Pengaruh jumlah p-toluene sulfonic acid dan tetraethyl orthosilicate pada sintesis katalis komposit karbon silika dengan proses hidrotermal

Abstract

Katalis merupakan suatu substansi kimia yang mampu mempercepat laju reaksi kimia saat mendekati kesetimbangan. Kebutuhan akan katalis pada berbagai reaksi kimia dalam dunia industri semakin besar. Katalis asam heterogen lebih banyak digunakan karena sifatnya yang stabil dan mudah didaur ulang sehingga mampu mengurangi Limbah. Namun, kebanyakan katalis asam heterogen komersial seperti Amberlyst dan Nafion-15 memiliki harga yang relatif mahal, maka dari itu dikembangkanlah katalis asam heterogen yang disintesis dari biomassa berupa pati menjadi katalis komposit karbon silika tersulfonasi. Katalis komposit karbon silika tersulfonasi yang dihasilkan merupakan katalis yang ramah lingkungan serta memiliki aktivitas katalis yang baik meski digunakan berulang kali dalam suatu reaksi tertentu. Penelitian ini dilakukan dengan tujuan untuk mengetahui jumlah asam p-toluene sulfonic (TsOH) dan tetraethyl orthosilicate (TEOS) yang optimum dalam pembuatan katalis komposit karbon silika tersulfonasi dengan proses hidrotermal satu tahap. Proses hidrotermal dilakukan dengan cara memanaskan biomassa dalam kondisi basah dengan temperatur J 80°C dan waktu hidrotermal selama 48 jam. Bahan baku yang digunakan adalah pati. Pada penelitian ini digunakan asam p-toluene su(fonic (TsOH) sebagai molekul bifunctional untuk mengkatalisis proses karbonisasi sekaligus membentuk kelompok - S03H ke permukaan material karbon yang dihasilkan. Asam p-toluene sulfonic (TsOH) divariasikan sebanyak 3 level yaitu 1 gram, 2 gram, dan 3 gram dan digunakan tetraethyL orthosilicate (TEOS) yang divariasikan sebanyak 4 level yaitu tanpa TEOS, 1 gram, 2 gram, dan 3 gram dengan tujuan untuk memperluas permukaan katalis sehingga katalis dapat diaplikasikan tidak hanya pada reaksi yang bersifat hidrofilik namun bisa menunjukkan aktivitas katalis yang baik pada reaksi hidrofobik. Pada penelitian ini, katalis komposit karbon sihka tersulfonasi akan diuji kinerjanya melalui reaksi esterifikasi asam asetat dengan butanol menjadi butil asetat. Berdasarkan hasil penelitian sintesis katalis komposit karbon silika tersulfonasi, katalis yang terbentuk melalui proses hidrotermal satu tahap dengan menggunakan asam ptoluene sulfonic (TsOH) sebagai agen sulfonasi dan tetraethyl orthosilicate (TEOS) sebagai support memiliki kinerja yang baik pada reaksi esterifikasi. Variasi penambahan jumlah asam TsOH dan support TEOS berhasil meningkatkan konversi asam asetat dan butanol menjadi butil asetat. Pada variasi jumlah asam TsOH dan support TEOS sebanyak 3 gram, yang merupakan jumlah variasi paling banyak, konversi pada reaksi esterifikasi mencapai 95,07%. Faktor dari katalis yang paling mempengaruhi konversi reaksi esterifikasi adalah nilai acid site density. Katalis komposit karbon siLika tersulfonasi yang disintesis memiliki nilai acid site density yang semakin besar seiring dengan naiknya jumlah variasi asam TsOH, dan juga menurun seiring dengan naiknya jumlah variasi support TEOS. Pada variasi asam TsOH paling besar yaitu sebesar 3 gram dan tanpa ada penambahan TEOS, nilai acid site density menunjukkan nilai paling besar yaitu 2,75 mmol/g. Sedangkan pada variasi jumlah asam TsOH paling kecil yaitu sebesar 1 gram dan jumlah variasi TEOS paling besar yaitu 3 gram, nilai acid site density menunjukkan nilai paling kecil yaitu 0,25 mmol/g.