## SINTESIS DAN KARAKTERISASI KATALIS Co-Mn/TiO
2

## DENGAN MENGGUNAKAN METODE IMPREGNASI
Anggi Lanari Lubis, Ratna Sari, Alfian Putra 1 Jurusan Teknik Kimia, Politeknik Negeri Lhokseumawe
Email: anggillubis@yahoo.com

## ABSTRAK
Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mensintesis  katalis  Co-Mn/TiO 2 dengan  metode  impregnasi. Tahapan  penelitian  meliputi  refluks  larutan  Co-Mn,  impregnasi  katalis  Co-Mn/TiO 2 ,  kalsinasi katalis  Co-Mn/TiO 2 dan  karakterisasi.  Karakterisasi  katalis  Co-Mn/TiO 2 dilakukan menggunakan  SEM-EDX  dan  XRD,  pengujian  yang  dilakukan  adalah  menghitung  luas permukaan katalis Co-Mn/TiO 2 . Hasil penelitian yang didapatkan menunjukkan berat campuran Co-Mn  dan  suhu  kalsinasi  mempengaruhi  luas  permukaan.  Hasil  pengujian  luas  permukaan didapatkan  katalis  (Co-Mn)  20%  /TiO 2 pada  suhu  kalsinasi  800 0 C  yang  terbesar  yaitu  172.28 m 2 /g.  Karakterisasi  XRD  menunjukkan  difraksi  pada  2 Ꝋ :  27.4150 0 ;  54.2980 0 ;  36.0565 0 yang memiliki  intensitas  tertinggi,  ini  menunjukkan  katalis  berbentuk  kristal.  Dari  pengujian  SEM- EDX menunjukkan bahwa morfologi yang halus yang sesuai dengan penelitian sebelumnya dan didapatkan bahwa didalam sampel terdapat kandungan kobalt, mangan dan titanium oksida..
Kata kunci: Kalsinasi, Metilen Blue, SEM-EDX,XRD

## ABSTRAK
This research aims to synthesize Co-Mn / TiO2 catalysts by impregnation method. The research stages included reflux of Co-Mn solution, impregnation of Co-Mn / TiO2 catalyst, calcination of Co-Mn / TiO2 catalyst and characterization. The characterization of Co-Mn / TiO2 catalyst was carried out using SEM-EDX and XRD, the test was carried out to calculate the surface area of Co-Mn / TiO2 catalyst. The results obtained showed that the weight of the Co-Mn mixture and the  calcination  temperature  affected  the  surface  area.  The  test  results  of  surface  area  obtained catalyst  (Co-Mn)  20% /  TiO2  at the  largest  800 0C  calcination  temperature of  172.28  m2  /  g. XRD  characterization  showed  diffraction  at  2 Ꝋ :  27.41500;  54.29800;  36.05650  which  has  the highest intensity, this shows a  crystal-shaped catalyst. From SEM-EDX testing shows that  fine morphology is in accordance with previous studies and it was found that in the sample there was a content of cobalt, manganese and titanium oxide.
Key words : Calcination, Methylene Blue, SEM-EDX, XRD
Jurnal Reaksi (Journal of Science and Technology) Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe Vol. 17  No.01, Juni  2019 ISSN1693-248X

## PENDAHULUAN
Semakin menipisnya
persediaan bahan  bakar  konvensional  dimuka  bumi, maka diperlukannya bahan bakar alternatif sebagai pengganti bahan bakar konvensional.  Reaksi Fischer-Tropsch merupakan  reaksi  untuk  menghasilkan bahan  bakar  diesel  yang  bersih  bebas sulfur,  bebas  aromatic  dan  bebas  nitrogen yang  lebih  unggul  dibandingkan  produk minyak  bumi  konvensional  (Yang,  dkk, 2008). Reaksi
Fischer-Tropsch
memerlukan katalis heterogen agar mudah dalam pemisahan produk dan katalis.
Katalis  heterogen  digunakan  untuk reaksi  Fischer-Tropsch  yaitu  katalis  Fe dan  Co,  tetapi  katalis  kobalt  memiliki keunggulan  karena  lebih  murah,  aktivasi tinggi  dan  membutuhkan  tekanan  operasi yang  rendah(  Hong,  dkk  2009;  Minga, dkk,  2010  ;  Osedela,  dkk,  2010  ;  Ning, dkk  2015;  Yamane,  dkk.  2017).  Katalis Co  juga  dapat  digunakan  untuk  reaksi hidrogenesi  (Su,  dkk,  2011  ;  Sahin,  dkk, 2016 ) dan reaksi hidroformilasi (Hu, dkk, 2015  ;  Yamane,  dkk,  2017).  Katalis berbasis  Mn  dan  Co  dapat  menggunakan support  oksida  seperti  MnO 2 ,  V 2 O 5, dan TiO 2 sebagai pengganti support konvensional  SiO 2 dan  Al 2 O 3 (khodaei, dkk, 2014).
Feyzi,  dkk  (2012),  telah  membuat katalis  15%  Co-Mn/TiO 2 dengan  rasio  Co terhadap  Mn  1  :  6  dengan  metode  fusi. Bahan  campuran  dipanaskan  hingga  suhu 80 0 C.  Selanjutnya  dikeringkan  pada  suhu 180 0 C  selama  24  jam  dan  dihancurkan sebag ai  bahan  prekursor  katalis  yang dikalsinasi  dengan  variasi  udara  dan nitrogen yang divariasikan. Hasil penelitian  menunjukkan  kalsi nasi dengan udara  memiliki  luas permukaan  spesifik yang  lebih  besar  dan  menghasilkan
konversi CO meningkat, selektivitas olefin meningkat dan selektivitas CH 4 menurun.
Khodaei,  dkk  (2014),  mensintesis katalis
Co-Mn/TiO 2 dengan membandingkan metode  sol-gel  dan metode  pengendapan.  Pada  metode  sol- gel,  Co(NO 3 ) 2 6H 2 O  dan  Mn(NO 3 ) 2 4H 2 O dilarutkan dengan etanol pada suhu 60 0 C secara  terpisah.  Ti(OC 4 H 4 ) 4 dilarutkan dalam  etanol  pada  suhu  60 0 C  dan kemudian  ditambahkan  Co-Mn  dengan rasio  Co/Mn  =  1:1  yang  memvariiasikan 10%,  15%,  20%,  25%,  30%  35%  dan 40%.  Yang  kedua  metode  pengendapan dengan  katalis  30%  Co-Mn/TiO 2 dengan mencampurkan Co(NO 3 ) 2 6H 2 O, Mn(NO 3 ) 2 4H 2 O  dan  TiO 2 dan  dipanaskan pada  suhu  70 0 C  dalam  labu  refluks  yang dilengkapi  kondensor.  Larutan  Na 2 CO 3 0.25  mol/l  ditambakan  secara  tetes  demi tetes  ke  dalam  larutan  campuran  sambil diaduk  pada  suhu  70 0 C  sampai  pH  8 tercapai. Bahan endapan kemudian disaring  dan  dicuci  dengan  aquades. Endapan  dikeringkan  pada  suhu  120 0 C selama 16  jam dan dikalsinasi pada  suhu 600 0 C selama 6 jam. Hasil dari penelitian katalis  dengan  metode  sol-gel  pada konsentrasi  30%  menunjukan  kinerja katalitik  yang  lebih  baik  karena  luas permukaan  spesifik  yang  tinggi.  Katalis metode  sol-gel  lebih  selektif  terhadap olefin  C 2-4 .  Katalis  metode  pengendapan lebih selektif terhadap hidrokarbon C 5+.
Pada  penelitian  ini  dilakukan  sintesis katalis  Co  dan  Mn  sebagai  faseaktif dengan support TiO2 menggunakan metode impregnasi basah dengan memvariasikan  berat  campuran  Co-Mn (rasio  1  :  1)  dengan  variasi  10%  20% 30%,  40%  50%  dan  memvariasikan  suhu kalsinasi  400 0 C,  500 0 C,  600 0 C,  700 0 C dan 800 0 C.
Jurnal Reaksi (Journal of Science and Technology) Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe Vol. 17  No.01, Juni  2019 ISSN1693-248X

## METODE PENELITIAN

## Bahan dan Alat
Peralatan  yang  digunakan  dalam penelitian  ini  termasuk  satu  set  refluks, oven  binder,  furnace  carbolite  cwf  1300, spektrofotometer 6300 JENWAY,
saringan
80/100 mesh, desikator, timbangan  digital,  SHIMADZU  XRD  - 7000  X-RAY  DIFFRACTOMETER  dan SEM  EDX  carl  zeiss-bruker  (EVO MA10). Sedangkan bahan yang digunakan dalam  penelitian  ini  meliputi  CoCl  6H 2 O MERCK, MnSO 4 H 2 O, MERCK dan TiO 2 BUTTERFIELD.
Sintesis  Co-Mn/TiO 2 dengan  Metode Impregnasi
Larutan CoCl 2 6H 2 O dan MnSO 4 H 2 O sebanyak  5  ml  dengan  komposisi  10%, 20%,  30%,  40%  dan  50%  berdasarkan berat  TiO 2 (Co/Mn  =  1/1)  direfluks  pada suhu  70 0 C  selama  6  jam.  Selanjutnya dikeringkan menggunakan oven pada suhu 120 0 C  sampai  berat  konstan.  Prekursor dikalsinasi  menggunakan  furnace  dengan divariasikan suhu 400 0 C, 500 0 C, 600 0 C, 700 0 C, dan 800 0 C selama 4 jam.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Sintesis Katalis Co-Mn/TiO 2
Pada  penelitian  ini,  katalis  disintesis dengan  menggunakan  metode impregnasi. Co  dan  Mn  sebagai  promotor  dan  TiO 2 berfungsi sebagai pengemban atau penyangga. Dalam mensintesis katalis Co- Mn/TiO 2 ,  larutanCo  dan  Mn  di  refluks sampai  6  jam  hingga  larutan  homogen. Proses pelarutan senyawa CoCl 2 6H 2 O  ke dalam  aquades  menghasilkan  larutan berwarna ungu yang berasal dari
campuran
ion kompleks heksaaquakobalt(II)  [Co(H 2 O) 6 ] 2+ yang berwarna  merah  muda  pucat  dan  ion kompleks tetrakloro [CoCl 4 ] 2+ yang berwarna biru gelap.
Selanjutnya  larutan  yang  direfluks diteteskan  ke  atas  permukaan  padatan pengemban TiO 2 dan diaduk pada suhu 70
0 C  hingga  menjadi  pasta  yang  berwarna ungu  hingga  merah  muda  sesuai  denga variasi  komposisi  Co-Mn  yang  diberikan. Berdasarkan  pengamatan  secara  visual, semakin  besar  komposisi  Co  yang ditambahkan  maka  semakin  keunguan. Hal  ini  menunjukan  bahwa  ion  logam telah  menyebar  diseluruh  permukaan TiO 2 ,  kemudian  pasta  dikeringkan  dalam oven untuk menghilangkan molekul pelarut.  Hasil  yang  diperoleh  berupa padatan  berwarna  ungu  muda.  Padatan tersebut  dikalsinasi  dengan  variasi  suhu dan  menghasilkan  padatan  berwarna bervariasi. Berubahnya warna ini menandakan  hilangnya  kompleks  Co dengan terbentuknya logam oksida. Berdasarkan  pengamatan  secara  visual ternyata  semakin  besar  komposisi  Co maka semakin pekat warnanya.
Pengaruh  berat  campuran  promotor Co-Mn  dan  suhu  kalsinasi  terhadap luas  permukaan  katalis  dengan  metode metilen blue
Hasil  luas  permukaan  pada  penelitian ini  yaitu  berkisar 38.9 - 172.28 m 2 /g. Berikut grafik luas permukaan katalis Co- Mn/TiO 2 terhadap suhu kalsinasi.
Jurnal Reaksi (Journal of Science and Technology) Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe Vol. 17  No.01, Juni  2019 ISSN1693-248X
Gambar 1 Pengaruh suhu kalsinasi dan berat campuran Co-Mn terhadap luas
permukaan katalis
Berdasarkan  Gambar  1  dapat  dilihat bahwa  terjadi  peningkatan  luas  permukaan seiring dengan meningkatnya suhu kalsinasi. Menurut Kurniawan
dkk, (2014)
meningkatnya  suhu  kalsinasi  akan  terjadi penyusutan  ukuran  partikel  dan  pori-pori mengecil  hingga  tertutup  sempurna  dan batas  butiran  akan  menghilang  maka membesarnya luas permukaan dan terbentuknya  granula-granula  besar  dan lebar. Pada penelitian ini komposisi promotor  terbaik  pada  berat  promotor  20% berdasarkan  berat  TiO 2 pada  suhu  kalsinasi 800 0 C  yang  menghasilkan  luas  permukaan sebesar 172.28 m 2 /g.  Luas  permukaan dipengaruhi oleh ukuran partikel dan ukuran pori  katalis,  semakin  kecil  ukuran  partikel dan semakin besarnya pori-pori katalis maka semakin  besar  luas  permukaan  katalis.  Pada Penelitian sebelumnya yang dilakukan Feyzi &  Mirzaei  pada  tahun  2012  dengan  metode fusi sebesar 43.5 m 2 /g.
Karakterisasi Katalis Co-Mn/TiO2 Menggunakan SEM
Karakterisasi  SEM  dilakukan  untuk mengetahui  morfologi  dan  diameter  partikel sampel.  Dari  Gambar  2  menunjukan  hasil analisa  SEM  sampel  kondisi  operasi kalsinasi  800 0 C  dengan  waktu  3  jam merupakan sampel yang menunjukan morfologi  yang  sesuai  dengan  penelitian Khodaei  dkk  (2014). Secondary  electron memiliki  energi  yang  rendah  maka  hanya elektron yang dekat dengan permukaan akan terpental keluar dari permukaan dan membentuk  image  morfologi. Secondary electron menghasilkann  topografi  yang permukaan tinggi berwarna yang lebih cerah daripada  permukaan  yang  rendah.  Katalis Co-Mn/TiO 2 dengan kalsinasi  menghasilkan morfologi yang halus.
0.00 50.00 100.00 150.00 200.00 350 450 550 650 750 850 Lua s P er m uk aa n m 2/ g Suhu Kalsinasi ( 0 C) 10% 20% 30%
40%
50%
(a)
(b)
Gambar 2 a. morfologi katalis (Co-Mn) 20% /TiO 2 b.Morfologi katalis  (Co-Mn) 30% /TiO 2
(khodaei dkk, 2014)
Gambar 3 Ukuran Diameter Partikel Katalis (Co-Mn) 20% /TiO 2
Jurnal Reaksi (Journal of Science and Technology) Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe Vol. 17  No.01, Juni  2019 ISSN1693-248X
Gambar 4.3 menunjukkan ukuran diameter    partikel  yang  didapat  berkisar 161.9 -251.9 nm. Pada Penelitian sebelumnya  yang  dilakukan  Khodaei  dkk pada tahun 2014 untuk katalis (Co-Mn) 30%
/TiO 2 diperoleh  diameter  katalis  sebesar  38 nm.
Karakteristik katalis Co-Mn/TiO 2 menggunakan EDX
Karakterisasi  EDX  dilakukan  untuk mengetahui  informasi  tentang  komposisi unsur-unsur  penyusun  sampel.  Hasil  EDX terdapat pada gambar 3:
(b)
Gambar 4 a. EDS katalis (Co-Mn) 20%/TiO 2 1 dengan pembesaran 2500 kali b. EDS katalis (Co-Mn) 20%/TiO 2 2 dengan pembesaran 1000 kali
Analisa  EDX  pada  katalis  (Co-Mn) 20%  /TiO 2 dilakukan  dua  kali  pengulangan dengan pembesaran 2500 dan 1000 kali.
Dari  tabel  pada  masing-masing  gambar dapat dilihat bahwa telah terdistribusinya
Jurnal Reaksi (Journal of Science and Technology) Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe Vol. 17  No.01, Juni  2019 ISSN1693-248X
katalis  CO-Mn  pada  permukaan  TiO 2 .  Pada pembesaran  2500  kali  Ti41.44%,  O 2 42.35%,  Co  5.11%  dan  Mn  6.06%, sedangkan  pada  pembesaran  1000  kali  Ti 43.16%,  O 2 31.26%,  Co  5.77%  Mn  6.1%. Namun  pada  pembesaran2500  kali  terdapat unsur pengotor yaitu carbon 2.91%, aluminium 0.6% dan sulfur 1.06%, sedangkan  pada  pembesaran  1000  kali terdapat unsur pengotor yaitu carbon 1.52%, aluminium 0.88%
dan niobium
1.61%.Katalis yang dikalsinasi akan berubah warna yang menandakan hilangnyakompleks Co  dan  Mn  dengan  terbentuknya  logam
oksida. Munculnya pengotor akibat kerusakan lapisan luar wadah logam furnace sehingga  bercampur  dengan  sampel  saat proses kalsinasi pada suhu tinggi.
Bentuk  kekristalan  dari  katalis  Co- Mn/TiO 2 menggunakan analisa XRD
Analisa XRD bertujuan untuk melihat kristalinitas  dan  menentukan  bentuk  kristal sampel  yang  dihasilkan.  Analisa  XRD dilakukan untuk katalis Co-Mn/TiO 2 dengan komposisi promotor 20% pada suhu kalsinasi 800 0 C.
(a) (b)
Gambar 5 Perbandingan difraktogram a. katalis (Co-Mn) 20% /TiO 2 b. katalis Co-Mn/TiO 2 sebelum kalsinasi, sesudah kalsinasi dan sesudah pengujian ▲:
CoO (cubic); ■: Co(cubic); □: CoTiO 3 (cubic); ●: MnO (cubic); ○: MnO 2 (cubic) (Feyzi & Mirzaei, 2012)
Gambar  5  (a)  menunjukan  hasil  analisa XRD sampel kondisi operasi kalsinasi 800 0 C dengan waktu 4 jam merupakan sampel yang
menunjukan  hasil  peak  intensitas  difraksi sinar-X  yang  mendekati  dengan  standar katalis komersial.
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 In te n si ta s 2ɵ
Jurnal Reaksi (Journal of Science and Technology) Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe Vol. 17  No.01, Juni  2019 ISSN1693-248X
Tabel 1 Hasil Analisa Kekristalan dari katalis Co-Mn/TiO 2 menggunakan XRD Sudut Difraktogram 2 Ꝋ Intensitas (CPS) 8.8343 0 246 9.0524 0 256 9.4095 0 276 9.7072 0 250 10.0449 0 219 24.4668 0 209 24.7124 0 1622 27.4150 0 6882 30.3474 0 224 32.4574 0 868 32.6762 0 373 35.2619 0 302 35.6336 0 350 36.0465 0 3266 37.0681 0 411 39.1681 0 456 41.2134 0 1605 44.0210 0 521 48.6881 0 1245 48.9760 0 276 50.7393 0 406 54.2980 0 4328 56.0861 0 243 56.6133 0 1405 57.2616 0 206
Tabel  2  menunjukan  intensitas  pada sampel,  dimana  katalis  Co-Mn/TiO 2 pada komposisi  promotor  20%  dan  pada  suhu kalsinasi 800 0 C. Hal ini membuktikan bahwa
katalis  berbentuk  kristal.  Semakin  tinggi intensitas  pembiasan,  maka  semakin  banyak bentuk kristal yang terdapat dalam katalis Co- Mn/TiO 2.
Jurnal Reaksi (Journal of Science and Technology) Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe Vol. 17  No.01, Juni  2019 ISSN1693-248X

## SIMPULAN
Berat  campuran  Co-Mn  dan  suhu  kalsinasi dapat mempengaruhi luas permukaan katalis. Dari hasil penelitian berat campuran Co-Mn  20%  berdasarkan  berat  TiO 2 dan suhu  kalsinasi  800 0 C  merupakan  katalis terbaik  yang  menghasilkan  luas  permukaan 172.28 m 2 /g. Dari uji SEM  didapatkan hasil bahwa  katalis  (Co-Mn)  20%  /TiO 2 dengan kalsinasi  800 0 C  menghasilkan  morfologi yang  halus.  Dari  uji  EDX  didapatkan  hasil bahwa  terdapat  unsur-unsur  pengotor  pada katalis Co-Mn/TiO 2 . Difraksi sinar X (XRD) menunjukkan  difraksi  pada  2 Ꝋ :  27.4150 0 ; 54.2980 0 ; 36.0565 0 yang  memiliki  intensitas tertinggi. Ini menunjukkan katalis berbentuk kristal  dan  meningkatkan  kristalinitas,  yang ditunjukkan dengan meningkatkan intensitas pada nilai 2 Ꝋ .

## DAFTAR PUSTAKA
Feyzi,  M.,  and  A.A.  Mirzaei.  2012.
“Catalytic  Behaviors  of  Co-Mn/TiO2 Catalysts for Fischer-Tropsch
Synthesis.” Journal  of Fuel  Chemistry and Technology 40(12): 1435–43.
Hong J, Chernavskii  A. Effect of promotion with  ruthenium  on  the  structure  and catalytic  performance  of  mesoporous silica (smaller and larger pore)
supported cobalt Fischer–Tropsch catalysts. Catal Today 2009;140(3):135–41. Hu,  Xiaojing  et  al.  2015.  “Nanotubular TiO2-Supported Amorphous Co-B Catalysts and Their Catalytic Performances  for  Hydroformylation  of Cyclohexene.” Catalysis Communications 59: 45–49. Khodaei, Mohammad Mehdi, Mostafa
Feyzi, Jahangir Shahmoradi, and
Mohammad  Joshaghani.  2014.  “The
Sol-Gel Derived Co-Mn/TiO2 Catalysts for  Light  Olefins  Production.” Journal of  Fuel  Chemistry  and  Technology 42(2): 212–18.
Minga  H,  Bakera  BJ,  Jasieniaka  M. Characterization  of  cobalt  Fischer– Tropsch  catalysts  2.  Rare  earth- promoted  cobalt–silica  gel  catalysts prepared  by  wet  impregnation.  Appl Catal A 2010;381(1):216–25.
Ning, Wensheng, Hehong Shen, Yangfu Jin, and  Xiazhen  Yang.  2015.  “Effects  of Weak Surface Modification on Co/SiO2  Catalyst  for  Fischer-Tropsch Reaction” PLoS ONE 10(5): 1–11.
Osadela  AR,  DeLucas  A,  Valverde  JL,
Romero  A,  Monteagudo  A,  Coca  P,  et al.  Influence  of  alkali  promoters  on synthetic  diesel  production  over  Co catalyst. Catal Today 2011.
Şahin,  Ömer  et  al.  2012.  “Influence  of  the Using  of  Methanol  Instead  of  Water  in the  Preparation  of  Co-B-TiO2catalyst for Hydrogen Production by NaBH4hydrolysis and Plasma
Treatment Effect on the Co-B- TiO2catalyst.” Catalysis Communications 10(4): 2006–2006.
Su, Chia Chi, Yu Jen Shih, Yao Hui Huang, and  Ming  Chun  Lu.  2011.  “Synthesis and  Characterization  of  Co/SiO2  as Catalyst Catalyze
Hydrogen
Generation.” Materials  Letters 65(21– 22): 3212–15.
YAMANE,  Noriyuki,  Minghui  TAN,  and Noritatsu TSUBAKI. 2017. “Oxygenates Synthesis by
Hydroformylation of 1-Hexene over Co Nanoparticle  Catalyst.” Journal  of  the Japan  Institute  of  Energy 96(6):  186–
Jurnal Reaksi (Journal of Science and Technology) Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe Vol. 17  No.01, Juni  2019 ISSN1693-248X
89.

## Yang, Guohui et al. 2008. “Design and
Modification of Zeolite Capsule Catalyst, a Confined Reaction Field, and Its Application in One-Step Isoparaffin Synthesis from Syngas.”
Energy and Fuels 22(3): 1463–68