Katalis telah diterapkan dalam proses proses oksidasi senyawa organik, namun perkembangannya belum optimal. Laju reaksi relatif lambat karena belum
ditemukan katalis padat yang cocok dan mampu beroperasi secara stabil. Selain itu, proses tersebut mahal apabila digunakan untuk mencapai oksidasi sempurna
senyawa organik menjadi CO
2
dan H
2
O, maka diperlukan alternatif oksidasi parsial agar dapat diolah lebih lanjut menggunakan metode lain misalnya secara
biologi Hamilton et al.; dalam Harmankaya-Gunduz, 1998. Penambahan katalis yang cocok sangat membantu untuk memperlunak kondisi operasi selama proses
oksidasi limbah fenol.
2.3 Proses Degradasi Katalitik Limbah Fenol
Proses degradasi katalitik sering disebut sebagai proses oksidasi katalitik, atau CWAO Catalytic Wet Air Oxidation. Oksidasi katalitik membutuhkan
energi yang lebih rendah dan dapat mempercepat laju reaksi dibandingkan oksidasi non-katalitik. Proses oksidasi katalitik juga fleksibel digunakan untuk
berbagai pengolahan polutan organik maupun anorganik, seperti nitrogen N, halogen X, belerang S dan fosfor P. Selain itu, katalis yang digunakan dapat
diregenerasi Golestani et al., 2011. Mekanisme reaksi oksidasi katalitik senyawa fenol telah dipelajari dalam
bentuk senyawa murni. Fenol dapat didegradasi walaupun prosesnya diikuti pembentukan sejumlah senyawa intermediet. Distribusi senyawa intermediet yang
mirip satu sama lain ditunjukkan pada kehadiran katalis padat. Pembentukan katekol, hidrokinon, asam maleat dan asam oksalat terjadi pada proses
menggunakan katalis tembaga oksida Eftaxias, 2002.
Katalis yang biasa digunakan dalam proses ini adalah katalis heterogen. Katalis heterogen yang telah digunakan dibagi menjadi tiga kelompok besar, yaitu
logam mulia berpenyokong, oksida logam, dan karbon aktif. Katalis logam mulia meliputi Pt, Pd, Ru dan Ag dengan berpenyangga TiO
2
, γ-Al
2
O
3
, MnO
2
, CeO
2
dan ZrO
2
. Sedangkan katalis oksiga logam meliputi CuO, CoO, Cr
2
O
3
, MnO
2
, Fe
2
O
3
, ZnO dan TiO
2
Luna et al., 2009. Pada aplikasinya, katalis logam mulia biasanya lebih stabil, namun dari segi ekonomi, katalis ini cenderung mahal. Katalis oksida
logam cukup efisien dalam proses degradasi katalitik, namun memiliki ketidaksempurnaan yaitu komponen aktif biasanya dapat terlepas dari katalis
dikarenakan kondisi pada saat reaksi Pestunova, 2003. Pada Tabel 2.1, ditunjukkan penelitian mengenai proses degradasi katalitik senyawa fenol dengan
menggunakan berbagai katalis.
Tabel 2.1. Penelitian oksidasi katalitik senyawa fenol
Peneliti Katalis yang Digunakan
Hasil Harmankaya
dan Gunduz, 1998
Pestunova et al., 2003
Wardhani, 2009 Golestani et al.,
2011 Membandingkan keaktifan
lima katalis yaitu : - CuO-ZnOAl
2
O
3
- CuOAl
2
O
3
- CuOSilika gel - MnO
2
- V
2
O
5
Membandingkan katalis
logam murni Fe, Mn dan Cu
masing-masing berpenyangga
α-Al
2
O
3
, TiO
2
dan CeO
2
ZnOZeolit Alam
Komposit MnO
2
CeO
2
Katalis CuO-ZnOAl
2
O
3
adalah katalis yang paling aktif. Laju
reaksi pada periode induksi meningkat
seiring dengan
bertambahnya waktu.
Sumber oksidan adalah H
2
O
2
. Katalis Cu adalah katalis yang
paling aktif. Namun katalis Fe berpenyangga α-Al
2
O
3
cukup aktif, paling selektif pada pembentukan
CO
2
. Konsentrasi maksimum ZnO yang
terdopan pada zeolit adalah 4,67 mmolgram dengan 36,57 fenol
terdegradasi. Oksidasi katalitik dalam fixed bed
dengan temperature 80°C dan tekanan 0,5 MPa, mendegradasi
fenol sebesar 62,3 .
2.4 Katalis
Katalis adalah substansi yang dapat meningkatkan laju reaksi pada suatu reaksi kimia yang mendekati kesetimbangan namun tidak terlibat secara permanen
dalam reaksi tersebut Agustine, 1996. Jadi reaksi katalitik adalah reaksi yang mengalami perubahan laju reaksi yang disebabkan oleh keberadaan katalis.
Katalis yang memperlambat laju reaksi disebut sebagai inhibitor Triyono, 2002. Katalis hanya mempercepat reaksi, tidak memulai reaksi yang secara
termodinamika tidak dapat berlangsung. Entalpi reaksi dan juga faktor-faktor termodinamika yang lain hanya merupakan keadaan alami dari reaktan dan
produk sehingga tidak dapat berubah oleh adanya katalis. Faktor kinetik yang
dipengaruhi oleh katalis adalah laju reaksi, tenaga pengaktifan dan keadaan transisi Triyono, 2002. Katalis juga mampu memperbesar kemungkinan
terjadinya tumbukan efektif antara molekul reaktan, karena molekul-molekul reaktan akan teradsorpsi pada permukaan aktif katalis sehingga kemungkinan
terjadinya tumbukan antar molekul-molekul reaktan akan semakin besar Ulyani, 2008.
Menurut Suwanprasop 2005, proses keseluruhan reaksi katalitik dibagi menjadi tujuh, meliputi : 1 Difusi reaktan melalui batas layer pada permukaan
katalis. 2 Difusi reaktan ke dalam pori-pori. 3 Adsorpsi reaktan pada permukaan dalam pori-pori katalis. 4 Reaksi kimia pada permukaan katalis. 5
Desorpsi produk dari permukaan katalis. 6 Difusi produk keluar dari pori-pori. 7 Difusi produk menjauh dari katalis melalui batas layer dari katalis menjadi
fase gas. Komponen aktif merupakan pusat aktif katalis yang berfungsi untuk
mempercepat dan mengarahkan reaksi yang berhubungan dengan aktivitas dan selektivitas. Sedangkan pengemban memberikan tiga fungsi yang penting pada
sistem katalis. 1 menambah luas permukaan dari logam atau oksida logam dengan menyediakan matriks yang memungkinkan penyebarannya sebagai
partikel yang sangat kecil. 2 mencegah sintering pada material katalis aktif, menambah sifat hidrofobik dan kondisi termal, hidrolitis, dan stabilitas kimia. 3
Kestabilan penyangga akan sangat mempengaruhi umur katalis Meytal dan Sheintuch, 1998.
Dalam Meytal-Sheintuch 1998 dituliskan, katalis yang digunakan pada
proses oksidasi katalitik memiliki sifat sebagai berikut :
1 Menghasilkan tingkat oksidasi yang tinggi, 2 Non-selektif dan menunjukkan oksidasi lengkap,
3 Stabil secara fisik dan kimiawi dalam larutan asam yang panas,
4 Mempertahankan aktivitas yang tinggi untuk penggunaan jangka panjang dan
insensitif terhadap racun dalam aliran, 5 Kuat secara mekanik dan tahan erosi.
2.5 Nanopartikel CuOTiO
