Aceton Hydrocarbon ZSM 5

Perancangan Produk ISSN 1410-9891

Seminar Nasional Teknologi Proses Kimia VII 1

Konversi Katalitik Aseton menjadi Hidrokarbon C1-C10 menggunakan katalis ZSM-5

Setiadi Research Group of Chemical Reaction Engineering and Catalysis, Departemen Teknik Kimia,Fakultas Teknik, Universitas Indonesia,

Kampus UI, Depok – 16434, Indonesia, e-mail : [email protected]

Abstrak Aseton merupakan senyawa organic polar yang dapat diproduksis secara renewable dari proses fermentasi maupun dari hasil reaksi katalitik produk turunan biomassa. Akan menjadi suatu skema rute baru yang prospektif dan sustainable, apabila produk hasil proses berbasis material biomasa tersebut dapat ditransformasi menjadi berbagai senyawa hidrokarbon. Penelitian ini bermaksud untuk mengembangkan proses reaksi katalitik untuk memproduksi senyawa hidrokarbon C1-C10 dari aseton menggunakan ZSM-5. Reaksi dilakukan didalam reaktor pipa suhu 673 K, space velocity 4 h-1, bertekanan atmosferik. Hasil pengujian memperlihatkan ZSM-5 memiliki kinerja shape selectivity yang baik terbukti mampu mengarahkan produk hidrokarbon dengan kerangka rantai karbon antara C1-C10 dengan konversi aseton mendekati 100 % selama 17 jam. Kemampuan ZSM-5 mengkatalisis reaksi aromatisasi sangat tinggi yang ditunjukkan dengan yield sebesar 60 % selama 16 jam uji reaksi. Dapat disimpulkan bahwa konversi aseton menjadi hidrokarbon secara selektif kearah terbentuknya hidrokarbon aromatik sudah dapat berhasil dilakukan menggunakan ZSM-5. Dan hal ini akan memberikan harapan bahwa skema rute proses berbasis material biomasa dapat menjadi sumber hidrokarbon baru untuk bisa mengiringi minyak bumi.

Abstract

Acetone is a organic polar compound which can be produced renewably from biomass through a

fermentation process or by catalytic process of a biomass-derived liquid. The prospective and sustainable system from a new schematic route can be established, if this product could be transformed into hydrocarbons. That’s why this research is intended to develop a catalytic process for aromatic production from acetone using ZSM-5. The reaction was employed in a reactor tube at 673 K, space velocity 4 h-1 under atmospheric pressure. The results showed that the catalytic performance of ZSM-5 for shape selective catalyst was high to produce some hydrocarbons in the range of carbon skeleton between C1-C10 and acetone conversion was obtained close to 100% for 17 h. The high performance of ZSM-5 for aromatization was also high indicated by the aromatic yield was more than 60 % during 15 h reaction test. It should be concluded that the catalytic process of the acetone conversion aromatic hydrocarbons can be established well. This finding should contribute a new insight for generating a new abundant hydrocarbons resources and a new schematic route from many kinds of renewable biomass. A way for establishing a biomass-based technology should be immediately established, so the wisely utilization of the fossil resources (Gas and petroleum oil) could be realized without a exhausting this nonrenewable resource.

1. Pendahuluan Eksplorasi dan pengembangan suatu proses yang mampu mereduksi kebergantungan pada sumber

hidrokarbon fosil adalah merupakan suatu langkah bijak untuk merealisasikan industri yang langgngeng keberlangsunganna. Menurut Heminway (1995) bahwasanya hampir 90 % dari jumlah senyawa hidrokarbon hasil proses penyulingan minyak mentah baik berupa BBM gasoline, diesel maupun minyak tanah, dll. digunakan sebagai bahan bakar energi untuk mendukung sektor transportasi, industri maupun aktivitas rumah tangga. Mengingat energi bahan bakar yang dilepaskan seiring dengan terlepasnya gas CO2, maka kebergantungan yang terus menerus pada sumber energi minyak bumi tersebut jelas menimbulkan semakin tingginya skala permasalahan yakni menaiknya kadar CO2 yang tak terkendali di dalam atmosfir bumi sehingga menimbulkan pemanasan global (Kojima, 1998; Metzger & Eissen, 2004). Disisi lain, isu tentang semakin menipisnya cadangan minyak bumi dunia (Marcilly, 2003), maka semakin menuntut suatu taktik dan strategi atas sumber utama hidrokarbon tersebut secara hemat dan efisien. Mempertimbangkan juga bahwa proses pem-bentukannya dalam ukuran geological time frame memerlukan ribuan tahun, sumber energi fosil tersebut disebut sebagai sumber yang tak dapat diperbaharui (nonrenewable resources).



Disi lain, materi biomasa adalah salah satu alternatif yang tepat sebagai starting material untuk sumber hidrokarbon sumber yang dapat terbarukan (renewable resources). Keberadaan materi tersebut memang salah satu komponen dari sistem daur ulang karbon secara global (lihat gambar 1). Biomasa juga dapat dipandang sebagai media/tempat penampungan CO2 (sequestration) melalui proses fotosintesis pada tanaman (Padabed, 2002).

Disamping itu berbagai produk biomasa dapat menjadi sumber hidrokarbon potensial dengan rasio hidrogen/karbon yang cukup tinggi dibanding batubara (Antal dkk., 2000). Gambar 1 merupakan suatu skema daur ulang karbon secara global. Dari materi biomasa yang terbarukan tersebut dapat diproses menjadi bentuk cairnya (derived liquid) melalui berbagai cara : proses ekstraksi (mis. minyak sawit), proses biologi fermentasi menghasilkan aseton, butanol maupun etanol (Badr, 2001; Gibbs 1983; Liu, 2004) maupun melalui proses ter-mal (chemical pyrolysis, chemical gasification). Pada skema rute proses berikutnya, senyawa organik cair dapat diubah secara kimiawi menjadi berbagai senyawa hidrokarbon baik sebagai bahan bakar maupun bahan kimia.

Dari berbagai jenis senyawa hidrokarbon C1-C10, maka senyawa hidrokarbon jenis aromatik maupun olefin merupakan bahan baku utama yang sangat penting dalam berbagai proses industri petrokimia (petrochemical building block compounds). Saat ini, sumber utama senyawa tersebut masih mengandalkan pada ketersediaan sumber alam berupa gas dan minyak bumi hasil proses penyulingan.

ZSM-5 dikenal sebagai jenis zeolit sintetik yang mempunyai permukaan inti asam dan struktur jaringan pori yang luas serta homogen. Struktur kerangka jenis bahan alumino-silikat tersebut terbentuk dari bahan dasar pembangun berupa tetrahedron atom silikon atau aluminium. Kemampuan ZSM-5 untuk mengakselerasi berbagai jenis reaksi sangat berkait dengan sifat keasamannya, dan parameter penting ZSM-5 yang bisa bisa dikontrol dengan rasio Si/Al. Namun beragamnya variasi Si/Al ini sama sekali tidak akan mempengaruhi struktur kerangka ZSM-5 (Bhatia, 1990). Juga telah ditunjuk-kan oleh Xu dkk. bahwa ZSM-5 mampu bersifat sebagai inti aktif asam Bronsted, Si-O(H)-Al maupun basa Lewis pada kerangka ZSM-5 pada atom oksigen yang dekat atom aluminium (neighbouring framework oxygen atom).

Disamping itu, kemampuan selektivitas ZSM-5 terhadap terbentuknya senyawa hidrokarbon antara C5-C11 sangat tinggi berdasarkan ukuran dan struktur pori (Weitkamp, 2000). Berbagai hasil penelitan (Chang dkk, 1981; Lucas dkk,1997; Lucas dkk., 2001; Setiadi dkk, 2003) telah dapat menyimpulkankan bahwa ZSM-5 mempunyai kemampuan selektivitas yang tinggi berdasar bentuk dan ukuran pori (shape selective catalyst) kearah terbentuknya berbagai jenis molekul yang berdiamer kinetik maksimal sekitar 0.6 nm, yang mana sangat sesuai dengan hidrokarbon aromatik (benzene, toluena, xilena, grup senyawa C9 aromatis, dll.).

Namun, umumnya katalis jenis zeolit mudah mengalami deaktivasi, tidak terkecuali untuk ZSM-5. Tergantung jenis reaksi, jenis zeolit dan kondisi reaksi yang digunakan, maka kemampuan katalis dalam menahan aktivitas dan selektivitas dalam rentang waktu tertentu sangat dipengaruhi oleh faktor-faktor tersebut (Richardson, 1989). Oleh karenanya, Löffler (2001) menyarankan agar durability test atau time on stream reaction test tetap

H2O

Biomass Material

CO2

Hidrokarbon For Fuel Energy or Chemical feedstock

Biomass derived liquid

Fotosintesis

Fossil Resources ( Crude Oil, Coal, N.G)

Fuel Combustion

Utilization

Geological Time Frame

Asimilasi (biological activities)

Biological time frame

Gambar 1 Skema Global Carbon Cycle Route for renewable hydrocarbons fuels & chemicals (dikembangkan berdasar Kojima, 1998; Metzger & Eissen, 2004 dan Padabed et al.,2002)



diperlukan untuk memilih dan menentukan jenis katalis sesuai dengan reaksi dan kondisi operasinya. Berbagai informasi tersebut sangatlah penting didapatkan untuk menunjang langkah design, penentuan jenis reaktor maupun metode operasi regenerasi yang sangat perlu dilakukan (Sie, 2001)

Berdasar uraian diatas, maka lingkup penelitian ini bermaksud untuk mengembangkan proses konversi katalitik senyawa aseton menjadi hidrokarbon C1-C10 menggunakan katalis ZSM-5.

2. Metodologi

Serbuk halus padatan katalis ZSM-5 komersial (berukuran partikel 3μm) dengan rasio Si/Al masing-masing adalah 25 digunakan sebagai sampel katalis dalam reaksi konversi aseton fasa gas menjadi hidrokarbon aromatik. Reaktor yang digunakan adalah reaktor pipa berukuran 6 mm i.d dengan panjang 700 mm terbuat stainless steel (SS 316). Untuk setiap pengujian, digunakan sebanyak satu gram katalis untuk ditempatkan didalam reaktor. Untuk menghindari terjadinya pressure drop yang berlebihan pada unggun katalis tersebut, maka dilakukan pencampuran yakni satu gram sampel padatan katalis dengan quartz sand sebanyak 5 gram berukuran partikel 10-15 mesh.

Pada bagian atas susunan unggun tersebut dimana aliran umpan aseton masuk raktor, juga ditambahkan quartz sand sekitar 7 g untuk menjaga aseton agar secara sempurna berada dalam fasa uapnya. Untuk menahan

susunan unggun tetap tersebut pada posisinya, maka pada bagian bawah unggun katalis disematkan batangan baja serta lapisan quartz wool untuk menjaga katalis dari kemungkinan entrainment akibat umpan gas masuk selama operasi pengujian. Lebih lengkapnya bisa dilihat gambar 2..

Selanjutnya reaktor pipa ditempatkan pada rangkaian fasilitas uji katalis seperti terlihat pada gambar 3. Sebelum uji reaksi dijalankan, katalis dilakukan pretreatment pada 673 K dalam aliran nitrogen sebesar 30 ml/min selama sedikitnya 1 jam untuk menghilangkan kemungkinan adanya kandungan komponen air akibat selama penyimpa panan maupun penyusunan unggun katalis. Selanjutnya, reaksi katalisis langsung dapat dilakukan dengan mengumpankan cairan aseton kedalam reaktor dengan tetap menggunakan gas nitrogen sebagai gas pembawanya (carrier gas). Pengumpanan cairan aseton dilakukan dengan menggunakan micro pump sedemikian rupa sehingga aliran aseton mempunyai laju SV(space velocity) sebesar 4 h-1 dalam kondisi reaktor pada suhu reaksi (678 K) dan total tekanan antara 0.13-0.25 MPa.

Gas keluran reaktor dilewatkan dua buah trap penampungan yang disusun secara seri, yang salah satunya berisi etanol. Keduanya dicelupkan didalam water bath yang diisikan es untuk menyempurnakan penangkapan dan penampungan sampel produk yang berupa cairan. Sedangkan produk gas (tidak tercairkan maupun terabsorp) ikut mengalir bersama carrier gas nitrogen, ditampung didalam wadah plastik (gas-bag). Produk cair dianalisa menggunakan instrumen gas chromatografy jenis FID (Flame Ionization Detector) dari Hewlett Packard GC-5890 dilengkapi dengan kolom kapiler DB-1. Kondisi operasi GC-FID dapat dilihat pada tabel 1. Sedangkan produk gas dilakukan analisa menggunakan instrumen gas chromatografi jenis TCD (Thermal Conductivity Detector) dari Shimadzu-14A dan digunakan kolom molekuler sieve untuk mendeteksi komponen senyawa metana dan CO dan kolom porapaq Q untuk mendeteksi komponen metana, etilena, etana, propelena, propana serta senyawa C4 (butena, butana maupun, isobutena). Sedang kondisi operasi dapat dilihat pada tabel 2.

Batangan Baja SS 316

Reaktor Pipa, 10 mm o.d., SS 316

19 cm

Lokasi Pengukuran Suhu Unggun Katalis

35 cm

16 cm

Quartz Wool

Quartz sand

Termokope1

Unggun Katalis

Quartz Wool

6 mm , i.d

Reaktor Pipa, 10 mm o.d., SS 316

N2 gas

Quartz Sand

Katalis

Flowmeter Pomp

Reaktor Pipa

Electric furnace

Pre-heater

Ice - water

Gaseous product

Aseton

Gambar 3 Skema susunan sarana uji katalis dalam reaksi aseton menjadi hidrokarbon aromatik

Gambar 2 Penyusunan Katalis dalam Reaktor



Tabel 1 Data FID ANALYSIS (Hewlett Packard) Tabel 2 The condition of GC for gaseous analysis

Column DB-1 60 m x 0.25 mm I.D., 0.25 μ (film) JW : 122-1062-JW

Gas Chromatography GC 1 GC 2

Carrier Nitrogen Column Porapaq Q Mol. Sieve

Oven 40 oC for 2 min; 40 - 220 oC with heating rate at 2.5 o C/min

Carrier gas Helium Argon

Injector Split 1:100; 260 oC Column Oven 80 oC 60 oC

Detector FID 290 oC Nitrogen make up gas sebesar 30 ml/min

Injection port 90 oC 80 oC

Detector (TCD) 90 oC 80 oC

Konversi aseton dihitung berdasarkan jumlah aseton yang yang diumpankan dalam waktu tertentu dan aseton

masih tersisa dalam produk cair delam rantang waktu tertentu (30-40 menit). Selektivitas maupun yield setiap komponen produk dinyatakan dalam persen karbon dan dihitung berdasarkan jumlah asetone yang terbentuk.

3. Hasil dan Pembahasan

Secara qualitatif terbentuknya produk senyawa hidrokarbon hasil reaksi merupakan indikator real proses keberlangsungan reaksi katalitik apakah telah berjalan sesuai yang diharapkan. Salah satu tipikal hasil GC chromatogram untuk produk cair dan gas bisa dilihat pada gambar 4 dan gambar 5. Terlihat bahwa berbagai puncak pada masing-masing retention time yang menunjukkan keberadaan berbagai produk hidrokarbon hasil reaksi aseton menggunakan ZSM-5. Kandungan senyawa di dalam produk cair juga telah dikonfirmasi dengan menggunakan Gas chromatografi Mass spectrometri (GC-MS) dilengkapi dengan perangkat lunak database seluruh senyawa organik. Dan dengan kolom kapiler yang sama serta temperatur program yang sama dengan FID, maka didapatkan kepastian (identifikasi) seluruh senyawa hidrokarbon dalam produk cair sesuai dengan masing-masing retention timenya. Untuk lebih memastikan kandungan produk cair, maka instrumen GC-FID sendiri juga dilakukan pengecekan dengan sampel murni ataupun standar dan ringkasan hasilnya bisa dilihat tabel 3. Oleh karena gas chomatografi FID menggunakan standar nyala api (flame) gas hidrogen, maka kemampuan deteksi terhadap senyawa hidrokarbon hanya terletak aadanya atom karbon yang terikat. Dan oleh karena hidrokarbon hampir memiliki rasio H/C yang sangat dekat, maka faktor kalibrasi adalah relatif 1 terhadap lainnya. Kecuali aseton yang punya gugu s karbonil, membuat faktor kalibrasinya bernilai 2,2. Dengan cara yang sama juga dilakukan untuk kepastian produk gas yang terbentuk selama reaksi, hasilnya bisa dilihat gambar 5 dan dibuat ringkasa pada tabel 4.

Hasil tersebut tersebut ini merupakan tolok ukur awal bahwa reaksi telah berhasil dilakukan sesuai yang diharapkan. Perlu dicatat disini bahwa puncak-puncak chromatogram ini sama sekali tidak terlihat baik pada produk cair maupun gas, saat reaksi dilakukan tanpa adanya katalis ZSM-5 didalam reaktor.

Table 3 Waktu retensi hidrokarbon hasil deteksi menggunakan GC-FID dengan kolom kapier DB-1

Table 4 Waktu retensi hidrokarbon hasil deteksi menggunakan GC-TCD

Peak No.

Compounds

Ret.time, minute

Calibration factor

Komponen Retention time, min Calibration Factor

1 Acetone ~6.25 2.2 Porpak. Q Mol.Sieve 2 C6

＋ Aliphatics 6.1-9.3 1 CO2 0.9 0.91659 3 Benzene 7.98 1 C2H4 1.4 0.87553 4 Toluene 9.87 1 C2H6 1.8 0.80699 5 Ethylbenzene - 11.85 1 C3H6 5.2 0.67475 6 m+p-Xylene - 12.1 1 C4 12.8 0.56479 7 o-Xylene - 12.6 1 H2 1.7 0.10501 8 C9-Aromatics* 13.8-15.6 1 CH4 4.1 0.34531 9 C10-Aromatics** 16.6-17.7 1 CO 4.7 1.00367

10 Naphthalene - 18.5 1 11 MMN group- 20.5-21.0 1 12 DMN 22,3 1 13 TMN - 23.3-24 1

C9-Aromatics* terdiri atas n-Propylbenzene, 1-Methyl-3-Ethylbenzene, 1- ethyl--Ethylbenzene, 1,3,5-Trimethylbenzene (Mesytylene), 1-Methyl-2-Ethylbenzene, 1,2,4-Trimethylbenzene, 1,2,3-Trimethylbenzene C10-Aromatics** terdiri atas 1,4-Diethylbenzene, n-butylbenzene, 1,2 diethylbenzene, 1,2,4,5-Tetramethylbenzene, 1,2,3,4-Tetramethylbenzene

Untuk mengkuantifikasi tingkat keberlangsungan reaksi, maka salah satu tolok ukur utamanya adalah

parameter konversi, yakni dalam hal ini adalah aseton sebagai umpan tunggal masuk kedalam reaktor. Seperti terlihat pada gambar 6 yakni tentang konversi aseton disepanjang waktu selama uji reaksi hampir 24 jam dengan



kondisi reaksi SV=4h-1 , T=673K., tekanan atmosferik. Terlihat jelas bahwa ZSM-5 dengan rasio Si/Al=25 konversi aseton adalah konstan mendekati 100 % selama hampir 17 jam. Walaupun, katalis dengan rasio tersebut mengalami deaktivasi setelah 17 jam, dibanding dengan rasio Si/Al lainnya (75, 100) jauh memiliki catalytic durability yang lebih tinggi karena 2 rasio tersebut lebih cenderung mudah mengalami proses deaktivasi bahkan mulai saat awal uji reaksi (Setiadi, 2005).

Untuk melihat distribusi produk distribusi hasil reaksi, maka diambil salah satu sampel saat akumulasi produk cair maupun gas selama 40 menit awal reaksi (lihat gambar 7). Untuk memperingkas komponen, maka senyawa produk diklasifikasikan dalam 4 kategori yakni,

1. produk monoaromatik yakni benzene, toluene, Ethylbenzene, m+p-Xylene, o-Xylene, C9- ataupun C10-Aromatik (lengkapnya lihat tabel 3)

2. Produk diaromatik yakni Naphthalene MonoMethylNaphthalene group(MMN), Dimethyl MethylNaph-thalene(DMN) maupun TMN (Trimetil Naphthalene).

3. Alifatik serta cabangnya C2H4, C2H6, C3H6, C4 (butane, isobutana, isobutene), CH4 dan C6＋ Aliphatics

4. Karbon Oksida (CO dan CO2) Secara umum bahwa ZSM-5 memiliki kinerja dengan kemampuan shape selectivity yang tinggi, terbukti

selektif terhadap terbentuknya produk hidrokarbon dengan kerangka rantai karbon antara C1-C10 dengan konversi aseton mendekati 100 % selama 17 jam. Namun terlihat jelas bahwa produk aromatik merupakan produk yang sangat dominant dianatara hidrokarbon C1-C10 dengan selektivitas > 70 %. Hal ini memperlihatkan kinerja lain dari katalis ZSM-5 untuk mengkatalisis reaksi aromatisasi sangat tinggi yang sangat terkait dengan ukuran dan struktur porinya yang mendekati geometri ukuran dimeter molekul aromatik (sekitar 0,6 nm).

Yield juga merupakan parameter ouput yang juga cukup penting untuk melihat dan evaluasi kinerja katalis. Parameter merupakan ukuran sejumalah produk yang diinginkan dari reaktan yang diumpankan dan dihitung berdasarkan perkalaian antara konversi dan selektivitas produk. Karena aromatik meupakan produk yang dominan dalam hidrokarbon C1-C10, maka seperti terlihat pada gambar 8, nampak jelas bahwa selama 15 jam uji reaksi ZSM-5 rasio Si/Al=25 memberikan yield aromatik diatas nilai 60 %.



produk aromatis dibawah 70 % dan malahan mengalami penurunan setelah waktu 5 jam. Setelah rentang waktu Secara umum, berlangsungnya reaksi konversi aseton adalah melalui mekanisme reaksi kondensasi aldol.

Mekanisme reaksi mekanisme tersebut merupakan gabunagn antara langkah reaksi asam basa dari Bronsted (proton transfer) dan Lewis step (electron transfer). Reaksi aldol bermula dari pemisahan proton berposisi α (alfa) membentuk enolat yang beresonansi (Xu, 2002). Anion ini sangat reaktif sebgai nukleofil yang mampu menyerang gugus karbonil yang miskin elektron dari molekul aseton (Lewis step) dan membentuk produk antara yakni alkoksida (Xu dkk, 1994). Selanjutnya terprotonasi membentuk produk aldol yakni diaseton alkohol (DAA).

Pada temperatur tinggi, DAA terdehidrasi dengan melepaskan H2O dan terbentuk mesitil oksida (MO). MO tersebut dapat mengalami langkah kondensasi membentuk di-enon ataupun siklik isophoron. Secara teoritis, reaksi

Gambar 4 Salah satu tipikal Chromatogram FID untuk sampel cair hasil reaksi konversi aseton

Gambar 5 Salah satu tipikal Chromatogram TCD sampel gas produk samping reaksi konversi aseton

Gambar 7 Distribusi produk hasil konversi aseton menggunakan katalis ZSM-5 (W katalis = 1 g, suhu =

673 K, SV = 4 h-1, tekanan atmosferik) untuk akumulasi sampel cair selama 40 menit pertama

0 10 20 30 40

CO

CO2

CH4

C2H4

C2H6

C3H6

C3H8

C4 aliphatics

C5~C6 aliphatics

Benzene

Toluene

Ethylbenzene

m+p-Xylene

o-Xylene

C9-Aromatics

Naphthalene

2-Methylnaphthalene

1-Methylnaphthalene

Dimethylnaphthalene

Trimethylnaphthalene

Selectivity (% carbon)

Alifatik

Diaromatik

Monoa-romatik

0

20

40

60

80

100

0 5 10 15 20 25 30Time on stream [h]

Yie

ld [

% m

ol c

arbo

n]

0

20

40

60

80

100

0 5 10 15 20 25 30

Time on stream [h]

Ace

tone

con

vers

ion

[%]

Gambar 8 Yield aromatik hasil konversi aseton menggunakan katalis ZSM-5 ( W katalis

= 1 g, suhu = 673 K, SV = 4 h-1, tekanan atmosferik)

Gambar 6 Konversi aseton dengan katalis ZSM-5 ( W katalis = 1 g, suhu = 673 K, SV = 4 h-1, tekanan

atmosferik)



ini dapat berlanjut terus dengan mengalami reaksi subtitusi pada gugus fungsi metil. Sehingga reaksi kondensasi lebih lanjut dengan molekul aseton yang teradsorbsi, membentuk spesi dengan berat molekul yang tinggi dan terakumulasi didalam saluran pori, menghambat akses molekul menuju inti aktif dan akhirnya menurunkan laju reaksi (Steven, 1999). Pembentukan senyawa aromatik (Frigyes Solymosi and Aleksander Szechenyi, 2004; Choudhary, 2002; Dehertog dan Fromen, 1999; Liu dkk., 1999) dapat berlangsung melalui reaksi kondensasi dan dehydrosklisasi molekul isobutelena daripada melalui reaksi siklisasi dienon (Chang, 1981). Sedangkan isobutilena sendiri berasal dari hasil dekomposisi MSO ataupun DAA pada temperatur tinggi (Zaki, 2000). Reaksi aldol kondensasi dengan adanya katalis akan lebih mempercepat laju reaksi. Secara prinsip semakin asam permukaan katalis, semakin tinggi kinerja ZSM-5

Berdasarkan penglihatan secara visual bahwa terjadi perubahan warna katalis yang sangat mencolok dari semula putih bersih menjadi abu-abu setelah usai reaksi. Hasil ini dapatlah dipastikan bahwa terjadi pembetukan produk samping yang keberadaannya menutupi permukaan katalis, yang mengakibatkan penurunan luas permukaan serta kinerja katalis yakni terjadi penurunan aktivitas setelah 17 jam reaksi. Diduga bahwa kokas tersebut terbentuk dari hasil reaksi aldol kondensasi molekul aseton yang berkelanjutan (multiple condensation) dan semakin lama semakin terakumulasi pada permukaan katalis menjadi persenyawaan molekul yang besar selama berlangsungnya reaksi (Steven dkk, 1999)

4. Kesimpulan Reaksi konversi aseton menjadi hidrokarbon C1-C10 secara pasti telah dapat dilakukan dengan baik pada

suhu 678 K, SV 4 h-1 pada tekanan atmosferik. Konversi aseton yang didapat mendekati 100% selama rentang waktu uji reaksi 17 jam. Melihat produk utama yang dihasilkan adalah berupa hidrokarbon aromatik, maka hal ini menunjukkan bahwa kemampuan ZSM-5 baik dalam mengakalisis reaksi aromatisasi berdasarkan shape selective-nya maupun kemampuannya menahan terbentuknya senyawa hidrokarbon dengan rantai C lebih tinggi dari C10 adalah sangat tinggi.

Produk yield aromatik diatas 60 % dalam uji kinerja reaksi selama 16 jam. Namun kemungkinan terjadinya penurunan aktivitas katalis (deactivation) terlihat, terutama setelah 17 jam reaksi. Berdasar uraian mekanisme reaksi aseton, penyebab utama penurunan kinerja katalis tersebut oleh karena terjadinya penutupan pori oleh kokas yang pembentukannya diduga berasal dari hasil samping reaksi konversi aseton, yakni reaksi multiple condensation terjadi pada permukaan external ZSM-5.

Ucapan terima kasih Penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada Prof. Dr. Toshinori Kojima, Seikei University ( Tokyo)

beserta seluruh staff dan anggota laboratorium, dan Prof. Toshio Tsutsui (Kagoshima University) dengan segala kebaikan hatinya untuk bisa menggunakan sarana dan prasarana penelitian serta segala masukan & diskusi yang sangat berharga.

Daftar Pustaka 1. Antal, M. J. Jr., S. G. Allen, X. Dai, B. Shimizu, M.S. Tam, and M. GrØnli, (2000), "Attainment of the

Theoretical Yield of Carbon from Biomass”, Ind. Eng. Chem. Res., 39, hal. 4024-4031 2. Badr, H.R., R. Toledo, M.K. Hamdy , (2001), “Continuous Acetone-Ethanol-Butanol Fermentation By

Immobilized Cells Of Clostridium Acetobutylicum”, Biomass And Bioenergy 20, hal.119-132 3. Chang, C. D.,Lang, W. H., dan Bell W.K., (1981), “Molecular Shape-Selective Catalysis in Zeolite, in Catalysis

of Organic Reactions”,edited by William R. Moser, Marcel Dekker Inc., hal. 73-94 4. Frigyes Solymosi and Aleksander Szechenyi, Aromatization of n-butane and 1-butene over supported Mo2C

catalyst, Journal of Catalysis 223 (2004) 221-231 5. Gibbs, D.F. (1983), " The rise and fall (... and rise ?) of acetone/butanol fermentations" ,Trends in Biotech-

nology, VoL I, No. 1, hal 12. 6. Jens Weitkamp, (2000), “Zeolites and Catalysis”, Solid State Ionics 131, hal. 175-188 7. Jürgen O. Metzger, Marco Eissen, (2004), “Concepts on the contribution of chemistry to a sustainable

development. Renewable raw materials”, C. R. Chimie, in press 8. Kojima, T., (1998), “The Carbon Dioxide Problem: integrated energy and environmental policies for the 21 st

century”, Gordon and Breach, Tokyo 9. Lena Ha_Ggstrom, (1985), “Acetone-Butanol Fermentation And Its Variants”, Biotech Advs Vol.3, hal. 13-28 10. Liu Fangfang, Li Liu, Xianshe Feng , (2004), "Separation of acetone–butanol–ethanol (ABE) from dilute

aqueous solutions by pervaporation " , Separation and Purification Technology, in press 11. Löffler, D., (2001), “Which Catalyst”, Chem. Eng. Prog., 98(12), hal. 47 12. Lucas, A., Canizares, P., Duran, A., (2001), ”Improving deactivation behaviour of HZSM-5 catalysts”,

App.Catal. A : General, 206, hal. 87-93 13. Lucas, A., Canizares, P., Duran, A., and Carrero, A., (1997), “Coke Formation, Location, nature and

regeneration on Dealuminated HZSM-5 type Zeolites”, Applied Catalysis A : General,156 , hal. 299-317 14. Marcilly, C., (2003), “Present status and future trends in Catalysis for refining and Petrochemicals”, Journal of

Catalysis 216, hal. 47–62 15. Natasha Padabed, Irina Tudorache, Jean-Pierre Moussally, Simona Negro and Tenley Dalstrom, (2002), “The

Role of Biomass in Carbon Flows Between Eastern and Western Europe: Potential and Perspectives”, Report for CFEWE project of the International Human Dimension Programme Industrial Transformation IHDP-IT.

16. Richardson, James T., (1989), “Principles of Catalyst Development”, Plenum Press, New York (1989) 17. S.T. Sie, (2001), “Consequences of catalyst deactivation for process design and operation “, Applied Catalysis

A: General 212, hal.129–151 18. Seth Heminway, (1995), “Profile of the Petroleum Refining Industry”, EPA Office of Compliance Sector

Notebook Project, U.S.Environmental Protection Agency, Washington.



19. Setiadi, (2005), “Uji Kinerja Katalis ZSM-5 dalam Konversi Aseton menjadi Hidrokarbon Aromatik”, Prosiding Simposium dan Kongres Masyarakat Katalisis Indonesia, Gedung Widya Bhakti , Serpong

20. Setiadi, S., Tsutsui, T., Kojima, T., (2003),”Conversion of Acetone to Aromatic Compound with HZSM-5”, The journal of Japan Institute of Energy, 82 (12), hal. 926-932

21. Stevens, Mark G., Denise Chen dan Henry C. F., (1999), “ Solid-base catalysts with highly dispersed active sites”, Chemical Commun., hal. 275-276

22. Vacant R. Choudhary, Devadas Panjala, Subhabrata Banerjee, Aromatization of propene over H-galloalumininosilicate (ZSM-5 type) zeolite, Applied Catalysis A General 231 (2002) 243-251

23. W.J.H. Dehertog, G.F. Fromen, A catalytic route for aromatics production from LPG, Applied Catalysis A General 189 (1999) 53-75

24. Wei-Qiau Liu, Lin Zhao, Gui-Da Sun, En-Ze Min, Saturation of aromatics and aromatization of C3 and C4 hydrocarbons over metal loaded pillared clay catalysts, Catalysis Today 51 (1999) 135-140

25. Xu, Teng, Munson, Eric J., and Haw, James F.,(1994), ”Toward a Systematic Chemistry of Organic Reactions in Zeolites: In Situ NMR Studies of Ketones”, J. Am. Chem. Soc., 116, hal. 1962-1972

26. Zaki, M.I., Hasan, M.A.,Al-Sagheer dan Pasupulety, (2000),’ Surface chemistry of acetone on metal oxides: IR observation of acetone adsorption and consequent surface reaction on Silica-Alumina vs. Silica and Alumina”, Langmuir 16, 430-436

------------------------oOo------------------------

Documents

Aceton Hydrocarbon ZSM 5