Makalah Kimia Katalis [PDF]

Citation preview

MAKALAH KIMIA KATALIS “KATALIS YANG DIGUNAKAN DALAM REAKSI HIDROGENASI CO2 MENJADI METHANOL”



Disusun Oleh : Shiba Meike Indira (A1f015003 Citra Utari (A1f015013) Pepi (A1f015033)



Dosen Pengampu: Dr.Rina Elvia,M.Si



PROGRAM STUDI PENDIDIKAN KIMIA FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS BENGKULU 2018



Kata Pengantar Puji dan syukur penulis haturkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena atas rahmatNYA, penulis dapat menyelesaikan makalah dengan judul “”. Makalah ini disusun sebagai tugas mata kuliah Kimia Katalis. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Dr. Rina Elvia selaku dosen pengampu mata kuliah kimia katalis yang telah membimbing penulis dalam proses penyelesaian makalah ini, sehingga penulis dapat menyelesaikan tepat pada waktunya. Akhir kata, semoga makalah ini berguna bagi siapa saja yang membacanya.



BAB 1 PENDAHULUAN



1.1 Latar Belakang Konsumsi energi hampir 95% dipenuhi dari bahan bakar fosil, sehingga menyebabkan terjadinya penipisan sumber energi. Konversi limbah biomassa menjadi sumber energi terbarukan dapat dilakukan dengan reaksi kimia berkelanjutan, yaitu melalui hidrolisis dan hidrogenasi membentuk senyawa furfural [1,2]. Konversi furfural selanjutnya dilakukan dengan reaksi kondensasi aldol, hidrogenasi dan deoksigenasi. Katalis adalah suatu zat yang mempercepat laju reaksi reaksi kimia pada suhu tertentu, tanpa mengalami perubahan atau terpakai oleh reaksi itu sendiri. Suatu katalis berperan dalam reaksi tapi bukan sebagai pereaksi ataupun produk . Katalis memungkinkan reaksi berlangsung lebih cepat atau memungkinkan reaksi pada suhu lebih rendah akibat perubahan yang dipicunya terhadap pereaksi. Katalis menyediakan suatu jalur pilihan dengan energi aktivasi yang lebih rendah. Katalis mengurangi energi yang dibutuhkan untuk berlangsungnya reaksi.Katalis dapat dibedakan ke dalam dua golongan utama: katalis homogen dan katalis heterogen. Katalis heterogen adalah katalis yang ada dalam fase berbeda dengan pereaksi dalam reaksi yang dikatalisinya, sedangkan katalis homogen berada dalam fase yang sama. Katalis dapat menurunkan energi pengaktifan dengan menghindari tahap penentu laju yang lambat dari reaksi yang tidak dapat dikatalisa. Dengan menurunnya energi aktifasi maka pada temperatur yang sama didapatkan laju reaksi dengan konstanta laju yang besar yang artinya reaksi efektifnya dapat terjadi secara cepat. Katalis dapat digunakan dalam pengaktifan reaksi yang akan mempercepat laju reaksi dengan menurunkan energi aktifasi. Jika energi pengaktifan reaksi tinggi, maka untuk temperatur normal, hanya akan terjadi sebagian kecil pertemuan molekul yang nantinya dapat menghasilkan reaksi yang efektif. Fungsi utama dari katalis ini adalah menyediakan reaksi alternatif dalam suatu reaksi kimia. Katalis memegang peranan penting dalam perkembangan industri kimia. Dewasa ini, hampir semua produk industri dihasilkan melalui proses yang memanfaatkan jasa katalis, baik satu atau beberapa proses. Katalis tidak terbatas pada bagian proses konveksi, bahkan juga untuk bagian proses pemisahan. Penggunaan katalis di industri sekitar 50%. Katalis berdasarkan fase reaksinya dapat digolongkan menjadi katalis homogen dan heterogen. Katalis homogen adalah katalis yang sama fase dengan fase reaktan dan produknya.



1.2 Rumusan Masalah



1.2.1 Katalis apa saja yang dapat digunakan dalam reaksi hidrogenasi CO2 menjadi methanol? 1.2.2 Bagaimana pengaruh berbagai jenis katalis terhadap efektifitas, selektifitas,sensitifitas dan aktivitas dalam reaksi hidrogenasi CO2 menjadi methanol? 1.2.3 Bagaimana mekanisme reaksi hidrogenasi CO2 menjadi methanol dengan berbagai jenis katalis yang digunakan?



1.3 Tujuan 1.3.1 Mengetahui katalis apa saja yang dapat digunakan dalam reaksi hidrogenasi CO2 menjadi methanol. 1.3.2 Mengetahui Bagaimana pengaruh berbagai jenis katalis terhadap efektifitas, selektifitas,sensitifitas dan aktivitas dalam reaksi hidrogenasi CO2 menjadi methanol. 1.3.3 Mengetahui Bagaimana mekanisme reaksi hidrogenasi CO2 menjadi methanol dengan berbagai jenis katalis yang digunakan.



BAB II PEMBAHASAN 2.1 Katalis yang digunakan dalam reaksi hidrogenasi CO2 menjadi methanol Semakin menipisnya jumlah minyak bumi sebagai bahan bakar utama telah mendorong ilmuwan untuk mempelajari cara menghasilkan minyak bumi buatan (synthetic fuel) yang



kelak akan digunakan sebagai pengganti minyak bumi. Salah satu reaksi yang banyak diteliti adalah reaksi hidrogenasi. Reaksi hidrogenasi umumnya menggunakan hidrogen (H2) dan senyawa lain, misalnya karbon dioksida (CO2). Reaksi ini bersifat eksotermik dan menghasilkan produk yang beragam seperti alkohol, olefin dan paraffin rantai panjang sehingga katalis diperlukan dalam reaksi ini untuk mengontrol jenis atau jumlah produk yang dihasilkan. Mekanisme reaksi hidrogenasi karbon dioksida adalah salah satu reaksi yang kompleks karena hasil reaksi ini menghasilkan produk yang beragam. Secara umum reaksi hidrogenasi berarti penambahan hidrogen pada senyawa organik tak jenuh yang memiliki ikatan rangkap sehingga menghasilkan senyawa dengan ikatan jenuh. Temperatur dan tekanan yang digunakan pada reaksi hidrogenasi tergantung pada reaktan dan jenis katalis yang digunakan pada reaksi. Secara umum, ada dua macam katalis berdasarkan fasenya di dalam sistem reaksi, yaitu : 1. Katalis homogen Katalis homogen dapat bercampur secara sempurna dengan reaktan karena mempunyai fase yang sama, misalnya katalis dan reaktan sama-sama berwujud cair. Karena kesamaan fase tersebut, katalis homogen sulit dipisahkan dari campuran reaksi. 2. Katalis heterogen Katalis heterogen adalah katalis yang tidak bercampur atau menyatu dengan reaktannya karena fase yang berbeda, misalnya reaktan berbentuk gas sedangkan katalis berbentuk padat. Katalis logam mulia (noble) seperti platinum (Pt), palladium (Pd), ruthenium (Ru), memiliki aktivitas katalitik yang tinggi, selektivitas yag baik, dan daya tahan yang lama. Katalis yang umum digunakan untuk reaksi hidrogenasi adalah nikel (Ni), kobalt (Co), iron (Fe), platinum (Pt), dan ruthenium (Ru). Setiap katalis memiliki kelebihan dan kekurangan masing-masing, misalnya katalis Ni memiliki aktivitas katalitik yang rendah dan membutuhkan temperatur reaksi yang tinggi, katalis Co biasanya digunakan pada reaksi dengan temperatur rendah dan memiliki ketahanan yang tinggi terhadap proses deaktivasi katalis, namun aktivitas katalitiknya lebih rendah dibandingkan dengan katalis yang lain. Katalis Fe menghasilkan lebih banyak olefin, harga katalis lebih murah dibanding katalis lainnya namun memiliki ketahanan yang rendah terhadap proses deaktivasi katalis. Katalis



Pt dan Ru sangat efektif untuk reaksi hidrogenasi, memiliki ketahanan terhadap proses deaktivasi yang tinggi namun harganya sangat mahal. Karbon dioksida sangat menarik sebagai sumber karbon terbarukan dan reagen kimia yang ramah lingkungan. upaya signifikan telah dikhususkan untuk mengeksplorasi teknologi CO2 transformasi, dimana katalis logam memainkan peran kunci 2.2 Pengaruh berbagai jenis katalis terhadap efektifitas, selektifitas,sensitifitas dan aktivitas dalam reaksi hidrogenasi CO2 menjadi methanol Parameter dalam Pemilihan Katalis Katalis dapat dinilai baik-buruknya berdasarkan pada beberapa parameter sebagai berikut: 



Aktivitas, yaitu kemampuan katalis untuk mengkonversi reaktan menjadi produk yang diinginkan.







Selektivitas, yaitu kemampuan katalis mempercepat suatu reaksi diantara beberapa reaksi yang terjadi sehingga produk yang diinginkan dapat diperoleh dengan produk sampingan seminimal mungkin.







Kestabilan, yaitu lamanya katalis memiliki aktivitas dan selektivitas seperti pada keadaan semula.







Hasil (yield), yaitu jumlah produk tertentu yang terbentuk untuk setiap satuan reaktan yang terkonsumsi.







Kemudahan diregenerasi, yaitu proses mengembalikan aktivitas dan selektivitas katalis seperti semula.



Dalam reaksi kimia, katalis yang digunakan dapat kehilangan aktivitas katalitiknya secara bertahap karena pemakaian dan katalis juga dapat mengalami kerusakan. Kerusakan katalis terjadi pada katalis yang belum habis umur pakainya. Kerusakan katalis ini dapat disebabkan adanya kerusakan fisik atau kimia. Kerusakan fisik dapat diakibatkan oleh proses pengkriskalan material, sedangkan kerusakan kimia diakibatkan oleh pengikatan logam berat atau logam yang bersifat racun bagi katalis seperti sulfur. Kerusakan ini dapat bersifat permanen dan sementara. Keracunan yang parah menyebabkan katalis rusak secara permanen sehingga katalis harus dikeluarkan dari unit reaksi. Jika bersifat sementara maka katalis dapat dipulihkan kembali dengan cara diregenerasi sehingga katalis tersebut dapat digunakan untuk beberapa kali reaksi. Katalis yang dapat diregenerasi lebih disukai karena lebih ramah terhadap lingkungan, secara ekonomi umur



katalis yang lebih lama memberikan keuntungan, dan mengurangi penggunaan bahan baku baru untuk pembuatan katalis. Proses regenerasi katalis dapat dilakukan dengan pembakaran pengotor yang menempel di sisi aktif katalis. Dalam suatu reaksi, katalis katalis digunakan dengan tujuan agar reaksi berjalan secara efektif dan efisien. Katalis memungkinkan suatu reaksi berjalan lebih cepat dengan temperatur yang lebih rendah. Hal ini dikarenakan katalis dapat menurunkan energi aktivasi dengan cara menyediakan jalur mekanisme tahapan reaksi yang memerlukan energi lebih rendah. Oleh sebab itu dapat dikatakan bahwa katalis bersifat spesifik, yaitu suatu katalis hanya dapat berfungsi untuk suatu reaksi tertentu saja.



Selektivitas katalis adalah kemampuan katalis mempercepat satu reaksi diantara beberapa reaksi yang terjadi sehingga diperoleh produk yang diinginkan dan meminimalisir produk samping. Selektivitas katalis bergantung pada temperatur reaksi, luas permukaan dan distribusi ukuran pori serta macam atau banyaknya reaksi yang terjadi. Gambar 4 menunjukkan selektivitas produk metana (CH4), C5+, dan rasio olefin/paraffin dari masing-masing katalis.



2.3 Mekanisme reaksi hidrogenasi CO2 menjadi methanol dengan berbagai jenis katalis yang digunakan



1 CO2 DIitangkap dari udara dan konversi langsung metanol dengan katalis homogen. CO yang 2 ditangkap dari udara dikonversi ke CH3OH. Dengan menerapkan metode kami dalamflsistem ow, produksi berkelanjutan CH3OH dapat dicapai.



Uji aktivitas katalis pada reaksi hidrogenasi



Selektivitas katalis terhadap produk juga di uji dengan lamanya waktu reaksi. Waktu reaksi yang digunakan adalah 7 jam pada temperatur reaksi 230



C dan pengambilan produk



dilakukan setiap 30 menit. Gambar 5 menunjukkan pengaruh lamanya waktu reaksi terhadap selektivitas CH4 untuk masing-masing katalis. Semakin lama waktu reaksi, katalis 7Ru/Al2O3 dan 10Ru/Al2O3 memiliki kecenderungan selektivitas yang semakin menurun sedangkan katalis 10Ru/Al2O3 menunjukkan kestabilan selektivitas CH4. Gambar 6 menunjukkan selektivitas katalis terhadap produk C5+. Katalis 12Ru/Al2O3 menunjukkan hasil selektivitas C5+ yang semakin meningkat dengan lamanya waktu reaksi, hal ini menunjukkan terbentuknya produk dengan rantai karbon lebih dari lima semakin banyak. Sedangkan katalis 7Ru/Al2O3 dan 10Ru/Al2O3 menunjukkan kestabilan selektivitas produk C5+.



Gambar 7 menunjukkan selektivitas katalis terhadap rasio olefin/paraffin. Dari gambar 7 terlihat bahwa katalis 7Ru/Al2O3, 10Ru/Al2O3 dan 12Ru/Al2O3 tidak menunjukkan perubahan yang berarti terhadap selektivitas rasio olefin/paraffin, hal ini menunjukkan bahwa lamanya waktu reaksi tidak mempengaruhi selektivitas rasio olefin/paraffin secara signifikan.