JURNAL

STUDI REAKSI HIDROGENASI SENYAWA TURUNAN FURFURAL MENGGUNAKAN KATALIS Ni/Y-Al2O3

Latar Belakang Penelitian

       Pemakaian energi yang 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. Konversi furural selanjutnya dilakukan dengan reaksi kondensasi aldol, hidrogenasi dan deoksigenasi . Katalis logam Ni mempunyai aktifitas dan selektifitas mencapai 80% pada reaksi hidrogenasi senyawa aseton menjadi metil isobutil keton dan 2-propanol. Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh Maulana (2012) tentang aktivitas katalis Ni/Y-Al2O3 pada reaksi hidrogenasi gliserol menjadi alkohol menunjukkan bahwa peningkatan jumlah katalis, suhu dan waktu reaksi berpengaruh terhadap jumlah alkohol yang dihasilkan.

Metoda Penelitian

       Bahan dan Alat Bahan yang digunakan pada penelitian ini diantaranya Magnesium Oksida (MgO) teknis (SAP CHEMICAL), Furfural Standart (SIGMA-ALDRICH), aseton p.a. (MERCK), aqua demineralisasi HYDROBAT, gas nitrogen (N2) standart, gas hidrogen (H2) UHP, Ni(NO3)2.6H2O (MERCK), Y-Al2O3p.a (MERCK), isopropanol. Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah pengaduk magnet, rotary evaporator, oven, neraca analitik, seperangkat alat refluks, jarum injeksi 10 mL, UV-vis, X-Ray Difraction (XRD), XRF,Thin Layer Chromatography (TLC), Gas Chromatography Mass Spectrometer (GCMS), Gas Chromatography (GC).

Prosedur Preparasi Katalis Ni/r-Al2o3

       Preparasi katalis bisa dilakukan dengan metode impregnasi basah. Garam Ni(NO3)2.6H2O 9,916 gram dilarutkan dalam 60 mL metanol, kemudian diaduk dengan 9 gram γ-Al2O3 selama 3x24 jam. Pelarut diuapkan, kemudian dikeringkan dalam oven sebelum dikalsinasi pada suhu 500o C selama 4 jam dengan aliran gas N2. Selanjutnya reduksi katalis dilakukan selama 4 jam pada temperatur 500o C menggunakan gas H2.

Uji Aktivitas Katalis Ni/r-Al2O3untuk Reaksi Hidrogenasi

      Senyawa turunan furfural yang digunakan untuk reaksi hidrogenasi adalah hasil reaksi kondensasi furfural dan aseton. Sebanyak 1 mL furfural (1 mL; 1 mmol) dan aseton (0,9 mL; 1 mmol) direaksikan dengan aqua demineralisasi (40 mL) serta katalis MgO (0,2 gram). Direfluks selama 6–8 jam dengan dialiri gas N2 dan disertai pengadukan. Hasil reaksi difiltrasi kemudian diekstraksi dengan diklorometan. Produk hasil kondensasi dianalisis menggunakan UV-Vis. Selanjutnya, sebanyak 0,2 gram produk kondensasi dan 6 mL isopropanol dimasukan ke dalam autoclave yang telah berisi 0,05 gram katalis Ni/Y-Al2O3 teraktivasi, divakumkan pada tekanan 30 mmHg kemudian dialiri dengan gas H2 sampai tekanan 4 bar. Reaksi dilakukan pada suhu 100o C, 120o C, dan 140o C, 150o C, 180o C dengan variasi waktu 6 jam dan 8 jam. Setelah reaksi selesai, produk hidrogenasi difiltrasi untuk memisahkan produk dengan katalis dan sisa pelarut diuapkan menggunakan rotary evaporator vacuum.

Hasil Dan Pembahasan

Karakterisasi katalis Ni/γ-Al2O3

      Pada gambar 1, nilai 2θ= 44,2o ; 51,07o ; 66,62o menunjukkan bahwa sebagian Ni2+ telah tereduksi menjadi Ni0 dan terimpregnasi pada permukaan γ-Al2O3. Masih ditemukan oksida nikel (NiO) yang belum tereduksi menjadi logam Ni pada nilai 2θ = 75,2o . Hal tersebut dapat terjadi karena kondisi saat kalsinasi yang dipengaruhi oleh temperatur dan tekanan. Analisa lebih lanjut dilakukan dengan X-ray Fluorresence (XRF). Berdasarkan hasil karakterisasi dapat diketahui bahwa logam Al (18%), Fe (40,09%), dan Ni (39,7%) memiliki persen konsentrasi yang cukup tinggi dibandingkan dengan logam lain. Persen konsentrasi Fe yang cukup tinggi dapat terjadi karena adanya kontaminasi logam Fe yang terdapat pada kolom saat kalsinasi dan reduksi.

Reaksi Kondensasi Antara Furfural Dan Aseton
      Hasil karakterisasi menggunakan spektrofotometer UV-Vis menunjukkan bahwa nilai panjang gelombang maksimum(Lmax) produk kondensasi yaitu pada 318–330 nm yang diprediksikan sebagai senyawa. Hasil karakterisasi menggunakan spektrofotometer FTIR menunjukkan adanya pergeseran dan penurunan intensitas pada serapan fermi doblet C–H aldehid pada bilangan gelombang 2854,4 cm-1 dan C=O aldehid terkonjugasi pada bilangan gelombang 1664,5 cm-1 . Terjadinya pergeseran L max dan bilangan gelombang (cm-1 ) disebabkan karena bertambahnya ikatan rangkap pada produk kondensasi. Energi yang dibutuhkan untuk eksitasi semakin kecil sehingga panjang gelombang akan semakin panjang.

Uji Aktivitas Katalis Ni/Γ-Al2O3 Untuk Reaksi Hidrogenasi

      Karakterisasi menggakan FT-IR pada senyawa hasil reaksi hidrogenasi pada waktu reaksi 8 jam dan temperatur 140–180o C menunjukkan terbentuknya produk hidrogenasi. Hal ini ditunjukkan munculnya serapan gugus C=O keton tidak terkonjugasi pada daerah 1710– 1715 cm-1 yang semula merupakan keton terkonjugasi (1620 cm-1 ). Pergeseran terjadi karena adanya perbedaan karakter ikatan, dimana ikatan C=O pada produk kondensasi dipengaruhi oleh konjugasi ikatan C=C disebelahnya. Setelah reaksi hidrogenasi, ikatan C=C mengalami reduksi menjadi ikatan C–C jenuh.

DAFTAR PUSTAKA

1. Yuwono, S. D. dan Susanto, H., 2000, Model Development for Waste Utilization of Agricultural Wastes as Furfural Source, Prosiding Seminar Nasional Rekayasa Kimia dan Proses, Jurusan Teknik Kimia Universitas Diponegoro, Semarang.

2. Setyadi, M., (2007), Hidrolisis Pentosan Menjadi Furfural Dengan Katalisator Asam Sulfat Untuk Meningkatkan Kualitas Bahan Bakar Mesin Diesel, Prosiding PPIPDIPTN, Yogyakarta, Indonesia, 10 Juli 2007.

3. Dedsuksophon, W., Verawat Champreda, Navadol Laosiripojana, 2010, Study Of Liquid Alkanes Production From Biomass-Derived Carbohydrates By AldolCondensation And Hydrogenation Processes, Engineering Journal, Vol.14.

4. Gandía, L.M., and Montes, M., 1993, Highly Selective One-Step Formation of Methyl Isobutyl Ketone from Acetone with A Magnesia Supported Nickel Catalyst., Appl. Catal. A:General. Vol. 101, L1-L6

5. Maulana, A. R., Muhammad Wisnu Muq’asfa, Ignatius Gunardi, 2012, Pemanfaatan Gliserol Menjadi Alkohol Dengan Cara Hidrogenasi Di Atas Katalis Padat, Jurnal Pomits, Vol. 1, No. 1 (1-4).

6. Sastrohamidjojo, H., 2002, Spektroskopi, Edisi Kesatu, Liberty, Jogjakarta.

7. Fessenden, R.J., John S. Fessenden, 1986, Kimia Organik Edisi Ketiga, (diterjemahkan oleh: Aloysius Radyana Pudjaatmaka, Ph.D.), Erlangga, Jakarta. 688

8. Hill, M., 2005, McGraw-Hill Concise Encyclopedia of Science & Technology, edisi 5, McGraw-Hill, New York.

9. Muchalal, M., 2004, The Stereochemistry Effect of Eugenol, Cis-Isoeugenol and Trans-Isoeugenol on Their Catalytic Hidrogenation, Indonesian Journal of Chemistry, Vol.4, No.2, 99-105.