PREPARATION AND CHARACTERIZATION Ni-Mo/MONTMORILLONITE AS A CATALYST IN CRACKING PROCESS
Preparasi dan Karakterisasi Ni-Mo/Monmorillonit sebagai Katalis pada Proses Cracking
Putri Sopiarini 1 , Firdaus 2 , Paulina Taba 2
1 Departement of Chemistry, Faculty of Science, University of Hasannudin, Jl. Perintis Kemerdekaan 90245, Makassar-Indonesia
2 Department of Chemistry, Faculty of Mathematics and Natural Sciences, University of Hasanuddin, Jl. Perintis Kemerdekaan 90245, Makassar-Indonesia
Received:  Juni 2015 Published: July 2015

## ABSTRACT
This research is aims to prepare and characterization of montmorillonite intercalated Ni-Mo as a catalyst in the cracking  process.  Preparation  is  do  by  extracting  monmorillonite  of  bentonite  by  decantation  method. Monmorillonite  synthesized  with  NaCl  to  obtain  Na-monmorillonite.  Ni-Mo/monmorillonite  obtained  by dissolving  ammonium  hepta  molybdate  (NH 4 ) 6 Mo 7 O 24 .4H 2 O)  with  distilled  water  and  refluxed  with  Na- monmorillonite  for  6  hours  and  dried  at  a  temperature  of  120 o C.  Furthermore,  nickel  nitrate  hexahydrate (Ni(NO 3 ) 2 .6H 2 O) is dissolved in distilled water and refluxed with Mo-monmorillonite for 6 hours and dried at a temperature of 120 o C. Ni-Mo/monmorillonite obtained is then calcined at a temperature of 600 o C for 4 hours to activate and eliminate the remnants of organic materials. Characterization of Ni-Mo/monmorillonite do by XRD, XRF  and  SEM.  Characterization  by  XRD  showing  the  change  in  the  content  of  monmorillonite,  Na- monmorillonite,  and  Ni-Mo/monmorillonite.  Characterization  by  XRF  confirms  the  success  of  the  creators  do with  increasing  metal  content  of  Ni  and  Mo  in  monmorillonite  replace  the  position  of  the  metal  Na. Characterization  by  SEM  showed  highly  significant  differences  in  morphology  of  montmorillonite,  Na- monmorillonite and Ni-Mo-monmorillonite.
Keywords : Montmorillonite, Ni-Mo/montmorillonite, intercalated, catalyst, characterization.

## PENDAHULUAN
Minyak  jelantah  adalah  minyak  limbah  yang berasal  dari  jenis-jenis  minyak  goreng  seperti halnya  minyak  jagung,  minyak  sayur,  minyak samin  dan  sebagainya.  Minyak  ini  merupakan minyak  bekas  pemakaian  dan  umumnya  dapat digunakan  kembali  untuk  keperluan  kuliner. Akan  tetapi  bila  ditinjau  dari  komposisi kimianya, minyak jelantah mengandung senyawa-senyawa  yang  bersifat  karsinogenik yang  terbentuk  selama  proses  penggorengan. Pemakaian  minyak  jelantah  yang  berkelanjutan dapat  merusak  kesehatan  manusia  dan  dapat mengurangi  kecerdasan  generasi  berikutnya (Ardiana dkk., 2009).
Salah  satu  cara  yang  dilakukan  untuk menangani  limbah  minyak  jelantah  adalah dengan  mengkonversi  minyak  tersebut  menjadi bahan  bakar  alternatif  biodiesel.  Biodiesel dihasilkan    dari    reaksi    trigliserida  dengan
alkohol    yang  menggunakan  katalis  basa  pada suhu dan komposisi tertentu, sehingga dihasilkan dua    zat    yang    disebut    alkil    ester    (umumnya metil    ester    atau    sering    disebut  biodiesel)  dan gliserol (Zhang dkk., 2003).
Biodiesel  merupakan  bahan  bakar  dengan fraksi  berat  yang  masih  memungkinkan  untuk menghasilkan  emisi  pembakaran  yang  dapat mencemari lingkungan. Oleh karenanya, biodiesel  masih  bisa  dikonversi  menjadi  fraksi yang  lebih  ringan  melalui  proses  perengkahan ( cracking ).
Cracking merupakan  proses  pemecahan molekul  karbon  rantai  panjang  menjadi  molekul karbon  yang  lebih  ringan  atau  pendek.  Proses cracking dapat  berlangsung  baik  dengan  adanya bantuan katalis yang berfungsi untuk menurunkan penggunaan energi dalam pemutusan  rantai karbon pada biodiesel (Dupain dkk.,  2007).  Katalis  yang  digunakan  dalam proses cracking merupakan  katalis  yang  stabil
pada  suhu  tinggi  dan  mudah  dipisahkan  dari produk,  misalnya  katalis  heterogen  yang  terdiri atas material aktif (logam) dan bahan penyangga seperti  lempung  ( metal-supported  catalyst ). Dalam sistem katalis logam-pengemban , lempung juga mempunyai aktivitas katalitik yang tinggi,  menyebabkan  katalis  tidak  mudah menggumpal,  mempunyai  porositas  yang  luas, serta stabil terhadap suhu tinggi (Liu dkk., 2006).
Salah  satu  jenis  lempung  yang  memiliki kandungan utama mineral smektit (montmorillonit)  dengan  kadar  80-90%  adalah bentonit.  Lempung montmorillonit adalah silikat berlapis  dan  merupakan  pendukung  reagen anorganik  yang  digunakan  sebagai  katalis  yang efisien  dan  serbaguna  di  dalam  sintesis  organik (Kaur  dan  Kishore,  2012).  Namun  pada umumnya mineral lempung tidak tahan terhadap suhu  tinggi  karena  adanya  kandungan  unsur- unsur alkali (Yelmida dkk., 2012).
Pengembanan  logam  transisi  dalam  lempung monmorillonit dikenal dengan istilah  interkalasi. Metode  ini  akan  memperbesar  pori  material karena  interkalan  akan  mendorong  lapisan  atau membuka  ruang  antar  lapis  untuk  megembang. Di  antara  logam-logam  transisi  yang  biasanya digunakan  sebagai  promotor  dan  fasa  aktif katalis  ialah  Ni  dan  Mo.  Menurut  Siswodiharjo (2006),  keberadaan  logam  transisi  Ni  dan  Mo akan  meningkatkan  keasaman  katalis.  Logam- logam  transisi  tereduksi  menjadi  logam  yang bersifat  asam  karena  kedua  logam  memiliki elektron yang belum berpasangan pada orbital d. Keasaman  total  katalis  akan  meningkatkan aktivitas  katalis  karena  semakin  banyak  situs asam  Lewis  (menerima  pasangan  elektron)  di dalam bangun katalis.
Berdasarkan  latar  belakang  di  atas,  maka dilakukan  penelitian  preparasi  dan  karakterisasi Ni-Mo/monmorillonit  sebagai  katalis  dalam proses cracking.

## METODOLOGI

## Bahan
Bahan  yang  digunakan  diantaranya  lempung mineral  bentonit  teknis,  Ni(NO 3 ) 2 .6H 2 O  p.a.  (E. Merck),  (NH 4 ) 6 Mo 7 O 24 .4H 2 O  p.a.  (E.  Merck), akuades, NaCl 1 M, AgNO 3 (E. Merck).

## Alat
Alat  yang  digunakan  adalah  XRD  ( Philips Expert , sumber radiasi Cu Kα (= 1,5405)) untuk
menganalisis  struktur  kristal  katalis,  SEM  ( Jeol JSM 6360 LA )  untuk  melihat  profil  permukaan katalis,  neraca  analitik  ( Mettler  Toledo ), rotary evaporator ( Heizbad Hei-VAP ), corong buchner , hot  plate ( Cimarec ),  ayakan  100  dan  200  mesh, kertas  saring  Whatmann  no.  40  dan  42,  oven ( Gen Lab ), dan beberapa peralatan gelas ( pyrex ).

## Prosedur Kerja

## A. Preparasi Bentonit
Bentonit  yang  diperoleh  dari  PT.  Intraco Makassar digerus dan diayak dengan menggunakan  pengayak  100  mesh,  kemudian dipanaskan  di  dalam  oven  pada  suhu  105 o C selama 2 jam.

## B. Fraksinasi Sedimentasi Bentonit
Sebanyak  100  gram  bentonit  dimasukkan  ke dalam  gelas  kimia  dan  ditambahkan  2  liter akuades. Campuran tersebut diaduk dengan stirer selama  30  menit  kemudian  didiamkan  selama  5 menit.  Endapan  yang  terbentuk  dipisahkan dengan  dekantasi  (F1).  Suspensi  sisa  fraksi  satu didiamkan  kembali  selama  2  jam  dan  pisahkan dengan dekantasi (F2) yang kemudian dikeringkan  di  dalam  oven  pada  suhu  105 o C selama 3 jam.

## C. Sintesis Na-Monmorillonit
Sebanyak 50 gram bentonit F2 disuspensikan ke  dalam  900  mL  larutan  NaCl  1  M.  Campuran diaduk  dengan  stirer  selama  6  jam,  dan didiamkan pada suhu kamar. Campuran didekantasi  dan  endapannya  diambil.  Endapan tersebut  didispersikan  kembali  dengan  600  mL NaCl  1  M  dan  diaduk  kembali  dengan  stirer selama 6 jam, lalu endapan didekantasi. Endapan yang  dihasilkan  dicuci  dengan  akuademineral beberapa  kali  sampai  filtrat  tidak  menghasilkan endapan  putih  AgCl.  Setelah  dicuci,  endapan dikeringkan di dalam oven pada suhu 110–120 o C selama 4 jam.

## D. Interkalasi Logam Ni dan Mo
Proses interkalasi dimulai dengan melarutkan (NH 4 ) 6 Mo 7 O 24 .4H 2 O  sebanyak  0,5  %  di  dalam 500  ml  akuades.  Setelah  bercampur,  masukkan 100 gram Na-monmorillonit ke dalam campuran dan  direfluks  pada  suhu  60 o C  selama  6  jam. Kemudian  campuran  disaring,  endapan  yang diperoleh dicuci dengan akuades serta
dikeringkan  di  dalam  oven  pada  suhu  120 o C selama 6 jam.
Larutkan  0,5%  Ni(NO 3 ) 2 .6H 2 O  di  dalam  500
mL akuades. Memasukkan sampel
Mo/monmorillonit  yang  telah  didapat  pada proses  interkalasi  pertama  dan  direfluks  pada suhu  90 o C  selama  6  jam.  Kemudian  campuran disaring  untuk  memisahkan  antara  filtrat  dengan endapan.  Endapan  yang  didapat  dicuci  kembali dan dikeringkan di dalam oven pada suhu 120 o C selama 6 jam. Endapan yang didapat merupakan katalis  NiMo/monmorillonit  yang  selanjutnya digerus  dan  diayak  menggunakan  pengayak  200 mesh serta dikalsinasi pada suhu 600 o C selama 4 jam.

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## A. Preparasi,  Interkalasi,  dan  Karakterisasi Ni-Mo/Monmorillonit
Metode  preparasi  dan  interkalasi  dilakukan berdasarkan  prosedur  Oktaviani  (2011).  Metode yang  digunakan  untuk  mengkarakterisasi  katalis Ni-Mo/monmorillonit dalam penelitian ini adalah metode difraksi sinar-X untuk menganalisis  struktur  kristal,  dan  floresensi sinar-X untuk mempertegas kandungan material.

## B. Karakterisasi Menggunakan XRD
Pola difraksi sinar-X dari monmorillonit, Na- monmorillonit,  dan  Ni-Mo/monmorillonit  dapat dilihat  pada  Gambar  1  yang  menunjukkan adanya  beberapa  puncak  2  theta  yang  muncul dengan intensitas ketajaman yang baik.
Pola difraktogram monmorillonit menunjukkan  adanya  tiga  puncak  2θ  dengan intensitas tertinggi yaitu pada 20,28 o , 27,05 o , dan 50,55 o yang  merupakan  puncak  khas  dari monmoriilonit. Sedangkan pada Na- monmorillonit  terjadi  pergeseran  puncak  dengan intensitas  tinggi  yaitu  pada  21,24 o ,  24,35 o dan 26,96 o. Sedangkan  pada  difraktogram  Ni- Mo/monmorillonit  terjadi  perubahan  komposisi secara signifikan yang ditandai dengan menurunnya  puncak-puncak  2  theta  pada  yang diduga dipengaruhi oleh logam Ni dan Mo yang teremban di dalam struktur monmorillonit. Akan tetapi,  keberadaan  logam  Ni  dan  Mo  yang teremban  di  dalam  struktur  monmorillonit  tidak terlihat  dengan  jelas.  Fenomena  tersebut  dapat disebabkan oleh pendispersian logam Ni dan Mo yang sangat merata pada permukaan katalis.
Gambar 1. Difraktogram (A) Monmorillonit, (B) Na-Monmorillonit, dan (C) Ni- Mo/Monmorillonit

## C. Karakterisasi Menggunakan XRF
Berdasarkan  hasil  analisis  dengan  XRF diperoleh  hasil  seperti  pada  Tabel  1.  Analisis XRF  dilakukan  untuk  mempertegas  kandungan logam  yang  menempel  pada  monmorillonit setelah dilakukan interkalasi.
Tabel 1. Perubahan Kandungan Ni dan Mo berdasarkan Hasil Analisis XRF No.  Elemen Kandungan (%-b/b) Monmorillonit NiMo- monmorillonit 1 2 3 4 Si Al Ni Mo 54,12 9,81 0 0,03 31,91 5,02 11,50 27,32
Dari  Tabel  1  dapat  dilihat  bahwa  kandungan logam Ni dan Mo dalam monmorillonit sebelum dan setelah interkalasi. Data tersebut menunjukkan  keberhasilan  pengembanan  logam dengan proses interkalasi. Pada monmorillonit Si sebagai  kerangka  utama  memiliki  kandungan yang  sangat  tinggi  yaitu  sebanyak  54,12  %-b/b. Akan  tetapi  setelah  diinterkalasi  kandungan  Si turun menjadi 31,91 %-b/b. Hal ini mengindikasikan bahwa ketika proses interkalasi terjadi proses desilikasi dengan pemutusan rantai Si dengan Al agar dapat mengikat logam Ni dan Mo yang diembankan dengan baik.

## D. Analisis SEM
Analisis  SEM  dilakukan  untuk  mengetahui morfologi  dari  katalis  yang  meliputi  tekstur  dan dispersi  dari  logam  yang  diembankan.  Hasil analisis katalis monmorillonit, Na-monmorillonit
20 40 60 80 C B A
dan  Ni-Mo/monmorillonit  ditunjukkan  oleh Gambar 2, 3, dan 4.
Gambar 2. Mikrograf Monmorillonit
Gambar 3. Mikrograf Na-Monmorillonit
Berdasarkan hasil analisis SEM pada Gambar 2  dapat  dilihat  perbedaan  penampakan  antara monmorillonit, Na-monmorillonit, dan Ni- Mo/monmorillonit  yang  menunjukkan  bahwa kristal  yang  terbentuk  kurang  begitu  seragam. Adanya  penampakan  gumpalan  putih  yang terlihat  pada  struktur  monmorillonit  dan  Na- monmorillonit  mengindikasikan  adanya  logam yang  terdispersi  secara  tidak  merata  pada permukaan katalis. Berbeda dengan monmorillonit  yang  telah  terinterkalasi  oleh logam Ni dan Mo yang memiliki morfologi lebih
teratur,  dengan  logam  yang  terdipersi  lebih banyak pada permukaannya.
Gambar 4. Mikrograf Ni-Mo/Monmorillonit

## KESIMPULAN
Hasil  penelitian  menunjukan  adanya  tiga puncak  2  theta  yang  merupakan  puncak  khas pada  monmorillonit.  Puncak-puncak  tersebut mengalami  perubahan  intensitas  dan  pergeseran ketika telah disintesis dengan Na dan diinterkalasi  dengan  logam  Ni  dan  Mo  yang mengindikasikan  logam  yang  diembankan  ke dalam  material  lempung  terjadi  dengan  baik. Keberhasilan  interkalasi  diperkuat  oleh  hasil analisis  XRF  terhadap  katalis,  di  mana  terjadi perubahan secara signifikan kandungan logam Ni dan  Mo  dalam  katalis.  Morfologi  yang  berbeda ditunjukan oleh ketiga material, yang mengindikasikan terjadinya perubahan kristalinitas dan struktur yang lebih teratur ketika monmorillonit telah mengemban logam.

## DAFTAR PUSTAKA
Ardiana  D.,  Wardhani  S.,  Martutik,  Wahyuni, 2009. Pengaruh  Rasio  Metanol/Minyak Terhadap  Parameter  Kecepatan  Reaksi MetanolisisMinyak  Jelantah  dan  Angka Setana  Biodiesel .  Jurusan  Teknik  Kimia
Fakultas Teknik Universitas Negeri
Semarang, Semarang.
Dupain,    X.,    Costa,    D.  J.,    Schaverien,    C.  J.,
Makkee,    M.,    and    Moulijn,    J.,    2007. Cracking  of  A  Rapeseed  Vegetable  Oil
Under  Realistic  FCC  Conditions, Appl.
Catal. B., 72: 44–61.
Kaur, N., and Kishore, D., 2012. Montmorillonite: An Efficient, Heterogeneous  and  Green  Catalyst  for Organic  Synthesis. J.  Chem.  Pharm.  Res. ,
4(2): 991-1015.
Liu,  J.,  Cao,  Z.,  Xu,  X., 2006,  Hydro-upgrading of FCC on Ni-Mo-P/USY Catalyst. Bulletin of the Catalysis Society of India : 87-93.
Oktaviani,  E.,  2011. Sintesis  dan  Karakterisasi Organoclay Terinterkalasi Surfaktan Kationik ODTMABr dan Aplikasinya sebagai  Adsorben  Fenol .  Skripsi.  Program Studi Kimia FMIPA UI, Depok. Siswodiharjo, 2006. Reaksi Hidrorengkah Katalis  Ni/Zeolit,  Mo/Zeolit,  NiMo/Zeolit Terhadap Parafin . Skripsi Tidak
Diterbitkan.  Fakultas  Matematika  dan  Ilmu Pengetahuan  Alam  Universitas  Sebelas Maret, Surakarta.
Yelmida,  Zahrina,  I.,  dan  Akbar,  F.,  2012. Perengkahan  PFAD  (Palm  Fatty  Acid Distillate)  Dengan  Katalis  Zeolit  Sintesis Untuk Menghasilkan Biofuel. Jurnal Rekayasa  Kimia  dan  Lingkungan ,  9(1), ISSN 1412-5064: 45-50.
Zhang,  Y.,  M.A.  Dubè  ,  McLean,  D.D.,  and Kates, M., 2003. Biodiesel Production from Waste  Cooking  Oil:  1.  Process  Design  and Technological  Assessment;  Review  Paper, Bioresour. Technol. , 89: 1-16.