MATERI UTS KIMIA

JURNAL LENGKAP


STUDI REAKSI HIDROGENASI SENYAWA FURFURAL DENGAN KATALIS Cu/γ-Al2O3
Mustangin, Siti Mariyah Ulfa*,Elvina Dhiaul Iftitah
Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Brawijaya
Jl. VeteranMalang 65145
*Alamat korespondensi, Tel : +62-341-575838, Fax : +62-341-575835
Email: ulfa.ms@ub.ac.id
ABSTRAK
Telah dilakukan reaksi hidrogenasi terhadap furfural dengan menggunakan katalis Cu/γ-Al2O3 pada
atmosfer gas  H2. Penelitian ini dilakukan dalam  beberapa  tahap,  yaitu  preparasi  katalis  Cu/γ-Al2O3,
karakterisasi katalis, dan reaksi hidrogenasi  furfural dengan katalis  Cu/γ-Al2O3. Katalis dikarakterisasi
dengan X-ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy-Energy Dispersive X-Ray (SEM-EDX),
dan Atomic Absorption Spectrometry (AAS), sedangkan produk hasil reaksi hidrogenasi  diidentifikasi
dengan Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR). Berdasarkan analisis menggunakan XRD dan
SEM dapat diketahui bahwa Cu telah terimpregnasi pada γ-Al2O3. Analisis AAS menunjukkan persentase
Cu yang terimpregnasi sebesar 4,56%.Uji aktivitas katalis dilakukan pada suhu reaksi 150 dan 180
o
C pada
waktu 1; 2; 2,5 dan 3 jam. Konversi furfural terbaik didapatkan pada waktu 2 jam dan suhu 150
o
C sebesar
23,37%. Produk reaksi hidrogenasi yang mengandung gugus hidroksil (-OH) paling banyak didapatkan
pada waktu 2,5 jam dan suhu 180
o
C sebesar 23,32 ppm.
Kata Kunci:  furfural, katalis Cu/γ-Al2O3,
konversi, reaksi hidrogenasi
ABSTRACT
The hydrogenation reaction of furfural has been carried  using  Cu/γ-Al2O3  catalyst in H2  gas
atmosphere. This research was conducted by several steps: preparation of Cu/γ-Al2O3, characterization of
catalyst, and hydrogenation reaction of furfural with Cu/γ-Al2O3 catalysts. The catalyst was characterized
by X-ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy-Energy Dispersive X-Ray (SEM-EDX), and
Atomic Absorption Spectrometry (AAS), while the hydrogenation products were identified by Fourier
Transform Infrared Spectroscopy (FTIR). Based on analysis using XRD and SEM, Cu was impregnated on
the γ-Al2O3 surface. AAS analysis gave the percentage of Cu on γ-Al2O3 calculated as 4.56%. The catalyst
activity were examined for hydrogenation reaction of furfural at 150 and 180 °C for1, 2, 2.5 and 3 hours,
respectively. The best conversion of furfural was 23.37%, which identified at 150
o
C after 2 hours. The
product of hydrogenation reaction was 23.32 ppm, which obtained after 2.5 hours at 180 °C.
Keywords: furfural, Cu/γ-Al2O3 catalyst, conversion, hydrogenation
PENDAHULUAN
Tongkol jagung merupakan limbah pertanian yang belum dimanfaatkan secara
maksimal. Padahal dalam tongkol jagung menurut Hidajati [1] terkandung 13,30 % furfural.
Furfural merupakan bahan yang dimanfaatkan sebagai bahan baku pembuatan senyawa kimia
seperti adiponitril [CN(CN2)4CH], furfuril alkohol dan metil furan [2]. Produk reaksi furfural
tergantung pada jenis reaksi dan katalis yang digunakan [3].
Reaksi hidrogenasi furfural dengan katalis logam akan menghasilkan beberapa produk
yang berbeda, karena adanya gugus karbonil C=O dan ikatan C=C pada furfural. Reaksi
hidrogenasi pada gugus karbonil menghasilkan furfuril alkohol, sedangkan reaksihidrogenasi
351
KIMIA.STUDENTJOURNAL, Vol. 2,No. 1, pp. 351 -357,  UNIVERSITAS BRAWIJAYA MALANG
Received15September 2014, Accepted15September 2014, Published online16September 2014
pada ikatan C=C dihasilkan  tetrahidrofurfural. Apabila reaksi hidrogenasi terus berlanjut
maka akan menghasilkan tetrahidrofurfural alkohol [3].
O
OH
furfuril alkohol
O
O
furfural
O
O
tetrahidrofurfural
O
OH
tetrahidrofurfuril alkohol
H2
H2
H2
H2
Gambar 1. Produk hidrogenasi dengan katalis logam[3]
Katalis logam yang selektif terhadap gugus karbonil C=O  seperti Cu, Ni dan Cr [4].
Sedangkan katalis logam yang selektif terhadap ikatan C=C seperti  Pt, Rh, dan Rt [5].
Penelitian Nagaraja, dkk [6] menunjukkan bahwa penggunaan katalis Cu/MgO untuk reaksi
hidrogenasi furfural menjadi furfuril alkohol dapat dilakukan pada fasa cair, suhu reaksi 180
°C,waktu 4 jam. Selektivitaskatalis sebesar 98% dan konversi furfural sebesar 98%.
METODE PENELITIAN
Bahan dan Alat
Bahan penelitian yang digunakan adalah metanol  (Merck  pro−analysis),
Cu(NO3).3H2O (Merck),  γ-alumina (Merck), Furfural standart (Sigma-Aldrich  99%), 2-propanol (merck) gas N2 (PT. Tira Austenite Tbk), dan gas H2 (PT. Tira Austenite Tbk).
Untuk alat penelitian yang digunakan adalah neraca analitik Ohaus Precision Advanced, tanur
modifikasi [7],  rotary evaporator vacuum,  oven, reaktor  autoclave  modifikasi, pompa
vacuum, magnetic stirer, SEM Hitachi TM3000, XRD XPRET PROPAnalytical, AAS AA-6800 dan FT-IR Shimadzu 8400S.
Prosedur
Preparasi katalis Cu/γ-Al2O3
Sebanyak 5,57 gram Cu(NO3)2.3H2O dilarutkan kedalam 100 mL metanol, ditambahkan
dengan 8,5 gram γ-Al2O3 dan diaduk dengan magnetik stirer selama 24 jam. Setelah itu
metanol diuapkan dengan rotary evaporator vacum pada suhu  90 °C. Kemudian katalis
dikeringkan dalam oven dengan suhu 110 °C selama lima jam. Setelah itu katalisdikalsinasi
pada suhu 400 °C dengan dialiri gas N2 (30 mL/menit) selama empat jam. Selanjutnya katalis
direduksi dengan mengalirkan gas H2 (30 mL/menit) pada suhu 400 °C selama 4 jam . Proses
kalsinasi dan reduksi dilakukan dengan tanur modifikasi Iftitah [7]. Katalis di karakterisasi

Gambar 3. Mikrograf permukaan katalis hasil SEM (A) γ-Al2O3 dan (B) Cu/γ-Al2O3
Gambar 2. Difraktogram XRD katalis  Cu/γ-Al2O3 (merah) dan γ-Al2O3 (hitam)
menggunakan SEM-EDX, XRD dan AAS.  Pola difraktogram XRD katalis  Cu/γ-Al2O3
(Gambar 2)  dan mikrograf permukaan katalis hasil SEM  dengan perbesaran 500  kali
(Gambar 3)
Reaksi hidrogenasi furfural dengan katalis Cu/γ-Al2O3
Aktivasi katalis dilakukan dengan cara 0,25 gram katalis dimasukkan ke dalam reaktor
autoclave (200 mL). Sistem reactor divakumkan sampai tekanan ± 30 mmHg dan gas N2
dimasukkan kedalam sistem dengan tekenan ± 1034 mmHg. Sistem kemudian divakumkan
lagi sampai tekanan ± 30 mmHg dan gas H2 dimasukkan kedalam sistem dengan tekenan ±
1293 mmHg. Aktivasi dilakukan selama ± 30 menit dengan pemanasan sesuai suhu yang
digunakan.
Reaksi hidrogenasi furfural dilakukan dengan cara 0,25 gram katalis yang telah
diaktivasi  ditambah  dengan  1,5 mL furfural dan pelarut 2-propanol 7,5 mL  dan diaduk
megnetik stirer. Sistem reaktor autoclave divakumkan sampai tekanan ± 30 mmHg dan gas
N2 dimasukkan kedalam sistem sampai tekanan ± 1034 mmHg. Sistem divakumkan kembali
sampai tekanan ± 30 mmHg dan dimasukkan gas H2 kedalam sistem sampai tekanan ± 1293

Gambar 4. Spektra IR produk hidrogenasi (biru), furfural standar (hitam) dan
furfuril alkohol standar (merah) mmHg. Proses satu tahap ini diulang untuk setiap variasi suhu (150 dan 180°C) dan waktu pemanasan (60, 120, 150 dan 180 menit). Setelah pemanasan selesai kemudian hasil reaksi disaring dengan kertas saring dan dimasukkan dalam botol sampel. Pelarut 2-propanol
diuapkan dengan rotary evaporator vacuum dan produk dianalisis dengan spektrofotometer
FTIR.
Perhitungan konversi dan konsentrasi produk gugus-OH
Perhitungan konsentrasi furfural dilakukan dengan membuat kurva baku furfural standar
berdasarkan persamaan hukum Lambert-Beer. Nilai absorbansi yang dijadikan acuan adalah
serapan fermidoblet (2830-2810 cm-1) yang merupakan serapan spesifik -CHO aldehid.
Presentase konversi furfural dihitung dengan cara produk total dibagi furfural awal, dimana
produk total hasil dari furfural sampel dikurangi furfural awal. Konsentrasi produk gugus -OH
dihitung menggunakan kurva baku standar salah satu produk yang punya gugus -OH yaitu
furfuril alkohol.  Pembuatan kurva baku furfuril alcohol berdasarkan persamaan hukum
Lambert-Beer. Serapan furfuril alkohol yang dijadikan acuan adalah spektrum gugus -OH
(3630-3620 cm-1).

HASIL DAN PEMBAHASAN
Karakterisasi Katalis Cu/γ-Al2O3
Berdasarkan analisis XRD,  katalis  Cu/γ-Al2O3 mempunyai bentuk kristanilitas yang
tinggi karena dijumpai puncak-puncak yang tajam pada pola difraksinya. Sedangkan
impregnasi Cu kedalam γ-Al2O3 telah berhasil dilakukan yang ditandai dengan terdeteksinya
puncak 2θ = 43,28o; 50,43o; 74,05o
pada katalis Cu/γ-Al2O3. Namun CuO belum tereduksi
sempurna menjadi Cu 0 selama proses reduksi karena masih terdeteksinya puncak khas CuO
pada 2θ = 35,5º. Hasil analisis SEM menunjukkan bahwa oksida penyangga γ-Al2O3 setelah
terimpregnasi oleh logam Cu sehingga mempunyai ukuran partikel yang lebih kecil. Hal ini

menyebabkan luas permukaan katalis Cu/γ-Al2O3 menjadi lebih luas. Hasil pengukuran AAS
menunjukkan bahwa logam Cu yang terimpregnasi kedalam γ-Al2O3adalah 4,56 %.
Uji Aktivitas Katalis Cu/γ-Al2O3 pada Reaksi Hidrogenasi Furfural
Konversi furfural pada reaksi hidrogenasi
Berdasarkan analisis hasil pada Tabel.1, pada saat reaksi dilakukan selama 1 dan 2,5
jam (150 oC) konsentrasi furfural yang terdeteksi dari FTIR adalah 59,21 ppm dan 54,17 ppm.
Jika dibandingkan dengan konsentrasi furfural sebelum reaksi yaitu 48,64 ppm, maka nilai
konsentrasi furfural sisa yang terukur lebih besar dari jumlah yang bereaksi. Hal ini diduga
karena setelah reaksi berlangsung selama 1 dan 2,5 jam, produk yang terbentuk juga
mempunyai gugus fermidoblet yang menambah intensitas serapannya. Berdasarkan Gambar
1,  produk tetrahidrofurfural mempunyai gugus  fermidoblet  yang akan meningkatkan
konsentrasi furfural sisa reaksi.
Tabel.1 Konsentrasi furfural sampel berdasarkan perhitungan FTIR serapan -CHO (2830-2810 cm-1) pada suhu 150 ºC
Waktu reaksi (jam)  Spektrum FTIR  Konsentrasi (ppm)  Konversi (%)
%T  A
Awal  60,13  0,221  48,64  0
1  54,02  0,267  59,21  21,75
2  67,47  0,171  37,27  23,37
2,5  56,85  0,245  54,17  11,38
3  64,21  0,192  42,16  15,37
Tabel.2 Konsentrasi furfural sampelberdasarkan perhitungan FTIR serapan -CHO
(2830-2810 cm-1) pada suhu 180 ºC
Waktu reaksi (jam)  Spektrum FTIR  Konsentrasi (ppm)  Konversi (%)
%T  A
Awal  60,13  0,221  48,64  0
1  63,53  0,197  43,21  11,16
2  66,97  0,174  38,01  21,86
2,5  61,25  0,213  46,82  3,75
3  64,21  0,226  49,98  2,58
Pada suhu 150 ºC terjadi penurunan persen konversi dari waktu 2 ke 2,5 jam tapi naik
lagi pada 3 jam. Hal ini diduga karena katalis waktu 2,5 jam mengalami deaktivasi yang
disebabkan oleh pengotoran pada permukaan katalis (fouling), terjadinya peracunan katalis
(poisoning) dan terjadinya penggumpalan (sintering) [8]. Sedangkan konversi pada suhu 180
ºC terjadi penurunan dari waktu 2,5 ke 3 jam. Hal ini diduga karena pengaruh waktu reaksi
terhadap aktivitas katalis.

Konversi furfural pada saat reaksi dilakukan selama 2 jam baik pada suhu 150 maupun
180 oC adalah konversi katalis terbaik dengan konversi furfural sebesar yaitu 23,37% dan
21,16%. Akan tetapi pada suhu 150 oC konversi furfural adalah paling besar.
Konsentrasi produk reaksi hidrogenasi
Tabel 3. Konsentrasi produk yang terbentuk berdasarkan perhitungan FTIR serapan -OH
(3630-3620 cm-1) pada suhu 150 ºC
Waktu reaksi (jam)  Spektrum FTIR  Konsentrasi (ppm)
%T  A
1  0  0  0
2  79,03  0.102  9,55
2,5  69,19  0,160  14,53
3  84,62  0,073  6,99
Tabel 4. Konsentrasi produk yang terbentuk berdasarkan perhitungan FTIR serapan -OH
(3630-3620 cm
-1
) pada suhu 180 ºC
Waktu reaksi (jam)  Spektrum FTIR  Konsentrasi (ppm)
%T  A
1  73,90  0,132  12,07
2  73,20  0,135  12,42
2,5  54,71  0,262  23,32
3  64,79  0,188  16,99
Tabel 3 dan tabel 4 menunjukkan konsentrasi produk dengan gugus -OH pada waktu 2,5
jam baik pada suhu 150 dan 180oC adalah paling baik yaitu 14,53 dan 23,32 ppm. Akan
tetapi pada suhu 180oC adalah paling besar. Berdasarkan Gambar 1 senyawa produk reaksi
hidrogenasi yang mempunyai gugus -OH yaitu furfuril alkohol dan tetrahidrofurfurilkohol.
Apabila dibandingkan hasil perhitungan konversi furfural dan pembentukan produk
dengan gugus -OH, persen konversi terbesar didapatkan pada waktu 2 jam dan suhu 150 ºC.
Hasil ini berbeda dengan kondisi untuk menghasilkan produk dengan gugus -OH paling besar
yaitu pada waktu 2,5 jam dan suhu 180 ºC. Perbedaan ini disebabkan karena perhitungan
konversi dilakukan terhadap semua produk yang terbentuk yaitu tetrahidrofurfural,
tetrahidrofurfuril alkohol dan furfuril alkohol. Sedangkan untuk perhitungan konsentrasi
produk yang mengandung gugus  -OH dilakukan terhadap furfuril alkohol dan
tetrahidrofurfuril alkohol. Oleh karena itu selektivitas katalis untuk satu produk -OH tertentu
tidak dapat dihitung dari data yang diperoleh.


KESIMPULAN
Berdasarkan   penelitian yang telah dilakukan diketahui bahwa katalis Cu/γ-Al2O3
memberikan aktivitas terhadap reaksi hidrogenasi furfural menghasilkan furfuril alkohol,
tetrahidrofurfural, dan tetrahidrofurfuril alkohol. Hasil analisis menunjukkan bahwa konversi
furfural terbaik didapatkan pada reaksi dengan suhu 150 oC dalam waktu 2 jam sebesar
23,37%. Hasil pembentukan produk yang mengandung gugus -OH paling besar didapatkan
pada suhu reaksi 180oC dengan waktu reaksi selama 2,5 jamsebesar 23,32 ppm.

DAFTAR PUSTAKA
1.Hidajati, N, 2006, Pengolahan Tongkol Jagung Sebagai Bahan Pembuatan Furfural,
Jurnal Ilmu Dasar, No 1, Vol 8, Hal 45-53.
2.Ganjar, A, 2011, Hidrolisis Ampas Tebu Menjadi Furfural dengan Katalisator Asam
Sulfat, Jurnal Teknologi, No 2, Vol 4, Hal 180-188.
3.Villaverde, M.M., Bertero N.M, Garetto T.F dan Marchi A.J, 2013, Selective LiquidPhase Hydrogenation of Furfural to Furfuryl Alcohol Over Cu-Based Catalysts, Catalysis
Today, No 213, Hal 87-92.
4.Hernandez, D.V., J.M.Rubio Caballero, J.Santamaria Gonzalez, R.Moreno Tost,
J.M.Merida Robles, M.A.Perez Cruz, A.Jimenez Lopez, R.Hernandez Huesca dan
P.Maireles Torres, 2014, Furfuryl Alcohol from Furfural Hydrogenation Over Copper
Supported on SBA-15 Silica Catalysts, Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, No
383-384, Hal 106-113.
5.Khan, F.A., Vallat A, dan Fink G.S, 2012, Highly Selective C=C Bond Hydrogenation in
Unsaturated Ketones Catalyzed by Hectorite Supported Ruthenium Nanoparticles,
Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, No 355, Hal 168-173.
6.Nagaraja., B.M, V.Siva Kumar, V.Shasikala, A.H.Padmasri, B.Sreedhar, B.David Raju
dan K.S.Rama Rao, 2003, A Highly Efficient Cu/MgO Catalyst for Vapour Phase
Hydrogenation of Furfural to Furfuryl Alcohol, Catalysis Communications, No 4, hal
287-293
7.Iftitah, E.D., 2011, Kajian Reaksi Siklisasi dan Hidrogenasi (R)-(+)-Sitronelal
Menggunakan Katalis Berbasis ZnBr2/γ-Al2O3 dan Ni/γ-Al2O3, Disertasi, Program Studi
S3, Universitas Gajah Mada, Yogyakarta.
8.Yuanita Lestari, Dewi., 2011, Kajian Tentang Deaktivasi Katalis, Prosiding Seminar
Nasional Penelitian, Pendidikan dan Penerapan MIPA, Fakultas MIPA, Universitas
Negeri Yogyakarta.
357