Jenis-Jenis Katalis - Diponegoro University | Institutional Repository (UNDIP-IR)

(in CATALYST TECHNOLOGY Lecture )

Instructor: Dr. Istadi
(h
(http://tekim.undip.ac.id/staf/istadi
// ki
di
id/ f/i di )
Email: istadi@undip.ac.id

I t t ’ B k
d
Instructor’s Background
y BEng. (1995): Universitas Diponegoro

y Meng. (2000): Institut Teknologi Bandung

y PhD. (2006): Universiti Teknologi Malaysia
y Specialization: 
y Catalyst Design for Energy Conversion
y Process Design for Energy Conversion

P
 D i  f  E
 C
i
y Combustion Engineering
y Computational Fluid Dynamic (CFD)

Peningkatan aktifitas katalis mempunyai
beberapa
p keuntungan
g
y Laju reaksi yang tinggi untuk kondisi operasi yang

sama
y Laju reaksi yang ekivalen tetapi hasil reaksi yang
lebih banyak atau reaktor yang lebih kecil
y Laju reaksi yang ekivalen pada suhu dan tekanan
yang lebih rendah dimana yield keseimbangan
meningkat,
i k t operasii menjadi

j di lebih
l bih mudah,
d h deaktifasi
d ktif i
menjadi lebih kurang, atau selektifitas yang lebih
baik.

J i J i Katalis
K li
Jenis‐Jenis
y Katalis Homogen
y Katalis Enzyme

y Katalis Heterogen

Katalis Homogen
y katalis mempunyai fasa yang sama dengan reaktan dan produk reaksi
y Proses katalisis terjadi melalui perubahan senyawa menjadi senyawa
y
y

y
y

yang kompleks dan terjadi pengubahan susunan molekul dan ligan
katalis
Operasi reaksi katalisis fasa cair mempunyai keterbatasan pada suhu
dan tekanan, sehingga peralatan reaktor menjadi lebih kompleks
Katalis setelah reaksi juga harus dipisahkan dari produk, sehingga
menambah kesulitan lagi
sistem katalisis homogen hanya dijumpai pada industri‐industri 
tertentu saja misalnya industri bahan kimia, obat‐obatan, dan 
makanan
Beberapa industri petrokimia seperti produksi asam asetat, alkilasi
olefin, dan hidroformilasi juga menggunakan sistem katalisis homogen

Katalis Enzim
y Enzim adalah molekul‐molekul protein dengan

ukuran
koloid

ranah
k
k l id yang berada
 b d diantara
di t
h homogen
h
molekular dan heterogen makroskopik
y Biasanya enzim merupakan katalis yang sangat efisien
dan selektif. Sebagai contoh, reaksi dekomposisi H2O2 
yang dikatalisasi oleh enzim catalase adalah lebih
cepat 109 kali daripada dikatalisasi oleh katalis
anorganik

Katalis Heterogen
y katalis dan reaktan berbeda fasanya
y Dengan perbedaan fasa antara katalis dan reaktan, maka
y
y
y

y

mekanisme reaksi menjadi sangat kompleks
Laju reaksi dikendalikan oleh fenomena‐fenomena adsorpsi, 
absorpsi  dan desorpsi
absorpsi, dan
laju dan energi desorpsi, struktur permukaan aktif, dan sifat‐sifat
terbentuknya produk antara yang memerlukan kerja‐kerja
eksperimen yang panjang
Bahkan, dalam setiap aplikasi katalisis heterogen tertentu
terdapat banyak kontroversi tentang detil mekanisme suatu
reaksi
sistem katalis heterogen adalah yang paling mudah digunakan di
aplikasi industri karena pelet katalis yang mudah dibuat, katalis
mudah diletakkan di dalam tabung reaktor di mana reaktan
mengalir  dan konstruksi sederhana
mengalir, dan

Steps in Heterogeneous Catalysis
y External Diffusion

y Internal Diffusion
y Adsorption

y Surface Reaction
y Desorption

y Internal Diffusion

y External Diffusion

P t ti l E
i C t l ti P
Potential Energy in Catalytic Process

Struktur Katalis
y Desain atau formulasi katalis yang benar adalah jika terdapat

kesesuaian antara aliran fluida, aktifitas, dan stabilitas
g tergantung
g

g kepada
p
,
,
p
,
y Hal ini sangat
reaksi, desain
reaktor, kondisi
proses, 
dan faktor ekonomi
≅
≅

en
tuk
Uk

ur
an

,B

≅

A k tifita s b a h a n kim ia
P e rm u ka a n a ktif sp e sifik
ya n g tin g g i
P e lle t b e rp o ri

tas
tifi
Ak

PELET
K A T A L IS

U m u r P a n ja n g
S T A B IL IT A S
T a h a n te rh a d a p :
- sin te rin g

- ra cu n ka ta lis
- fo u lin g

as
sit
ro
Po

ata
n

≅

A K T IF IT A S T IN G G I

D istrib u s i a lira n
P e n u ru n a n te ka n a n ya n g
re n d a h
K e ku a ta n m e ka n ik

Ke
ku

≅
≅

A L IR A N F L U ID A

Komponen‐Komponen
Komponen
Komponen Katalis

(Active Agents)
Komponen Aktif (Active Agents)
y Komponen aktif merupakan komponen katalis yang 
y
y
y
y

bertanggungjawab terhadap reaksi kimia yang utama. 
Pemilihan komponen aktif adalah tahap pertama dalam
mendesain katalis. 
Sementara itu, pengetahuan tentang mekanisme katalitik
adalah sangat saintifik
sehingga metode pemilihan komponen aktif menjadi lebih
saintifik juga, walaupun kadang‐kadang bersifat empirik
Katalis yang bersifat asam biasanya merupakan pendorong
mekanisme ion karbonium, seperti pada reaksi isomerisasi
atau perengkahan

Classification of Catalytic Materials
Classification of Catalytic Materials

Penyangga
y gg ((Support)
pp )
y Fungsi yang paling penting adalah menjaga agar luas permukaan

komponen aktif tetap besar

y peran penyangga menjadi sangat penting dimana logam aktif

(Pt) didispersikan di permukaan penyangga. 

y Penyangga sendiri harus tahan terhadap perubahan termal, 

sehingga seharusnya mempunyai titik leleh sedikit di atas
komponen aktif

y Penyangga dengan luas permukaan yang besar antara lain: γ‐

alumina, SiO2, karbon aktif, diatomaceous clay, dan
y
SiO2‐Al2O33

y Besarnya konsentrasi komponen aktif atau biasa disebut loading 

juga mempunyai efek yang signifikan agar penyangga bisa
memberikan
b ik tingkat
ti k t dispersi
di
i komponen
k
aktif
ktif yang besar
 b

Oksida dengan titik leleh tinggi
sebagai penyangga katalis
Jenis/Sifat
Basa

Amfoter

Netral

Asam

Titik leleh (oC)

Oksida
g
MgO
CaO
Ca2SiO4
BaO
ThO2
ZrO2
CeO2
Cr2O3
La2O3
α-Al2O-3
TiO2
MgAl2O4
MgCr2O4
ZnCr2O4
ZnAl2O4
CaSiO3
γ-Al2O-3
SiO2
SiO2-Al2O3

3073
2853
2407
2196
2323
2988
2873
2708
2588
2318
2113
2408
2300
2173
2100
1813
2318
1973
1818

Promotor (Promoter)
(
)
y Tujuan pemberian promotor ini adalah untuk

menghasilkan
h lk aktifitas, selektifitas, dan
k f
l k f
d efek
f k stabilitas
bl
yang diinginkan
y Promotor didesain untuk membantu penyangga atau
komponen aktif. 
y Salah satu peran penting dari promotor adalah dalam
pengendalian stabilitas katalis. 
y Beberapa kasus lain, promotor ditambahkan ke dalam
struktur katalis atau penyangga untuk menghambat
mekanisme reaksi tertentu yang tidak diinginkan, 
seperti pembentukan karbon (coke). 
(coke)  

Contoh promotor katalis dalam
beberapa proses
Katalis
Al2O3
(Penyangga dan Katalis)

Promotor
SiO2, ZrO,
ZrO P
K2O
HCl
MgO

Fungsi
Memperbaiki stabilitas termal
Meracuni situs coking
Meningkatkan keasaman
Mencegah sintering komponen
aktif
Meningkatkan oksidasi CO

SiO2-Al2O3
(Katalis Perengkahan)

Pt

Zeolit
(
(Perengkahan
k h katalitik)
k li ik)

Ion alkali (rare earth)
Pdd

Meningkatkan keasaman
stabilitas
bili termall
Meningkatkan hidrogenasi

Pt/Al2O3
(Reformasi katalitik)

Re

Mengurangi hidrogenolisis dan
sintering

MoO3/Al2O3
(hidrotreating)

Ni, Co
P, B

Meningkatkan hidrogenolisis C-S
dan C-N
Meningkatkan dispersi MoO3

Ni/ceramic
(Reformasi kukus)

K

Meningkatkan
karbon

dan

penghilangan