Judul : Transesterifikasi Minyak Sawit dengan Metanol dan Katalis Heterogen Berbasis Silika Sekam Padi (MgO-SiO2)
Nama Mahasiswa : Evi Rawati Sijabat No. Pokok Mahasiswa : 0857011007 Jurusan : Kimia
Fakultas : Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
MENYETUJUI 1. Komisi Pembimbing
Wasinton Simanjuntak, Ph.D. Kamisah D. Pandiangan, M.Si. NIP. 195907061088111001 NIP. 197212051997032001
2. Ketua Jurusan
Puji Tuhan
Kupersembahkan karya sederhana ini kepada :
Kedua orang tuaku,
Bapak dan Mama yang telah memberikan cinta kasih dan
sayang serta doa untukku. Terima Kasih,
kalianlah inspirasi tuk masa depanku.
Kakak dan Adik-adikku terkasih Ika Agustina Sijabat, Am.d,
Winda Verawati Sijabat, Las Chandro Sijabat dan Elisa
Sijabat
Seluruh sahabat terbaikku
Seseorang yang akan mendampingiku kelak
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Pematang Siantar, pada tanggal 09 Desember 1990, sebagai anak kedua dari lima bersaudara, putri dari Ayahanda terkasih Maluster Sijabat dan Ibunda tersayang Melva br. Sinabutar.
Jenjang pendidikan diawali dari Taman Kanak-kanak (TK) di TK Yohana Kota Gajah diselesaikan pada tahun 1995. Sekolah Dasar (SD) di SD Negeri 1 Abung Semuli Jaya Kota Bumi diselesaikan pada tahun 2002. Sekolah Menengah Pertama (SMP) di SMP Xaverius Kota Bumi diselesaikan pada tahun 2005, dan Sekolah Menengah Atas (SMA) di SMA Negeri 1 Kota Bumi diselesaikan pada tahun 2008. Tahun 2008, penulis diterima sebagai Mahasiswa Jurusan Kimia FMIPA Unila melalui jalur UM (Ujian Mandiri).
Motto
’’TUHAN itu kekuatanku dan mazmurku; Ia telah menjadi keselamatanku”
(Mazmur 118: 14)
Berdoa, berusaha dan bersyukur atas apa yang telah Tuhan berikan untuk hidup yang lebih baik lagi.
(Evi Rawati Sijabat)
Dan bergembiralah karena TUHAN; maka Ia akan memberikan kepadamu apa yang diinginkan hatimu. Serahkanlah hidupmu kepada
TUHAN dan percayalah kepada-Nya dan Ia akan bertindak.
(Mazmur 37: 4-5)
Kegagalan merupakan langkah awal dari keberhasilan, terus maju dan tetap semangat.
SANWACANA
Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat-Nya yang tidak pernah berkesudahan, sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi ini untuk memenuhi salah satu syarat mendapatkan gelar Sarjana Sains pada Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Lampung. Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Wasinton Simanjuntak, Ph.D selaku pembimbing utama atas segala arahan, bimbingan, bantuan, saran, perhatian serta motivasinya yang begitu membangun hingga penulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi ini.
2. Ibu Kamisah Delilawati Pandiangan, M.Si selaku pembimbing kedua atas segala bimbingan, bantuan, saran dan nasihat, serta motivasinya sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi ini.
3. Bapak Dr. Rudy T.M Situmeang, M.Sc selaku pembahas atas segala saran dan kritik yang sangat membangun dalam penulisan skripsi ini.
4. Bapak Andi Setiawan, Ph.D selaku Ketua Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Lampung.
5. Bapak Dr. Ir. Yandri A.S.,M.S selaku pembimbing akedemik atas segala saran dan nasehat kepada penulis.
7. Segenap staf pengajar dan karyawan Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Lampung.
8. Kedua orang tuaku yang sangat saya cintai, yang terus berjuang untuk kami anak-anaknya agar mencapai apa yang kami inginkan serta atas segala doa, dorongan, kasih sayang, kesabaran, perhatian dan motivasi untuk saya. Sekali lagi saya ucapkan terima kasih bapak dan mama.
9. Ika Agustina Sijabat, Am.d (k’ika) saudara ku yang selalu memberikan
motivasi dan dukungan serta adik-adik ku terkasih Winda Verawati Sijabat, Las Chandro Sijabat dan Elisa Sijabat teruslah berjuang untuk mencapai cita-cita kalian dan banggakan kedua orang tua kita.
10.Ompung Sahala ( Op. Bandar ), Ompung Jonner (†) (Op. Kota Bumi), Keluarga Besar di Bandar Jaya, Kota Bumi, Jakarta, Kota Gajah, dan Medan atas dukungan dan doa yang diberikan.
11.Putu Mariyanto atas dukungan, saran, bantuan serta motivasi yang diberikan
(terus berjuang dan jangan cepat putus asa) moga cepat menyusul wisuda ya.
12.Sahabat-sahabat terbaik ku, Lenni Warlina Sihombing, S.Si, Eny Heriani Napitupulu, S.Si, Albert Ferdinan Partogi, S.Si, Wanti Simanjuntak, S.Si, Dewi Kartika Sari S.Si, Lega Anggraini, S.E, Putri Kalista, Linda, Meta dan Juwita atas kebersamaan kita selalu dan perjuangan kita selama ini. ”Seribu
teman tak akan mampu menggantikan satu sahabat”.
kehangatan suasana laboratorium”.
15.Wanti Simanjuntak, S.Si, rekan sekerjaku yang telah amat sangat membantu.
Dengan segala kerendahan hati, ku ucapkan ”Terima Kasih”.
16.Teman-teman Kelompok kecil ku, Lenni, Eny, Santi, Wanti, Adel dan kakak Nindya (bimbingan kakak dalam pergumulan dan pelajaran yang kakak
berikan) atas semua kebersamaan, saran dan doa kalian semua.
17.Teman-teman seangkatan ku kimia 08 Ani, Adek, Ria, Ramdan, Robi, Rudi, Majid, Putu, Dewa, Mifta, Sobari, Eli, Riki, Siti, Rafel, Eko, Putri, Novi, Ayu, Sri, TB, Kiki, Idrus, Nanda, Dendi, Nuro, Retno, Nita, Ruski, Vivi, Amin, Soffa, Arif, Ramli, Albert, Rikardo, Dipa atas kebersamaan kita dan perjuangan yang kita jalani bersama-sama.
18.Teman-teman kosan ku Angan Saka, Desi, Sri, Juniko Tampubolon, ST (ompung), b’Muda, Sogul, b’Metro, k’Puja, mb Eka, Nisa, Sekar, Wiwin,
k’Arif dan lain-lain atas kebersamaan dan motivasi kalian untuk ku.
19.Sahabat- sahabat POMMIPA terima kasih atas doa dan dukungannya. Tetap terus berkaya di dalam setiap kegiatan dan tetap smangat melayani Tuhan di kampus tercinta kita. Semua pelayanan yang telah kita lakukan pasti ada upahnya di sorga kelak. Semangaatt. GB POMMIPA.
Penulis berharap Tuhan membalas kebaikan setiap pribadi yang telah mendukung dan membantu saya dalam banyak hal selama studi, kiranya mereka senantiasa dalam lindungan-Nya. Amin.
Akhir kata, penulis menyadari bahwa dalam skripsi ini masih terdapat banyak kekurangan, namun penulis berharap skripsi ini dapat bermanfaat dan berguna bagi rekan-rekan khususnya mahasiswa kimia dan pembaca pada umumnya.
Bandar Lampung, Januari 2013
ABSTRACT
TRANSESTERIFICATION PALM OIL WITH METHANOL AND SILICA BASED HETEROGENEOUS CATALYSTS RICE HUSK (MgO-SiO2)
By
Evi Rawati Sijabat 0857011007
This study was carried out to investigate the potential of MgO-SiO2 synthesized using sol-gel technique from rice husk silica and magnesium nitrate as a heterogeneous catalyst for transesterification of palm oil. The performance of the catalyst was evaluated through a series of experiments aimed to study the effect of three kinetic variables, namely the amount of catalyst, temperature, and reaction time on the biodiesel yield obtained. The overall results demonstrated that the catalyst functioned quite well is the catalyst in sintering at a temperature of 900 ° C, as reflected by the percent of conversion and the biodiesel analysis using GC-MS. The kinetic variables investigated indicated that the optimum percent of conversion of 68,7% was achieved using 5% catalyst with reaction time of 30 minutes and temperature of 60 o C. Characterization of catalyst using SEM revealed that the catalyst has relatively homogeneous surface, and according to the EDS result the catalyst has very high purity with the composition in accordance with the composition of the raw materials used. The biodiesel produced was found to have viscosity and cetane number in the range of Indonesian National Standard (SNI) for biodiesel, but slightly lower value of density.
Key Word: Sol-Gel Methode, Rice husk silica, Catalyst Heterogenous,
ABSTRAK
TRANSESTERIFIKASI MINYAK SAWIT DENGAN METANOL DAN KATALIS HETEROGEN BERBASIS SILIKA SEKAM PADI (MgO-SiO2)
Oleh
Evi Rawati Sijabat 0857011007
Penelitian ini dilakukan untuk mempelajari potensi MgO-SiO2 yang disintesis dengan metode sol-gel dari silika sekam padi dan magnesium nitrat sebagai katalis heterogen untuk transesterifikasi minyak kelapa sawit. Potensi katalis dievaluasi melalui serangkaian percobaan yang diarahkan untuk mempelajari pengaruh tiga variabel kinetis, yakni jumlah katalis, suhu, dan waktu reaksi. Hasil percobaan secara umum menunjukkan bahwa katalis yang disintesis mampu bekerja dengan baik adalah katalis yang disintering pada suhu 900 oC, seperti
tercermin dari persen konversi dan hasil analisis dengan GC-MS. Evaluasi ketiga variabel menunjukkan bahwa jumlah katalis optimum adalah 5%, waktu 30 menit, dan suhu 60 oC, dengan persen konversi 68,69%. Karakterisasi katalis dengan SEM menunjukkan bahwa katalis memiliki morfologi permukaan yang relatif homogen, dan analisis dengan EDS menunjukkan bahwa katalis mempunyai kemurnian yang tinggi dengan komposisi yang sesuai dengan komposisi bahan baku. Biodiesel yang dihasilkan memiliki viskositas, cetane number, yang sesuai
dengan standar SNI, namun masih memiliki massa jenis yang lebih kecil dari nilai standar.
Kata kunci: Metode Sol-Gel, Silika Sekam Padi, Katalis Heterogen,
I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Pengembangan sumber energi alternatif saat ini terus digiatkan dengan tujuan untuk mengatasi masalah kekurangan sumber energi akibat cadangan sumber energi fosil yang semakin menipis dan meningkatnya kebutuhan energi. Sumber energi alternatif yang banyak dikembangkan dewasa ini pada umumnya berasal dari bahan baku terbarukan sehingga ketersediannya terjamin untuk pemakaian jangka panjang. Salah satunya adalah biodiesel (Al-Widyan and Al-Shyoukh, 2002; Utami dkk, 2007).
2
Dalam prakteknya, reaksi transesterifikasi hanya berlangsung efektif dengan bantuan suatu katalis. Atas dasar ini, berbagai katalis telah dikembangkan dan yang paling umum digunakan hingga sekarang adalah katalis homogen, meliputi asama kuat seperti H2SO4 dan HCl, sedangkan katalis basa kuat seperti NaOH dan KOH ( Sidjabat dan Rahmat, 1995; Aprianto, 2003). Kedua jenis katalis di atas diakui bekerja cukup baik, namun memiliki sejumlah kelemahan. Penggunaan katalis asam dalam reaksi transesterifikasi masih berjalan lambat dan katalis asam tersebut sulit dipisahkan pada akhir reaksi, sedangkan penggunaan katalis basa menghasilkan air saat pembentukan metoksida sehingga reaksi yang berjalan adalah reaksi penyabunan (Schuchardt et al., 1998). Di samping itu,
residu katalis homogen seringkali masih terdapat dalam produk, sehingga mengurangi kelayakgunaan produk karena sifat korosif asam maupun basa, dan katalis tersebut pada umumnya tidak dapat digunakan berulang-ulang.
Adanya kelemahan katalis homogen, seperti dipaparkan di atas, telah mendorong pengembangan katalis heterogen sebagai alternatif. Katalis heterogen
dikembangkan karena menawarkan sejumlah keunggulan dibanding dengan katalis homogen. Keuntungan menggunakan katalis heterogen adalah mempunyai aktivitas yang tinggi, kondisi reaksi yang ringan, masa hidup katalis yang
Katalis heterogen pada dasarnya terdiri dari dua komponen, yakni oksida logam sebagai situs aktif dan penyangga. Untuk reaksi transesterifikasi, ada beberapa logam yang telah digunakan sebagai situs aktif adalah Fe (Pandiangan dkk, 2008; Anggraini 2009), Ni (Pandiangan dkk, 2008; Anggraini, 2010; Sascori, 2011), Ti (Pandiangan dkk, 2008; Anggraini, 2010), Al, Co, Cu, Zn dan Mg. Pada oksida logam MgO mempunyai keunggulan dimana MgO memiliki kelarutan yang kecil di dalam air. Keunggulan MgO ini sebagai dasar untuk memilih katalis yang digunakan pada penelitian ini. Dewasa ini dikenal berbagai jenis penyangga katalis, antara lain zeolit, dan silika. Hingga dewasa ini, silika yang dimanfaatkan sebagai penyangga katalis pada umumnya adalah mineral dan silika sintesis, misalnya tetraethyl orthosilicate (TEOS) ataupun tetramethyl orthosilicate
(TMOS). Akan tetapi silika sintesis ini mempunyai beberapa kelemahan, yaitu bahan baku yang mahal, sulit didapatkan dan sedikit beracun. Berbagai kendala dengan silika sintesis menjadi dasar pemilihan silika sekam padi yang digagas dalam penelitian ini. Pemilihan silika sekam padi didasarkan pada sejumlah pertimbangan yaitu harganya sangat murah dan ketersediannya yang sangat melimpah di alam. Silika sekam padi diketahui memiliki fasa amorf (Yalçin et al., 2000) dan memiliki struktur orto silikat (Iler, 1979; Kalapathy et al., 2000),
sehingga silika sekam padi memiliki karakteristik yang cocok jika dijadikan sebagai prekursor.
4
perlakuan termal (sintering) dengan tujuan mengaktifkan katalis sehingga mampu
bekerja secara optimal. Di samping itu, katalis juga akan dikarakerisasi dengan metode Infra Red Spectroscopy (FTIR) dan (Scanning Electron Microscopy)
SEM/ (Energy Dispersive X-ray Spectrometer) EDS. Karakterisasi Infra Red
Spectroscopy (FTIR) dimaksudkan Untuk menentukan gugus fungsi suatu
senyawa. Pada SEM (Scanning Electron Microscopy) dapat diamati karakteristik
bentuk, struktur, serta distribusi pori pada permukaan bahan, sedangkan
komposisi serta kadar unsur yang terkandung dalam sampel dapat diamati dengan EDS (Energy Dispersive X-ray Spectrometer).
Selain katalis, sejumlah variabel kinetis juga berpengaruh terhadap reaksi
transesterifikasi. Atas dasar ini, dalam penelitian ini dipelajari pengaruh beberapa variable kinetis meliputi suhu, waktu dan jumlah katalis terhadap rendemen reaksi. Sebagai parameter unjuk kerja metode yang dikembangkan, biodiesel yang dihasilkan juga dikarakterisasi untuk mengetahui komposisi dengan metode GC-MS (GasChromatography-Mass Spectroscopy), dan parameter teknis,
meliputi viskositas, angka setana, dan titik nyala, untuk melihat kelayakan biodiesel sebagai bahan bakar.
B. Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
2. Mendapatkan informasi tentang pengaruh variabel kinetis yang dipelajari terhadap unjuk kerja reaksi transesterifikasi minyak kelapa menggunakan metanol sebagai donor gugus metil.
3. Menentukan kondisi optimum reaksi transesterifikasi minyak kelapa sawit dengan metode yang dikembangkan.
C. Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat sebagai berikut:
1. Memberikan informasi tentang katalis heterogen dan donor gugus metil yang merupakan sumber terbarukan, dalam hasil penelitian ini diharapkan dapat dikembangkan lebih lanjut menjadi metode yang lebih baik dibanding dengan metode konvensional yang digunakan dewasa ini.
2. Penggunaan silika sekam padi merupakan upaya untuk membuka peluang pemanfaatan silika sekam padi sebagai material teknologi yang akan
II. TINJAUAN PUSTAKA
A. Pengertian Biodiesel
Biodiesel merupakan salah satu sumber energi alternatif yang dapat dijadikan pilihan. Boidiesel adalah minyak diesel alternatif yang secara umum
didefinisikan sebagai ester monoalkil dari minyak tanaman dan lemak hewan. Minyak yang berasal dari tumbuhan dan lemak hewan serta turunannya mempunyai kemungkinan sebagai pengganti bahan bakar diesel (Srivastava and Prasad, 2000).
Biodiesel yang paling umum digunakan adalah minyak nabati. Minyak nabati dan biodiesel tergolong ke dalam kelas besar senyawa-senyawa organik yang sama, yaitu kelas ester asam-asam lemak yang diperoleh dengan cara
transesterifikasi trigliserida dari minyak tumbuhan dengan metanol (Meher, 2004). Indonesia dikenal memiliki kekayaan hayati yang beraneka ragam. Sumber lemak/minyak tumbuhan di Indonesia dapat diperoleh dari minyak sawit (palm oil), minyak kelapa (coconut oil), minyak inti-sawit (palm-kernel oil), minyak kacang tanah, lemak ternak (fats), minyak jarak pagar (physic-nut
minyak kasumba (safflower oil), minyak saga utan/pohon (corail tree oil),
minyak nimba, lemak rambutan, minyak kapok/randu (kapok oil), dan lain-lain.
Biodiesel juga bersifat biodegradable dan tidak beracun, disamping itu juga
biodiesel memiliki flash point (temperatur terendah yang dapat menyebabkan
uap biodiesel dapat menyala) yang tinggi daripada diesel normal, sehingga tidak menyebabkan mudah terbakar. Biodiesel juga menambah pelumas mesin, menambah ketahanan mesin dan mengurangi frekuensi pergantian mesin. Keuntungan lain dari biodiesel yang cukup signifikan adalah sifat emisi yang rendah dan mengandung oksigen sekitar 10-11% (Lotero, 2004).
Rantai karbon biodiesel bersifat sederhana, berbentuk lurus dengan dua buah atom oksigen pada tiap cabangnya (mono alkil ester), sehingga lebih mudah didegradasi oleh bakteri dibandingkan dengan rantai karbon petrodiesel, yang bersifat lebih kompleks, dengan ikatan rangkap dan banyak cabang. Pada struktur yang sederhana tersebut, biodiesel dapat terbakar dengan sempurna dan dapat meningkatkan pembakaran jika dicampur dengan diesel dari minyak bumi (Joelianingsih dkk, 2006).
B. Minyak Kelapa Sawit
1. Pengertian Kelapa Sawit
8
yang tidak dihuni oleh manusia. Saat ini Indonesia dikenal memiliki luas perkebunan kelapa terbesar di dunia yakni 3,712 juta Ha, sebagian besar merupakan perkebunan rakyat (96,6%) sisanya milik negara (0,7%) dan swasta (2,7%). Dari potensi produksi sebesar 15 milyar butir pertahun hanya
dimanfaatkan sebesar 7, 5 milyar butir pertahun atau sekitar 50% dari potensi produksi. Masih banyak potensi kelapa yang belum dimanfaatkan karena berbagai kendala terutama teknologi, permodalan, dan daya serap pasar yang belum merata. Tanaman kelapa sawit (Elaeis guineensis) dapat menghasilkan
dua jenis minyak yaitu minyak kelapa sawit mentah (CPO) yang diekstraksi dari mesokrap buah kelapa sawit dan minyak inti sawit (Palm Kernel Oil,
PKO) diekstraksi dari biji atau inti kelapa sawit. Minyak kelapa sawit mentah (CPO) dapat diubah menjadi beberapa bentuk yaitu RBDPO (Refined,
Bleached, Deodorized Palm Oil), Stearin dan Olein. Stearin adalah fraksi CPO
yang berwujud padat pada suhu kamar dan Olein adalah fraksi CPO yang berwujud cair pada suhu kamar.
2. Komposisi Minyak Kelapa Sawit
Pada umumnya minyak kelapa sawit mengandung lebih banyak asam-asam palmitat, oleat dan linoleat jika dibandingkan dengan minyak inti sawit. Minyak kelapa sawit merupakan gliserida yang terdiri dari berbagai asam lemak, sehingga titik lebur dari gliserida tersebut tergantung pada kejunuhan asam lemaknya. Semakin jenuh asam lemaknya semakin tinggi titik lebur dari minyak sawit tersebut (Tambun, 2006). Komposisi minyak yang paling dominan pada minyak kelapa sawit adalah asam palmitat (C16:0 asam lemak jenuh) dan asam oleat (C18:1 asam lemak tak jenuh) (May, 1994).
Tabel 1. Komposisi asam lemak minyak kelapa sawit (Allen, 1999)
No Asam Lemak Persen komposisi
(%)
3. Standar Mutu Minyak Kelapa Sawit
10
hijau, jernih dan kandungan logam berat serendah mungkin atau bebas dari ion logam (Ketaren, 1986).
Kadar air dapat mengakibatkan naiknya kadar asam lemak bebas karena air pada CPO dapat menyebabkan terjadinya hidrolisa pada trigliserida dengan bantuan enzim lipase dalam CPO tersebut. Reaksi hidrolisa dapat
menyebabkan kerusakan minyak atau lemak, hal ini terjadi karena terdapatnya sejumlah air dalam minyak atau lemak tersebut, reaksi ini akan mengakibatkan ketengikan pada minyak (Ketaren, 1986).
Faktor-faktor yang mempengaruhi mutu minyak kelapa sawit adalah 1. Asam Lemak Bebas (Free Fatty Acid).
Asam lemak bebas dalam konsentrasi tinggi dapat menyebabkan ketengikan serta dapat mengakibatkan turunnya rendeman minyak kelapa sawit.
2. Kadar Zat Menguap dan Kotoran
Dapat menyebabkan terjadinya proses hidrolisa pada minyak kelapa sawit.
3. Kadar Logam
Adanya logam dapat berfungsi sebagai katalisator sehingga dapat menyebabkan terjadinya reaksi oksidasi pada minyak kelapa sawit.
4. Angka Oksidasi
5. Pemucatan
Kualitas minyak juga dipengaruhi oleh kualitas warna dan konsentrasi bahan pemucat yang digunakan.
Minyak kelapa sawit dapat dikonversi menjadi bentuk metal ester asam lemak atau yang disebut dengan biodiesel. Konversi dilakukan melalui reaksi
transesterifikasi antara minyak kelapa sawit dengan metanol serta penambahan katalis, baik katalis asam maupun katalis basa. Biodiesel juga dapat diperoleh dari hasil konversi RBDPO dan fraksi-fraksinya seperti stearin dan olein.
Biodiesel yang berasal dari minyak kelapa sawit mempunyai sifat-sifat kimia dan sifat fisik yang sama dengan minyak bumi (petroleum diesel) sehingga
dapat digunakan secara langsung untuk mesin diesel dengan melakukan pencampuran dengan bahan bakar petroleum diesel dengan melakukan
pencampuran dengan tidak perlu melakukan modifikasi apapun pada mesin diesel (Fauzi, 2004).
C. Pembuatan Biodiesel 1. Esterifikasi
Esterifikasi merupakan reaksi pembentukan ester antara asam karboksilat dan alkohol, esterifikasi adalah reaksi ionik yang merupakan kombinasi dari reaksi adisi dan penyusunan ulang (rearrangement) (Wahyu, 2009). Mengikuti
12
R C O
OH + R' OH
H+
R C
O
OR' + H2O
asam
karboksilat alkohol ester
Gambar 1. Laju pembentukan ester
Turunan asam karboksilat membentuk ester asam karboksilat, dimana R dan
R’ dapat berupa alkil maupun aril. Laju esterifikasi asam karboksilat
tergantung pada halangan sterik dalam alkohol dan asam karboksilat, oleh karenanya laju pembentukan ester dipengaruhi oleh jenis asam dan alkohol yang digunakan. Untuk asam, reaktifitas pembentukan ester diketahui mengikuti urutan sebagai berikut;
HCO2H > CH3CO2H > RCH2CO2H > R2CHCO2H > R3CCO2H, dan untuk alkohol mengikuti urutan, CH3OH > primer > sekunder > tersier
1. Protonasi oksigen dalam gugus karbonil oleh H+ dalam katalis asam
2. Reaksi nukleofilik antara karbon positif dalam asam karboksilat dengan gugus OH dari alkohol.
3. Eliminasi molekul H2O diikuti dengan pelepasan H+
R C
Reaksi di atas dapat disingkat sebagai berikut :
R C
Reaksinya merupakan reaksi substitusi nukleofilik gugus asil. Reaksinya tidak langsung secara substitusi, tetapi melalui 2 tahap. Tahap pertama adalah adisi nukleofilik dan diikuti tahap kedua yaitu eliminasi (Wahyu, 2004).
Esterifikasi biasa dilakukan untuk membuat biodiesel dari minyak berkadar asam lemak bebas tinggi (berangka-asam ≥ 5 mg-KOH/g). Pada tahap ini, asam lemak bebas akan dikonversikan menjadi metil ester. Tahap esterifikasi
14
esterifikasi diumpankan ke tahap transesterifikasi, air dan bagian terbesar katalis asam yang dikandungnya harus disingkirkan terlebih dahulu.
2. Transesterifikasi
Transesterifikasi atau alkoholisis adalah reaksi pertukaran gugus alkohol dari suatu ester dengan ester lain. Kehadiran katalis (asam kuat atau basa kuat) akan mempercepat pembentukan ester. Transesterifikasi dapat dikatalisis oleh asam-asam Brönsted, lebih sering digunakan sulfonat dan asam sulfat (Srivastava, 2000).
Secara umum reaksi transesterifikasi antara trigliserida dan alkohol (metanol) dapat digambarkan sebagai berikut:
Gambar 3. Reaksi Transesterifikasi antara trigliserida dan metanol
lebih dari 1,75 kali jumlah teoritis tidak mempercepat reaksi bahkan mempersulit pemisahan gliserol selanjutnya. Freedman et.al (1984)
menyebutkan bahwa untuk transesterifikasi menggunakan katalis basa, nisbah mol metanol dengan minyak yang optimal sebesar 6:1.
D. Katalis
Katalis adalah zat yang dapat mempengaruhi kecepatan reaksi tetapi zat tersebut tidak mengalami perubahan kimia pada akhir reaksi. Katalis tidak
berpengaruh pada energi bebas ΔG0, jadi juga tidak berpengaruh terhadap tetapan kesetimbangan K. Umumnya kenaikan konsentrasi katalis juga
menaikkan kecepatan reaksi, jadi katalis ini ikut dalam reaksi tetapi pada akhir reaksi diperoleh kembali (Sukardjo, 2002).
Berdasarkan fasanya, proses katalisis dapat digolongkan menjadi katalisis homogen dan katalisis heterogen.
16
katalis homogen adalah tidak dibutuhkannya suhu dan tekanan yang tinggi dalam reaksi.
b. Katalis heterogen merupakan katalis yang mempunyai fasa yang tidak sama dengan reaktan dan produksi. Keuntungan menggunakan katalis ini adalah mempunyai aktivitas yang tinggi, kondisi reaksi yang ringan, masa hidup katalis yang panjang biaya katalis yang rendah, tidak korosif, ramah lingkungan dan menghasilkan sedikit masalah pembuangan, dapat dipisahakan dari larutan produksi sehingga dapat digunakan kembali (Bangun, 2007).
Adapun mekanisme reaksi katalisis heterogen secara umum adalah sebagai berikut:
1. Difusi molekul reaktan ke permukaan katalis 2. Adsorpsi reaktan pada permukaan katalis. 3. Reaksi difusi reaktan pada permukaan katalis. 4. Reaksi dalam lapisan adsorpsi.
5. Desorpsi produk reaksi dari permukaan katalis.
6. Abfusi pada produk keluar dari permukaan katalis (Laidler, 1987).
Dalam reaksi transesterifikasi katalis akan memecahkan rantai kimia minyak nabati sehingga rantai ester minyak nabati akan terlepas, begitu ester terlepas alkohol akan segera bereaksi dengannya dan membentuk biodiesel, sedangkan gliserin dan katalis yang tersisa akan mengendap setelah reaksi selesai. Penggunaan katalis tidak boleh terlampau banyak ataupun terlampau sedikit, penggunaan katalis yang terlampau banyak reaksi transesterifikasi akan menghasilkan emulsi, dan jika sedikit mengakibatkan pemisahan gliserol dan metil ester tidak sempurna. Umumnya katalis heterogen berupa zat padat yang terdiri dari logam atau oksida logam sebagai situs aktif yang
ditopangkan pada zat padat lain. Beberapa logam yang umum digunakan sebagai situ aktif adalah Mg, Fe, Ni dan Pt, Ti, Al, Co, Cu, Zn dan lain-lain.
E. Katalis Heterogen Berbasis Silika Sekam Padi
Sekam padi memiliki kandungan yang sangat tinggi yaitu 80-90 % dari abu sekam padi (Kalapathy et al., 2000; Daifullah et al., 2003), sehingga
memiliki potensi besar untuk dijadikan sumber silika, yang memiliki cakupan penggunaan yang sangat luas. Salah satu penggunaan silika dari sekam padi ini adalah dengan memanfaatkannya sebagai penyangga katalis. Pencarian bahan penyangga katalis yang lebih ekonomis saat ini masih relevan. Salah satu bahan yang dapat digunakan sebagai prekursor ini adalah silika dari sekam padi. Silika sekam padi ini memiliki berbagai keunggulan jika digunakan penyangga katalis karena harga yang sangat murah dan
18
menggunakan ekstraksi alkalis atau dengan cara pengabuan. Silika sekam padi diketahui memiliki fasa amorf dan memiliki struktur orto silikat (Iler, 1979; Kalapathy et al., 2000), sehingga silika sekam padi memiliki karakteristik
yang cocok jika digunakan sebagai prekusor.
Pembuatan katalis heterogen umumnya menggunakan metode penukar ion, impregnasi dan sol-gel. Pembuatan katalis heterogen dengan penukar ion memiliki kelemahan yaitu meskipun homogenitas dopan yang tinggi namun itergrasi dopan masih rendah sedangkan pada metode impregnasi homogenitas dopanlah yang menjadi kelemahan metode ini. Metode yang diketahui
memiliki homogenitas intergrasi dopan yang tinggi adalah dengan metode sol-gel.
F. Karakteristik Biodiesel
1. Uji kelayakan biodiesel
Karakteristik biodiesel perlu diketahui untuk menilai kinerja bahan bakar diesel antara lain viskositas, angka setana, berat jenis, titik tuang, nilai kalor pembakaran, volatilitas, kadar residu karbon, kadar air dan sedimen, indeks diesel, titik embun, kadar sulfur dan titik nyala.
a. Viskositas
Makin tinggi viskositasnya, makin kental dan semakin sukar mengalir (Wardan dan Zainal, 2003). Pada umumnya, bahan bakar harus mempunyai viskositas yang relatif rendah agar dapat mudah mengalir dan teratomisasi. Hal ini dikarenakan putaran mesin yang cepat membutuhkan injeksi bahan bakar yang cepat pula. Namun tetap ada batas minimal karena diperlukan sifat pelumasan yang cukup baik untuk mencegah terjadinya keausan akibat gerakan piston yang cepat (Shreve, 1956).
Pada dasarnya pengukuran kekentalan kinematis produk minyak adalah mengukur waktu alir produk minyak yang mempunyai volume tertentu melalui pipa kapiler viskometer pada suhu tertentu. Selanjutnya kekentalan kinematis sampel dapat dihitung dengan persamaan :
v = C . t
Dimana v adalah kekentalan kinematis dan centistoke. T adalah waktu alir
dalam detik dan C adalah tetapan viskometer. Apabila tetapan viskometer belum diketahui, maka perlu dilakukan kalibrasi dengan menggunakan cairan baku.
b. Titik Nyala (flash point)
Titik nyala adalah suhu terendah dimana uap minyak dalam campurannya dengan udara akan menyala kalau dikenai nyala uji (test flame) pada kondisi
20
a) Alat uji cawan terbuka Cleveland (ASTM D 92-90) dapat digunakan untuk menentukan titik nyala minyak, kecuali minyak bakar yang mempunyai titik nyala cawan terbuka di bawah 79 oC (175 oF).
b) Alat uji cawan tertutup Pensky-Martens (ASTM D 93-80) yang dapat digunakan untuk menentukan titik nyala minyak bakar, minyak pelumas, dan suspensi padatan.
c) Alat uji cawan tertutup Abel, yang dapat digunakan untuk menentukan titik nyala produk minyak yang mempunyai titik nyala antara -18o C (0oF ) dan 71 oC (160o F).
c. Angka Setana (Cetane Number)
Angka setana menunjukkan seberapa cepat bahan bakar mesin diesel yang diinjeksikan ke ruang bakar bisa terbakar secara spontan (setelah bercampur dengan udara). Angka setana pada bahan bakar mesin diesel memiliki pengertian yang berkebalikan dengan angka oktan pada bahan bakar mesin bensin, karena angka oktan menunjukkan kemampuan campuran bensin-udara menunggu rambatan api dari busi (spark ignition).
Semakin cepat suatu bahan bakar mesin diesel terbakar setelah diinjeksikan ke dalam ruang bakar, semakin baik (tinggi) angka setana bahan bakar tersebut. Cara pengukuran angka setana yang umum digunakan adalah dengan
menggunakan standar hexadecane (C16H34, yang memiliki nama lain setana)
heptamethylnonane (HMN yang juga memiliki komposisi C16H34) sebagai patokan terendah (CN=15) (Knothe, 2005). Dari standar tersebut bisa dillihat bahwa hidrokarbon dengan rantai lurus (straight chain) lebih mudah terbakar
dibandingkan dengan hidrokarbon yang memiliki banyak cabang (branch).
Angka setana berkorelasi dengan tingkat kemudahan penyalaan pada temperatur rendah (cold start) dan rendahnya kebisingan pada kondisi idle
(Prakash, 1998), angka setana yang tinggi juga diketahui berhubungan dengan rendahnya polutan NOx (Knothe, 2005).
Secara umum, biodiesel memiliki angka setana yang lebih tinggi dibandingkan dengan solar. Biodiesel pada umumnya memiliki rentang angka setana dari 46-70, sedangkan (bahan bakar) diesel No. 2 memiliki angka setana 47-55
(Bozbas, 2005). Panjangnya rantai hidrokarbon yang terdapat pada ester (fatty
acid alkyl ester, misalnya) menyebabkan tingginya angka setana biodiesel
dibandingkan dengan solar (Knothe, 2005).
G. Analisis Biodiesel
1.Parameter Kualitas Biodiesel
Suatu teknik pembuatan biodiesel hanya akan berguna apabila produk yang dihasilkannya sesuai dengan spesifikasi (syarat mutu) yang telah ditetapkan dan berlaku di daerah pemasaran biodiesel tersebut. Persyaratan mutu
22
disahkan dan diterbitkan oleh BadanStandarisasi Nasional (BSN) tanggal 22 Februari 2006 (Soerawidjaja, 2006).
Tabel 2. Syarat mutu biodiesel ester alkil
NO Parameter Satuan Nilai
6 Korosi lempeng tembaga (3 jam
pada 50 °C) maks. no 3
7 Residu karbon
- dalam contoh asli, atau- dalam 10 % ampas distilasi
10 Temperatur distilasi 90 % %-massa maks.0,02
11 Belerang ppm-m (mg/kg) maks. 100
2. Chromatography Gas-Spektroskopi Massa (GC-MS)
Untuk mengidentifikasi hasil reaksi yang diperoleh merupakan biodiesel, digunakan Kromatografi Gas-Spektroskopi Massa. Metode ini merupakan gabungan dari kromatografi gas dan spektroskopi massa. Kromatografi gas berfungsi untuk menganalisis sampel, dan spektroskopi massa berfungsi
sebagai detektor. Contoh kromatogram untuk biodiesel disajikan pada Gambar 5 berikut:
Gambar 5. Kromatogram kromatografi gas
Untuk mendukung dan mengidentifikasi senyawa apa yang terdeteksi pada kromatogram, maka kromatogram disertai dengan data waktu retensi (tR), luas puncak, dan dugaan senyawa. Berikut ini adalah contoh data tersebut yang di dasarkan pada kromatogram pada Gambar 5.
Tabel 3. Data waktu retensi dan luas puncak serta pendugaan senyawa
24
GC-MS merupakan metode pemisahan senyawa organik yang menggunakan dua metode analisis senyawa yaitu kromatografi gas (GC) untuk menganalisis jumlah senyawa secara kuantitatif dan spektrometri massa (MS) untuk
menganalisis struktur molekul senyawa analit. Gas kromatografi merupakan salah satu teknik spektroskopi yang menggunakan prinsip pemisahan
campuran berdasarkan perbedaan kecepatan migrasi komponen-komponen penyusunnya. Gas kromatografi biasa digunakan untuk mengidentifikasi suatu senyawa yang terdapat pada campuran gas dan juga menentukan konsentrasi suatu senyawa dalam fase gas. Spektroskopi massa merupakan instrumen yang mampu menyeleksi molekul-molekul gas bermuatan
berdasarkan massa atau beratnya, spektrum didapat dari pengubahan sampel menjadi ion-ion yang bergerak cepat dan kemudian dipisahkan berdasarkan perbandingan massa terhadap muatan (m/e). Ionisasi menghasilkan fragmen bermuatan positif yang spesifik terhadap senyawa induk. Spektrum massa yang dihasilkan dipengaruhi oleh sifat molekul, potensial ionisasi, titik uap sampel, dan alat penganalisis apakah tunggal, ganda, kuadropol atau time of flight.
Penggunaan kromatografi gas dapat dipadukan dengan spektroskopi massa. Paduan keduanya dapat menghasilkan data yang lebih akurat dalam
perbedaan titik didih (atau tekanan uap). Namun, distilasi fraksional biasanya digunakan untuk memisahkan komponen-komponen dari campuran pada skala besar, sedangkan GC dapat digunakan pada skala yang lebih kecil yaitu
mikro (Pavia, 2006).
Prinsip dari instrumen ini adalah menguapkan senyawa organik dan
mengionkan uapnya dalam spektroskopi, molekul-molekul organik ditembak dengan berkas elektron dan diubah menjadi ion-ion bermuatan positif (ion molekul) yang dapat dipecah menjadi ion-ion yang lebih kecil. Molekul organik mengalami proses pelepasan satu elektron menghasilkan ion radikal yang mengandung satu elektron tidak berpasangan. Ion-ion radikal ini akan dipisahkan dalam medan magnet akan menimbulkan arus ion pada kolektor yang sebanding dengan limpahan relatifnya. Spektra massa merupakan gambar antara limpahan relatif dengan perbandingan massa/muatan (m/z) (McLafferty, 1988). Spektra massa biasanya dibuat dari massa rendah ke massa tinggi. Cara penyajian yang jelas dari puncak-puncak utama dapat diperoleh dengan membuat harga massa/muatan (m/z) terhadap kelimpahan relatif. Kelimpahan tersebut disebut puncak dasar (base peak) dari spektra
26
Campuran metil ester hasil transesterifikasi minyak nabati memenuhi kriteria ini sehingga dapat dianalisis dengan kromatografi gas-spektroskopi massa. Pemisahan yang dihasilkan dari setiap jenis senyawa yang dianalisis bersifat khas untuk tiap senyawa. Demikian juga untuk senyawa-senyawa metil ester. Ion-ion pecahan dari metil ester diakibatkan penataan ulang hidrogen dan pecahan satu ikatan yang dipisahkan dari gugus C=O.
H. Karakterisasi Katalis
Karakterisasi katalis meliputi sifat fisik dan sifat kimia. Pada penelitian ini karakterisasi yang dilakukan adalah analisis struktur kristalografi dan analisis morfologi permukaan. Tujuan karakterisasi ini adalah untuk mengetahui hubungan antara unjuk kerja (aktivitas) katalis dan karakteristiknya. 1. Difraxi Sinar-X
Karakterisasi X-Ray Diffraction (XRD) dimaksudkan untuk mengidentifikasi
fasa bulk suatu katalis dan untuk menentukan sifat kristal atau kristalinitas dari suatu katalis. XRD menjadi teknik yang cukup handal dan mendasar untuk mengevaluasi sifat-sifat fasa kristal and ukuran kristal (Leofanti et al.,
1997).
berdasarkan intensitas peak yang menyatakan peta parameter kisi kristal atau
indeks Miller (hkl) sebagai fungsi 2θ, dimana θ menyatakan sudut difraksi
berdasarkan persamaan Bragg Richardson (1989). Pada persamaan interpretasi Hukum Bragg dilakukan berdasarkan asumsi bahwa permukaan dari mana sinar X dipantulkan adalah datar.
nλ= 2d sin θ
Pada d menyatakan jarak antar lapisan atom atau ion yang berdekatan, λ yang menyatakan panjang gelombang radiasi sinar-X, dan n adalah urutan pantulan.
Kristalinitas dapat juga ditentukan dengan XRD melalui pembandingan intensitas atau luasan peak sampel dengan intensitas atau luasan peak standar yang ditunjukkan
pada persamaan :
Lebar peak XRD adalah merupakan fungsi dari ukuran partikel, maka ukuran kristal (crystallite size) dinyatakan dalam Persamaan Scherrer berikut
28
Pada K=1.000, B adalah lebar peak untuk jalur difraksi pada sudut 2θ, b adalah instrument peak broadening (0.1o), dan λ adalah panjang gelombang
pada 0.154 nm (Wolfovich et al., 2004; Richardson, 1989). Suku (B2-b2)½
adalah lebar peak untuk corrected instrumental broadening.
Metode XRD banyak digunakan untuk mengidentifikasi dan mengkarakterisasi material yang digunakan sebagai katalis, karena banyak material katalis yang berwujud kristal. Teknologi XRD ini juga mempunyai kemampuan untuk mengidentifikasi dan menentukan besarnya bagian fasa dalam padatan, film tipis, dan sample multi fasa. Salah satu alat XRD yang biasa digunakan adalah Siemen D5000 yang menggunakan radiasi Cu-Kα radiation (λ= 1.54056). Tabung X-ray dioperasikan pada 40 kV dan 30 mA.
Karakteristik yang paling penting dari katalis logam berpenyangga adalah:
1.Ukuran dan dispersi kristal, yang merupakan fraksi atau jumlah bagian atom logam yang berhubungan dengan jumlah situs aktif
2.Distribusi di dalam granul penyangga, yang menentukan akses ke situs-situs aktif.
3.Rasio antar permukaan kristal, yang mempunyai peran penting dalam reaksi sebagai struktur yang sensitif.
2. Spektroskopi Inframerah (Infra Red Spectroscopy)
sejumlah frekuensi diserap, sedangkan frekuensi lainnya diteruskan atau ditransmisikan tanpa diserap. Berdasarkan hubungan antara persen absorbansi dengan frekuensi maka akan dihasilkan spektrum infra merah.
Gambar 6. Spektrum IR silika sekam padi (Anggraini 2009)
Spektrum Gambar 6 menunjukkan bahwa puncak serapan pertama yang diyakini menunjukkan serapan dari gugus fungsi silika adalah puncak pada bilangan gelombang 1081,45 cm-1, yang merupakan vibrasi asimetri atom O dari gugus fungsi siloksan Si-O-Si (Daifullah et al., 2003, Adam et al., 2006).
Adanya gugus siloksan diperkuat dengan adanya serapan pada 809,61 cm-1 yang menunjukkan vibrasi regangan simetri dari O-Si-O, dan puncak pada 467,2 cm-1 menunjukkan serapan vibrasi tekuk dari Si-O-Si (Lin et al., 2001,
30
3. BET (Brunauer-Emmett-Teller)
Luas permukaan, volume total pori, dan rata-rata jari-jari pori merupakan faktor penentu unjuk kerja suatu katalis. Suatu bahan padat seperti katalis, memiliki luas permukaan yang dapat dibedakan menjadi luas permukaan eksternal (makroskopik) dan internal (mikroskopik). Luas permukaan eksternal hanya meliputi permukaan luar bahan, sedangkan luas permukaan internal meliputi semua pori-pori kecil, celah, dan rongga pada padatan (Nurwijayadi, 1998).
Luas permukaan katalis dalam penelitian ini dapat ditentukan melalui pengukuran menggunakan Surface Area Analyzer Quantachrome
NOVA-1000 versi 2.2 yang didasarkan pada metode BET yaitu adsorpsi dan desorpsi isotermis dari gas yang diserap (nitrogen). Kuantitas gas yang diserap dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut :
(2)
Dimana :W= Berat gas yang diserap (adsorbed) pada tekanan relatif P/Po
Wm = Berat gas nitrogen (adsorbed) pada lapis tunggal P = Tekanan kesetimbangan adsorpsi
Po = Tekanan uap jenuh adsorpsi P/ Po = Tekanan relatif adsorpsi
C = Konstanta energi
pengukuran luas permukaan dengan metode BET berdasarkan pada persamaan
Acs = luas molekul cross sectional gas nitrogen
(16,2 Å)
Pengukuran luas permukaan spesifik ditentukan dengan menggunakan persamaan berikut:
(4)
Dimana, S = luas permukaan spesifik (m2/g) St = luas permukaan total (m2) bc = berat cuplikan (g)
Volume total pori adalah volume gas yang teradsorpsi pada tekanan jenuh, untuk menghitung volume total pori digunakan persamaan berikut:
(5)
Dimana, Vρ = volume total pori (cc/g)
Wa = berat nitrogen yang teradsorpsi pada P/Po = 0,99 = densitas nitrogen pada 77oK
32
volume total pori dan luas permukaan spesifik, dengan menggunakan persamaan berikut:
(6)
Dimana, rp = rata-rata jari-jari pori Vρ = volume total pori
Terdapat enam tipe adsorpsi isotermis pada metode BET bila volume total gas adsorpsi (Va) diplotkan sebagai fungsi P/Po, hasil adsorpsi isotermis tersebut disajikan pada Gambar 7.
Gambar 7. Enam tipe adsorpsi dan desorpsi isotermis pada padatan atau bahan mesopori dan mikropori
Tipe I adalah karakteristik padatan mikropori seperti zeolit, yang
adanya hysteresis loop dan kenaikan grafik yang tinggi pada P/Po. Isotermis
tipe ini terdapat pada bahan mesopori seperti silika gel. Pada tipe V yang menujukkan adsorpsi nitrogen yang rendah pada tekanan relatif rendah, kenyataan ini mengindikasikan bahwa interaksi rendah antara adsorbed dengan adsorben. Isotermis tipe VI sangat jarang ditemukan, tipe ini dapat dihasilkan pada nitrogen yang diadsorpsi pada karbon spesial (Sing et al.,
1985).
4. Scanning Electron Microscopy-Energi Dispersive X-ray Spektrometer
Untuk menganalisis komposisi kimia suatu permukaan secara kualitatif dan kuantitatif digunakan perangkat alat SEM (Scanning Electron Microscopy)
yang dirangkaikan dengan EDS (Energy Dispersive X-ray Spectrometer).
Pada SEM (Scannng Electron Microscopy) dapat diamati karakteristik bentuk,
struktur, serta distribusi pori pada permukaan bahan, sedangkan komposisi serta kadar unsur yang terkandung dalam sampel dapat diamati denganm EDS (Sartono, 2007). Analisis EDS dimaksudkan untuk mengetahui
34
Gambar 8. Mikrostruktur silika sekam padi
III. METODE PENELITIAN
A. Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian ini dilakukan selama 6 bulan yaitu pada bulan Juni hingga Desember 2012, bertempat di Laboratorium Biomassa Jurusan Kimia Fakultas MIPA Universitas Lampung. Analisis produk transesterifikasi dilakukan di
Laboratorium Biomassa Universitas Lampung dan GC-MS di Universitas Gajah Mada, Yogyakarta. Karakterisasi menggunakan BET (
Brunauer-Emmett-Teller) dilakukan di Universitas Gajah Mada,Yogyakarta, karakterisasi
menggunakan SEM dan XRD dilakukan di Universitas Lampung, Lampung.
B. Alat dan Bahan
1. Alat-alat yang digunakan
Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini antara lain, Gas
Chromathography-Mass Spectroscopy (GC-MS) QP2010S SHIMADZHU,
Scanning Electron Microscope-Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy
(SEM-EDS) MA10-14-37 ZEI SS EVO, Fourier Transform Infrared (FTIR) ,
36
desikator, hotplatestirrer, water bath, thermometer, oven, pH meter, alat
vakum, dan peralatan gelas.
2. Bahan-bahan yang digunakan
Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain : sekam padi, magnesium nitrat heksahidrat (Mg(NO3)2.6H2O, larutan KOH 5 %, larutan HNO3 10 %, aquades,dan minyak kelapa sawit.
C. Prosedur penelitian
1. Preparasi Sekam Padi
Langkah awal dalam penelitian ini adalah preparasi sampel sekam padi. Sebanyak 100 gram sekam padi direndam dalam air panas selama 2 jam untuk mengekstrak bahan organik larut air yang merupakan bahan pengotor dalam proses ekstraksi silika. Sekam padi kemudian disaring dan dicuci lagi secara berulang dengan cara disiram dengan air panas untuk menghilangkan pengotor bahan organik larut air yang masih diperkirakan menempel pada permukaan sekam padi. Kemudian, sekam padi yang telah bebas dari pengotor
dikeringanginkan dan selanjutnya sekam padi siap digunakan untuk ekstraksi silika.
2. Ekstraksi Silika dengan Metode Presipitasi
(2008). Sebanyak 50 gram sekam padi yang telah bebas dari pengotor bahan organik larut air direndam dalam 500 mL larutan KOH dengan konsentrasi 1,5% kemudian dipanaskan sampai mendidih selama 30 menit. Selanjutnya, sampel disaring dan filtrat yang mengandung silika terlarut ditampung. Untuk mengendapkan silika, filtrat kemudian ditambahkan larutan asam HNO3 10% secara bertahap hingga terbentuk endapan silika dalam bentuk gel dan pH pengendapan silika mencapai 7,0. Gel silika kemudian didiamkan (dituakan) selama 24 jam pada suhu kamar. Selanjutnya gel silika disaring dan dicuci dengan akuades panas di dalam pompa vakum hingga air cucian bersifat netral. Silika yang diperoleh kemudian dikeringkan dalam oven pada suhu 110°C selama 24 jam dan dihaluskan.
3. Pembuatan Sol Silika Sekam Padi
Sebanyak 20 gram silika sekam padi hasil ekstraksi dimasukkan ke dalam 600 ml larutan KOH 5% kemudian dipanaskan hingga mendidih selama 6 jam sambil diaduk menggunakan hotplate stirer.
38
percobaan pembuatan sol silika dengan variasi komposisi 40:60, 50:50, dan 60:40 dan hasil yang baik pada variasi tersebut adalah 60:40 (Hamdila, 2012), kemudian diaduk menggunakan magnetic stirer selama 6 jam kemudian
ditambahkan HNO3 10 % setetes demi setetes hingga sol berubah menjadi gel. Gel dibiarkan selama 24 jam (aging) lalu disaring dan dibilas dengan akuades
kemudian dikeringkan pada suhu 110oC selama 6 jam lalu dihaluskan.
5. Kalsinasi Katalis
Proses kalsinasi dilakukan dengan menggunakan furnace Lento 3508 yang
diprogram sesuai dengan perlakuan yang diinginkan. Kalsinasi dilakukan pada katalis logam-silika (MgO-SiO2) yang berbentuk serbuk dengan suhu 700oC ditahan selama 3 jam untuk dapat memastikan apakah silika masih dalam fasa amorf dan katalis bersifat kristalin karena menurut penelitian sebelumnya Anggraini (2010) pada suhu kalsinasi 550-700oC silika dalam bentuk amorf dengan langkah-langkah sebagai berikut:
1. Sampel disiapkan.
2. Sampel dimasukkan ke dalam tungku pemanas (furnace).
3. Alat tungku dihubungkan dengan sumber tegangan, kemudian setting
alat dalam keadaan hidup atau "ON".
4. Tungku diatur (setting) sesuai dengan perlakuan pada sampel.
Pertama-tama sampel dipanaskan dari suhu 30oC hingga mencapai suhu 700oC dengan kenaikan suhu 3oC/menit. Setelah mencapai suhu target (700oC) suhu ditahan selama 3 jam (180 menit). Selanjutnya alat furnace
akan menghentikan pemicu kenaikan dan penahanan suhu, dan secara otomatis suhu di dalam furnace akan turun kembali secara perlahan hingga
mencapai suhu kamar (30oC).
6. Karakterisasi Katalis
a. Karakterisasi dengan Difraksi Sinar-X (XRD)
Karakterisasi dengan XRD dilakukan untuk mengkarakterisasi struktur kristal dari Katalis MgO-silika dengan aktivitas terbaik. Karakterisasi ini dilakukan di Laboratorium Geologi Kuarter, Bandung. Adapun langkah-langkah dalam analisis ini adalah sebagai berikut :
1. Sampel disiapkan dan diletakkan pada sample holder.
2. Menyalakan komputer XRD dan menyesuaikan parameter pada XRD disesuaikan dengan kondisi yang diinginkan, meliputi scan mode, rentang
sudut, kecepatan scan, memberikan nama dan nomor file. 3. Menjalankan kontrol XRD yang berada pada komputer.
40
b. Karakterisasi dengan BET (Brunauer-Emmett-Teller)
Analisis BET dilakukan untuk mengetahui luas permukaan spesifik, volume total pori, dan rata-rata jari-jari pori sampel silika (kontrol) dan sampel katalis logam-silika yang mempunyai aktivitas terbaik dalam reaksi esterifikasi. Karakterisasi ini dilakukan dengan langkah kerja sebagai berikut:
1. Tombol pemilih adsorbat dipastikan pada arah tank.
2. Gas nitrogen dari tabung dialirkan dengan memutar (berlawanan arah jarum jam) kran tabung gas.
3. Listrik dihidupkan dengan menghidupkan stabilizer.
4. Pompa vakum dihidupkan dengan menekan tombol merah pada magnetik kontaktor.
5. Power alat dihidupkan, kemudian ditunggu sampai muncul menu utama pada layar LCD.
6. Pengukuran yang diinginkan dilakukan dengan mengikuti menu program pada layar LCD.
c. Karakterisasi dengan FTIR (Fourier Transform Infrared)
digerus dengan MgO kemudian dibentuk pellet. Pellet sampel dalam MgO
selanjutnya dimasukkan ke dalam wadah sampel dan dianalisis.
d. Karakterisasi dengan SEM/EDS (Scanning Electron Microscope-Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy)
Analisis menggunakan SEM dilakukan untuk mengetahui morfologi permukaan sampel dan ukuran partikel. Analisis menggunakan SEM ini dilakukan pada sampel katalis MgO-silika yang dikalsinasi pada suhu 900oC. Adapun langkah-langkah dalam uji SEM ini adalah sebagai berikut:
1. Sampel yang akan dianalisis disiapkan dan direkatkan pada spesimen holder (Dolite, double sticy tape).
2. Sampel yang telah dipasang pada holder kemudian dibersihkan dengan
Hand Blower.
3. Sampel dimasukkan dalam mesin couting untuk diberi lapisan tipis yang
berupa gold-poladium selama 4 menit sehingga menghasilkan lapisan
dengan ketebalan 200-400 Å.
4. Sampel dimasukkan ke dalam Specimen Chamber.
5. Pengamatan dan pengambilan gambar pada layer SEM dengan mengatur pembesaran yang diinginkan.
42
7. Uji reaksi transesterifikasi
Untuk mengevaluasi unjuk kerja katalis yang telah dibuat, serangkaian percobaan transesterifikasi dilakukan mengikuti metode yang digunakan sebelumnya (Darnoko et al., 2000; Ogawa et al., 2004; Abreua et al., 2004;
Kusmiyati, 1999).
a. Pengaruh nisbah katalis terhadap minyak kelapa sawit
Percobaan dilakukan dengan memvariasikan jumlah katalis yaitu 1,3 dan 5 % yang ditambahkan ke dalam minyak kelapa sawit dan metanol dengan
perbandingan mol 1:4, kemudian dilakukan pengadukan sambil direfluks dengan waktu 30 menit pada suhu 60oC. Sebagai parameter ukur
keberhasilan reaksi adalah rendemen reaksi produk yang dihasilkan. Dari serangkaian percobaan ini diperoleh nisbah katalis terbaik terhadap minyak nabati.
b.Pengaruh suhu reaksi
c. Pengaruh waktu
Untuk percobaan ini dilakukan menggunakan kondisi optimum yang telah diperoleh dari Percobaan a, dan b. Percobaan dilakukan dengan waktu yang berbeda, yakni 15,30 dan 45 menit, untuk mendapatkan waktu terbaik.
8. Analisis biodiesel
Untuk mengevaluasi kelayakan biodiesel sebagai bahan bakar aplikasi, sampel yang sama juga dianalisis untuk menentukan parameter teknis meliputi flash
point,cetane number, viskositas dan angka asamberdasarkan SNI
04-7182-2006.
9. Analisis produk reaksi transesterifikasi
Produk yang dihasilkan dari kondisi optimum reaksi transesterifikasi minyak kelapa sawit dianalisis dengan menggunakan GasChromathography-Mass
Spectroscopy (GC-MS). Analisis ini dilakukan untuk mengidentifikasi
komponen dalam produk, dan secara khusus untuk melihat apakah semua trigliserida yang terdapat dalam minyak nabati mampu diubah menjadi mono ester. Adapun langkah-langkah penggunaan GC-MS sebagai berikut:
1. Transformator/power supply dinyalakan, kemudian tombol “on” ditekan pada alat GC-MS, berturut-turut untuk power pada Ion Gauge (I.G.), MS, dan GC.
Gas He dialirkan, dan dihidupkan pula komputer, monitor, dan printer.
44
3. GC-MS monitor diaktifkan, set temperatur injector, kolom, dan detector.
Kemudian ditunggu hingga tekanan vakum di bawah 5 kPa
4. Tuning diaktifkan, diklik auto tune, load method yang akan digunakan,
kemudian diklik start dan ditunggu beberapa saat sampai hasilnya diprint-out,
setelah selesai diklik close tuning
5. Method development diaktifkan, set GC parameter, set MS parameter, save
method yang telah dideskripsikan, kemudian diklik exit.
6. Real Time Analysis diaktifkan, dipilih single sample parameter, kemudian
diisi dengan deskripsi yang diinginkan
7. Dilakukan Send Parameter. ditunggu sampai GC dan MS ready, kemudian
dilakukan injeksi sampel. 8. ditunggu sampai analisa selesai
9. Post Run Analysis diaktifkan, kemudian dipilih Browser untuk analisis sampel
secara kualitatif.
10.Dilakukan pengaturan peak top comment (peak label), dan reintegrasiLoad file yang dianalisa. Kemudian dipilih display spectrum search pada peak
tertentu dan dilakukan report pada bagian yang diinginkan.
Untuk mengakhiri, temperatur injector, kolom, dan detector pada GC-MS monitor didinginkan sampai temperatur ruangan (30 oC). Bila sudah tercapai,
vacum control diklik dan dilakukan auto shut down. Perangkat alat dimatikan
V. KESIMPULAN
Berdasarkan dari hasil penelitian, maka didapat kesimpulan yaitu
1. Katalis MgO-silika yang efektif digunakan untuk reaksi transesterifikasi minyak kelapa sawit adalah katalis 5%, suhu reaksi 60 dan waktu reaksi 60 menit. 2. Hasil pesen konversi reaksi transesterifikasi minyak kelapa sawit dengan katalis
MgO-silika sebesar 63,47%.
3. Produk hasil biodiesel dari Kromatografi Gas-Spektroskopi Massa (GC-MS) yang lebih tinggi adalah metil oleat 62,53% dan metil palmitat 13,26 %
4. Berdasarkan hasil penelitian, biodiesel yang dihasilkan memiliki viskositas 6,8755 mm2/s, cetane number 98,2, dan massa jenis 0,58 g/mL.
B. Saran
PENDIDIKAN FORMAL (SD s.d S1)
Tahun 2008 – 2012 : Jurusan Kimia FMIPA, Universitas Lampung
Periode 2008-2009 : Kader Muda HIMAKI FMIPA UNILA Periode 2009-2010 : Anggota Bidang Kaderisasi HIMAKI FMIPA
UNILA
Periode 2010-2011 : Anggota Bidang Sosial Masyarakat (SOSMAS) HIMAKI FMIPA UNILA
Praktek kerja lapangan di laboratorium Polimer, Kimia FMIPA Universitas Lampung
Transesterifikasi Minyak Sawit Dengan Metanol Dan Katalis Heterogen Berbasis Silika Sekam Padi (Mgo-Sio2)
NAMA
: Evi Rawati Sijabat
Tempat, Tanggal Lahir : Pematang Siantar, 09 Desember 1990
Jenis Kelamin : Perempuan
Agama : Kristen Protestan
Status Penikahan : Belum menikah Kewarganegaraan : Indonesia
Alamat Rumah : Bandar Keangungan Raya, Kecamatan Abung Selatan, Lampung Utara
Alamat Saat Ini Telp.
: Jl. Bumi Manti I, Gg. Damai III, LK 1, Kampung Baru, Kec. Kedaton, Bandar Lampung
No. HP : 08975714524
HOBI
Asisten Pratikum Kimia Dasar 1 Jurusan Teknik Pertaniaan Tahun 2010/2011 Asisten Pratikum Kimia Dasar II Jurusan Agrobisnis Pertanian Tahun 2010/2011 Asisten Pratikum Kimia Dasar 1 Jurusan Fisika FMIPA Tahun 2011/2012
Asisten Pratikum Kimia Dasar 1 Jurusan Teknik Kimia Tahun 2011/2012 Asisten Pratikum Kimia Fisik Jurusan FKIP Tahun 2012/2013
