga tidak terjadi over heating pada mesin karena gas buang yang
terhambat katalis konverter. Oleh karena itu dalam penelitian ini, katalis konverter yang dibentuk diuji dengan permeabilitas meter untuk menentukan
kemampuan mentransmisikan gas. Pada umumnya kemampuan permeabilitas sebanding dengan porositas bahan jika porositas semakin besar maka
kemampuan permeabilitas juga tinggi.
2.8 SIFAT MEKANIK MATERIAL
Sifat mekanik material yang dianalisa dalam penelitian ini adalah sifat kuat tekan dari katalis wire mesh yang dihasilkan. Oleh karena katalis ini akan
dipasang pada knalpot kenderaan bermotor, maka katalis yang dihasilkan harus cukup kuat dan tahan tekan terhadap getaran mesin pada saat beroperasi.
2.9 DIFRAKSI SINAR X
Universitas Sumatera Utara
Metode Difraksi Sinar-X X-Ray Diffraction, XRD memegang peran yang sangat penting untuk analisis padatan kristalin, yaitu untuk meneliti ciri
utama struktur parameter kisi dan tipe struktur, dan untuk mengetahui rincian lain misalnya susunan berbagai jenis atom dalam kristal, keberadaan cacat,
ukuran butiran, orientasi, ukuran dan kerapatan presipitat. Oleh karena pola difraksi untuk tiap unsur pada gambar 2.6 adalah spesifik maka metode ini
sangat akurat untuk menentukan komposisi unsur dan senyawa yang terkandung dalam suatu sampel, karena pola yang terbentuk seperti fingerprint dari suatu
materi.
Gambar 2.6 Diffraksi sinar X oleh bidang bidang atom.
Jika dari hasil difraksi dapat diperoleh nilai FWHM Full Width at Half Maximum, maka dengan menggunakan persamaan Scherer, dapat diperoleh ukuran
partikel pada sampel. Adapun persamaan Scherer dapat dituliskan sebagai berikut: �
=
� � B2θ ��� �
………… 2.2
k = 0.94, dianggap bentuk kristal mendekati bentuk bola. L = Ukuran kristal m
λ = 1.54 Ǻ, jika anoda yang digunakan adalah Cu
Sinar datang
Sinar terdifraksi
a b
c
Universitas Sumatera Utara
2.10 GAS ANALYSER
