LAPORAN HASIL
PENELITIAN
PERIODE SEMESTER GENAP TAHUN AKADEMIK 2013/2014
PEMBUATAN GLISEROL KARBONAT DARI GLISEROL (HASIL
SAMPING INDUSTRI BIODIESEL) DENGAN VARIASI JENIS KATALIS,
RASIO REAKTAN DAN WAKTU REAKSI
Oleh : JIMMY, ST, MT
M. ISTNAENY HUDHA, ST, MT FAIDLIYAH NILNA MINAH, ST, MT
DIBIAYAI: LPPM ITN MALANG NOMOR SPPP:
KATEGORI: ………
LEMBAGA PENELITIAN DAN PENGABDIAN KEPADA MASYARAKAT INSTITUT TEKNOLOGI NASIONAL MALANG
i
2014
LAPORAN HASIL
PENELITIAN
1 a. Judul Penelitian : Pembuatan Gliserol Karbonat Dari Gliserol (Hasil Samping Industri Biodiesel) Dengan Variasi Jenis Katalis, Rasio Reaktan Dan Waktu Reaksi
b. Kategori Penelitian : B
c. Tahun Akademik : Genap 2013/2014
2 Ketua Peneliti
a. Nama Lengkap dan Gelar : Jimmy, ST, MT
b. Jenis Kelamin : Laki-Laki
c. Alamat Rumah/Telepon : Jln. Ikan Nus II No. 17 kav. 2 Malang/ 0811 363 906
d. Golongan Pangkat dan NIP : III.C/ Penata/ Y1039900330 e. Jabatan Fungsional : Lektor
f. Jabatan Struktural : Ketua Jurusan Teknik Kimia g. Fakultas/ Jurusan : Teknologi Industri/ Teknik Kimia h. Bidang Ilmu yang Diteliti : Energi Terbarukan
3 Jumlah Tim Peneliti : 2 (dua) orang
a. Nama Anggota Peneliti I : M. Istnaeny Hudha, ST, MT b. Nama Anggota Peneliti II : Faidliyah Nilna Minah, ST, MT
4 Lokasi Penelitian : Laboratorium Kimia Teknik ITN Malang 5 Kerjasama dengan Pihak Lain : Tidak Ada
6 Lama Penelitian : 7 (tujuh) bulan
7 Biaya yang dibutuhkan
a. Sumber dari ITN Malang b. Swadana
: Rp.
7.780.000,-(Tujuh Juta Tujuh Ratus Delapan Puluh Ribu Rupiah)
Rp. 7.500.000,-Rp.
280.000,-7 Sumber Dana : Dana Hibah LPPM ITN Malang dan
Swadana
Malang, 30Agustus 2014 Mengetahui,
Ketua Program Studi Teknik Kimia
NIP. 195506291989101001 NIP. 195703221982111001
RINGKASAN DAN SUMMARY
Gliserol karbonat adalah bahan yang memiliki 2 fungsi yang memungkinkan untuk digunakan sebagai pelarut bahan organik dan non organik dalam bidang industri kosmetik, cat, accumulator dan sebagainya. Gliserol karbonat juga digunakan sebagai bahan aditif untuk stabilisasi polimer dan proses polimerisasi dalam pembuatan polikarbonat.
Pembuatan gliserol karbonat lebih menarik menggunakan bahan material yang dapat diperbarui dan murah. Gliserol merupakan produk samping dari pembuatan biodiesel melalui reaksi transesterifikasi, Dalam setiap reaksi transesterifikasi menghasilkan 10% gliserol, sehingga hal ini lebih potensial untuk dijadikan produk turunan dari gliserol. Pembuatan gliserol karbonat melalui reaksi antara gliserol dengan urea.Metode ini menghasilkan produk berupa gliserol karbonat dengan selektivifitas yang baik sebesar 92%. Dengan selektifitas produk yang tinggi, menjadikan metode tersebut lebih menarik untuk dikembangkan lebih lanjut, selain juga pada penggunaan material dan proses yang sederhana.
Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh jenis katalis homogen terhadap konversi gliserol karbonat dari gliserol dan urea pada selang waktu tertentu dan untuk mendapatkan penegetahuan tentang proses pembuatan gliserol karbonat yang efisien
Kata kunci : gliserol, urea, gliserol karbonat
PRAKATA
Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Kuasa atas arahan dan bimbingan-Nya sehingga Kegiatan Penelitian yang berjudul Pembuatan Gliserol Karbonat Dari Gliserol (Hasil Samping Industri Biodiesel) Dengan Variasi Jenis Katalis, Rasio Reaktan Dan Waktu Reaksiini dapat terselesaikan.
Sesuai dengan Surat Penugasan yang diberikan, maka selaku pelaksana penelitian, kami menyampaikan laporan kegiatan berupa Laporan Hasil Penelitian sebagai salah satu bentuk pertanggungjawaban.
Pada kesempatan ini kami mengucapkan terima kasih kepada pihak-pihak yang sudah mendukung terlaksananya penelitian ini yaitu : Rektor ITN Malang, Ketua LPPM ITN Malang dan staf, Dekan Fakultas Teknologi Industri, Ketua Jurusan Teknik Kimia, Politeknik Negeri Malang, Mahasiswa Teknik Kimia ITN Malang dan rekan-rekan lain yang sudah banyak membantu.
Semoga Laporan Hasil Penelitian ini dapat memberikan manfaat bagi masyarakat luas dan pihak-pihak terkait dalam pengembangan energi alternatif terbarukan, terutama yang bersumber dari minyak nabati. Kami senantiasa membuka diri terhadap segala saran dan kritik yang membangun.
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
LEMBAR PENGESAHAN ...ii
RINGKASAN DAN SUMMARY...iii
PRAKATA ...iv
DAFTAR ISI...v
DAFTAR TABEL ...viii
DAFTAR GAMBAR...ix
BAB I. PENDAHULUAN...1
1.1. Latar Belakang Masalah...1
1.2. Rumusan Masalah...2
BAB II.TINJAUAN PUSTAKA...6
2.1. Transesterifikasi Biodiesel...6
2.2. Pemodelan Kinetika Reaksi...12
2.3. Energi Aktivasi...15
2.4. Kondisi Operasi Reaksi Transesterifikasi...16
2.5. Transesterifikasi Dua Tahap dalam Reaktor Batch...18
2.6. Kesetimbangan Reaksi Kimia...21
2.7. Simulasi Reaksi Transesterifikasi...22
BAB III. TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN...27
3.1. Tujuan Penelitian...27
3.2. Manfaat Penelitian...27
BAB IV. METODE PENELITIAN...28
4.1. Variabel Penelitian...28
4.2. Alat dan Bahan...28
4.3. Flowchart Penelitian...30
4.4. Prosedur Penelitian...30
4.5. Reaktor Transesterifikasi...31
BAB V.HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN...33
5.1. Data Hasil Penelitian...33
5.2. Pengaruh Temperatur dan Waktu...33
5.3. Orde Reaksi dan Konstanta Reaksi Transesterifikasi...36
5.4. Menentukan Energi Aktivasi...40
5.5. Simulasi Reaksi Transesterifikasi Batch Dua Tahap...42
BAB VI.KESIMPULAN DAN SARAN...49
6.1. Kesimpulan...49
6.2. Saran...49
DAFTAR PUSTAKA...50
LAMPIRAN A. PERHITUNGAN KINETIKA REAKSI TRANSESTERIFIKASI..53
LAMPIRAN C. RIWAYAT HIDUP KETUA PENELITI...67
LAMPIRAN D. RINCIAN BIAYA...70
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1.Persyaratan Biodiesel menurut SNI-04-7182-2006...9
Tabel 2.2. Kondisi reaksi transesterifikasi menggunakan NaOH...10
Tabel 2.3. Sifat fisika metanol...11
Tabel 2.4. Metanolisis dan etanolisis terhadap minyak nabati danlemak...11
Tabel 2.5. Transesterifikasi rapeseed oil menggunakan alkohol C1-C4...12
Tabel 2.6. Properti Gliserol...24
Tabel 5.1. Konsentrasi FAME hasil analisis...33
Tabel 5.1. Laju reaksi dan konstanta kinetika reaksi...37
Tabel 5.3. Energi aktivasi...40
Tabel 5.4. Distribusi Fasa Reaksi Transesterifikasi (Zhou, 2006)...42
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Reaksi Transesterifikasi Trigliserida dengan Metanol...6
Gambar 2.2. Tahapan Reaksi Transesterifikasi...7
Gambar 2.3. Tampilan program simulasi reaksi transesterifikasi...26
Gambar 3.1. Reaktor Transesterifikasi...32
Gambar 5.1.. Konsentrasi FAME berbagai temperatur...35
Gambar 5.2.. Konsentrasi trigliserida berbagai temperatur...35
Gambar 5.3. Grafik pembuktian orde reaksi 1...36
Gambar 5.4. Hubungan dx/dt vs Y pada temperatur 30oC sebagai bukti orde reaksi 2 ...37
Gambar 5.5. Hubungan k1 (konstanta ke kanan) dan temperatur...39
Gambar 5.6. Hubungan k2 (konstanta ke kiri) dan temperatur...39
Gambar 5.7. Reaksi transesterifikasi dengan rasio metanol dan minyak 6:1...41
Gambar 5.8. Reaksi transesterifikasi dengan rasio metanol dan minyak 3:1...41
Gambar 5.9. Reaksi transesterifikasi dengan rasio methanol dan minyak 6:1...46
Gambar 5.10. Reaksi transesterifikasi dengan rasio methanol dan minyak 3:1...47
BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Masalah
Gliserol (hydroxymethyl dioxolanone)merupakan produk samping dalam pembuatan biodiesel. Senyawa turunan gliserol ini paling menarik perhatian karena memiliki kegunaan yang cukup beragam mulai dari elastomer, surfaktan, perekat, tinta, cat, pelumas, and elektrolit. Senyawa ini juga merupakan zat antara (intermediet) penting dari polikarbonat, poliester, poliuretan, dan poliamide. Peran pemerintah dalam meningkatkan penggunaan biodiesel (Perpres No 5 Tahun 2006 tentang Kebijakan Energi Nasional) akan mendorong tumbuhnya industri biodiesel di Indonesia. Salah satu komitmen pemerintah ditunjukkan melalui Pertamina yang sejak Februari 2012 meningkatkan kadar biodiesel dalam biosolar menjadi 7,5%. Perkembangan industri biodiesel di Indonesia akan menghasilkan produk gliserol yang melimpah. Hingga Mei 2007, Indonesia telah memiliki industri besar yang memproduksi biodiesel dengan total kapasitas 620.000 ton per hari. Industri-industri tersebut adalah PT Eterindo Wahanatama, PT Sumi Asih, PT Indo BBN, Wilmar Bioenergy, PT Bakrie Rekin Bioenergy dan PT Musim. Selain itu juga terdapat industri-industri biodiesel kecil dan menengah dengan total kapasitas sekitar 30.000 ton per tahun, seperti PT Ganesha Energy, PT Energi Alternatif Indonesia, dan beberapa BUMN. Dalam reaksi transesterifikasi yang sejauh ini digunakan dalam industri biodiesel, gliserol yang dihasilkan sekitar 10 persen. Pada bulan desember 2008, Dr. Dadan Kusdiana membuat prediksi pada tahun 2025 kebutuhan biodiesel di Indonesia mencapai 10,22 juta kiloliter dengan asumsi kadar biodiesel dalam biosolar ditingkatkan menjadi 20%. Dari angka tersebut, gliserol yang dihasilkan diprediksi mencapai 1 juta kiloliter. Hal ini merupakan peluang yang baik bagi industri turunan gliserol di Indonesia.
memiliki banyak manfaat serta memiliki nilai ekonomi yang lebih tinggi dibandingkan dengan gliserol. Harga gliserol di pasaran sekitar Rp 7.500,00 per kg, sedangkan harga gliserol karbonat, yaitu Rp 40.000,00 per kg (www.alibaba.com). 1.2. Rumusan Masalah
Peningkatan produksi biodiesel sebagai energi alternatif menyebabkan jumlah gliserol sebagai produk samping akan meningkat.Penelitian ini dilakukan pada tekanan atmosfer. Pemanfaatan urea sebagai salah satu reaktan memungkinkan menekan biaya pembuatan oleh karena harga urea sangat murah dibandingkan dengan senyawa kimia lainnya yang telah digunakan oleh peneliti sebelumnya. Sintesis gliserol karbonat dari bahan baku gliserol tergantung dari beberapa hal, yaitu sumber karbonat, jenis proses, temperatur dan waktu reaksi, jenis dan konsentrasi katalis dan sebagainya.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
Komposisi gliserol hasil samping industri biodiesel
Gliserol merupakan senyawa yang memiliki rumus kimia C3H5(OH)3
berwujud cairan pada suhu kamar, higroskopis, tidak berwarna, tidak berbau dan berasa manis. Senyawa ini memiliki densitas 1,261 g/mL dan titik didih 171oC.
Gliserol memiliki banyak kegunaan dan market share yang tinggi, hal ini ditunjukan oleh adanya keragaman jenis produk berbahan baku gliserol yang saat ini beredar di pasaran seperti produk makanan, perawatan tubuh, kesehatan mulut, tembakau, polieter, poliol, alkyd resin, obat-obatan, lubricant, emulsifier dan lain sebagainya. Gliserol merupakan produk samping reaksi transesterifikasi yang dapat dipisahkan dari biodiesel secara gravitasi karena perbedaan densitas yang cukup besar.
Zhou (2006) menganalisa komposisi kedua fase yang dihasilkan reaksi transesterifikasi dengan rasio metanol dan trigliserida 6:1 dan konsentrasi katalis Na-metoksida 1% pada temperatur pemisahan 230C. Lapisan gliserol memiliki
komposisi 60,3% gliserol; 33,1% methanol sisa; 5,57% sisa katalis dan kurang dari 1% merupakan metal ester. Metanol perlu dipisahkan untuk dikembalikan sebagai reaktan proses transesterifikasi.
Teknologi Pemurnian Gliserol Hasil Samping Industri Biodiesel
Untuk mengkonversi gliserol menjadi gliserol karbonat, gliserol harus memiliki kemurnian yang tinggi. Hasil samping biodiesel ini harus diolah terlebih dahulu sebelum digunakan untuk berbagai keperluan. Gliserol mentah pertama-tama dimurnikan menggunakan proses evaporasi yang berlangsung di bawah kondisi vakum (3,7012 mmHg) dan dengan steam untuk menurunkan tekanan parsial atau temperatur titik didihnya, setelah proses ini, kemurnian gliserol akan meningkat sekitar 88%. Setelah itu dilakukan proses distilasi.Distilasi harus dijaga pada tekanan rendah karena gliserol akan mengalami polimerisasi pada suhu 200oC. Distilasi yang
Teknologi Pembuatan Gliserol Karbonat
Untuk menaikkan nilai guna dan ekonomi ekonomi sekaligus mengurangi kelebihan produksi, konversi menjadi akrolein, propilen glikol, 1,3-propanediol, asam gliserik, maupun gliserol karbonat adalah sekian cara yang telah dikembangkan. Khususnya gliserol karbonat (hydroxymethyl dioxolanone), senyawa turunan gliserol ini paling menarik perhatian karena memiliki kegunaan yang cukup beragam mulai dari elastomer, surfaktan, perekat, tinta, cat, pelumas, dan elektrolit. Senyawa ini juga merupakan zat antara (intermediet) penting dari polikarbonat, poliester, poliuretan, dan poliamide(www.id.wikipedia.org/wiki/Gliserol-karbonat).
Senyawa dwifungsi dalam gliserol karbonat memungkinkan senyawa tersebut dapat digunakan sebagai pelarut polar protik.Disamping itu juga didukung oleh sifat yang dimilikinya seperti titik didih yang sangat tinggi serta aman bagi lingkungan. Pelarut tersebut dapat diaplikasikan pada berbagai senyawa organic maupun anorganik contohnya bidang kosmetik, cat, akumulator serta memiliki banyak kegunaan dalam berbagai proses seperti ekstraksi, purifikasi, bahan baku kimia maupun bahan intermediate, coolants, cleaning agent dan lain sebagainya (Wardani, 2007).
Tabel 1. Sifat Kimia dan Fisika Gliserol Karbonat (MSDS Gliserol Karbonat)
Reaksi pembentukan gliserol karbonat (Wardani, 2007):
H2C
Gliserol (liq) Urea (solid) Gliserol Karbonat (liq) Amonia (gas)
Dalam pembuatan gliserol karbonat dikenal ada 3 proses, yaitu: 1. Proses Nitrogen
Dari penelitian yang telah dilakukan Munehisa Okutsu dan Tomohito Kitsuki (2002), digunakan 3 (tiga) macam katalis dalam pembuatan gliserol karbonat, antara lain:
a. Anhidrat magnesium sulfat, di mana 92 gr gliserol dimasukkan ke dalam tabung dan dipanaskan hingga suhu 120oC, dialiri gas nitrogen dan diaduk selama 2
jam. Kemudian didinginkan hingga 80oC, lalu tambahkan 60 gr urea dan 10 gr
anhidrat magnesium sulfat.Aduk dan panaskan sampai suhu 120oC-140oC
selama 6 jam.Lalu analisis menggunakan GC (gas chromatographic).
b. Zink oksida, di mana 92 gr gliserol dimasukkan ke dalam tabung dan dipanaskan hingga suhu 120oC, dialiri gas nitrogen dan diaduk selama 2 jam.
Kemudian dinginkan larutan hingga suhu 80oC, lalu masukkan 60 gr urea dan
10 gr anhidrat zink oksida.Aduk dan panaskan sampai suhu 120oC selama 6
jam.Lalu analisis menggunakan GC (gas chromatographic).
c. Anhidrat magnesium sulfat dan zink oksida, di mana 92 gr gliserol dan 7 gr anhidrat magnesium sulfat dimasukkan ke dalam tabung dipanaskan hingga suhu 120oC, dialiri gas nitrogen dan diaduk selama 2 jam. Kemudian
didinginkan hingga 80oC, lalu tambahkan 60 gr urea dan 10 gr anhidrat zink
oksida.Aduk dan panaskan sampai suhu 120oC selama 6 jam.Lalu analisis
menggunakan GC (gas chromatographic). 2. Proses Vakum
Proses ini menurut penelitian yang telah dilakukan oleh Chris Kusuma Wardhani (2007) dilakukan dengan cara mencampurkan 92 gr gliserol dengan 13 gr anhidrat magnesium sulfat, lalu memanaskan hingga suhu 80oC dalam kondisi vakum
selama ±15 menit. Kemudian masukkan urea sebanyak 60 gr, diaduk dan dipanaskan hingga suhu 120oC dalam kondisi vakum selama 6 jam. Setelah itu
disentrifusi pada 13.000 rpm dalam suhu ruang selama 1,5 jam. Lalu analisis menggunakan GC (gas chromatographic).
Proses dilakukan dalam kondisi vakum untuk menghilangkan kadar air yang terkandung dalam gliserol dan menghilangkan amoniak yang merupakan hasil samping reaksi.
3. Proses Karbon Monoksida dan Oksigen
Penelitian Joaquim H. Teles (1994) menggunakan katalis tembaga dalam pembuatan gliserol karbonat di mana gliserol dicampur dengan katalis tembaga(I)klorida dalam inert solvent dan dipanaskan hingga suhu 130oC. Dengan
tekanan di bawah 8 bar, campuran gas CO dan O2 dialirkan ke dalam larutan.
Reaksi ditunggu selama 20 jam dan setelah itu dianalisa dengan menggunakan GC.
Dalam penelitian ini kami memilih menggunakan metode dengan proses vakum, karena penggunaan berdasarkan penelitian terdahulu dalam US Patent No. 6,495,703 B1 suhu yang baik untuk sintesa gliserol karbonat berkisar antara 110-140oC, lebih
optimal berkisar pada pada suhu 120-140oC dan lama proses bervariasi untuk melihat
pengaruh terhadap tingkat konversi (Okutsu dan Kitsuki, 2002).Hasil konversi gliserol karbonat ditentukan beberapa faktor, antara lain Jenis katalis yang digunakan, temperatur, lama proses dan tekanan dalam proses (Wardani, 2007).
Katalis dalam Sintesis Gliserol Karbonat
Ada beberapa jenis katalis yang sering digunakan dalam mensintesis gliserol dan urea menjadi gliserol karbonat seperti katalis heterogen dan katalis homogen, adapun katalis heterogen seperti ZnO dan HT(Zn/Al). Untuk katalis jenis homogen yang biasa digunakan seperti ZnBr2, MgCl2, MgSO4, MnSO4, FeSO4, NiSO4, ZnCl2 dan
ZnSO4.
1. Magnesium Sulfat (MgSO4)
Dalam US patent No. 6025504 dinyatakan bahwa reaksi sintesa karbonat berjalan lebih baik dengan menggunakan jenis katalis oksida logam seperti zink sulfat, magnesium sulfat, dan manganase sulfat karena katalis jenis ini memiliki aktivitas katalik yang sangat baik dan efisien (Okutsu dan Kitsuki, 2002).
Magnesium sulfat merupakan kristal putih dengan berat molekul 120,366 gr/mol, densitas 2,66 gr/cm3, titik lebur 11240C, larut dalam air (26,9 gr/100 mL pada
0oC)dan sedikit larut dalam gliserol. adalah garam anorganik yangmengandung
magnesium, sulfur dan oksigen, dengan rumus MgSO4 lebih dikenal sebagai
garam Epsom. Garam Epsom terjadi secara alami sebagai mineral murni.
Tak hanya memiliki aktivitas katalik yang baik, tetapi anhidrat magnesium sulfat bersifat higroskopis(mudah menyerap air dari udara) oleh karena itu dalam penelitian ini digunakan sebagai katalis sebab didalam gliserol karbonat tidak boleh mengandung air.
2. Seng Sulfat (ZnSO4)
Seng Sulfat memiliki titik leleh 1960C, densitas 1,98 g/cm
3, suhu dekomposisi
196-2000C, serta kelarutan dalam air sebesar 20,8 g/100 g H
2O pada 200C. Seng
sulfat dipilih karena dalam penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Claude et al (2000), sintesis gliserol karbonat dengan katalis seng sulfat menghasilkan yield yang besar, yaitu sekitar 80-85 %.
3. Seng Klorida (MgCl2)
Seng klorida adalah kristal yang diketahui, tidak berwarna atau putih, dan sangat larut dalam air. ZnCl2 sendiri higroskopis dan bahkan
menemukan aplikasi luas dalam pengolahan tekstil, fluks metalurgi, dan sintesis kimia.Katalis Magnesium klorida dipilih karenan dari hasil penelitian yang dilakukan oleh Laszlo Seemann (2011) Studi preparasi gliserol karbonat dari gliserol diperoleh konversi sekitar 76,2%
BAB III
TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN
3.1. Tujuan Penelitian
1. Melakukan kajian proses pemurnian gliserol mentah (yang diperoleh langsung dari industri biodiesel) menjadi gliserol murni sebelum dikonversi menjadi gliserol karbonat.
2. Mencari kondisi operasi (temperature dan waktu reaksi, jenis dan konsentrasi katalis) yang optimum dalam mengkonversi gliserol menjadi gliserol karbonat. 3. Mencari metode analisis kadar gliserol karbonat yang paling sesuai.
3.2. Manfaat Penelitian
BAB IV
Variabel yang digunakan dalam program penelitian ini, yaitu: 2.1. Variabel tetap
- Massa urea : 18 gr, 9 gr, dan 36 gr (rasio urea/gliserol 1:1, 1:0,5, dan 1:2)
- Waktu reaksi : 2, 3, 4, 5 dan 6 jam - Jenis katalis : ZnSO4, ZnO
3. Pemurnian gliserol
- Memisahkan gliserol dari hasil pembuatan biodisel menggunakan corong pemisah
- Memisahkan metanol sisa dalam gliserol dengan dipanaskan
- Menetralisasi gliserol dari kandungan KOH dengan menambahkan H3PO4 hingga pH netral
- Memisahkan K3PO4yang terbentuk dari gliserol
- Memisahkan metanol yang masih terkandung dengan dipanaskan 4. Pembuatan Gliserol Karbonat
- Memasukkan 100,88 gram gliserol ke dalam reaktor
- Memanaskan gliserol sampai suhu 80oC pada kondisi vakum
- Menambahkan katalis ZnSO4sebanyak 5,044 gramke dalam reaktor
- Memasukkan 65,7846 gram urea ke dalam reaktor
- Memanaskan larutan hingga suhu 130oC dan diaduk dengan kecepatan 100
rpm selama 6 jam dalam kondisi vakum
- Mengambil sampel sebanyak 10 mL pada jam ke 2, 3, 4, 5 dan 6. - Larutan disentrifuse pada suhu ruang selama 1 jam pada 3000 rpm - Menganalisa sampel yang didapat menggunakan metode titrasi.
- Melakukan metode yang sama untuk katalis dan ratio mol urea/gliserol sesuai variabel yang ditentukan.
5. Analisa gliserol sisa (Kuantitatif)
Analisa kadar gliserol sisa menggunakan metode titrasi sebagai berikut: A. Membuat larutan asam periodat
- Melarutkan 1,35 gram asam periodat ke dalam 25 mL aquades
- Menanbahkan 475 mL asam asetat glacial dan di campurkan dengan baik - Menyimpan larutan dalam botol tertutup dan berwarna gelap.
B. Larutan Kalium iodida (KI)
- Larutan 37,5 gram KI dalam 250 mL aquades - Menyimpan dalam botol gelap.
C. Larutan Indikator Pati
- Melarutkan 2,5 gram pati ke dalam aquades dingin
- Menanbahkan larutan ini ke dalam 250 mL aquades mendidih dan diaduk lalu di dinginkan.
D. Larutan Natrium Tiosulfat 0,01 N
- Melarutkan 0,612 gram natrium tiosulfat ke dalam 250 mL aquades - Melarutkan 0,15 gram kalium dikromat ke dalam 100 mL aquades - Memipet 5 mL larutan kalium dikromat ke dalam erlenmayer 250 mL - Menambahkan 1 mL HCl pekat dan 2 mL larutan KI lalu diaduk
- Mendiamkan selama 5 menit kemudian menambahkan 100 mL aquades - Menitrasi menggunakan larutan natrium tiosulfat sampai warna kuning
hampir hilang
- Menambahkan 1-2 mL larutan pati, kemudian menitrasi kembali sampai warna biru hampir hilang.
E. Penentuan kadar gliserol bebas - Timbang 10 gram sampel
- Tambahkan 6 mL asam periodat ke dalam sampel, diamkan sebentar - Tambahkan 3 mL larutan KI lalu diaduk, kemudian menitrasi dengan
larutan natrium tiosulfat sampai warna coklat iodium hampir hilang. (Jangan tempatkan erlenmayer yang isinya akan dititrasi di bawah cahaya terang atau terpaan langsung sinar matahari)
- Tambahkan 2 mL larutan indikator pati dan teruskan titrasi sampai warna biru kompleks iodium pati benar-benar hilang
- Ulangi langkah diatas untuk titrasi blangko dan gliserol murni - Catat volume hasil titrasi.
Keterangan :
A = Volume natium tiosulfat untuk titrasi blangko
6. Analisa kadar karbonat
Analisa kadar karbonat menggunakan metode titrasi sebagai berikut: a) Membuat larutan HCl 0,1 N sebanyak 250 mL
- Mengambil HCl pekat ke dalam labu ukur 250 mL, kemudian menambahkan aquades sampai tanda batas
- Menstandarisasi larutan yang yang telah diperoleh. b) Standarisasi HCl 0,1 N dengan Na2CO3
- Menimbang Na2CO3 dan melarutkan dalam aquades sampai 50 mL dalam
labu ukur
- Mengambil 10 mL larutan Na2CO3 kemudian menambahkan indikator
metil orange 3 tetes
- Mentitrasi larutan tersebut dengan HCl sampai warna berubah menjadi merah muda.
c) Penentuan kadar karbonat
- Mengambil sampel sebanyak 10 mL ke dalam Erlenmeyer - Menambahkan indikator pp sebanyak 3 tetes ke dalam sampel - Mentitrasi sampel dengan HCl sampai warna menjadi bening - Tambahkan indikator metal orange sebanyak 3 tetes
- Mentitrasi larutan tersebut dengan HCl sampai warna berubah menjadi merah.
7. Analisa kadar gliserol sisa dengan TLC (Kualitatif)
Analisa kadar gliserol sisa menggunakan metode Thin Layer Chromatography (TLC) sebagai berikut.
- Menyiapkan lembaran TLC dengan panjang 7,5 cm, lebar 2 cm, garis batas bawah 1 cm dan batas atas 0,5 cm
- Membuat eluen dari etil asetat dan etanol, dengan perbandingan 4:6
- Menempelkan bercak sampel pada lembaran TLC dengan ukuran < 2 mm, kemudian di celupkan kedalam eluen sampai garis batas bawah
- Mengeringkan lembaran tersebut dan mengamati dengan sinar ultraviolet - Mengukur panjang Rf dan luasan elusi sampel
BAB V
HASIL YANG DICAPAI
Tabel 4.1. Volume Natrium Tiosulfat Berdasarkan katalis ZnSO4
Waku
(jam) Volume Titrasi I(mL) Volume Titrasi II (mL) Volum Titrasi Rata-Rata(mL)
2 42,8 43 42,9
3 43,4 43,6 43,5
4 45,1 45,3 45,2
5 45,2 45,6 45,4
6 47,2 47,4 47,3
Tabel 4.2. Volume Natrium Tiosulfat Berdasarkan katalis ZnO Waku
(jam) Volume Titrasi I(mL) Volume Titrasi II (mL) Volum Titrasi Rata-Rata(mL)
2 43,1 43,3 43,2
3 46,4 46,6 46,5
4 46,5 46,9 46,7
5 46,6 47 46,8
6 46,9 47,3 47,1
Tabel 4.3. Volume Natrium Tiosulfat Untuk Titrasi Blangko Volume Titrasi I
(mL) Volume Titrasi II (mL)
Volum Titrasi Rata-Rata (mL)
60 60,2 60,1
Tabel 4.4. Volume Natrium Tiosulfat Untuk Titrasi Gliserol Volume Titrasi I
(mL) Volume Titrasi II (mL) Volum Titrasi Rata-Rata(mL)
37,8 38 37,9
Tabel 4.5. Hasil analisa gliserol sisa berdasarkan Volume Na2S2O3
Katalis Waktu
ZnSO4 2 42,9 60,1 37,9 77,48 1,3088 14,7748 12,9411
3 43,5 74,77 1,3484 17,7477 15,0885
4 45,2 67,12 1,3564 26,1712 22,1186
5 45,4 66,22 1,2988 27,1622 23,9742
6 47,3 57,66 1,2848 36,5766 32,6355
ZnO
2 43,2 76,13 1,2968 16,2613 14,3749
3 46,5 61,26 1,308 32,6126 28,5825
4 46,7 60,36 1,3252 33,6036 29,0688
5 46,8 59,91 1,3136 34,0991 29,7579
6 47,1 58,56 1,3068 35,5856 31,2
Gambar 4.1. Grafik perbandingan waktu reaksi dan yield terhadap berbagai macam jenis katalis
Pada gambar 4.2. persen gliserol karbonat mengalami peningkatan seiring bertambahnya waktu reaksi. Hal ini menunjukkan bahwa semakin lama waktu reaksi, maka kesempatan reaktan untuk bereaksi semakin besar pula (Damayanti, 2012). Pada penggunaan katalis ZnO persen gliserol karbonat yang dihasilkan pada waktu 2 jam sebesar 16,26% dan pada waktu 3 jam mengalami peningkatan yang signifikan yakni mencapai 32,61%. Sedangkan pada waktu reaksi selama 4, 5 dan 6 jam tidak terjadi peningkatan persen gliserol karbonat yang signifikan, yaitu hanya menghasilkan yield sebesar 33,60%, 34,10% dan 35,59.
Pada penggunaan katalis ZnSO4 tidak mengalami kenaikan persen gliserol karbonat yang signifikan seperti yang terjadi pada penggunaan katalis ZnO. Kenaikan yield terjadi secara bertahap setiap waktunya tanpa adanya selisih yang terlalu jauh. Pada waktu reaksi 2 jam menghasilkan persen gliserol karbonat sebesar 14,77% dan pada waktu reaksi 3 jam 17,75%. Hasil ini lebih kecil dibandingkan dengan hasil yang didapat pada penggunaan katalis ZnO. Pada waktu reaksi selanjutnya terjadi peningkatan cukup jauh yakni 26,17% pada waktu reaksi 4 jam. Selanjutnya pada waktu reaksi selama 5 jam terjadi kenaikan persen gliserol karbonat yang tidak terlalu jauh dari hasil yang sebelumnya yakni 27,16%. Persen gliserol karbonat tertinggi diperoleh dengan penggunaan katalis ZnSO4 selama 6 jam yakni 36,58%.
BAB VI
KESIMPULAN SEMENTARA DAN RENCANA TAHAPAN BERIKUTNYA
6.1. Kesimpulan
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan dapat diambil kesimpulan
sebagai berikut :
1. Semakin tinggi temperatur yang digunakan maka laju reaksi akan semakin meningkat (laju reaksi ke kanan maupun ke kiri).
2. Laju reaksi terbaik diperoleh pada temperatur 60oC yaitu sebesar 0,0158 mol/
(L.menit) dengan konstanta laju reaksi k1= 1,6846 10-4L/(mol.menit) dan k2 =
5,1872 10-5L/(mol.menit).
3. Transesterifikasi batch dua tahap menghasilkan konversi lebih baik dari batch satu tahap saat waktu operasi 60 menit (30 menit untuk masing-masing tahap)
dan 80 menit (40 menit untuk masing-masing tahap). Konversi reaksi sekitar
83% untuk satu tahap, naik menjadi 94-96% untuk transesterifikasi dua tahap. 6.2. Rencana Tahapan Berikutnya
Beberapa tahapan penelitian selanjutnya adalah :
1. Optimalisasi jenis dan konsentrasi katalis dalam konversi gliserol menjadi gliserol karbonat
2. Mencari metode analisis kadar gliserol karbonat yang paling sesuai
DAFTAR PUSTAKA
Agrium Material Safety Data Sheet. 2003. Urea Granular 46-0-0. http://www.agrium.com., diakses tanggal 3 September.
Aiken, J.E. 2006. Purification Of Glycerin. J Patent, 7126032 B1. Monroeville, US. Badan Pusat Statistik Indonesia. 2012. Publikasi: Buletin Statistik Ekspor Menurut
Komoditi HS Oktober 2012, p. 10, Oktober.
Boc Gases Material Safety Data Sheet. 1996. Ammonia MSDS. http://www.lindecanada.com., diakses tanggal 3 September 2013.
Claude, S., Mouloungui, Z., Yoo, J., Gaset, A. 2000. Method For Preparing Glycerol Carbonate. J Patent, 6025504. Prancis.
Damayanti, O. 2012. Pembuatan Gliserol Karbonat Dari Gliserol Dengan Katalis Berbasis Nikel. Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya.
Fujita, S., Yamanishi, Y., Arai, M. 2013. Synthesis Of Glycerol Carbonate And Urea Using Zinc-Containing Solid Catalysts: A Homogeneous Reaction. Hokaido
University, Sapporo 060-8628, Japan.
Herseczki Z., Marton, G., Varga, T. 2011. Enhanced Use Of Renewable Resource:Tansesterification Of Glycerol, The Product Of Biodiesel Production.
University Of Pannonia, Hungary.
Norkem Safety Data Sheet. 2011. Zinc Sulphate MSDS. http://www.norkem.com., diakses tanggal 3 September 2013.
Okutsu, M., Kitsuki, T. 2002. Process For Preparation Of Glycerol Carbonate. J Patent, 6495703 B1. Wakayanna, Japan.
Science Lab Material Safety Data Sheet. 2013. Zinc Chloride MSDS. http://www.sciencelab.com., diakses tanggal 3 September 2013.
TCI America Material Safety Data Sheet. 2009. Glycerol 1,2-Carbonate. http://www.tcichemicals.com., diakses tanggal 2 September 2013.
Wardani, C.K. 2007. Pemanfaatan Gliserol Sebagai Bahan Baku sintesis Gliserol Karbonat. Institut Pertanian Bogor, Bogor.
Yuniati, Y. 2010. Pemanfaatan Gliserol sebagai Hasil Samping Biodiesel menjadi Produk Kimia Lain dalam Media Air Subkritis hingga Superkritis. Seminar
Nasional, ISSN:1411-4216. Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya.
LAMPIRAN
Proses pembuatan biodiesel Pemisahan biodiesel dan gliserol
Pencucian biodiesel Proses drying biodiesel
Proses Sintesis Gliserol Karbonat Hasil Sintesis Gliserol Karbonat
Analisa Titrasi Kadar Gliserol Sisa
