Prosiding Seminar Nasional Kimia Unesa 2012

Prosiding Seminar Nasional Kimia Unesa 2012 – ISBN : 978-979-028-550-7
Surabaya, 25 Pebruari 2012
PENGARUH BERBAGAI LOADING NIKEL OKSIDA
PADA KARAKTER KATALIS BERPENDUKUNG NiO2/MgF2
EFFECT OF VARIOUS LOADING OF NICKEL OXIDE ON THE CHARACTER OF
SUPPORTED CATALYST NiO2/MgF2
1,2,3
Djarot Sugiarso S.K.S1, Jumroni2, Irmina Kris Murwani3
Jurusan Kimia, FMIPA, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya
e-mail : [email protected]
Abstrak-NiO dapat diaplikasikan sebagai katalis dalam beberapa reaksi sintesis senyawa organik
karena sifat kesamannya. Dalam penelitian ini, telah dilakukan sintesis padatan MgF2, NiO dan NiO
(loading 5, 10, 15 % w/w) berpendukung MgF2 dan dikarakterisasi strukturnya menggunakan difraksi
sinar-X dan FTIR serta diuji keasamannya dengan metode piridin-FTIR. Difraktogram hasil sintesis
NiO menunjukkan adanya puncak-puncak yang sesuai dengan data base JCPDS- International
Centres for Diffraction Data Tahun 2001 dengan nomor PDF 73-1519. Hasil spektra FTIR
menunjukkan ikatan-ikatan di dalam NiO dan NiO/MgF2. Hasil uji keasaman melalui metode adsorpsi
piridin menggunakan analisis FTIR menunjukkan padatan memiliki sifat asam Lewis dengan urutan
MgF2 < NiO < 15% NiO/MgF2 < 5% NiO/MgF2 < 10% NiO/MgF2.
Kata kunci: pendukung, NiO, XRD, FTIR.
Abstract -NiO can be applied as a catalyst in the organic compound synthesis. In this study, it has
performed the synthesis of MgF2 , NiO and supported catalyst NiO on MgF2 with variation of NiO
loading 5, 10, 15% w/w and characterized using X-ray diffraction and FTIR, acidity test has been
done using pyridine-FTIR method. Synthesized NiO diffractograms showed peaks corresponding to
the data base JCPDS-International Centres for Diffraction Data of 2001 with the PDF number 731519. The result of FTIR spectra show the bonds inside the NiO and NiO/MgF2. Acidity test results
through pyridine adsorption method using FTIR analysis shows the catalyst has the Lewis acid
properties in order MgF2 < NiO < 15% NiO/MgF2 < 5% NiO/MgF2 < 10% NiO/MgF2.
Key words: supported, NiO, XRD, FTIR.
PENDAHULUAN
Padatan NiO yang diketahui bersifat
asam dapat diaplikasikan sebagai katalis
berbagai reaksi. Pada reaksi-reaksi sintesis
organik NiO sering digunakan untuk
membantu berlangsungnya reaksi. Kebutuhan
katalis NiO menjadi sangat besar jika
digunakan sebagai katalis secara langsung.
Oleh karena itu perubahan NiO menjadi
katalis berpendukung dapat mengurangi
jumlah kebutuhan tersebut.
Alumina terfluorinasi, logam-logam
fluorida dan katalis florida, misalnya
MgF2/LiF, CrF3/MgF2, AlF3-x(OH)x dengan
aluminium disubtitusi oleh kromium dan
magnesium, serta subtitusi kromium oleh
magnesium dan besi telah diteliti sebagai
katalis heterogen. Penggunaan MgF2 sebagai
pendukung menghasilkan perubahan yang
sangat signifikan terhadap fasa aktif katalis.
Mekanisme dan pembentukan oksida, oksida
ganda ataupun lapisan logam pada permukaan
MgF2 telah diteliti dan dipelajari sifat kimia
dan sifat fisiknya. Katalis yang didapatkan
telah diketahui memiliki aktivitas dan
selektivitas yang tinggi dalam reduksi NOx
oleh karbon oksida dan hidrokarbon. Katalis
rutenium maupun paladium yang diberi
pendukung MgF2 juga sangat efektif dala
reaksi hidrodesulfurisasi (Wojciechowska,
2003).
C - 310
Prosiding Seminar Nasional Kimia Unesa 2012 – ISBN : 978-979-028-550-7
Surabaya, 25 Pebruari 2012
EKSPERIMENTAL
Sintesis
MgF2 disintesis seperti metode yang
telah dilakukan oleh Murwani pada tahun
2004. Larutan magnesium nitrat dalam etanol
disintesis secara stoikiometris dengan HF,
diaduk hingga terbentuk sol. Sol diaduk
hingga homogen dan disetimbangkan hingga
terbentuk gel. Gel dikeringkan pada suhu
100ºC hingga terbentuk xerogel. Xerogel
dikalsinasi pada suhu 400ºC selama 4 jam.
Padatan NiO disintesis melalui
pemanasan Nikel klorida pada suhu 400ºC
selama 4 jam. Sedangkan untuk sintesis
NiO/MgF2
dilakukan
melalui
metode
impregnasi dengan loading masing-masing 5,
10 dan 15 % w/w untuk masing-masing Ni
dalam MgF2.
menggunakan
difraktometer
sinar-X.
Difraktogram NiO dan NiO/MgF2 yang
diperoleh dicocokkan dengan dengan database
JCPDS-Internal Centre of Diffraction Data
PCPDFWIN tahun 2001. Padatan katalis yang
diperoleh juga dikarakterisasi dengan FTIR.
Sedangkan untuk sifat keasaman dianalisis
dengan adsorpsi piridin-FTIR.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Kaatalis NiO
Katalis NiO diperoleh dari bahan dasar
NiCl2·6H2O. Pada saaat NiCl2·6H2O dilarutkan
dalam aquades, terjadi perubahan warna dari
hijau terang menjadi hijau tua, hal ini
menunjukkan bahwa terbentuknya kompleks
[Ni(H2O)6]Cl2 yang kemudian dikeringkan
dalam oven pada 100 ºC, sedangkan kalsinasi
pada 400 ºC bertujuan untuk memperoleh
padatan NiO sebagai katalis yang stabil.
Setelah proses kalsinasi diperoleh
serbuk hijau yang kemudian dikarakterisasi
dengan XRD. Difraktogram padatan yang
diperoleh dari hasil karakterisasi terdapat pada
gambar 1. Difraktogram padatan dicocokkan
dengan dengan database JCPDS-Internal
Centre of Diffraction Data PCPDFWIN tahun
2001. Ternyata puncak-puncak padatan NiO
sesuai dengan PDF No. 73-1519 yang
mempunyai sistem kubik dan puncak pada 2
37,34; 43,38; 63,02; 75,60 dan 79,60°.
Berdasarkan
analisis
tersebut
dapat
disimpulkan bahwa padatan yang diperoleh
adalah murni NiO.
4500
4000
3500
3000
Intensitas (cps)
Padatan NiO dan MgF2 dapat
digabung membentuk katalisator. Oleh karena
itu dipelajari pengaruh loading terhadap
struktur padatan tersebut. Pada katalis
heterogen, luas permukaan katalis dapat
ditingkatkan dengan cara diberi pendukung.
Pendukung tersebut adalah MgF2. Magnesium
Fluorida dapat digunakan sebagai pendukung
dalam katalis yang mengandung logam transisi
individu dan kemudian dua fasa oksida
berbeda, fasa logam maupun asam heteropoli.
Penggunaan MgF2 sebagai pendukung akan
memudahkan dalam penentuan struktur dan
sifat permukaan katalis. Katalis dengan
pendukung MgF2 akan memiliki aktivitas dan
selektivitas yang tinggi misalnya pada
hidrodesulfurisasi
senyawa
organik
(Wojciechowska, 2002).
Oleh sebab itu, dalam penelitian ini
akan disintesis padatan NiO dan NiO
berpendukung MgF2 dengan berbagai variasi
loading.
Katalis
tersebut
kemudian
dikarakterisasi strukturnya menggunakan
difraktometer sinar-X dan FTIR agar dapat
dilihat pengaruh variasi loading NiO.
2500
2000
1500
1000
500
Karakterisasi
Karakterisasi
struktur
digunakan
instrumen XRD X’pert Philips (Cu Kα,
λ=1,54060) dan Spektrofotometer FTIR Buck
500. Uji keasaman dilakukan dengan metode
piridin-FTIR.
Padatan yang diperoleh NiO dan hasil
impregnasi NiO/MgF2 dengan variasi loading
5, 10 dan 15% dikarakterisasi strukturnya
0
PDF 73-1519
-500
30
40
50
60
70
80
2
Gambar 1. Difraktogram NiO
Padatan NiO juga dikarakterisasi
dengan FTIR untuk mengetahui ikatan-ikatan
yang terdapat di dalamnya. Spektra FTIR NiO
ditunjukkan pada gambar 2. Pada spektra
C - 311
Prosiding Seminar Nasional Kimia Unesa 2012 – ISBN : 978-979-028-550-7
Surabaya, 25 Pebruari 2012
FTIR dari NiO menunjukkan beberapa puncak
serapan yang signifikan. Spektra FTIR yang
diperoleh menunjukkan adanya puncak
melebar pada bilangan gelombang 600-700
cm-1 yang merupakan serapan dari vibrasi
tekuk Ni-O. Selain vibrasi dari Ni-O, terdapat
pula puncak lebar pada 3440 cm-1 yang
disebabkan oleh vibrasi ulur O-H dan puncak
lemah sekitar 1635 cm-1 yang menunjukkan
vibrasi tekuk dari H-O-H. Adanya puncak
vibrasi dari O-H dan H-O-H pada spektra
disebabkan oleh adsorpsi air dari udara pada
sampel saat dianalisis dengan FTIR,
60
O-H
H-O-H
40
Ni-O
Transmitan (%)
80
20
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
dan 43,38° (tanda ●), hal ini sesuai dengan
PDF No. 73-1519 yang menunjukkan bahwa
puncak-puncak utama logam NiO terletak
pada 2 37,34; 43,38; 63,02; 75,60 dan 79,60°.
Puncak-puncak karakteristik MgF2 di daerah
2 27,23; 35,25; 40,44; 43,70; 53,49; 56,17;
68,09; 71,46 dan 77,82 (tanda ■).
Berdasarkan hasil analisis dengan XRD
menunjukkan bahwa proses impregnasi tidak
menyebabkan rusaknya padatan penyusun
katalis NiO maupun MgF2, hal tersebut
dibuktikan dengan munculnya puncak-puncak
khas dari NiO dan MgF2.
Intensitas
puncak
NiO
pada
difraktogram NiO/MgF2 terlihat jauh lebih
rendah dari pada difraktogram NiO murni,
sehingga puncak khas NiO pada 2 37,34;
43,38 dan 63,02 memiliki intensitas yang
kecil
pada
difraktogram
NiO/MgF2.
Berdasarkan difraktogram diatas terlihat jelas
bahwa semakin besar jumlah loading Ni maka
semakin tinggi intensitas pada puncak-puncak
khas NiO, seperti pada 2 63,02; 43,38 dan
37,34 (tanda ).
500
-1
Bilangan Gelombang (cm )







(c)







Intensitas (cbs)
Katalis NiO berpendukung MgF2
Pada penelitian ini disintesis katalis
NiO berpendukung MgF2 atau dinotasikan
NiO/MgF2, masing-masing dengan konsentrasi
yang berbeda yaitu 5, 10 dan 15% loading Ni.
Katalis NiO/MgF2 yang digunakan pada
penelitian ini diperoleh melalui metode
impregnasi.
Berdasarkan
pengamatan
secara
visual, terjadi perubahan warna padatan
sampel sebelum dan sesudah proses kalsinasi.
Sebelum kalsinasi, padatan berwarna hijau tua
yang berasal dari campuran NiCl2 dan MgF2.
Setelah kalsinasi, padatan berubah menjadi
berwarna hijau muda. Hal ini menunjukkan
bahwa padatan hasil impregnasi telah
terdekomposisi menjadi oksida logam NiO
yang berwarna hijau.
Karakterisasi
struktur
padatan
NiO/MgF2 hasil sintesis dilakukan dengan
XRD. Difraktogram padatan NiO/MgF2
dengan loading Ni 5, 10 dan 15% hasil sintesis
ditunjukkan
pada
Gambar
3.
Pada
difraktogram NiO/MgF2 ditunjukkan adanya
puncak-puncak khas NiO di daerah 2 37,34
1500
Gambar 2. Spektra FT-IR NiO


(b)
(a)
20
Gambar
30
40
50
2
60
70
80
3. Difraktogram katalis hasil
impregnasi: (a) 5% NiO/MgF2, (b)
10% NiO/MgF2 dan (c) 15%
NiO/MgF2 : ■ = Puncak MgF2, ● =
Puncak NiO
Karakterisasi padatan NiO/MgF2 juga
dilakukan dengan FTIR. Spektra FTIR dari
katalis NiO/MgF2 hasil sintesis dengan
loading Ni 5, 10 dan 15% serta katalis NiO
dan pendukung MgF2 dapat dilihat pada
Gambar 4.
Spektra dari katalis NiO/MgF2 dan
pendukung MgF2 memberikan pita-pita
serapan yang hampir sama, tidak terlihat
C - 312
Prosiding Seminar Nasional Kimia Unesa 2012 – ISBN : 978-979-028-550-7
Surabaya, 25 Pebruari 2012
munculnya puncak baru, namun terjadi
penurunan intensitas puncak-puncak yang
muncul jika dibandingkan dengan spektra
padatan pendukung MgF2 . Katalis NiO yang
ditambahkan pada MgF2 ternyata tidak mampu
membentuk ikatan yang kuat, hanya
menempel pada permukaan, hal tersebut
dibuktikan dengan tidak munculnya puncakpuncak baru pada spektra FTIR.
50
(d)
(c)
10%
NiO/MgF2 , (d)
NiO/MgF2 dan (e) NiO
15%
Keasaman suatu katalis bergantung
pada sifat dari permukaan katalis tersebut,
yaitu dapat bersifat asam Lewis dan atau asam
Brønsted. Spektra FTIR keasaman katalis
keseluruhannya pada gambar 5 menunjukkan
bahwa katalis ZnO/MgF2 yang disintesis
memiliki sifat asam Lewis, hal tersebut dapat
dilihat dengan munculnya puncak absorbansi
pada daerah sekitar 1400-1450 cm-1 dan juga
memiliki asam Brønsted yang terlihat pada
daerah 1550 cm-1.
Transmitan (%)
(b)
KESIMPULAN
3000
2000
MgF
MgF
MgF


4000
MgF
(a)
1000
-1
Bilangan Gelombang (cm )
Gambar 4. Spektra FTIR dari: (a) MgF2, (b)
5%
NiO/MgF2,
(c)
10%
NiO/MgF2
dan
(d)
15%
NiO/MgF2
Puncak yang muncul pada daerah
3600-3200 cm-1 mewakili vibrasi ulur O–H
yang berasal dari MgF2, di mana OH terikat
dengan ion Mg2+. Pada spektra diatas tidak
terlihat adanya puncak khas NiO, hal ini
disebabkan karena konsentrasi NiO yang
ditempelkan pada pendukung cukup kecil.
Keasaman katalis yang didapatkan
dapat ditentukan melalui metode adsorpsi
piridin menggunakan analisis FT-IR. Hasil
analisis keasaman terdapat pada gambar 5.
L
L

0,1
(e)
Absorbansi (a.u)
(d)
(c)
(b)
(a)
1650
1600
1550
1500
1450
-1
Bilangan Gelombang (cm )
1400
Gambar 5. Spektra FTIR Keasaman Katalis:
(a) MgF2, (b) 5% NiO/MgF2, (c)
1. Variasi loading NiO pada katalis Nio
berpendukung MgF2 berpengaruh pada sifat
keasamannya.
2. Urutan sisi asam lewis katalis mulai dari
yang paling besar adalah kecil adalah MgF2
< NiO < 15% NiO/MgF2 < 5% NiO/MgF2
< 10% NiO/MgF2.
Ucapan Terima Kasih
Penulis mengucapkan terima kasih
pada tim katalis yang berperan dalam
penelitian dan penulisan artikel ini dan ITS
yang sudah memberikan kontribusi fasilitas
laboratorium untuk terselesainya penelitian
ini.
DAFTAR PUSTAKA
Cho, D.H., Yim, S.D., Cha, G.H., Lee, J.S.,
Kim, Y.G., Chung, J.S & Nam, I.S.,
1998, Behaviour of Chromium Oxide on
MgO or MgF2, Journal of Physical
Chemistry : A, 102, 7913-7918.
Murwani, I.K., Kemnitz, E., Skapin, T.,
Nickko-Amiry, M & Winfield, J.M
2004, Mechanictic Investigation of
Hydrodechlorination
of
1,1,1,2Tetrafluorodichloroethane on Metal
Fluoride-Supported Pd and Pd, Catalysis
Today, 88, 153-168.
Rywak, A.A & Burlitch, J.M., 1996 , Sol-Gel
Synthesis of Nanocrystalline Magnesium
Fluoride : Its Use in the Preparation of
MgF2 Films and MgF2-SiO2 Composites,
Chemical Matter, 8, 60-67.
Wojciechowska,
M.,
Zielinski,
M.,
Malczewska, A., Przystajko, W., dan
C - 313
Prosiding Seminar Nasional Kimia Unesa 2012 – ISBN : 978-979-028-550-7
Surabaya, 25 Pebruari 2012
Pietrowski, M., 2003, MgF2 as a Non
Conventional Catalyst Support, Journal
of Fluorin Chemistry, 120, 1-11.
Wojciechowska, M., Czajka B., Pietrowski
M., dan Zieliński M., 2000, MgF2 as A
Non Conventional Catalytic Support
Surface and Structure Characterization,
Catalysis Letters, 66, 147-153.
Wojciechowska,
M.,
Zielinski,
M.,
Malczewska, A., Przystajko, W. &
Pietrowski, M., 2002, The structure and
catalytic activity of the double system
Cu-Mn-O/MgF2 , Applied Catalysis, 237,
63-70.
C - 314