Pembuatan katalis asam heterogen dengan metode karbonisasi hidrotermal satu tahap

Abstract

Katalis asam merupakan salah satu jenis katalis yang berperan penting dalam industri kimia. Lebih dari 15 juta ton asam sulfat (H2SO4) telah terkonsumsi sebagai katalis yang tidak dapat diperbaharui, yang membutuhkan biaya tinggi dan juga pemisahan katalis yang tidak efisien dari campuran reaksi homogennya (Xiao, et al., 2010). Saat ini, sintesis katalis asam heterogen berbahan dasar sakarida menjadi pusat perhatian untuk menemukan solusi dari masalah tersebut. Katalis berbahan dasar sakarida, yang dapat dibuat dari bahan baku yang memiliki gugus dasar glukosa seperti D-glukosa, sukrosa, pati, dan selulosa, merupakan katalis asam padat, yang terdiri dari material karbon tersulfonasi, sebagai hasil dari proses karbonisasi dan sulfonasi secara bertahap. Untuk meningkatkan efisiensi sekaligus mengurangi penggunaan bahan kimia yang berbahaya yang dapat mencemari lingkungan, proses karbonisasi hidrotermal satu tahap dikembangkan untuk mensintesis katalis karbon dari bahan sakarida. Dalam proses ini, karbonisasi dan sulfonasi dilakukan secara serempak dengan bantuan hydroxyethylsulfonic acid. Lebih lanjut, untuk meningkatkan luas permukaan katalis, material karbon tersulfonasi dapat dipadukan dengan support berbasis silika untuk menghasilkan katalis komposit karbon-silika tersulfonasi. Sebagai sumber silika dapat digunakan tetraethyl orthosilicate (TEOS). Tujuan penelitian ini adalah untuk mengembangkan proses pembuatan katalis asam heterogen berbahan dasar pati jagung melalui metode karbonisasi hidrotermal satu tahap di mana proses karbonisasi dan sulfonasi dilakukan secara bersamaan. Secara khusus, hal ini meliputi (1) mensintesis katalis asam heterogen melalui proses karbonisasi hidrotermal satu tahap; (2) mengetahui pengaruh penggunaan hydroxyethylsulfonic acid dalam bentuk garam dan dalam bentuk asam dalam pembuatan katalis asam heterogen menggunakan metode karbonisasi hidrotermal satu tahap; (3) mengetahui pengaruh rasio hydroxyethylsulfonic acid dan tetraethyl orthosilicate (TEOS) terhadap pati jagung dalam pembuatan katalis asam heterogen menggunakan metode karbonisasi hidrotermal satu tahap; (4) mengetahui kinerja katalis asam heterogen yang dihasilkan dalam reaksi esterifikasi asam oleat. Dari hasil penelitian ditemukan bahwa material yang dihasilkan melalui proses karbonisasi hidrotermal dan sulfonasi secara serempak dengan bantuan sodium hydroxyethyl sulfonate maupun asam hydroxyethyl sulfonate merupakan material komposit karbon-silika dengan luas permukaan yang cukup besar. Material komposit karbon-silika dengan luas permukaan terbesar diperoleh pada variasi percobaan menggunakan asam hydroxyethyl sulfonate, dengan jumlah pati jagung, asam hydroxyethyl sulfonate, dan TEOS masing-masing sebesar 2 gram. Luas permukaan yang dihasilkan adalah 315,853 m2/gram. Akan tetapi, material komposit karbon-silika yang dihasilkan tidak mengandung gugus sulfonat sehingga tidak memiliki kemampuan katalisasi saat dicoba dalam reaksi esterifikasi asam oleat. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa proses hidrotermal dan sulfonasi serempak hanya mampu menghasilkan material komposit karbon-silika, namun gagal memasukkan gugus sulfonat ke dalam material tersebut.