Uji Aktivitas Katalis (Co dan Mo) Berbasis USY Pada Reaksi Deoksigenasi Anisol dan Hidroksi Anisol dalam Reaktor Batch.
UJI AKTIVITAS KATALIS (Co DAN Mo) BERBASIS USY
PADA REAKSI DEOKSIGENASI ANISOL DAN HIDROKSI
ANISOL DALAM REAKTOR BATCH
Disusun Oleh :
IRMA FADHILA PUTRI
M0312030
SKRIPSI
Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mendapatkan gelar
Sarjana Sains Bidang Ilmu Kimia
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
Desember, 2016
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul “UJI
AKTIVITAS KATALIS (Co DAN Mo) BERBASIS USY PADA REAKSI
DEOKSIGENASI ANISOL DAN HIDROKSI ANISOL DALAM REAKTOR
BATCH” belum pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu
perguruan tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga belum pernah ditulis atau
dipublikasikan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini
dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Surakarta, Desember 2016
IRMA FADHILA PUTRI
iii
UJI AKTIVITAS KATALIS (Co DAN Mo) BERBASIS USY PADA REAKSI
DEOKSIGENASI ANISOL DAN HIDROKSI ANISOL DALAM REAKTOR
BATCH
IRMA FADHILA PUTRI
Program Studi Kimia, Fakultas MIPA, Universitas Sebelas Maret
ABSTRAK
Telah dilakukan uji aktivitas katalis (Co dan Mo) berbasis USY (Ultra
Stable Y-Zeolite) pada reaksi deoksigenasi anisol dan hidroksi anisol. Penelitian
ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh jenis katalis (Co dan Mo) yang
diembankan pada USY, temperatur, waktu terhadap produk, serta perbandingan
karakter katalis baru dan bekas setelah reaksi deoksigenasi anisol dan p-hidroksi
anisol. Uji aktivitas katalitik dilakukan dalam reaktor batch menggunakan gas N2;
tekanan 1 bar; variasi jenis katalis CoMo/USY, Co-Mo/USY, Mo-Co/USY;
temperatur (200°-300°C); dan waktu (1-2 jam). Produk yang terbentuk dianalisis
menggunakan kromatografi gas (GC), kromatografi gas-spektroskopi massa (GCMS), dan spektroskopi infra merah (FTIR).
Temperatur reaksi yang menghasilkan produk tertinggi pada anisol (2,65%
menjadi 24,64%) adalah 300°C yang dimiliki oleh katalis CoMo/USY. Namun
apabila dibandingkan dengan katalis lain, aktivitas katalitik paling baik adalah
katalis Co-Mo/USY. Katalis Co-Mo/USY menghasilkan produk bebas oksigen
dari anisol saat waktu reaksi 2 jam. Katalis Co-Mo/USY memiliki nilai hasil
rendemen total produk yang meningkat seiring berjalannya waktu (1-2 jam) secara
drastis (dari 14,21% ke 28,92% pada anisol, serta dari 3,71% ke 9,41% pada phidroksi anisol). Pada deoksigenasi anisol kestabilan katalis masih baik dilihat
dari tidak adanya serapan baru yang muncul, hanya terjadi perubahan intensitas
dan bilangan gelombang saja. Sementara pada deoksigenasi p-hidroksi anisol
kestabilan katalis kurang baik, dilihat dari munculnya serapan baru yang
menandakan adanya pengotor pada permukaan katalis.
Kata kunci: anisol, katalis, (Co dan Mo)/USY, p-hidroksi anisol
iv
THE ACTIVITY OF (Co AND Mo) SUPPORTED USY CATALYST ON
DEOXYGENATION REACTION OF ANISOLE AND HYDROXY
ANISOLE IN A BATCH REACTOR
IRMA FADHILA PUTRI
Department of Chemistry, Faculty of Mathematic and Science,
Sebelas Maret University
ABSTRACT
The activity of catalyst was studied over (Co and Mo) supported USY
(Ultra Stable Y-Zeolite) on deoxygenation reaction of anisole and hydroxy
anisole. This research studied the effect of type (Co and Mo) supported USY
catalyst, temperature, time of the product, and the comparison character between
fresh and used catalyst after deoxygenation reaction of anisole and p-hydroxy
anisole. The catalytic activity was performed in a batch reactor using N2 gas; 1
bar; variations in type of catalyst CoMo/USY, Co-Mo/USY, Mo-Co/USY;
temperature (200°-300°C); and times (1-2 hours). The product was analyzed by
gas chromatography (GC), gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) and
Fourier Transform Infra Red (FTIR).
The highest product of anisole (2.65% to 24.64%) occured at temperatures
of 300°C provided by CoMo/USY catalyst. However if compared with other
catalysts, the highest activity was obtained with Co-Mo/USY catalyst. The CoMo/USY catalyst produce oxygen free of anisole when reaction time is 2 hours.
The Co-Mo/USY catalyst has the value of the total yield of the product increased
with time increase (1-2 hours) drastically (from 14.21% to 28.92% at anisole, and
from 3.71% to 9.41% at p-hydroxy anisole). The stability of catalyst on
deoxygenation of anisole is still good seen from the absence of new absorption
appears, only occured a change intensity and wave number. While stability of
catalyst on deoxygenation of p-hydroxy anisole is not good, seen from the
appearance of a new absorption indicating the presence of impurities on the
surface of catalyst.
Keywords: anisole, catalyst, (Co and Mo)/USY, p-hydroxy anisole
v
MOTTO
Sesungguhnya sesudah kesulitan ada kemudahan. Maka apabila kamu
telah selesai (urusan dunia), bersungguh-sungguhlah (dalam beribadah),
dan hanya kepada Tuhanmulah kamu berharap
(Q.S Al Insyirah 6-8)
Kemenangan yang seindah-indahnya dan sesukar-sukarnya yang boleh
direbut oleh manusia ialah menundukkan diri sendiri
(R.A. Kartini)
Kebanggaan kita yang terbesar adalah bukan tidak pernah gagal,
tetapi bangkit kembali setiap kali kita jatuh
(Confusius)
vi
PERSEMBAHAN
Teriring syukurku kepada-Mu atas limpahan nikmat yang tiada terhitung kekuatan,
kesabaran, kemudahan untuk menyelesaikan skripsi ini. Karya kecilku ini
kupersembahkan untuk:
Bapak dan Almh. Ibu, yang selalu memberikan kasih dan sayang, serta doanya
dengan tulus ikhlas
Kakak Moch. Irsyad Mahlafi yang selalu memberikan doa, dukungan, dan
semangat
Sahabat-sahabat terbaikku, terima kasih atas dukungan, semangat, dan doa yang
diberikan
Teman-teman Kimia 2012 yang telah sama-sama berjuang
Semua pihak yang telah membantu dalam segala hal
Pembaca yang telah meluangkan waktunya untuk membaca karya kecil saya
vii
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT atas segala limpahan nikmat dan
karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi. Sholawat
dan salam senantiasa penulis haturkan kepada Rasulullah SAW sebagai
pembimbing seluruh umat manusia.
Skripsi ini tidak akan selesai tanpa adanya bantuan dari banyak pihak,
karena itu penulis menyampaikan terima kasih kepada :
1. Bapak, Almh. Ibu, Mas Irsyad yang selalu mendukung serta mendoakan
sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan lancar.
2. Prof. Ari Handono Ramelan, M.Sc., Ph.D selaku Dekan Fakultas Matematika
dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret.
3. Dr. Triana Kusumaningsih, M.Si selaku Kepala Program Studi Kimia Fakultas
Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret.
4. Dr. Khoirina Dwi Nugrahaningtyas, M.Si selaku Pembimbing I dan Kepala
Laboratorium Kimia FMIPA UNS.
5. Dr. Eddy Heraldy M.Si selaku Pembimbing II.
6. Dr. Desi Suci Handayani, M.Si selaku Pembimbing Akademik.
7. Dr. Sayekti Wahyuningsih, M.Si selaku Kepala Laboratorium MIPA Terpadu.
8. Bapak-Ibu dosen Program Studi Kimia FMIPA UNS, atas ilmu yang telah
diberikan.
9. Seluruh laboran Kimia FMIPA UNS.
10. Sahabat penulis: Dyah, Fatma, Mbak Listi, Ulfa, Bela, Defiana, Yuli, Ana,
Bening, yang telah memberikan dukungan, doa, dan semangatnya.
11. Tim riset katalis, Nanda, Mbak Rachma, Mbak Wendah, Mas Ferdinand,
Mbak Riri, Mbak Avrina, Mas Aji, Mas Rujito, Septi yang sama-sama
berjuang mengerjakan skripsi.
12. Teman-teman Kimia Angkatan 2012 yang telah memberikan dukungan serta
semangatnya.
13. Teman-teman KKN Sonorejo 2016 yang telah memberikan semangatnya.
viii
14. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu, yang turut
memberikan sumbangan baik moral maupun spiritual demi terselesaikannya
skripsi ini.
Semoga Allah SWT membalas jerih payah dan pengorbanan yang telah
diberikan dengan balasan yang lebih baik. Aamiin.
Penulis menyadari bahwa banyak kekurangan dalam penulisan skripsi ini.
Oleh
karena
itu,
penulis
mengharapkan
kritik
dan
saran
untuk
menyempurnakannya. Namun demikian, penulis berharap semoga karya kecil ini
bermanfaat bagi pembaca.
Surakarta, Desember 2016
Penulis
ix
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL...................................................................................
i
HALAMAN PENGESAHAN .....................................................................
ii
PERNYATAAN ..........................................................................................
iii
ABSTRAK ..................................................................................................
iv
ABSTRACT ................................................................................................
v
MOTTO ......................................................................................................
vi
PERSEMBAHAN ....................................................................................... vii
KATA PENGANTAR ................................................................................ viii
DAFTAR ISI ...............................................................................................
x
DAFTAR GAMBAR .................................................................................. xii
DAFTAR TABEL .......................................................................................
xv
DAFTAR LAMPIRAN ............................................................................... xvi
DAFTAR SINGKATAN ............................................................................ xvii
BAB I PENDAHULUAN ...........................................................................
1
A. Latar Belakang Masalah .............................................................
1
B. Perumusan Masalah ....................................................................
2
1. Identifikasi Masalah ............................................................
2
2. Batasan Masalah..................................................................
4
3. Rumusan Masalah ...............................................................
4
C. Tujuan Penelitian.........................................................................
4
D. Manfaat Penelitian......................................................................
5
BAB II LANDASAN TEORI .....................................................................
6
A. Tinjauan Pustaka ........................................................................
6
1. Reaksi Deoksigenasi ...........................................................
6
2. Katalis (Co dan Mo) dalam Pengemban USY ....................
7
3. Reaksi Deoksigenasi Anisol................................................
14
4. Reaksi Deoksigenasi Senyawa Fenolik ...............................
16
5. Variabel yang Mempengaruhi Reaksi Deoksigenasi ..........
19
B. Kerangka Pemikiran ...................................................................
28
x
C. Hipotesis .....................................................................................
29
BAB III METODOLOGI PENELITIAN....................................................
31
A. Metode Penelitian .......................................................................
31
B. Tempat dan Waktu Penelitian ....................................................
31
C. Alat dan Bahan ...........................................................................
31
1. Alat yang digunakan ...........................................................
31
2. Bahan yang digunakan ........................................................
32
D. Prosedur Penelitian .....................................................................
32
E. Teknik Pengumpulan Data .........................................................
33
F. Teknik Analisis Data...................................................................
34
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ....................................................
36
A. Aktivitas Katalis .........................................................................
36
1. Rendemen dan Selektivitas Produk Reaksi Deoksigenasi
Anisol ..................................................................................
36
2. Rendemen dan Selektivitas Produk Total p-hidroksi anisol
40
3. Rendemen Produk Antara dan Deoksigenasi .....................
43
a. Anisol ...............................................................................
43
b. p-hidroksi anisol .............................................................
46
B. Karakter Katalis ..........................................................................
49
1. Senyawa Anisol ...................................................................
49
2. Senyawa p-hidroksi anisol ...................................................
51
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ......................................................
54
A. Kesimpulan .................................................................................
54
B. Saran ...........................................................................................
54
DAFTAR PUSTAKA .................................................................................
55
LAMPIRAN ................................................................................................
61
xi
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1. Spektra FTIR (a, hitam) USY dan Katalis (b, merah) MoCo/USY, (c, biru) Co-Mo/USY, dan (d, hijau) CoMo/USY
Gambar 2.2. Pola
Difraktogram
(hitam)
USY,
katalis
10
(biru)
CoMo/USY, (merah) Co-Mo/USY, dan (hijau) MoCo/USY ...............................................................................
11
Gambar 2.3. Produk Konversi 2-hidroksi anisol Menggunakan Alumina
dan CoMo/alumina. A: Alumina .........................................
13
Gambar β.4. Konversi Senyawa Model -O-4 Lignin Menggunakan
Katalis CoMo/Al2O3 ............................................................
13
Gambar 2.5. Mekanisme Reaksi Deoksigenasi pada Anisol dengan
Katalis CoMo/ -Al2O3 Terpresulfidasi pada Temperatur
250°C dan 300°C .................................................................
14
Gambar 2.6. Mekanisme Reaksi Konversi Anisol Menggunakan Zeolit
HY .......................................................................................
15
Gambar 2.7. Rendemen Produk Hidrodeoksigenasi Anisol
Menggunakan USY, Mo-Co/USY, dan Pt/Al2O3 ................
16
Gambar 2.8. Mekanisme Reaksi Hidrodeoksigenasi diikuti Hidrogenasi
17
Gambar 2.9. Mekanisme Reaksi Hidrogenasi diikuti Hidrodeoksigenasi
18
Gambar 2.10. Mekanisme Reaksi Deoksigenasi dengan Gas H2 pada 2hidroksi anisol Menggunakan Katalis CoMo/ -Al2O3 ........
18
Gambar 2.11. Mekanisme Reaksi Deoksigenasi dengan Gas H2 pada 2hidroksi anisol Menggunakan Katalis NiCu/SiO2-ZrO2......
19
Gambar 2.12. Mekanisme Reaksi Deoksigenasi 2-hidroksi anisol dengan
Katalis Co/SiO2 ....................................................................................................
20
Gambar 2.13. Mekanisme Reaksi Deoksigenasi 2-etilfenol Menggunakan
Katalis MoS2........................................................................
21
Gambar 2.14. Diagram Profil Energi dari Reaksi Tanpa dan dengan
Katalis ..................................................................................
xii
22
Gambar 2.15. Hasil Produk Minyak dan Gas Dibandingkan dengan
Kandungan Oksigen dari Perengkahan Zeolit sebagai
Fungsi Temperatur...............................................................
23
Gambar 2.16. Produk Deoksigenasi Hidroksi anisol pada Temperatur
200°-300°C ..........................................................................
23
Gambar 2.17. Deoksigenasi Bio-oil pada Temperatur 300°-420°C ............
24
Gambar 2.18. Hasil Konversi 2-hidroksi anisol Menggunakan Katalis
Pt/H-MFI-90 ........................................................................
25
Gambar 2.19. Hasil Konversi Produk (a) Anisol, 45 menit (b) Anisol, 125
menit (c) 2-hidroksi anisol, 45 menit (d) 2-hidroksi anisol,
125 menit .............................................................................
27
Gambar 3.1. Rangkaian Alat Deoksigenasi Reaktor Batch ......................
33
Gambar 4.1. Hubungan Jenis Katalis dengan Rendemen Total pada
Variasi Temperatur selama 1 jam ........................................
37
Gambar 4.2. Hubungan Jenis Katalis dengan Rendemen Total pada
300°C selama 1 jam (garis) dan 2 jam (putih) .....................
Gambar 4.3.
39
Hubungan Jenis Katalis dengan Rendemen Total pada
Temperatur 300°C selama 1 jam (putih) dan 2 jam (hitam)
41
Gambar 4.4. Rendemen produk antara fenol (hitam) dan 4-metil anisol
(putih) pada 1 jam (A) dan 2 jam (B) ..................................
43
Gambar 4.5. Perkiraan Mekanisme Demetilasi Membentuk Fenol .........
44
Gambar 4.6. Perkiraan Mekanisme Transfer Metil Membentuk 4-metil
anisol....................................................................................
44
Gambar 4.7. Perkiraan Mekanisme Reaksi Anisol Membentuk
pentametil benzena ..............................................................
46
Gambar 4.8. Rendemen produk antara 1,4-dimetoksi benzena (putih)
dan 1,4-dihidroksi benzena (hitam) pada Waktu Reaksi 1
jam (A) dan 2 jam (B) .........................................................
47
Gambar 4.9. Perkiraan Mekanisme Demetilasi p-hidroksi anisol
Membentuk 1,4-dihidroksi benzena ....................................
xiii
48
Gambar 4.10. Perkiraan Mekanisme Transfer Metil p-hidroksi anisol
Membentuk 1,4-dimetoksi benzena.....................................
49
Gambar 4.11. Hasil FTIR katalis (A) CoMo/USY (B) Co-Mo/USY (C)
Mo-Co/USY sebelum digunakan (biru), setelah digunakan
1 jam (merah), dan setelah digunakan 2 jam (hitam) ..........
51
Gambar 4.12. Hasil FTIR katalis (A) CoMo/USY (B) Co-Mo/USY (C)
Mo-Co/USY sebelum digunakan (biru), setelah digunakan
1 jam (merah), dan setelah digunakan 2 jam (hitam) ..........
xiv
52
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1.
Kandungan Bio-oil dari Tumbuhan .....................................
7
Tabel 2.2.
Data Parameter Sel dan Struktur Kristal dari USY .............
9
Tabel 2.3.
Karakter Pengemban NH4-USY dan H-USY ......................
9
Tabel 2.4.
Hasil Analisis Keasaman Total dan Luas Permukaan Katalis
oleh Rachmadhani (2016)....................................................
11
Tabel 2.5.
Data Parameter Sel dan Struktur Kristal dari Jenis Partikel
12
Tabel 2.6.
Distribusi Produk Deoksigenasi 2-hidroksi anisol ..............
26
Tabel 4.1.
Selektivitas Produk Total pada Anisol saat 300°C selama
1 jam ....................................................................................
Tabel 4.2.
Tabel 4.3.
38
Selektivitas Produk Total pada Anisol saat 300°C selama
2 jam ....................................................................................
40
Selektivitas Produk Total p-hidroksi anisol saat 1 dan 2 jam
42
xv
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1.
Perhitungan Konsentrasi Prekursor Logam Co dan Mo ......
61
Lampiran 2.
Hasil GC dan GC-MS pada Senyawa Model Anisol...........
63
Lampiran 3.
Hasil GC dan GC-MS pada Senyawa Model p-hidroksi
anisol....................................................................................
75
Lampiran 4.
Hasil FTIR ...........................................................................
80
Lampiran 5.
Perhitungan
Rendemen
Total,
Rendemen
dan
Selektivitas Produk ..............................................................
86
Lampiran 6.
Preparasi Katalis Koimpregnasi CoMo/USY ......................
87
Lampiran 7.
Preparasi Katalis Impregnasi Terpisah Co-Mo/USY dan
Mo-Co/USY ........................................................................
xvi
88
DAFTAR SINGKATAN
Co
Cobalt
Mo
Molybdenum
CoMo/USY
Cobalt Molybdenum/Ultra Stable Y-Zeolite
Co-Mo/USY
Cobalt – Molybdenum/Ultra Stable Y-Zeolite
Mo-Co/USY
Molybdenum – Cobalt/Ultra Stable Y-Zeolite
FTIR
Fourier Transform Infrared Spectroscopy
GC
Gas Chromatography
GC-MS
Gas Chromatography-Mass Spectrometry
USY
Ultra Stable Y-Zeolite
xvii
PADA REAKSI DEOKSIGENASI ANISOL DAN HIDROKSI
ANISOL DALAM REAKTOR BATCH
Disusun Oleh :
IRMA FADHILA PUTRI
M0312030
SKRIPSI
Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mendapatkan gelar
Sarjana Sains Bidang Ilmu Kimia
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
Desember, 2016
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul “UJI
AKTIVITAS KATALIS (Co DAN Mo) BERBASIS USY PADA REAKSI
DEOKSIGENASI ANISOL DAN HIDROKSI ANISOL DALAM REAKTOR
BATCH” belum pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu
perguruan tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga belum pernah ditulis atau
dipublikasikan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini
dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Surakarta, Desember 2016
IRMA FADHILA PUTRI
iii
UJI AKTIVITAS KATALIS (Co DAN Mo) BERBASIS USY PADA REAKSI
DEOKSIGENASI ANISOL DAN HIDROKSI ANISOL DALAM REAKTOR
BATCH
IRMA FADHILA PUTRI
Program Studi Kimia, Fakultas MIPA, Universitas Sebelas Maret
ABSTRAK
Telah dilakukan uji aktivitas katalis (Co dan Mo) berbasis USY (Ultra
Stable Y-Zeolite) pada reaksi deoksigenasi anisol dan hidroksi anisol. Penelitian
ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh jenis katalis (Co dan Mo) yang
diembankan pada USY, temperatur, waktu terhadap produk, serta perbandingan
karakter katalis baru dan bekas setelah reaksi deoksigenasi anisol dan p-hidroksi
anisol. Uji aktivitas katalitik dilakukan dalam reaktor batch menggunakan gas N2;
tekanan 1 bar; variasi jenis katalis CoMo/USY, Co-Mo/USY, Mo-Co/USY;
temperatur (200°-300°C); dan waktu (1-2 jam). Produk yang terbentuk dianalisis
menggunakan kromatografi gas (GC), kromatografi gas-spektroskopi massa (GCMS), dan spektroskopi infra merah (FTIR).
Temperatur reaksi yang menghasilkan produk tertinggi pada anisol (2,65%
menjadi 24,64%) adalah 300°C yang dimiliki oleh katalis CoMo/USY. Namun
apabila dibandingkan dengan katalis lain, aktivitas katalitik paling baik adalah
katalis Co-Mo/USY. Katalis Co-Mo/USY menghasilkan produk bebas oksigen
dari anisol saat waktu reaksi 2 jam. Katalis Co-Mo/USY memiliki nilai hasil
rendemen total produk yang meningkat seiring berjalannya waktu (1-2 jam) secara
drastis (dari 14,21% ke 28,92% pada anisol, serta dari 3,71% ke 9,41% pada phidroksi anisol). Pada deoksigenasi anisol kestabilan katalis masih baik dilihat
dari tidak adanya serapan baru yang muncul, hanya terjadi perubahan intensitas
dan bilangan gelombang saja. Sementara pada deoksigenasi p-hidroksi anisol
kestabilan katalis kurang baik, dilihat dari munculnya serapan baru yang
menandakan adanya pengotor pada permukaan katalis.
Kata kunci: anisol, katalis, (Co dan Mo)/USY, p-hidroksi anisol
iv
THE ACTIVITY OF (Co AND Mo) SUPPORTED USY CATALYST ON
DEOXYGENATION REACTION OF ANISOLE AND HYDROXY
ANISOLE IN A BATCH REACTOR
IRMA FADHILA PUTRI
Department of Chemistry, Faculty of Mathematic and Science,
Sebelas Maret University
ABSTRACT
The activity of catalyst was studied over (Co and Mo) supported USY
(Ultra Stable Y-Zeolite) on deoxygenation reaction of anisole and hydroxy
anisole. This research studied the effect of type (Co and Mo) supported USY
catalyst, temperature, time of the product, and the comparison character between
fresh and used catalyst after deoxygenation reaction of anisole and p-hydroxy
anisole. The catalytic activity was performed in a batch reactor using N2 gas; 1
bar; variations in type of catalyst CoMo/USY, Co-Mo/USY, Mo-Co/USY;
temperature (200°-300°C); and times (1-2 hours). The product was analyzed by
gas chromatography (GC), gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) and
Fourier Transform Infra Red (FTIR).
The highest product of anisole (2.65% to 24.64%) occured at temperatures
of 300°C provided by CoMo/USY catalyst. However if compared with other
catalysts, the highest activity was obtained with Co-Mo/USY catalyst. The CoMo/USY catalyst produce oxygen free of anisole when reaction time is 2 hours.
The Co-Mo/USY catalyst has the value of the total yield of the product increased
with time increase (1-2 hours) drastically (from 14.21% to 28.92% at anisole, and
from 3.71% to 9.41% at p-hydroxy anisole). The stability of catalyst on
deoxygenation of anisole is still good seen from the absence of new absorption
appears, only occured a change intensity and wave number. While stability of
catalyst on deoxygenation of p-hydroxy anisole is not good, seen from the
appearance of a new absorption indicating the presence of impurities on the
surface of catalyst.
Keywords: anisole, catalyst, (Co and Mo)/USY, p-hydroxy anisole
v
MOTTO
Sesungguhnya sesudah kesulitan ada kemudahan. Maka apabila kamu
telah selesai (urusan dunia), bersungguh-sungguhlah (dalam beribadah),
dan hanya kepada Tuhanmulah kamu berharap
(Q.S Al Insyirah 6-8)
Kemenangan yang seindah-indahnya dan sesukar-sukarnya yang boleh
direbut oleh manusia ialah menundukkan diri sendiri
(R.A. Kartini)
Kebanggaan kita yang terbesar adalah bukan tidak pernah gagal,
tetapi bangkit kembali setiap kali kita jatuh
(Confusius)
vi
PERSEMBAHAN
Teriring syukurku kepada-Mu atas limpahan nikmat yang tiada terhitung kekuatan,
kesabaran, kemudahan untuk menyelesaikan skripsi ini. Karya kecilku ini
kupersembahkan untuk:
Bapak dan Almh. Ibu, yang selalu memberikan kasih dan sayang, serta doanya
dengan tulus ikhlas
Kakak Moch. Irsyad Mahlafi yang selalu memberikan doa, dukungan, dan
semangat
Sahabat-sahabat terbaikku, terima kasih atas dukungan, semangat, dan doa yang
diberikan
Teman-teman Kimia 2012 yang telah sama-sama berjuang
Semua pihak yang telah membantu dalam segala hal
Pembaca yang telah meluangkan waktunya untuk membaca karya kecil saya
vii
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT atas segala limpahan nikmat dan
karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi. Sholawat
dan salam senantiasa penulis haturkan kepada Rasulullah SAW sebagai
pembimbing seluruh umat manusia.
Skripsi ini tidak akan selesai tanpa adanya bantuan dari banyak pihak,
karena itu penulis menyampaikan terima kasih kepada :
1. Bapak, Almh. Ibu, Mas Irsyad yang selalu mendukung serta mendoakan
sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan lancar.
2. Prof. Ari Handono Ramelan, M.Sc., Ph.D selaku Dekan Fakultas Matematika
dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret.
3. Dr. Triana Kusumaningsih, M.Si selaku Kepala Program Studi Kimia Fakultas
Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret.
4. Dr. Khoirina Dwi Nugrahaningtyas, M.Si selaku Pembimbing I dan Kepala
Laboratorium Kimia FMIPA UNS.
5. Dr. Eddy Heraldy M.Si selaku Pembimbing II.
6. Dr. Desi Suci Handayani, M.Si selaku Pembimbing Akademik.
7. Dr. Sayekti Wahyuningsih, M.Si selaku Kepala Laboratorium MIPA Terpadu.
8. Bapak-Ibu dosen Program Studi Kimia FMIPA UNS, atas ilmu yang telah
diberikan.
9. Seluruh laboran Kimia FMIPA UNS.
10. Sahabat penulis: Dyah, Fatma, Mbak Listi, Ulfa, Bela, Defiana, Yuli, Ana,
Bening, yang telah memberikan dukungan, doa, dan semangatnya.
11. Tim riset katalis, Nanda, Mbak Rachma, Mbak Wendah, Mas Ferdinand,
Mbak Riri, Mbak Avrina, Mas Aji, Mas Rujito, Septi yang sama-sama
berjuang mengerjakan skripsi.
12. Teman-teman Kimia Angkatan 2012 yang telah memberikan dukungan serta
semangatnya.
13. Teman-teman KKN Sonorejo 2016 yang telah memberikan semangatnya.
viii
14. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu, yang turut
memberikan sumbangan baik moral maupun spiritual demi terselesaikannya
skripsi ini.
Semoga Allah SWT membalas jerih payah dan pengorbanan yang telah
diberikan dengan balasan yang lebih baik. Aamiin.
Penulis menyadari bahwa banyak kekurangan dalam penulisan skripsi ini.
Oleh
karena
itu,
penulis
mengharapkan
kritik
dan
saran
untuk
menyempurnakannya. Namun demikian, penulis berharap semoga karya kecil ini
bermanfaat bagi pembaca.
Surakarta, Desember 2016
Penulis
ix
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL...................................................................................
i
HALAMAN PENGESAHAN .....................................................................
ii
PERNYATAAN ..........................................................................................
iii
ABSTRAK ..................................................................................................
iv
ABSTRACT ................................................................................................
v
MOTTO ......................................................................................................
vi
PERSEMBAHAN ....................................................................................... vii
KATA PENGANTAR ................................................................................ viii
DAFTAR ISI ...............................................................................................
x
DAFTAR GAMBAR .................................................................................. xii
DAFTAR TABEL .......................................................................................
xv
DAFTAR LAMPIRAN ............................................................................... xvi
DAFTAR SINGKATAN ............................................................................ xvii
BAB I PENDAHULUAN ...........................................................................
1
A. Latar Belakang Masalah .............................................................
1
B. Perumusan Masalah ....................................................................
2
1. Identifikasi Masalah ............................................................
2
2. Batasan Masalah..................................................................
4
3. Rumusan Masalah ...............................................................
4
C. Tujuan Penelitian.........................................................................
4
D. Manfaat Penelitian......................................................................
5
BAB II LANDASAN TEORI .....................................................................
6
A. Tinjauan Pustaka ........................................................................
6
1. Reaksi Deoksigenasi ...........................................................
6
2. Katalis (Co dan Mo) dalam Pengemban USY ....................
7
3. Reaksi Deoksigenasi Anisol................................................
14
4. Reaksi Deoksigenasi Senyawa Fenolik ...............................
16
5. Variabel yang Mempengaruhi Reaksi Deoksigenasi ..........
19
B. Kerangka Pemikiran ...................................................................
28
x
C. Hipotesis .....................................................................................
29
BAB III METODOLOGI PENELITIAN....................................................
31
A. Metode Penelitian .......................................................................
31
B. Tempat dan Waktu Penelitian ....................................................
31
C. Alat dan Bahan ...........................................................................
31
1. Alat yang digunakan ...........................................................
31
2. Bahan yang digunakan ........................................................
32
D. Prosedur Penelitian .....................................................................
32
E. Teknik Pengumpulan Data .........................................................
33
F. Teknik Analisis Data...................................................................
34
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ....................................................
36
A. Aktivitas Katalis .........................................................................
36
1. Rendemen dan Selektivitas Produk Reaksi Deoksigenasi
Anisol ..................................................................................
36
2. Rendemen dan Selektivitas Produk Total p-hidroksi anisol
40
3. Rendemen Produk Antara dan Deoksigenasi .....................
43
a. Anisol ...............................................................................
43
b. p-hidroksi anisol .............................................................
46
B. Karakter Katalis ..........................................................................
49
1. Senyawa Anisol ...................................................................
49
2. Senyawa p-hidroksi anisol ...................................................
51
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ......................................................
54
A. Kesimpulan .................................................................................
54
B. Saran ...........................................................................................
54
DAFTAR PUSTAKA .................................................................................
55
LAMPIRAN ................................................................................................
61
xi
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1. Spektra FTIR (a, hitam) USY dan Katalis (b, merah) MoCo/USY, (c, biru) Co-Mo/USY, dan (d, hijau) CoMo/USY
Gambar 2.2. Pola
Difraktogram
(hitam)
USY,
katalis
10
(biru)
CoMo/USY, (merah) Co-Mo/USY, dan (hijau) MoCo/USY ...............................................................................
11
Gambar 2.3. Produk Konversi 2-hidroksi anisol Menggunakan Alumina
dan CoMo/alumina. A: Alumina .........................................
13
Gambar β.4. Konversi Senyawa Model -O-4 Lignin Menggunakan
Katalis CoMo/Al2O3 ............................................................
13
Gambar 2.5. Mekanisme Reaksi Deoksigenasi pada Anisol dengan
Katalis CoMo/ -Al2O3 Terpresulfidasi pada Temperatur
250°C dan 300°C .................................................................
14
Gambar 2.6. Mekanisme Reaksi Konversi Anisol Menggunakan Zeolit
HY .......................................................................................
15
Gambar 2.7. Rendemen Produk Hidrodeoksigenasi Anisol
Menggunakan USY, Mo-Co/USY, dan Pt/Al2O3 ................
16
Gambar 2.8. Mekanisme Reaksi Hidrodeoksigenasi diikuti Hidrogenasi
17
Gambar 2.9. Mekanisme Reaksi Hidrogenasi diikuti Hidrodeoksigenasi
18
Gambar 2.10. Mekanisme Reaksi Deoksigenasi dengan Gas H2 pada 2hidroksi anisol Menggunakan Katalis CoMo/ -Al2O3 ........
18
Gambar 2.11. Mekanisme Reaksi Deoksigenasi dengan Gas H2 pada 2hidroksi anisol Menggunakan Katalis NiCu/SiO2-ZrO2......
19
Gambar 2.12. Mekanisme Reaksi Deoksigenasi 2-hidroksi anisol dengan
Katalis Co/SiO2 ....................................................................................................
20
Gambar 2.13. Mekanisme Reaksi Deoksigenasi 2-etilfenol Menggunakan
Katalis MoS2........................................................................
21
Gambar 2.14. Diagram Profil Energi dari Reaksi Tanpa dan dengan
Katalis ..................................................................................
xii
22
Gambar 2.15. Hasil Produk Minyak dan Gas Dibandingkan dengan
Kandungan Oksigen dari Perengkahan Zeolit sebagai
Fungsi Temperatur...............................................................
23
Gambar 2.16. Produk Deoksigenasi Hidroksi anisol pada Temperatur
200°-300°C ..........................................................................
23
Gambar 2.17. Deoksigenasi Bio-oil pada Temperatur 300°-420°C ............
24
Gambar 2.18. Hasil Konversi 2-hidroksi anisol Menggunakan Katalis
Pt/H-MFI-90 ........................................................................
25
Gambar 2.19. Hasil Konversi Produk (a) Anisol, 45 menit (b) Anisol, 125
menit (c) 2-hidroksi anisol, 45 menit (d) 2-hidroksi anisol,
125 menit .............................................................................
27
Gambar 3.1. Rangkaian Alat Deoksigenasi Reaktor Batch ......................
33
Gambar 4.1. Hubungan Jenis Katalis dengan Rendemen Total pada
Variasi Temperatur selama 1 jam ........................................
37
Gambar 4.2. Hubungan Jenis Katalis dengan Rendemen Total pada
300°C selama 1 jam (garis) dan 2 jam (putih) .....................
Gambar 4.3.
39
Hubungan Jenis Katalis dengan Rendemen Total pada
Temperatur 300°C selama 1 jam (putih) dan 2 jam (hitam)
41
Gambar 4.4. Rendemen produk antara fenol (hitam) dan 4-metil anisol
(putih) pada 1 jam (A) dan 2 jam (B) ..................................
43
Gambar 4.5. Perkiraan Mekanisme Demetilasi Membentuk Fenol .........
44
Gambar 4.6. Perkiraan Mekanisme Transfer Metil Membentuk 4-metil
anisol....................................................................................
44
Gambar 4.7. Perkiraan Mekanisme Reaksi Anisol Membentuk
pentametil benzena ..............................................................
46
Gambar 4.8. Rendemen produk antara 1,4-dimetoksi benzena (putih)
dan 1,4-dihidroksi benzena (hitam) pada Waktu Reaksi 1
jam (A) dan 2 jam (B) .........................................................
47
Gambar 4.9. Perkiraan Mekanisme Demetilasi p-hidroksi anisol
Membentuk 1,4-dihidroksi benzena ....................................
xiii
48
Gambar 4.10. Perkiraan Mekanisme Transfer Metil p-hidroksi anisol
Membentuk 1,4-dimetoksi benzena.....................................
49
Gambar 4.11. Hasil FTIR katalis (A) CoMo/USY (B) Co-Mo/USY (C)
Mo-Co/USY sebelum digunakan (biru), setelah digunakan
1 jam (merah), dan setelah digunakan 2 jam (hitam) ..........
51
Gambar 4.12. Hasil FTIR katalis (A) CoMo/USY (B) Co-Mo/USY (C)
Mo-Co/USY sebelum digunakan (biru), setelah digunakan
1 jam (merah), dan setelah digunakan 2 jam (hitam) ..........
xiv
52
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1.
Kandungan Bio-oil dari Tumbuhan .....................................
7
Tabel 2.2.
Data Parameter Sel dan Struktur Kristal dari USY .............
9
Tabel 2.3.
Karakter Pengemban NH4-USY dan H-USY ......................
9
Tabel 2.4.
Hasil Analisis Keasaman Total dan Luas Permukaan Katalis
oleh Rachmadhani (2016)....................................................
11
Tabel 2.5.
Data Parameter Sel dan Struktur Kristal dari Jenis Partikel
12
Tabel 2.6.
Distribusi Produk Deoksigenasi 2-hidroksi anisol ..............
26
Tabel 4.1.
Selektivitas Produk Total pada Anisol saat 300°C selama
1 jam ....................................................................................
Tabel 4.2.
Tabel 4.3.
38
Selektivitas Produk Total pada Anisol saat 300°C selama
2 jam ....................................................................................
40
Selektivitas Produk Total p-hidroksi anisol saat 1 dan 2 jam
42
xv
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1.
Perhitungan Konsentrasi Prekursor Logam Co dan Mo ......
61
Lampiran 2.
Hasil GC dan GC-MS pada Senyawa Model Anisol...........
63
Lampiran 3.
Hasil GC dan GC-MS pada Senyawa Model p-hidroksi
anisol....................................................................................
75
Lampiran 4.
Hasil FTIR ...........................................................................
80
Lampiran 5.
Perhitungan
Rendemen
Total,
Rendemen
dan
Selektivitas Produk ..............................................................
86
Lampiran 6.
Preparasi Katalis Koimpregnasi CoMo/USY ......................
87
Lampiran 7.
Preparasi Katalis Impregnasi Terpisah Co-Mo/USY dan
Mo-Co/USY ........................................................................
xvi
88
DAFTAR SINGKATAN
Co
Cobalt
Mo
Molybdenum
CoMo/USY
Cobalt Molybdenum/Ultra Stable Y-Zeolite
Co-Mo/USY
Cobalt – Molybdenum/Ultra Stable Y-Zeolite
Mo-Co/USY
Molybdenum – Cobalt/Ultra Stable Y-Zeolite
FTIR
Fourier Transform Infrared Spectroscopy
GC
Gas Chromatography
GC-MS
Gas Chromatography-Mass Spectrometry
USY
Ultra Stable Y-Zeolite
xvii