Makalah Katalis Ui [PDF]

Citation preview

MAKALAH



KATALIS HETEROGEN Upgrading Bio-oil dengan Proses Hidrodeoksigenasi menggunakan Katalis Co-MoS2/Al2O3



Oleh :



Devita Amelia



1806154040



DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA UNIVERSITAS INDONESIA DEPOK NOVEMBER 2019



KATA PENGANTAR



Puji dan syukur saya panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena berkat rahmat dan karunia-Nya kami bisa menyesaikan penulisan makalah yang berjudul “Upgrading Bio-oil dengan Proses Hidrodeoksigenasi menggunakan Katalis Co-MoS2/Al2O3”. Makalah ini dibuat untuk memenuhi tugas Mata Kuliah Katalis Heterogen sebagai salah satu mata kuliah pilihan untuk program magister Teknik Kimia.. Saya mengucapkan terima kasih kepada, 1. Prof. Dr. Ir. Mohammad Nasikin dan Dr. Bambang Heru Susanto, S.T., M.T. selaku dosen mata kuliah Katalis Heterogen yang senantiasa menyediakan waktu, tenaga, dan pikiran untuk mengajar dan memberikan wawasan tentang bidang ilmu teknik kimia maupun dalam penyusunan makalah ini; 2. Semua pihak yang telah membantu dan tidak bisa saya sebutkan satu persatu. Saya menyadari bahwa masih banyak kekurangan baik dalam segi penyusunan maupun penyelesaian dan pembahasan lebih dalam mengenai katalis. Oleh karena itu, saya berharap agar adanya kritik dan saran yang dapat membantu saya untuk memperbaiki makalah ini menjadi lebih baik lagi. Semoga makalah ini dapat bermanfaat bagi kita semua



Depok, November 2019 Penulis



ii



DAFTAR ISI



KATA PENGANTAR ............................................................................................................................ ii DAFTAR ISI.......................................................................................................................................... iii DAFTAR GAMBAR ............................................................................................................................. iv BAB I PENDAHULUAN ....................................................................................................................... 1 1.1 Latar Belakang ............................................................................................................................. 1 1.2 Katalis .......................................................................................................................................... 2 BAB II DESAIN KATALIS .................................................................................................................. 3 2.1 Analisis Stoikiometri ................................................................................................................... 3 2.2 Analisa Thermodinamika ............................................................................................................. 3 2.3 Pengajuan Mekanisme Reaksi ..................................................................................................... 5 2.4 Pengajuan Mekanisme Reaksi Permukaan .................................................................................. 6 2.5 Menentukan Sifat Katalis ............................................................................................................. 7 2.6 Pemilihan katalis .......................................................................................................................... 7 2.7 Preparasi Katalis .......................................................................................................................... 9 2.8 Karakterisasi Katalis .................................................................................................................... 9 2.9 Deaktivasi Katalis ....................................................................................................................... 10 DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................................................... 10



iii



DAFTAR GAMBAR Gambar 1. Klasifikasi katalis yang telah digunakan dalam pirolisis katalitik dan upgrading bio-oil ..... 2 Gambar 2. Mekanisme reaksi upgrading bio-oil dari fenol .................................................................... 5



DAFTAR TABEL Tabel 1. Teknologi yang digunakan untuk upgrading bio-oil ............................................................... 2 Tabel 2. Data Termodinamika ................................................................................................................ 4



iv



BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Perkembangan ekonomi yang sangat pesat meningkatkan permintaan energi, terutama dalam bahan bakar transportasi. Kekhawatiran lingkungan dan distribusi sumber daya bahan bakar fosil yang tidak merata telah membangkitkan minat dalam mengembangkan sumbersumber terbarukan. Kemajuan dalam teknologi mengubah sumber terbarukan menjadi energi dan bahan bakar telah menjadi sorotan saat ini. Salah satu solusi alternatif adalah dengan memanfaatkan biomasa. Biomassa dapat dijadikan sebagai bahan baku terbarukan yang dapat dikonversi menjadi bahan kimia dan bahan bakar transportasi. Fast pyrolysis merupakan cara yang menjanjikan untuk mengubah biomassa padat menjadi produk cair karena efisiensi ekonominya yang tinggi. Berbagai sumber biomassa lignoselulosa, termasuk tanaman energi, residu limbah hutan, biomassa herba dan kayu, dipelajari untuk menghasilkan bio-oil melalui fast pyrolysis. Bio-oil hasil fast pyrolysis mengandung air dan beberapa senyawa dengan berbagai gugus fungsi seperti asam, aldehida, keton, fenolik, dan alkohol. Di antaranya, fenol sangat banyak dan bio-oil sering mengandung hingga 30% berat senyawa fenolik seperti fenol, guaiacols dan syringols. Bio-oil hasil pirolisis tidak dapat lansung digunakan sebagai bahan bakar cair karena viksositasnya tinggi, memiliki nilai kalor yang rendah, volatilitas yang tidak sempurna, tingkat stabilitas yang rendah, dan tidak sesuai dengan spesifikasi bahan bakar minyak. Hal ini disebabkan oleh banyaknya senyawa organik oksigen yang dihasilkan selama proses pirolisa. Oleh karena itu, diperlukan upaya untuk upgrading bio-oil dengan menghilangkan senyawa oksigen agar dapat digunakan sebagai bahan bakar. Ada beberapa teknologi yang digunakan untuk upgrading bio-oil seperti hirdrodeoksigenasi, hydrocracking, hydrothermal treatment, gasifikasi, steam reforming dan esterifikasi. Pemakaian teknologi yang digunakan memiliki kelebihan dan kekurangan dapat dilihat pada Tabel 1. Dengan pemakaian teknologi hidrodeoksigenasi dapat menghasilkan bio-oil dengan yield yang tinggi pada kondisi operasi sebesar 400 oC dan 0,1 MPa dengan bantuan katalis. Oleh karena itu pada upgrading bio-oil menggunakan teknologi hidrodeoksigenasi karena diharapkan nantinya bio-oil yang di upgrade dapat dijadikan bahan bakar dan bersaing di pasaran.



1



Tabel 1. Teknologi yang digunakan untuk upgrading bio-oil



1.2 Katalis Peran katalis sangat penting untuk mengarahkan reaksi pada upgrading bio-oil. Diketahui bahwa bio-oil hasil pirolisis banyak mengandung fenol. Senyawa fenol tersebut yang akan direaksikan dengan hidrogen dan bantuan katalis. Sehingga diperlukan katalis yang bekerja secara selektif untuk menghasilkan produk yang diinginkan yaitu benzena. Telah banyak penelitian tentang upgrading bio-oil secara katalitik yang dapat dijadikan referensi untuk memilih katalis yang sesuai dengan sifat katalis. Klasifikasi katalis telah digunakan dalam pirolisis katalitik dan upgrading bio-oil dan dapat dijadikan acuan untuk disain katalis pada gambar 1. berikut:



Gambar 1. Klasifikasi katalis yang telah digunakan dalam pirolisis katalitik dan upgrading bio-oil 2



BAB II DESAIN KATALIS 2.1 Analisis Stoikiometri a. Reaksi reaktan dengan dirinya sendiri Reaksi C6H5OH → C6H4O + H2



∆Go298 150,061



Jenis Reaksi Dehidrogenasi



b. Reaksi antara reaktan (cross reaction) Reaksi Jenis Reaksi C6H5OH + H2 → C6H6 + H2O Hidrodeoksigenasi C6H5OH + 2H2 → C6H10O Hidrogenasi C6H5OH + 3H2 → C6H12O Hidrogenasi C6H5OH + 3H2 → C6H12 + H2O Hidrodeoksigenasi



∆Go298 -39,809 -17,99 -39,93 -132,529



c. Reaksi antara reaktan dengan produk Reaksi Jenis Reaksi C6H6 + 3H2 → C6H12 Hidrogenasi C6H1OO + H2 → C6H12O Hidrogenasi C6H12O + H2 → C6H12 Hidrodeoksigenasi



∆Go298 -92,72 -21,94 144,53



2.2 Analisa Thermodinamika Dari analisa stokiometri sebelumnya dapat ditentukan kemungkinan reaksi yang akan dipakai berdasarkan nilai energi Gibbs dan produk yang diinginkan. No 1 2 3 4 5 6



Reaksi C6H5OH + H2 → C6H6 + H2O C6H5OH + 2H2 → C6H10O C6H5OH + 3H2 → C6H12O C6H5OH + 3H2 → C6H12 + H2O C6H6 + 3H2 → C6H12 C6H1OO + H2 → C6H12O



Jenis Reaksi Hidrodeoksigenasi Hidrogenasi Hidrogenasi Hidrodeoksigenasi Hidrogenasi Hidrogenasi



∆Go298 -39,809 -17,99 -39,93 -132,529 -92,72 -21,94



Ditinjau dari analisis termodinamika, reaksi diatas terlihat bahwa energi Gibbs bernilai negatif yang artinya semua reaksi diatas bersifat spontan. Nilai ∆Gfo298 pada reaksi ke 4 yang paling besar yang berarti reaksi ke 4 lebih dominan terjadi. Tetapi pada upgrading bio-oil reaksi yang diinginkan adalah reaksi 1 yang disebut dengan direct hydrogenelisis (DDO) atau hidrodeoksigenasi (hidrogenasi – dehidrasi) yang menghasilkan produk yang diinginkan berupa C6H6 tetapi tidak terjadi reaksi selanjutnya yang dapat menghasilkan produk yang tidak diinginkan atau produk yang menurunkan yield. Reaksi yang dipilih dalam upgrading bio-oil adalah C6H5OH + H2 → C6H6 + H2O



Hidrodeoksigenasi



∆Go298 = -39,809 3



Diketahui besaran-besaran termodinamika setiap komponen tertera dalam Tabel 2 berikut. Tabel 2. Data Termodinamika Komponen C6H5OH H2 ∆Hfo 298 -118 0 (kJ/mol) ∆Gfo 298 -72,8 0 (kJ/mol) Maka, entalpi reaksi pada kondisi standar adalah :



C6H6



H2O



49,08



-285,83



124,52



-237,129



∆Hfo 298 = ∑∆Hfo produk - ∑∆Hfo reaktan ∆Hfo 298 = ((1.49,08) + (1. -285,83)) – ((1.-118) + (4.0)) ∆Hfo 298 = -119.75 kJ/mol Nilai ∆Hfo 298 yang didapatkan negatif menandakan reaksi bersifat eksotermis. Energi Gibss pada kondisi standar adalah : ∆Gfo 298 = ∑∆Go produk - ∑∆Go reaktan ∆Gfo 298 = ((1.124,52) + (1. -237,129)) – ((1.-72,8) + (4.0) ∆Gfo 298 = -39,809 kJ/mol Dimana, ∆Gfo 298 = - RT ln KP ln 𝐾𝑃 =



∆𝐺𝑓𝑜



298



𝑅𝑇 ∆𝐺𝑓𝑜



𝐾𝑃 = exp (



298



𝑅𝑇



)



Sehingga, konstanta kesetimbangan termodinamika pada reaksi standar 298 K adalah −39,809



𝐾𝑃 = exp (8,314 𝑥 298) 𝐾𝑃 = 1,0162 Pada hasil penelitian yang telah dilakukan, kondisi operasi optimum dilakukan pada suhu 400 oC (698 K). Maka, jika suhu dinaikkan untuk menghitung konstanta kesetimbangan termodinamika menggunakan persamaan hubungan K dan KP sebagai berikut: 𝐾



𝑙𝑛 𝐾 = 𝑃



∆𝐻𝑓𝑜



298



𝑅



(𝑇



1



298



1



− 𝑇)



4



𝐾 𝐾𝑃



= 𝑒𝑥𝑝 (



∆𝐻𝑓𝑜



298



(𝑇



𝑅



𝐾 = 𝐾𝑃 𝑒𝑥𝑝 (



1



1



− 𝑇))



298



∆𝐻𝑓𝑜



298



𝑅



(𝑇



1



298



−119,75



𝐾 = 1,0162 𝑒𝑥𝑝 (



8,314



1



− 𝑇)) 1



1



(298 − 𝑇))



Asumsi 1 mol fenol dan 1 mol hidrogen bereaksi : Mula-mula : Reaksi : Sisa :



𝐶6 𝐻5 𝑂𝐻 1 x (1-x)



+



𝐻2 1 x (1-x)



↔



𝐶6 𝐻6 x x



+



𝐻2 𝑂 x x



=2



Dimana 𝑥 𝑥 [2 ] [2 ] 𝐶𝐶6 𝐻6 𝐶𝐻2 𝑂 𝐾= = ⁄1 − 𝑥 1 − 𝑥 𝐶𝐶6 𝐻5 𝑂𝐻 𝐶𝐻2 [ 2 ][ 2 ]



Sehingga: 𝑥 𝑥 [2 ] [2 ] −119,75 1 1 ( − )) ⁄1 − 𝑥 1 − 𝑥 = 1,0162 𝑒𝑥𝑝 ( 8,314 298 𝑇 [ 2 ][ 2 ]



2.3 Pengajuan Mekanisme Reaksi Mekanisme molekular yang mungkin terjadi



Gambar 2. Mekanisme reaksi upgrading bio-oil dari fenol



5



2.4 Pengajuan Mekanisme Reaksi Permukaan Pada desain katalis dipilih model Langmuir-Hinshelwood karena pada penelitian terdahulu menggunakan model Langmuir-Hinshelwood untuk reaksi hidrogenasi-dehidrasi fenol dengan menggunakan katalis CoMoS2/Al2O3. Dari persamaan yang telah dijabarkan dengan pendekatan Langmuir Isothermal dapat dirumuskan persamaan laju reaksi sebagai berikut: C6H5OH + H2 → C6H6 + H2O Asumsi : tahap penentu laju reaksi pada reaksi permukaan. 1. Adsorpsi … (1)



𝐶6 𝐻5 𝑂𝐻 + 𝑆 ↔ 𝐶6 𝐻5 𝑂𝐻. 𝑆



𝑟𝐴𝑑𝑠−1 = 𝑘1 𝐶𝐶6 𝐻5 𝑂𝐻 𝐶𝑆 − 𝑘−1 𝐶𝐶6𝐻5 𝑂𝐻.𝑆 𝐶𝐶6 𝐻5 𝑂𝐻.𝑆



𝑟𝐴𝑑𝑠−1 = 𝑘1 (𝐶𝐶6 𝐻5 𝑂𝐻 𝐶𝑆 −



𝐾1



…. (2)



𝐻2 + 𝑆 ↔ 𝐻2 . 𝑆 𝑟𝐴𝑑𝑠−2 = 𝑘2 𝑃𝐻2 𝐶𝑆 − 𝑘−1 𝐶𝐻2 .𝑆 𝑟𝐴𝑑𝑠−2 = 𝑘2 (𝑃𝐻2 𝐶𝑆 −



)



𝐶𝐻2 .𝑆 𝐾2



)



2. Reaksi permukaan 𝐶6 𝐻5 𝑂𝐻. 𝑆 + 𝐻2 . 𝑆 ↔ 𝐶6 𝐻6 . 𝑆 + 𝐻2 𝑂. 𝑆 …. (3) 𝑟𝑠 = 𝑘3 𝐶𝐶6 𝐻5 𝑂𝐻.𝑆 𝐶𝐻2 .𝑆 − 𝑘−3 𝐶𝐶6𝐻6 .𝑆 𝐶𝐻2 𝑂.𝑆 𝑟𝑠 = 𝑘3 (𝐶𝐶6 𝐻5 𝑂𝐻.𝑆 𝐶𝐻2 .𝑆 −



𝐶𝐶6 𝐻6 .𝑆 𝐶𝐻2 𝑂.𝑆 𝐾3



)



3. Desorpsi …. (4)



𝐶6 𝐻6 . 𝑆 ↔ 𝐶6 𝐻6 + 𝑆 𝑟𝐷𝑒𝑠−1 = 𝑘4 𝐶𝐶6 𝐻6 .𝑆 − 𝑘−4 𝐶𝐶6 𝐻6 𝐶𝑆 𝑟𝐷𝑒𝑠−1 = 𝑘4 (𝐶𝐶6 𝐻6 .𝑆 −



𝐶𝐶6 𝐻6 𝐶𝑆 𝐾4



…. (5)



𝐻2 𝑂. 𝑆 ↔ 𝐻2 𝑂 + 𝑆 𝑟𝐷𝑒𝑠−2 = 𝑘5 𝐶𝐻2 𝑂.𝑆 − 𝑘−5 𝐶𝐻2 .𝑆 𝐶𝑆 𝑟𝐷𝑒𝑠−2 = 𝑘5 (𝐶𝐻2 𝑂.𝑆 −



)



𝐶𝐻2 .𝑆 𝐶𝑆 𝐾5



)



Pseudo-steady 𝐶𝐶6 𝐻5 𝑂𝐻.𝑆



𝑟𝐴𝑑𝑠−1 = 𝑘1 (𝐶𝐶6 𝐻5 𝑂𝐻 𝐶𝑆 − 𝑟𝐴𝑑𝑠−1 𝑘1



= (𝐶𝐶6 𝐻5 𝑂𝐻 𝐶𝑆 −



𝐶𝐶6 𝐻5 𝑂𝐻.𝑆 𝐾1



𝐾1



𝐶𝐶6 𝐻5 𝑂𝐻.𝑆 𝐾1



)



)



𝑟𝐷𝑒𝑠−1 = 𝑘4 𝐶𝐶6 𝐻6 .𝑆 − 𝑘−4 𝐶𝐶6 𝐻6 𝐶𝑆 𝑟𝐷𝑒𝑠−1 𝑘4



= (𝐶𝐶6 𝐻6 .𝑆 −



𝐶𝐶6 𝐻6 .𝑆 =



= 𝐶𝐶6 𝐻5 𝑂𝐻 𝐶𝑆



𝐶𝐶6 𝐻6 𝐶𝑆 𝐾4



)



𝐶𝐶6 𝐻6 𝐶𝑆 𝐾4



𝐶𝐶6 𝐻5 𝑂𝐻.𝑆 = 𝐾1 𝐶𝐶6 𝐻5 𝑂𝐻 𝐶𝑆 𝑟𝐴𝑑𝑠−2 = 𝑘2 (𝑃𝐻2 𝐶𝑆 − 𝑟𝐴𝑑𝑠−2 𝑘2



= (𝑃𝐻2 𝐶𝑆 −



𝐶𝐻2 .𝑆



𝐶𝐻2 .𝑆 𝐾2



𝐾2



)



)



𝑟𝐷𝑒𝑠−2 = 𝑘5 (𝐶𝐻2 𝑂.𝑆 − 𝑟𝐷𝑒𝑠−2 𝑘5



= (𝐶𝐻2 𝑂.𝑆 −



𝐶𝐻2 .𝑆 𝐶𝑆 𝐾5



𝐶𝐻2 .𝑆 𝐶𝑆 𝐾5



)



)



6



𝐶𝐻2 .𝑆 𝐾2



= 𝑃𝐻2 𝐶𝑆



𝐶𝐻2 𝑂.𝑆 =



𝐶𝐻2 .𝑆 𝐶𝑆 𝐾5



𝐶𝐻2 .𝑆 = 𝐾2 𝑃𝐻2 𝐶𝑆 Neraca active site 𝐶𝒕 = 𝐶𝑺 + 𝐶𝐶6 𝐻5 𝑂𝐻.𝑆 + 𝐶𝐻2 .𝑆 + 𝐶𝐶6 𝐻6 .𝑆 + 𝐶𝐻2 𝑂.𝑆 𝐶𝒕 = 𝐶𝑺 + 𝐾1 𝐶𝐶6 𝐻5 𝑂𝐻 𝐶𝑆 + 𝐾2 𝑃𝐻2 𝐶𝑆 + 𝐶𝒕 = 𝐶𝑺 (1 + 𝐾1 𝐶𝐶6 𝐻5 𝑂𝐻 + 𝐾2 𝑃𝐻2 + 𝐶𝑺 =



𝐶𝐶6 𝐻6 𝐶𝑆 𝐾4



𝐶𝐶6 𝐻6 𝐾4



+



+



𝐶𝐻2 .𝑆 𝐶𝑆 𝐾5



𝐶𝐻2 .𝑆 𝐾5



)



𝐶𝒕 (1+𝐾1 𝐶𝐶6 𝐻5 𝑂𝐻 +𝐾2 𝑃𝐻2 +



𝐶𝐶 𝐻 6 6 𝐾4



+



𝐶𝐻 .𝑆 2 ) 𝐾5



Sehingga, laju reaksi adalah 𝑟𝑠 = 𝑘3 (𝐶𝐶6 𝐻5 𝑂𝐻.𝑆 𝐶𝐻2 .𝑆 −



𝐶𝐶6 𝐻6 .𝑆 𝐶𝐻2 𝑂.𝑆 𝐾3



𝑟𝑠 = 𝑘3 (𝐾1 𝐶𝐶6 𝐻5 𝑂𝐻 𝐶𝑆 . 𝐾2 𝑃𝐻2 𝐶𝑆 −



)



𝐶𝐶6 𝐻6 𝐶𝑆 . 𝐶𝐻2 .𝑆 𝐶𝑆 𝐾3 𝐾4 𝐾5



𝐶𝐶6 𝐻6 𝐶𝐻2 .𝑆



𝑟𝑠 = 𝑘3 𝐾1 𝐾2 𝐶𝑆 2 (𝐶𝐶6 𝐻5 𝑂𝐻 𝑃𝐻2 − 𝐾



1 𝐾2 𝐾3 𝐾4 𝐾5



)



)



𝐶𝐶 𝐻 𝐶𝐻 .𝑆 6 6 2 ) 𝐾1 𝐾2 𝐾3 𝐾4 𝐾5 𝐶𝐶 𝐻 𝐶𝐻 .𝑆 2 (1+𝐾1 𝐶𝐶6 𝐻5 𝑂𝐻 +𝐾2 𝑃𝐻2 + 6 6 + 2 ) 𝐾4 𝐾5



𝑘3 𝐾1 𝐾2 𝐶𝑡 2 (𝐶𝐶6 𝐻5 𝑂𝐻 𝑃𝐻2 −



𝑟𝑠 =



𝑘 (𝐶𝐶6 𝐻5 𝑂𝐻 𝑃𝐻2 −



𝑟𝑠 =



𝐶𝐶 𝐻 𝐶𝐻 .𝑆 6 6 2 ) 𝐾𝑒𝑞



(1+𝐾1 𝐶𝐶6 𝐻5 𝑂𝐻 +𝐾2 𝑃𝐻2 +



𝐶𝐶 𝐻 6 6 𝐾4



+



𝐶𝐻 .𝑆 2 2 ) 𝐾5



2.5 Menentukan Sifat Katalis Sifat penting katalis harus sesuai dengan mekanisme yang diusulkan untuk reaksi upgrading bio-oil adalah : 



Katalis harus mampu melakukan hidrogenasi yang selektif untuk mengurangi senyawa oksigenat dengan pembentukan air (dehidrasi).







Katalis dengan daya konsumsi hidrogen yang rendah.



2.6 Pemilihan katalis Katalis sangat berperan penting dalam suatu proses karena katalis mengarahkan suatu reaksi untuk membentuk suatu produk yang diinginkan. Katalis dirancang untuk upgrading biooil dengan reaksi hidrodeoksigenasi menggunakan katalis yang tersusun dari inti aktif,



7



penyangga dan promotor. Dasar pemilihan inti aktif, penyangga dan promotor adalah sebagai berikut : 1. Inti aktif Inti aktif suatu katalis merupakan unsur utama penentu aktivitas katalis dalam reaksi. Katalis yang aktif digunakan dalam proses hidrogenasi ialah a. Logam – logam transisi Katalis yang berasal dari logam-logam transisi yang biasa digunakan dalam reaksi untuk upgrading bio-oil dibedakan atas logam mulia yaitu ruthenium, palladium, rhodium, platinum dan iridium; dan logam non-mulia yaitu iron, cobalt, nickel dan molybdenium. b. Oksida/ sulfida logam grup transisi Sulfida logam adalah fase aktif utama untuk pemrosesan minyak/gas bumi. Sulfida logam yang digunakan dalam reaksi hidrodeoksigenasi ialah MoS2. c. Oksida lainnya. Menurut beberapa penelitan, logam mulia memiliki aktivitas yang tinggi pada reaksi hidrotreatment khususnya hidrodeoksigenasi dibandingkan dengan logam non-mulia. Akan tetapi, logam mulia memiliki konsumsi hidrogen yang tinggi. Hal tersebut tidak sesuai dengan sifat katalis yang diinginkan untuk mekanisme reaksi ini. Dilain sisi, sulfida logam memiliki kemampuan hidrogenasi selektif yang sesuai dengan sifat katalis yang diinginkan. Dimana sulfida logam yang digunakan dalam reaksi hidrodeoksigenasi adalah MoS2 yang mana berasal dari logam non-mulia. Maka, inti aktif yang dipilih untuk upgrading bio-oil adalah MoS2. 2. Penyangga Penyangga berfungsi menyediakan luas permukaan yang besar bagi inti aktif sehingga inti aktif dapat didispersikan dan distabilkan serta menyediakan aksesibilitas yang diperlukan untuk adsorpsi reaktan dan reaksi pada permukaan katalis. Hal yang harus diperhatikan juga dalam memilih penyangga dalam upgrading bio-oil adalah keasamannya. Dimana tingkat keasaman yang lebih tinggi akan menyediakan lebih banyak aktivitas untuk reaksi tetapi menyebabkan pembentukan coke yang lebih banyak. Penyangga yang biasa digunakan untuk reaksi hidrodeoksigenasi seperti Al2O3, SiO2, TiO2, ZrO2, HZM-5 dan MgO.



8



Al2O3 sebagai penyangga memiliki kemampuan untuk meningkatkankan terjadinya reaksi hidrogenasi-dehidrasi (hidrodeoksigenasi). Sehingga penyangga yang dipilih untuk upgrading bio-oil dengan jalur reaksi DDO adalah Al2O3. 3. Promotor Promotor adalah senyawa yang bila ditambahkan ke katalis dalam jumlah kecil dapat meningkatkan kinerja katalis seperti aktivitas, selektivitas dan stabilitas. Kehadiran promotor diikuti dengan peningkatan laju deoksigenasi. Promotor yang biasa digunakan untuk upgrading bio-oil adalah nikel (Ni) dan kobalt (Co). Ni mempromotori terjadi jalur HYD sedangkan Co mempromotori terjadi jalur HYD dan DDO. Selektivitas jalur DDO/HYD sangat tergantung dengan katalis yang digunakan. Pada upgrading bio-oil memilih jalur DDO sehingga promotor yang dipilih adalah Co. Sehingga, katalis yang dipilih untuk upgrading bio-oil dengan jalur reaksi DDO adalah CoMoS2/Al2O3 dengan inti aktif MoS2, penyangga adalah Al2O3 dan promotor Co. Katalis ini menghasilkan selektivitas yang tinggi untuk jalur DDO dan menurut beberapa penelitian bahawa katalis MoS2 yang dipromotori oleh Co mampu memberikan hasil terbaik dalam konversi dan laju deoksigenasi untuk reaksi hidrogenasi yang menggunakan fenol. 2.7 Preparasi Katalis Katalis yang terdiri dari 4% CoO dan 15% MoO3 dengan support Al2O3 dibuat dengan impregnasi basah dari larutan ammonium heptamolybdate dan kobalt nitrat diikuti oleh maturation, pengeringan dan kalsinasi. Katalis adalah ex-situ sulfida di bawah aliran H2S/H2 15% (v/v) pada 400 oC selama 4 jam (laju 10oC/menit, laju aliran 4 L/jam). Setelah sulfidasi, katalis didinginkan di bawah aliran nitrogen dan disimpan di bawah argon. 2.8 Karakterisasi Katalis Katalis yang telah dibuat perlu dikarakterisasi apakah stuktur katalis tersebut sesuai dengan stuktur yang diinginkan atau tidak. Stuktur katalis didesain berdasarkan kinerja yang diharapkan pada saat penggunaan katalis. Karakterisasi yang dibutuhkan untuk katalis CoMoS2/Al2O3 adalah : 1. BET untuk mengetahui luas permukaan spesifik, volume total pori dan jari rata-rata dari pori. 2. XRF untuk mengetahui komposisi kobalt. 3. ICP untuk mengetahui komposisi molybdenum. 4. TEM untuk mengetahui stuktur dan morfologi katalis.



9



2.9 Deaktivasi Katalis Deaktivasi katalis adalah aspek penting lain yang dapat mempengaruhi katalis, proses, dan pilihan kondisi operasi pada skala besar. Diketahui penggunaan penyangga berbasis alumina memiliki keasaman yang tinggi yang dapat menyebabkan pembentukan coke yang lebih banyak karena proses hidrodeoksigenasi. Penggunaan suhu yang tepat dan tidak terlalu tinggi mengurangi pembentukan coke.



DAFTAR PUSTAKA Cheng S, Wei L, Julson J, Muthukumarappan K dan Kharel. Upgrading pyrolysis bio-oil to hydrocarbon enriched biofuel over bifunctional Fe-Ni/HZSM-5 catalyst in supercritical methanol. 2017. Lin YC, Li CL, Wan HP, Lee HT, Liu CF. Catalytic hydrodeoxygenation of guaiacol on Rhbased and sulfided CoMo and NiMo catalysts. Energy Fuels 2011; 25 :890–6. doi: 10.1021/ef1 OI ¸S enol EM, Ryymin, Viljava TR, Krause AOI. Effect of hydrogen sulphide on the hydrodeoxygenation of aromatic and aliphatic oxygenates on sulphided catalysts. J Mol Catal A Chem 2007; 277 :107–12. doi: 10.1016/j.molcata.2007.07.033. Romero Y, Richard F, Brunet S. Hydrodeoxygenation of 2-ethylphenol as a model compound of bio-crude over sulfided Mo-based catalysts: Promot- ing effect and reaction mechanism. Appl Catal B Environ 2010; 98 :213–23. doi: 10.1016/j.apcatb.2010.05.031. Shi et al., Recent progress on upgrading of bio-oil to hydrocarbons over metal/zeolite bifunctional catalysts. 2017. Sharifzadeh et al., The multi-scale challenges of biomass fast pyrolysis and bio-oil upgrading: Review of the state of art and future research directions. 2019. Turpeinen EM . Hydrodeoxygenation of methyl heptanoate and phenol over sulphided supported NiMo and CoMo catalysts. Aalto University ; 2011. PhD Thesis, Espoo (Finland). Xiu S, Shahbazi A. Bio-oil production and upgrading research: a review. Re- new Sustain Energy Rev 2012; 16 :4406–14. doi: 10.1016/j.rser.2012.04.028 . Zhao C, Kou Y, Lemonidou AA, Li X, Lercher JA. Highly selective catalytic conversion of phenolic bio-oil to alkanes, Angew Chem Int Edit 48 , 2009, 3987- 3990, 10.10 02/anie.20 090 0404.



10