1
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
Udara perkotaan tak pernah terbebas dari pencemaran asap beracun yang berasal dari knalpot kendaraan bermotor. Menurut Justiana 2006, kendaraan
bermotor menggunakan bahan bakar yang berupa campuran senyawa hidrokarbon digunakan sebagai sumber energi gerak. Jika pembakaran bahan bakar itu
berlangsung sempurna maka akan dihasilkan gas karbon dioksida CO
2
, nitrogen N
2
, oksigen O
2
dan uap air H
2
O, sedangkan bila berlangsung tak sempurna maka akan dihasilkan gas hidrokarbon sisa HC, karbon monoksida CO dan
oksida nitrogen NO
x
. Gas oksida nitrogen yang ada di atmosfer diantaranya adalah gas dinitrogen
oksida N
2
O, nitrogen monoksida NO dan nitrogen dioksida NO
2
Manahan, 1993. Gas NO dan NO
2
biasanya dianalisis secara bersamaan dan dinyatakan dalam bentuk NO
x
dengan kisaran 1 ≤x≤2, sedangkan gas N
2
O dianalisis dengan teknik berbeda yang terpisah dari kelompok NO
x
dan sampai saat ini gas N
2
O masih dipertimbangkan untuk masuk kelompok NO
x
Degobert, 1995. Gas NO
x
di dalam gas buang terdiri dari 95 NO, 3-4 NO
2
dan sisanya N
2
O, N
2
O
3
dan sebagainya. Jumlah NO
x
yang dihasilkan dari mesin kendaraan tergantung pada rancangan mesin dan kondisi pembakaran. Mesin diesel
menghasilkan NO
x
mencapai 500-1000 ppm Jocheim, 1998. Kadar NO
x
di perkotaan biasanya 10-100 kali lebih tinggi daripada di pedesaan yaitu sekitar 0,5
ppm dengan Baku Mutu Nasional PP411999 sebesar 150 gm
3
dalam 24 jam http:www.depkes.go.id.
2
Mengingat peraturan yang telah dibuat tentang pembatasan emisi gas buang, pengusaha pabrik motor dan mobil mencoba merancang mesin kendaraan itu agar
dapat mereduksi emisi NO
x
. Mulanya, usaha yang dilakukan hanya melalui pengaturan komposisi nitrogen dalam bahan bakar dan modifikasi ruang mesin
pembakaran. Usaha itu dinyatakan kurang baik sehingga sebagai alternatif dilakukan pembersihan knalpot dengan memasang katalis sebagai Catalytic
Converter yang mengubah NO
x
menjadi gas N
2
dan O
2
. Converter yang tersedia umumnya logam mulia platinum, rhodium dan palladium dengan kerangka
support berupa honeycomb monolith yang memiliki specific surface area besar
Degobert, 1995. Salah satu upaya untuk mereduksi gas NO
x
adalah melalui reaksi dekomposisi katalitik NO
x
. Secara termodinamika, reaksi dekomposisi NO
x
tanpa katalis dapat berlangsung spontan pada suhu di bawah 900
o
C CEPA, 1996 tetapi reaksi sangat lambat oleh hambatan energi aktivasi yang tinggi, oleh karena itu
dibutuhkan katalis untuk mencapai energi aktivasi yang lebih rendah Fritz, 1997. Adapun reaksi dekomposisi NO
x
dengan katalis dapat terjadi pada suhu di bawah 600
o
C CEPA, 1996. Kespontanan itu dapat dibuktikan secara termodinamika di bawah ini:
Tabel 1.1. Nilai ΔH
o
, ΔS
o
dan ΔG
o
298 K dari Reaksi Dekomposisi Gas NO
x
. Reaksi
ΔG
o
= ΔH
o
– T ΔS
o
ΔH
o
kJmol ΔS
o
kJmol ΔG
o
Jmol.K N
2
O
g
N
2g
+ ½ O
2g
-81,6 74,12 -103,7 NO
g
½ N
2g
+ ½ O
2g
-91,3 -12,35 -87,6 NO
2g
½ N
2g
+ O
2g
-33,2 60,71 -51,3 Sumber: Yaws, 2001
3
Studi tentang katalis baik murni maupun dengan pengemban, sejauh ini telah banyak dikembangkan khususnya untuk mendekomposisi NO
x
. Katalis Cr
2
O
3
dan Co memiliki aktifitas yang tinggi dalam mendekomposisi NO
x
, khususnya N
2
O. Katalis Cr
2
O
3
mampu mendekomposisi N
2
O pada suhu 500-900 K sedangkan Co dengan pengemban zeolit seperti ZSM-5, ZSM-11, Mordenit dan
lain-lain mampu mendekomposisi N
2
O pada suhu 600-800 K Kapteijn et al., 1996.
Energi aktivasi reaksi dekomposisi gas N
2
O tanpa katalis sebesar 242,67 kJmol Masel, 2001. Dari hasil penelitian terdahulu diperoleh energi aktivasi
reaksi dekomposisi N
2
O untuk katalis α-Cr
2
O
3
sebesar 118,5 kJmol pada suhu 625-873 K Egerton et al., 1974 dan untuk katalis Co-ZSM-5 sebesar 104 ± 7
kJmol pada suhu 625-873 K Kapteijn et al., 1997. Persamaan reaksi dekomposisi N
2
O pada tabel 1.1 tidak menunjukkan
adanya perubahan bertahap yang dialami oleh atom, molekul dan ion ketika diubah dari pereaksi menjadi produk. Tahapan-tahapan itu bila dijumlahkan
merupakan bagian dari suatu kinetika reaksi yang biasa disebut dengan mekanisme reaksi Alberty, 1983.
Penelitian terdahulu juga telah mengkaji kinetika reaksi katalitik dekomposisi NO
x
, antara lain analisis kinetika dekomposisi N
2
O dengan katalis Cu-ZSM-5, Fe-ZSM-5 dan Co-ZSM-5 yang mengkaji pengaruh tekanan parsial
gas N
2
O dan suhu terhadap konversi dengan mekanisme Langmuir-Hinshelwood dan Eley-Rideal Kapteijn et al., 1997 serta kinetika dekomposisi NO
x
dan reduksi NO oleh CH
4
dengan katalis La
2
O
3
dan SrLa
2
O
3
yang mengkaji pengaruh tekanan parsial gas NO
x
pada suhu tetap terhadap energi aktivasi dan orde reaksi dengan mekanisme Langmuir-Hinshelwood Vannice et al., 1996.
4
Berdasarkan latar belakang di atas, dalam penelitian ini akan dikaji tentang kinetika reaksi katalitik dekomposisi N
2
O dengan Catalytic Converter Cr
2
O
3
dan Co
3
O
4
yang berpengemban zeolit alam. Logam Cr dan Co dipilih sebagai bahan aktif katalis karena logam tersebut termasuk logam transisi dengan orbital d yang
belum penuh dan juga relatif lebih murah dibanding logam transisi lain seperti Pt, Pd dan Rh. Adapun pemakaian pengemban zeolit dikarenakan logam murni
memiliki stabilitas termal rendah, luas permukaan turun akibat pemanasan dan mudahnya terjadi sintering, disamping itu juga zeolit memiliki harga yang murah
dan keberadaannya meruah di Indonesia Foger, 1984.
1.2 Permasalahan
Kategori