## PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI KATALIS NIKEL/ZEOLIT PADA PIROLISIS TIR BATUBARA

## Linda Suyati
Laboratorium Kimia Fisik Jurusan Kimia F MIPA Universitas Diponegoro, Semarang 50275

## ABSTRAK
Telah  dilakukan  penelitian  untuk  pirolisis  ter  batubara  menggunakan  katalis  Ni-Zeolit. Preparasi  katalis  dengan  impregnasi  larutan  [Ni(NH 3 )] 2+ 0,15M  melalui  pengeringan,  kalsinasi, oksidasi  dan  reduksi.  Karakterisasi  keasaman  asam  katalisdengan  metode  gravimetri,  adsorbsi  gas digunakan untuk mengukur luas permukaan, volume pori dan jejari rerata pori. Kandungan nikel diukur dengan  AAS.  Karakterisasi  katalis  dianalisis  dengan  Gas  Sorption  Analyser.  Hasil  penelitian menunjukkan  imopregnasi  nikel-zeolit  sebanyak  86,40%,  keasaman  padadatan  meningkat  sebesar 30,19%,  Luas  permukaan  dan  volume  pori  masing-masing  meningkat  sebesar  42,32%  dan  41,29%, sedangkan jejari pori menurun sebesar 4,29%. Konstanta BET terbesar pada Ni/Z sebelum direaksikan sebesar 424,55.
Kata Kunci: Katalis Ni/ Zeolit, Pirolisis, Impregnasi

## ABSTRACT
This research to pyrolisis reaction of coal tar using the catalyst of Ni/natural zeolit.The catalyst was  prepared  by  dipping  impregnation  with  [Ni(NH 3 )] 2+ 0,15M  solution,  followed  by  drying, calcibation, oxidation dan reduction. Characterisation of catalyst acidity was conducted by gravimetric method. Gas adsorption method had been used to measure its surface area, pore volume and average pore radius, and the  contents of nickel  was  measured  using  Atomic  Absorption Spectrometric  (AAS) analysis. Analysed catalyst characterisation with Gas Sorption Analyser. The experiment result showed that nickel impregnation to zeolit as 86,40%, solid acid increase as much 30,19% surface area and pore volue  increase  42,32%  and  41,29%,  while  average  pore  radius  decrease  4,29%.  The  biggest  BET Constanta at Ni/Z before reaction as 424,55.
Key Word: Catalyst of Ni/Zeolit, Pyrolysis, Impregnation

## PENDAHULUAN
Meningkatnya kebutuhan energi akan menyebabkan  cadangan  energi  habis.  Menurut Pres  Susilo  Bambang  Yudhoyono,  sumber energi yang dimiliki Indonesia tidak banyak lagi. Minyak  akan  habis  18  tahun  lagi.  Usaha  untuk mencari bahan alternatif yang dapat mengantikan  minyak  bumi  tersebut  salah satunya  adalah  mengembangkan  tehnologi pencairan batubara. Hasil pengembangan tersebut salah satunya adalah tir batubara 2,3) .
Penelitian  pirolisis  tir  batubara  sudah  banyak dilakukan di antaranya Michael A Serio (1987) dan  Shamsi  (1996).  Dalam  penelitian  tersebut digunakan katalis untuk mempercepat laju reaksi 1,5) . Disamping itu katalis diharapkan akan dapat memberikan  hasil  yang  leih  besar  nilai ekonomisnya serta hasil yang lebih optimal.
Katalis  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini adalah  logam  nikel  dengan  zeolit  sebagai pengemban.  Logam  nikel  dipilih  karena harganya  lebih  murah  dibandingkan  dengan logam  Pt.  Zeolit  adalah  katalis  yang  efektif untuk  reaksi  perengkahan  dan  tahan  terhadap panas yang tinggi.
Untuk mengetahui sifat-sifat kimia atapun fisik dan  efektifitas  katalis  dalam  pirolisis  tir batubara,  maka  dilakukan  karaktrisasi  katalis tersebut.  Penentuan  kandungan  logam  nikel dalam  zeolit  diukur  dengan  alat  AAS. Karakterisasi  dilakukan  dengan  pengukuran keasaman  (total)  pada  zeolit.  Pengukuran porositas, luas permukaan, konstanta BET, jejari rerata  pori  adalah  dengan  alat  Gas  Sorption Analyser.

## METODE PENELITIAN

## Pembuatan Katalis Nikel/Zeolit
Zeolit  alam  aktif  disaring  dengan  ayakan berukuran 100 mesh, kemudian direndam dalam larutan kompleks ion nikel (II) heksamin, diaduk sampai  24  Jam,  kemudian  disaring  dan dikeringkan ke dalam oven kurang lebih 130 o C selama  3  jam.  Katalis  dibuat  pelet,  kemudian diaktifasi.  Kandungan  nikel  dalam  zeolit ditentukan dengan Spektroskopi Serapan Atom.

## Karakterisasi katalis
Keasaman  yang  ditentukan  dalam  percobaan merupakan keasaman total dengan cara grafimetri. Krus berisi sampel serta krus kosong sebagai pembanding dimasukkan dalam desikator,  udara  divakumkan  dan  dialiri  gas amoniak, kemudian didiamkan selama 24 jam di timbang.Analisis dengan Gas Sorption Analyser (Nova 1000 Quantachrome) dilakukan di PPNY “BATAN”  Yogyakarta  yang  dioperasikan dengan  menggunakan  N 2 (g)  temperatur  77,4  K dan tekanan awal 752,55 mmHg.

## HASIL DAN DISKUSI

## Analisis Kandungan nikel
Kandungan nikel dianalisis dengan Spektroskopi Serapan  Atom.  Hasil  analisis  menunjukkan bahwa  nikel  terimpregnasi  ke  dalam  zeolit sebanyak 4,35% dari 5% nikel yang dimasukkan ke  dalam  zeolit  mula-mula.  Metode  yang digunakan dalam pemasukan ini adalah dengan cara  perendaman  disertai  pengadukan  86,40% nikel bisa terimpregnasi ke dalam zeolit, karena proses  impregnasi  melalui  beberapa  tahap  di antaranya adalah penyaringan, saat penyaringan inilah nikel yang belum sempat menempel pada zeolit lolos sebagai filtrat.

## Analis Keasaman Padatan
Hasil  pengukuran  keasaman  total  sampel padatan  memakai  gas  amoniak  dapat  dilihat dalam tabel 1.
Tabel 1.  Hasil  pengukuran  keasaman  (total) padatan zeolit
No Jenis Padatan Jumlah amoniak yang teradsorpsi (mmol/g) 1. Zeolit alam (aktif) 3,77 2 Zeolit 4,35% 5,40
Kenaikan  jumlah  amoniak  teradsopsi  setelah diberi  logam  nikel  terlihat  jelas  dalam  tabel  di atas.  Masuknyan  atom  nikel  dalam  padatan zeolit, menunjukkan adanya interaksi antara Ni dengan  Ni  maupun  Ni  dengan  zeolit,  saat berlangsung  kalsinasi  maupun  aktifasi.Dari proses interaksi ini terbentuk struktur zeolit baru yang  pola  kekristalannya  agak  berbeda  dengan struktur  zeolit  yang  belum  diberi  logam  Ni. Dengan  bertambahnya  situs  aktif  ini,  maka jumlah situs aktif bertambah besar pula. Hal ini disebabkan  karena  Ni  mempunyai  kemampuan menyerap  NH 3 lebih  besar,  sehingga  dengan penambahan Ni sebesar 4,35% sudah menaikkan adsorpsi sebesar 2,37 mmol/g.

## Analisis dengan Gas Sorption Analyser
Hasil  analisis  dengan  Gas  Sorption  Analyser dapat dilihat dalam tabel 2
Tabel 2.  Hasil-hasil pengukuran luas permukaan,  jejari  rerata  pori  dan volume pori No Jenis padatan Luas permukaan (m 2 /g) Jejari rata-rata (Å) Vol total pori (cc/g) BET C 1 Zeolit alam aktif 53,16 19,94 51,19  291,14 2 Zeolit 4,35% Ni 75,66 19,12 72,33  424,55 3 Zeolit 4,35% Ni (terpakai) 5,64 32,50 9,16 10,6
Penambahan  nikel  sebesar  4,35%  pada  zeolit aktif meningkatkan luas permukaan pori sekitar 42,32%,  volume  pori  total  juga  meningkat sebesar  41,29%  namun  jejari  pori  menurun sebesar  4,29%  terlihat  jelas  dalam  tabel  2.  Ini berarti zeolit mengalami restrukturisasi khususnya  pada  saat  proses  kalsinasi  ataupun aktivasi.  Atom-atom  anikel  sebagian  ada  yang menempel pada dinding pori sehingga membuat jari-jari  pori  mengecil.  Jari-jari  pori  menurun tetapi  volume  total  pori  meningkat  ini
menunjukkan  bahwa  setelah  ditambahkan ditambahkan dengan nikel sebesar 4,35%, nikel akan  menempel  pada  permukaan  zeolit  dengan membentuk  agregat  dan  akhirnya  terjadi permukaan  baru  yang  lebih  luas,  sehingga volume total pori juga meningkat. Pada gambar 1  menunjukkan  bahwa  hubungan  jari-jari  pori dan  volume  pori  pada  zeolit sangant  hiterogen, sedangkan  gambar  2  menunjukkan  distribusi pori  setelah  diimpregnasi  dengan  nikel  lebih homogen dan gambar 3 menunjukkan distribusi pori  nikel/zeolit  setelah  direaksikan  lebih hiterogen kembali.
Gambar 1.  Distribusi Ukuran Pori Zeolit
Gambar 2.  Distribusi  Ukuran  Pori  Nikel/Zeolit sebelum digunakan reaksi
Gambar 3.  Distribusi  Ukuran  Pori  Nikel/Zeolit setelah digunakan reaksi
Luas permukaan nikel/zeolit yang telah dipakai untuk reaksi jauh menurun sekitar 92,54%. Hal ini  menunjukkan  bahwa  luas  permukaan nikel/zeolit  tertutup  oleh  kokas.  Volume  pori yang  tertutup  lebih  dahulu.Penurunan  ini  akan menyebabkan  penurunan  volume  total  pori sebesar  87,33%.  Volume  pori  yan  besar  akan meningkatkan jejari pori sebesar 41,16%
Harga BET C terbesar dimiliki oleh nikel/zeolit sebelum  terpakai.  Harga  BET  C  tersebut mencerminkan  kemampuan  adsorpsi  katalis terhadap  adsorbat.  Harga  BET  C  besar  maka fraksi  penutupan  permukaan  (Θ)  tinggi, sebaliknya bila BET C kecil maka (Θ) rendah. Hubungan antara BET C dengan Θ dapat dilihat melalui persamaan 4)
(Θ 0 ) m = (C 0,5 -1 )/(C- 1) (1)
(Θ i ) m = C{(C 0,5 -1 )/(C- 1) i+1} (2) di mana i = lapisan adsorbat m = lapisan tunggal (Θ 0 ) m = fraksi permukaan yang tidak tertutup (Θ i ) m =  fraksi  permukaan  yang  tertutup  pada I≠0
Harga  (Θ 0 ) m dan (Θ i ) m pada  Ni/Z  sebelum  dan sesudah  digunakan  untuk  pirolisis  tir  batubara dapat dilihat dalam tabel 3.
Tabel 3.  Perhitungan  (Θ 0 ) m dan  (Θ i ) m untuk
Ni/Z  sebelum  dan  sesudah  dipakai reaksi Lapisan Θ Ni/Z(sebelum) Θ Ni/Z(sesudah) 0 0,04628 0,23486 1 0,90950 0,58545 2 0,04201 0,13749 3 0,00295 0,03224 4 0,00009 0,00783
Dari  tabel  3  dapat  dilihat  bahwa  pada  lapis pertama fraksi yang tertutup oleh adsorbat (N 2 ) gas pada katalis Ni/z sebelum digunakan reaksi sebanyak 90,95%, sedangkan setelah digunakan reaksi sebanyak 58,54%. Hal ini dapat dijelaskan bahwa  Ni/Z  setelah  digunakan  reaksi  tertutup oleh  pengotor  ataupun  kokas  hasil  reaksi  yang tidak diharapkan, sehingga situs aktif tidak bisa difungsikan.
Dari persamaan BET yang diperoleh, selanjutnya  kita  dapat  menentukan  banyaknya molekul  adsorbat  yang  menutupi  permukaan pada lapis tunggal(Wm) per gram katalis dengan rumus sebagai berikut 4)
Wm = 1 /(s + i ) (3)
Di mana
s  = slope pers BET
I   = intersep pers BET
Tabel 4.  Perhitungan Wm untuk katalis
Katalis i S Wm (molekul/g) Zeolit alam aktif 0,12 35,23 2,937 x 10 21 Nikel/Zeolit 0,11 45,92 3,06 x 10 21 Nikel/Zeolit terpakai 58,21  559,51 1,86 x 10 21

## KESIMPULAN
1. Nikel  terimpregnasi  pada  zeolit  sebesar
86,40%
2. Keasaman padatan naik sebesar 30,19%
3. Luas  permukaan  dan  volume  pori  masing- masing  meningkat  sebesar  42,32%  dan
41,29%  akan  tetapi  jejari  pori  menurun sebesar  4,29%  setelah  penambahan  nikel sebesar 4,35%.
4. konstanta  BET  terbesar  terdapat  pada nikel/zeolit  sebelum  direaksikan  sebesar 424,55.

## DAFTAR PUSTAKA
1. Abolghasem Shamsi, Catalytic and Thermal Cracking of coal derivated Liquid in a Fixed- Bed Reactor , Ind. Eng. Chem. Res, 35, 1996
2. BBPT, Pikirkan Tehnologi Energi Alternatif”. http://www.bppt.go.id/berita/news2.php?763
,2005
3. Komaruddin,  Bahan  Bakar  dari  Batubara Indonesia, Prospeknya di Tahun 2000-an dan Penguasaan  Tehnologi,  proseeding  Diskusi Ilmiah  VII  Hasil  Penelitian  LEMIGAS, Jakarta, 1992
4. Lowel  S  and  J.E.  Shileds,  “ Powder  Surface Area  and  Porosity ”,  Second  Edition, Chamman and hall, New York, 1984
5. Serio, “Kinetic  of  Vapor-Phase  Secondary Reaction of prompt coal Pyrolysis Tars ”, Ind.
Eng. Chem. Res, 26, 1987