Pembuatan Dan Karakterisasi Katalis Oksida Mangan Dengan Pendukung Bentonit Berpilar Alumina Untuk Oksidasi Gas CO - e-Repository BATAN
PembuatanDan KarakterisasiKalali.\"OksidaMangan Dengan PendukungBentonit Berpilar Alumina Untuk Oksidasi
Gas CO (Adel Fisli)
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI
KATALIS OKSIDA
MANGAN DENGAN PENDUKUNG
BENTONIT
BERPILAR
ALUMINA
UNTUK OKSIDASI GAS CO,
Adel Fislil daD Dery Daerudiw
lPuslitbang Iptek Bahan (P31B)-BATAN
Kawasan Puspiptek, Serpong, Tangerang 15314
2Pusat Penelitian Kimia-LIPI
Kawasan Puspiptek, Serpong, Tangerang 15314
ABSTRAK
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI KATALIS OKSIDA MANGAN DENGAN PENDUKUNG BENTONIT
BERPILAR ALUMINA UNTUK OKSIDASI GAS CO. Pilarisasi bentonit dilakukan dengan menambahkan polikatioan
alumina jenis Keggin [AlI3O4(OH)24(H20)12]'+ke dalam suspensi bentonit serta pertukaran polikation ke dalam ruang antara
lembaran-lembaranbentonit clandilanjutkan dengankalsiriasi pada400°C selama6jam. Hasil karakterisasibentonitini menunjukkan
adanya peningkatan luas permukaan spesifik daTi 46 m'/g menjadi 148 m'/g, peningkatan ruang basal daTi 9,75 A menjadi
17,48 A clan peningkatan ketahanan terhadap perlakuan panas.Impregnasi mangan (ll) asetatpada bentonit berpilar clan suhu
kalsinasi 400°C selama 6 jam, membentuk fraksi MnO, clan Mn,O3 pada bentonit. Uji aktifitas katalitik terhadap oksidasi CO
menjadi CO2 menunjukkan konversi maksimum sebesar63,9% pada 400°C, dengan rasio CO,/CO maksimum sebesar67,2%
pada 340°C serta energi aktivasi adsorbsiCO pada suhu 150 -375°C adalah 37,1 kllmol (8,83 kkal/mol).
Kala kunci ..Bentonit berpilar alumina, katalis mangan oksida, pilarisasi.
ABSTRACT
PREPARATION AND CHARACTERIZATION
OF MANGANESE OXmE CATALYSTS SUPPORTED ON ALUMINA PILLARED BENTONITE FOR OXIDATION OF CO. Pillarization of betonite was carried out by ion exchange of
Keggin-Type polycation [Al13O4(OH)24~O)12]7+into the interlayers of bentonite, which then calcined at 400°C for 6 hours.
The characterization of the bentonite showed that the specific surface areawas increased from 46 m2/gto 148 m2/g,basal spacing
was increased from 9,75 A to 17,48 A and the thermal stability was enhanced. Impregnation of the pillared bentonite with
manganese (JI) acetate and the calcination of its results at 400°C for 6 hours showed the P resence
of
MnO
and
Mn
0
fractions
2
2
3
on bentonite. The catalytic activity tests showed, that the maximum conversion was 63,9% at 400°C, with the maximum ratio of
CO2/CO was 67,2% at 340°C and the activation energy at 150-375°C was 37,1 kJ/mol (8,8 kkal/mol).
Key words: Alumina pillared bentonite, manganeseoxide catalyst, pillarization.
PENDAHULUAN
Bentonit (montmorillonite) termasuk jenis
mineral liat hidrous phyllo.'iilicate yang struktur
materialnya berbentuk lembaran. Setiap lembaran
montmorilonite terdiri daTi 21apisan tetrahedral yang
disusun oleh unsur utama Si(O,OH) dan mengapit
llapisan oktahedral yang disusun oleh unsur M (0, OH)
M= AI, Mg, Fe. Di antara lembaran-lembaranini, terdapat
ruang yang diisi oleh molekul-molekul air dan kationkationlain. Apabilamontmorillonite inidilarutkandalam
air, alkohol, etilen glikol dan gliserol, ruang antara
lembaran ini dapat mengembang. Montmorillonite
mempunyai
rumus
molekul
idealnya
Al'lsMgoss(Sisoo)02o(OH)4XossnH20, dan muatan
lisii'iknya .muncUl dari kation divalensi, biasanya dari
unsur Mg, sedangkan X adalah kation monovalensi
yang ada di antara lembaran [1,2,3]
Kation-kation yang ada di antara lembaran dapat
diganti dengan kation-kation yang mempunyai muatan
daD ukuran lebih besar seperti polikation at au
polihidroksi yang berbasis logam seperti; AI, Zr, Ti, Cr,
Fe dan Ga. Sebagaihasil pertukaran kation ini, dihasilkan
suatu bahan yang berdimensi dua seperti ziolit yang
dikenal dengan liat berpilar. Setelah pemanasan, pilar
polikation ini akan membentuk cluster oksida yang
membuka antar lembaran liat secara permanen dan
menghasilkan ruang-ruang berdimensi molekular yang
mempunyai sistem pori yang baik. Sebagai hasilliat
berpilar ini akan diperoleh tekstur permukaan yang
bersifat asambasayang cocok untuk bermacam-macam
aplikasi katalitik seperti; cracking minyak bumi, alkilasi,
dehidrasi alkohol, produksi bahan kimia murni dan
lain-lain [4,5,6].
Dari sekian banyak bahan pemilar, logam
polikation
aluminium
jenis
Keggin
[AI1JO4(OH)24(H20)12]7+
yang paling banyak dipelajari
daD relatif mudah reproduksi. Keutamaan lain
257
ProsidingPertemuanIlmiah lImu Pengetahuandan TeknologiBahan 2002
Serpong,22 -23 Oktober2002
menggunakanpolikation alwninium sebagaipilar liat ini
adalah meningkat ruang basal antara lembaran sampai
18-20 Ao,teroentuknya struktur pori yangmengandung
sisi-sisi asam Lewis dan Brosnted dan meningkatkan
kestabilan termal sampai suhu 500°C [7]. Bahranowski
[5] melaporkan,bahwa basil pengukuran luas permukaan
spesifik terhadap berbagai polikation yang digunakan
sebagaipilar diperoleh urutan sebagaiberikut AI-PILC
> Zr-PILC > Ti-PILC. Sedangkan ketahanan termal
UnltannyaadalahAl-PilLC > Fe-PILC> Zr-PILC>Cr-PILC
Liat berpilar ini, disamping cocok untuk
bermacam-maalm aplikasi analitik juga dapatdigunakan
sebagai pendukung katalis (komponen aktit) yang
bersifat katalitik. Hal-hal yang menguntungkan bagi liat
berpilar sebagai pendukung katalis, diantaranya; luas
permukaan yang tinggi, bentuk porositas yang khas,
mempunyai kestabilan termal yang cukup daD
mempunyai permukaan aktif secara katalitik.
Penggabungan liat berpilar dengan komponen aktif,
yang bersifat kataIitik, biasanya logam-logam transisi,
seperti; Cu, Ni, Pt, Mn, Fe, dan Co akan diperoleh suatu
bahan katalis yang lebih elektif daD selektif sesuai
dengansifat katalitik logam transisiyang digunakan [4,9].
Sifat -sifat aktifitas katalitik dari oksida mangan
sangat menarik untuk dipelajari. Penelitian-penelitian
yang telah dilakukan yang berhubungan dengan
sifat-sifat katalitik mangan oksida di antaranya,
dekomposisi potasium perklorat di dalam larutan,
dekomposisi hidrogen peroksida dan oksidasi CO,
penyerapan merkuri dari gas buangan, oksidasi gas
naftalen, oksidasi karbon monoksida dan metana dari
hasil peleburankayudan dekomposisiNO [10, 11,12].
Karbon monoksida adalah gas yang sangat
berbahaya daD sangat beracun terhadap manusia daD
mamalia, karena CO ini bereaksisangatcepatdan terikat
kuat sekali dengan hemoglobin darah, sehingga dapat
menghalangi terjadinya pengangkutan oksigen ke
seluruh tubuh oleh darah. CO merupakan salah satu
sumber pencemaran udara dan dihasilkan dari
pembakaran yang tidak sempurna akibat kekurangan
oksigenpada bahan yang mengandung karbon. Sumber
karbon monoksida yang tidak terkontrol berasal dari
pembakaranbatubara,gasbuangan kendraan bermotor,
pabrik kalsium karbida, operasi pembakaran,
penambangandaD rokok. Di dalam bidang katalis, gas
CO ini sering digunakan sebagaiuji sifat aktifitas bahan
katalis [2].
Di dalam penelitian ill dibahas pembuatankatalis
oksida mangan berpendukung bentonit berpilar alumina
untuk digunakan sebagai oksidasi gas karbon
monoksida (CO). Mangan didispersikan ke permukaan
pendukung dengan cara impregnasi dari larutan
prekursor mangan (II) asetat. Karakterisasi katalis
dilakukan dengan penentuan luas permukaan spesifik
(metode BET) daD penentuan ruang basal (xrd) untuk
258
montmorilonite berpilar, pengujian ketahanan tennal
dilakukan dengan DTAffG dan adanya penempelan
oksida mangan pada pennukaan pendukung ditentukan
denganxrd. Keberhasilan pembuatankatalis dilakukan
denganpengujian aktifitas katalis terhadap oksidasi CO
menjadi CO2, menggunakan reaktor aliI yang
dihubungkan secara online denganMicro GC.
METODE KERJA
Bahan
[8].
pengujian
ISSN1411-2213
terhadap
adanya
pembentukan
Bentonit awal yang digunakan didalam penelitian
ini adalah bentonitkaya Ca (Ca-Bentonit) (Sigma) daD
semua bahan kimia yang digunakan adalah kualitas
analytical grade, diantaranya; aluminium chloride
(AICIJ (Merck), natrium hidroksida (NaOH) (Merck),
manganese
(II)
acetate
tetra
hydrate
«C~COO)2Mn.4~O) (Merck), gas helium (He) (UHP),
gas oksigen (OJ (UHP) dan gaskarbon monoksida (CO),
(UHP).
Alat
Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah;
Sentrifugasi, Model J2-21M/E Centrifuge (Backman),
Quntasorb (Quanta Chrome) (pengukuran BET), XRD
Xpert (Philips) (pengukuran pola difraksi sinar-x), STA
Setaram TAG 24 S (France) (pengukuran DTArrG),
Seperangkap alat Reaktor alir RDP 830 daTi ~nci
Tecnologiss (Cedex) (uji aktifitas katalitik) yang
dihubungkan secaraonline denganMicro GC Hewlett
Packard model QUAD beserta software HP EZChrom
Chromatography Data System,pH Cdberscand 2000
(pengukuran pH larutan) danMagnetic stirrer/Hotplate
SM26 Stuart Scientific
TataKerja
Pembuatan larutan polikation aluminum
500 mL larutan NaOH 0,2 M diteteskan dengan
kecepatan 1 mL/menit ke dalam 500 mL larutan AICI3
0,1 M dalam keadaan diaduk dengan cepat dengan
magnetic stirer pactasuhukamar. Penambahan larutan
NaOH dihentikan setelah perbandingan OH/ Al+3sarna
dengan2,2, yang ditandai dengan pH larutan 4,1. Setelah
itu, larutan polikation dibiarkan semalamdalam keadaan
diaduk pactasuhukamar.
Pemilaran Bentonit
Ca-Bentonit ditimbang 5 g dan dilarutkan dalam
500 mL air demineralisasi. Suspensi diaduk kira-kira
1jam pada suhukamar. Lamtan polikation ditambahkan
sedikit demi sedikit ke dalam suspensi bentonit yang
sedangdiaduk. Setelahpenambahanlarutan polikation,
pH lamtan diatur menjadi 3,8 dengan penambahanHCl
0,1 M. Lamtan tetap diaduk sernalampada suhukamar.
Selanjutnya, campuran ini disentrifugasi dengan
kecepatan 10.000 rpm selama 30 menit. Endapan yang
~
PemhuatanDan KarakterisasiKalalis OksidaMangan Dengan PendukungBentonit Berpilar Alumina Untuk Oksidasi
GasCO (Adel Fisli)
diperoleh dicuci denganair hangat suhu60°C sampai air
basil cucian menunjukkan reaksi negatif denganpereaksi
AgNO, 0,1 M. Padatandikeringkan dalam ovensemalam
pada sUhu80°C dan dikalsinasi pada suhu400°C dengan
kecepatankenaikan suhu 5 °C/menit selama 6jam.
Pembuatan katalis Mangan oksida didukung oleh
bentonit beJl)ilar.
Penempelan katalis mangan pada pendukung
bentonit berpilar dilakukan dengan cara impregnasi
basah. 2 g bentonit berpilar yang telah dikalsinasi,
dilarutkan dalam 40 mL air demineralisasi dan suspensi
diaduk kira-kira 1 jam. 5 mL larutan garam prekur.sor
(CH3COO)2Mn 0,5 M ditambahkan tetes demi tetes
dengan kecepatan 0,05 mL/detik ke dalam suspensi
bentonit dalam keadaandiaduk pada suhu70°C. Setelah
penambahan larutan prekursor, larutan tetap diaduk
pada suhu 70°C sarnpai larutannya menjadi kental.
Padatanyang diperoleh dikeringkan di dalam ovenpada
suhu 120°C selama 24jam dan selanjutnya dikalsinasi
pada suhu 400°C selama 6 jam dengan kecepatan
kenaikan suhu 5°C/menit.
Karakterisasi.
Luas permukaan spesifik sampel ditentukan
dengan alat Quanta.s-orb, Quanta Chrome. Gas
campuran N2/He (x(N2)=0,1 -0,35 dibuat dengan
bantuan alat ma.s.sflow controller. Proses isotermal
adsorbsidaD desorbsi oleh sampeldilakukan pada suhu
77 K. Luas permukaan spesifik dihitung menggunakan
persamaan Bruneur-Emmet-Teller (BET).
Difraktogram
sinar-x diperoleh dengan
menggunakanalat difraksi sinar-x dengansumberCuKa.,
A = 1,54 nm.Ada dua cara pengambilandifraktogram,
yaitu; pengukuran sudut 28 antara 2 -10° untuk
menentukan ruang basal daTi liat berpilar dan
pengukuran sudut 28 antara 10 -80° untuk menentukan
rasa oksida mangan yang terbentuk pada permukaan
bentonit.
Untuk menentukan ketahanan termal dilakukan
dengan alat STA Setaram TAG 24 S, France sampai
suhu800°Cdengankecepatankenaikan suhu15°C/menit.
Pengukuran aktifitas katalis
Pengukuran aktifitas katalis dilakukan dengan
menggunakan alat Reaktor alir RDP 830 dari ~nci
Technologies, Perancis yang dihubungkan secara
online dengan Micro GC Hewlett-Packard model
QUAD. Micro-GC dikontrol dan data diproses dengan
bantuan perangkap lunak dari HP EzChorm
Chromatography Data System. Sedangkangas umpan
yang digunakan adalah S% CO/He dengan kecepatan
O,SmL/detik. Skema Reakor alir RDP 830 dapatdilihat
padaGambar 1,
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pembuatan katalis oksida mangan
Di dalam pembuatan polikation All), jumlah
polikation All) yang terbentuk, tergantung pacta asal
reaktan, konsentrasi awal, kecepatan penambahan
reaktan dan lamanya penuaan [I]. PenambahanNaOH
secara lambat pacta suhu kamar, akan diperoleh
All) 90 % [13], sedangkan pacta perbandingan mol
OHI Al)+ = 2,2 diperoleh mikroporos liat berpilar yang
paling besar setelahpolikation ini terpilar [14].
lumlah polikation
yang dimasukkan ke
dalam antar lembaran bentonit
ini adalah
Al/bentonit = 10mmol/g. Didalam literatur disebutkan,
bahwa bervariasisekalijumlah perbandinganAl/liat yang
digunakan sebagai pemilar, namun pacta umumnya
berkisar antara 5 -20 mmol/g liat. Perbandingan
polikatioan dengan liatyang lebihrendah «0,6 mmoVg)
tidak memperlihatkan ruang basalyangjelas dan tidak
menunjukkan kestabilan termal, sedangkan komposisi
AVliat > 0,6 mmoVg memperlihatkan ruang basal yang
jelas dan tajam setelahdikarakterisasi dengan XRD [15].
Penempelan prekursor garam mangan pada
permukaan bentonit dan bentonit berpilar dengan tara
impregnasi, disebabkan karena volume larutan
prekursor melebihi dari pacta volume pendukung.
lumlah mangan yani diimpregnasi diperhitungkan
berdasarkan basil akhir padatan katalis dengan
perbandingan MnO2/g liat= 10% [4].
Karakterisasi
02
He
_.GC
r;]J
(!) -Vllie
MFC-PengatUl
ke,epetan
ge.
Gambar 1. Diagram skematik reaktor alir RDP 830
yang dihubungkansecaraonline denganmicro GC.
Hasil pengukuran luas permukaan spesifik
bentonit, bentonit berpilar daD katalis mangan oksida
berpedukung bentonit berpilar dapat dilihat pada Tabel
1. Setelah bentonit dipilarisasi dengan polikation
aluminium, luas permukaan spesifiknya meningkat
dengan tajam, daTi 46 m2/g menjadi 147,6 m2/g.
Narayanan [16] melaporkan, bahwa pemilaran
Na-montmori//onite dengan polikation aluminium
mengakibatkan terjadinya peningkatan luas permukaan
spesifik dari 27,43 m2/g menjadi 169,56 m2/g. Proses
pemilaran
akan mengakibatkan
terjadinya
pengembangan ruang antara lembaran Garak ruang
basal) daDterbentuknya sistem pori yang baik, sehingga
259
\
,
"'l
Pro.fidi~g Pertemuanllmiah llmu PengetaJ,uandan TeknologiBahan 2002
ISSN1411-2213
Serpong, 22 -,23 Oktoher 2002
memperbesarhJaspennukaan liat setelahdipilarisasi [7].
Tilb~t 1. Hasil pengukuran luas permukaan spesitik
(BET) sampel bentonit, bentonit berpilar dan
mangan berpendukung bentonit berpilar.
,-,-i
JenisSampel
No
dengan yang dilaporkan oleh Canizares [8], bahwa
mineral montl"orillonite dipilarisasi dengan palikation
alutninium ,\kanmeningkatkanjarak ruang basal menjadi
sekitar 18Ao. Penambahanini lebih kurang samadengan
ukuran dimensi dari polikation itu sendiri (9-11 AO).
r-:;- f-~Bent-AI 10 mmol
~I
I
6~
Mn-Bent-AiIO
'cl
InfoQt13Siyang lebih penting daTipola difraksi ini adalah
tel:iadinya pergeseran puncak setelah bentonit ini
dipilarisasi. dari 9,05 (9,75 AO)meltjadi 5,05 (17,48 AO).
lni n1enunjukkan,bahwajarak ruang basal yang awaJnya
9,75 Ao pada bentonit tanpa dipilarisasi meningkat
menjadi 17,48 A ° setelah bentonit dipilarisasi. Sesuai
nunal
Setelah katalis mangan terdispersi pada
permukaan pendukung, maka tet:iadi penurunan luas
per~ukaan spesifiknya dari 147,6 m2/g menjadi
62,6 m2/g (Mn-Bent-Al
10 mmol). Pada proses
impregnasi, terjadi pendispersian mangan pad a
permukaan pendukung,sehingga terjadi penumnaliluas
permukaan. Sesuaidenganyang dilaporkan oleh Gandia
(4), bahwa impregnasi prekursor Mn(NO3)2 pada
monotmori//onite berpilar alumina mengakibatkan
terjadinya penurunan luas permukaan spesifik sebesar
300/0,Faktor lain )"a11g
mempengaruhidi~rsi komponen
aktif pada pendukung katalis adalah jenis garam
prekur.\'or yapg digunakan. Kapteijn [17] melaporkan,
bahwa prekur sor mangan(II) asetat terdispersi lebih
tinggi pada pendukung alumina hila dibandingkan
dengaQprekur .'Iormangan(Il) nitrat. Hal ini disebabkan
karenateIjadi interaksi asamdan basaguguspermukaanOH, yang ada pada pendukung dengan gugus asetat
yang ada pada prekursor.
Hasil pengukuran pola difraksi sinar-x terhadap
sampel bentonit dan bentonit berpilar pada 28 antara
2-10 dapat dilihat pada Gambar 2. Pada bentonit tanpa
berpilar (Gambar 2a), terlihat adanya puncak reflektan
pada 9,050(9,75 AO).Puncak ini agak lebardanlemah
di~ebabkan oleh tidak homogennya jarak ruang basal
dari bentonit tanpa berpilar. Setelahbentonit dipilarisasi
dengan alumnia (Gambar 2b), maka terjadi perubahan
bentuk puncak intensitasnya menjadi lebih tinggi dan
lebih runcing. Ini menunjukkan, bahwa adanya
peningkatan homogenitas pada jarak ruang basal.
800
600
8
on
200
La:1-.
~
.~
v
4
28
~
(b)
0
'v
2
4
6
8
28
Gambar 2. Oitraksi sinar-x sampel (a) bentonit tanpa
260
t\
"V'
J
I
, ...I
..,
-oT-r",-.
'\iJ\J'J~\
0
I.,
'
0 ..,
.",
..!
...
G"mbar J. Poll dit'raksi sinar-x sampel (a) bentonit
berpilarAI dan (b) manganoksidabelJlendukungbentonit
Pola difraksi sinar-x pada katalis mangaQ,
didukung oleh bentotut berpilar setelah dikalsinasi pada
suhu 4()O"C,dapat dilihat pada Gambar3. Menumt data
base yang dikeluarkan oleh JCPDS- International
Centre jor DifractiQn Data, bahwa MnO2 jenis
Pyrolusite (i 2-0716) memperlihatkan 3 puncak reflektan
terl>esarpada28,401"(100),37,280"(50)dan 56,402"(50),
sedangkan Mn2O) jenis Bixb.yite-C (41-1442)
memperlihatkan 3 puncak reflektan terbesar pada
32,951"(1(){), 55,1~1'(28)dan23,131"(16).PadakatalisMo
yang didukung oleh bentonit berpilar adanya puncak
reflektan 27,81" terjadinya pergeseranyang sehamsnya
28,4"dari Mn°2 yang terlihat denganjelas. Pergeseran
ini kemungkit1an disebaQkanterjadinya interaksi salah
satu sisi kristal MnO2 dengan permukaan benton it,
sehingga mempengamhi jarak sisi kristal MnO2 yang
berinteraksi tersebut. Sedangkan puncakreflektan lain
dari MoO]' yaitu; 37,28" daD56,402",tidak terlihat dengan
jelas karena terjadinya tumpang tindih, yang berasaldaTi
puncak r~/lektan bentonit itu s~ndiri. Puncak reflektan
32,951" (lOll) yang berasal daTi Mn2O), juga terlihat
dengan jelas, sedangkan puncak lainnya daTi Mn2O)
tidak terlihat denganjelas karena terjadinya tumpang
tindih deng:ln puncak reflektan daTibentonit. Dari basil
kar,lkteisasi dengan XRD ini dapat disimpulkan, bahwa
katalis mangan berpendukung bentonit berpilar daD
setelah dikalsinasi pacta suhu 400"C selama 6 jam
PemhuatanDan KarakterisasiKalalis OksidaMangan Dengan PendukungBentonit Berpilar Alumina Untuk Ok.vidasi
GasCO (Adel Fisll)
terbentuknya fraksi oksida mangan Mn°2 dan Mn2O3.
Mangan dapat membentuk bermacam-macam
rasaoksida kristalinnya, yang secara umum tergantung
pacta suhu kalsinasi,
yang merupakan aspek
termodinamikanya.Kanungo [10J melaporkanperubahan
rasa daTia.-MnO2 menjadi ~-MnO2 pada daerah suhu
200 -400°C. PerubahanrasaMn°2menjadi ~O3 teIjadi
pada daerah suhu 500-700°C. Gandia [4Jmelaporkan,
bahwa kalsinasi mangan yang didukung oleh
montmorillonite pacta suhu 500°C memperlihatkan
terbentuknya fraksi MnO2 daD Mn2O3'
Hasil analisis DTAfTG daTi bentonit, bentonit
berpilar daD mangan berpendukung bentonit berpilar
dapat dilihat pada Gambar 4, Kurva DT A pada bentonit
(4a) memperlihatkan teIjadinya dua puncak endotermik.
Puncak endotermik pertama terjadi pada suhu sekitar
144 °Cdan bersamaandengan itu teIjadinya kehilangan
berat, yang dapat dilihat pada kurva TG, Puncak ini
berasal daTi pembebasanair yang terikat secara fisika
pada permukaan lembaran bentonit. Pada suhu 718°C,
terlihat adanya puncak endotermik padakurva DTA daD
bersamaan dengan itu, tejadi pengurangan atau
kehilangan berat pacta kurva TG. lni disebabkan
teIjadinya dehidrasi daTi gugus hidroksil yang terikat
pacta lembaran silikat daD diikuti runtuhnya lembaran
liat
Pacta bentonit berpilar alumina (4b), puncak
endotermis pactasuhu sekitar 140tetap actayang berasal
daTi pelepasan air yang terikat secara fisika pacta
permukaan bentonit. Sedangkan puncak endotermik
pacta suhu 718°C tidak terlihat lagi setelah bentonit
dipilarisasi, yang menunjukkan tidak terjadi runtuhnya
lembaran bentonit pactasuhuini. Dari kurva DTAffG ini
dapat disimpulkan bahwa adanya peningkatan
ketahanan termal setelah bentonit dipilarisasi dengan
alumina. Sesuai dengan yang dilaporkan oleh Occelli
[7], bahwa proses pemilaran dapat mengakibatkan
pengembangan ruang antar lembaran sehingga
memperbesarluas permukaan,menjagasecarapermanen
ruang antar lembaran supaya jangan sampai runtuh
akibat daTi pengaruh suhu atau meningkatkanketahanan
termal. Canizares [8] juga melaporkan, bahwa pacta
bentonit berpilar, 50% air yang terserappactapermukaan
akan hilang pactasuhu 150°C,sedangkansisa air lainnya
yang terserap di dalam struktur mikropori lembaran
silikat dan bahan pemilar yang akan mulai hilang secara
gradual pactasuhu diatas 150°C.
Hasil pengukuran
DT A pacta mangan
berpendukung
bentonit berpilar (Gambar 4c)
memperlihatkan puncak eksotermik pada suhu 360°C,
yang merupakan basil pembentukan oksida mangan,
yang diikuti dengan penguapan asetat daTiprekursor
mangan asetat. Adanya penguapan asetat ini, dapat
dilihat pactakurva TG, yaitu terjadinya penurunan.Sesuai
dengan yang dilaporkan oleh F. Kapteijn [17], bahwa
oksida mangan berpendukung alumina, yang dibuat
daTi prekur.50r mangan asetat, terjadi pacta
"~--=::'::"~~--"""-~::-:.:~"",--
suhu 305-377 °C.
' ;0""".;0,'.;;"."'"""'"'~'~'~~.;t
,,",
~'!--!!!
-~-".
,:,~
~.~=~~:~
--;:--'
(b)
ifi;~-:~~\.;:i~;;.~?~;;:;
"-,~"
...
:;-';,..-;,;0,';'
~""';
'-*-"-""""--'
...w,
:j
: 0'"
.(
.~
C)
""'N'"'O,
Gambar
~~
4.
~ Hasil~ pengukuran
~~
~DTAITG~ terhadap
~
~~
sampel (a) bentonit, (b) bentonit berpilar aluminium
dan (c) mangan berpendukung bentonit berpilar
aluminium
Uji aktifitas katalitik
Uji aktifitas katalitik terhadap oksidasi CO oleh
katalis mangan berpendukung bentonit berpilar pada
suhu 30 -500°C, dapat dilihat dalam Gambar 5. Pada
suhu30°Ctelah memperlihatkanadsorpsiCO oleh katalis,
demikian pula laju adsoIbsi maksimum CO dan desorbsi
maksimum CO2terjadi pada suhu sekitar 400°C dimana
keadaan steady state tercapai pada suhu ini. F. Kapteijn
[17] melaporkan, bahwa hasil analisis FTIR pada suhu
rendah 150 K (-123 DC),dimana CO telah teradsorpsi
pada permukaankatalis manganberpendukung alumina.
Menurut Arrhenius, pada jarak suhu tertentu
adanya hubungan linier antara laju reaksi dengan suhu,
yang dapat digambarkan dalam persamaan sebagai
berikut [18].
dimana:
Ink=lnA-
Ea
.(1)
261
Prosiding Pertemuanllmiah Ilmu Pengetahuandan TeknologiBahan 2002
Serpong,22 -23 Oktober2002
k = laju adsorpsi/laju desorpsi(mol.s.1.g-1kat.:
A= faktor ekponensial (mol.s'I.g-1kat.)
Ea = energi aktivasi adsorpsi/ energi aktivasi
desorpsi
aktivasiadsorpsiCO antara5,53-14,59 kkal.mol"ldan
dengan faktor konversinya antara 4,3 -45,0 %.
Sedangkan
gasumpanyang digunakanadalah5% CO
di dalamudara.
R = konstanta 8,314 J.motl.K-1
T = suhu (K)
r-=- --
--co
Tabel 2. Energi aktivasi absorbsi CO daD
desorbsi CO2 dari oksidasi CO oleh katalis oksida
mangan berpendukung
bentonit
berpilar
alumina.
I
~o.!:.
.
ISSN1411-2213
~
-~
"!
12
--
I;
i~
8
c:
~
0
100
200
300
Temperltur
400
50
('C)
Gambar 5. Laju adsorpsiCO dan laju desorpsiCO2 oleh
katalis manganberpendukungbentonit berpilar alumina
pada suhu 30 -500
'C.
Hasiloksidasi CO dengankatalis oksida rnangan
berpendukung bentonit berpilar alumina pacta suhu
150 "C sampai 375 DC,mengakibatkan acta hubungan
linier yang mengikuti plot .4rrheniuL~'Hubungan linier
antara laju adsorbsi CO dan desorbsi CO2pada suhu
150-375"C dapat dilihat pacta Gambar 6. Dari rnasingmasing persamaanlinier adsorbsiCO dan desorbsiCO2
akan diperoleh energi aktivasi sepertiyang diperlihatkan
pacta Tabel 2. Dan hasil penghitungan energi aktivasi
memperlihatkan,bahwa intereaksiantaragas CO dengan
kata.lisoksida mangan berpendukung bentonit berpilar
alumina termasuk dalam kelompok kemisorpsi rendah
karena nilai energi aktivasinya < 15 kkal mol-)
(63 kJmol"l) [9]. Hasil ini masuk da.lambatasan hasil
penelitian yang dilaporkan oleh Kanungo [10], bahwa
oksidasi CO oleh katalis MnO2 dan Mn°2-CuO, yang
dibuat daTi bermacam-macam prekurL~or dengan
prosedur yang berbeda-beda, memberikan energi
Faktor konversi dan rasio CO2/CO daTi oksidasi
CO oleh katalis mangan oksida berpendukung bentonit
berpilar dapat dilihat pada Gambar 7. Konversi CO
(perbandingan CO yang terserap dengan CO umpan)
pada awal reaksi pada suhu 30°C cukup rendah dengan
nilai 2,85 %. Penyerapan CO terns meningkat dengan
suhudinaikkan. Penyerapanmaksimum CO terjadi pada
suhu sekitar 400°C dengan nilai konversi maksimum
mencapai63,9%. Padasuhudiatas 400°C laju penyerapan
CO tidak bertambah lagi dengan meningkatnya suhu,
yang mana keadaan .\'tedystate telah tercapai.
Oksidasi CO dalam proses katalitik, ada dua
kemungkinan reaksi karbon monoksida terjadi, yaitu [9];
CO(su)+ Dcat ~
2CO(gu) ~
CO2(su)
+ []cat
(1)
C(adl,)+ CO2(gu)
.(2)
reaksi pertama (1) adalah reaksi CO dengan pennukaan
oksida logam yang bersifat katalitik menghasilkan gas
CO2 daD membentuk kekosongan oksigen pacta
pennukaan logam. Penentu laju reaksi persamaan (1)
ditentukan oleh tahap pelepasan CO2 daTi pennukaan
katalis yang sangat dipengaruhi oleh suhu. Jika suhu
diturunkan maka laju pelepasanCO2juga turun dengan
om
.¥
"0
.,~
-0
§.
"
~
.£
0
100
200
300
400
Tcnperatur("C)
1/T(K)
Gambar 6. Hubungan linier antara laju adsorbsi CO dan
desorbsi CO2 oleh katalis ok.~ida mangan berpendukung
bentonit berpilar pada suhu 150 -375 .C
262
Gambar 7. Konversi CO clan rasio (CO1/CO) dari oksidasi
CO oleh katalis mangan oksida berpendukung bentonit
berpilar alumina
Pembuatan Dan Karakterisasi Kalalis Oksida Mangan Dengan Pendukung Bentonit Berpilar Alumina
Gas CO (Adel FisJi)
cepat, dan sebaliknya jika suhu dinaikkan maka laju
pelepasan CO2 meningkat dengan cepat [19]. Reaksi
persamaan(2) diakibatkan oleh dekomposisidari molekul
CO membentuk residu karbon dan karbon dioksida.
Residu karbon yang terbentuk ini teradsorpsi pada
permukaan katalis yang menyebabkan katalis
terdeaktivasi.Laju reaksipersamaan(2) relatifkecil tetapi
semakin rendah suhu maka nilainya bertambah berarti.
Sumber lain terbentuknya residu karbon adalah adatlya
2 kekosongan oksigen pada permukaan logam
katalis oksida mangan berpendukung bentonit berpilar
tem1asukdalam kelompok kemisorpsirendahkarenanitai
energiaktivasinya < 15 kkal motl (63 kJmotl).
DAFTARPUSTAKA
[I].
[2].
bertetangga sebagai basil reaksi persamaan (1), seperti
yang diperlihatkan dalam reaksi berikut;
CO R8I,+ [ ]cat -7 COIdI...
(3)
COBdl+[]cat ~CIdI +OIdl
(4)
Sesuai dengan keterangan diatas, seperti yang
diperlihatkan pada kurva rasio CO2/CO didalam
Gambar 7, bahwa pada suhu 66°C nilai rasio CO2/CO
cukuprendah yaitu 4,5 %. lni menunjukkan, bahwapada
suhu rendah, laju reaksi pesamaan(I), yang ditentukan
oleh pelepasanCO2,relatiflambat meskipun tetapteIjadi
adsorpsi CO. Pada suhu rendah ini, laju reaksi
persamaan(2) lebih berarti berlangsung. Sehingga basil
darileseluruhan reaksi ini pada suhu rendah, CO2yang
terbentuk, sangatkecil sekali. Semakin meningkat suhu
maka laju reaksi persamaanreaksi (I) meningkat dengan
cepat. Hal ini dapat dilihat daTipeningkatan kurva rasio
CO2/CO dengan meningkatnya suhu. Pada suhu340°C
tercapainya rasio CO2/CO maksimum dengan nilai
67,24%. Pada suhu lebih besar daTi370°C adsorpsiCO
telah mulai memperlihatkan kejenuhan sedangkan
persamaan reaksi (3) dan (4) terns meningkat dengan
meningkatnya suhu, akibatnya teIjadinya penurunan
daTi kurva rasio CO2/CO. Dari data tersebut dapat
disimpulkan bahwa pada suhu lebih besar daTi 370,
adsorpsi CO telah mencapai kejenuhan sedangkan laju
pembentukan residu karbon tetap meningkat dengan
meningkatnya suhu.
t(ESIMPULAN
Bentonit dipilarisasi dengan polikation aluminium
Al1~jenis Keggin [AI,~O 4(OH)24(H20) 12]7+
menghasilkan
bahan berpilar yang mempunyai ruang basal Garak antara
lembaran), luas permukaan spesifik, ketahanan termal
yang lebih tinggi
daTi pada bentonit
awalnya.
Penempelan katalis mangan pada permukaan penyangga
bentonit berpilar dan dikalsinasi pada suhu 400°C selama
6 jam terbentuknya
fraksi Mn°4 dan Mn2O~ pada
permukaan penyangga. Hasil
terhadap oksidasi CO pada
uji aktifitas
suhu 30°C
katalitik
-500°C
memperlihatkan aktifitas maksimum adsorpsi CO terjadi
pada suhu sekitar 400°C dengan konversi maksimum
63,9% dan rasio CO2/CO maksimum terjadi pada suhu
340°C sebesar 67,24%. lntereaksi antara gas CO dengan
Untuk Ok.~idasi
[3].
A. VACCARI, Preparation and Catalitic
Properties of Cationic and Anionic Clays, Catal.
Today,41, (1998),53-71.
K. OTHMER, Encyclopedia
of Chemical
Tecnology,4thed. 5 and 6, John Wiley and Sons,
NewYorli:, (1993).
A. C.D. NEWMAN, Chemistry of Clays and Clay
.Mineral, Mineralogical Society(6), Longman Sci.
Tech.,England, (1987).
[4]. L.M. GANDIA, M.A. VICENTE, A. GIL,
Preparation and Characterization of Manganese
Oxide Catalysts Supported on Alumina and
Zirconia-Pillared Clays,Appl. Catal. A: General,
196,(2000),281-292.
[5]. K. BAHRANOWSKI, M. GASIOR, A.KlELSKI,
J. PODOBINSKI, E.M. SERWICKA, L:A.
VARTIKIAN,
K.
WODNICKA,
Physico-Chemical Characterizationand Catalytic
Properties of Cupper-Doped Alumina -Pillared
[6].
[7].
[8].
Montmorillonites, Clays Clay MineraL~, 46,
(1998),98-102.
A. GIL., M.A. VICENTE, L.M. GANDIA, Main
Factors Controlling The Texture of Zirconia and
Alumina Pillared Clays, MicropO1: Mesop°1:
Mater., 34,(2000),115 -125.
M.L. OCCELl, J.A. BERTRAND, S.A.C. GOUL,
J.M. DOMINGGUEZ,
Physicochemical
Characterization of A Texas Montmorillonite
Pillared with Polyoxocationsof Aluminum Part I:
The Microporous Structure, Microp. Me.fop.
Mater, 34, (2000),195-206.
P. CANIZARES, J.L VALVERDE, MR SUNKOU,
C.B. MOLINA, Synthesisand Characterizatioftof
PILCs with Singel and Mixed Oxide Pillars
Prepared from Two Different Bentonit. A
Comparative Study,Microp. Mesop. Mater, 29,
(1999),267-281.
[9]. J.T. RICHARDSON, Principles of Cata./.vst
Development, Plenum Press, New York, (1989),
220-222.
[10]. S.B. KANUNGO, Physicochemical properties of
Mn°2 and MnO:'CuO and Their Relationshipwith
the catalytic activity for H2O2Decomposition and
CO oxidation,J. Catal, 58, (1979), 419-435.
[11]. S. CAVALLARO,
N.BERTUCCIO,
P..
.ANTONUCCI, N. GIORDANO, Mercury Removal
from Waste Gass by Manganese Oxide
Acceptors,J: Catal., 73, (1982), 337-348.
[12]. J. CARNO, M FERRANDON, E. BJORNBOM, S.
JARAS, Mixed Manganese Oxide/Platinum
263
Pro.fidingPertemuanllmiah llmu Pengetahuandan Teknoulg;Bahan 2002
ISSN1411-2213
Serptlng. 22 -23 Oktober 2002
Catalysts for Total Oxidation of Model gas from
wood boilers, Appl. Catal.. A.. General, 155,
(1997), 265-281.
(13]. P. H. HSU, Effect of Temperatur on The
Degradationof All3 Complex, ClaysClayMiner.,
45, (1997),286-289.
(14). N.D. HlTrSON, M.J. HOEKSTRA, R.T. YANG,
Control of Micro porosity of Al2O)-Pillared clays:
effect of pH, calcination temperatur and clay
cation exchange capacity, Micropor. Mesopor.
,"'-fater.,28, (1999),447-459.
[15]. S.M. maMAS,
M.L. OCCELL!, Effects of
synthesis Conditions on the Thermal Stability of
A Texas montmorillonite
expanded with
(AI,)O4~O)]
304-3~.
7+,ClaysClay Miner., 48, (2000),
[16). S. NARAYANAN, K. DESHPANDE, Alumina
Pillared Montmorillonite: Characterization and
Catalysis of Toluene Benzylation and Aniline
Ethylation, .4ppl. Caral A.. General, 193, (2000),
17-27.
(17). F. KAPTEIJN., A.D. VANLANGEVELD, J. A.
MOULUN, A. ANDREINI, M. A. VUURMAN, A.
M. TUREK, J. M. JEHNG, I. E. WACHS,
Alumina-Supported ManganeseOxide Catalysts
(I. Characterization: Effect of Precursor and
Loading),J. Catal, 150, (1994), 94 -104.
(18). R.P,H. GASSER,
An Introduction
to
Chemi.\'orption and Catalysis by Metals,
Clarendon Press,Oxford, (1985),206-252.
(19). G. K. BORESKOV,Catalytic
Activation of
Dioxygen, dalam Catalysis, Science and
Technology, 2, Ed.:J.R. Anderson, M. Boudart,
Springer-\:t:rlag,Berlin, (1981).
TANYAJAWAB
Sugik Sugiantoro,P3ffi-BATAN
Pel1anyaan
I. Apa fungsipenambahan
pilar alumina
2. Bagaimanajika lansgungditambahMn asetattanpa
pemberian
pilar alumina
Jawabm
1. Fungsipenambahanpilar pactabentonitini adalah
untuk membukaruang antara lembaranbentonit
secarapermanendan menghasilkanruang-ruang
berdimensimolekularyangmempunyaisistempori
yang cocok untuk aplikasi katalitis. Akibat dari
pemilaran menghasilkanbahanyang mempunyai
luas permukaan,dan ketahanantermalyang lebih
tinggi hila dibandingkan denganbentonit tanpa
dipilar.
~. Jika Mn II asetatlangsungditambahkanke dalam
bentpnnit tanpa dipilar (tanpa aluminium) akan
menghasilkan bahan katalis yang mempunyai
aktifitas dan ketahanantermal yang rendahhila
264
dibandingkan dengan bentonit dipilar dengan
aluminium.
Tuti Setiawati. S, IPB-Bogor
Pertanyaan
I. Teknik pengukuranuntuk mengubahCo menjadi CO2
2 Bagaimana mengetahui terbentuk fraksi MnO2 dan
Mn2OJ
Jawaban
I. Teknik pengukural1 yang digunakan untuk
rnenentukanCO dan CO2adalah teknik kromatografi
gas yang dipasang secara online dengan reaktor uji
aktifitas katalis. Gas keluaran reaktor langsung
dialirk:u\ ke dalaIli kc1.olllkrolrunografi sehinggagas
CO daD CO2 terpisahkan, selanjutnya ditentukan
5ecarakualitatif dan kuantitatif dengandetektorTCD.
2. Untuk mengetahui terbentuknya fraksi MnO2 dan
Mn2O) ditentukan dengan difraksi sinar-x (XRD).
Pola difraksi masing-rnasing spesies Mn°2 dan
Mn20., yang dihasilkan pada pengukuran XRD
disesuaikan dengan pvla dif~aksi pada spesiesyang
sarna yang ada d..11arn
data base yang dikeluarkan
oleb JCPDS-/mernasional centre for diffraction
data. Metode XRD ini hanya dapat menentukan
MnO~ daD ~O3 secarakualitatif.
ElmanPanjaitan,P3ffi-BATAN
Penanyaan
1. Apa korelasi peningkatan mang basal dengan
ketahananpanaspadabentonityang ditambahkan
Keggin.
Jawahan
I. Korelasi peningkatan ruang basal denganketahanan
panas pada dasarnya tidak ada, tetapi peningkatan
ruang basal dan peningkatan ketahanan termal
dihubungkan dengan akibat daTi pemilaran bentonit
dengan polikation jenis Keggin. Hasil penelitian ini
sesuai dengan literamr yang ada akibat pemilaran
terjadi peningkatan ruang basal (jarak antara
lembaran yang sam dengan yang lainnya) daTi
9,75 A menjadi 17,48 A, penambahanruang basal ini
diakibatkanteljadi pernasukanpolikation ini diantara
lembaran bentonit. Dan juga akibat pemilaran ini
teljadi peningkatan ketahanan tennal , seperti yang
diperlihatkan dalam Gambar 4a basil karakterisasi
DTAfI'G pactaSllhu700°C pada bentonit tanpapilar.
Actanya puncak endotermis yang menunjukkan
putusnya lembaranbentonit. SedangkanGambar 4b
bentonit berpilar tidak actapuncak endotennis pacta
suhu 700°C yang menunjukkan tidak putusnya
lembaranbentonit.
Ke Daftar Isi
Gas CO (Adel Fisli)
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI
KATALIS OKSIDA
MANGAN DENGAN PENDUKUNG
BENTONIT
BERPILAR
ALUMINA
UNTUK OKSIDASI GAS CO,
Adel Fislil daD Dery Daerudiw
lPuslitbang Iptek Bahan (P31B)-BATAN
Kawasan Puspiptek, Serpong, Tangerang 15314
2Pusat Penelitian Kimia-LIPI
Kawasan Puspiptek, Serpong, Tangerang 15314
ABSTRAK
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI KATALIS OKSIDA MANGAN DENGAN PENDUKUNG BENTONIT
BERPILAR ALUMINA UNTUK OKSIDASI GAS CO. Pilarisasi bentonit dilakukan dengan menambahkan polikatioan
alumina jenis Keggin [AlI3O4(OH)24(H20)12]'+ke dalam suspensi bentonit serta pertukaran polikation ke dalam ruang antara
lembaran-lembaranbentonit clandilanjutkan dengankalsiriasi pada400°C selama6jam. Hasil karakterisasibentonitini menunjukkan
adanya peningkatan luas permukaan spesifik daTi 46 m'/g menjadi 148 m'/g, peningkatan ruang basal daTi 9,75 A menjadi
17,48 A clan peningkatan ketahanan terhadap perlakuan panas.Impregnasi mangan (ll) asetatpada bentonit berpilar clan suhu
kalsinasi 400°C selama 6 jam, membentuk fraksi MnO, clan Mn,O3 pada bentonit. Uji aktifitas katalitik terhadap oksidasi CO
menjadi CO2 menunjukkan konversi maksimum sebesar63,9% pada 400°C, dengan rasio CO,/CO maksimum sebesar67,2%
pada 340°C serta energi aktivasi adsorbsiCO pada suhu 150 -375°C adalah 37,1 kllmol (8,83 kkal/mol).
Kala kunci ..Bentonit berpilar alumina, katalis mangan oksida, pilarisasi.
ABSTRACT
PREPARATION AND CHARACTERIZATION
OF MANGANESE OXmE CATALYSTS SUPPORTED ON ALUMINA PILLARED BENTONITE FOR OXIDATION OF CO. Pillarization of betonite was carried out by ion exchange of
Keggin-Type polycation [Al13O4(OH)24~O)12]7+into the interlayers of bentonite, which then calcined at 400°C for 6 hours.
The characterization of the bentonite showed that the specific surface areawas increased from 46 m2/gto 148 m2/g,basal spacing
was increased from 9,75 A to 17,48 A and the thermal stability was enhanced. Impregnation of the pillared bentonite with
manganese (JI) acetate and the calcination of its results at 400°C for 6 hours showed the P resence
of
MnO
and
Mn
0
fractions
2
2
3
on bentonite. The catalytic activity tests showed, that the maximum conversion was 63,9% at 400°C, with the maximum ratio of
CO2/CO was 67,2% at 340°C and the activation energy at 150-375°C was 37,1 kJ/mol (8,8 kkal/mol).
Key words: Alumina pillared bentonite, manganeseoxide catalyst, pillarization.
PENDAHULUAN
Bentonit (montmorillonite) termasuk jenis
mineral liat hidrous phyllo.'iilicate yang struktur
materialnya berbentuk lembaran. Setiap lembaran
montmorilonite terdiri daTi 21apisan tetrahedral yang
disusun oleh unsur utama Si(O,OH) dan mengapit
llapisan oktahedral yang disusun oleh unsur M (0, OH)
M= AI, Mg, Fe. Di antara lembaran-lembaranini, terdapat
ruang yang diisi oleh molekul-molekul air dan kationkationlain. Apabilamontmorillonite inidilarutkandalam
air, alkohol, etilen glikol dan gliserol, ruang antara
lembaran ini dapat mengembang. Montmorillonite
mempunyai
rumus
molekul
idealnya
Al'lsMgoss(Sisoo)02o(OH)4XossnH20, dan muatan
lisii'iknya .muncUl dari kation divalensi, biasanya dari
unsur Mg, sedangkan X adalah kation monovalensi
yang ada di antara lembaran [1,2,3]
Kation-kation yang ada di antara lembaran dapat
diganti dengan kation-kation yang mempunyai muatan
daD ukuran lebih besar seperti polikation at au
polihidroksi yang berbasis logam seperti; AI, Zr, Ti, Cr,
Fe dan Ga. Sebagaihasil pertukaran kation ini, dihasilkan
suatu bahan yang berdimensi dua seperti ziolit yang
dikenal dengan liat berpilar. Setelah pemanasan, pilar
polikation ini akan membentuk cluster oksida yang
membuka antar lembaran liat secara permanen dan
menghasilkan ruang-ruang berdimensi molekular yang
mempunyai sistem pori yang baik. Sebagai hasilliat
berpilar ini akan diperoleh tekstur permukaan yang
bersifat asambasayang cocok untuk bermacam-macam
aplikasi katalitik seperti; cracking minyak bumi, alkilasi,
dehidrasi alkohol, produksi bahan kimia murni dan
lain-lain [4,5,6].
Dari sekian banyak bahan pemilar, logam
polikation
aluminium
jenis
Keggin
[AI1JO4(OH)24(H20)12]7+
yang paling banyak dipelajari
daD relatif mudah reproduksi. Keutamaan lain
257
ProsidingPertemuanIlmiah lImu Pengetahuandan TeknologiBahan 2002
Serpong,22 -23 Oktober2002
menggunakanpolikation alwninium sebagaipilar liat ini
adalah meningkat ruang basal antara lembaran sampai
18-20 Ao,teroentuknya struktur pori yangmengandung
sisi-sisi asam Lewis dan Brosnted dan meningkatkan
kestabilan termal sampai suhu 500°C [7]. Bahranowski
[5] melaporkan,bahwa basil pengukuran luas permukaan
spesifik terhadap berbagai polikation yang digunakan
sebagaipilar diperoleh urutan sebagaiberikut AI-PILC
> Zr-PILC > Ti-PILC. Sedangkan ketahanan termal
UnltannyaadalahAl-PilLC > Fe-PILC> Zr-PILC>Cr-PILC
Liat berpilar ini, disamping cocok untuk
bermacam-maalm aplikasi analitik juga dapatdigunakan
sebagai pendukung katalis (komponen aktit) yang
bersifat katalitik. Hal-hal yang menguntungkan bagi liat
berpilar sebagai pendukung katalis, diantaranya; luas
permukaan yang tinggi, bentuk porositas yang khas,
mempunyai kestabilan termal yang cukup daD
mempunyai permukaan aktif secara katalitik.
Penggabungan liat berpilar dengan komponen aktif,
yang bersifat kataIitik, biasanya logam-logam transisi,
seperti; Cu, Ni, Pt, Mn, Fe, dan Co akan diperoleh suatu
bahan katalis yang lebih elektif daD selektif sesuai
dengansifat katalitik logam transisiyang digunakan [4,9].
Sifat -sifat aktifitas katalitik dari oksida mangan
sangat menarik untuk dipelajari. Penelitian-penelitian
yang telah dilakukan yang berhubungan dengan
sifat-sifat katalitik mangan oksida di antaranya,
dekomposisi potasium perklorat di dalam larutan,
dekomposisi hidrogen peroksida dan oksidasi CO,
penyerapan merkuri dari gas buangan, oksidasi gas
naftalen, oksidasi karbon monoksida dan metana dari
hasil peleburankayudan dekomposisiNO [10, 11,12].
Karbon monoksida adalah gas yang sangat
berbahaya daD sangat beracun terhadap manusia daD
mamalia, karena CO ini bereaksisangatcepatdan terikat
kuat sekali dengan hemoglobin darah, sehingga dapat
menghalangi terjadinya pengangkutan oksigen ke
seluruh tubuh oleh darah. CO merupakan salah satu
sumber pencemaran udara dan dihasilkan dari
pembakaran yang tidak sempurna akibat kekurangan
oksigenpada bahan yang mengandung karbon. Sumber
karbon monoksida yang tidak terkontrol berasal dari
pembakaranbatubara,gasbuangan kendraan bermotor,
pabrik kalsium karbida, operasi pembakaran,
penambangandaD rokok. Di dalam bidang katalis, gas
CO ini sering digunakan sebagaiuji sifat aktifitas bahan
katalis [2].
Di dalam penelitian ill dibahas pembuatankatalis
oksida mangan berpendukung bentonit berpilar alumina
untuk digunakan sebagai oksidasi gas karbon
monoksida (CO). Mangan didispersikan ke permukaan
pendukung dengan cara impregnasi dari larutan
prekursor mangan (II) asetat. Karakterisasi katalis
dilakukan dengan penentuan luas permukaan spesifik
(metode BET) daD penentuan ruang basal (xrd) untuk
258
montmorilonite berpilar, pengujian ketahanan tennal
dilakukan dengan DTAffG dan adanya penempelan
oksida mangan pada pennukaan pendukung ditentukan
denganxrd. Keberhasilan pembuatankatalis dilakukan
denganpengujian aktifitas katalis terhadap oksidasi CO
menjadi CO2, menggunakan reaktor aliI yang
dihubungkan secara online denganMicro GC.
METODE KERJA
Bahan
[8].
pengujian
ISSN1411-2213
terhadap
adanya
pembentukan
Bentonit awal yang digunakan didalam penelitian
ini adalah bentonitkaya Ca (Ca-Bentonit) (Sigma) daD
semua bahan kimia yang digunakan adalah kualitas
analytical grade, diantaranya; aluminium chloride
(AICIJ (Merck), natrium hidroksida (NaOH) (Merck),
manganese
(II)
acetate
tetra
hydrate
«C~COO)2Mn.4~O) (Merck), gas helium (He) (UHP),
gas oksigen (OJ (UHP) dan gaskarbon monoksida (CO),
(UHP).
Alat
Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah;
Sentrifugasi, Model J2-21M/E Centrifuge (Backman),
Quntasorb (Quanta Chrome) (pengukuran BET), XRD
Xpert (Philips) (pengukuran pola difraksi sinar-x), STA
Setaram TAG 24 S (France) (pengukuran DTArrG),
Seperangkap alat Reaktor alir RDP 830 daTi ~nci
Tecnologiss (Cedex) (uji aktifitas katalitik) yang
dihubungkan secaraonline denganMicro GC Hewlett
Packard model QUAD beserta software HP EZChrom
Chromatography Data System,pH Cdberscand 2000
(pengukuran pH larutan) danMagnetic stirrer/Hotplate
SM26 Stuart Scientific
TataKerja
Pembuatan larutan polikation aluminum
500 mL larutan NaOH 0,2 M diteteskan dengan
kecepatan 1 mL/menit ke dalam 500 mL larutan AICI3
0,1 M dalam keadaan diaduk dengan cepat dengan
magnetic stirer pactasuhukamar. Penambahan larutan
NaOH dihentikan setelah perbandingan OH/ Al+3sarna
dengan2,2, yang ditandai dengan pH larutan 4,1. Setelah
itu, larutan polikation dibiarkan semalamdalam keadaan
diaduk pactasuhukamar.
Pemilaran Bentonit
Ca-Bentonit ditimbang 5 g dan dilarutkan dalam
500 mL air demineralisasi. Suspensi diaduk kira-kira
1jam pada suhukamar. Lamtan polikation ditambahkan
sedikit demi sedikit ke dalam suspensi bentonit yang
sedangdiaduk. Setelahpenambahanlarutan polikation,
pH lamtan diatur menjadi 3,8 dengan penambahanHCl
0,1 M. Lamtan tetap diaduk sernalampada suhukamar.
Selanjutnya, campuran ini disentrifugasi dengan
kecepatan 10.000 rpm selama 30 menit. Endapan yang
~
PemhuatanDan KarakterisasiKalalis OksidaMangan Dengan PendukungBentonit Berpilar Alumina Untuk Oksidasi
GasCO (Adel Fisli)
diperoleh dicuci denganair hangat suhu60°C sampai air
basil cucian menunjukkan reaksi negatif denganpereaksi
AgNO, 0,1 M. Padatandikeringkan dalam ovensemalam
pada sUhu80°C dan dikalsinasi pada suhu400°C dengan
kecepatankenaikan suhu 5 °C/menit selama 6jam.
Pembuatan katalis Mangan oksida didukung oleh
bentonit beJl)ilar.
Penempelan katalis mangan pada pendukung
bentonit berpilar dilakukan dengan cara impregnasi
basah. 2 g bentonit berpilar yang telah dikalsinasi,
dilarutkan dalam 40 mL air demineralisasi dan suspensi
diaduk kira-kira 1 jam. 5 mL larutan garam prekur.sor
(CH3COO)2Mn 0,5 M ditambahkan tetes demi tetes
dengan kecepatan 0,05 mL/detik ke dalam suspensi
bentonit dalam keadaandiaduk pada suhu70°C. Setelah
penambahan larutan prekursor, larutan tetap diaduk
pada suhu 70°C sarnpai larutannya menjadi kental.
Padatanyang diperoleh dikeringkan di dalam ovenpada
suhu 120°C selama 24jam dan selanjutnya dikalsinasi
pada suhu 400°C selama 6 jam dengan kecepatan
kenaikan suhu 5°C/menit.
Karakterisasi.
Luas permukaan spesifik sampel ditentukan
dengan alat Quanta.s-orb, Quanta Chrome. Gas
campuran N2/He (x(N2)=0,1 -0,35 dibuat dengan
bantuan alat ma.s.sflow controller. Proses isotermal
adsorbsidaD desorbsi oleh sampeldilakukan pada suhu
77 K. Luas permukaan spesifik dihitung menggunakan
persamaan Bruneur-Emmet-Teller (BET).
Difraktogram
sinar-x diperoleh dengan
menggunakanalat difraksi sinar-x dengansumberCuKa.,
A = 1,54 nm.Ada dua cara pengambilandifraktogram,
yaitu; pengukuran sudut 28 antara 2 -10° untuk
menentukan ruang basal daTi liat berpilar dan
pengukuran sudut 28 antara 10 -80° untuk menentukan
rasa oksida mangan yang terbentuk pada permukaan
bentonit.
Untuk menentukan ketahanan termal dilakukan
dengan alat STA Setaram TAG 24 S, France sampai
suhu800°Cdengankecepatankenaikan suhu15°C/menit.
Pengukuran aktifitas katalis
Pengukuran aktifitas katalis dilakukan dengan
menggunakan alat Reaktor alir RDP 830 dari ~nci
Technologies, Perancis yang dihubungkan secara
online dengan Micro GC Hewlett-Packard model
QUAD. Micro-GC dikontrol dan data diproses dengan
bantuan perangkap lunak dari HP EzChorm
Chromatography Data System. Sedangkangas umpan
yang digunakan adalah S% CO/He dengan kecepatan
O,SmL/detik. Skema Reakor alir RDP 830 dapatdilihat
padaGambar 1,
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pembuatan katalis oksida mangan
Di dalam pembuatan polikation All), jumlah
polikation All) yang terbentuk, tergantung pacta asal
reaktan, konsentrasi awal, kecepatan penambahan
reaktan dan lamanya penuaan [I]. PenambahanNaOH
secara lambat pacta suhu kamar, akan diperoleh
All) 90 % [13], sedangkan pacta perbandingan mol
OHI Al)+ = 2,2 diperoleh mikroporos liat berpilar yang
paling besar setelahpolikation ini terpilar [14].
lumlah polikation
yang dimasukkan ke
dalam antar lembaran bentonit
ini adalah
Al/bentonit = 10mmol/g. Didalam literatur disebutkan,
bahwa bervariasisekalijumlah perbandinganAl/liat yang
digunakan sebagai pemilar, namun pacta umumnya
berkisar antara 5 -20 mmol/g liat. Perbandingan
polikatioan dengan liatyang lebihrendah «0,6 mmoVg)
tidak memperlihatkan ruang basalyangjelas dan tidak
menunjukkan kestabilan termal, sedangkan komposisi
AVliat > 0,6 mmoVg memperlihatkan ruang basal yang
jelas dan tajam setelahdikarakterisasi dengan XRD [15].
Penempelan prekursor garam mangan pada
permukaan bentonit dan bentonit berpilar dengan tara
impregnasi, disebabkan karena volume larutan
prekursor melebihi dari pacta volume pendukung.
lumlah mangan yani diimpregnasi diperhitungkan
berdasarkan basil akhir padatan katalis dengan
perbandingan MnO2/g liat= 10% [4].
Karakterisasi
02
He
_.GC
r;]J
(!) -Vllie
MFC-PengatUl
ke,epetan
ge.
Gambar 1. Diagram skematik reaktor alir RDP 830
yang dihubungkansecaraonline denganmicro GC.
Hasil pengukuran luas permukaan spesifik
bentonit, bentonit berpilar daD katalis mangan oksida
berpedukung bentonit berpilar dapat dilihat pada Tabel
1. Setelah bentonit dipilarisasi dengan polikation
aluminium, luas permukaan spesifiknya meningkat
dengan tajam, daTi 46 m2/g menjadi 147,6 m2/g.
Narayanan [16] melaporkan, bahwa pemilaran
Na-montmori//onite dengan polikation aluminium
mengakibatkan terjadinya peningkatan luas permukaan
spesifik dari 27,43 m2/g menjadi 169,56 m2/g. Proses
pemilaran
akan mengakibatkan
terjadinya
pengembangan ruang antara lembaran Garak ruang
basal) daDterbentuknya sistem pori yang baik, sehingga
259
\
,
"'l
Pro.fidi~g Pertemuanllmiah llmu PengetaJ,uandan TeknologiBahan 2002
ISSN1411-2213
Serpong, 22 -,23 Oktoher 2002
memperbesarhJaspennukaan liat setelahdipilarisasi [7].
Tilb~t 1. Hasil pengukuran luas permukaan spesitik
(BET) sampel bentonit, bentonit berpilar dan
mangan berpendukung bentonit berpilar.
,-,-i
JenisSampel
No
dengan yang dilaporkan oleh Canizares [8], bahwa
mineral montl"orillonite dipilarisasi dengan palikation
alutninium ,\kanmeningkatkanjarak ruang basal menjadi
sekitar 18Ao. Penambahanini lebih kurang samadengan
ukuran dimensi dari polikation itu sendiri (9-11 AO).
r-:;- f-~Bent-AI 10 mmol
~I
I
6~
Mn-Bent-AiIO
'cl
InfoQt13Siyang lebih penting daTipola difraksi ini adalah
tel:iadinya pergeseran puncak setelah bentonit ini
dipilarisasi. dari 9,05 (9,75 AO)meltjadi 5,05 (17,48 AO).
lni n1enunjukkan,bahwajarak ruang basal yang awaJnya
9,75 Ao pada bentonit tanpa dipilarisasi meningkat
menjadi 17,48 A ° setelah bentonit dipilarisasi. Sesuai
nunal
Setelah katalis mangan terdispersi pada
permukaan pendukung, maka tet:iadi penurunan luas
per~ukaan spesifiknya dari 147,6 m2/g menjadi
62,6 m2/g (Mn-Bent-Al
10 mmol). Pada proses
impregnasi, terjadi pendispersian mangan pad a
permukaan pendukung,sehingga terjadi penumnaliluas
permukaan. Sesuaidenganyang dilaporkan oleh Gandia
(4), bahwa impregnasi prekursor Mn(NO3)2 pada
monotmori//onite berpilar alumina mengakibatkan
terjadinya penurunan luas permukaan spesifik sebesar
300/0,Faktor lain )"a11g
mempengaruhidi~rsi komponen
aktif pada pendukung katalis adalah jenis garam
prekur.\'or yapg digunakan. Kapteijn [17] melaporkan,
bahwa prekur sor mangan(II) asetat terdispersi lebih
tinggi pada pendukung alumina hila dibandingkan
dengaQprekur .'Iormangan(Il) nitrat. Hal ini disebabkan
karenateIjadi interaksi asamdan basaguguspermukaanOH, yang ada pada pendukung dengan gugus asetat
yang ada pada prekursor.
Hasil pengukuran pola difraksi sinar-x terhadap
sampel bentonit dan bentonit berpilar pada 28 antara
2-10 dapat dilihat pada Gambar 2. Pada bentonit tanpa
berpilar (Gambar 2a), terlihat adanya puncak reflektan
pada 9,050(9,75 AO).Puncak ini agak lebardanlemah
di~ebabkan oleh tidak homogennya jarak ruang basal
dari bentonit tanpa berpilar. Setelahbentonit dipilarisasi
dengan alumnia (Gambar 2b), maka terjadi perubahan
bentuk puncak intensitasnya menjadi lebih tinggi dan
lebih runcing. Ini menunjukkan, bahwa adanya
peningkatan homogenitas pada jarak ruang basal.
800
600
8
on
200
La:1-.
~
.~
v
4
28
~
(b)
0
'v
2
4
6
8
28
Gambar 2. Oitraksi sinar-x sampel (a) bentonit tanpa
260
t\
"V'
J
I
, ...I
..,
-oT-r",-.
'\iJ\J'J~\
0
I.,
'
0 ..,
.",
..!
...
G"mbar J. Poll dit'raksi sinar-x sampel (a) bentonit
berpilarAI dan (b) manganoksidabelJlendukungbentonit
Pola difraksi sinar-x pada katalis mangaQ,
didukung oleh bentotut berpilar setelah dikalsinasi pada
suhu 4()O"C,dapat dilihat pada Gambar3. Menumt data
base yang dikeluarkan oleh JCPDS- International
Centre jor DifractiQn Data, bahwa MnO2 jenis
Pyrolusite (i 2-0716) memperlihatkan 3 puncak reflektan
terl>esarpada28,401"(100),37,280"(50)dan 56,402"(50),
sedangkan Mn2O) jenis Bixb.yite-C (41-1442)
memperlihatkan 3 puncak reflektan terbesar pada
32,951"(1(){), 55,1~1'(28)dan23,131"(16).PadakatalisMo
yang didukung oleh bentonit berpilar adanya puncak
reflektan 27,81" terjadinya pergeseranyang sehamsnya
28,4"dari Mn°2 yang terlihat denganjelas. Pergeseran
ini kemungkit1an disebaQkanterjadinya interaksi salah
satu sisi kristal MnO2 dengan permukaan benton it,
sehingga mempengamhi jarak sisi kristal MnO2 yang
berinteraksi tersebut. Sedangkan puncakreflektan lain
dari MoO]' yaitu; 37,28" daD56,402",tidak terlihat dengan
jelas karena terjadinya tumpang tindih, yang berasaldaTi
puncak r~/lektan bentonit itu s~ndiri. Puncak reflektan
32,951" (lOll) yang berasal daTi Mn2O), juga terlihat
dengan jelas, sedangkan puncak lainnya daTi Mn2O)
tidak terlihat denganjelas karena terjadinya tumpang
tindih deng:ln puncak reflektan daTibentonit. Dari basil
kar,lkteisasi dengan XRD ini dapat disimpulkan, bahwa
katalis mangan berpendukung bentonit berpilar daD
setelah dikalsinasi pacta suhu 400"C selama 6 jam
PemhuatanDan KarakterisasiKalalis OksidaMangan Dengan PendukungBentonit Berpilar Alumina Untuk Ok.vidasi
GasCO (Adel Fisll)
terbentuknya fraksi oksida mangan Mn°2 dan Mn2O3.
Mangan dapat membentuk bermacam-macam
rasaoksida kristalinnya, yang secara umum tergantung
pacta suhu kalsinasi,
yang merupakan aspek
termodinamikanya.Kanungo [10J melaporkanperubahan
rasa daTia.-MnO2 menjadi ~-MnO2 pada daerah suhu
200 -400°C. PerubahanrasaMn°2menjadi ~O3 teIjadi
pada daerah suhu 500-700°C. Gandia [4Jmelaporkan,
bahwa kalsinasi mangan yang didukung oleh
montmorillonite pacta suhu 500°C memperlihatkan
terbentuknya fraksi MnO2 daD Mn2O3'
Hasil analisis DTAfTG daTi bentonit, bentonit
berpilar daD mangan berpendukung bentonit berpilar
dapat dilihat pada Gambar 4, Kurva DT A pada bentonit
(4a) memperlihatkan teIjadinya dua puncak endotermik.
Puncak endotermik pertama terjadi pada suhu sekitar
144 °Cdan bersamaandengan itu teIjadinya kehilangan
berat, yang dapat dilihat pada kurva TG, Puncak ini
berasal daTi pembebasanair yang terikat secara fisika
pada permukaan lembaran bentonit. Pada suhu 718°C,
terlihat adanya puncak endotermik padakurva DTA daD
bersamaan dengan itu, tejadi pengurangan atau
kehilangan berat pacta kurva TG. lni disebabkan
teIjadinya dehidrasi daTi gugus hidroksil yang terikat
pacta lembaran silikat daD diikuti runtuhnya lembaran
liat
Pacta bentonit berpilar alumina (4b), puncak
endotermis pactasuhu sekitar 140tetap actayang berasal
daTi pelepasan air yang terikat secara fisika pacta
permukaan bentonit. Sedangkan puncak endotermik
pacta suhu 718°C tidak terlihat lagi setelah bentonit
dipilarisasi, yang menunjukkan tidak terjadi runtuhnya
lembaran bentonit pactasuhuini. Dari kurva DTAffG ini
dapat disimpulkan bahwa adanya peningkatan
ketahanan termal setelah bentonit dipilarisasi dengan
alumina. Sesuai dengan yang dilaporkan oleh Occelli
[7], bahwa proses pemilaran dapat mengakibatkan
pengembangan ruang antar lembaran sehingga
memperbesarluas permukaan,menjagasecarapermanen
ruang antar lembaran supaya jangan sampai runtuh
akibat daTi pengaruh suhu atau meningkatkanketahanan
termal. Canizares [8] juga melaporkan, bahwa pacta
bentonit berpilar, 50% air yang terserappactapermukaan
akan hilang pactasuhu 150°C,sedangkansisa air lainnya
yang terserap di dalam struktur mikropori lembaran
silikat dan bahan pemilar yang akan mulai hilang secara
gradual pactasuhu diatas 150°C.
Hasil pengukuran
DT A pacta mangan
berpendukung
bentonit berpilar (Gambar 4c)
memperlihatkan puncak eksotermik pada suhu 360°C,
yang merupakan basil pembentukan oksida mangan,
yang diikuti dengan penguapan asetat daTiprekursor
mangan asetat. Adanya penguapan asetat ini, dapat
dilihat pactakurva TG, yaitu terjadinya penurunan.Sesuai
dengan yang dilaporkan oleh F. Kapteijn [17], bahwa
oksida mangan berpendukung alumina, yang dibuat
daTi prekur.50r mangan asetat, terjadi pacta
"~--=::'::"~~--"""-~::-:.:~"",--
suhu 305-377 °C.
' ;0""".;0,'.;;"."'"""'"'~'~'~~.;t
,,",
~'!--!!!
-~-".
,:,~
~.~=~~:~
--;:--'
(b)
ifi;~-:~~\.;:i~;;.~?~;;:;
"-,~"
...
:;-';,..-;,;0,';'
~""';
'-*-"-""""--'
...w,
:j
: 0'"
.(
.~
C)
""'N'"'O,
Gambar
~~
4.
~ Hasil~ pengukuran
~~
~DTAITG~ terhadap
~
~~
sampel (a) bentonit, (b) bentonit berpilar aluminium
dan (c) mangan berpendukung bentonit berpilar
aluminium
Uji aktifitas katalitik
Uji aktifitas katalitik terhadap oksidasi CO oleh
katalis mangan berpendukung bentonit berpilar pada
suhu 30 -500°C, dapat dilihat dalam Gambar 5. Pada
suhu30°Ctelah memperlihatkanadsorpsiCO oleh katalis,
demikian pula laju adsoIbsi maksimum CO dan desorbsi
maksimum CO2terjadi pada suhu sekitar 400°C dimana
keadaan steady state tercapai pada suhu ini. F. Kapteijn
[17] melaporkan, bahwa hasil analisis FTIR pada suhu
rendah 150 K (-123 DC),dimana CO telah teradsorpsi
pada permukaankatalis manganberpendukung alumina.
Menurut Arrhenius, pada jarak suhu tertentu
adanya hubungan linier antara laju reaksi dengan suhu,
yang dapat digambarkan dalam persamaan sebagai
berikut [18].
dimana:
Ink=lnA-
Ea
.(1)
261
Prosiding Pertemuanllmiah Ilmu Pengetahuandan TeknologiBahan 2002
Serpong,22 -23 Oktober2002
k = laju adsorpsi/laju desorpsi(mol.s.1.g-1kat.:
A= faktor ekponensial (mol.s'I.g-1kat.)
Ea = energi aktivasi adsorpsi/ energi aktivasi
desorpsi
aktivasiadsorpsiCO antara5,53-14,59 kkal.mol"ldan
dengan faktor konversinya antara 4,3 -45,0 %.
Sedangkan
gasumpanyang digunakanadalah5% CO
di dalamudara.
R = konstanta 8,314 J.motl.K-1
T = suhu (K)
r-=- --
--co
Tabel 2. Energi aktivasi absorbsi CO daD
desorbsi CO2 dari oksidasi CO oleh katalis oksida
mangan berpendukung
bentonit
berpilar
alumina.
I
~o.!:.
.
ISSN1411-2213
~
-~
"!
12
--
I;
i~
8
c:
~
0
100
200
300
Temperltur
400
50
('C)
Gambar 5. Laju adsorpsiCO dan laju desorpsiCO2 oleh
katalis manganberpendukungbentonit berpilar alumina
pada suhu 30 -500
'C.
Hasiloksidasi CO dengankatalis oksida rnangan
berpendukung bentonit berpilar alumina pacta suhu
150 "C sampai 375 DC,mengakibatkan acta hubungan
linier yang mengikuti plot .4rrheniuL~'Hubungan linier
antara laju adsorbsi CO dan desorbsi CO2pada suhu
150-375"C dapat dilihat pacta Gambar 6. Dari rnasingmasing persamaanlinier adsorbsiCO dan desorbsiCO2
akan diperoleh energi aktivasi sepertiyang diperlihatkan
pacta Tabel 2. Dan hasil penghitungan energi aktivasi
memperlihatkan,bahwa intereaksiantaragas CO dengan
kata.lisoksida mangan berpendukung bentonit berpilar
alumina termasuk dalam kelompok kemisorpsi rendah
karena nilai energi aktivasinya < 15 kkal mol-)
(63 kJmol"l) [9]. Hasil ini masuk da.lambatasan hasil
penelitian yang dilaporkan oleh Kanungo [10], bahwa
oksidasi CO oleh katalis MnO2 dan Mn°2-CuO, yang
dibuat daTi bermacam-macam prekurL~or dengan
prosedur yang berbeda-beda, memberikan energi
Faktor konversi dan rasio CO2/CO daTi oksidasi
CO oleh katalis mangan oksida berpendukung bentonit
berpilar dapat dilihat pada Gambar 7. Konversi CO
(perbandingan CO yang terserap dengan CO umpan)
pada awal reaksi pada suhu 30°C cukup rendah dengan
nilai 2,85 %. Penyerapan CO terns meningkat dengan
suhudinaikkan. Penyerapanmaksimum CO terjadi pada
suhu sekitar 400°C dengan nilai konversi maksimum
mencapai63,9%. Padasuhudiatas 400°C laju penyerapan
CO tidak bertambah lagi dengan meningkatnya suhu,
yang mana keadaan .\'tedystate telah tercapai.
Oksidasi CO dalam proses katalitik, ada dua
kemungkinan reaksi karbon monoksida terjadi, yaitu [9];
CO(su)+ Dcat ~
2CO(gu) ~
CO2(su)
+ []cat
(1)
C(adl,)+ CO2(gu)
.(2)
reaksi pertama (1) adalah reaksi CO dengan pennukaan
oksida logam yang bersifat katalitik menghasilkan gas
CO2 daD membentuk kekosongan oksigen pacta
pennukaan logam. Penentu laju reaksi persamaan (1)
ditentukan oleh tahap pelepasan CO2 daTi pennukaan
katalis yang sangat dipengaruhi oleh suhu. Jika suhu
diturunkan maka laju pelepasanCO2juga turun dengan
om
.¥
"0
.,~
-0
§.
"
~
.£
0
100
200
300
400
Tcnperatur("C)
1/T(K)
Gambar 6. Hubungan linier antara laju adsorbsi CO dan
desorbsi CO2 oleh katalis ok.~ida mangan berpendukung
bentonit berpilar pada suhu 150 -375 .C
262
Gambar 7. Konversi CO clan rasio (CO1/CO) dari oksidasi
CO oleh katalis mangan oksida berpendukung bentonit
berpilar alumina
Pembuatan Dan Karakterisasi Kalalis Oksida Mangan Dengan Pendukung Bentonit Berpilar Alumina
Gas CO (Adel FisJi)
cepat, dan sebaliknya jika suhu dinaikkan maka laju
pelepasan CO2 meningkat dengan cepat [19]. Reaksi
persamaan(2) diakibatkan oleh dekomposisidari molekul
CO membentuk residu karbon dan karbon dioksida.
Residu karbon yang terbentuk ini teradsorpsi pada
permukaan katalis yang menyebabkan katalis
terdeaktivasi.Laju reaksipersamaan(2) relatifkecil tetapi
semakin rendah suhu maka nilainya bertambah berarti.
Sumber lain terbentuknya residu karbon adalah adatlya
2 kekosongan oksigen pada permukaan logam
katalis oksida mangan berpendukung bentonit berpilar
tem1asukdalam kelompok kemisorpsirendahkarenanitai
energiaktivasinya < 15 kkal motl (63 kJmotl).
DAFTARPUSTAKA
[I].
[2].
bertetangga sebagai basil reaksi persamaan (1), seperti
yang diperlihatkan dalam reaksi berikut;
CO R8I,+ [ ]cat -7 COIdI...
(3)
COBdl+[]cat ~CIdI +OIdl
(4)
Sesuai dengan keterangan diatas, seperti yang
diperlihatkan pada kurva rasio CO2/CO didalam
Gambar 7, bahwa pada suhu 66°C nilai rasio CO2/CO
cukuprendah yaitu 4,5 %. lni menunjukkan, bahwapada
suhu rendah, laju reaksi pesamaan(I), yang ditentukan
oleh pelepasanCO2,relatiflambat meskipun tetapteIjadi
adsorpsi CO. Pada suhu rendah ini, laju reaksi
persamaan(2) lebih berarti berlangsung. Sehingga basil
darileseluruhan reaksi ini pada suhu rendah, CO2yang
terbentuk, sangatkecil sekali. Semakin meningkat suhu
maka laju reaksi persamaanreaksi (I) meningkat dengan
cepat. Hal ini dapat dilihat daTipeningkatan kurva rasio
CO2/CO dengan meningkatnya suhu. Pada suhu340°C
tercapainya rasio CO2/CO maksimum dengan nilai
67,24%. Pada suhu lebih besar daTi370°C adsorpsiCO
telah mulai memperlihatkan kejenuhan sedangkan
persamaan reaksi (3) dan (4) terns meningkat dengan
meningkatnya suhu, akibatnya teIjadinya penurunan
daTi kurva rasio CO2/CO. Dari data tersebut dapat
disimpulkan bahwa pada suhu lebih besar daTi 370,
adsorpsi CO telah mencapai kejenuhan sedangkan laju
pembentukan residu karbon tetap meningkat dengan
meningkatnya suhu.
t(ESIMPULAN
Bentonit dipilarisasi dengan polikation aluminium
Al1~jenis Keggin [AI,~O 4(OH)24(H20) 12]7+
menghasilkan
bahan berpilar yang mempunyai ruang basal Garak antara
lembaran), luas permukaan spesifik, ketahanan termal
yang lebih tinggi
daTi pada bentonit
awalnya.
Penempelan katalis mangan pada permukaan penyangga
bentonit berpilar dan dikalsinasi pada suhu 400°C selama
6 jam terbentuknya
fraksi Mn°4 dan Mn2O~ pada
permukaan penyangga. Hasil
terhadap oksidasi CO pada
uji aktifitas
suhu 30°C
katalitik
-500°C
memperlihatkan aktifitas maksimum adsorpsi CO terjadi
pada suhu sekitar 400°C dengan konversi maksimum
63,9% dan rasio CO2/CO maksimum terjadi pada suhu
340°C sebesar 67,24%. lntereaksi antara gas CO dengan
Untuk Ok.~idasi
[3].
A. VACCARI, Preparation and Catalitic
Properties of Cationic and Anionic Clays, Catal.
Today,41, (1998),53-71.
K. OTHMER, Encyclopedia
of Chemical
Tecnology,4thed. 5 and 6, John Wiley and Sons,
NewYorli:, (1993).
A. C.D. NEWMAN, Chemistry of Clays and Clay
.Mineral, Mineralogical Society(6), Longman Sci.
Tech.,England, (1987).
[4]. L.M. GANDIA, M.A. VICENTE, A. GIL,
Preparation and Characterization of Manganese
Oxide Catalysts Supported on Alumina and
Zirconia-Pillared Clays,Appl. Catal. A: General,
196,(2000),281-292.
[5]. K. BAHRANOWSKI, M. GASIOR, A.KlELSKI,
J. PODOBINSKI, E.M. SERWICKA, L:A.
VARTIKIAN,
K.
WODNICKA,
Physico-Chemical Characterizationand Catalytic
Properties of Cupper-Doped Alumina -Pillared
[6].
[7].
[8].
Montmorillonites, Clays Clay MineraL~, 46,
(1998),98-102.
A. GIL., M.A. VICENTE, L.M. GANDIA, Main
Factors Controlling The Texture of Zirconia and
Alumina Pillared Clays, MicropO1: Mesop°1:
Mater., 34,(2000),115 -125.
M.L. OCCELl, J.A. BERTRAND, S.A.C. GOUL,
J.M. DOMINGGUEZ,
Physicochemical
Characterization of A Texas Montmorillonite
Pillared with Polyoxocationsof Aluminum Part I:
The Microporous Structure, Microp. Me.fop.
Mater, 34, (2000),195-206.
P. CANIZARES, J.L VALVERDE, MR SUNKOU,
C.B. MOLINA, Synthesisand Characterizatioftof
PILCs with Singel and Mixed Oxide Pillars
Prepared from Two Different Bentonit. A
Comparative Study,Microp. Mesop. Mater, 29,
(1999),267-281.
[9]. J.T. RICHARDSON, Principles of Cata./.vst
Development, Plenum Press, New York, (1989),
220-222.
[10]. S.B. KANUNGO, Physicochemical properties of
Mn°2 and MnO:'CuO and Their Relationshipwith
the catalytic activity for H2O2Decomposition and
CO oxidation,J. Catal, 58, (1979), 419-435.
[11]. S. CAVALLARO,
N.BERTUCCIO,
P..
.ANTONUCCI, N. GIORDANO, Mercury Removal
from Waste Gass by Manganese Oxide
Acceptors,J: Catal., 73, (1982), 337-348.
[12]. J. CARNO, M FERRANDON, E. BJORNBOM, S.
JARAS, Mixed Manganese Oxide/Platinum
263
Pro.fidingPertemuanllmiah llmu Pengetahuandan Teknoulg;Bahan 2002
ISSN1411-2213
Serptlng. 22 -23 Oktober 2002
Catalysts for Total Oxidation of Model gas from
wood boilers, Appl. Catal.. A.. General, 155,
(1997), 265-281.
(13]. P. H. HSU, Effect of Temperatur on The
Degradationof All3 Complex, ClaysClayMiner.,
45, (1997),286-289.
(14). N.D. HlTrSON, M.J. HOEKSTRA, R.T. YANG,
Control of Micro porosity of Al2O)-Pillared clays:
effect of pH, calcination temperatur and clay
cation exchange capacity, Micropor. Mesopor.
,"'-fater.,28, (1999),447-459.
[15]. S.M. maMAS,
M.L. OCCELL!, Effects of
synthesis Conditions on the Thermal Stability of
A Texas montmorillonite
expanded with
(AI,)O4~O)]
304-3~.
7+,ClaysClay Miner., 48, (2000),
[16). S. NARAYANAN, K. DESHPANDE, Alumina
Pillared Montmorillonite: Characterization and
Catalysis of Toluene Benzylation and Aniline
Ethylation, .4ppl. Caral A.. General, 193, (2000),
17-27.
(17). F. KAPTEIJN., A.D. VANLANGEVELD, J. A.
MOULUN, A. ANDREINI, M. A. VUURMAN, A.
M. TUREK, J. M. JEHNG, I. E. WACHS,
Alumina-Supported ManganeseOxide Catalysts
(I. Characterization: Effect of Precursor and
Loading),J. Catal, 150, (1994), 94 -104.
(18). R.P,H. GASSER,
An Introduction
to
Chemi.\'orption and Catalysis by Metals,
Clarendon Press,Oxford, (1985),206-252.
(19). G. K. BORESKOV,Catalytic
Activation of
Dioxygen, dalam Catalysis, Science and
Technology, 2, Ed.:J.R. Anderson, M. Boudart,
Springer-\:t:rlag,Berlin, (1981).
TANYAJAWAB
Sugik Sugiantoro,P3ffi-BATAN
Pel1anyaan
I. Apa fungsipenambahan
pilar alumina
2. Bagaimanajika lansgungditambahMn asetattanpa
pemberian
pilar alumina
Jawabm
1. Fungsipenambahanpilar pactabentonitini adalah
untuk membukaruang antara lembaranbentonit
secarapermanendan menghasilkanruang-ruang
berdimensimolekularyangmempunyaisistempori
yang cocok untuk aplikasi katalitis. Akibat dari
pemilaran menghasilkanbahanyang mempunyai
luas permukaan,dan ketahanantermalyang lebih
tinggi hila dibandingkan denganbentonit tanpa
dipilar.
~. Jika Mn II asetatlangsungditambahkanke dalam
bentpnnit tanpa dipilar (tanpa aluminium) akan
menghasilkan bahan katalis yang mempunyai
aktifitas dan ketahanantermal yang rendahhila
264
dibandingkan dengan bentonit dipilar dengan
aluminium.
Tuti Setiawati. S, IPB-Bogor
Pertanyaan
I. Teknik pengukuranuntuk mengubahCo menjadi CO2
2 Bagaimana mengetahui terbentuk fraksi MnO2 dan
Mn2OJ
Jawaban
I. Teknik pengukural1 yang digunakan untuk
rnenentukanCO dan CO2adalah teknik kromatografi
gas yang dipasang secara online dengan reaktor uji
aktifitas katalis. Gas keluaran reaktor langsung
dialirk:u\ ke dalaIli kc1.olllkrolrunografi sehinggagas
CO daD CO2 terpisahkan, selanjutnya ditentukan
5ecarakualitatif dan kuantitatif dengandetektorTCD.
2. Untuk mengetahui terbentuknya fraksi MnO2 dan
Mn2O) ditentukan dengan difraksi sinar-x (XRD).
Pola difraksi masing-rnasing spesies Mn°2 dan
Mn20., yang dihasilkan pada pengukuran XRD
disesuaikan dengan pvla dif~aksi pada spesiesyang
sarna yang ada d..11arn
data base yang dikeluarkan
oleb JCPDS-/mernasional centre for diffraction
data. Metode XRD ini hanya dapat menentukan
MnO~ daD ~O3 secarakualitatif.
ElmanPanjaitan,P3ffi-BATAN
Penanyaan
1. Apa korelasi peningkatan mang basal dengan
ketahananpanaspadabentonityang ditambahkan
Keggin.
Jawahan
I. Korelasi peningkatan ruang basal denganketahanan
panas pada dasarnya tidak ada, tetapi peningkatan
ruang basal dan peningkatan ketahanan termal
dihubungkan dengan akibat daTi pemilaran bentonit
dengan polikation jenis Keggin. Hasil penelitian ini
sesuai dengan literamr yang ada akibat pemilaran
terjadi peningkatan ruang basal (jarak antara
lembaran yang sam dengan yang lainnya) daTi
9,75 A menjadi 17,48 A, penambahanruang basal ini
diakibatkanteljadi pernasukanpolikation ini diantara
lembaran bentonit. Dan juga akibat pemilaran ini
teljadi peningkatan ketahanan tennal , seperti yang
diperlihatkan dalam Gambar 4a basil karakterisasi
DTAfI'G pactaSllhu700°C pada bentonit tanpapilar.
Actanya puncak endotermis yang menunjukkan
putusnya lembaranbentonit. SedangkanGambar 4b
bentonit berpilar tidak actapuncak endotennis pacta
suhu 700°C yang menunjukkan tidak putusnya
lembaranbentonit.
Ke Daftar Isi