MAKALAH TEKNOLOGI KATALIS
“KONSEP DASAR KATALISIS”
Disusun Oleh :
Kelompok I
Nabila Amalia
NIM.200190011
Nikita Adinda Putri
NIM.200190013
Dosen Pengampu : Iqbal Kamar, S.T., M.T
PRODI TEKNIK MATERIAL FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MALIKUSSALEH
LHOKSEUMAWE
2023
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan hidayah-Nya
sehingga kami dapat menyelesaikan tugas makalah yang berjudul “Konsep Dasar
Katalisis” ini tepat pada waktunya.
Adapun tujuan dari penulisan dari makalah ini adalah untuk memenuhi tugas bapak
Iqbal Kamar, S.T., M.T pada mata kuliah Teknologi Katalis. Selain itu, makalah ini
juga bertujuan untuk menambah wawasan tentang Konsep Dasar Katalisasi bagi
para pembaca dan juga bagi penulis.
Kami mengucapkan terima kasih kepada bapak Iqbal Kamar, S.T., M.T selaku
dosen Teknologi Katalis yang telah memberikan tugas ini sehingga dapat
menambah pengetahuan dan wawasan sesuai dengan bidang studi yang kami
tekuni.
Kami juga mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membagi
sebagian pengetahuannya sehingga kami dapat menyelesaikan makalah ini. Kami
menyadari, makalah yang kami tulis ini masih jauh dari kata sempurna. Oleh karena
itu, kritik dan saran yang membangun akan kami nantikan demi kesempurnaan
makalah ini.
Lhokseumawe, 25 Maret 2023
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ............................................................................................ i
DAFTAR ISI .......................................................................................................... ii
BAB I PENDAHULUAN ...................................................................................... 4
1.1
Latar Belakang ....................................................................................... 4
1.2
Rumusan Masalah .................................................................................. 4
1.3
Tujuan ..................................................................................................... 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ........................................................................... 5
2.1
Pengertian Katalis ................................................................................. 5
2.2
Jenis-jenis Katalis ................................................................................... 6
2.1.1
Katalis Enzim .......................... Ошибка! Закладка не определена.
2.1.2
Katalis Homogen ...................... Ошибка! Закладка не определена.
2.1.3
Katalis Heterogen ..................... Ошибка! Закладка не определена.
2.2
Mekanisme Reaksi Katalitik ............................................................... 10
2.4
Faktor-faktor Aktivitas Katalis.......................................................... 11
BAB III KESIMPULAN ..................................................................................... 13
3.1
Kesimpulan ......................................Ошибка! Закладка не определена.
DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 14
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Katalis memiliki peranan yang sangat penting dimana lebih dari 75 %
proses-proses sintesis kimia di industri sangat bergantung dari ketersediaan katalis.
Jenis industri yang membutuhkan katalis antara lain industri energi, bahan bakar,
farmasi dan bahan kimia. Senyawa katalis, baik sebagai katalis homogen maupun
heterogen, terbuat dari senyawa organik ataupun anorganik.
Secara teoritis, katalis adalah zat yang ditambahkan kedalam suatu reaksi
dan mampu mengubah laju reaksi. Katalis dapat mempercepat laju reaksi tanpa
mempengaruhi massa dari produk.
1.2
Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang diatas dapat dirumuskan beberapa masalah
sebagai berikut:
1. Apa pengertian katalis?
2. Apa saja jenis-jenis katalis?
3. Bagaimana mekanisme reaksi katalitik?
4. Apa saja faktor-faktor yang mempengaruhi aktivitas katalis?
1.3
Tujuan
Berdasarkan rumusan masalah diatas dapat dirumuskan beberapa tujuan
sebagai berikut:
1. Untuk mengetahui pengertian dari katalis
2. Untuk mengetahui jenis-jenis katalis
3. Untuk mengetahui mekanisme reaksi katalitik
4. Untuk mengetahui faktor-faktor yang mempengaruhi aktivitas katalis
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Pengertian Katalis
Katalis ditemukan oleh J.J. Berzelius pada tahun 1836 sebagai komponen
yang dapat meningkatkan laju reaksi kimia, namun tidak ikut bereaksi. Definisi
katalisator adalah suatu substansi yang dapat meningkatkan kecepatan, sehingga
reaksi kimia dapat mencapai kesetimbangan tanpa terlibat di dalam reaksi secara
permanen. Namun pada akhir reaksi katalis tidak tergabung dengan senyawa
produk reaksi. Entalpi reaksi dan faktor-faktor termodinamika lainnya merupakan
fungsi sifat dasar dari reaktan dan produk, sehingga tidak dapat diubah dengan
katalis. Adanya katalis dapat mempengaruhi faktor-faktor kinetika suatu reaksi
seperti laju reaksi, energi aktivasi, sifat dasar keadaan transisi dan lain-lain.
Katalis merupakan zat yang ditambahkan dalam sistem reaksi untuk
mempercepat reaksi. Katalis dapat menyediakan situs aktif yang befungsi untuk
mempertemukan reaktan dan menyumbangkan energi dalam bentuk panas sehingga
molekul pereaktan mampu melewati energi aktivasi secara lebih mudah. Oleh
karena fungsinya yang sangat penting, maka penggunaan katalis menjadi kebutuhan
yang sangat penting dalam berbagai industri. Kebutuhan akan katalis dalam
berbagai proses industri cenderung mengalami peningkatan. Hal ini terjadi karena
proses kimia yang menggunakan katalis cenderung lebih ekonomis. Dalam
mempercepat laju reaksi, katalis bersifat spesifik, artinya suatu katalis dapat
mempercepat pada reaksi tertentu saja tidak pada semua reaksi kimia. Contohnya,
suatu katalis A mampu mempercepat laju reaksi pada reaksi hidrogenasi namun
kurang baik jika digunakan pada reaksi oksidasi. Hal tersebut terikat erat dengan
sifat fisika dan sifat kimia katalis. Dalam reaksi yang sama terdapat beberapa
kemungkinan jenis material yang dapat digunakan dalam proses reaksi tersebut.
Misalnya dalam reaksi hidrogenasi dapat digunakan katalis Fe, Co, Ni.
Kemampuan suatu katalis dalam mempercepat laju reaksi dipengaruhi oleh
berbagai faktor. Faktor-faktor yang mempengaruhi kinerja katalis antara lain adalah
sifat fisika dan kimia katalis; kondisi operasi seperti temperatur, tekanan, laju alir,
waktu kontak; jenis umpan yang digunakan; jenis padatan pendukung yang
digunakan. Katalis yang dipreparasi dengan cara yang berbeda akan menghasilkan
aktivitas dan selektivitas yang berbeda. Kemampuan suatu katalis dalam suatu
proses biasanya diukur dari aktivitas dan selektivitasnya. Aktivitas biasanya
dinyatakan dalam rosentase konversi atau jumlah produk yang dihasilkan dari
jumlah reaktan yang digunakan dalam waktu reaksi tertentu, sedangkan selektivitas
adalah ukuran katalis dalam mempercepat reaksi pada pembentukan suatu produk
tertentu, karena terdapat banyak faktor yang mempengaruhi kinerja katalis dalam
mempercepat laju reaksi, maka perlu dilakukan pemilihan katalis secara cermat
sebelum menggunakan katalis dalam suatu proses tertentu. Pemilihan katalis yang
tepat dalam suatu proses dapat menyebabkan proses yang diinginkan memiliki hasil
yang optimal. Pemilihan katalis yang tidak tepat dapat menyebabkan proses
menjadi kurang efisien sehingga akibatnya juga menjadi kurang ekonomis. Bahkan
pemilihan katalis yang tidak tepat bisa juga menyebabkan adanya efek toksisitas
yang berbahaya ataupun dapat mencemari lingkungan.
2.2
Jenis-jenis Katalis
2.1.1
Katalis Enzim
Enzim merupakan suatu katalisator yang akan meningkatkan kecepatan
reaksi kimia dalam organisme hidup, tetapi ia sendiri tidak turut mengalami
perubahan. Pengertian lainnya adalah suatu katalis yang akan mengubah kecepatan
reaksi perubahan substrat menjadi produk, sementara enzim itu sendiri tidak
mengalami perubahan.
Fungsi enzim sebagai biokatalisator suatu reaksi kimia. Energi yang
diperlukan oleh enzim di dalam reaksi kimia sangat kecil sehingga berfungsi
menurunkan energi aktivasi. Molekul awal yang disebut substrat akan dipercepat
perubahannya menjadi molekul lain yang disebut produk. Semua proses biologis
sel memerlukan enzim agar dapat berlangsung dengan cukup cepat dalam suatu
arah lintasan metabolisme.
Pada gambar 2.1 akan tampak bahwa reaksi yang berlangsung tanpa adanya
katalis, untuk membentuk produk yang merupakan reaksi akhir, kebutuhan energi
aktivasinya akan lebih tinggi dibanding reaksi yang menggunakan katalis. Enzim
mengkatalis reaksi dengan cara meningkatkan laju reaksi. Enzim meningkatkan laju
reaksi dengan cara menurunkan energi aktivasi (energi yang diperlukan untuk
reaksi aktivasi).
Gambar 2.1 Enzim Menurunkan Energi Aktivasi
Sebagian besar enzim bekerja secara khas, yang artinya setiap jenis enzim
hanya dapat bekerja pada satu macam senyawa atau reaksi kimia. Hal ini
disebabkan perbedaan struktur kimia tiap enzim yang bersifat tetap. Sebagai
contoh, enzim α-amilase hanya dapat digunakan pada proses perombakan pati
menjadi glukosa.
Kerja enzim dipengaruhi oleh beberapa faktor, terutama substrat, suhu,
keasaman, kofaktor dan inhibitor. Tiap enzim memerlukan suhu dan pH (tingkat
keasaman) optimum yang berbeda-beda karena enzim adalah protein, yang dapat
mengalami perubahan bentuk jika suhu dan keasaman berubah. Di luar suhu atau
pH yang sesuai, enzim tidak dapat bekerja secara optimal atau strukturnya akan
mengalami kerusakan. Hal ini akan menyebabkan enzim kehilangan fungsinya
sama sekali. Kerja enzim juga dipengaruhi oleh molekul lain. Inhibitor adalah
molekul yang menurunkan aktivitas enzim, sedangkan aktivator adalah yang
meningkatkan aktivitas enzim. Berikut beberapa enzim pada manusia:
1.
Amilase
Amilase penting untuk pencernaan karbohidrat. Ia memecah pati menjadi
gula. Amilase disekresikan oleh kelenjar ludah dan pankreas. Pengukuran kadar
amilase dalam darah terkadang digunakan sebagai bantuan dalam mendiagnosis
berbagai penyakit pankreas atau saluran pencernaan lainnya.
Tingkat amilase yang tinggi dalam darah bisa mengindikasikan saluran
pankreas yang tersumbat atau terluka, kanker pankreas, atau pankreas akut,
peradangan pankreas secara tiba-tiba. Kadar amilase yang rendah bisa
mengindikasikan pankreatitis kronis atau penyakit hati.
2.
Maltase
Maltase disekresikan oleh usus kecil dan bertanggung jawab untuk
memecah maltosa (gula malt) menjadi glukosa (gula sederhana) yang digunakan
tubuh sebagai energi.
Selama pencernaan, pati sebagian diubah menjadi maltosa oleh amilase.
Maltase kemudian mengubah maltosa menjadi glukosa yang digunakan oleh tubuh
atau disimpan di hati sebagai glikogen untuk digunakan di masa mendatang.
3.
Laktase
Laktase adalah jenis enzim yang memecah laktosa, gula yang ditemukan
dalam produk susu, menjadi gula sederhana glukosa dan galaktosa. Laktase
diproduksi oleh sel-sel yang dikenal sebagai enterosit yang melapisi saluran usus.
Laktosa yang tidak diserap mengalami fermentasi oleh bakteri dan bisa
menyebabkan gangguan gas dan usus.
4.
Lipase
Lipase berfungsi memecah lemak menjadi asam lemak dan gliserol (alkohol
gula sederhana). Lipase diproduksi dalam jumlah kecil oleh mulut dan perut, dan
dalam jumlah yang lebih besar oleh pankreas.
5.
Protease
Enzim ini juga disebut peptidase, enzim proteolitik, atau proteinase. Fungsi
enzim pencernaan ini memecah protein menjadi asam amino. Selain itu, mereka
berperan dalam berbagai proses tubuh, termasuk pembelahan sel, pembekuan
darah, dan fungsi kekebalan tubuh.
6.
Sukrase
Sukrase disekresikan oleh usus kecil, di mana ia memecah sukrosa menjadi
fruktosa dan glukosa, gula sederhana yang bisa diserap tubuh. Sukrase ditemukan
di sepanjang vili usus, tonjolan kecil seperti rambut yang melapisi usus dan
membawa nutrisi ke dalam aliran darah.
2.1.2
Katalis Homogen
Katalis homogen berada pada fasa yang sama seperti reaktan dan produk.
Beberapa contoh misalnya hidrolisis ester oleh asam (cair-cair), oksidasi SO2 oleh
NO2 (uap-uap) dan dekomposisi potasium khlorat dengan MnO2 (padat-padat).
Reaksi sangat spesifik dengan yield yang tinggi dari produk yang diinginkan.
Kelemahan pada katalis homogen ini adalah hanya dapat digunakan pada skala
laboratorium, sulit dilakukan secara komersial, operasi pada fase cair dibatasi pada
kondisi suhu dan tekanan, sehingga peralatan lebih kompleks, pemisahan antara
produk dengan katalis suit karena berada pada satu fasa, penggunaan katalis ini
hanya sekali saja dan tidak dapat didaur ulang.
Katalis asam umumnya digunakan dalam proses pretreatment terhadap
bahan baku minyak tumbuhan yang memiliki kandungan asam lemak bebas yang
tinggi namun sangat jarang digunakan dalam proses utama pembuatan biodiesel.
Katalis asam homogen seperti asam sulfat, bersifat sangat korosif, sulit dipisahkan
dari produk dan dapat ikut terbuang dalam pencucian sehingga tidak dapat
digunakan kembali sekaligus dapat menyebabkan terjadinya pencemaran
lingkungan. Katalis asam heterogen seperti : Nafion, meskipun tidak sekorosif
katalis asam homogen dan dapat dipisahkan untuk digunakan kembali, cenderung
sangat mahal dan memiliki kemampuan katalisasi yang jauh lebih rendah
dibandingkan dengan katalis basa.
Katalis basa homogen seperti NaOH (natrium hidroksida) dan KOH (kalium
hidroksida) merupakan katalis yang paling umum digunakan dalam proses
pembuatan biodiesel karena dapat digunakan pada temperatur dan tekanan operasi
yang relatif rendah serta memiliki kemampuan katalisator yang tinggi. Akan tetapi,
katalis basa homogen sangat sulit dipisahkan dari campuran reaksi sehingga tidak
dapat digunakan kembali dan pada akhirnya akan ikut terbuang sebagai limbah
yang dapat mencemarkan lingkungan.
2.1.3
Katalis Heterogen
Katalis heterogen merupakan katalis yang berada dalam fasa yang berbeda
dengan reaktan, biasanya katalis heterogen berupa padatan dan interaksi pada
permukaan
padat-gas
atau
padat-cair.
Penggunaan
katalis
heterogen
menguntungkan dengan beberapa alasan antara lain: selektivitas produk yang
diinginkan dapat ditingkatkan dengan adanya pori yang terdapat pada katalis
heterogen. Aktivitas intrinsik dari active site dapat dimodifikasi oleh struktur
padat.
Katalis basa heterogen seperti CaO, meskipun memiliki kemampuan
katalisator yang sedikit lebih rendah dibandingkan dengan katalis basa homogen,
dapat menjadi alternatif yang baik dalam proses pembuatan biodiesel. Katalis basa
heterogen dapat dengan mudah dipisahkan dari campuran reaksi sehingga dapat
digunakan kembali, mengurangi biaya pengadaan dan pengoperasian peralatan
pemisahan yang mahal serta meminimasi persoalan limbah yang dapat berdampak
negatif terhadap lingkungan.
Penggunaan katalis heterogen didasarkan adanya kelemahan katalis
homogen yang memerlukan proses pemurnian lebih lanjut. Terlebih sifatnya yang
tidak ramah lingkungan. Melalui penggunaan katalis heterogen diharapkan
diperoleh produk yang lebih unggul. Keunggulan katalis heterogen dibandingkasn
katalis homogen di antaranya:
a. Tidak sensitif terhadap adanya FFA (asam lemak bebas).
b. Reaksi esterifikasi dan transesterifikasi dapat terjadi secara bersamaan
c. Tidak memerlukan tahap pencucian katalis.
d. Katalis mudah dipisahkan dari produk utama maupun produk samping
sehingga kontaminasi katalis terhadap produk rendah.
e. Katalis dapat didaur ulang.
f. Mengurangi adanya masalah korosi
Sebagian besar industri kimia menggunakan katalis heterogen. Keuntungan
pemakaian katalis heterogen (berupa padatan) adalah jenis katalisnya banyak,
mudah dimodifikasi dan dapat diregenerasi pada suhu pemisahan serta dapat
digunakan untuk mereaksikan senyawa yang peka terhadap suasana asam dan tidak
merusak warna hasil reaksi. Persyaratan utama suatu katalis heterogen adalah
permukaan yang aktif dan mampu mengadsorpsi reaktan. Kelebihan utama katalis
heterogen adalah kemudahannya dipisahkan dari hasil reaksi.
2.2
Mekanisme Reaksi Katalitik
Reaksi katalitik merupakan reaksi yang melibatkan katalis atau zat yang
memungkinkan reaksi kimia untuk berjalan lebih cepat. Reaksi Katalitik pada
industri pembuatan dimetil eter (DME) dari metanol terdapat pada proses dehidrasi
metanol dengan menggunakan katalis silika alumina. Proses yang terjadi yaitu
kontak langsung (direct contact) metanol dengan katalis silika alumina
(Al2O3.SiO2) disebut juga dengan metode Sendereus. Reaksi ini dilakukan pada
suhu 250 – 400 °C dalam fase gas. Gas metanol dikontakkan tersebut secara
langsung dengan katalis Al2O3.SiO2 (padat) dalam fixed bed reactor pada suhu
tinggi.
Reaksi: 2CH3OH ↔ CH3OCH3 + H2O
Metanol yang dialirkan ke reaktor kemudian akan masuk ke dalam
distillation column dimetil eter. Hasil atas distillation column dialirkan ke dalam
tangki penyimpanan produk yaitu Dimetil Eter, dan hasil bawah yang terdiri dari
sisa metanol, air dan sedikit Dimetil Eter dialirkan ke metanol distillation column.
2.4
Faktor-faktor Aktivitas Katalis
Dalam melangsungkan suatu reaksi katalitik tidak hanya jenis katalis saja
yang perlu mendapat perhatian. Faktor-faktor yang mempengaruhi terhadap
aktivitas reaksi katalitik ini meliputi:
1.
Umpan yang digunakan. Sangat perlu untuk melihat produsen(sumber
industri) yang memproduksi bahan umpan tersebut karena akan menentukan
dalam hal konsentrasi, jenis reaksi yang dilakukan dalam proses sintesisnya,
keberadaan zat pengotor baik yang bersifat inert maupun bersifat racun.
Salah satu contohnya adalah pada umpan dari oleochemical. Sejumlah kecil
organosulfur merupakan pengotor dalam bahan baku oleochemical yang
dapat mengakibatkan deaktivasi katalis tembaga yang digunakan untuk
hidrogenolisis ester menjadi fatty alcohol. Brand et al. (1999) mempelajari
deaktivasi katalis Cu/SiO2 dan Cu/ZnO/SiO2 akibat adanya sulfur pada
hidrogenolisis metil palmitat dalam fasa cair. Laju deaktivasi sangat cepat
dan meningkat sebagai fungsi keberadaan komponen katalis.
2.
Produk yang diinginkan yang meliputi kemurnian, spesifikasi komposisi
3.
Mekanisme yang mungkin terjadi berdasarkan data yang tersedia dari
penelitian terdahulu. Mekanisme ini tidak hanya enyangkut reaksi utama
tetapi juga menyangkut reaksi samping yang harus dihindari.
4.
Kompilasi data termodinamika yang berkaitan dengan perkiraan
mekanisme reaksi
5.
Evaluasi ekonomi yang menyeluruh dalam hal umpan, harga produk,
perbandingan antara ongkos dan harga, tingkat minimal aktivitas dan
selektivitas yang dibutuhkan untuk proses yang ekonomis
BAB III
KESIMPULAN
3.1
Kesimpulan
Katalis mempercepat laju reaksi dengan mengurangi energi aktivasi. Katalis
heterogen digunakan karena adanya kelemahan pada katalis homogen yang tidak
ramah lingkungan. Sebagian besar industri kimia menggunakan katalis heterogen
karena memiliki beberapa keunggulan dibandingkan katalis homogen, yaitu: mudah
dimodifikasi, dapat diregenerasi pada suhu pemisahan, serta dapat digunakan untuk
mereaksikan senyawa yang peka terhadap suasana asam dan tidak merusak warna
hasil reaksi.
Katalis enzim memiliki kelebihan, yaitu dapat meningkatkan laju reaksi
hingga 10¹⁷ kali lipat, tetapi penggunaan katalis enzim tergolong sulit, karena selain
mahal, katalis memiliki beberapa kekurangan, yaitu: tidak berfungsi pada suhu >
37°C, stabilitas terbatas pada larutan, serta penggunaannya sangat spesifik dimana
satu jenis katalis tidak dapat digunakan untuk proses yang berbeda.
DAFTAR PUSTAKA
Enzim.
(n.d.).
Retrieved
Maret
25,
https://id.m.wikipedia.org/wiki/Enzim
2023,
from
WIKIPEDIA:
Husin, H., Mahidin, & Marwan. (2011). STUDI PENGGUNAAN KATALIS ABU
SABUT KELAPA, ABU. Reaktor, Vol. 13 No. 4 , 254-261.
Lestari, D. Y. (2012). PEMILIHAN KATALIS YANG IDEAL . Prosiding Seminar
Nasional Penelitian, Pendidikan dan Penerapan MIPA , 1-6.
Setyawardhani, D. A. (2021, September 12). PORTAL SPADA UNIVERSITAS
SEBELAS MARET. Retrieved Maret 25, 2023, from Proses Industri Kimia:
https://spada.uns.ac.id/mod/forum/discuss.php?d=100026#:~:text=Reaksi
%20katalitik%20merupakan%20reaksi%20yang,kimia%20untuk%20berja
lan%20lebih%20cepat.&text=Terdapat%20proses%20Dehidrasi%20Meth
anol%20dengan%20menggunakan%20katalis%20silica%20alumina
Zamhari, M., Yuniar, Sari, D. I., & Saputri, N. S. (2019). PEMBUATAN
KATALIS HETEROGEN BASA DARI SERBUK. Jurnal Kinetika Vol. 10,
No. 01 , 38-45.