PREPARASI, KARAKTERISASI DAN UJI AKTIVASI KATALIS NIO/ZEOLIT ALAM UNTUK CRACKING MINYAK DEDAK PADI MENJADI FRAKSI BENSIN DAN DIESEL.
PREPARASI, KARAKTERISASI DAN UJI AKTIVASI KATALIS
NiO/ZEOLIT ALAM UNTUK CRACKING MINYAK DEDAK
PADI MENJADI FRAKSI BENSIN DAN DIESEL
Oleh :
Iis Apriance Simaremare
NIM 409210015
Program Studi Kimia
SKRIPSI
Diajukan Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar
Sarjana Sain
JURUSAN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS NEGERI MEDAN
MEDAN
2013
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas segala rahmat
dan berkatNya yang memberikan kesehatan dan hikmat kepada penulis sehingga penelitian
ini dapat diselesaikan dengan baik sesuai dengan waktu yang direncanakan.
Skripsi berjudul “Preparasi, Karakterisasi dan Uji Aktivitas Katalis NiO/Zeolit
Alam Untuk Cracking Minyak dedak Padi Menjadi Fraksi Bensin
dan Diesel
memperoleh gelar Sarjana Sain, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Negeri Medan. Pada kesempatan ini penulis menyampaikan terima kasih kepada:
Ibu Dra. Nurmalis, M,Si., sebagai dosen pembimbing skripsi yang telah banyak memberikan
bimbingan dan saran-saran kepada penulis sejak awal penelitian sampai dengan selesainya
penulisan skripsi ini. Ucapan terima kasih juga disampaikan kepada., Bapak Nasir Pulungan,
S.Si, M.Sc., dan Junifa Layla Sihombing, S.Si. M.Sc., Ucapan terimakasih juga disampaikan
kepada Bapak Drs. Jasmidi M.Si., Ibu Dra. Ratu Evina Dibiyantini, M.Si., Bapak Drs. P. M.
Silitonga, M.S sebagai dosen-dosen penguji yang telah memberikan masukan dan saran-saran
mulai dari rencana penelitian sampai selesai penyusunan skripsi ini. Ucapan terima kasih
disampaikan kepada Ibu Ir. Nurfajriani M.Si., selaku dosen Pembimbing Akademik dan
ucapan terimakasih juga disampaikan kepada bg Nizam dan bg Eriadi selaku laboran yang
membantu berjalannya penelitian dan kepada seluruh Bapak dan Ibu Dosen serta Staf
Pegawai Jurusan Kimia FMIPA UNIMED yang sudah membantu penulis.
Teristimewa saya sampaikan terima kasih kepada Mangiring Simaremare, Ibunda
tercinta Gandaria Siregar, Abang Gesviandy Praja, Kakak (Wiwik Dewanti), Adik (Indri,
Krismesi, Maria) dan saudara-saudara saya yang sudah berdoa dan memberikan dorongan
semangat dan kasih sayangnya serta dana kepada saya untuk menyelesaikan studi di
UNIMED. Ucapan terima kasih juga disampaikan kepada teman-teman Kimia 2009
(khususnya Aisyah, Arini, Jenni, Winda, Ricky, Ardiansyah, Kaminar, Rafica Dini, Monica,
Frisdawati dan Gaung) seperjuangan untuk semangatnya dan untuk persahabatan yang
terjalin dan dukungan doanya. Serta kepada semua abang/kakak senior dan adik-adik junior
yang telah mau berbagi ilmu dan pengalaman kepada penulis. Dan tak lupa penulis ucapkan
terimakasih buat mybestfriend (Jupri Siregar) yang banyak memberikan motivasi pada
penulis. Serta kepada semua pihak yang telah memberi masukan kepada penulis yang tidak
dapat penulis sebutkan satu persatu.
Penulis berupaya dengan semaksimal mungkin dalam penyelesaian skripsi ini, namun
penulis menyadari masih banyak kelemahan baik dari segi isi maupun tata bahasa, untuk itu
penulis mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun dari pembaca demi
sempurnanya skripsi ini. Kiranya isi skripsi ini bermanfaat dalam memperkaya khasanah
penelitian.
Medan,
Agustus 2013
Penulis,
Iis Apriance Simaremare
NIM. 409210015
PREPARASI, KARAKTERISASI DAN UJI AKTIVASI KATALIS
NiO/ZEOLIT ALAM UNTUK CRACKING MINYAK DEDAK
PADI MENJADI FRAKSI BENSIN DAN DIESEL
Iis Apriance Simaremare (NIM 409210015)
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian preparasi dan karakterisasi katalis NiO/zeolit
alam untuk cracking minyak dedak padi menjadi fraksi bensin dan diesel. Zeolit
alam diperoleh dari Sarulla, diaktivasi dengan metode pengasaman. Aktivasi
zeolit alam (ZS) dilakukan dengan perlakuan refluks HCl 3M pada suhu 900C
selama 30 menit (diperoleh sampel ZAS). Impregnasi logam Ni pada sampel ZAS
dilakukan dengan menggunakan larutan garam prekusor Ni(NO3)2.6H2O,
selanjutnya direfluks pada temperatur 900C selama 5 jam, kemudian diuapkan
dan dikeringkan pada suhu 1100C. Sampel selanjutnya diaktivasi dengan aliran
gas oksigen (diperoleh sampel NiO/ZAS). Karakterisasi katalis meliputi
penentuan kristalinitas katalis dengan X-ray diffractian(XRD) dan penentuan
bilangan gelombang pada gugus TO4 dengan FTIR. Hydrocracking minyak dedak
padi secara catalytic cracking dilakukan menggunakan reaktor sistem fixed-bed
yang terbuat dari stainless steelpada temperatur 4500C selama 1 jam dengan
variasi rasio berat katalis umpan 0,17, 0,25, 0,50 (b/b). Produk cair hasil
hydrocracking dianalisis dengan GC.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa preparasi dan aktivasi berpengaruh
terhadap aktivitas dan selektivitasnya sebagai katalis. Pengembanan oksida logam
NiO pada ZAS meningkatkan aktivitas dan selektivitas katalis terhadap fraksi
produk cair dan aktivitas cracking minyak dedak padi dengan katalis NiO/ZAS
menghasilkan produk gas lebih dominan berturut-turut 73,32%, 60,65%, 75,31%,
65,59%, 61,29% dan 64,77%. Rasio katalis, umpan dan suhu berpengaruh
terhadap konversi produk biogasoline dan diesel yang dihasilkan dengan konversi
produk cair terbesar dihasilkan oleh katalis NiO/ZAS pada rasio katalis umpan
0,25, yaitu sebesar 34,90% dan selektivitas terhadap fraksi bensin (C5-C12)
sebesar 26,27%.
Kata kunci : NiO/zeolit alam, minyak dedak padi, cracking
DAFTAR ISI
Halaman
Lembar Pengesahan
i
Daftar Isi
ii
Daftar Gambar
iv
Daftar Tabel
v
BAB I PENDAHULUAN
1
1.1 Latar Belakang
1
1.2 Batasan Masalah
4
1.3 Rumusan Masalah
5
1.4 Tujuan Penelitian
5
1.5 Manfaat Penelitian
5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
7
2.1 Minyak Dedak Padi
7
2.2 Katalis Heterogen
8
2.2.1 Pengemban Katalis
10
2.2.2 Sifat Katalis Logam Transisi
12
2.2.3 Pembuatan dan Karakterisasi Katalis
13
2.2.3.1 Pembuatan Katalis
13
2.2.3.2 Karakterisasi Katalis
14
2.2.3.2.1 Uji keasaman katalis
14
2.2.3.2.2 Uji kritanilitas katalis
15
2.2.3.2.3 Penentuan luas permukaaan spesifik
16
2.3 Zeolit
17
2.3.1Sifat-sifat zeolit
18
2.3.2 Jenis-Jenis Zeolit
20
2.3.3 Zeolit sebagai katalis
23
2.4 Reaksi Hidrorengkah (Cracking)
26
BAB III METODE PENELITIAN
29
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian
29
3.2 Alat dan Bahan
29
3.2.1
Alat
29
3.2.2
Bahan
29
3.3
Prosedur Penelitian
30
3.3.1
Preparasi Zeolit Alam
30
3.3.2
Pembuatan Katalis NiO/ZAA
30
3.3.3
Karakteristisasi Katalis
31
3.3.3.1 Analisis difraksi sinar-X (XRD)
31
3.3.3.2 Analisis FTIR
31
3.4 Ekstraksi Minyak Dedak Padi
31
3.5 Uji Aktivitas Katalis
31
3.6 Analisis produk cair dengan GC
33
3.7 Bagan Alir Penelitian
35
3.7.1 Preparasi Sampel Zeolit alam Sarulla
35
3.7.2 Pembuatan Katalis NiO/ZAA
36
3.7.3 EkstraksiMinyak Dedak Padi
37
3.7.4 Reaksi cracking minyak dedak padi
38
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
39
4.1 Preparasi katalis
39
4.2 Karakterisasi katalis
41
4.2.1 Karakterisasi FTIR
41
4.2.2 Karakterisasi Difraksi Sinar X (XRD)
42
4.3 Uji aktivasi katalis
46
4.4 Selektivitas katalis terhadap fraksi bensin
50
BAB V KESIMPULAN
53
5.1 Kesimpulan
53
5.2 Saran
53
DAFTAR PUSTAKA
58
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1
Karakteristik Minyak Dedak Padi
7
Tabel 2.2
Komposisi Asam Lemak dalam Minyak Dedak
8
Tabel 4.1
Intensitas 4 puncak ZS (b) ZAS (c) NiO/ ZAS
42
Tabel 4.2
Identifikasi posisi sudut difraksi ZS 2Ɵ (derajat)
44
Tabel 4.3
Data konversi hasil cracking minyak dedak padi
48
Tabel 4.4
Selektivitas katalis terhadap fraksi bensin dan diesel
52
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1
Struktur asam oleat
8
Gambar 2.2
Struktur pori di dalam zeolit
18
Gambar 2.2
Tetrahedral alumina dan silika (TO4) pada struktur zeolit
19
Gambar 2.4
Struktur umum zeolit
24
Gambar 2.5
Kation kerangka dalam zeolit
25
Gambar 3.1
Skema alat cracking minyak dedak padi
34
Gambar 3.2
Preparasi zeolit alam Sarulla
35
Gambar 3.3
Impregnasi logam Nikel pada zeolit alam teraktivasi
36
Gambar 3.4
Ekstraksi minyak dedak padi
37
Gambar 3.5
Uji aktivitas katalis
38
Gambar 4.1
Reaksi padatan zeolit dengan HCl
39
Gambar 4.2
Spektra IR
41
Gambar 4.3
Difraktogram (a) ZS (b) ZAS (c) NiO/ ZAS
43
Gambar 4.4
Difraktogram XRD
45
Gambar 4.5
Katalis NiO/ZAS sebelum dan setelah hydrocracking
47
Gambar 4.6
Produk cair cracking minyak dedak padi
47
Gambar 4.7
Grafik hubungan produk cair dan rasio
49
Gambar 4.8
Kromatogram produk cair dengan n-dodekana
50
Gambar 4.9
Kromatogram minyak dedak padi
51
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Salah satu permasalahan nasional dewasa ini dan semakin dirasakan pada
masa mendatang adalah masalah energi. Perkembangan teknologi, industri dan
transportasi yang membutuhkan bahan bakar sangat dirasakan oleh seluruh
negara-negara di dunia tidak terkecuali negara Indonesia, yang merupakan salah
satu negara berkembang dengan tingkat pertumbuhan ekonomi yang sangat baik
saat ini. Kelangkaan bahan bakar minyak (BBM) di Indonesia cukup meresahkan
masyarakat baik bensin (gasoline), minyak solar (diesel), maupun minyak tanah
(kerosene) disebabkan oleh pasokan cadangan minyak bumi yang tidak dapat
terbarukan semakin menipis. Hal ini ditandai dengan kenaikan harga dan
kelangkaaan BBM yang sering terjadi. Di lain pihak penggunaan BBM dapat
menyebabkan kerusakan lingkungan (polusi udara) karena mengandung sekitar
0,5 sampai 6,0% asam sulfur. Seiring dengan menipisnya cadangan bahan bakar
fosil, pencarian sumber energi lain menjadi semakin penting. Sejalan dengan itu
perlu dilakukan penelitian penggunaan sumber-sumber energi alternatif bersifat
baru dan terbarukan serta ramah terhadap lingkungan (green fuels).
Berbagai sumber energi baru yang dapat diandalkan berasal dari berbagai
jenis minyak baik nabati maupun hewani.
Salah satu bahan yang memiliki
potensi untuk dikembangkan sebagai sumber bahan bakar alternatif bersifat baru
dan terbarukan adalah minyak dedak padi. Minyak dedak padi diperoleh dari
proses ekstraksi dedak padi dengan pelarut organik. Pemilihan minyak dedak padi
sebagai sumber bahan bakar alternatif sangat tepat dilakukan di Indonesia karena
Indonesia sebagai negara agraris dapat memproduksi Gabah Kering Giling (GKG)
sebesar 14% dan setiap penggilingan padi akan menghasilkan sekam 18-20%,
dedak 8-10% dan 47-60% beras. Produksi gabah di Indonesia tahun 2007
mencapai sebesar 50 juta ton per tahun, maka dedak padi yang dihasilkan sebagai
hasil samping penggilingan gabah padi berkisar 5 juta ton per tahun, suatu jumlah
yang sangat melimpah sehingga butuh usaha untuk memanfaatkannya secara
optimal (Nasir, 2009), melalui proses katalitik cracking minyak dedak padi akan
dihasilkan fraksi bahan bakar cair setaraf bensin dan diesel.
Penelitian terkait konversi katalitik minyak dedak padi telah banyak
dilakukan: Nurul (2010) telah mengkonversi minyak dedak dengan proses
ekstraksi menggunakan metanol sebagai solvent dilanjutkan dengan esterifikasi
dengan katalis H2SO4 1% v/v, dalam proses transesterifikasi perlakuannya pada
suhu operasi 600C. Variabel berubahnya pada proses esterifikasi adalah waktu
esterifikasi 60; 75; 90; 105; 120 menit dan suhu operasi 40; 45; 50; 55; 60 0C,
sedangkan untuk proses transesterifikasi adalah waktu operasi 60; 75; 90; 105;
120 menit dan jumlah katalis 1,5; 1,75; 2; 2,25; 2,5% w/w, untuk mengkonversi
asam lemak bebas menjadi metil ester dan transesterifikasi untuk mengkonversi
trigliserida menjadi metil ester (biodiesel) dilakukan dengan menambahkan NaOH
1,75% w/w. Hasil penelitian menunjukkan konversi biodiesel tertinggi mencapai
84,93% metil ester dengan komponen terbesar metil ester
metil oleat yaitu
sebesar 60,61% pada suhu optimum 600C, sedangkan waktu optimum
transesterifikasi adalah 120 menit dengan konsentrasi katalis NaOH 1,75% w/w;
konversi minyak dedak padi menjadi senyawa hidrokarbon setaraf biodiesel juga
dilakukan oleh Darsono (2010) memanfaatkan dedak padi sebagai bahan baku
dalam pembuatan biodiesel melalui metode esterifikasi in situ dengan metanol
menggunakan katalis asam sulfat. Hasil penelitian menunjukkan bahwa proses
esterifikasi in situ dedak padi mampu menghasilkan biodiesel dengan waktu
operasi optimum adalah 60 menit dan penambahan jumlah metanol sebesar 200
mL menghasilkan konversi paling tinggi. Penelitian terkait konversi minyak
dedak padi menjadi fraksi biogasoline sampai saat ini belum banyak dilakukan.
Hal ini mendorong penulis untuk melakukan penelitian terkait melalui proses
katalitik cracking minyak dedak sehingga dihasilkan fraksi setaraf gasoline dan
diesel.
Proses cracking bertujuan untuk menghasilkan fraksi hidrokarbon dengan
berat molekul lebih ringan yaitu fraksi gas dan cair yang dapat digunakan sebagai
bahan bakar. Proses cracking dapat dilakukan secara termal dan katalitik. Thermal
Cracking kurang efisien karena bekerja pada suhu tinggi dan hasilnya tidak
optimal, sedangkan jika menggunakan katalis akan lebih disukai karena dapat
bekerja pada suhu dan tekanan rendah dengan hasil optimal (Gates, 1995),
sehingga secara ekonomi lebih efisien. Zeolit sebagai katalis digunakan dalam
industri petroleum karena memiliki situs asam Lewis dan Bronsted.
Indonesia merupakan negara yang kaya akan zeolit. Komposisi utama
zeolit yang terdapat di Indonesia adalah modernit sekitar 70% (Khairial dan
Trisunaryanti, 2000). Sebagian besar wilayah Indonesia terdiri dari batuan gunung
berapi dan memiliki penyebaran zeolit yang cukup melimpah seperti di Jawa dan
Sumatera. Di Sumatera Utara salah satunya di Kabupaten Tapanuli Utara,
Kecamatan Pahae, daerah Sarulla menghasilkan zeolit yang belum termanfaatkan
secara maksimal. Sejauh ini zeolit hanya dimanfaatkan sebagai adsorben
(Simangunsong, 2005), oleh karena itu pada penelitian ini digunakan katalis zeolit
alamyang relatif murah dan mudah diperoleh serta juga didasarkan atas rasio
Si/Al tinggi yang dapat meningkatkan kekuatan asam dan konversi hidrokarbon
yang berpengaruh pada proses reaksi perengkahan katalitik.
Menurut Al-qahtani (1997) logam-logam transisi seperti Fe, Co, Ni, Rd,
Ru, Pd, Os, Ir dan Pt dapat digunakan sebagai katalis. Akan tetapi penggunaan
logam transisi secara langsung sebagai katalis memiliki kelemahan diantaranya
dapat terjadinya proses sintering logam. Hal ini menyebabkan katalis kehilangan
permukaan aktif sehingga umur katalis menjadi lebih pendek. Untuk mengatasi
hal tersebut cara yang dapat dilakukan adalah dengan mendispersikan logam
tersebut kedalam suatu bahan pengemban yang stabil secara termal sehingga
proses sintering dapat dihindarkan (Augustin, 1996). Salah satu bahan pengemban
yang banyak digunakan sebagai pengemban adalah zeolit.
Bahan pengemban berupa zeolit alam banyak bercampur dengan materi
pengotor, baik yang bersifat kristalin maupun amourfous. Sehingga zeolit alam
perlu diaktivasi dan dimodifikasi untuk meningkatkan aktivitasnya sebagai
katalis. Salah satu sifat yang perlu dimodifikasi adalah keasaman. Keasaman
zeolit dapat ditingkatkan dengan dealuminasi dan dengan pengembanan logam
dan oksida logam tertentu. Khairinal dan Trisunaryanti (2000), dealuminasi
dengan perlakuan asam akan menaikan keasaman zeolit. Sedangkan pengembanan
logam akan meningkatkan luas permukaan yang tersedia untuk adsorbsi reaktan
sehingga akan meningkatkan aktivitas katalitik perunit luas permukaan.
Pengembanan logam dalam sistem katalis logam pengemban dapat memperbaiki
aktivitas, selektivitas dan stabilitas dari katalis (Hegedus, 1987).
Berdasarkan latar belakang tersebut, maka pada penelitian ini dilakukan
preparasi katalis zeolit alam aktif asam (ZAS) dan NiO/ZAS, dengan metode
impregnasi. Karakterisasi katalis meliputi penentuan kristalinitas dan bilangan
gelombang pada gugus TO4. Uji aktivitas katalis dan selektivitas dilakukan pada
reaksi cracking minyak dedak padi menjadi fraksi bensin dan diesel dalam reaktor
sistem fixed bed. Untuk memperoleh kondisi optimum dilakukan variasi rasio
katalis dan umpan, yaitu: 1:2, 1:4, dan 1:6, dengan variasi suhu 450 oC.
1.2 Batasan Masalah
Berdasarkan latar belakang masalah diatas maka diperoleh batasan masalah
sebagai berikut :
1. Zeolit alam yang digunakan berasal dari daerah Sarulla, Kecamatan Pahae,
Kabupaten Tapanuli Utara.
2. Pengembanan oksida logam nikel (Ni) pada zeolit alam aktif asam
(NiO/ZAS) dengan metode impregnasi.
3. Uji aktivitas katalis pada reaksi katalitik cracking minyak dedak dalam
reaktor sistem fixed bed dengan variasi rasio katalis danumpan, yaitu: 1:2,
1:4, dan 1:6, dan variasi temperatur 450 oC.
1.3 Rumusan Masalah
Rumusan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Bagaimana pengaruh preparasi dan aktivasi pada zeolit alam terhadap sifat
spesifik katalis?
2. Bagaimana pengaruh pengembanan oksida logam NiO pada zeolit alam
aktif terhadap sifat spesifik katalis?
3. Bagaimana aktivitas dan selektivitas katalis ZAS dan NiO/ZAS terhadap
fraksi bensin dan diesel pada reaksi cracking minyak dedak padi?
4. Bagaimana pengaruh rasio katalis: umpan, dan suhu terhadap konversi
produk biogasoline dan diesel yang dihasilkan?
1.4 Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk:
1. Mempreparasi dan mengkarakterisasi katalis ZAS, dan NiO/ZAS
2. Mempelajari aktivitas dan selektivitas katalis ZAS, dan NiO/ZAS pada
cracking minyak dedak padi dalam reaktor sistem fixed bed.
3. Mengetahui kondisi reaksi optimum yang dapat menghasilkan konversi
produk fraksi bensin dan diesel.
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Meningkatkan potensi zeolit alam yang telah diaktivasi dan dimodifikasi
sebagai katalis dalam proses cracking minyak dedak padi.
2. Mengetahui efektivitas dan efisiensi minyak dedak padi untuk dapat
dikonversi menjadi senyawa hidrokarbon fraksi ringan, terutama fraksi
bensin dan diesel melalui cracking secara katalitik.
3. Memberikan informasi dan nilai tambah untuk pemanfaatanminyak dedak
padi sebagai sumber bahan bakar alternatif baru dan terbarukan.
4. Memanfaatkan minyak dedak padi sebagai sumber bahan baku bahan
bakar alternatif untuk menghasilkan fraksi bahan bakar setaraf bensin dan
diesel melalui reaksi katalitik cracking.
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Kesimpulan dalam penelitian ini adalah :
1. Preparasi dan aktivasi zeolit alam berpengaruh terhadap aktivitas dan
selektivitasnya sebagai katalis.
2. Pengembanan oksida logam NiO pada ZAS meningkatkan aktivitas dan
selektivitas katalis terhadap fraksi produk cair.
3. Aktivitas cracking minyak dedak padi dengan katalis NiO/ZAS
menghasilkan produk gas lebih dominan berturut-turut 73,32%, 60,65%,
75,31%, 65,59%, 61,29% dan 64,77%.
4. Rasio katalis, umpan dan suhu berpengaruh terhadap konversi produk
biogasoline dan diesel yang dihasilkan dengan konversi produk cair
terbesar dihasilkan oleh katalis NiO/ZAS pada rasio katalis umpan 0,25,
yaitu sebesar 34,90% dan selektivitas terhadap fraksi bensin (C5-C12)
sebesar 26,27%.
5.2 Saran
Saran dalam penelitian ini adalah:
1. Perlu dilakukan penelitian mengenai pengaruh perbandingan umpan
minyak dedak padi dan massa katalis. Di samping itu, perlu regenerasi
katalis dan uji aktivitas kembali terhadap katalis yang telah digunakan.
2. Perlu
dilakukan
penelitian
tentang
pengaruh
pengembanan logam terhadap karakter katalis.
variasi
metode
DAFTAR PUSTAKA
Al- Qathani, H., 1997,Effetc of Ageing on A Steam Reforming Catalyst,J. Chem.
Eng., 66, 51-56
Anderson, J, .,dan Boudart,J., 1981, Catalysis : Science and Tecnology, Vol. 1.
Springer-Verlag, Berlin
Anonim, 2010,http://material-sciences.blogspot.com/2010/03/zeolit-struktur-danfungsi.html, diakses tanggal 4 Maret 2013
Anonim, 2010,http://vedcadiklatki.blogspot.com/2012/04/zeolite-potensi-alamindonesia-yang.html,diakses tanggal 4 Maret 2013
Augustin, R, L., 1996, Heterogeneous Catalyst for Chemist, Marcel Dekker Inc.,
New York
Azis Isalmi, dkk., 2012, Penggunaan zeolit alam sebagai katalis dalam
pembuatan biodiesel., Skripsi, Jurusan Kimia FMIPA, UIN Syarif
Hidayatullah, Jakarta
Bell, A.T., 1987, Support and Metal Support Interaction in Catalyst Design, Jhon
Wiley & Sons, New York
Bhatia, S., 1990, Zeolit catalysis : Principle and Apliation, CRC. Press, Boca
Ration, FL.
Bhattacharyya, D.K., M.M. Chakrabarty, R.S.Vaidyanathan, A.C Bhatachryya,
(1983), “ACritical Study of The Refining of Rice BranOil”, dalam: J. Am.
Oil Chem. Soc.Vol.60.467-471.
Breck, D.W., 1947, Zeolit Molecular Sieves: Structure, Chemistry, And Use, Jhon
Willey and Son Inc., New York
Campbell, M., 1988, Catalyst at Surfaces, Chapman and Hall Ltd, New York
Darsono, dkk., 2010, Proses Pembuatan Biodiesel dari dedak padi dan Metanol
dengan esterifikasi In Situ., Skripsi, FMIPA, Universitas Diponegoro
Emmanuel, I., 2009, Preparasi, Karakterisasi, uji aktivitas, deaktivasi, dan
Regenarasi Katalis CoO-MoO/ZnO dan CoO-MoO/ZnO-ZAA untuk
Produksi Hidrogen Dari Limbah Minyak Fusel, Skripsi, Jurusan Kimia
FMIPA, UGM, Yogyakarta
Gates, B.C, Katzer,J.R and Schuit,G.A., 1995, Chemistry of Catalytic Prosess, 1st
Edition, Mc Graw-Hill Book Compan, New York
Gatri, D., 2012. Modifikasi Zeolit alam dengan polianilin (PANI) sebagai
adsorben ion logam berat, Skipsi, Jurusan Kimia FMIPA, UI
Handoko, D.S.P. 2005. Aktivitas Katalis Ni/H5-NZA dan Mekanismenya Pada
Konversi Jelantah MenjadiSenyawa Fraksi Solar dan BensinDengan
Umpan Pancingan Jenis Metanol dan Butanol. Jember:Jurusan Kimia
Fakultas MIPA Universitas Jember.
Hegedus, L.L., 1987, Catalyst poisoning, Marcel Dekker Inc., New York.,
Hudhi, A, F., 2004, Preparasi Karakterisasi dan Uji aktivasi Nb2O5-ZAA dan NiPd/ Nb2O5-ZAA Untuk konversi Amil Alkohol Menjadi Hidrokarbon,
Skripsi, Jurusan Kimia FMIPA, UGM, Yogyakarta
Khairinal dan Trisunaryanti, W., 2000, Dealuminasi Zeolit Alam dengan
Perlakuan Asam dan Proses Hidrotermal,Prosiding Seminar Nasional
Kimia VIII, Yogyakarta
Kristiani, A, 2008, Hidrorengkah Pelumas Bekas Menggunakam Katalis NiOMoO/Nb2O5 Diembankan pada Zeolit Alam Teraktivasi HCl, Skripsi,
Jurusan Kimia FMIPA, UGM, Yogyakarta.
Nasir dkk, 2009, Ekstraksi Dedak Padi Menjadi Minyak Mentah Dedak Padi
(Crude Bran Oil) Dengan Menggunakan Pelarut n-Hexane dan Ethanol,
Jurnal Rekayasa Sriwijaya N0.1 vol 18, 37 – 44
Nurhadi dkk, 2001, Karakterisasi dan Modifikasi Zeolit Alam dan Sifat
Perengkahannya Terhadap Fraksi Minyak Bumi, Indo, J. Chem.,3,2.4047
Nurul dkk, 2010, Pembuatan Metil Ester (Biodiesel) Dari Minyak DedakDan
Metanol Dengan ProsesEsterifikasi Dan Transesterifikasi, Sktipsi,
Jurusan Teknik Kimia, FT, Universitas Dipenogoro.
Pulungan, A.N., 2011, Preparasi dan karakterisasi katalis NiO-CoO-MoO/Zeolit
Alam dan NiO-CoO-MoO/Zeolit-Y untuk reaksi Hidrorengkah Minyak
Laka menjadi fraksi bensin dan diesel, Skripsi, Jurusan Kimia, FMIPA
UGM
Radiansono, 2005,Aktivitas Katalis Ni-Mo/Zeolit dan Ni-Mo/Zeolit Nb2O5 untuk
Reaksi Hidrorengkah Sampah Plastik PP Menjadi Fraksi Bensin, Tesis,
FMIPA, UGM, Yogyakarta
Sang, O, Y., 1985, Biofuel Production From Catalytic Cracking of Palm Oil,
Energi Source J., 9, 25
Senderov, E. E., Yuhnevitsch, G, V., and Gabuda, P., 1987, Radio Spectroscopy
of Solid, Atomizdat, Moskow
Setiaji, B, 2000, Beberapa Metode Penentuan Keasaman Padatan Zeolit,
Prosiding Seminar Nasional Kimia VIII, Yogyakarta
Setyawan D dan P. Handoko, 2002, “Preparasi Katalis Cr/Zeolit Melalui
Modifikasi Zeolit Alam”, Jurnal Ilmu Dasar, Vol 3, hal. 15-23.
Sihombing, J., L., 2010, Preparasi dan Karakterisasi Katalis NiO-MoOCoO/Zeolit Alam dan NiO-MoO/Zeolit Alam untuk Reaksi Hidrorengkah
Pelumas Bekas Menjadi Fraksi Bensin dan Diesel, Tesis -S2, UGM,
Yogyakarta
Simangunsong, V., 2005, Optimasi suhu aktivasi dan dosisZeolit sebagai
adsorben seng dan besi yang terkandung di dalam limbah cair industri
sarung tangan karet.,Skripsi.FMIPA, UI
Smith, K., 1992, Solid Support and Catalyst in Organic Synthesis, Ellis Horwood
PTR, Prentice Hall, London.
Trisunaryanti, W., 2001, Selectivity of an Active Natural Zeolit in Catalityc
Conversion process of Bangkirai, Kruing and Kamper Woods Biofuel to
Gasoline Fraction, Indo., J., Chem., Vol. 1, 35-42
Trisunaryanti, W.,1991, Modifikasi, Karakterisasi dan Pemanfaatan Zeolit Alam,
Tesis, FMIPA, UGM, Yogyakarta
Trisunaryanti, W., Shiba, R., Miura, M., Namura, M., Nashiyama, N., and
Matsukata, M., 1996, Characterization and Modification of Indonesian
Natural Zeolit and Their Properties for Hidrocracking of a Parafin, J. Jpn.
Ints. Petr., 39, 1, 20-25
Trisunaryanti, W., Triyono, Mudasir, dan Purwono, S., 2004, Pengaruh Nisbah
Ni/Mo terhadap Karakter dan Aktivitas Katalis Mo-Ni/ -Al2O3 pada
Proses Hidrorengkah Fraksi Aspalten dari Aspal Buton, Berkala Ilmiah
MIPA, 14
Trisunaryanti, W., Endang, T. dan Sri, S.,2005, Preparasi, Karakterisasi dan
Modifikasi Ni-Pd/ Zeolit alam, Indonesia,Indo. J. Chem., 5.1. 48-53
Trisunaryanti, W., 2007, Buku Ajar Material Katalis, Jurusan Kimia, Fakultas
Matematika danIlmu Pengetahuan Alam, Universitas Gadjah Mada,
Yogyakarta
Triyono, 2000, Kimia Katalis, Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta
Tsitsishvili, G. V., Kirov, G.N., and Filizesa, L.D., 1992, Natural Zeolites, Ellis
Hoorwood Limited, London
Twaig, 2004, Performance of Composite Catalyst in Palm Oil Cracking for The
Production of Liquid Fuels and Chemicals, Fuel process Tehnol, 85
Widayat, 2005, “ Pembuatan Biodiesel dari Minyak Goreng Bekas denganProses
Catalytic Cracking”, Prosiding SeminarNasional Teknik Kimia Indonesia,
Bandung.
Widayat, 2006, “Pembuatan Bahan Bakar Cair dari Minyak Goreng Bekas
dengan Proses Catalytic Cracking”,Prosiding Seminar Nasional
Masyarakat Katalis Indonesia (MKICS) Indonesian Catalyst Society 2006,
Departemen Kimia MIPA UI, Departemen Gas dan Petrokimia FT UI,
Pusat Penelitian Kimia LIPI MKI, 26-27 Juni 2006 ISSN: 979-8768-05-1,
hal 5-6.
Wiratini, N.M., 2010, Karakterisasi dan Uji Aktivitas Katalis Ni/ Zeolit Alam
Pada Hidrorengkah Metil Esster Minyak Sawit (MEPO), Tesis,Jurusan
Ilmu Kimia FMIPA, UGM, Yogyakarta
NiO/ZEOLIT ALAM UNTUK CRACKING MINYAK DEDAK
PADI MENJADI FRAKSI BENSIN DAN DIESEL
Oleh :
Iis Apriance Simaremare
NIM 409210015
Program Studi Kimia
SKRIPSI
Diajukan Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar
Sarjana Sain
JURUSAN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS NEGERI MEDAN
MEDAN
2013
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas segala rahmat
dan berkatNya yang memberikan kesehatan dan hikmat kepada penulis sehingga penelitian
ini dapat diselesaikan dengan baik sesuai dengan waktu yang direncanakan.
Skripsi berjudul “Preparasi, Karakterisasi dan Uji Aktivitas Katalis NiO/Zeolit
Alam Untuk Cracking Minyak dedak Padi Menjadi Fraksi Bensin
dan Diesel
memperoleh gelar Sarjana Sain, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Negeri Medan. Pada kesempatan ini penulis menyampaikan terima kasih kepada:
Ibu Dra. Nurmalis, M,Si., sebagai dosen pembimbing skripsi yang telah banyak memberikan
bimbingan dan saran-saran kepada penulis sejak awal penelitian sampai dengan selesainya
penulisan skripsi ini. Ucapan terima kasih juga disampaikan kepada., Bapak Nasir Pulungan,
S.Si, M.Sc., dan Junifa Layla Sihombing, S.Si. M.Sc., Ucapan terimakasih juga disampaikan
kepada Bapak Drs. Jasmidi M.Si., Ibu Dra. Ratu Evina Dibiyantini, M.Si., Bapak Drs. P. M.
Silitonga, M.S sebagai dosen-dosen penguji yang telah memberikan masukan dan saran-saran
mulai dari rencana penelitian sampai selesai penyusunan skripsi ini. Ucapan terima kasih
disampaikan kepada Ibu Ir. Nurfajriani M.Si., selaku dosen Pembimbing Akademik dan
ucapan terimakasih juga disampaikan kepada bg Nizam dan bg Eriadi selaku laboran yang
membantu berjalannya penelitian dan kepada seluruh Bapak dan Ibu Dosen serta Staf
Pegawai Jurusan Kimia FMIPA UNIMED yang sudah membantu penulis.
Teristimewa saya sampaikan terima kasih kepada Mangiring Simaremare, Ibunda
tercinta Gandaria Siregar, Abang Gesviandy Praja, Kakak (Wiwik Dewanti), Adik (Indri,
Krismesi, Maria) dan saudara-saudara saya yang sudah berdoa dan memberikan dorongan
semangat dan kasih sayangnya serta dana kepada saya untuk menyelesaikan studi di
UNIMED. Ucapan terima kasih juga disampaikan kepada teman-teman Kimia 2009
(khususnya Aisyah, Arini, Jenni, Winda, Ricky, Ardiansyah, Kaminar, Rafica Dini, Monica,
Frisdawati dan Gaung) seperjuangan untuk semangatnya dan untuk persahabatan yang
terjalin dan dukungan doanya. Serta kepada semua abang/kakak senior dan adik-adik junior
yang telah mau berbagi ilmu dan pengalaman kepada penulis. Dan tak lupa penulis ucapkan
terimakasih buat mybestfriend (Jupri Siregar) yang banyak memberikan motivasi pada
penulis. Serta kepada semua pihak yang telah memberi masukan kepada penulis yang tidak
dapat penulis sebutkan satu persatu.
Penulis berupaya dengan semaksimal mungkin dalam penyelesaian skripsi ini, namun
penulis menyadari masih banyak kelemahan baik dari segi isi maupun tata bahasa, untuk itu
penulis mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun dari pembaca demi
sempurnanya skripsi ini. Kiranya isi skripsi ini bermanfaat dalam memperkaya khasanah
penelitian.
Medan,
Agustus 2013
Penulis,
Iis Apriance Simaremare
NIM. 409210015
PREPARASI, KARAKTERISASI DAN UJI AKTIVASI KATALIS
NiO/ZEOLIT ALAM UNTUK CRACKING MINYAK DEDAK
PADI MENJADI FRAKSI BENSIN DAN DIESEL
Iis Apriance Simaremare (NIM 409210015)
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian preparasi dan karakterisasi katalis NiO/zeolit
alam untuk cracking minyak dedak padi menjadi fraksi bensin dan diesel. Zeolit
alam diperoleh dari Sarulla, diaktivasi dengan metode pengasaman. Aktivasi
zeolit alam (ZS) dilakukan dengan perlakuan refluks HCl 3M pada suhu 900C
selama 30 menit (diperoleh sampel ZAS). Impregnasi logam Ni pada sampel ZAS
dilakukan dengan menggunakan larutan garam prekusor Ni(NO3)2.6H2O,
selanjutnya direfluks pada temperatur 900C selama 5 jam, kemudian diuapkan
dan dikeringkan pada suhu 1100C. Sampel selanjutnya diaktivasi dengan aliran
gas oksigen (diperoleh sampel NiO/ZAS). Karakterisasi katalis meliputi
penentuan kristalinitas katalis dengan X-ray diffractian(XRD) dan penentuan
bilangan gelombang pada gugus TO4 dengan FTIR. Hydrocracking minyak dedak
padi secara catalytic cracking dilakukan menggunakan reaktor sistem fixed-bed
yang terbuat dari stainless steelpada temperatur 4500C selama 1 jam dengan
variasi rasio berat katalis umpan 0,17, 0,25, 0,50 (b/b). Produk cair hasil
hydrocracking dianalisis dengan GC.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa preparasi dan aktivasi berpengaruh
terhadap aktivitas dan selektivitasnya sebagai katalis. Pengembanan oksida logam
NiO pada ZAS meningkatkan aktivitas dan selektivitas katalis terhadap fraksi
produk cair dan aktivitas cracking minyak dedak padi dengan katalis NiO/ZAS
menghasilkan produk gas lebih dominan berturut-turut 73,32%, 60,65%, 75,31%,
65,59%, 61,29% dan 64,77%. Rasio katalis, umpan dan suhu berpengaruh
terhadap konversi produk biogasoline dan diesel yang dihasilkan dengan konversi
produk cair terbesar dihasilkan oleh katalis NiO/ZAS pada rasio katalis umpan
0,25, yaitu sebesar 34,90% dan selektivitas terhadap fraksi bensin (C5-C12)
sebesar 26,27%.
Kata kunci : NiO/zeolit alam, minyak dedak padi, cracking
DAFTAR ISI
Halaman
Lembar Pengesahan
i
Daftar Isi
ii
Daftar Gambar
iv
Daftar Tabel
v
BAB I PENDAHULUAN
1
1.1 Latar Belakang
1
1.2 Batasan Masalah
4
1.3 Rumusan Masalah
5
1.4 Tujuan Penelitian
5
1.5 Manfaat Penelitian
5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
7
2.1 Minyak Dedak Padi
7
2.2 Katalis Heterogen
8
2.2.1 Pengemban Katalis
10
2.2.2 Sifat Katalis Logam Transisi
12
2.2.3 Pembuatan dan Karakterisasi Katalis
13
2.2.3.1 Pembuatan Katalis
13
2.2.3.2 Karakterisasi Katalis
14
2.2.3.2.1 Uji keasaman katalis
14
2.2.3.2.2 Uji kritanilitas katalis
15
2.2.3.2.3 Penentuan luas permukaaan spesifik
16
2.3 Zeolit
17
2.3.1Sifat-sifat zeolit
18
2.3.2 Jenis-Jenis Zeolit
20
2.3.3 Zeolit sebagai katalis
23
2.4 Reaksi Hidrorengkah (Cracking)
26
BAB III METODE PENELITIAN
29
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian
29
3.2 Alat dan Bahan
29
3.2.1
Alat
29
3.2.2
Bahan
29
3.3
Prosedur Penelitian
30
3.3.1
Preparasi Zeolit Alam
30
3.3.2
Pembuatan Katalis NiO/ZAA
30
3.3.3
Karakteristisasi Katalis
31
3.3.3.1 Analisis difraksi sinar-X (XRD)
31
3.3.3.2 Analisis FTIR
31
3.4 Ekstraksi Minyak Dedak Padi
31
3.5 Uji Aktivitas Katalis
31
3.6 Analisis produk cair dengan GC
33
3.7 Bagan Alir Penelitian
35
3.7.1 Preparasi Sampel Zeolit alam Sarulla
35
3.7.2 Pembuatan Katalis NiO/ZAA
36
3.7.3 EkstraksiMinyak Dedak Padi
37
3.7.4 Reaksi cracking minyak dedak padi
38
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
39
4.1 Preparasi katalis
39
4.2 Karakterisasi katalis
41
4.2.1 Karakterisasi FTIR
41
4.2.2 Karakterisasi Difraksi Sinar X (XRD)
42
4.3 Uji aktivasi katalis
46
4.4 Selektivitas katalis terhadap fraksi bensin
50
BAB V KESIMPULAN
53
5.1 Kesimpulan
53
5.2 Saran
53
DAFTAR PUSTAKA
58
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1
Karakteristik Minyak Dedak Padi
7
Tabel 2.2
Komposisi Asam Lemak dalam Minyak Dedak
8
Tabel 4.1
Intensitas 4 puncak ZS (b) ZAS (c) NiO/ ZAS
42
Tabel 4.2
Identifikasi posisi sudut difraksi ZS 2Ɵ (derajat)
44
Tabel 4.3
Data konversi hasil cracking minyak dedak padi
48
Tabel 4.4
Selektivitas katalis terhadap fraksi bensin dan diesel
52
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1
Struktur asam oleat
8
Gambar 2.2
Struktur pori di dalam zeolit
18
Gambar 2.2
Tetrahedral alumina dan silika (TO4) pada struktur zeolit
19
Gambar 2.4
Struktur umum zeolit
24
Gambar 2.5
Kation kerangka dalam zeolit
25
Gambar 3.1
Skema alat cracking minyak dedak padi
34
Gambar 3.2
Preparasi zeolit alam Sarulla
35
Gambar 3.3
Impregnasi logam Nikel pada zeolit alam teraktivasi
36
Gambar 3.4
Ekstraksi minyak dedak padi
37
Gambar 3.5
Uji aktivitas katalis
38
Gambar 4.1
Reaksi padatan zeolit dengan HCl
39
Gambar 4.2
Spektra IR
41
Gambar 4.3
Difraktogram (a) ZS (b) ZAS (c) NiO/ ZAS
43
Gambar 4.4
Difraktogram XRD
45
Gambar 4.5
Katalis NiO/ZAS sebelum dan setelah hydrocracking
47
Gambar 4.6
Produk cair cracking minyak dedak padi
47
Gambar 4.7
Grafik hubungan produk cair dan rasio
49
Gambar 4.8
Kromatogram produk cair dengan n-dodekana
50
Gambar 4.9
Kromatogram minyak dedak padi
51
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Salah satu permasalahan nasional dewasa ini dan semakin dirasakan pada
masa mendatang adalah masalah energi. Perkembangan teknologi, industri dan
transportasi yang membutuhkan bahan bakar sangat dirasakan oleh seluruh
negara-negara di dunia tidak terkecuali negara Indonesia, yang merupakan salah
satu negara berkembang dengan tingkat pertumbuhan ekonomi yang sangat baik
saat ini. Kelangkaan bahan bakar minyak (BBM) di Indonesia cukup meresahkan
masyarakat baik bensin (gasoline), minyak solar (diesel), maupun minyak tanah
(kerosene) disebabkan oleh pasokan cadangan minyak bumi yang tidak dapat
terbarukan semakin menipis. Hal ini ditandai dengan kenaikan harga dan
kelangkaaan BBM yang sering terjadi. Di lain pihak penggunaan BBM dapat
menyebabkan kerusakan lingkungan (polusi udara) karena mengandung sekitar
0,5 sampai 6,0% asam sulfur. Seiring dengan menipisnya cadangan bahan bakar
fosil, pencarian sumber energi lain menjadi semakin penting. Sejalan dengan itu
perlu dilakukan penelitian penggunaan sumber-sumber energi alternatif bersifat
baru dan terbarukan serta ramah terhadap lingkungan (green fuels).
Berbagai sumber energi baru yang dapat diandalkan berasal dari berbagai
jenis minyak baik nabati maupun hewani.
Salah satu bahan yang memiliki
potensi untuk dikembangkan sebagai sumber bahan bakar alternatif bersifat baru
dan terbarukan adalah minyak dedak padi. Minyak dedak padi diperoleh dari
proses ekstraksi dedak padi dengan pelarut organik. Pemilihan minyak dedak padi
sebagai sumber bahan bakar alternatif sangat tepat dilakukan di Indonesia karena
Indonesia sebagai negara agraris dapat memproduksi Gabah Kering Giling (GKG)
sebesar 14% dan setiap penggilingan padi akan menghasilkan sekam 18-20%,
dedak 8-10% dan 47-60% beras. Produksi gabah di Indonesia tahun 2007
mencapai sebesar 50 juta ton per tahun, maka dedak padi yang dihasilkan sebagai
hasil samping penggilingan gabah padi berkisar 5 juta ton per tahun, suatu jumlah
yang sangat melimpah sehingga butuh usaha untuk memanfaatkannya secara
optimal (Nasir, 2009), melalui proses katalitik cracking minyak dedak padi akan
dihasilkan fraksi bahan bakar cair setaraf bensin dan diesel.
Penelitian terkait konversi katalitik minyak dedak padi telah banyak
dilakukan: Nurul (2010) telah mengkonversi minyak dedak dengan proses
ekstraksi menggunakan metanol sebagai solvent dilanjutkan dengan esterifikasi
dengan katalis H2SO4 1% v/v, dalam proses transesterifikasi perlakuannya pada
suhu operasi 600C. Variabel berubahnya pada proses esterifikasi adalah waktu
esterifikasi 60; 75; 90; 105; 120 menit dan suhu operasi 40; 45; 50; 55; 60 0C,
sedangkan untuk proses transesterifikasi adalah waktu operasi 60; 75; 90; 105;
120 menit dan jumlah katalis 1,5; 1,75; 2; 2,25; 2,5% w/w, untuk mengkonversi
asam lemak bebas menjadi metil ester dan transesterifikasi untuk mengkonversi
trigliserida menjadi metil ester (biodiesel) dilakukan dengan menambahkan NaOH
1,75% w/w. Hasil penelitian menunjukkan konversi biodiesel tertinggi mencapai
84,93% metil ester dengan komponen terbesar metil ester
metil oleat yaitu
sebesar 60,61% pada suhu optimum 600C, sedangkan waktu optimum
transesterifikasi adalah 120 menit dengan konsentrasi katalis NaOH 1,75% w/w;
konversi minyak dedak padi menjadi senyawa hidrokarbon setaraf biodiesel juga
dilakukan oleh Darsono (2010) memanfaatkan dedak padi sebagai bahan baku
dalam pembuatan biodiesel melalui metode esterifikasi in situ dengan metanol
menggunakan katalis asam sulfat. Hasil penelitian menunjukkan bahwa proses
esterifikasi in situ dedak padi mampu menghasilkan biodiesel dengan waktu
operasi optimum adalah 60 menit dan penambahan jumlah metanol sebesar 200
mL menghasilkan konversi paling tinggi. Penelitian terkait konversi minyak
dedak padi menjadi fraksi biogasoline sampai saat ini belum banyak dilakukan.
Hal ini mendorong penulis untuk melakukan penelitian terkait melalui proses
katalitik cracking minyak dedak sehingga dihasilkan fraksi setaraf gasoline dan
diesel.
Proses cracking bertujuan untuk menghasilkan fraksi hidrokarbon dengan
berat molekul lebih ringan yaitu fraksi gas dan cair yang dapat digunakan sebagai
bahan bakar. Proses cracking dapat dilakukan secara termal dan katalitik. Thermal
Cracking kurang efisien karena bekerja pada suhu tinggi dan hasilnya tidak
optimal, sedangkan jika menggunakan katalis akan lebih disukai karena dapat
bekerja pada suhu dan tekanan rendah dengan hasil optimal (Gates, 1995),
sehingga secara ekonomi lebih efisien. Zeolit sebagai katalis digunakan dalam
industri petroleum karena memiliki situs asam Lewis dan Bronsted.
Indonesia merupakan negara yang kaya akan zeolit. Komposisi utama
zeolit yang terdapat di Indonesia adalah modernit sekitar 70% (Khairial dan
Trisunaryanti, 2000). Sebagian besar wilayah Indonesia terdiri dari batuan gunung
berapi dan memiliki penyebaran zeolit yang cukup melimpah seperti di Jawa dan
Sumatera. Di Sumatera Utara salah satunya di Kabupaten Tapanuli Utara,
Kecamatan Pahae, daerah Sarulla menghasilkan zeolit yang belum termanfaatkan
secara maksimal. Sejauh ini zeolit hanya dimanfaatkan sebagai adsorben
(Simangunsong, 2005), oleh karena itu pada penelitian ini digunakan katalis zeolit
alamyang relatif murah dan mudah diperoleh serta juga didasarkan atas rasio
Si/Al tinggi yang dapat meningkatkan kekuatan asam dan konversi hidrokarbon
yang berpengaruh pada proses reaksi perengkahan katalitik.
Menurut Al-qahtani (1997) logam-logam transisi seperti Fe, Co, Ni, Rd,
Ru, Pd, Os, Ir dan Pt dapat digunakan sebagai katalis. Akan tetapi penggunaan
logam transisi secara langsung sebagai katalis memiliki kelemahan diantaranya
dapat terjadinya proses sintering logam. Hal ini menyebabkan katalis kehilangan
permukaan aktif sehingga umur katalis menjadi lebih pendek. Untuk mengatasi
hal tersebut cara yang dapat dilakukan adalah dengan mendispersikan logam
tersebut kedalam suatu bahan pengemban yang stabil secara termal sehingga
proses sintering dapat dihindarkan (Augustin, 1996). Salah satu bahan pengemban
yang banyak digunakan sebagai pengemban adalah zeolit.
Bahan pengemban berupa zeolit alam banyak bercampur dengan materi
pengotor, baik yang bersifat kristalin maupun amourfous. Sehingga zeolit alam
perlu diaktivasi dan dimodifikasi untuk meningkatkan aktivitasnya sebagai
katalis. Salah satu sifat yang perlu dimodifikasi adalah keasaman. Keasaman
zeolit dapat ditingkatkan dengan dealuminasi dan dengan pengembanan logam
dan oksida logam tertentu. Khairinal dan Trisunaryanti (2000), dealuminasi
dengan perlakuan asam akan menaikan keasaman zeolit. Sedangkan pengembanan
logam akan meningkatkan luas permukaan yang tersedia untuk adsorbsi reaktan
sehingga akan meningkatkan aktivitas katalitik perunit luas permukaan.
Pengembanan logam dalam sistem katalis logam pengemban dapat memperbaiki
aktivitas, selektivitas dan stabilitas dari katalis (Hegedus, 1987).
Berdasarkan latar belakang tersebut, maka pada penelitian ini dilakukan
preparasi katalis zeolit alam aktif asam (ZAS) dan NiO/ZAS, dengan metode
impregnasi. Karakterisasi katalis meliputi penentuan kristalinitas dan bilangan
gelombang pada gugus TO4. Uji aktivitas katalis dan selektivitas dilakukan pada
reaksi cracking minyak dedak padi menjadi fraksi bensin dan diesel dalam reaktor
sistem fixed bed. Untuk memperoleh kondisi optimum dilakukan variasi rasio
katalis dan umpan, yaitu: 1:2, 1:4, dan 1:6, dengan variasi suhu 450 oC.
1.2 Batasan Masalah
Berdasarkan latar belakang masalah diatas maka diperoleh batasan masalah
sebagai berikut :
1. Zeolit alam yang digunakan berasal dari daerah Sarulla, Kecamatan Pahae,
Kabupaten Tapanuli Utara.
2. Pengembanan oksida logam nikel (Ni) pada zeolit alam aktif asam
(NiO/ZAS) dengan metode impregnasi.
3. Uji aktivitas katalis pada reaksi katalitik cracking minyak dedak dalam
reaktor sistem fixed bed dengan variasi rasio katalis danumpan, yaitu: 1:2,
1:4, dan 1:6, dan variasi temperatur 450 oC.
1.3 Rumusan Masalah
Rumusan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Bagaimana pengaruh preparasi dan aktivasi pada zeolit alam terhadap sifat
spesifik katalis?
2. Bagaimana pengaruh pengembanan oksida logam NiO pada zeolit alam
aktif terhadap sifat spesifik katalis?
3. Bagaimana aktivitas dan selektivitas katalis ZAS dan NiO/ZAS terhadap
fraksi bensin dan diesel pada reaksi cracking minyak dedak padi?
4. Bagaimana pengaruh rasio katalis: umpan, dan suhu terhadap konversi
produk biogasoline dan diesel yang dihasilkan?
1.4 Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk:
1. Mempreparasi dan mengkarakterisasi katalis ZAS, dan NiO/ZAS
2. Mempelajari aktivitas dan selektivitas katalis ZAS, dan NiO/ZAS pada
cracking minyak dedak padi dalam reaktor sistem fixed bed.
3. Mengetahui kondisi reaksi optimum yang dapat menghasilkan konversi
produk fraksi bensin dan diesel.
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Meningkatkan potensi zeolit alam yang telah diaktivasi dan dimodifikasi
sebagai katalis dalam proses cracking minyak dedak padi.
2. Mengetahui efektivitas dan efisiensi minyak dedak padi untuk dapat
dikonversi menjadi senyawa hidrokarbon fraksi ringan, terutama fraksi
bensin dan diesel melalui cracking secara katalitik.
3. Memberikan informasi dan nilai tambah untuk pemanfaatanminyak dedak
padi sebagai sumber bahan bakar alternatif baru dan terbarukan.
4. Memanfaatkan minyak dedak padi sebagai sumber bahan baku bahan
bakar alternatif untuk menghasilkan fraksi bahan bakar setaraf bensin dan
diesel melalui reaksi katalitik cracking.
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Kesimpulan dalam penelitian ini adalah :
1. Preparasi dan aktivasi zeolit alam berpengaruh terhadap aktivitas dan
selektivitasnya sebagai katalis.
2. Pengembanan oksida logam NiO pada ZAS meningkatkan aktivitas dan
selektivitas katalis terhadap fraksi produk cair.
3. Aktivitas cracking minyak dedak padi dengan katalis NiO/ZAS
menghasilkan produk gas lebih dominan berturut-turut 73,32%, 60,65%,
75,31%, 65,59%, 61,29% dan 64,77%.
4. Rasio katalis, umpan dan suhu berpengaruh terhadap konversi produk
biogasoline dan diesel yang dihasilkan dengan konversi produk cair
terbesar dihasilkan oleh katalis NiO/ZAS pada rasio katalis umpan 0,25,
yaitu sebesar 34,90% dan selektivitas terhadap fraksi bensin (C5-C12)
sebesar 26,27%.
5.2 Saran
Saran dalam penelitian ini adalah:
1. Perlu dilakukan penelitian mengenai pengaruh perbandingan umpan
minyak dedak padi dan massa katalis. Di samping itu, perlu regenerasi
katalis dan uji aktivitas kembali terhadap katalis yang telah digunakan.
2. Perlu
dilakukan
penelitian
tentang
pengaruh
pengembanan logam terhadap karakter katalis.
variasi
metode
DAFTAR PUSTAKA
Al- Qathani, H., 1997,Effetc of Ageing on A Steam Reforming Catalyst,J. Chem.
Eng., 66, 51-56
Anderson, J, .,dan Boudart,J., 1981, Catalysis : Science and Tecnology, Vol. 1.
Springer-Verlag, Berlin
Anonim, 2010,http://material-sciences.blogspot.com/2010/03/zeolit-struktur-danfungsi.html, diakses tanggal 4 Maret 2013
Anonim, 2010,http://vedcadiklatki.blogspot.com/2012/04/zeolite-potensi-alamindonesia-yang.html,diakses tanggal 4 Maret 2013
Augustin, R, L., 1996, Heterogeneous Catalyst for Chemist, Marcel Dekker Inc.,
New York
Azis Isalmi, dkk., 2012, Penggunaan zeolit alam sebagai katalis dalam
pembuatan biodiesel., Skripsi, Jurusan Kimia FMIPA, UIN Syarif
Hidayatullah, Jakarta
Bell, A.T., 1987, Support and Metal Support Interaction in Catalyst Design, Jhon
Wiley & Sons, New York
Bhatia, S., 1990, Zeolit catalysis : Principle and Apliation, CRC. Press, Boca
Ration, FL.
Bhattacharyya, D.K., M.M. Chakrabarty, R.S.Vaidyanathan, A.C Bhatachryya,
(1983), “ACritical Study of The Refining of Rice BranOil”, dalam: J. Am.
Oil Chem. Soc.Vol.60.467-471.
Breck, D.W., 1947, Zeolit Molecular Sieves: Structure, Chemistry, And Use, Jhon
Willey and Son Inc., New York
Campbell, M., 1988, Catalyst at Surfaces, Chapman and Hall Ltd, New York
Darsono, dkk., 2010, Proses Pembuatan Biodiesel dari dedak padi dan Metanol
dengan esterifikasi In Situ., Skripsi, FMIPA, Universitas Diponegoro
Emmanuel, I., 2009, Preparasi, Karakterisasi, uji aktivitas, deaktivasi, dan
Regenarasi Katalis CoO-MoO/ZnO dan CoO-MoO/ZnO-ZAA untuk
Produksi Hidrogen Dari Limbah Minyak Fusel, Skripsi, Jurusan Kimia
FMIPA, UGM, Yogyakarta
Gates, B.C, Katzer,J.R and Schuit,G.A., 1995, Chemistry of Catalytic Prosess, 1st
Edition, Mc Graw-Hill Book Compan, New York
Gatri, D., 2012. Modifikasi Zeolit alam dengan polianilin (PANI) sebagai
adsorben ion logam berat, Skipsi, Jurusan Kimia FMIPA, UI
Handoko, D.S.P. 2005. Aktivitas Katalis Ni/H5-NZA dan Mekanismenya Pada
Konversi Jelantah MenjadiSenyawa Fraksi Solar dan BensinDengan
Umpan Pancingan Jenis Metanol dan Butanol. Jember:Jurusan Kimia
Fakultas MIPA Universitas Jember.
Hegedus, L.L., 1987, Catalyst poisoning, Marcel Dekker Inc., New York.,
Hudhi, A, F., 2004, Preparasi Karakterisasi dan Uji aktivasi Nb2O5-ZAA dan NiPd/ Nb2O5-ZAA Untuk konversi Amil Alkohol Menjadi Hidrokarbon,
Skripsi, Jurusan Kimia FMIPA, UGM, Yogyakarta
Khairinal dan Trisunaryanti, W., 2000, Dealuminasi Zeolit Alam dengan
Perlakuan Asam dan Proses Hidrotermal,Prosiding Seminar Nasional
Kimia VIII, Yogyakarta
Kristiani, A, 2008, Hidrorengkah Pelumas Bekas Menggunakam Katalis NiOMoO/Nb2O5 Diembankan pada Zeolit Alam Teraktivasi HCl, Skripsi,
Jurusan Kimia FMIPA, UGM, Yogyakarta.
Nasir dkk, 2009, Ekstraksi Dedak Padi Menjadi Minyak Mentah Dedak Padi
(Crude Bran Oil) Dengan Menggunakan Pelarut n-Hexane dan Ethanol,
Jurnal Rekayasa Sriwijaya N0.1 vol 18, 37 – 44
Nurhadi dkk, 2001, Karakterisasi dan Modifikasi Zeolit Alam dan Sifat
Perengkahannya Terhadap Fraksi Minyak Bumi, Indo, J. Chem.,3,2.4047
Nurul dkk, 2010, Pembuatan Metil Ester (Biodiesel) Dari Minyak DedakDan
Metanol Dengan ProsesEsterifikasi Dan Transesterifikasi, Sktipsi,
Jurusan Teknik Kimia, FT, Universitas Dipenogoro.
Pulungan, A.N., 2011, Preparasi dan karakterisasi katalis NiO-CoO-MoO/Zeolit
Alam dan NiO-CoO-MoO/Zeolit-Y untuk reaksi Hidrorengkah Minyak
Laka menjadi fraksi bensin dan diesel, Skripsi, Jurusan Kimia, FMIPA
UGM
Radiansono, 2005,Aktivitas Katalis Ni-Mo/Zeolit dan Ni-Mo/Zeolit Nb2O5 untuk
Reaksi Hidrorengkah Sampah Plastik PP Menjadi Fraksi Bensin, Tesis,
FMIPA, UGM, Yogyakarta
Sang, O, Y., 1985, Biofuel Production From Catalytic Cracking of Palm Oil,
Energi Source J., 9, 25
Senderov, E. E., Yuhnevitsch, G, V., and Gabuda, P., 1987, Radio Spectroscopy
of Solid, Atomizdat, Moskow
Setiaji, B, 2000, Beberapa Metode Penentuan Keasaman Padatan Zeolit,
Prosiding Seminar Nasional Kimia VIII, Yogyakarta
Setyawan D dan P. Handoko, 2002, “Preparasi Katalis Cr/Zeolit Melalui
Modifikasi Zeolit Alam”, Jurnal Ilmu Dasar, Vol 3, hal. 15-23.
Sihombing, J., L., 2010, Preparasi dan Karakterisasi Katalis NiO-MoOCoO/Zeolit Alam dan NiO-MoO/Zeolit Alam untuk Reaksi Hidrorengkah
Pelumas Bekas Menjadi Fraksi Bensin dan Diesel, Tesis -S2, UGM,
Yogyakarta
Simangunsong, V., 2005, Optimasi suhu aktivasi dan dosisZeolit sebagai
adsorben seng dan besi yang terkandung di dalam limbah cair industri
sarung tangan karet.,Skripsi.FMIPA, UI
Smith, K., 1992, Solid Support and Catalyst in Organic Synthesis, Ellis Horwood
PTR, Prentice Hall, London.
Trisunaryanti, W., 2001, Selectivity of an Active Natural Zeolit in Catalityc
Conversion process of Bangkirai, Kruing and Kamper Woods Biofuel to
Gasoline Fraction, Indo., J., Chem., Vol. 1, 35-42
Trisunaryanti, W.,1991, Modifikasi, Karakterisasi dan Pemanfaatan Zeolit Alam,
Tesis, FMIPA, UGM, Yogyakarta
Trisunaryanti, W., Shiba, R., Miura, M., Namura, M., Nashiyama, N., and
Matsukata, M., 1996, Characterization and Modification of Indonesian
Natural Zeolit and Their Properties for Hidrocracking of a Parafin, J. Jpn.
Ints. Petr., 39, 1, 20-25
Trisunaryanti, W., Triyono, Mudasir, dan Purwono, S., 2004, Pengaruh Nisbah
Ni/Mo terhadap Karakter dan Aktivitas Katalis Mo-Ni/ -Al2O3 pada
Proses Hidrorengkah Fraksi Aspalten dari Aspal Buton, Berkala Ilmiah
MIPA, 14
Trisunaryanti, W., Endang, T. dan Sri, S.,2005, Preparasi, Karakterisasi dan
Modifikasi Ni-Pd/ Zeolit alam, Indonesia,Indo. J. Chem., 5.1. 48-53
Trisunaryanti, W., 2007, Buku Ajar Material Katalis, Jurusan Kimia, Fakultas
Matematika danIlmu Pengetahuan Alam, Universitas Gadjah Mada,
Yogyakarta
Triyono, 2000, Kimia Katalis, Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta
Tsitsishvili, G. V., Kirov, G.N., and Filizesa, L.D., 1992, Natural Zeolites, Ellis
Hoorwood Limited, London
Twaig, 2004, Performance of Composite Catalyst in Palm Oil Cracking for The
Production of Liquid Fuels and Chemicals, Fuel process Tehnol, 85
Widayat, 2005, “ Pembuatan Biodiesel dari Minyak Goreng Bekas denganProses
Catalytic Cracking”, Prosiding SeminarNasional Teknik Kimia Indonesia,
Bandung.
Widayat, 2006, “Pembuatan Bahan Bakar Cair dari Minyak Goreng Bekas
dengan Proses Catalytic Cracking”,Prosiding Seminar Nasional
Masyarakat Katalis Indonesia (MKICS) Indonesian Catalyst Society 2006,
Departemen Kimia MIPA UI, Departemen Gas dan Petrokimia FT UI,
Pusat Penelitian Kimia LIPI MKI, 26-27 Juni 2006 ISSN: 979-8768-05-1,
hal 5-6.
Wiratini, N.M., 2010, Karakterisasi dan Uji Aktivitas Katalis Ni/ Zeolit Alam
Pada Hidrorengkah Metil Esster Minyak Sawit (MEPO), Tesis,Jurusan
Ilmu Kimia FMIPA, UGM, Yogyakarta