HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
A. Sintesis KF/Mg-Al Hydrotalcite-like
Katalis Mg-Al hydrotalcite-like dipreparasi dari brine water dengan perbandingan Mg/Al adalah 2:1 dengan metode pengendapan. Proses ini diawali dengan penurunan kadar Ca2+ dengan penambahan ion pengendap yaitu CO32- dari penambahan larutan buffer yang berasal dari campuran larutan Na2CO3 dan NaHCO3. Menurut Alnavis (2010) pengendapan Ca2+ sebagai CaCO3 perlu dilakukan sebelum sintesis sebab adanya Ca2+ yang berlebih akan membentuk senyawa pengotor pada sintesis hidrotalsit. Filtrat yang telah dipisahkan dari padatan CaCO3 disebut larutan awal.
Pengendapan Ca2+ sebagai CaCO3 dilakukan dengan penambahan larutan buffer yang terdiri dari campuran larutan Na2CO3 0,02 M dan NaHCO3 0,04 M. Kandungan Mg2+ dan Ca2+ sebelum dan sesudah pengendapan Ca2+ dianalisis dengan Atomic Absorption Spectrophotometer (AAS) dan diperoleh penurunan kadar Ca2+ sebesar 55,77 %. Perhitungan untuk pengendapan Ca2+ dapat dilihat pada Lampiran 1.
Proses selanjutnya adalah larutan awal direaksikan dengan AlCl3.6H2O dan larutan Na2CO3 0,1 M dalam suasana basa. Kondisi pH larutan selama berlangsungnya sintesis sangat penting untuk menghasilkan Mg-Al
hydrotalcite-like yang optimum. Sintesis Mg-Al hydrotalcite-hydrotalcite-like dilakukan pada pH antara
11,5–12,0. Endapan Al(OH)3 akan terbentuk apabila kondisi pH < 11,5 dan logam alumunium akan membentuk ion Al3+ yang tidak dapat mengendap apabila kondisi pH > 12,0 (Hickey, 2001).
Penelitian Savitri (2008) dalam sintesis Mg-Al hydrotalcite-like dari brine
water diperoleh pH optimum pada 10,5. Analvis (2010) menguji kestabilan
hidrotalsit untuk mengetahui ada tidaknya pengaruh pH terhadap kestabilan Mg-Al hydrotalcite-like. Diperoleh bahwa pada pH < 3 Mg-Mg-Al hydrotalcite-like cenderung tidak stabil dikarenakan adanya protonasi gugus hidroksi. Ikatan gugus hidroksi dengan Mg dan atau Al terputus sehingga kation logam menjadi terlarut.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Protonasi gugus hidroksi tersebut akan menurun seiring dengan kenaikan pH (Santosa et al., 2007). Kestabilan paling tinggi adalah pada pH basa. Perhitungan untuk sintesis Mg-Al hydrotalcite-like dapat dilihat pada Lampiran 1.
Sintesis yang paling sering dilakukan adalah sintesis hydrotalcite dengan anion antar lapisan berupa CO32- secara pengendapan larutan magnesium dan aluminium menghasilkan suatu Mg-Al hydrotalcite-like. Cara ini dipilih dan disukai karena tidak perlu mencegah adanya kontaminasi dari karbon dioksida sebab hanya karbonat yang siap bergabung dan terikat dengan kuat di dalam daerah antar lapisan (Newman et al., 1998). Dipilihnya metode kopresipitasi/ pengendapan dalam sintesis hidrotalsit selain karena mudah, semua kation mengendap secara simultan dalam rasio mol sesuai dengan rasio mol awalnya.
Mg-Al hydrotalcite-like digrinding dengan senyawa kalium fluorida (KF) dengan perbandingan KF 80 % berat/berat Mg-Al hydrotalcite-like dan ditambahkan beberapa tetes air. Pasta hasil pencampuran ini kemudian dikeringkan dengan suhu 65 °C selama satu malam. Sifat fisik hasil sintesis ditunjukkan pada Tabel 6.
Tabel 6. Karakteristik Fisik Senyawa Hasil Sintesis
Katalis Bentuk Warna
Mg-Al hydrotalcite-like KF/Mg-Al hydrotalcite-like Serbuk Serbuk Putih Coklat muda
B. Identifikasi Senyawa Hasil Sintesis 1. Analisis X-Ray Diffraction (XRD)
a. Mg-Al Hydrotalcite-like
Senyawa hasil sintesis dianalisa menggunakan X-Ray Diffractometer (XRD). Difraktogram ditunjukkan pada Gambar 11. Analisa ini bertujuan untuk mengidentifikasi bahwa senyawa utama hasil sintesis adalah Mg-Al
hydrotalcite-like. Identifikasi senyawa dilakukan dengan membandingkan harga spacing puncak-puncak difraktogram senyawa hasil sintesis dengan data
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
spacing Mg-Al hydrotalcite-like standar dari JCPDS (Joint Comittee on Powder Diffraction Standard) nomor 41-1428. Data Mg/Al-hidrotalsit standar
dari JCPDS dapat dilihat pada Lampiran 10.
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 2 theta
Gambar 11. Difraktogram Mg-Al hydrotalcite-like
Tiga puncak tertinggi sampel sebagai penciri senyawa mempunyai harga d yang sesuai data Mg-Al hydrotalcite standar yaitu pada harga d = 7,84; 3,91; dan 2,61 Å. Hidrotalsit alam yang diteliti oleh Allmann et al., (1969) mempunyai harga d yaitu 7,69; 3,88; dan 2,58 Å. Adanya kesesuaian harga d tiga puncak tertinggi dengan standar mengindikasikan bahwa senyawa utama hasil sintesis adalah Mg-Al hydrotalcite-like. Data harga d tiga puncak tertinggi sampel disajikan pada Tabel 7. Perbandingan harga d puncak-puncak dari sampel dengan data Mg-Al hydrotalcite standar dari JCPDS secara keseluruhan disajikan pada Lampiran 11.
Tabel 7. Harga d Tiga Puncak Tertinggi Senyawa Hasil Sintesis
Keterangan Harga d (Å)
Hidrotalsit hasil sintesis 7,48 3,75 2,55 Hidrotalsit standar 7,84 3,91 2,61
Yang et al. (2007) menyebutkan bahwa harga d 7,80 Å merupakan puncak karakteristik hidrotalsit dengan anion antar lapis berupa CO32-. Kesesuaian harga d hasil sintesis dengan harga d untuk anion antar lapis CO32- menunjukkan bahwa anion penyeimbang muatan pada Mg-Al hydrotalcite-like sampel adalah CO32-.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Analisa kuantitatif dari XRD adalah penentuan kandungan relatif Mg-Al
hydrotalcite-like. Analisa ini dilakukan dengan membandingkan intensitas
relatif (I/I1) puncak-puncak difraktogram Mg-Al hidrotalsit dengan intensitas relatif seluruh puncak yang ada dalam sampel. Hasil perhitungan persentase kandungan relatif Mg-Al hidrotalsit dalam sampel adalah 83,082 %. Perhitungan disajikan pada Lampiran 12.
b. KF/Mg-Al Hydrotalcite-like
Katalis KF/Mg-Al hydrotalcite-like dipreparasi dengan metode grinding dengan perbandingan berat KF banding Mg-Al hydrotalcite-like sama dengan 8/10. Katalis tersebut dikarakterisasi dengan XRD dan FTIR. Difraktogram ditunjukkan pada Gambar 12.
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70
2 theta
Gambar 12. Difraktogram KF/Mg-Al hydrotalcite-like
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 2 theta
Gambar 13. Difraktogram (a) Mg-Al hydrotalcite-like (b) KF/Mg-Al
hydrotalcite-like
b a
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Gambar 13 menunjukkan bahwa KF berpengaruh pada kristalinitas dari komposit KF/Mg-Al hydrotalcite-like. Terlihat bahwa puncak-puncak difraktogram Mg-Al hydrotalcite-like setelah ditambah dengan KF mengalami penurunan yang signifikan. Hasil data tersebut sangat berbeda bila dibandingkan dengan penelitian yang dilakukan oleh Gao et al. (2010) yang juga mensintesis KF/Mg-Al hydrotalcite-like dimana hasil difraktogramnya masih mempunyai puncak-puncak yang cukup tajam. Hilangnya puncak-puncak tersebut kemungkinan disebabkan oleh sifat KF/Mg-Al hydrotalcite-like yang sangat higroskopis sehingga mempunyai puncak-puncak yang rendah. Kemampuan mengikat air yang kuat berarti bila katalis ini diinteraksikan dengan metanol maka dimungkinkan katalis ini sangat reaktif terhadap metanol, karena air dan metanol sama-sama mempunyai gugus hidroksil. Situs aktif dari KF/Mg-Al hydrotalcite-like yaitu terbentuknya kristal KMgF3 (Gao et al., 2008). Karena Mg-Al hidrotalsit disintesis dari brine water mengandung Ca+, dimungkinkan juga terbentuk situs aktif berupa CaAlF5, KCaF3 dan KCaCO3F yang reaktivitasnya lebih tinggi dari KMgF3 (Gao et al., 2010).
2. Analisis Gugus Fungsi dengan FTIR
Data lain untuk mendukung pembuktian bahwa material yang terbentuk adalah Mg-Al hydrotalcite-like dengan dilakukan identifikasi gugus-gugus fungsi yang terkandung dalam senyawa Mg-Al hydrotalcite-like, seperti gugus fungsi ion hidroksi (OH-) dan ion karbonat (CO32-) yang bila dideteksi dengan FTIR akan menghasilkan puncak-puncak khas untuk ikatan O-H, C-O, Mg-O atau Al-O. Hasil pengukuran FTIR pada sampel material sintesis Mg-Al hydrotalcite-like, KF/Mg-Al hydrotalcite-like dan KF tersaji pada Gambar 14.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500
Bilangan gelom bang (1/cm )
Gambar 14. Spektra FTIR (a) Mg-Al like (b) KF/Mg-Al
hydrotalcite-like (c) KF
Tabel 8. Tabulasi Gugus Fungsional Hidrotalsit
Gugus Fungsi Referensi Bilangan Gelombang (v) (cm-1) Mg-Al HTlc KF/Mg-Al HTlc KF Uluran OH 3400-3500b 3448,72 3425,58 3332,99 Tekukan OH 1650d 1620,21 1620,21 1635,64
Uluran simetris O=C-O 1385a,c 1357,89 1373,32 1381,03 Uluran asimetris O=C-O 1500,5c 1543,05
Tekukan O=C-O 650a 678,94 655,8 617,221
Uluran Mg-O dan Uluran Al-O 400-600a (2 puncak) 432,05 dan 555,5 462,92 dan 501,49 493,78 dan 555,5 Uluran KF 1002,58 972,12 Tidak diketahui 1450,47
Sumber : aKannan (1995) dalam Johnson dan Glasser (2003), bBhaumik, et al. (2004), cDi Cosimo et al. (1998), dYang et al. (2007)
c a b a a a 38
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Dari Tabel 8 tampak adanya serapan dengan puncak lebar antara bilangan 3332-3448 cm-1 yang dapat dianggap berasal dari tumpang tindih vibrasi ulur O-H dari gugus hidroksi di dalam lembaran-lembaran Mg-Al hydrotalcite-like dengan molekul-molekul air dalam partikel atau dalam antar-lapis. Bilangan gelombang antara 1620-1633 cm-1 merupakan tekukan OH yang berasal dari molekul air pada daerah antar-lapis yang terikat dengan anion interlayer. Vibrasi ulur simetris O=C-O dari CO32- di daerah antar-lapis muncul pada bilangan gelombang antara 1357-1381 cm-1 dan uluran asimetris O=C-O muncul pada bilangan gelombang 1543,05 cm-1. Tekukan O=C-O dari CO32- pada puncak dengan bilangan gelombang 617-678 cm-1. Hasil penelitian Davydov (1984) dan Shiddiq (2005) menyebutkan bahwa puncak pada bilangan gelombang ± 500 cm-1 merupakan uluran Al-O sehingga puncak pada bilangan antara 501-555 cm-1 dapat diartikan sebagai vibrasi ulur Al-O dan pada bilangan gelombang 432-493 cm-1 sebagai vibrasi ulur Mg-O. Campuran KF dan Mg-Al hydrotalcite-like ditandai adanya vibrasi pada daerah 972-1002 cm-1 yang menunjukkan vibrasi KF. Serapan baru setelah pencampuran terjadi pada bilangan gelombang 1450 cm-1, namun peneliti belum mampu mengungkap serapan tersebut. Serapan tersebut mengindikasikan adanya perubahan struktur KF.
Analisis spektra FTIR menunjukkan adanya ikatan Mg-O, Al-O serta gugus hidroksil dan karbonat. Hasil ini mengindikasikan senyawa yang dianalisis merupakan Mg-Al hydrotalcite-like dengan anion antar lapisan CO32- yang mempunyai rumus kimia [Mg1-xAlx(OH)2]x+[CO3]x/m.nH2O (Heraldy et al., 2006).
3. Analisis Termal dengan TG/DTA
Analisa DTA/TGA pada penelitian ini dilakukan dalam atmosfir udara dengan laju kenaikan suhu 10 °C/menit dan rentang suhu mulai dari suhu kamar hingga 500 °C. DTA akan mendeteksi setiap perubahan termal yang terkait dengan peristiwa atau reaksi kimia, baik yang berjalan secara eksotermik maupun endotermik. Sementara itu, TGA mendeteksi setiap perubahan massa yang terjadi pada cuplikan sebagai akibat dari kenaikan suhu, baik yang diikuti oleh perubahan fasa kristal maupun tidak. Hasil analisis termal ditunjukkan oleh Gambar 15.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Gambar 15. Analisis Termal Mg-Al hydrotalcite-like (a) TGA (b) DTA
Berdasarkan kurva TGA pada Gambar 13 dapat diketahui bahwa terjadi perubahan berat hidrotalsit pada suhu tertentu yang disertai dengan munculnya puncak endotermik DTA. Penurunan berat pertama sekitar 8 % sampai temperatur 70 °C dan didukung dengan puncak endotermik DTA pada temperatur ±50-70 °C. Proses ini mengindikasikan pelepasan H2O selama proses dehidrasi. Penurunan berat kedua sekitar 20 % terjadi pada temperatur 100-230 °C disertai adanya puncak endotermik DTA pada temperatur ±230 °C yang mengindikasikan pelepasan H2O dan atau pelepasan OH. Penurunan berat selanjutnya sekitar 28 % pada temperatur 230-425 °C disertai munculnya puncak endotermik pada temperatur ±410 °C yang diperkirakan adalah pelepasan CO32- yang dikaitkan adanya dehidroksilasi dan dekomposisi interlayer karbonat dengan melepaskan OH dari air dan CO2. Analisis ini menunjukkan bahwa hidrotalsit hasil sintesis mengandung gugus OH, H2O, dan CO32- (Heraldy et al., 2006).
C. Transesterifikasi Minyak Kelapa Sawit 1. Penentuan Bilangan Asam
Sebanyak 10 ml minyak sawit dalam erlenmeyer ditambah 2 tetes indikator penolftalen, kemudian campuran dititrasi dengan KOH 0,5 N sampai
-30 -25 -20 -15 -10 -5 0 0 20 40 60 80 100 0 100 200 300 400 500 Tem perature (C) W e ig h t (% ) Temperature (°C) a b 40
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
menghasilkan warna merah jambu. Volume KOH yang dibutuhkan adalah 0,3 ml dan diperoleh bilangan asam sebesar 0,9379 sehingga tidak memerlukan proses esterifikasi. Perhitungan bilangan asam dapat dilihat pada Lampiran 2. Jika bilangan asam lebih dari 1 dapat menyebabkan bereaksinya asam lemak dengan katalis dan mengakibatkan penyabunan.
2. Reaksi Transesterifikasi
Biodiesel dibuat dengan melakukan reaksi transesterifikasi antara minyak sawit dengan pereaksi metanol dan katalis KF/Mg-Al hydrotalcite-like pada temperatur 65 °C dengan perbandingan mol minyak dan methanol adalah 1:12. Pada awal mulanya reaksi dilakukan selama 3 jam dengan variasi berat katalis 1, 2, 3, 4, dan 5 % berat/berat minyak dengan suhu 65 °C dan langkah selanjutnya dilakukan variasi waktu 5, 15, 30, 60, dan 180 menit dengan berat katalis 1 % berat/berat minyak dengan suhu yang sama. Hasil yang diperoleh adalah biodiesel berwarna kuning jernih. Hasil reaksi dianalisa dengan 1HNMR.