Meningkatnya kebutuhan energi, pertumbuhan populasi dan industrialisasi, berkurangnya sumber daya energi fosil, dan untuk menekan efek gas rumah kaca, telah mendorong pencarian sumber-sumber energi alternatif seperti biomassa lignoselulosa dan asam lemak. Salah satu turunan biomassa lignoselulosa yang banyak dikaji adalah asam levulinat (LA) yang telah dapat dikonversi menjadi g-valerolaktona (GVL), 1,4-pentanadiol (1,4-PDO), 2-pentanol (2-PeOH), dan 2-butanol (2-BuOH). 2-BuOH, alkohol sekunder empat karbon (C₄H₁₀O), telah digunakan sebagai aditif untuk bensin dan makanan, bahan baku industri farmasi dan kosmetik, hingga kandidat biofuel yang paling menjanjikan. Secara industri, 2-BuOH diproduksi dari bahan minyak bumi propilena melalui reaksi multitahap (dehidrogenasi-hidroformulasi-hidrogenasi) menggunakan katalis yang berbeda, pelarut, dan bahan baku. Oleh karena itu, perlu dikembangkan katalis dan metode reaksi yang efektif untuk sintesis 2-BuOH, lebih selektif dan dampak negatif yang paling kecil terhadap lingkungan. Dalam penelitian ini telah disintesis katalis berbasis rutenium terembankan dan aplikasinya untuk reaksi hidrogenasi katalitik senyawa turunan biomassa LA dalam sistem reaktor batch.

Penelitian ini dilakukan di laboratorium, dibagi menjadi dua kegiatan utama; pertama, sintesis dan karakterisasi katalis, dan kedua, reaksi hidrogenasi katalitik senyawa turunan biomassa LA. Katalis disintesis menggunakan metode kopresipitasi-hidrotermal dari bahan baku TiCl₄, glukosa, dan RuCl₃ dalam reaktor autoklaf teflon-stainless steel pada temperatur 150 ^oC selama 24 jam, dan dilanjutkan dengan proses aktivasi menggunakan gas H₂ pada temperatur 300-500 ^oC sehingga dihasilkan katalis rutenium terembankan pada titanium terdoping karbon (disingkat Ru@C-TiO₂). Katalis hasil sintesis dikarakterisasi menggunakan XRD, HR-TEM, adsorpsi N₂ (BET), NH₃-TPD, adsorpsi piridina, dan H₂-TPR. Reaksi hidrogenasi katalitik LA dilakukan dalam reaktor batch TAIATSU menggunakan katalis hasil sintesis pada temperatur 100-200 ^oC, tekanan awal H₂ 2-4 MPa, dengan waktu reaksi sampai 4 jam.

Hasil karakterisasi XRD katalis Ru@C-TiO₂ menunjukkan bahwa adanya seri puncak yang tajam pada 2q = 25,3^o, 37,8^o, 43,9^o, 48,0^o, 54,0^o, 55,1^o, 62,7^o yang sesuai dengan puncak TiO₂ fase rutil teramati dengan baik. Satu puncak difraksi yang melebar pada 2q = 19^o-20^o yang identik dengan karbon amorf, sedangkan logam Ru terlihat pada 2q = 44,02^o yang sesuai dengan Ru (101). Ukuran partikel rerata Ru nanopartikel untuk katalis Ru@C-TiO₂ (2%b/b) yang direduksi pada temperatur 400 ^oC dan 500 ^oC, berturut-turut 2,4 nm dan 4,1 nm. Katalis Ru@C-TiO₂ (2%b/b) memiliki luas permukaan spesifik BET (S_BET) 42.98 m².g^-1, total hidrogen terjerap (dari data H­₂-TPR) 5.61 mmol.g^-1, dan total situs asam (dari data NH₃-TPD) 198.7 mmol.g^-1. Katalis berbasis logam Ru terembankan menghasilkan jumlah produk GVL (>90%) pada 100-140 ^oC, 3 MPa H₂, 3 jam. Reaksi hidrogenasi katalitik LA pada temperatur 160-200 ^oC menghasilkan produk 2-BuOH dan 2-PeOH, sedangkan GVL berkurang sejalan dengan kenaikan temperatur. Produk 2-BuOH tertinggi (87%) diperoleh pada temperatur reaksi 200 ^oC, 3 MPa H₂, 3 jam menggunakan katalis Ru@C-TiO₂(2%b/b). Pembentukan produk target 2-BuOH dari LA menggunakan katalis Ru@C-TiO₂ diduga lebih dominan dipengaruhi oleh aspek termodinamika (temperatur reaksi) dibanding aspek kinetika sebagaimana ditunjukkan oleh profil reaksi secara keseluruhan. Menariknya, katalis Ru@C-TiO₂ dapat diambil dan digunakan ulang tanpa proses reaktivasi dengan konversi LA 100% dan produk 2-BuOH turun menjadi 52% setelah reaksi pengulangan empat kali.