BAB 1 PENDAHULUAN

1.1 Latar belakang Siklisasi sitronelal menjadi isopulegol merupakan tahapan penting dalam sintesis mentol. Mentol merupakan material penting dalam industri pewangi yang mempunyai karakteristik bau pepermin. Mentol digunakan secara luas dalam bidang farmasi, kosmetik, pasta gigi, dan produk-produk lainnya

(Sastrohamidjojo, 2004). Mentol alam diperoleh secara fisika melalui proses sentrifugasi dari sumber-sumber alami (dementholized Cornmint Oil), seperti minyak dari Mentha arvensis atau Mentha piperita (Trasarti et al., 2007). Produk yang dihasilkan dari proses sentrifugasi ini hanya sedikit, sehingga perlu dilakukan usaha untuk memproduksi mentol sintetis dari bahan baku yang lebih mudah didapat. Mentol sintetis dapat diperoleh dari senyawa terpenoid seperti (+)-sitronelal, sitral, (+)-pulegone, (+)-limonene, dan (+)--pinene (Nie et al., 2007). Produksi mentol dari minyak sitronela merupakan cara yang paling populer. Proses ini telah digunakan di Amerika Serikat dan negara-negara lainnya. Sitronelal dipisahkan dari minyak sitronela dengan distilasi kemudian dilakukan siklisasi menggunakan katalis seperti silika. Isopulegol yang dihasilkan selanjutnya dihidrogenasi menghasilkan mentol yang memiliki aroma pepermin dan memberi pengaruh rasa dingin. Katalis homogen yang ditemukan aktif untuk reaksi siklisasi sitronelal bersifat asam Lewis. Diantara katalis homogen yang aktif untuk reaksi siklisasi sitronelal adalah tris(2,6-diarilphenoksi) aluminium yang menghasilkan

selektivitas terhadap (-)-isopulegol mendekati 100% serta katalis ZnBr2 yang menunjukkan selektivitas yang tinggi untuk (-)-isopulegol yaitu sebesar 94% dan dipergunakan dalam industri (Yongzhong et al., 2005). Akan tetapi penggunaan katalis homogen menghasilkan produk yang sulit dipisahkan dari campuran reaksi, sehingga penggunaan katalis homogen kurang disukai untuk semua proses yang dilakukan dalam skala industri, dan beralih ke penggunaan katalis heterogen.

1

Katalis heterogen yang aktif dan selektif pada reaksi siklisasi sitronelal menghasilkan isopulegol, mengandung kombinasi sisi asam Lewis yang kuat dan sisi asam Brnsted yang lemah (Chuah et al., 2001). Sejumlah katalis heterogen yang aktif untuk reaksi siklisasi sitronelal termasuk logam Cu__Cr, zeolit beta, MCM-41, HY, mordenit, MCM-22, alumina, campuran oksida SiO2__TiO2, SiO2__ZrO2 dan SiO2__Al2O3 dengan maupun tanpa tembaga, zirkonia sulfat, dan montmorillonit tersusbtitusi kation logam (Yongzhong et al., 2004). Penggunaan katalis heterogen tersebut memudahkan proses pemisahan isopulegol yang terbentuk dari campuran reaksi dan katalis tersebut dapat digunakan lagi meskipun selektivitasnya untuk ()-isopulegol biasanya rendah 52-75% (Yongzhong et al., 2004). Dilaporkan juga bahwa zirkonium zeolit beta merupakan katalis dengan aktivitas tinggi dalam reaksi siklisasi dan bahkan selektivitasnya untuk ()-isopulegol diatas 93%. MCM-41 merupakan material dengan struktur teratur dengan rongga (channel) seragam, membentuk susunan heksagonal, luas permukaan spesifik yang besar (1000 m2/g) serta stabilitas termal yang baik (Beck et al., 1992). Sebagai katalis heterogen, MCM-41 memiliki pori-pori cukup besar sehingga dapat digunakan pada reaksi organik. Akan tetapi, katalis MCM-41 murni tidak memiliki sifat keasaman yang cukup untuk digunakan secara langsung sebagai katalis, sehingga perlu memasukkan logam atau bukan logam pada MCM-41 untuk menciptakan sisi-sisi asam. Sejumlah ion logam transisi seperti Zn (Lu et al., 2002) dan Ti, V, Cr, Fe, Co, Ni, Mn, Cu, La, dan Ru (Chaliha dan Bhattacharyya, 2007) telah berhasil memasukkan dalam kerangka MCM-41 dan menghasilkan katalis yang memiliki sisi keasaman, baik sisi asam Brnsted maupun Lewis. Penambahan ion logam Al dalam struktur MCM-41 dapat

meningkatkan sifat keasaman MCM-41 baik sisi asam Lewis maupun asam Brnsted (Bhattacharyya et al., 2001). Keasaman katalis MCM-41 berbanding lurus dengan jumlah ion logam Al dalam struktur MCM-41. Seperti yang dilaporkan oleh Pandurangan et al., (2006), Ajaikumar et al., (2008) bahwa keasaman katalis Al-MCM-41 meningkat dengan meningkatnya jumlah ion logam Al yang masuk dalam struktur MCM-41. 2

Sifat keasaman tersebut di atas, lebih meningkat lagi jika ke dalam struktur Al-MCM-41 dimasukkan ion-ion logam transisi seperti Zn, Fe, Mn atau Ni. Hal ini sesuai dengan yang telah dilaporkan oleh Selvaraj et al., (2004) bahwa Al-MCM-41 memiliki jumlah keasaman Lewis dan Brnsted rendah, namun setelah penambahan kation logam Zn, total keasaman Zn-AlMCM-41 menjadi lebih besar. Fenomena yang sama juga dilaporkan oleh Savida dan Pandurangan (2004), bahwa keasaman katalis Al-MCM-41 yang diukur dengan teknik TPD-NH3 meningkat dengan penambahan kation logam Zn menjadi Zn-Al-MCM-41. Demikian pula dengan penambahan ion logam Fe pada sintesis Al-MCM-41, keasaman katalis Fe-Al-MCM-41 yang dihasilkan meningkat. Disamping itu juga dilaporkan bahwa hasil uji keasaman dengan teknik piridin menunjukkan keasaman katalis (sisi asam Brnsted dan Lewis) meningkat dengan penambahan ion logam Zn dan Fe (Savida dan Pandurangan, 2004). Selain itu, Vetrivel dan Pandurangan (2004) juga melaporkan bahwa dengan adanya ion logam Mn pada Mn-Al-MCM-41 meningkatkan sisi asam Lewis katalis yang berarti dapat meningkatkan aktivitasnya dalam reaksi pembentukan benzaldehid dan asetofenon dari etil benzena. Fang et al., (2005) melaporkan bahwa Al-MCM-41 memiliki jumlah keasaman Lewis dan Brnsted rendah, tetapi setelah diimpregnasi dengan ion logam Ni, maka jumlah keasamannya menjadi lebih besar. Peningkatan keasaman total juga teramati pada katalis Ni-Al-MCM-41 yang disintesis dengan metode hidrotermal. Pengamatan lebih detail menunjukkan terjadinya peningkatan sisi asam Lewis dan pengurangan sisi asam Brnsted pada katalis Al-MCM-41 setelah ditambah ion logam Ni. Hasil uji aktivitas pada reaksi siklisasi sitronelal menunjukkan bahwa aktivitas katalis Ni-Al-MCM-41 lebih besar dari pada katalis Al-MCM-41 sesuai dengan nilai keasaman katalis tersebut dengan besar konversi sitronelal masing-masing adalah 97% dan 96%, sedangkan produk isopulegol berturut-turut adalah 75% dan 68% (Komariah, 2009). Berdasarkan beberapa penelitian tersebut diketahui bahwa peranan ion logam Ni sangat penting dalam meningkatkan sisi keasaman Lewis yang pada akhirnya dapat meningkatkan aktivitas dan selektivitas katalis. Namun belum 3

ada laporan tentang pengaruh variasi kandungan logam Ni dalam katalis AlMCM-41 terhadap peningkatan aktivitas dan selektivitas katalis. Oleh karena itu perlu dilakukan sintesis Ni-Al-MCM-41 menggunakan metode hidrotermal dengan memvariasikan jumlah ion logam Ni atau rasio (Si/Ni+Al), yang diharapkan katalis dengan jumlah sisi asam Lewis lebih besar dari pada jumlah sisi asam Brnsted. Sasaran ini disesuaikan dengan laporan dari Yongzhong et at., (2005), bahwa katalis yang mempunyai jumlah sisi asam Lewis lebih besar dari sisi asam Brnstednya mempunyai aktivitas dan selektivitas yang tinggi terhadap reaksi siklisasi sitronelal membentuk isopulegol.

1.2 Perumusan masalah Aktivitas katalis Ni-Al-MCM-41 yang disintesis dengan metode

hidrotermal pada reaksi siklisasi sitronelal belum pernah dilaporkan dalam publikasi ilmiah. Pada penelitian ini dilakukan sintesis katalis Ni-Al-MCM-41 dengan memvariasikan rasio ion logam Ni terhadap ion logam Si dan Al dengan metode hidrotermal. Telah diuraikan bahwa adanya ion logam Ni dalam katalis Al-MCM-41 dapat meningkatkan keasaman katalis. Akan tetapi, hasil karakterisasi dengan teknik X-Ray Diffraction (XRD) menunjukkan bahwa semakin besar kandungan ion logam Ni dalam katalis, struktur dari katalis Ni-AlMCM-41 semakin tidak teratur. Karena itu diperlukan penelitian yang mengarah pada perolehan katalis Ni-Al-MCM-41 yang mempunyai sisi asam Lewis tinggi dan sisi asam Brnsted rendah dengan tetap mempertahankan keteraturan struktur MCM-41. Katalis yang diperoleh diharapkan mempunyai aktivitas dan selektivitas yang tinggi terhadap reaksi siklisasi sitronelal membentuk isopulegol.

1.3 Batasan masalah Metode sintesis Ni-Al-MCM-41 yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode hidrotermal. Rasio ion logam Ni terhadap ion logam Si dan Al dalam gel dihitung sehingga bervariasi yaitu: 17, 27, dan 43 (Szegedi et al., 2007) Suhu kalsinasi optimum ditentukan dengan analisis termal dari gel yang terbentuk, sedang penentuan kadar Ni dan Al dalam katalis hasil sintesis setelah

4

proses kalsinasi dilakukan dengan peralatan Inductively Coupled Plasma- Atomic Emission Spectroscopy (ICP-AES). Karakterisasi terhadap katalis yang diperoleh dilakukan dengan X-Ray Diffraction (XRD) dan Fourier-Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), sedangkan untuk mengetahui sisi asam Lewis dan Brnsted digunakan metode FT-IR piridin. Analisis adsorpsi/desorpsi nitrogen digunakan untuk menentukan luas permukaan spesifik, volume pori rata-rata dan diameter pori rata-rata dari katalis Al-MCM-41 dan Ni- Al-MCM-41. Untuk mengetahui morfologi, bentuk, dan ukuran partikel katalis digunakan Scanning Electron Microscope (SEM). Sedangkan aktivitas dan selektivitas katalis ditentukan dari hasil pengujian pada reaksi siklisasi sitronelal membentuk isopulegol yang hasil reaksinya dianalisis dengan alat kromarografi gas (GC).

1.4 Tujuan Penelitian Penelitian ini bertujuan untuk mensintesis katalis heterogen Ni-Al-MCM41 dengan memvariasikan kadar ion logam Ni dalam gel, serta menguji aktivitas dan selektivitas katalis hasil sintesis pada reaksi siklisasi sitronelal membentuk isopulegol.

1.5 Manfaat penelitian Katalis Ni-Al-MCM-41 hasil sintesis diharapkan aktif dan selektif pada reaksi siklisasi sitronelal membentuk isopulegol yang merupakan intermediet dalam industri mentol. Dengan demikian diharapkan katalis tersebut dapat

digunakan untuk memproduksi mentol yang permintaannya semakin meningkat tiap tahunnya, seiring dengan berkembangnya produk-produk industri, khususnya industri farmasi, kosmetik, pasta gigi, dan produk-produk lain. Manfaat lain dari penelitian ini untuk pengembangan ilmu pengetahuan dan teknologi, khususnya di bidang kimia katalis.

5

Halaman ini sengaja dikosongkan

6