PENGARUH TEMPERATUR DAN TEKANAN
PADA REAKSI
HYDROCRACKING
BIO-OIL
PELEPAH
KELAPA SAWIT MENGGUNAKAN KATALIS Co-Mo/USY
DALAM REAKTOR ALIR
DAN
BATCH
Disusun Oleh :
SEPTI MAULIDINA
M0313065SKRIPSI
Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains Bidang Ilmu Kimia
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
PENGARUH TEMPERATUR DAN TEKANAN
PADA REAKSI HYDROCRACKINGBIO-OIL PELEPAH KELAPA SAWIT
MENGGUNAKAN KATALIS Co-Mo/USY
DALAM REAKTOR ALIR DAN BATCH
SEPTI MAULIDINA
Program Studi Kimia, Fakultas MIPA, Universitas Sebelas Maret
ABSTRAK
Telah dilakukan reaksi hydrocracking bio-oil pelepah kelapa sawit menggunakan katalis Co-Mo/USY dalam reaktor sistem alir dan batch. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh temperatur dalam sistem alir, tekanan dalam sistem batch pada reaksi hydrocracking bio-oil dan perbandingan karakter katalis baru dan bekas setelah reaksi hydrocracking bio-oil. Hydrocracking dilakukan pada 250, 300, dan 350 °C dengan laju alir 5 mL/menit untuk sistem alir dan variasi tekanan H2 sebesar 1, 3 dan 5 bar pada temperatur 300 °C selama
satu jam untuk sistem batch. Produk yang dihasilkan dianalisis menggunakan kromatografi gas (GC), kromatografi gas-spektroskopi massa (GC-MS) dan katalis bekas dianalisis menggunakan spektroskopi infra merah (FTIR).
Hasil penelitian menunjukkan bahwa pada reaksi hydrocracking menggunakan reaktor sistem alir, rendemen produk total meningkat seiring kenaikan temperatur. Rendemen produk total optimum dengan nilai sebesar 68% diperoleh pada temperatur reaksi 300 °C dengan selektivitas produk C5-C12
sebesar 25,53% pada temperatur 350 °C. Sementara itu, reaksi hydrocracking dengan menggunakan reaktor sistem batch, diperoleh bahwa rendemen produk total meningkat seiring kenaikan tekanan H2 dengan nilai rendemen produk total
tertinggi sebesar 32,16%. Adapun selektivitas produk C5-C12 optimum pada
tekanan H2 3 bar sebesar 30,95%. Pada akhir reaksi hydrocracking bio-oil, gugus
fungsi pada katalis Co-Mo/USY mengalami pergeseran bilangan gelombang serapan Si-OH bend, perubahan intensitas pada gugus OH dan penambahan serapan baru yaitu sesuai dengan gugus C=C aromatik.
EFFECT OF TEMPERATURE AND PRESSURE ON HYDROCRACKING OF PALM FRONDS OIL USING Co-Mo/USY CATALYST
WITH FLOW AND BATCH SYSTEM REACTOR
SEPTI MAULIDINA
Department of Chemistry, Faculty of Mathematics and Science, Sebelas Maret University
ABSTRACT
The hydrocracking reaction of palm frond oil was done using a Co-Mo/USY catalyst in a flow and batch system reactor. This research studied the effect of temperature in flow system, pressure in batch system and the comparison character between fresh and used catalyst after hydrocracking reaction of palm frond oil. The process of hydrocracking reaction in flow system reactor is carried out at temperatures of 250, 300, 350 °C and the flow rate 5 mL/min of H2 gas.
Meanwhile, in batch reactor system, the reaction was carried out on variations of H2 pressure at 1, 3, and 5 bar respectively during 1 hour and 300 °C process. The
product was analyzed by gas chromatography (GC) and gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). Catalyst after hydrocracking was analyzed by Fourier Transform Infra Red (FTIR).
The results show that in flow system reactor, the hydrocracking product yield increased by raising temperature.The total optimum yield of 68% is obtained at 300 °C with a selectivity of C5-C12 product of 25.53% at 350 °C. Meanwhile,
the hydrocracking product yield increased by raising pressure of H2 with product
yield of 32,16% in a batch system reactor. The selectivity of C5-C12 product is
optimum at 3 bar H2 pressure of 30.95%. After the hydrocracking bio-oil, the
functional group of Co-Mo/USY catalyst experienced shift in Si-OH bend wavenumber,change in OH group intensity and new absorption appearance predicted as C=C aromatic.
MOTTO
Tidaklah manusia mendapat apa-apa kecuali apa yang telah dikerjakannya
(Q.S An-Najm: 39)
Work hard in silence, let your success be your noise
PERSEMBAHAN
Lantunan doa serta syukurku kepada Allah SWT atas limpahan nikmat yang tidak terhitung, kesabaran, kemudahan dan kelancaran untuk menyelesaikan
skripsi ini
Karya kecilku ini kupersembahkan untuk:
Ayahanda Eko Widodo, Ibunda (almarhumah) Dahlia, Kakek terhebat Suparman M.Z dan adikku tersayang Rifki Maulana Putra yang selalu
memberikan semangat, kasih sayang dan doa yang tiada terhenti
Teman-teman kimia 2013 yang telah berjuang bersama
Semua pihak yang telah membantu
KATA PENGANTAR
Alhamdulillah, puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan limpahan rahmat dan hidayahnya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Tanpa adanya bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak tidaklah mudah untuk menyelesaikan skripsi ini, karena itu penulis menyampaikan terima kasih kepada:
1. Ayah, Almh Ibu dan Kakek yang selalu mendukung serta mendoakan sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.
2. Prof. Ari Handono Ramelan, M.Sc., Ph.D selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret.
3. Ibu Dr. Triana Kusumaningsih, M.Si selaku Kepala Prodi Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret.
4. Ibu Dr. Khoirina Dwi Nugrahaningtyas, M.Si selaku Dosen Pembimbing I dan Kepala Laboratorium Kimia FMIPA UNS.
5. Bapak Dian Maruto Widjonarko, M.Si selaku Dosen Pembimbing II.
6. Bapak-Ibu dosen Program Studi Kimia FMIPA UNS, atas ilmu yang telah diberikan.
7. Seluruh staf dan laboran Laboratorium Kimia dan Laboratorium MIPA Terpadu FMIPA UNS.
8. Sahabat penulis: Nana, Anis Robi, Maya, Dwi, Ika, Alika,Intan, Laras dan Fitri yang telah memberikan dukungan, doa, informasi dan semangatnya. 9. Tim riset katalis Mba Riri, Mba Irma, Mba Nanda, Mba Wendah, Mba Gesit,
Mas Ferdinan, Mas Aji, Mas Rujito, Yulita, Enggar, Nining yang sama-sama berjuang mengerjakan skripsi dan thesis.
10. Semua pihak yang telah membantu dalam penyusunan skripsi ini.
Semoga Allah SWT membalas kebaikan semua pihak yang telah membantu dalam penyelesaian Skripsi ini.
Surakarta, 7 Januari 2018
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL ... i
HALAMAN PENGESAHAN ... ii
PERNYATAAN ... iii
ABSTRAK ... iv
ABSTRACT ... v
MOTTO ... vi
PERSEMBAHAN ... vii
KATA PENGANTAR ... viii
DAFTAR ISI ... ix
DAFTAR GAMBAR ... xi
DAFTAR TABEL ... xiii
DAFTAR LAMPIRAN ... xiv
DAFTAR SINGKATAN ... xv
BAB I PENDAHULUAN ... 1
A. Latar Belakang Masalah ... 1
B. Perumusan Masalah ... 3
1. Identifikasi Masalah... 3
2. Batasan Masalah ... 5
3. Rumusan Masalah ... 5
C. Tujuan Penelitian ... 5
D. Manfaat Penelitian ... 5
BAB II LANDASAN TEORI ... 6
A. Tinjauan Pustaka ... 6
1. Biomassa Lignosellulosa ... 6
2. Bio-oil ... 9
3. Katalis ... 10
4. Katalis Co-Mo/USY... 12
5. Hydrocracking ... 17
C. Hipotesis ... 23
BAB III METODE PENELITIAN... 24
A. Tempat dan Waktu Penelitian. ... 24
B. Alat dan Bahan. ... 24
1. Alat. ... 24
2. Bahan. ... 25
C. Prosedur Penelitian... 25
1. Preparasi bio-oil pelepah kelapa sawit. ... 25
2. Uji Aktivitas Katalis. ... 25
D. Teknik Pengumpulan dan Analisis Data. ... 27
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN. ... 29
A. Komposisi Bio-oil Pelepah Kelapa Sawit ... 29
B. Produk Hydrocracking Bio-oil Sistem Alir... 31
1. Komposisi Senyawa Produk cair. ... 31
2. Rendemen Produk Total. ... 34
3. Selektivitas Produk Hydrocracking. ... 35
C. Produk Hydrocracking Bio-oil Sistem Batch ... 36
1. Komposisi Senyawa Produk cair. ... 36
2. Rendemen Produk Total. ... 39
3. Selektivitas Produk Bebas Oksigen dan Hydrocracking. ... 40
D. Karakter Katalis ... 41
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 44
A. Kesimpulan ... 44
B. Saran ... 44
DAFTAR PUSTAKA ... 45
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Struktur selulosa (Park et al., 2008) ... 6
Gambar 2.2 Struktur hemiselulosa (Park et al., 2008) ... 7
Gambar 2.3 Struktur lignin (Park et al., 2008) ... 8
Gambar 2.4 Katalis bifungsional (Hódar, 2012) ... 12
Gambar 2.5 Mekanisme pembukaan cincin metilsikloheksana(a) β-scissions, (b) protolitik scissions, (c) isomerisasi ... 13
Gambar 2.6 Konversi senyawa model β-O-4 lignin menggunakan katalis CoMo/Al2O3 (Jongerius et al., 2012) ... 14
Gambar 2.7 Pola difraktogram (a) USY (b) katalis Co-Mo/USY, (c) Co-Mo/USY dan (d) Mo-Co/USY (Rachmadhani, 2016) ... 16
Gambar 2.8 Spektra FTIR (a) USY (b) katalis Co-Mo/USY, (c) Co-Mo/USY dan (d) Mo-Co/USY (Rachmadhani, 2016) ... 17
Gambar 2.9 Efek tekanan hidrogen terhadap konversi dan selektivitas (Castaño et al., 2010)... 19
Gambar 2.10 Efek temperatur terhadap konsentrasi asam asetat selama reaksi hydrotreatment (Gunawan et al., 2013) ... 20
Gambar 3.1 Rangkaian alat pirolisis ... 25
Gambar 3.2 Rangkaian reaktor alir untuk reaksi hydrocracking (Hidayat et al., 2016) ... 26
Gambar 3.3 Rangkaian reaktor batch untuk reaksi hydrocracking (Larabi et al., 2016) ... 27
Gambar 4.1 Kromatogram bio-oil pelepah kelapa sawit ... 29
Gambar 4.2 Kromatogram hydrocracking bio-oil pelepah kelapa sawit sistem alir... 32
Gambar 4.3 Hubungan kenaikan temperatur dengan rendemen produk hydrocracking bio-oil ... 34
Gambar 4.5 Kromatogram hydrocracking bio-oil pelepah kelapa sawit
sistem batch ... 37 Gambar 4.6 Hubungan penambahan tekanan H2 dengan rendemen
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Komposisi kimia pada pelepah kelapa sawit
(Ginting dan Elizabeth, 2003) ... 8 Tabel 2.2 Kandungan bio-oil dan crude oil (Holmgren et al, 2008) ... 9 Tabel 2.3 Hasil analisis keasaman total dan luas permukaan
katalis (Rachmadhani, 2016) ... 15 Tabel 4.1 Komposisi senyawa bio-oil pelepah kelapa sawit ... 30 Tabel 4.2 Komposisi senyawa produk cair hasil reaksi hydrocracking
bio-oil sistem alir ... 33
Tabel 4.3 Komposisi senyawa produk cair hasil reaksi hydrocracking
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1 Gambar Bio-oil Pelepah Kelapa Sawit ... 52
Lampiran 2 Hasil GC ... 53
Lampiran 3 Hasil MS ... 60
Lampiran 4 Perhitungan Rendemen dan Selektivitas Produk ... 69
Lampiran 5 Selektivitas produk hydrocracking ... 70
DAFTAR SINGKATAN
Co Cobalt
Mo Molybdenum
Co-Mo/USY Cobalt-Molybdenum/Ultra Stable Y-Zeolite
USY Ultra Stable Y-Zeolite
FTIR Fourier Transform Infrared Spectroscopy
GC Gas Chromatography
