sejarah dan perkembangan katalis
TRANSCRIPT
7/23/2019 Sejarah Dan Perkembangan Katalis
http://slidepdf.com/reader/full/sejarah-dan-perkembangan-katalis 1/27
I. SEJARAH DAN PERKEMBANGAN KATALIS
Istilah katalisator berawal dari penelitian Berzelius pada tahun 1836 tentang proses
proses pemercepatan laju reaksi dan menjabarkannya sebagai akibat adanya gaya katalisis.
Sebutan gaya! katalisis ternyata tidak terbukti" tetapi istilah katalisator tetap digunakan
untuk menyebuitkan pengaruh substansi tertentu yang ikut dalam proses tanpa mengalami
perubahan. Senyawa yang menurunkan laju reaksi biasa disebut sebagai katalisator negati#
atau inhibitor" yang saat ini lebih dikenal dengan istilah katalis.
$e#inisi katalis pertama kali dikemukakan oleh %stwalsd sebagai suatu substansi yang
mengubah laju suatu reaksi kimia tanpa merubah besarnya energi yang menyertai reaksi
tersebut. &ada tahun 1'() %stwald mende#inisikkan katalis sebagai substansi yang mengubah
laju reaksi tanpa terdapat sebagai produk pada akhir reaksi" dengan kata lain katalisator
mempengaruhi laju reaksi dan berperan sebagai reaktan sekaligus produk reaksi.
Selanjutnya pada tahun 1'*1" Bell menjelaskan substansi yang dapat disebut sebagai
katalis suatu reaksi adalah ketika sejumlah tertentu substansi ditambahkan maka akan
mengakibatkan laju reaksi bertambah dari laju pada keadaan stoikiometri biasa. +ika substansi
tersebut ditambahkan pada reaksi maka tidak mengganggu kesetimbangan.
II. PENDEFINISIAN KATALIS
,atalis merupakan suatu zat atau substansi yang dapat mempercepat reaksi -dan
mengarahkan atau mengendalikannya" tanpa terkonsumsi oleh reaksi" namun bukannyatanpa bereaksi. ,atalis bersi#at mempengaruhi kecepatan reaksi" tanpa mengalami perubahan
secara kimiawi pada akhir reaksi. &eristiwa / #enomena / proses yang dilakukan oleh katalis
ini disebut katalisis.
Istilah negative catalyst -atau inhibitor merujuk kepada zat yang berperan
menghambat atau memperlambat berlangsungnya reaksi.
III. KARAKTERISTIK KATALIS
1 ,atalis berperan mempercepat reaksi -meningkatkan kecepatan/laju reaksi
) ,atalis tidak muncul di dalam persamaan stoikiometri reaksi" karena katalis bukanlah
reaktan dan juga bukan produk. 0al berlaku secara umum" kecuali pada kasus reaksi
autokatalitik. ,atalis muncul di dalam mekanisme reaksi" serta muncul -secara langsung
maupun tidak langsung dalam persamaan kecepatan reaksi.
3 ,uantitas atau banyaknya katalis tidak mengalami perubahan selama reaksi berlangsung.
,endatipun demikian" seiring dengan berlangsungnya proses" pada kenyataannya katalis
dapat mengalami perubahan si#atsi#at kimia dan #isika secara irre2ersibel yang
mengarah kepada terjadinya deakti2asi.
* ,omposisi kimiawi suatu katalis tidak berubah pada akhir reaksi.
,atalis dibutuhkan oleh suatu reaksi dalam kuantitas yang sangat sedikit. 4ontoh5 1 gram
katalis logam &t dibutuhkan untuk reaksi penguraian 1(8 liter 0)%).
7/23/2019 Sejarah Dan Perkembangan Katalis
http://slidepdf.com/reader/full/sejarah-dan-perkembangan-katalis 2/27
6 +ika lebih dari 1 -satu reaksi berlangsung secara simultan pada saat yang bersamaan"
maka pada umumnya katalis mempengaruhi arah atau selekti2itas atau spesi#isitas reaksi.
rtinya" katalis bersi#at unik -spesi#ik7 katalis tertentu hanya mempercepat jenis reaksi
tertentu.
,atalis tidak mengubah atau menggeser kesetimbangan reaksi" termasuk semua si#at
termodinamikanya" seperti kecenderungan keberlangsungan reaksi -berdasarkan
perubahan energi bebas 9ibbs reaksi" :9" besarnya panas reaksi -:0" harga tetapan
kesetimbangan reaksi -," dan kon2ersi maksimum reaksi -;e yang dapat dicapai pada
kondisi tertentu. $engan atau tanpa katalis" si#atsi#at termodinamika reaksi tidak
mengalami perubahan. ,atalis hanya berpengaruh terhadap si#at kinetika reaksi.
8 ,atalis tidak memulai berlangsungnya suatu reaksi" tetapi mempengaruhi kecepatan
reaksinya. ,atalis hanya mempromosikan reaksireaksi yang perubahan energi bebas
9ibbs -:9nya berharga negati#. $engan kata lain" katalis tidak mampu mempercepat
suatu reaksi" pada kondisi tertentu" yang secara termodinamika tidak dapat berlangsung.
' ,atalis hanya mempercepat reaksi untuk mencapai kesetimbangan -Bandingkan ) gra#ik pro#il kon2ersi reaksi 2ersus waktu reaksi yang diilustrasikan pada gambar di bawah ini.
<eaksi yang menggunakan katalis jauh lebih cepat mencapai kesetimbangan
dibandingkan dengan reaksi tanpa katalis.
,arena tetapan kesetimbangan reaksi -, yang merupakan perbandingan antara tetapankecepatan reaksi ke kanan terhadap tetapan kecepatan reaksi ke kiri tidak mengalami
perubahan" maka katalis bersi#at mempercepat reaksi dalam kedua arah. rtinya" katalis
yang mempercepat reaksi ke kanan juga akan mempercepat reaksi ke kiri -reaksi balik.
4ontoh5 logam baik digunakan sebagai katalis reaksi hidrogenasi dan sekaligus
dehidrogenasi.
1( ,atalis mempunyai suhu operasi optimum
11 ,atalis dapat teracuni oleh suatu zat dalam jumlah yang sangat sedikit yang disebut
racun katalis. 4ontoh5
7/23/2019 Sejarah Dan Perkembangan Katalis
http://slidepdf.com/reader/full/sejarah-dan-perkembangan-katalis 3/27
,eakti#an katalis dapat diperbesar oleh suatu zat yang disebut pemercepat katalis
-promotor. 4ontoh5 =#isiensi katalis 4u%>n% yang digunakan untuk mengkatalisis
reaksi shi#t con2ersion-4% -g ? 0)% -g @4%)-g ? 0)-g pada proses pembuatan
pupuk urea ditingkatkan melalui penambahan promotor l)%3.
1) &ada reaksireaksi tertentu" terdapat salah satu produk reaksi yang dapat ber#ungsi
sebagai katalis untuk reaksi yang bersangkutan. >at atau produk reaksi ini disebut
autokatalis" sedangkan reaksinya biasa disebut reaksi autokatalitik. 4ontoh5
13 ,atalis yang dapat menghambat atau memperlambat kecepatan reaksi disebut katalis
negati# -atau inhibitor. 4ontoh5
FUNGSI KATALITIK KATALIS
Berdasarkan karakteristik yang telah dijelaskan sebelumnya" maka paling tidak
terdapat ) #ungsi katalis yaitu untuk5
1. Aempercepat reaksi menuju kesetimbangan atau #ungsi akti2itas
). Aeningkatkan hasil reaksi yang dikehendaki atau #ungsi selekti2itas.
alaupun katalis tidak secara permanen terlibat dalam reaksi kimia" namun ketikakatalis melakukan #ungsinya" maka katalis mengalami perubahan baik secara kimiawi
maupun secara #isik yang sangat mempengaruhi kinerja. %leh karena itu terdapat 3 parameter
utama dari kinerja katalis" yaitu5
1. kti2itas" yaitu peran katalis yang berkaitan dengan kemampuannya mempercepat
reaksi"
). Selekti2itas atau spesi#isitas" yaitu peran katalis yang berkaitan dengan
kemampuannya meningkatkan produk yang diinginkan"
3. Stabilitas atau li#etime" yaitu peran katalis yang berkaitan dengan kemampuannya
menahan halhal yang dapat mengarahkan terjadinya deakti2asi katalis.
Cntuk setiap reaksi yang dikatalisisnya" katalis harus mempunyai akti2itas kimia"
selekti2itas" dan stabilitas yang cukup tinggi. &eningkatan akti2itas tersebut memberikan beberapa keuntungan" antara lain5
7/23/2019 Sejarah Dan Perkembangan Katalis
http://slidepdf.com/reader/full/sejarah-dan-perkembangan-katalis 4/27
1. ,ecepatan reaksi yang lebih tinggi untuk kondisi operasi yang sama.
). ,ecepatan reaksi yang sama" tetapi dengan throughput yang lebih tinggi atau ukuran
reaktor yang lebih kecil.
3. ,ecepatan reaksi yang sama pada kondisi yang lebih lunak -berupa suhu atau tekanan
operasi yang lebih rendah" dengan yieldmeningkat" operasi menjadi lebih mudah"
deakti2asi berkurang" dan selekti2itas yang lebih baik.
SEBERAPA BESAR KATALIS DAPAT MEMPERCEPAT REAKSI
Suatu katalis bisa mempercepat reaksi hingga jutaan kali lipat" bahkan bisa lebih.
Ilustrasi5
<eaksi hidrogenasi etilena menjadi etana5 4)0*-g ? 0)-g D4)06-g yang dikatalisis oleh
katalis oksida 4uAg -4u%Ag%. Berdasarkan penelitian" diketahui bahwa kecepatan reaksi
tersebut di atas yang dinyatakan dalam persamaan kinetika reaksi berordesatu terhadap
tekanan parsial gas 0)untuk5
$engan membandingkan kecepatan reaksi tanpa dan dengan katalis 4u%Ag% pada suhu
6(( ," diperoleh5
,atalis mampu meningkatkan keceptan reaksi hingga ± 1(11 kali lipat.
BAGAIMANA KATALIS DAPAT MEMPERCEPAT REAKSI
,atalis dapat mempercepat reaksi dengan cara menurunkan energi akti2asi reaksi. =nergi
akti2asi reaksimerupakan banyaknya energi minimum yang dibutuhkan oleh reaksi agar
reaksi dapat berlangsung. &erhatikan gambar berikut ini -hubungan antara energy o# reacting
particles2ersus reaction pathuntuk kasus reaksi eksotermik5
,eterangan gambar5
=a1 E energi aktivasi reaksi tana kata!is
7/23/2019 Sejarah Dan Perkembangan Katalis
http://slidepdf.com/reader/full/sejarah-dan-perkembangan-katalis 5/27
-compleF atau intermediatesyang mempunyai energi potensial yang tinggi
mengakibatkan kecepatan reaksi yang rendah
=a) E energi aktivasi reaksi "engan kata!is
-barrier energy yang lebih rendah dibandingkan dengan reaksi tanpa katalis
mengakibatkan kecepatan reaksi yang makin tinggi
• :0r Epanas reaksi G 0 reaktan H 0 produk reaksi
&enurunan energi akti2asi reaksi disebabkan oleh terjadinya pembentukan alur atau
mekanisme reaksi yang berbeda -yakni antara reaksi tanpa katalis dan reaksi dengan katalis.
Bahkan" untuk suatu jenis reaksi yang sama" alur atau mekanisme reaksi yang terbentuk
akibat penggunaan suatu katalis tertentu akan berbeda dengan alur atau mekanisme reaksi
yang terbentuk akibat penggunaan katalis yang lain. $engan demikian" katalis hanya bersi#at
memberikan alternati#. Berdasarkan teori keadaantransisi-atau teori kompleks akti#" katalis
mampu menurunkan hambatan energi potensial -potential energy barrieryang harus dilalui
olehreaktanreaktan untuk membentuk produkproduk reaksi.
I#. HUBUNGAN ANTARA KATALIS DENGAN ENERGI AKTI#ASI
$alam suatu reaksi" peran katalis adalah untuk menurunkan energi akti2asi dengan
jalan mengubah mekanisme reaksi" yaitu dengan jalan menambah tahaptahap reaksi. ,atalis
ikut serta dalam suatu tahap reaksi" akan tetapi pada akhir reaksi katalis terbentuk kembali
-+ames =. Brady" 1''(.
4ontoh 5
%)-g ? )S%)-g D ) S%3-g -energi akti2asi tinggi
Setelah ditambahkan gas % yang bertindak sebagai katalis" tahaptahap reaksi menjadi 5
) %-g ? %)-g D ) %)-g -energi akti2asi rendah
) %)-g ? ) S%)-g D ) S%3-g ? )%-g -energi akti2asi rendah
i-s
%)-g ? )S%)-g D )S%3-g
$engan adanya katalis ini" energi akti2asi menjadi lebih rendah" sehingga persentase partikel
yang mempunyai energi lebih besar dari energi akti2asi.
#. JENIS$JENIS KATALIS
Secara umum katalis dibagi menjadi 3 jenis" antara lain5
1. ,atalis 0omogen
Pengertian Kata!is H%&%gen
,atalis homogen adalah katalis yang mempunyai #ase sama dengan reaktan
atau produk. &ada umumnya berupa #ase cair" dengan katalis dan reaktan berada
dalam larutan. &enggunaan katalis homogen ini mempunyai keunggulan" yaitu5
memiliki akti2itas dan selekti2itas yang tinggi" tidak mudah teracuni oleh keberadaan
pengotor" mudah dioperasikan" mudah dimodi#ikasi" mudah untuk dipelajari.
7/23/2019 Sejarah Dan Perkembangan Katalis
http://slidepdf.com/reader/full/sejarah-dan-perkembangan-katalis 6/27
Ke'nt'ngan "an Ke!e&a(an "ari Pengg'naan Kata!is H%&%gen
<eaksi katalisis jenis ini terjadi sangat spesi#ik dan dapat menghasilkan
selekti2itas yang tinggi dan biasanya dapat dilakukan pada kondisi operasi yang tidak
terlalu sulit. alaupun secara operasional reaksi katalisis ini lebih mudah dan lebih
tidak membutuhkan energi" namun katalis homogen ini jarang digunakan dalam
industri. 0al tersebut dikarenakan penggunaan katalis homogen memiliki beberapa
kelemahan diantaranya" yaitu5 mencemari lingkungan karena tidak dapat digunakan
kembali. Selain itu" katalis homogen juga umumnya hanya digunakan pada skala
laboratorium ataupun industri bahan kimia tertentu" sulit dilakukan secara komersil"
karena operasi pada #ase cair dibatasi pada kondisi suhu dan tekanan" sehingga
peralatan lebih kompleks dan diperlukan peralatan tambahan untuk memurnikan
produk dari katalis homogen. ,arena alasanalasan tersebut" katalisis homogen
terbatas penggunaannya di industri" biasanya dalam pembuatan zat kimia khusus"
obatobatan" dan makanan" kecuali pada produksi asam asetat" proses alkilasi ole#in"dan hidro#ormilasi. 4ontoh dari katalis homogen yang biasanya banyak digunakan
dalam produksi biodiesel" seperti basa -a%0" ,%0" asam -04l" 0 )S%*.
,atalis homogen yang sering digunakan dalam kehidupan seharihari ialah
katalis basa dan katalis asam. Banyak reaksi organik yang bersangkutan yang dengan
salah satu katalis tersebut. ,atalis asam bronsted merupakan trans#er ion hidrogen
dari substrat ke basa
; ? 00;? ? ,emudian 0;? bereaksi
<eaksi tersebut merupakan proses primer dalam pelarutan ester" tantomerisasi ketonel"dan in2ersi sukrosa. Sedangkan" katalis basa bronsted merupakan trans#er ion
hidrogen dari substrat ke basa 5
;0 ? B ; ? B0? ,emudian ; bereaksi
<eaksi tersebut merupakan tahap primer dalam isomerasi dan halogenasi senyawa
organik" dan dalam reaksi claisen dan adol.
C%nt%( Reaksi Kata!is H%&%gen
Berikut ini merupakan beberapa contoh dari katalis homogen5Reaksi )erkata!is (%&%gen* +ase gas
4% -g ? J %)-g D4%)-g katalis5 % -g
40340% -g D40*-g ? 4% -g katalis5 uap I)
Reaksi )erkata!is (%&%gen* +ase ,air
41)0))%11? 0)% D4601)%6? 4601)%6 katalis5 asam
4034%%4)0? 0)% D4034%%0 ? 4)0%0 katalis5 asam
Mekanis&e Reaksi Kata!is H%&%gen
Aekanisme pada reaksi berkatalis homogen berlangsung melalui tahaptahap5
1. Kahap pembentukan senyawa kompleks / intermediates -tahap koordinasi
). Kahap penyusunan ulang antara molekulmolekul reaktan dengan ligan katalis-tahap
7/23/2019 Sejarah Dan Perkembangan Katalis
http://slidepdf.com/reader/full/sejarah-dan-perkembangan-katalis 7/27
interaksi ligan" dan
3. Kahap eliminasi produk reaksi
Kinetika Reaksi Kata!is H%&%genPenentuan persamaan kinetika reaksi berkatalis homogen,
berdasarkan mekanismenya, dilakukan dengan cara yang sama (analog)dengan kinetika reaksi homogen dengan berbantuankan hubungan
pendekatan neraca massa katalis.Contoh:
<eaksi enzimatik -berkatalis enzim #ase cair5 .... -L
yang berlangsung dalam reaktor batchisotermal ber2olumetetap.
Aekanisme reaksi yang diperkirakan terjadi untuk reaksi ini5
dengan5
• E reaktan -substrat"
• & E produk reaksi"
• = E enzim"
• = E zat antara -intermediet yang merupakan molekul enzim yang terikat
pada reaktan
Berdasarkan persamaan -L5 r G r G r & .... -LL
Berdasarkan mekanisme reaksi" tahap -ii lambat" sehingga tahap -ii menjadi ta(aenent'
ke,eatan reaksi5 r G r tahap -ii G r& .... -LLL
,ecepatan reaksi tahap -ii5 r G k )M=N .... -1
&endekatan kesetimbangan untuk reaksi tahap -i5 .... -)
eraca massa katalis5 M=(N G M=N ? M=Natau5 M=N G M=(N H M=N .... -3dengan5
M=(N E konsentrasi enzim mulamula
M=N E konsentrasi enzim yang berikatan dengan reaktan pada saat t
M=N E konsentrasi enzim bebas pada saat
Substitusikan -3 ke -)5
7/23/2019 Sejarah Dan Perkembangan Katalis
http://slidepdf.com/reader/full/sejarah-dan-perkembangan-katalis 8/27
.... -*
Substitusikan -* ke -15
A!ikasi Pengg'naan Kata!is H%&%gen "i Bi"ang In"'striIndustri Biodiesel
Biodiesel merupakan bahan bakar yang terdiri dari campuran mono--
alkyl ester dari rantai panjang asam lemak, yang dipakai sebagai alternatif bagi bahan bakar dari
mesin diesel dan terbuat dari sumber terbaharui seperti minyak sayur atau lemak hewan.
Sebuah proses dari transesterifikasi lipid digunakan untuk mengubah minyak dasar menjadi
ester yang diinginkan dan membuangasam lemak bebas. Setelah melewati proses ini, tidak
seperti minyak sayur langsung, biodiesel memiliki sifat pembakaran yang mirip dengan diesel
(solar ) dari minyak bumi, dan dapat menggantikannya dalam banyak kasus
Proses pembuatan biodiesel selama ini dengan alkohol dengan minyak
tumbuhan menggunakan katalis homogen berupa Na! atau "!. Namun
proses pembuatan biodiesel secara kon#esional memiliki beberapa
kelemahan, diantaranya terbentuknya produk samping berupa sabun,
rumitnya pemisahan produk biodiesel yang dihasilkan dengan katalis,.
). ,atalis 0eterogen,atalis heterogen adalah katalis yang #asenya tidak sama dengan reaktan atau
produk. &ada umumnya #ase katalis berupa padatan dan #ase reaksi berupa gas.
&enggunaan katalis ini mempunyai keunggulan" yaitu mudah dipisahkan dari
campuran reaksi dengan cara #iltrasi" tahan dan stabil terhadap suhu relati# tinggi"
ramah lingkungan" tidak bersi#at korosi#" dapat digunakan berulangkali dalam jangka
waktu yang lama" mudah disiapkan dalam bentuk pallet katalis padat" dan
konstruksinya sederhana. Selain itu" katalis heterogen dapat meningkatkan kemurnian
hasil karena reaksi samping dapat dieliminasi. 0ingga tahun 1'8(an5 sekitar '(O
katalis yang digunakan di dalam proses industri kimia berupa katalis heterogen.
7/23/2019 Sejarah Dan Perkembangan Katalis
http://slidepdf.com/reader/full/sejarah-dan-perkembangan-katalis 9/27
Aayoritas dari katalis heterogen ini didasari pada silika" terutam sejak
beberapa riset menunjukkan keuntungan dari penggunaan silika" antara lain5
a ,estabilan yang baik"
b Puas permukaan yang lebih besar"
c Audah dan murah"
d ,emudahan gugus organik dalam menjangkar ke permukaan" untuk menyediakan pusat katalitis -9upta et al" )((8
4ontohcontoh dari katalis heterogen adalah zeolit" 4a%" Ag%" dan resin penukar ion.
Aekanisme katalis heterogen melalui lima langkah" yaitu5 transport reaktan ke katalis"
interaksi reaktanraktan dengan katalis -adsorpsi" reaksi dari spesispesi yang
teradsorpsi menghasilkan proddukproduk reaksi" deadsorpsi produk dari katalis"
transport produk menjauhi katalis.
4ontoh5
,atalis padat Qe untuk &roses 0aber pada pembuatan amonia5
)-g ? 3 0)-g @) 03-g ,atalis padat Qe)%3Bi%) untuk oksidasi amonia pada pembuatan asam nitrat5
* 03-g ? %)-g @* %-g ? 6 0)%-g
,atalis padat i pada hidrogenasi hidrokarbon5
< 140G40< )-l ? 0)-g D< 140)40)< )-l
-minyak tak jenuh -lemak jenuh
,atalis arang -4 pada pembuatan asam khlorida5
0)-g ? 4l)-g D) 04l -g
Mekanis&e Reaksi Kata!is Heter%gen
Aekanisme yang tepat dari katalis heterogen belum dimengerti secara
sempurna. alaupun demikian tersedianya elektron d dan orbital d pada atomatom
permukaan katalis memegang peranan penting. %leh karena itu akti#itas katalisis
heterogen banyak dilakukan pada sejumlah besar unsur peralihan -transisi dan
senyawa H senyawanya. &ersyaratan kunci dalam katalisis heterogen ialah bahwa
pereaksi #ase gas atau larutan diadsorpsi kepermukaan katalis. -Qessenden"1'86.
Kidak semua atom H atom permukaan sama e#ekti#nya sebagai katalis" bagian yang
e#ekti# tersebut disebut sisi akti# katalis.
4ontoh sederhana katalisis heterogen adalah katalis menyediakan suatu
permukaan dimana pereaksipereaksi -atau substrat untuk sementara terjerap. Ikatan
dalam substratsubstrat menjadi lemah sehingga memadai terbentuknya produk baru.
Ikatan antara produk baru dan katalis lebih lemah sehingga akhirnya terlepas.
Aekanisme dari katalis padat dengan reaktan #asa gas" dimana terjadi pembentukan
kompleks reaktan dengan katalis setelah pembentukan produk adalah sebagai berikut 5
1. <eaktan terbawa oleh aliran gas pembawa sampai kepermukaan luar partikel
katalis.
). $i#usi reaktan dari permukaan luar masuk melalui pori dalam partikel katalis.
7/23/2019 Sejarah Dan Perkembangan Katalis
http://slidepdf.com/reader/full/sejarah-dan-perkembangan-katalis 10/27
3. <eaktan diadsorpsi pada sisi akti# katalis sehingga menimbulkan energi
adsorpsi
*. <eaksi pembentukan produk antara permukaan sampai terjadinya produk.
. &roduk didesorpsi dari katalis keluar melalui pori bagian partikel katalis.
6. $i#usi produk menuju permukaan luar partikel katalis.
. &roduk mengikuti aliran gas pembawa.
Kata!is Pen"'k'ng Di)'t'(kan %!e( Kata!is Heter%gen
,atalis heterogen biasanya membutuhkan pendukung -support" karena
pendukung katalis memiliki kekuatan mekanik" tahan panas" mempunyai kerapatan
ruah yang optimal" dan kemampuan pelarutan #ase akti#. &endukung juga
meningkatkan luas permukaan" memiliki pori serta ukuran partikel yang optimal" dan peningkatan #ungsi kimiawi seperti perbaikan akti2itas. &emilihan pendukung
didasarkan pada beberapa hal 5
1. ,einertan
). Si#at mekanik yang diinginkan" termasuk ketahanan terhadap kikisan" kekerasan
dan ketahanan terhadap tekanan.
3. ,estabilan pada kondisi reaksi dan regenerasi.
*. Puas permukaan" diutamakan yang memiliki luas permukaan besar agar
semakin banyak sisi akti# katalis yang terdistribusi.
. &orositas" meliputi ukuran pori ratarata dan distribusi ukuran pori
6. Si#at ekonomis bahan.
Kinetika Reaksi Kata!is Heter%gen
A!ikasi Pengg'naan Kata!is Heter%gen "i Bi"ang In"'stri
1. Industri Pembuatan Amonia
$monia merupakan %at kimia yang digunakan sebagai bahan baku
pada pabrik pupuk dan pabrik bahan peledak. $monia disintesis dari gas
N& dan !& dengan reaksi sebagai berikut:
Pada suhu kamar, reaksi berlangsung lambat. 'ntuk mempercepat lau
reaksi, ke dalam %at pereaksi ditambahkan katalis.
N&( ) *!&( ) +
7/23/2019 Sejarah Dan Perkembangan Katalis
http://slidepdf.com/reader/full/sejarah-dan-perkembangan-katalis 11/27
ambar -. Bagan intesis $monia
Proses sintesis amonia menggunakan katalis ini ditemukan oleh ahli kimia
/erman, 0rit% !aber pada -123 sehingga proses ini dikenal dengan nama
Proses Haber. "atalis yang digunakan adalah logam besi yang merupakan
katalis heterogen. "atalis dapat dibuat lebih akti4 dengan menambahkan
aluminium oksida dan kalium oksida.5i Indonesia, terdapat beberapa perusahaan milik pemerintah
(Bahan 'saha 6ilik Negara7 B'6N) yang memproduksi amonia untuk
digunakan sebagai bahan baku pembuatan pupuk. Perusahaan8
perusahaan tersebut di antaranya, P9 Pupuk "uang di Cikampek, /aa
Barat; P9 Pupuk Iskandar 6uda di Nanggroe $ceh 5arussalam; P9 Pupuk
riiaya di Palembang, umatera elatan; P9 Pupuk "alimantan 9imur diBontang, "alimantan 9imur; P9 Petrokimia di resik, /aa 9imur.
2. Industri Otomotif
as buang mesin merupakan salah satu polusi udara yang paling
besar. leh karena itu digunakanlah catalytic converter yang merupakan
alat yang digunakan sebagai kontrol
emisigas buang yang diletakkan setelah e<haust mani4old pada sistem pe
mbuangan kendaraan bermotor (!usselbee, -1=3)."atalis automoti#e (con
#erter) ini pertama kali didesain pada tahun -1>3 di ' yang bertuuan
untuk mengurangi polusi udara dengan cara mengkon#ersi gaskarbonmonoksida (C), nitrogen oksida (N<) dan hidrokarbon (!C) yang
merupakan gas buang dari reaksi pembakaran bahan bakar yang tidak
sempurna pada kendaraan bermotor (hele4, &222).as karbonmonoksida (C), nitrogen oksida (N<) dan kidrokarbon (
!C) yang merupakan gas buang dari kendaraan pada saat pembakaran
yang sangat merugikan manusia.9erbuangnya gas C yang dapat
mengurangi kadar oksigen dalam lingkungan sehingga bila terhirup
manusia menyebabkan kadar oksigen di dalam darah berkurang.!al ini
disebabkan karena gas C akan lebih mudah bereaksi dengan hemoglobin
(!b) yang mengakibatkan kemampuan darah untuk mentrans4er oksigen
berkurang. elain gas C, gas lain yang uga merupakan hasil
7/23/2019 Sejarah Dan Perkembangan Katalis
http://slidepdf.com/reader/full/sejarah-dan-perkembangan-katalis 12/27
pembuangan pada proses pembakaran adalah gas !C. as !C dapat
menyebabkan iritasi mata, batuk, rasa mengantuk dan bercak kulit.
edangkan gas N< dapat mengganggu sistem perna4asan dan merusak
paru8paru. N< uga dapat bereaksi dengan air membentuk huan asam
dan sangat berbahaya bagi lingkungan (!ardianto, -11=).
"atalis yang digunakan pada alat ini ialah logam8logam mulia,seperti Platinum (Pt), ?hodium (?h), dan Palladium (Pd). @ogam8logam
mulia tersebut mempunyai aktiAtas spesiAk yang tinggi sehingga
menghasilkan kon#ersi yang besar (hele4, &222). Palladium ber4ungsi
sebagai katalis reaksi oksidasi, rhodium digunakan sebagai katalis rekasi
reduksi dan platina dapat melakukan kedua reaksi tersebut (oksidasi dan
reduksi). @ogam lain yang terkadang digunakan alaupun secara terbatas
adalah cerium, besi, mangan, tembaga dan nikel. 5igunakan secara
terbatas karena memiliki produk sampingan yang uga cukup berbahaya.
Nikel dilarang di uni eropa karena reaksinya dengan C menghasilkan
nikel tetrakarbonil. edangkan tembaga dilarang di amerika utara karenamenghasilkan senyaa dioksin.
$da beberapa tahapan pada catalytic con#erter,
a) 9ahap aal dari proses yang teradi pada Catalytic Con#erter adalah
reaksi reduksi.Catalytic con#erter menggunakan platina dan rhodium sebagai
katalis logam pada reaksi reduksi. "etika gas N< (N atau N&)
masuk ke dalam catalytic con#erter, katalis logam akan
mengadsorpsi dan menyimpan atom Nitrogen dan membebaskan
oksigen dalam bentuk gas ksigen (&). $tom Nitrogen yang
tersimpan akan bereaksi dengan atom nitrogen lainnya yang
teradsorpsi pada katalis membentuk gas Nitrogen (N&). ?eaksi yang
teradia dalah sebagai berikut:
&N(g) + N&(g) &(g) atau&N& (g) + N&(g) &&(g)
b) 9ahap kedua dari proses yang teradi pada Catalytic Con#erter
adalah reaksi oksidasi."atalis logam yang digunakan catalytic con#erter untuk
reaksi oksidasi adalah Platina atau Paladium. "atalis logam tersebut
membantu proses pengubahan emisi gas buang seperti gas "arbon
monoksida (C) dan sisa hidrokarbon menadi gas karbondioksida
(C&). ?eaksi yang teradi adalah sebagai berikut:
& C(g) &(g) &C& danC<!y(g) &(g) C& (g) !&(g)
c) 9ahap ketiga adalah sistem kontrol yang mengaasi aliran gas
buang pada catalytic con#erter. In4ormasi yang didapatkan pada
sistem kontrol digunakan untuk mengatur perbandingan laualir udara terhadap bahan bakar yang masuk ke ruang
7/23/2019 Sejarah Dan Perkembangan Katalis
http://slidepdf.com/reader/full/sejarah-dan-perkembangan-katalis 13/27
pembakaran. istem kontrol memungkinkan catalytic con#erter
bekera sedekat mungkin dengan titik stoikiometri (0arrauto, -111) .
6ekanisme reaksi rektan (C, !C dan N<) pada permukaan katalis
mengikuti mekanisme tipe @angmuir8!inselood, di mana masing8masing
reaktan akanteradsorpsi pada permukaan katalis membentuk pusat akti4, kemudian ked
ua pusat akti4 bereaksi pada permukaan menghasilkan produk yang selan
utnya didesorpsi, sebagai contoh adalah reaksi C dan & pada
permukaan katalis Pt menghasilkan molekul C& seperti yang terlihat
padaambar di baah ini (rtl, &22=) .
9ambar ). Aekanisme dsorpsi 4% pada &ermukaan ,atalis &t
-. Industri ,imia
Salah satu katalis heterogen yang paling terkenal yaitu katalis >eolit. ,atalis ini telah
banyak digunakan dalam bidang industri kimia baik sebagai penukar ion" dan pemisahan gas.
0al ini dikarenakan katalis zeolit dapat mengkatalisa beberapa reaksi seperti crakcing"
isomerisasi dan sintesa hidrokarbon. &eran dan akti2itas zeolit dalam mengkatalisa sangatditentukan oleh jumlah dan situs asam yang terdapat pada permukaan. ,arena kekuatan asam
zeolit alam berada pada daerah yang lebar maka selekti2itas katalis menjadi rendah. $engan
demikian perlu dilakukan penyeragaman kekuatan asam katalis yang dapat dilakukan dengan
cara dealuminasi parsial.
,atalis zeolit dapat digunakan dengan beberapa metoda.Aetoda yang paling sering
digunakan untuk mendistribusikan logam i dalam zeolit dilakukan dengan cara impregnasi
dan ion eFchange. &ada metoda ion eFchange" cara memasukkan kation ke dalam kerangka
zeolit dilakukan melalui pertukaran antara kation alkali atau alkali tanah dengan larutan
garam logam prekursor. Bila ion eFchange berlangsung pada zeolit alam" maka dengan cara
menukarkan logam alkali atau alkali tanah dengan ion i)? dan reaksi ini berlangsung pada
temperature 18(o
. Industri Ainyak
7/23/2019 Sejarah Dan Perkembangan Katalis
http://slidepdf.com/reader/full/sejarah-dan-perkembangan-katalis 14/27
6inyak mentah uga dapat diproses melalui metode cracking. 5alam
metode ini, senyaa hidrokarbon rantai panang diubah menadi senyaa
hidrokarbon rantai pendek dengan pemanasan untuk memutuskan ikatan
karbon8karbon.Hidrokarbon akan merengkah jika dipanaskan jika temperaturnya
melebihi 350-400 oC dengan atau tanpa bantuan katalis. Parafin adalah hidrokarbon yang
paling mudah merengkah, disusul dengan senyaa-senyaa naftena. !edangkan senyaa
aromatik sangat sukar merengkah. Proses perengkahan yang terjadi hanya karena
pemanasan dinamakan perengkahan termal "thermal #ra#king$. 'ntuk menghemat
penggunaan panas, maka digunakan katalis dan proses ini dinamakan
catalytic cracking. enyaa yang biasa digunakan sebagai katalis yaitu
%eolit (senyaa kompleks aluminosilikat) dan suhu reaksi adalah sekitar
322RC (lebih rendah daripada tidak menggunakan katalis). "arena
campuran menunukkan si4at seperti liquid (padahal campuran terdiri dari
senyaa gas dan padatan) maka dikenal sebagai fuid catalytic cracking.
?eaksi ini adalah contoh dari reaksi katalisis heterogen (katalis yang
memiliki perbedaan 4asa dengan reaktan). "etika reaksi telah selesai
dilakukan, produk akan dihasilkan dan dipisahkan dengan distilasi.
?eaksi yang teradi adalah :
Aekanisme 5
1. 4atalytic 4racking terjadi melalui pembentukan karbokation dari mokekul yang
berlanjut pada penyerangan molkeul yang lain5
&embentukan karbokation baru dan pemutusan ikatan 44 dari molekul didasarkan pada
kestabilan hiperkonjugasi yang mungkin dalam molekul
,arbokation yang terbentuk bersi#at sangat reakti# dan dapat menyerang para#in atau na#ten
menghasilkan karbokation baru.
<40)40G40) ? -403340 -40334 ? <40)40)403
7/23/2019 Sejarah Dan Perkembangan Katalis
http://slidepdf.com/reader/full/sejarah-dan-perkembangan-katalis 15/27
Senyawa aromatik tersubtitusi alkil dapat bereaksi dalam beberapa mekanisme " salah satunya
pemutusan rantai
2. romatik tersubstitusi alkil dapat menghasilkan karbokation dan senyawaaromatik
. &erpindahan hidrogen -hidrogen shi#t dan perpindahan metil -methyl shi#t dari
karbokation dapat terjadi membentuk produk isomer .
!. $apat terjadi siklisasi pada hidrokarbon rantai panjang
". #ndustri polimer $olimerisasi %iegler-&atta merupakan metode sintetis polimer dengan monomer yang memiliki ikatan
rangkap, termasuk jenis polimerisasi adisi, metode ini sesuai dengan namanya, ditemukan oleh dua
ilmuawan yaitu %iegler dan &atta. $olimerisasi %iegler-&atta menggunakan sistem katalis dan ko-katalis
dalam reaksi polimerisasinya. 'atalis ini merupakan senyawa komplek dari golongan # ### dengan
halida dan turunan logam transisi golongan # ##.'atalis %iegler-&atta biasanya adalah senyawa *i+l sebagai ko-katalis yang digunakan adalah *i+l
dan l(+2")2+l atau *i+l! dengan l(+2"). eaksi antara katalis dan ko-katalis ini akan
menghasilkan suatu komplek yang selanjutnya akan bereaksi dengan molekul propilena. $ada proses
pengakhiran, polimerisasi %iegler-&atta dilakukan dengan menambahkan molekul idrogen akan
memutuskan pertumbuhan rantai polimer.
Polimer Komersial yang Dibuat dengan Katalis Ziegler–Natta
Sekurang-kurangnya ada 1/ polimer yang dibuat meng-gunakan katalis %iegler-
&atta, yaitu0
• Polietilena
• Polipropilena
•"opolimer etilena dan -8alkena
• Polibutena8-
• Polimetilpentena
• PolisiklooleAn
• Polibutadiena
• Poliisoprena
• Poli8al4a8oleAn amor4 ($P$)
• Poliasetilena.
7/23/2019 Sejarah Dan Perkembangan Katalis
http://slidepdf.com/reader/full/sejarah-dan-perkembangan-katalis 16/27
sam sulfat merupakan bahan kimia yang banyak digunakan sebagai bahan baku dan bahan
penolong dalam berbagai industri, sehingga perkembangan pemakaiannya dapat merupakan
indikator bagi perkembangan perindustrian di suatu negara.
$embuatan 2S!dengan proses kontak
$ada tahun 11 seorang ahli kimia berkebangsaan #nggris, $hilips telah berhasil mensintesis
belerang menjadi 2S! sebagai katalis digunakan 2"eaksi yang terjadi 0
S(s) 3 2(g) 4 S2(g)
2 S2(g) 3 2(g) 4 2S(g) 5 6 - 7, '8
Sulfur trioksida diserap ke dalam 79-7: 2S! menjadi oleum (2S29), juga dikenal sebagai
asam sulfat berasap. leum kemudian diencerkan ke dalam air menjadi asam sulfat pekat.
2S! (l) 3 S(g) 4 2S29 (l)
2S29 (l) 3 2 (l) 4 2 2S! (l)
3. BiokatalisBiokatalis atau yang biasa disebut dengan enzim merupakan senyawa protein
berukuran koloid. =nzim biasa dijumpai dalam sistem biokimia dan makhluk hidup. Setiap
enzim mempunyai suhu optimum -suhu operasi ketika akti2itasnya mencapai maksimum.
&eningkatan suhu di atas suhu optimumnya akan mengakibatkan kerusakan enzim -denaturasi
protein.
=nzim atau biokatalis memiliki keunggulan si#at -akti2itas tinggi" selekti2itas dan
spesi#itas sehingga dapat dapat membantu prosesHproses kimia kompleks pada kondisi lunak
dan ramah lingkungan. ,elemahannya antara lain sangat mahal" sering tidak stabil" mudah
terhambat" tidak dapat diperoleh kembali setelah dipakai. 4ontohnya5 enzimenzim dalam
sistem pencernaan tubuh manusia dan enzimenzim dalam tumbuhan. Salah satu Biokatalis
yang telah dilaporkan penggunaanya adalah =nzim lipase -Kriacylglycerol cllydrolases.
=nzim lipase atau enzim pemecah lemak dipakai dalam reaksi pembuatan biodiesel. =nzim itu
dapat mengatalisis" menghidrolisis" serta mensintesis bentuk ester dari gliserol dan asam
lemak rantai panjang seperti halnya minyak goreng dan jelantah.
amun penulis membagi jenis enzim ini kedalam 6 golongan" yaitu 5
/. 0ksi"%re"'ktase adalah jenis enzim yang ber#ungsi pada reaksi <edoks -reaksi reduksi
dan
oksidasi
1. Trans+erase adalah jenis enzim yang mengatalisis reaksi pemindahan atau trans#er suatu
gugus dari suatu senyawa kepada senyawa lain.
-. Hi"r%!ase adalah jenis enzim yang ber#ungsi sebagai katalis pada reaksi hidrolisis
berbagai ikatan" baik pemecahan ester" glikosida" peptide" dll.
. Liase adalah jenis enzim yang ber#ungsi sebagai katalis dalam reaksi pemutusan berbagai
ikatan kimiabaik melalui reaksi hidrolisisa maupun reaksi oksidasi
2. Is%&erase adalah jenis enzim yang ber#ungsi sebagai katalis pada reaksi perubahan
intramolekuler atau isomerisasi sebuah molekul tunggal.
3. Ligase adalah jenis enzim yang menjadi katalisator dalam reaksi penggabungan dua
molekul dengan ikatan ko2alen.
7/23/2019 Sejarah Dan Perkembangan Katalis
http://slidepdf.com/reader/full/sejarah-dan-perkembangan-katalis 17/27
&eranan dari enzim sangat banyak dalam kehidupan manusia terutama dalam tubuh
manusia.Biasanya nama enzim sangat spesi#ik karena dikaitkan dengan jenis substrat yang
diuraikan.&eranan dari enzim beserta golongan dan jenisnya dapat dilihat pada table dibawah
ini.
N% G%!%ngan
En4i&
Jenis En4i& Peranan En4i&
1 ,arbohidrase a. Selulose Aenguraikan selulosa
-polisakaridamenjadi selabiosa
-disakarida
b. milase Aenguraikan amilum
-polisakaridamenjadi maltosa
-disakarida
c. &ektinase Aenguraikan pektin menjadiasam&ektin
d. Aaltose Aenguraikan maltosa
menjadi9lukosa
e. Sukrose Aengubah sukrosa menjadi
glukosadan #ruktosa
#. Paktose Aengubah laktosa menjadi
glukosadan galaktosa
) &rotease a. &epsin Aemecah protein menjadi
pepton
b. Kripsin Aenguraikan pepton menjadiasammino
c. =ntrokinase Aenguraikan pepton menjadi
asammino
d. &eptidase Aenguraikan peptida menjadi
asammino
e. <enin Aenguraikan kasein dan susu
#. gelatinase Aenguraikan gelatin
3 =sterase a. Pipase Aenguraikan lemak
menjadigliserol dan asam lemak b. Qostatase Aenguraikan suatu ester
hinggaterlepas asam #os#ornya
A!ikasi Pengg'naan Bi%kata!is "i Bi"ang In"'stri
7/23/2019 Sejarah Dan Perkembangan Katalis
http://slidepdf.com/reader/full/sejarah-dan-perkembangan-katalis 18/27
/. In"'stri R%ti
,atalis yang digunakan dalam pembuatan roti adalah enzim zimase yang
merupakan biokatalis. &enambahan zimase dilakukan pada proses peragian atau
pengembangan roti. <agi ditambahkan ke dalam adonan sehingga glukosa dalam
adonan terurai menjadi etil alkohol dan karbon dioksida. &enguraian ini
berlangsung dengan bantuan enzim zimase yang dihasilkan ragi.
&ada proses ini" 4%) ber#ungsi mengembangkan adonan roti. Banyaknya
rongga kezil yang terdapat pada roti merupakan bukti terjadinya gelembung 4% )
saat peragian.
K0MP0NEN$K0MP0NEN KATALIS
,atalis dibentuk dari komponenkomponen yang dapat menunjang si#at katalis yang
diharapkan" seperti akti#" selekti#" panjang usia -stabil terhadap gangguan #isika" kimia"
termal" dan mekanik" dan murah.
,husus untuk katalis heterogen" pada kondisi tertentu dibutuhkan si#atsi#at lain
seperti5 kondukti2itas termal yang tinggi serta kemampuan menghasilkan distribusi aliran
yang merata dan pressure drop yang rendah di sepanjang unggun -bed. Cntuk memenuhi
si#atsi#at tersebut di atas" pada umumnya katalis padat dibentuk dari tiga komponen utama
sebagai berikut 5
/. K%&%nen 5ata' +asa6 akti+
&ada katalis" #asa akti# adalah pengemban #ungsi utama katalis yang bertanggung
jawab terhadap prinsip jalannya reaksi" yaitu mempercepat dan mengarahkan reaksi.
&emilihan komponen akti# adalah langkah pertama yang harus dilakukan dalam
perancangan suatu katalis. Qasa akti# yang banyak digunakan pada umumnya berupa
metal" oksida logam" maupun sul#ida metal. ,adangkadang material ini digunakan
secara luas pada permukaan sebuah penyangga dan presentasi metal sebagai #asa akti#
tersebut mungkin saja hanya sekitar 1O. &engelompokan #asa akti# katalis disajikan
dalam tabel berikut5
7/23/2019 Sejarah Dan Perkembangan Katalis
http://slidepdf.com/reader/full/sejarah-dan-perkembangan-katalis 19/27
1. Pen7angga 5s'%rt ata' ,arrier6
&enyangga katalis memiliki berbagai #ungsi. amun #ungsi utama dari penyangga
adalah untuk menyediakan luas permukaan yang besar bagi inti akti#. 4ontohnya adalah
platina yang merupakan katalis logam pada berbagai proses katalisis akan memiliki
akti2itas yang tinggi apabila luas permukaan platinumnya ditingkatkan dengan bahan
penyangga.
Qungsi lain dari penyangga adalah sebagai permukaan yang stabil dimana inti
akti# terdispersi sedemikian rupa sehingga sintering -penggumpalan/ pertumbuhan
kristal dapat dikurangi. $engan demikian penyangga harus tahan terhadap pertumbuhan
kristal dikarenakan panas" yang artunya harus memiliki titik lebur yang tinggi atau
minimal lebih tinggi daripada titik lebur inti akti#. Senyawa oksida yang memiliki titik
lebur tinggi sehingga biasa digunakan sebagai penyangga diperlihatkan pada tabel
berikut5
Support
Dl)%3
Si%)
,arbon kti# Kanah Piat $iatom
Si%) l%3
&enyangga yang baik memiliki porositas" si#atsi#at mekanik" kestabilan" akti2itas
#ungsional ganda" dan modi#ikasi komponen akti# yang tinggi.
Pr%&%t%r
7/23/2019 Sejarah Dan Perkembangan Katalis
http://slidepdf.com/reader/full/sejarah-dan-perkembangan-katalis 20/27
&ada kebanyakan industri" katalis yang digunakan mengandung promotor dan
umumnya berupa promotor kimia. &romotor kimia digunakan dalm jumlah kecil dan
promotor tersebut mempengaruhi kimia permukaan. Qungsi promotor dapat
meningkatkan akti2itas" selekti2itas" dan kestabilan katalis. &romotor yang digunakan
dalam jumlah yang relati# sedikit pada katalis. Bahan yang digunkan sebagai promotor diantaranya 4a% dan , )%. Selain itu" #ungsi promotor pada komponen akti# ialah
sebagai elektronik" mor#ologi" poisoning. Sedangkan" #ungsi pada penyangga ialah
struktural" inhibisi akti2itas" promosi akti2itas.
PEMBUATAN KATALIS
9uuan utama dari suatu metode preparasi adalah untuk mendistribusikan
4asa akti4 (metal) dengan cara yang paling e4esien (misalnya dalam bentuk
terdispersi, yaitu untuk memperoleh luas permukaan spesiAk yang besar dan uga akti#itas maksumumum persatuan berat dari senyaa akti4) pada
permukaan padatan penyangga. ecara garis besar pembuatan katalis yang
biasa digunakan:
-. Proses pembuatan katalis dengan impregnasiImpregnasi merupakan metode deposisi yang paling sederhana dan
simpel dilakukan dengan cara perendaman. 9uuannya adalah untuk
memenuhi pori dengan konsentrasi yang cukup untuk memberikan loading
yang tepat. @arutan dibuat dalam umlah yang cukup untuk mengisi pori
dan hasrus didasarkan pada perhitungan #olume pori pada preparasi
oksida tunggal, hanya saa larutan garam logam tidak mengalami
perlakuan pemanasan. Partikel penyangga dimasukkan dalam larutan
garam logam dan setelah larutan mengisi pori penyangga, dilakukan
pengeringan dan kalsinasi. $pabila loading yang dikehendaki belum
terpenuhi, maka dilakukan perendaman penyangga lagi untuk pengisian
pori kembali sampai loading terpenuhi. 5engan demikian, metode ini
memberikan loading sebesar #olume pori yang tersedia.6enurut teknik pembuatannya, preparasi katalis dengan metode
impregnasi dibagi menadi dua, yaitu:a) Impregnasi Basah
Pada metode ini penyangga dibasahi dengan seumlahlarutan yang mengandung senyaa logam yang sesuai dengan
#olume pori8pori penyangga. etelah itu, dikeringkan. "euntungan
cara ini adalah proses pembuatannya sederhana, murah, dan
pemuatan logam dapat dilakukan berulang kali. edangkan
kelemahannya adalah umlah logam yang terimpregnasi sangat
tergantung pada kelarutan senyaa logam tersebut.
b) Impregnasi ?endamPada metode ini penyangga dicelupkan dalam suatu larutan
senyaa logam. @arutan diaduk selama beberapa aktu tertentu,
disaring dan hasilnya dikeringkan. edangkan cairan induknya
dapat diman4aatkan kembali. Cara ini sering digunakan pada enis
7/23/2019 Sejarah Dan Perkembangan Katalis
http://slidepdf.com/reader/full/sejarah-dan-perkembangan-katalis 21/27
prekursor yang berinteraksi dengan penyangga. ecara industri,
proses ini lebih mahal karena produkti#itas tendah dan sistem daur
ulang cairan induknya cukup rumit.
&. Proses pembuatan katalis dengan presipitasiecara umum prosedur presitisipasi adalah mengontakkan larutan
garam logam dengan larutan alkali, ammonium hidroksida, atau natrium
karbonat untuk mengendapkan logam hidroksida atau logam karbonat.
5asar pemilihan senyaa yang akan digunakan dalam metode presiptitasi
berdasarkan pada kemudahan perolehannya dan si4at kelarutannya dalam
air. Berikut ini tahap pembuatan katalis dengan metode presipitasi:
7/23/2019 Sejarah Dan Perkembangan Katalis
http://slidepdf.com/reader/full/sejarah-dan-perkembangan-katalis 22/27
*. Proses pembuatan katalis dengan adsorpsiPenyangga yang berada pada larutan garam logam akan
mengadsorpsi seumlah ion garam dan mengalami kesetimbangan
mengikuti aturan adsorpsi isotermis. $dsorpsi merupakan metode
merupakan metode yang dipilih untuk mendeposisikan inti akti4.
E. Proses pembuatan katalis dengan pertukaran ionPertukaran ion pada preparasi katalis sangat serupa dengan
adsorpsi, akan tetapi masuknya inti akti4 melibatkan teradinya pertukaran
ion antara inti akti4 dengan ion yang telah berikatan kimia di permukaan
katalis. Pertukaran ion selain bertuuan untuk memasukkan inti akti4 uga
berguna dalam menghilangkan senyaa berbahaya dan dapat uga
menambah promoter. "arena pertukaran ion hanay dapat teradi antara
inti akti4 yang dimasukkan dengan ion yang terikat secara kimia oleh
katalis, maka loading yang dicapai sangat kecil tergantung dengan umlah
ion yang dapat dipertukarkan yang biasanya kurang dari -F dari berat
katalis.
DEAKTI#ASI KATALIS
Seiring dengan berlangsungnya proses" katalis dapat mengalami perubahan si#at kimia
dan #isika secara re2ersibel maupun ire2ersibel yang mengarah kepada terjadinya penurunan
-atau kehilangan akti2itasnya. Semua katalis akan mengalami penurunan -atau kehilangan
akti2itasnya sepanjang waktu penggunaan -time on stream" K%S. &eristiwa inilah yang
dinamakan deakti2asi. $eakti2asi re2ersibel bersi#at sementara" sehingga katalis dapat
7/23/2019 Sejarah Dan Perkembangan Katalis
http://slidepdf.com/reader/full/sejarah-dan-perkembangan-katalis 23/27
diakti#kan kembali dan diregenerasi7 sedangkan deakti2asi ire2ersibel bersi#at permanen"
sehingga harus dilakukan penggantian katalis baru.
&roses deakti2asi dapat berlangsung5 sangat cepat" seperti pada kataliskatalis perengkahan
-cracking hidrokarbon" atau sangat lambat" seperti pada katalis besi promoted untuk reaksi
sintesis amonia" yang dapat digunakan selama beberapa tahun tanpa kehilangan akti2itas
secara berarti -signi#ikan.
$eakti2asi katalis dapat mempengaruhi kinerja reaktor. &enurunan jumlah active sites katalis
dapat menurunkan akti2itas katalitiknya. ,atalis yang telah terdeakti2asi harus diregenerasi
atau bahkan diganti secara periodik. $engan mengetahui halhal yang dapat menyebabkan
deakti2asi" bagaimana deakti2asi dapat mempengaruhi per#orma katalis" bagaimana
mencegah terjadinya deakti2asi" serta bagaimana meregenerasi katalis yang telah
terdeakti2asi" maka persoalan deakti2asi ini dapat diminimasi.
da 3 macam penyebab deakti2asisecara garis besar" yakni5
1. Qouling -pengerakan"
). &oisoning -peracunan" dan
3. Sintering.
A. F0ULING 5PENGERAKAN6
$eakti2asi katalis akibat pengerakan pada umumnya berlangsung cepat.
&engerakan terjadi jika ada zatzat dalam reaktor -bisa reaktan" produk" atau
intermediet terdeposit di atas permukaan katalis dan menutup poripori -atau acti2e
sites katalis secara #isik. ,arbon -coke/kokas merupakan bentuk kerak yang paling
umum" dan proses pembentukannya dinamakan coking. Aisalnya" pembentukan
coke-4 pada reaksi perengkahan hidrokarbon dengan katalis silikaalumina5
41(0)) D401)? 4*01(? 4-s
Bentuk coke yang terbentuk bergantung kepada jenis katalis" suhu" dan tekanan
parsial senyawasenyawa karbonnya. Beberapa hal yang dapat dilakukan untuk
meminimasi coking5
mengoperasikan reaktor dengan waktu tinggal yang singkat
menambahkan hidrogen ke dalam aliranproses" untuk mengkon2ersi karbon
-#ase gas menjadi metana meminimasi suhu upstreamdari unggun -bed katalis" karena karbon -#ase gas
kurang mudah terbentuk pada suhu rendah.
B. P0IS0NING 5PERACUNAN6
$eakti2asi katalis akibat peracunan pada umumnya berlangsung lambat.
&eracunan disebabkan oleh adsorpsi kimia -chemisorption zatzat dalam aliran
proses. >atzat ini kemudian menutup atau memodi#ikasi acti2e sites pada katalis.
<acun dapat menyebabkan perubahan mor#ologi permukaan katalis" baik melalui
rekonstruksi permukaan maupun relaksasi permukaan atau memodi#ikasi ikatan antara
katalis logam dengan supportnya. >at yang bisa menjadi racun pada umumnya adalah
7/23/2019 Sejarah Dan Perkembangan Katalis
http://slidepdf.com/reader/full/sejarah-dan-perkembangan-katalis 24/27
pengotor -impurity dalam aliran umpan" namun produk dari reaksi yang diinginkan
pun bisa berperan sebagai racun. da 3 jenis utama racun" yaitu5
1. Aolekulmolekul dengan heteroatom yang reakti# -misal5 sul#ur
). Aolekulmolekul dengan ikatan kompleks antar atom -misal5 hidrokarbon tak
jenuh
3. Senyawasenyawa logam atau ionion logam -misal5 0g" &d" Bi" Sn" 4u" Qe
Koksisitas sebuah racun & ditentukan oleh besarnyaperubahan entalpi adsorpsi
racun & dan perubahan energi bebas proses adsorpsi" yang menentukan besarnya
konstanta kesetimbangan adsorpsi kimia oleh racun & -,&.Qraksi permukaan katalis
yang tertutupi oleh racun & yang teradsorp secara re2ersibel -T& dapat dihitung
menggunakan isoterm adsorpsi Pangmuir5
dengan5
, E konstanta kesetimbangan adsorpsi reaktan
,& E konstanta kesetimbangan adsorpsi racun &
p E tekanan parsial reaktan
p& E tekanan parsial racun &
kti2itas katalis yang tersisasebanding dengan #raksi permukaan katalis yang tidak
tertutupi oleh racun -yaitu sebesar 1T&. Ikatan antara racun dengan katalis-atau
supportkatalis dapat berlangsung lemah atau kuat. +ika ikatannya kuat" peracunan
akan mengakibatkan terjadinya deakti2asi yang ire2ersibel. amun jika ikatannya
sangat lemah" deakti2asi katalis yang teramati dapat dibalikkan dengan cara
mengeliminasi -menghilangkan pengotor -racun dari aliran umpan.
<acun katalis dapat dihilangkan dengan cara5
&emisahan secara #isik" atau
Kreatmentkimia" untuk mengkon2ersi zat racun menjadi senyawasenyawa yang
nontoksik" yaitu dengan oksidasi -untuk jenis racun 1 dan hidrogenasi -untuk
jenis racun ).
+ika produk reaksi dapat berperan sebagai racun"maka reaktor harus dioperasikan
pada tingkat kon2ersi yang rendah" dan/atau memisahkan produk tersebut secara
selekti# pada tahap intermediet -untuk jenis reaktor multitahap.
C. SINTERING
$eakti2asi katalis akibatsinteringdisebabkan olehpertumbuhan atau
aglomerasi kristal yang akan mengubah struktur kimia katalis atau supportnya.
Structural rearrangementyang teramati selama sintering mengakibatkan penurunan
7/23/2019 Sejarah Dan Perkembangan Katalis
http://slidepdf.com/reader/full/sejarah-dan-perkembangan-katalis 25/27
luas permukaan katalis" dan karenanya mengakibatkan penurunan banyaknya acti2e
sites katalis secara ire2ersibel.
&ada umumnya sinteringberlangsung jikasuhu lokal katalis melampaui
sepertiga hingga setengah dari suhu leleh -meltingpoint" Kmnya. Batas atas suhu
-yaitu J Km diterapkan pada kondisi !kering!" sedangkan batas bawah suhu -yaitu1/3 Km diterapkan jika ada steam/kukus/uap dalam aliran proses. 0al ini dikarenakan
steam memudahkan terjadinya reorganisasi beberapa logam" alumina" dan silika.
Berikut adalah da#tar beberapa katalis logam dengan suhu sinteringnya.
Cntuk mencegah terjadinya sintering -dan/atau proses aglomerasi kristal"
katalis biasanya dimodi#ikasi melalui penambahan komponen stabilizer yang
mempunyai titikleleh tinggi. Beberapa contoh5
• 4hromia" alumina" dan magnesia -yang mempunyai titik leleh tinggi sering kali
ditambahkan sebagai stabilizerpada katalis logam.
• Sintering platinum dapat dicegah dengan menambahkan sejumlah kecil senyawa
senyawa terklorinasi ke dalam aliran gas. $alam hal ini" klorin berperan
meningkatkan energi akti2asi proses sintering" sehingga kecepatan
sinteringmenjadi turun.
KECEPATAN DEAKTI#ASI KATALIS
kti2itas katalis setiap saat -a dapat dide#inisikan sebagai5
,eterangan5
kU E konstanta kecepatan reaksi
4 E konsentrasi reaktan n E orde reaksi -terhadap konsentrasi reaktan
7/23/2019 Sejarah Dan Perkembangan Katalis
http://slidepdf.com/reader/full/sejarah-dan-perkembangan-katalis 26/27
kd E konstanta kecepatan deakti2asi
4i E konsentrasi racun -penyebab deakti2asi
m E orde reaksi -terhadap konsentrasi racun
d E orde deakti2asi
Ke,eatan "eaktivasi 'nt'k )e)eraa 8enis "eaktivasi )er"asarkan &ekanis&en7a5
. $eakti2asi paralel" yaitu jika salah satu produk yang terbentuk dari sistem reaksi
paralel -competiti2e berperan sebagai racun katalis -&
DB ? &atau5 DB dan D &
,ecepatan deakti2asinya5
B. $eakti2asi seri" yaitu jika salah satu produk yang terbentuk dari sistem reaksi
seriberperan sebagai racun katalis -&
D B D &
,ecepatan deakti2asinya5
4. $eakti2asi samping -side by side" yaitu jika salah satu produk yang terbentuk darisistem reaksi paralel -noncompetiti2e atau side by sideberperan sebagai racun
katalis-&
DB dan 4 D &
,ecepatan deakti2asinya5
$. $eakti2asi independent" yaitu jika deakti2asi bukan disebabkan oleh racun melainkan
oleh suhu atau tekanan tinggi. $eakti2asi ini mengakibatkan katalis mengalami perubahan struktur atau perubahan komposisi kimiawinya.
,ecepatan deakti2asinya5
REGENERASI KATALIS
7/23/2019 Sejarah Dan Perkembangan Katalis
http://slidepdf.com/reader/full/sejarah-dan-perkembangan-katalis 27/27
kti2itas katalis yang telah terdeakti2asi dapat dipulihkan kembali" secara parsial
maupun sempurna" melalui treatment kimia. &roses regenerasi yang berlangsung lambat
dapat disebabkan oleh meningkatnya batasan termodinamika atau tahanan di#usi akibat
menutupnya poripori katalis. &eningkatan tahanan di#usi ini akan menurunkan e##ecti2eness
#actorkatalis. Aeskipun kecepatan desorpsi pada umumnya meningkat pada suhu tinggi"namun pengontakan katalis dengan aliran gas bersuhu tinggi untuk jangka waktu lama dapat
memicu terjadinya sintering dan hilangnya akti2itas katalis secara ire2ersibel. $eakti2asi
katalis karena peracunan dan pengerakan akan berlangsung ire2ersibel" jika zatzat penyebab
deakti2asi tersebut tidak dapat digasi#ikasi pada suhu di bawah suhu sinteringnya.
4ontohcontoh kasus regenerasi katalis5
1. Cntuk katalis yang teracuni oleh sul#ur" ikatan logamsul#ur biasanya diputuskan
dengan menambahkan steam. 4ontohnya" pada katalis logam nikel5
iS ? 0)% Di% ? 0)S V -i
0)S ? ) 0)% GS%)? 3 0)V -ii
,esetimbangan reaksi -ii yang menggeser 0)S dicapai pada suhu yang sangat
tinggi -((o4. rtinya" sintering katalis menjadi persoalan -karena suhu
sinteringi W((o4. Selain itu" S%) biasanya merupakan racun untuk beberapa
katalis. +ika sinteringatau peracunan oleh S%) menghalangi treatmentregenerasi
dengan steam" maka sul#ur yang terdeposit pada katalis i biasanya dipisahkan
dengan cara melewatkan aliran gas yang bebassul#ur pada katalis" pada suhu
sedang" selama periode waktu tertentu.
). <egenerasi katalis yang terdeakti2asi oleh cokebiasanya dilakukan dengan proses
gasi#ikasi menggunakan oksigen" steam" hidrogen" atau karbon dioksida5
4 ? %) D4%)............. -iii
4 ? 0)% D4% ? 0)... -i2
4 ? ) 0) D40*........... -2
4 ? 4%) D) 4% ........ -2i
<eaksi -iii berlangsung sangat eksotermik sehingga dapat menghasilkan suhu
lokal yang tinggi di dalam katalis. %leh karena itu" suhu harus benarbenar
dikontrol untuk mencegah terjadinya sintering.
Cnsurunsur transisi beserta senyawanya banyak digunakan sebagai katalis" misalnya5 &t" i"
Qe" 0gS%*" X)%" dan An%).