PROSES PRODUKSI TRIASETIN DARI REFINED GLYCEROL
PRODUK SAMPING PRODUKSI BIODIESEL DENGAN
MENGGUNAKAN KATALIS HETEROGEN POLI-(ASAM
STIRENA SULFONAT) BERBASIS LIMBAH EPS FOAM
(EXPANDED POLYSTERENE FOAM)
SKRIPSI
Oleh
AURYN SAPUTRA
160405059
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
PROSES PRODUKSI TRIASETIN DARI REFINED GLYCEROL
PRODUK SAMPING PRODUKSI BIODIESEL DENGAN
MENGGUNAKAN KATALIS HETEROGEN POLI-(ASAM
STIRENA SULFONAT) BERBASIS LIMBAH EPS FOAM
(EXPANDED POLYSTERENE FOAM)
SKRIPSI
Oleh
AURYN SAPUTRA
160405059
SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN
PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
i
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul :
PROSES PRODUKSI TRIASETIN DARI REFINED GLYCEROL PRODUK
SAMPING PRODUKSI BIODIESEL DENGAN MENGGUNAKAN
KATALIS HETEROGEN POLI-(ASAM STIRENA SULFONAT)
BERBASIS LIMBAH EPS FOAM (EXPANDED POLYSTERENE FOAM)
dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini adalah hasil karya kecuali kutipan-kutipan yang telah saya sebutkan sumbernya. Demikian persyaratan ini dibuat dengan sesungguhnya. Apabila dikemudian hari terbukti bahwa karya ini bukan karya saya atau merupakan hasil jiplakan, maka saya bersedia menerima sanksi sesuai aturan yang berlaku.
Medan, Januari 2021
Auryn Saputra NIM. 160405059
iii
LEMBAR PERSETUJUAN
Tim Penguji menyetujui perbaikan skripsi : Nama : Auryn Saputra
NIM : 160405059
Judul : PROSES PRODUKSI TRIASETIN DARI REFINED GLYCEROL
PRODUK SAMPING PRODUKSI BIODIESEL DENGAN
MENGGUNAKAN KATALIS HETEROGEN POLI-(ASAM
STIRENA SULFONAT) BERBASIS LIMBAH EPS FOAM (EXPANDED POLYSTERENE FOAM)
yang telah diperbaiki sesuai saran dari Tim Penguji.
Dosen Pembimbing
Prof. Dr. Ir. Renita Manurung, M.T …28/1/2021………
NIP. 19681214 199702 2 002
Dosen Penguji I
Dr. Ir. Taslim, M.Si., IPM …23/1/2021………
NIP. 19650101 199003 1 002
Dosen Penguji II
Dr. Eng. Rondang Tambun, S.T., M.T. …22/1/2021………
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat dan rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi/tugas akhir yang berjudul ”Proses Produksi Triasetin Dari Refined Glycerol Produk Samping Produksi Biodiesel Dengan Menggunakan Katalis Heterogen Poli-(Asam Stirena Sulfonat) Berbasis Limbah EPS Foam (Expanded Polysterene Foam)” dengan sebaik-baiknya dan tepat pada waktunya.
Adapun tujuan dari penulisan skripsi ini adalah sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan skripsi/tugas akhir di Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
Selama pelaksanaan dan penulisan hasil penelitian ini, penulis dibantu oleh banyak pihak, sehingga dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Orang tua saya Pak Salim Lioe dan Bu Lenny yang telah memberikan dukungan baik materil maupun spiritual.
2. Ibu Prof. Dr. Ir. Renita Manurung, M.T., sebagai Dosen Pembimbing yang telah banyak memberikan ilmu dan arahan dalam pelaksanaan dan penyelesaian skripsi ini.
3. Bapak Dr. Ir. Taslim, M.Si., IPM, sebagai Dosen Penguji I yang telah memberikan arahan dan masukan pada saat seminar proposal dan seminar hasil penelitian sehingga skripsi ini dapat diselesaikan dengan baik.
4. Bapak Dr. Eng. Rondang Tambun, S.T., M.T., sebagai Dosen Penguji II yang telah memberikan arahan dan masukan pada saat seminar proposal dan seminar hasil penelitian sehingga skripsi ini dapat diselesaikan dengan baik.
5. Bapak Dr. Ir. Bambang Trisakti, M.T. sebagai Koordinator Penelitian Departemen Teknik Kimia, Universitas Sumatera Utara.
6. Ibu Maya Sarah,S.T., M.T., Ph.D., IPM. sebagai Ketua Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
7. Ibu Erni, S.T., M.T., Ph.D sebagai Sekretaris Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
8. Ibu Prof. Dr. Zuhrina Masyithah, ST., M.Sc
.
. sebagai Dosen Pembimbing Akademik yang tetap memberikan motivasi dan semangat kepada penulis.9. Seluruh Dosen Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan ilmu yang sangat bermanfaat dan bantuan kepada penulis selama mengikuti perkuliahan.
10. Pegawai administrasi Departemen Teknik Kimia, terkhusus buat Kak Sri yang telah banyak membantu penulis dalam administrasi, Kak Wiwik yang telah membantu penulis dalam hal surat-menyurat, Kak Afifah yang telah mendukung dan selalu memberikan informasi seputar laboratorium, dan Kak Ning yang telah banyak mendukung, memberi semangat, dan informasi seputar dosen kepada penulis.
Pada akhirnya, demi kesempurnaan skripsi ini, penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang bersifat konstruktif dari semua pihak. Semoga Skripsi ini bermanfaat bagi semua pihak.
Medan, Januari 2021
Auryn Saputra
DEDIKASI
Skripsi ini saya persembahkan untuk :
Papa dan Mama tercinta
Dear Pa, Ma, Thanks for the sacrifice have given me, Thanks for the prayers that have always been with me. Without the inspiration, drive,
and support that you have given me, I might not be the person I am today. You’ve gone through a lot of struggle and pain, but I promise I won’t let all that go in vain. I will grow up to be the best I can be. One
of my Goals, to make both of you Smile Happily.
Adikku Tersayang :
Aurelia Saputri dan Alvin Saputra Terimakasih sudah menjadi adik yang baik, yang selalu memberikan dukungan, saran, May God always blessing you in
everything you do and make everything successful.
Personal Coach: Zulriady Syahputra
Thanks for every lesson has been taught to me from my early 20 until now, you direct me from wrong to right, every section in our meeting is a blessing for me. I’m
nothing without your advice and lesson and you always motivate me to be the best version of myself.
Nama : Auryn Saputra
NIM : 160405059
Tempat/Tgl. Lahir : Medan / 12 September 1998 Nama orang tua : Salim Lioe
Lenny
Alamat orang tua : Jl. MH Thamrin No. 69A/1, Medan, Sumatera Utara
Asal Sekolah:
SD Methodist-2 Medan, tahun 2004 – 20010 SMP Methodist-2 Medan, tahun 2010 – 2013 SMA Methodist-2 Medan, tahun 2013 – 2016 Pengalaman Organisasi/Kerja:
1. Koordinator Fakultas KMB Universitas Sumatera Utara, 2016 – 2017.
2. Anggota Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia Universitas Sumatera Utara, 2016-2020
3. Kerja Praktek di PT SMART Tbk, 11 November – 16 Desember 2019. Prestasi akademik/non akademik yang pernah dicapai:
1. -
Artikel yang akan dipublikasikan:
TALENTA Conference on Engineering, Science and Technology (TALENTA CEST 2020)
“The Influence Of The Amount Of Catalyst On The Degree Of Sulfonation In The Sulfonation Process On Waste-Based Expanded Polystyrene Foam Into Poly-(Styrene Sulfonic Acid)”
ABSTRAK
Peningkatan kapasitas produksi biodiesel yang terus meningkat dari tahun ke tahun menyebabkan semakin banyak produk samping produksi biodiesel berupa gliserol yang akan meningkat dan semakin menyebabkan penurunan harga gliserol. Crude Gliserol dihasilkan sebanyak 10-20% dari total produksi biodiesel Oleh sebab itu banyak penelitian difokuskan pada konversi gliserol menjadi produk bernilai tinggi dan bermanfaat Esterifikasi gliserol dengan menggunakan asam asetat akan menghasilkan suatu senyawa kimia yang dapat digunakan sebagai aditif disebut senyawa triasetil gliserol atau triasetin. Triasetin pada dasarnya digunakan sebagai bahan bakar tambahan untuk meningkatkan viskositas, sebagai
antiknock dan untuk memenuhi titik nyala standar dan stabilitas oksidasi dalam bensin dan
juga sebagai octan booster untuk bensin.Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh jumlah katalis poli–(asam stirena sulfonat) berbasis limbah EPS Foam (Expanded Polysterene
Foam) dan variasi perbandingan rasio molar asam asetat terhadap gliserol pada reaksi
esterifikasi dalam memproduksi triasetin. Metode yang dilakukan adalah reaksi esterifikasi antara gliserol dengan asam asetat menggunakan katalis PSSA. Berdasarkan penelitian yang dilakukan reaksi esterifikasi berhasil dilakukan yang ditunjukan oleh gugus fungsi pada uji FTIR dan didapat hasil terbaik pada rasio molar gliserol terhadap asam asetat 1:10 dengan berat katalis sebesar 2% dari berat gliserol menghasilkan konsentrasi triasetin sebesar 44,42% dan selektivitas sebesar 44,98% dengan waktu reaksi selama 2,5 jam dan pengadukan sebesar 650 rpm dengan suhu reaksi 100℃
ABSCTRACT
The increase in biodiesel production capacity which continues to increase from year to year causes more and more by-products of biodiesel production in the form of glycerol which will increase and further decrease the price of glycerol. Crude glycerol is produced as much as 10-20% of the total biodiesel production. Therefore, a lot of research is focused on the conversion of glycerol into high value and useful products. Esterification of glycerol using acetic acid will produce a chemical compound that can be used as an additive which is called triacetyl glycerol or triacetin. Triacetin is basically used as an additional fuel to increase viscosity, as an anticock and to meet the standard flash point and oxidation stability in gasoline and also as an octan booster for gasoline. This study aims to determine the effect of the amount of poly- (styrene sulfonic acid) catalyst based on EPS Foam Waste (Expanded Polysterene Foam) and variations in the molar ratio of acetic acid to glycerol on the esterification reaction in producing triacetin. The method used is the esterification reaction between glycerol and acetic acid using PSSA as the catalyst. Based on the research, the esterification reaction was successfully carried out as indicated by the functional groups in the FTIR test and the best results were obtained at the molar ratio of glycerol to acetic acid at 1:10 with amount of 2% catalyst weight of glycerol weight producing triacetin concentration of 44.42% and a selectivity of 44.98% with a reaction time of 2.5 hours and a stirring of 650 rpm with 100ºC temperature reaction.
DAFTAR ISI
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ... i
PENGESAHAN SKRIPSI ii
LEMBAR PERSETUJUAN iii
KATA PENGANTAR iv DEDIKASI vi RIWAYAT HIDUP PENULIS vii ABSTRAK viii ABSTRACT ix
DAFTAR ISI ... x
DAFTAR GAMBAR ... xiii
DAFTAR TABEL ... xiv
DAFTAR LAMPIRAN ... xv BAB I ... 1 PENDAHULUAN ... 1 1.1 LATAR BELAKANG ... 1 1.2 PERUMUSAN MASALAH ... 6 1.3 TUJUAN PENELITIAN ... 7 1.4 MANFAAT PENELITIAN ... 7
1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN ... 7
BAB II ... 9
TINJAUAN PUSTAKA ... 9
2.1 TRIASETIN (GLISEROL TRIASETAT) ... 9
2.1.1 KEGUNAAN TRIASETIN ... 9
2.1.2 METODE PRODUKSI TRIASETIN ... 10
2.1.3 KARAKTERISASI SENYAWA TRIASETIN ... 12
2.2 REFINED GLISEROL SEBAGAI BAHAN BAKU SINTESIS TRIASETIN ... 14
2.2.2 KARAKTERISASI GLISEROL ... 15
2.3 PROSES ESTERIFIKASI GLISEROL ... 16
2.3.1 MEKANISME REAKSI ESTERIFIKASI GLISEROL ... 16
2.3.2 FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI REAKSI ESTERIFIKASI ... 19
2.4 POTENSI EKONOMI TRIASETIN DARI CRUDE GLISEROL... 21
BAB III ... 24
METODOLOGI PENELITIAN ... 24
3.1 LOKASI DAN WAKTU PENELITIAN ... 24
3.2 BAHAN PENELITIAN ... 24
3.3 PERALATAN PENELITIAN ... 24
3.4 TAHAPAN PENELITIAN ... 25
3.5 RANCANGAN PENELITIAN ... 25
3.6 PROSEDUR PENELITIAN ... 26
3.6.1 TAHAP PERCOBAAN PERBANDINGAN VARIASI GLISEROL : ASAM ASETAT DAN JUMLAH KATALIS (ESTERIFIKASI) ... 26
3.7 RANGKAIAN ALAT PENELITIAN ... 27
3.8 FLOW CHART PENELITIAN ... 28
3.8.1 TAHAP PERCOBAAN PERBANDINGAN VARIASI GLISEROL : ASAM ASETAT DAN JUMLAH KATALIS (ESTERIFIKASI) ... 28
3.9 PROSEDUR ANALISA ... 29
3.9.1 PROSEDUR ANALISA KONSENTRASI SENYAWA TRIASETIN29 3.9.2 PROSEDUR ANALISA GUGUS FUNGSI SENYAWA GLISEROL DAN TRIASETIN ... 29
BAB IV ... 30
HASIL DAN PEMBAHASAN ... 30
4.1 PENGGUNAAN KATALIS POLI–(ASAM STIRENA SULFONAT) BERBASIS EPS FOAM (EXPANDED POLYSTERENE FOAM) PADA PROSES ESTERIFIKASI TERHADAP PRODUK TRIASETIN ... 30
4.1.1 ANALISA GC-MS DARI HASIL ESTERIFIKASI GLISEROL DENGAN ASAM ASETAT... 31
4.1.2 KATALIS PSSA BERBASIS EPS FOAM (EXPANDED POLYSTERENE FOAM) DALAM REAKSI ESTERIFIKASI GLISEROL DAN ASAM ASETAT ... 34
BAB V ... 37
KESIMPULAN DAN SARAN ... 37
5.1 KESIMPULAN ... 37
5.2 SARAN ... 37
DAFTAR PUSTAKA ... 39
LAMPIRAN A ... 46
CONTOH PERHITUNGAN... 46
LA.1 PERHITUNGAN KEBUTUHAN REAKSI ESTERIFIKASI ... 46
LA.1.2 KEBUTUHAN KATALIS PSSA ... 47
LAMPIRAN B ... 48
DOKUMENTASI PENELITIAN ... 48
LB.1 PROSES APLIKASI KATALIS PSSA UNTUK REAKSI ESTERIFIKASI GLISEROL MENJADI TRIASETIN ... 48
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Struktur Kimia Triasetin 10
Gambar 2.2 Mekanisme Pembentukan Senyawa Proton pada Asam
Karboksilat 18
Gambar 2.3 Mekanisme Alkohol Nukleofilik Menyerang Karbon Positif 18 Gambar 2.4 Mekanisme Protonasi Terhadap Gugus Hidroksil 18
Gambar 2.5 Mekanisme Reaksi Esterifikasi 19
Gambar 2.6 Mekanisme Reaksi Esterifikasi Gliserol 19
Gambar 2.7 Aplikasi gliserol sebagai bahan baku sintesis bahan kimia
yang bernilai tinggi 23
Gambar 3.1 Diagram Blok Tahapan Penelitian 26
Gambar 3.2 Rangkaian Peralatan Esterifikasi Gliserol 30
Gambar 3.3 Flowchart Perbandingan Variasi Gliserol : Asam Asetat Dan
Jumlah Katalis (Esterifikasi) 31
Gambar 4.1 Hasil Analisis Komposisi Menggunakan GC-MS Produk Reaksi Esterifikasi Gliserol dan Asam Asetat pada Rasio Molar 1:10 (M/M) dengan Jumlah Katalis PSSA Sebanyak 1%
(a). Mass Spectrometry Peak 1 (b). Mass Spectrometry Peak 2 (c) Kromatogram
Gambar 4.2 Selektivitas Katalis PSSA Terhadap Produk Triasetin Pada Esterifikasi Gliserol Dan Asam Asetat dilakukan pada Rasio Molar 1 :10
Gambar B.1 Rangkaian Peralatan Aplikasi Katalis PSSA Untuk Reaksi Esterifikasi
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 1.1 Penelitian-penelitian Terdahulu tentang Pembuatan Triasetin
dengan Menggunakan Katalis Asam Padat 3
Tabel 2.1 Sifat-Sifat Fisika Triasetin 10
Tabel 2.2 Sifat Triasetin yang Ditentukan 13
Tabel 2.3 Informasi Tambahan Senyawa Triasetin 13
Tabel 2.4 Panjang Gelombang Hasil Spektra IR Sampel 14
Tabel 2.5 Standar Triasetin Produk Dari Gliserol Sebagai Aditif Biodiesel 15
Tabel 2.6 Aplikasi Industri Gliserol 16
Tabel 3.1 Rancangan Percobaan Penelitian Esterifikasi Gliserol 27
Tabel 4.1 Sifat Fisik dari Refined Gliserol 35
Tabel 4.2 Kristalinitas EPS Foam dan PSSA 35
Tabel A.1 Hasil Analisis Kromatogram Produk Reaksi Esterifikasi Gliserol 57 Tabel B.1 Perhitungan Kebutuhan Gliserol Dan Asam Asetat Berdasarkan Rasio
Molar 61
DAFTAR LAMPIRAN
LAMPIRAN A CONTOH PERHITUNGAN ... 46
LA.1 PERHITUNGAN KEBUTUHAN REAKSI ESTERIFIKASI ... 46
LA.1.1 KEBUTUHAN KATALIS PSSA ... 47
LAMPIRAN B DOKUMENTASI PENELITIAN ... 48
LB.1 PROSES APLIKASI KATALIS PSSA UNTUK REAKSI ESTERIFIKASI GLISEROL MENJADI TRIASETIN ... 48
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANGDalam beberapa tahun terakhir, produksi biodiesel telah meningkat pesat sebagai salah satu alternatif untuk mengimbangi menipisnya sumber daya fosil. Biodiesel dapat diperbaharui, biodegradable dan tidak beracun sehingga dianggap sebagai alternatif untuk bahan bakar diesel (Estevez;dkk, 2016). Biofuel dipandang sebagai salah satu sumber energi terbarukan yang dapat dikembangkan sebagai penyeimbang atau bahkan pengganti energi fosil, salah satunya B100 yang akan memenuhi kebutuhan energi di masa mendatang sehingga dalam memenuhi target suplai energi mulai dirintis penggunaannya (Sulaiman, dkk; 2019). Crude Gliserol dihasilkan sebanyak 10-20% dari total produksi biodiesel (Singhabhandhu,dkk, 2010 dan Quispe;dkk, 2013). Oleh sebab itu banyak penelitian difokuskan pada konversi gliserol menjadi produk bernilai tinggi dan bermanfaat (Umar;dkk, 2019) Gliserol adalah molekul polar yang tidak cocok untuk dicampur dengan bahan bakar karena rendahnya kelarutan dalam hidrokarbon. Namun, gliserol dianggap sebagai bahan baku yang baik untuk menghasilkan aditif teroksigenasi dalam bahan bakar karena kandungan oksigen yang tinggi sekitar 52% dari berat total (Mota;dkk, 2010), oleh sebab itu gliserol memiliki potensi menjadi aditif bahan bakar.
Aditif bahan bakar adalah zat yang ditambahkan atau dicampur dengan bahan bakar terutama bensin, diesel dan atau biodiesel untuk meningkatkan sifat bahan bakarnya sehingga menghasilkan kinerja yang sangat baik. Ketika ditambahkan ke bahan bakar, dapat mengurangi emisi berbahaya seperti hidrokarbon, partikel, emisi CO2 dan NOx dan juga meningkatkan sifat viskositas, antiknock, oktan, setan dan aliran dingin bahan bakar serta meningkatkan stabilitas termal, kebersihan dan mencegah korosi dari bagian- bagian mesin mesin (Umar;dkk, 2019).
Aditif bahan bakar yang paling umum adalah yang mengandung alkohol, eter, atau gugus fungsi ester dan dapat dilakukan melalui reaksi eterifikasi, esterifikasi, transesterifikasi, dan asetilasi, menghasilkan eter, ester, dan asetal gliserol. Esterifikasi gliserol dengan menggunakan asam asetat akan menghasilkan suatu senyawa kimia yang dapat digunakan sebagai aditif disebut senyawa triasetil
2
gliserol atau triasetin (Mallesham, dkk., 2016 dan Gonçalves, dkk., 2008). Triasetin pada dasarnya digunakan sebagai bahan bakar tambahan untuk meningkatkan viskositas, sebagai antiknock dan untuk memenuhi titik nyala standar dan stabilitas oksidasi dalam bensin (Liao,dkk, 2009), dan juga sebagai octan booster untuk bensin (Setyaningsih,dkk, 2018).
Triasetin dapat diproduksi melalui reaksi antara gliserol dengan asam asetat dengan menggunakan katalis homogen seperti, H2SO4, HCl, and H3PO4 (Rane;dkk, 2016) dan katalis asam padat (heterogen) seperti gugus asam sulfonat yang terbuat dari silika mesopori katalis SO42–/-Al2O3 dan Cu-Ni/-Al2O3 (Melero;dkk, 2006). Akan tetapi, penggunaan katalis homogen menimbulkan korosi terhadap bahan (Veluturla, dkk., 2017), produksi senyawa beracun, kesulitan dalam hal pemisahan dari produk utama (Costa, dkk., 2016) sedangkan untuk katalis heterogen dapat mencegah korosi, mudahnya pemisahan katalis, dan mencegah ekstra netralisasi katalis homogen serta mencegah produksi limbah dan produk samping (Rane,2016 dan Jagadeeswaraiah, 2010).
Pemanfaatan katalis asam padat untuk reaksi esterifikasi gliserol dengan asam asetat menghasilkan senyawa triasetin telah dilaporkan sebelumnya. Adapun penelitian-penelitian terdahulu tentang pembuatan triasetin dengan katalis asam padat disajikan pada Tabel 1.1 berikut:
3
Tabel 1.1 Penelitian-penelitian Terdahulu tentang Pembuatan Triasetin dengan Menggunakan Katalis Asam Padat
No Nama
Peneliti Judul Penelitian
Variabel Hasil Penelitian Tetap Berubah 1. Costa, dkk., 2016 Influence of Acidic Properties of
Different Solid Acid
Catalysts for
Glycerol Acetylation
• Waktu kalsinasi katalis = 6 jam
• Suhu kalsinasi katalis = 540oC
• Rasio molar asam asetat : gliserol = 6 : 1
Jumlah katalis = 4wt%
• Variasi jenis katalis = SBA-15, Pr-SO3H-SBA-15, Zeolit H-ZSM-5 dan H-Beta • Variasi waktu reaksi = 30, 60, 90, 120, 150, 180, 210, 240, dan 270 menit
Konversi asetilasi gliserol dengan katalis Pr-SO3H-SBA-15 sebesar 96% dengan selektivitas (DAG dan TAG) sebesar 87% dengan waktu reaksi 150 menit (2,5 jam)
2. Karnjan - kom, dkk., 2018 Ultrasound Assisted Acetylation of Glycerol for Triacetin Production Over Green Catalyst: A Liquid Biofuel Candidate
• Jumlah katalis = 5wt% dari gliserol
• Variasi jenis katalis = gliserol-karbon, SO3 H-gliserol-karbon, Amberlyst-35, SiO2-Tosic acid, H-USY, dan Al2O3
• Variasi rasio molar asam asetat : gliserol = 8 : 1 -24 : 1
• Variasi waktu = 30-210 menit
• Variasi suhu reaksi = 60-120oC
• Variasi ultrasonic power = 40 – 100 W
Kondisi optimum pada rasio molar sebesar 8 : 1, suhu reaksi 100oC, waktu reaksi 150 menit, dan ultrasonic power sebesar 80 W dengan selektivitas mencapai 100% dengan katalis SO3 H-gliserol-karbon
4
No Nama
Peneliti Judul Penelitian
Variabel Hasil Penelitian Tetap Berubah 3. Morales; dkk, 2011 Sulfonic Acid Functionalized Catalysts for the Valorization of
Glycerol via
Transesterification with Methyl Acetate
• Suhu reaksi = 170oC
• Waktu reaksi = 4 jam • Variasi jenis katalis =Amberlyst-70, Pr-SBA-15, SBA-15, Ar-SBA-15(30), Naflon SAC-13, Pr-SO3H-SiO2, Tosic Acid- SiO2 • Variasi rasio molar = 10:1, 30:1,
50:1
• Variasi berat katalis = 2,5%, 5%, 7,5% dari gliserol
Kondisi optimum
diperoleh pada rasio molar metil asetat : gliserol 50:1 , berat katalis 7,5 wt% Dengan konversi mencapai 99,5% dan selektivitas ( TAG dan DAG) sebesar 74,2% dengan katalis Ar-SBA-15 (Arenesulfonic Acid-Functionalized Mesostructured Silica) 4. Tangesta nifard dan Ghaziask ar, 2017 Arenesulfonic Acid-Functionalized Bentonite as Catalyst in Glycerol Esterification with Acetic Acid
• Suhu aktivasi katalis = 90oC
• Waku aktivasi katalis = 24 jam • Rasio gliserol : asam
asetat : toluene : 7 : 1 : 1,4 • Berat katalis : 0,074 wt% dari gliserol • Suhu Reaksi :s 100oC
• Variasi Katalis : Tanpa Katalis, H-BEN(Acidified Bentonite), AS-BEN (Arenesulfonic Acid Bentonite)
• Variasi Waktu : 0,5 jam dan 3 jam
Kondisi optimum
diperoleh pada rasio molar asam asetat : gliserol : toluene = 7: 1: 1,4, berat katalis 0,074 wt%
Dengan konversi sebesar 96% dan selektivitas mencapai 100 % dengan
katalis AS-BEN
(Arenesulfonic Acid Bentonite), selama 3 jam
5
No Nama
Peneliti Judul Penelitian
Variabel Hasil Penelitian Tetap Berubah 5. Chamack , dkk., 2018 Zirconium Modified Mesoporous Silica as an Efficient Catalyst for The Production of Fuel Additives from Glycerol
• Suhu reaksi = 105oC • Kecepatan
pengadukan = 700 rpm
• Rasio molar gliserol : AC = 1 : 12
• Jumlah katalis = 12g/L
• Waktu reaksi = 2, 6, 20 jam Kondisi Optimum Selektivitas produk yang diinginkan (TAG dan DAG) mencapai 91% dengan konversi yang sempurna menggunakan katalis H3PW12O40 pada waktu reaksi 20 jam
6. Anggrea wan, 2019
Pemanfaatan Gliserol Dari Produk Samping Pembuatan Biodiesel
Menjadi Triasetin
Dengan Menggunakan Katalis Heterogen Sio2
-H3PO4 Berbasis Daun Bambu • Reaksi = 4 jam • Suhu reaksi= 100oC • Kecepatan pengadukan=300 rpm • Rasio massa gliserol :
asam asetat = 1 : 9 (b/b)
• Variasi berat katalis = 3%, 5%, 7% • Rasio Molar SiO2-H3PO4 (M/M)
= 1:2, 1:3, 1:4
Kondisi Optimum SiO2 -H3PO4 tipe katalis SiO2 -H3PO4 1 : 2 (M/M) dengan berat katalis 5% dari berat gliserol, konversi gliserol 99,73%,, konsentrasi triasetin 18,53%, dan selektivitas 22,84%.
6
Berdasarkan penelitian-penelitian pada Tabel 1.1 tersebut, dapat dilihat bahwa katalis padat yang mengandung SO3H, pada penelitian :
• Costa,dkk (2016) didapat konversi gliserol sebesar 96% dan selektivitas (TAG dan DAG) sebesar 87% dengan katalis Pr-SO3H-SBA, selama 150 menit • Karnjankom,dkk (2018) di dapat selektivitas mencapai 100% dengan katalis
SO3H-gliserol-karbon, suhu sebesar 100oC, selama 150 menit
• Morales,dkk (2011) di dapat konversi mencapai 99,5% dan selektivitas ( TAG dan DAG) sebesar 74,2% dengan katalis Ar-SBA-15 (Arenesulfonic acid-functionalized mesostructured silica) sebanyak, suhu sebesar 170oC selama 4 jam
• Tangestanifard dan Ghaziaskar (2017) di dapat konversi gliserol sebesar 96% dan selektivitas sebesar 100% dengan katalis AS-BEN (Arenesulfonic Acid Bentonite), suhu sebesar 100oC, selama 3 jam
Keempat peneliti diatas menggunakan katalis berbasis sulfonat (SO3H) pada pembuatan triasetin dapat memberikan konversi dan selektivitas yang baik. Katalis berbasis sulfonat dengan bahan baku EPS Foam (Expanded Polysterene Foam) diduga juga dapat memberikan hasil yang baik, tetapi penggunaan katalis yang telah dilaporkan oleh Ditama (2013) adalah pada proses reaksi eterifikasi dengan hasil produk berupa mono–benzil gliserol eter, 1,3–dibenzilgliserol eter, dan dibenzil eter dengan waktu reaksi selama 12 jam pada kondisi suhu 110°C dengan nilai konversi secara berurut sebesar 8,1%, 2,6%, dan 9,8%, sehingga penggunaan katalis ini pada rekasi esterifikasi masih perlu dikaji.
Oleh karena itu peneliti ingin mencoba menggunakan katalis poli–(asam stirena sulfonat) yang mengandung SO3H sebagai katalis pada proses produksi triasetin dari
refined glycerol produk samping produksi biodiesel dengan menggunakan katalis heterogen poli-(asam stirena sulfonat) berbasis limbah eps foam (expanded polysterene foam), sehingga perlu dilakukan kajian penelitian tersebut.
1.2 PERUMUSAN MASALAH
Pembuatan triasetin sebagai fuel additive dengan pemanfaatan bahan baku Refined gliserol yang berasal dari PT. Wilmar Bioenergi Indonesia dengan menggunakan katalis heterogen asam padat berupa poli–(asam stirena sulfonat)
7
berbasis limbah eps foam (expanded polysterene foam) belum pernah dilakukan oleh karena itu perlu dikaji kembali pada penelitian ini. Untuk menjangkau kajian tersebut penelitian ini ditekankan pada pembuatan triasetin melalui proses esterifikasi gliserol dengan asam asetat dengan rumusan masalah adalah sebagai berikut:
1. Bagaimana pengaruh jumlah katalis poli–(asam stirena sulfonat) berbasis limbah eps foam (expanded polysterene foam) dan variasi perbandingan rasio molar asam asetat terhadap gliserol pada reaksi esterifikasi dalam memproduksi triasetin
2. Bagaimana selektivitas katalis terhadap senyawa triasetin yang dihasilkan dari reaksi esterifikasi gliserol menggunakan katalis poli–(asam stirena sulfonat) berbasis limbah eps foam (expanded polysterene foam)
1.3 TUJUAN PENELITIAN
Adapun tujuan penelitian ini adalah:
1. Memperoleh hubungan antara jumlah katalis poli–(asam stirena sulfonat) berbasis limbah eps foam (expanded polysterene foam) dan rasio molar asam asetat terhadap gliserol pada reaksi esterifikasi dalam memproduksi triasetin. 2. Mengetahui selektivitas katalis terhadap senyawa triasetin yang dihasilkan dari
reaksi esterifikasi gliserol menggunakan katalis poli–(asam stirena sulfonat) berbasis limbah eps foam (expanded polysterene foam) .
1.4 MANFAAT PENELITIAN
Adapun manfaat dari penelitian ini adalah:
1. Memberikan informasi mengenai penggunaan katalis poli–(asam stirena
sulfonat) berbasis limbah eps foam (expanded polysterene foam) untuk reaksi esterifikasi.
2. Memberikan informasi mengenai pembuatan triasetin dari gliserol produk samping dari industri biodiesel.
1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN
1. Penelitian dilakukan di Laboratorium Penelitian dan Laboratorium Teknologi Oleokimia, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, Medan.
8
2. Bahan baku yang digunakan adalah Refined Glycerol yang berasal dari pabrik pembuatan biodiesel di PT. Wilmar Bioenergi Indonesia, Pelintung Medang Kampai, Dumai, Riau.
3. Katalis PSSA yang digunakan berbahan baku EPS Foam (kotak) Pembuatan katalis heterogen poli-(asam stirena sulfonat) dilakukan dengan kondisi reaksi:
• Rasio EPS Foam : H2SO4 = 1 : 33,33 (b/v) • Rasio EPS Foam : etil asetat = 1 : 20 (b/v) • Rasio Ag2SO4 : EPS Foam = 2% (b/b) • Waktu reaksi = 20 menit
• Suhu reaksi = 60-70℃
• Kecepatan pengadukan = 300 rpm
4. Reaksi esterifikasi dilakukan dengan kondisi reaksi (Karnjanakom;dkk 2018; Costa;dkk, 2016):
a. Variabel tetap
• Temperatur reaksi = 100 oC
• Kecepatan Pengadukan = 650 rpm
• Waktu reaksi = 2,5 jam
b. Variabel bebas
• Rasio molar gliserol : asam asetat = 1:6; 1:7; 1:8; 1:9; 1:10 (m/m) • Jumlah katalisterhadap massa gliserol= 1%; 2%; 3%; 4%; 5% (b/b) 5. Analisa yang dilakukan adalah:
Analisa produk triasetin
• Analisa komposisi triasetin menggunakan Gas Chromatography Mass Spectrometer (GC-MS)
• Analisa gugus fungsi triasetin menggunakan Fourier-Transform Infrared Spectroscopy (FTIR)
9
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 TRIASETIN (GLISEROL TRIASETAT)
Triasetin atau gliserol triasetat dengan nama IUPAC 1,2,3-Triacetoxypropane, 1,2,3-Triacetylglycerol, Glyceryl triacetate dengan rumus kimia C9H14O6 (Sigma-Aldrich, 2019). Triasetin adalah ester tidak berwarna, mudah larut dalam hidrokarbon aromatik bahkan hingga sebagian besar pelarut organik tetapi tidak larut dalam hidrokarbon alifatik, minyak mineral, dan minyak nabati ataupun hewani dan memiliki kelarutan yang rendah dalam air (Lanxess, 2010). Triasetin diperoleh dengan menggunakan reaksi antara gliserol dan asam asetat, serta gliserol dan anhidrida asetat dengan menggunakan katalis asam homogen atau heterogen (Lacerda;dkk, 2015). Bentuk struktur kimia triasetin dapat ditunjukkan pada Gambar 2.1 berikut:
Gambar 2.1 Struktur Kimia Triasetin (EPA, 2012)
. Adapun sifat-sifat fisika triasetin dapat dilihat pada Tabel 2.1 berikut: Tabel 2.1 Sifat-Sifat Fisika Triasetin (Sigma-Aldrich, 2019).
No. Sifat Fisika Nilai
1. Relative density 1,16 g/cm3
2. Titik Lebur 3oC
3. Titik Didih 258oC
4. Berat Molekul 218,2 gram/mol
5. Densitas Uap 7,53
2.1.1 KEGUNAAN TRIASETIN
Fungsi Triasetin menurut Lanxess (2010) dan Puspitasari (2018) adalah meiliki kesesuaian dalam pemadatan serat selulosa asetil pada pembuatan filter rokok , memiliki daya larut yang sangat baik dalam sejumlah zat organik, memiliki efek
10
plastisasi yang baik untuk berbagai plastik seperti selulosa asetat atau selulosa asetobutirat serta untuk cat berbasis selulosa, memiliki kompatibilitas yang baik dengan karet alam dan sintetis, plasticizing NBR, derivatif selulosa , sebagai bahan aroma dalam permen, minuman dari susu, minuman ringan dan permen karet, sebagai pelarut pada parfum dan tinta cetak.
Fungsi Triasetin sebagai aditif biodiesel dapat meningkatkan angka setana sehingga mengurangi emisi nitrogen oksida ke tingkat emisi yang dapat diterima (Wepoh, 2015) serta memperbaiki performa pada biodiesel, menghasilkan NO rendah emisi sampai batas yang wajar. Penggunaan aditif ini dapat mengurangi asap knalpot mesin karena pengurangan molekul karbon dalam campuran bahan bakar. Triasetin (C9H14O6) adalah aditif anti - knocking yang baik dan mudah larut dalam biodiesel. Triasetin juga memiliki manfaat untuk menekan ketukan mesin, meningkatkan kinerja dan mengurangi emisi pipa ekor dimana dengan pencampuran 10% (b/b) dari triasetin untuk biodiesel dapat memberikan kinerja yang lebih baik dibandingkan dengan biodiesel murni (Aktawan dan Zahrul, 2016 dan Wepoh, 2015).
2.1.2 METODE PRODUKSI TRIASETIN
Triasetin dapat diperoleh dengan menggunakan metode esterifikasi gliserol. Asam asetat adalah pereaksi yang paling umum digunakan dalam reaksi esterifikasi gliserol (Mallesham;dkk, 2016). Asetilasi termasuk substitusi atom hidrogen dari gugus hidroksil dengan gugus asetil yang menghasilkan gugus asetoksi. Senyawa kimia yang digunakan adalah gliserol yang memiliki gugus hidroksil dan asam asetat yang memiliki gugus fungsi asetil (Wepoh, 2015). Monoacetylglycerol atau monoasetin (MAG), diacetylglycerol atau diasetin (DAG) dan triacetylglycerol atau triasetin (TAG) diperoleh melalui reaksi esterifikasi. Di antara ketiga produk tersebut, triacetylglycerol atau triasetin (TAG) dianggap sebagai aditif teroksigenasi yang paling efektif dalam meningkatkan viskositas diesel dan biodiesel dan sifat dingin serta meningkatkan jumlah setana diesel dan mengurangi emisi gas berbahaya. Terlebih lagi, TAG adalah penguat oktan untuk bensin.(Martin;dkk, 2019)
11
Morales; dkk (2011) dengan judul penelitian “Sulfonic Acid Functionalized Catalysts for the Valorization of Glycerol via Transesterification with Methyl Acetate” dengan rancangan penelitian variabel tetap dengan suhu reaksi 170oC, waktu reaksi 4 jam dan variabel berubah berupa variasi jenis katalis: Amberlyst-70, Pr-SBA-15, Ar-SBA-15, Ar-SBA-15(30), Naflon SAC-13, Pr-SO3H-SiO2, Tosic Acid- SiO2, dengan variasi rasio molar sebesar 10:1, 30:1, 50:1 , variasi berat katalis sebesar 2,5%, 5%, 7,5% dari gliserol diperoleh hasil terbaik pada rasio molar metil asetat : gliserol 50:1 , berat katalis 7,5 wt% dengan konversi mencapai 99,5% dan selektivitas (TAG dan DAG) sebesar 74,2% menggunakan katalis Ar-SBA-15 (Arenesulfonic Acid-Functionalized Mesostructured Silica).
Costa, dkk (2016) dengan judul penelitian “Influence of Acidic Properties of Different Solid Acid Catalysts for Glycerol Acetylation” dengan rancangan penelitian untuk variabel tetap dengan waktu kalsinasi katalis selama 6 jam, suhu kalsinasi katalis sebesar 540oC, rasio molar asam asetat : gliserol sebesar 6 : 1 dan jumlah katalis sebesar 4wt% dan variabel berubah jenis katalis: SBA-15, Pr-SO3H-SBA-15, Zeolit H-ZSM-5 dan H-Beta dan variasi waktu reaksi : 30, 60, 90, 120, 150, 180, 210, 240, dan 270 menit diperoleh hasil terbaik pada konversi asetilasi gliserol dengan katalis Pr-SO3H-SBA-15 sebesar 96% dengan selektivitas (DAG dan TAG) sebesar 87% dengan waktu reaksi 150 menit (2,5 jam)
Tangestanifard dan Ghaziaskar (2017) dengan judul penelitian “Arenesulfonic Acid Functionalized Bentonite as Catalyst in Glycerol Esterification with Acetic Acid” dengan rancangan penelitian variabel tetap berupa suhu aktivasi katalis sebesar 90oC, waktu aktivasi katalis selama 24 jam, rasio gliserol : asam asetat : toluene sebesar 7 : 1 : 1,4, berat katalis 0,074 wt% dari gliserol dan suhu reaksi sebesar 100oC dengan variabel berubah yaitu: variasi katalis dan tanpa Katalis, H-BEN(Acidified Bentonite), AS-BEN (Arenesulfonic Acid Bentonite) dan variasi waktu 0,5 jam dan 3 jam diperoleh kondisi optimum diperoleh pada rasio molar asam asetat : gliserol : toluene sebesar 7: 1: 1,4, berat katalis 0,074 wt% dengan konversi sebesar 96% dan selektivitas mencapai 100 % dengan katalis AS-BEN (Arenesulfonic Acid Bentonite), selama 3 jam.
Karnjankom, dkk (2018) dengan judul penelitian “Ultrasound Assisted Acetylation of Glycerol for Triacetin Production Over Green Catalyst: A Liquid
12
Biofuel Candidate” dengan rancangan penelitian untuk variabel tetap jumlah katalis sebesar 5wt% dari gliserol dan variabel berubah variasi jenis katalis: gliserol-karbon, SO3H-gliserol-karbon, Amberlyst-35, SiO2-Tosic acid, H-USY, dan Al2O3 ,variasi rasio molar asam asetat : gliserol sebesar 8 : 1 -24 : 1, variasi waktu selama 30-210 menit, variasi suhu reaksi sebesar 60-120oC, variasi ultrasonic power dari 40 – 100 W diperoleh hasil terbaik kondisi optimum pada rasio molar sebesar 8 : 1, suhu reaksi 100oC, waktu reaksi 150 menit (2,5 jam) dan ultrasonic power sebesar 80 W dengan selektivitas mencapai 100% dengan katalis SO3H-gliserol-karbon.
Pada penelitian ini, peneliti akan mencoba memproduksi triasetin dengan menggunakan katalis asam padat poli-(asam stirena sulfonat) , dimana menggunakan SO3H yang berasal dari limbah eps foam (expanded polysterene foam) .
2.1.3 KARAKTERISASI SENYAWA TRIASETIN
Berikut sifat triasetin yang ditentukan (Specified Properties) dapat dilihat pada Tabel 2.2 berikut:
Tabel 2.2 Sifat Triasetin yang Ditentukan (Lanxess, 2010).
No. Properti Rentang Nilai Nominal
1. Indeks Bias 1,4305-1,4325
2. Asam Asetat Bebas Max. 30 Ppm
3. Warna Hazen Max. 15
4. Kandungan Air Max. 0,1%
Tabel 2.3 Informasi Tambahan Senyawa Triasetin (Lanxess, 2010).
No. Properti Nilai Khas
1. Densitas pada 20oC ±1,155 g/cm3 2. Viskositas pada 20oC ±23 mPas 3. Nilai Saponifikasi ±770 Mg KOH/g
4. Flash Point ±140 oC
5. Titik didih ±140 oC
Senyawa triasetin dikarakterisasi dengan metode analisa kualitatif dan kuantitatif. Berdasarkan penelitian analisis kualitatif triasetin dilakukan menggunakan alat Fourier Transform Infra Red (FTIR) untuk mengetahui keberadaannya senyawa triasetin (Rizki;dkk, 2015) dan analisis kuantitatif dilakukan menggunakan metode titrasi asidi-alkalimetri menggunakan larutan NaOH 0,5 N sebagai penitran sehingga
13
dapat diperoleh nilai konversi gliserol pada proses esterifikasi gliserol dengan asam asetat (Satriadi, 2015).
Spektra IR sampel produk yang mengandung senyawa triasetin dapat ditunjukkan pada Tabel 2.4 berikut:
Tabel 2.4 Panjang Gelombang Hasil Spektra IR Sampel (Satriadi, 2015). Panjang Gelombang (cm-1) Gugus Fungsi
538,58 C – Br 605,68 C – Cl 852,84 C – C 881,10 C – C 958,93 C – C 1050,76 C – F 1135,39 C – F 1233,77 C – F 1372,34 CH3-, -CH2- 1450,37 CH3-, -CH2- 1647,32 C = C 1743,65 C = O (Ester) 2960,56 C – H (Alifatik) 3538,58 C – Br
Menurut Satriadi (2015) Triasetin memiliki gugus fungsi CH3COOCH2CH(CH3COO)CH2(CH3COO) yang tergolong dalam grup ester dengan panjang gelombang 1700 – 1750 cm-1.
Adapun standar untuk Triasetin produk dari gliserol sebagai aditif biodiesel
14
Tabel 2.5 Standar Triasetin produk dari gliserol sebagai aditif biodiesel menurut
Melero;dkk (2010) dan Dosuna dan E. M. (2012)
No. Uji Spesifikasi Satuan Metode
1. Oksigen 44,00 (wt%) - 2. Densitas 1158 (kg/m3) EN ISO 3675 3. Viskositas 7,20 (mm2/s) EN ISO 3104 4. Titik Didih 258 (ºC) - 5. 6. 7. Titik Nyala Nilai Keasaman Stabilitas Oksidasi (110ºC) 138 0,02 6 (ºC) (mg KOH/g) Jam - EN 14104 ASTM D6751
Salah satu aplikasi yang menjanjikan dari gliserol adalah produk turunanya menjadi 1,2,3-triacetoxypropane, yang juga dikenal sebagai gliserol triasetat, triasetin atau triacetylglycerol. Ketika digunakan sebagai aditif fungsinya dapat mencegah kristalisasi biodiesel yang disebabkan oleh perubahan suhu sehingga menyebabkan penyumbatan pada mesin. (Lacerda;dkk, 2015) dan mampu meningkatkan sifat biodiesel ketika digunakan sebagai bahan pencampur (Zanin;dkk, 2013).
2.2 REFINED GLISEROL SEBAGAI BAHAN BAKU SINTESIS
TRIASETIN
2.2.1 STANDAR GLISEROL
Gliserol adalah produk samping utama dalam produksi biodiesel, karena, sekitar 10% berat Gliserol (C3H8O3) adalah gula alkohol dan juga dikenal sebagai gliserin, 1,2,3 propanatriol, gliseritol, alkohol glikil, atau 1,2,3-trihydroxypropane. Ini adalah cairan tidak berwarna, tidak berbau, dan kental pada suhu kamar dan biodegradable, higroskopis, dan tidak beracun (Chol;dkk, 2018)
Gliserol (propana-1,2,3-triol) adalah cairan berminyak dengan rasa manis yang ditemukan pada 1779 oleh ahli kimia Swedia Carl Wilhelm Scheele. Dinamai 'gliserin' (bahasa Yunani: glukeros yang berarti 'manis') pada tahun 1823 oleh ahli kimia Prancis Michel Eugene Chevreul dan diberi formula C3H8O3 pada tahun 1855 oleh Charles-Adolphe Wurtz (Kenar, 2007). Ketika murni, gliserol larut dalam air, jernih, hampir tidak berwarna, tidak berbau, kental, tidak beracun, dan higroskopis, dengan titik didih tinggi. Gliserol adalah alkohol polihidrik dengan tiga gugus hidroksil hidrofilik, masing-masing terikat pada karbon yang bertanggung jawab untuk stabil, reaksi
15
serbaguna dan banyak aplikasinya (Rahmat;dkk, 2010 dan Ayoub;dkk, 2012). Di pasar, ada tiga kategori gliserol, yaitu gliserol mentah, gliserol murni, dan gliserol yang disintesis secara komersial. Gliserol mentah memiliki kemurnian yang lebih rendah jika dibandingkan dengan gliserol yang dimurnikan dan disintesis. Gliserol mentah dan murni adalah produk produksi biodiesel, sedangkan gliserol yang disintesis diperoleh melalui rute yang berbeda, biasanya dari propena (Umar;dkk, 2019). Adapun aplikasi dari gliserol dapat dilihat pada Gambar 2.3 berikut:
Tabel 2.6 Aplikasi Industri Gliserol (Singhabhandhu;dkk, 2010, Bagheri;dkk, 2015 , Christoph,dkk, 2006).
Medis, Farmasi dan Industri Perawatan
Pribadi
Industri Makanan Industri Otomotif dan
Kimia Fungsi Lainnya
Sirup batuk, Humidifier/Humectant Antifreeze Pakan ternak
Pencahar ringan Perasa Agen hidrolik Cryoprotectant
Pengobatan allergen Plasticizer Pelumasan Aditif Pasta gigi Pembersih mulut Pelembab Perawatan Kulit dan
Rambut Softener Sabun Pelarut Emulsifier Thickening agent Preservation Antidioksida Pemanis Pelumas Pencegahan tanin Peledak Sintesis resin Bahan bakar Pereaksi enzimatik Denitrifikasi 2.2.2 KARAKTERISASI GLISEROL
Gliserol berasal dari bahan baku alami atau petrokimia, yang diproduksi sebagai produk sampingan dari reaksi saponifikasi dan hidrolisis pada bagian oleokimia melalui reaksi transesterifikasi pada produksi biodiesel. Pembuangan crude gliserol tidaklah ekonomis maka dari itu proses pemurnian menjadi salah satu alternatif menghasilkan pendapatan. Komposisi crude gliserol mengandung pengotor seperti alkohol, katalis, abu, air, dan asam lemak (Pal dan Chaurasia, 2016).
Dhabhai, dkk (2016) mengatakan setelah crude gliserol yang telah melewati tahap pemurnian, kandungan gliserol dan metanol (% wt) dianalisa menggunakan alat
16
instrumentasi berupa Gas Chromatography (GC) dengan kondisi operasi Kolom Stabil Wax ukuran 30 m x 250 𝜇m x 0,5 𝜇m pada suhu 250oC. FID detektor pada suhu 300oC, nitrogen pada 23 psi, dan gas helium sebagai carrier. Kadar air pada crude gliserol dianalisis dengan menggunakan Karl-Fischer Coulomnetric Titrator (Mettler Toledo DL32) dengan metanol sebagai titrator pengenceran sensitif terhadap kadar air maksimal 5% berat. Kadar abu dilakukan pada muffle furnace dengan jumlah gliserol 1 gram pada suhu 750oC selama 3 hingga 4 jam, FFA (Free Fatty Acid) (% berat) dan nilai asam ditentukan menggunakan metode titrasi asam basa menurut prosedur uji Lubrizol (TP-TM-001C). Fourier transform infrared (FTIR) dihasilkan menggunakan spektrometer FTIR (Bruker Vertex 70, MA USA) dengan modul ATR.
2.3 PROSES ESTERIFIKASI GLISEROL
Proses esterifikasi gliserol merupakan salah satu metode yang banyak digunakan untuk memproduksi produk turunan gliserol. Reaksi esterifikasi dapat menghasilkan bermacam-macam ester yang mempunyai banyak kegunaan dan bernilai lebih tinggi berupa gliserol trihepanoat, gliserol monostearat, mono gliserida oleat, gliserol triasetat atau triasetin. Produk dari konversi gliserol ini bersifat ramah lingkungan dan terbarukan karena bukan merupakan turunan dari minyak bumi. Konversi gliserol biasanya juga dapat dilakukan dengan cara lain selain esterifikasi gliserol yaitu dengan oksidasi gliserol, dan reduksi gliserol (Puspitasari, 2018).
Monoacetylglycerol atau monoasetin (MAG), diacetylglycerol atau diasetin (DAG) dan triacetylglycerol atau triasetin (TAG) diperoleh melalui reaksi esterifikasi. Di antara ketiga produk tersebut, triacetylglycerol atau triasetin (TAG) dianggap sebagai aditif teroksigenasi yang paling efektif dalam meningkatkan viskositas diesel dan biodiesel dan sifat dingin serta meningkatkan jumlah setana diesel dan mengurangi emisi gas berbahaya. Terlebih lagi, TAG adalah penguat oktan untuk bensin (Martin;dkk, 2019).
2.3.1 MEKANISME REAKSI ESTERIFIKASI GLISEROL
Reaksi esterifikasi adalah reaksi ionik antara asam karboksilat dan alkohol dimana terjadi reaksi adisi dan penataan ulang eliminasi yang menghasilkan ester.
17
Ester merupakan sebuah hidrokarbon yang diturunkan dari asam karboksilat (Sari, dkk., 2015). Mekanisme reaksi esterifikasi dapat dijelaskan melalui beberapa tahap reaksi berikut.
a. Pembentukan senyawa proton pada asam karboksilat. Pada proses ini terjadi perpindahan proton dari katalis asam atom oksigen pada gugus karbonil (Prasetyo, dkk., 2012).
Gambar 2.2 Mekanisme Pembentukan Senyawa Proton pada Asam Karboksilat (Prasetyo, dkk., 2012)
b. Alkohol nukleofilik menyerang karbon positif, dimana atom karbon karbonil kemudian diserang oleh atom oksigen dari alkohol yang bersifat nukleofilik sehingga terbentuk ion oksonium. Pada proses ini terjadi pelepasan proton atau deprotonasi dari gugus hidroksil milik alkohol, menghasilkan senyawa kompleks teraktivasi (Prasetyo, dkk., 2012).
Gambar 2.3 Mekanisme Alkohol Nukleofilik Menyerang Karbon Positif (Prasetyo, dkk., 2012)
c. Protonasi terhadap salah satu gugus hidroksil yang diikuti pelepasan molekul air menghasilkan ester (Prasetyo, dkk., 2012).
Gambar 2.4 Mekanisme Protonasi Terhadap Gugus Hidroksil (Prasetyo, dkk., 2012)
18
Mekanisme reaksi esterifikasi di atas dapat dirangkum sebagai berikut.
Gambar 2.5 Mekanisme Reaksi Esterifikasi (Prasetyo, dkk., 2012)
Sedangkan mekanisme reaksi esterifikasi gliserol dan asam asetat dapat dilihat pada Gambar 2.8 berikut:
Gambar 2.6 Mekanisme Reaksi Esterifikasi Gliserol (Kale, 2016)
Berdasarkan Gambar 2.8 dapat dilihat bahwa gliserol yang direaksikan dengan asam asetat akan menghasilkan triasetin dan air. Reaksi esterifikasi gliserol dan asam asetat dapat berlangsung dengan katalis asam dan bersifat reversible. Penggunaan katalis diperlukan untuk meningkatkan laju reaksi (Silaban, dkk., 2015).
Kale (2016) telah melaporkan bahwa batasan selektivitas untuk TAG dalam asetilasi yang dalam hal ini melalui reaksi esterifikasi gliserol telah diamati. Mekanisme reaksi esterifikasi gliserol merupakan reaksi endotermis dan reaksi standarnya dengan energi bebas Gibbs (∆G) positif yang menunjukkan bahwa reaksi tidak spontan dan ditolak secara termodinamika. Energi bebas Gibbs dari reaksi pertama (∆GGliserol ➔ MAG) dan reaksi kedua (∆GMAG ➔ DAG) adalah berturut-turut 19,15 dan 17,80 kJ/mol. Sedangkan untuk tahap reaksi ketiga memiliki energi bebas Gibbs yang relatif tinggi, yaitu sebesar 55,58 kJ/mol. Hal ini menandakan bahwa tahap reaksi ketiga menjadi yang paling sulit. Untuk meningkatkan selektivitas TAG yang diinginkan, maka perlu untuk menggeser kesetimbangan dan mencari rute terbaik dengan cara penghilangan air yang terbentuk selama berjalannya reaksi. Air dapat dihilangkan dengan cara distilasi azeotropik menggunakan eksternal komponen yang disebut sebagai entrainer (Kale, 2016).
19
2.3.2 FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI REAKSI ESTERIFIKASI
Faktor- fakor yang mempengaruhi konversi gliserol menjadi triasetin dalam reaksi esterifikasi (Sari, dkk., 2015), yaitu:
1. Temperatur
Menurut Karnjanakom; dkk (2018) dalam reaksi esterifikasi menunjukkan pengaruh suhu reaksi terhadap konversi gliserol menjadi produk triasetin, sehingga dilakukan percobaan variasi suhu yaitu 60°C, 70°C, 80°C, 90°C, 100°C, 110°C dan 120°C. Seperti yang diamati, pada suhu rendah, produk utamanya adalah monoasetin (MAG) dan peningkatan suhu reaksi dari 60°C hingga 90°C menghasilkan peningkatan substansial dalam konversi gliserol dan selektivitas diasetin (DAG) dan triasetin (TAG), menunjukkan bahwa suhu yang lebih tinggi meningkatkan proses endotermik dan mempromosikan deprotonasi gliserol lebih lanjut. Gliserol dikonversi sepenuhnya dengan selektivitas TAG terbaik sebesar 100% diperoleh pada suhu reaksi optimum 100°C.
Sehingga disimpulkan bila temperatur semakin tinggi, maka akan diperoleh nilai konversi gliserol yang tinggi juga. Hal ini terjadi karena dengan semakin tingginya temperatur reaksi, maka kecepatan reaksi juga akan semakin meningkat. Pada persamaan Arrhenius sebagaimana ditunjukkan pada persamaan berikut.
k = A.e-E/RT
Jika nilai temperatur reaksi semakin tinggi, maka kecepatan reaksi akan bertambah besar sehingga konversi yang diperoleh akan semakin besar pula (Satriadi, 2015). Titik didih asam asetat sebagai reaktan sebesar 117,9°C (Merck, 2020), oleh sebab itu dalam penelitian ini, peneliti mengambil suhu sebesar 100oC±5oC sebagai variabel tetap yang telah dilakukan oleh Karjankom;dkk (2018)
2. Katalisator
Pada umumnya, semakin tinggi jumlah katalis yang digunakan, maka akan semakin tinggi tingkat kesetimbangan reaksi esterifikasi tercapai. Fenomena ini dapat dijelaskan oleh ketersediaan yang lebih tinggi dari situs aktif yang memungkinkan protonasi simultan yang lebih banyak dari asam asetat.
20
Penggunaan jumlah katalis yang lebih rendah akan menyebabkan waktu reaksi yang lebih lama (Dosuna dan E. M., 2012). Dan juga pengunaan jenis katalis homogen maupun heterogen berperan penting dalam mengkonversi gliserol menjadi triasetin. Reaksi esterifikasi konvensional dilakukan dengan menggunakan katalis homogen seperti asam sulfat, asam fosfat dan asam klorida, akan tetapi penggunaan katalis homogen memiliki kesulitan pemisahan katalis, menyebabkan korosi material dll. Oleh sebab itu pengunaan katalis heterogen lebih disukai (Veluturla; dkk, 2017).
Penggunaan katalis poli–(asam stirena sulfonat) berbasis limbah eps foam (expanded polysterene foam) pernah dilakukan oleh Ditama (2013) dengan metode eterifikasi, dimana perbandingan molar campuran gliserol dan benzil alkohol sebesar 1:3, kondisi reaksi suhu 110 °C selama 12 jam, serta katalis sebesar ± 1% menghasilkan mono–benzil gliserol eter sebesar 8.10%, 1,3– dibenzilgliseroleter sebesar 2.60%, dan dibenzil eter sebesar 9.80%, dimana hasilnya belum optimal, sedangkan Karnjanakom; dkk (2018) memperoleh selektivitas TAG sebesar 100% dengan menggunakan katalis sebesar 5% dari massa gliserol, maka dari itu pada penelitian ini, peneliti mencoba untuk menggunakan katalis heterogen yaitu katalis asam padat poli–(asam stirena sulfonat) dengan variasi sebesar 1%; 2%; 3%; 4% dan 5% terhadap massa gliserol.
3. Pengadukan
Asetilasi gliserol dengan asam asetat dan katalis merupakan reaksi slurry cair-padat yang melibatkan perpindahan massa ekternal dari bulk fasa cairan ke dalam katalis yang diikuti oleh difusi intra dan interpartikel, adsorpsi, reaksi, dan desorpsi produk. Difusi intra dan interfasa dari reaktan menghadapi resistensi perpindahan massa yang menghasilkan hasil yang lambat atau menurun. Berbagai teknik dapat digunakan untuk menentukan apakah reaksi asetilasi perpindahan massanya terkontrol atau terbatasi. Salah satu tekniknya yaitu dengan melakukan pengadukan dengan kecepatan tertentu. Adanya pengadukan pada proses pembuatan triasetin menggunakan katalis asam padat mampu menghancurkan katalis yang disintesis menjadi halus (125 – 180 𝜇m), meningkatkan perpindahan massa, dan menghilangkan keterbatasan
21
perpindahan massa intrapartikel. Dalam hal ini, keterbatasan perpindahan massa dapat mempengaruhi laju reaksi (Okoye, dkk., 2017). Oleh sebab itu makan dalam penelitian ini dilakukan pengadukan namun tanpa variasi pengadukan dengan kecepatan pengadukan sebesar 650 rpm.
4. Jumlah kehadiran air
Dalam reaksi esterifikasi, kehadiran air maupun ester akan dapat menurunkan tingkat esterifikasi. Namun, kehadiran air akan memberikan pengaruh yang lebih buruk daripada ester. Adanya kehadiran air dapat memicu hidrolisis ester (Dosuna dan E.M., 2012). Reaksi esterifikasi gliserol menghasilkan reaksi samping berupa air. Maka sebisa mungkin dilakukan suatu cara agar meminimalisir produk samping dari esterifikasi gliserol ini yaitu berupa air. 5. Waktu reaksi
Berdasarkan penelitian yang telah dilaporkan oleh Reddy, dkk (2012), bahwa waktu reaksi dapat meningkatkan selektivitas terhadap triasetin yang dimana selektivitas diasetin dan monoasetin menurun. Hal ini disebabkan oleh asetilasi monoasetin dan diasetin untuk menghasilkan produk triasetin (Karjankom;dkk, 2018). Dalam penelitian ini diambil waktu reaksi selama 150 menit (2,5 jam) yang telah dilakukan oleh Karjankom;dkk (2018) dan Costa;dkk (2016).
6. Rasio molar zat pereaksi
Menurut Reddy, dkk (2012), mengatakan rasio molar dari asam asetat terhadap gliserol akan mempengaruhi selektivitas produk yang diinginkan, dengan bertambahnya asam asetat terhadap rasio molar gliserol akan meningkatkan selektivitas diasetin dan triasetin, dan penurunan terhadap selektivitas monoasetin (Reddy, dkk., 2012). Karnjanakom; dkk (2018) memperoleh selektivitas TAG sebesar 100% dengan rasio molar gliserol : asam asetat sebesar 1 : 8, oleh sebab itu dalam penelitian ini dilakukan variabel bebas pada rasio molar gliserol : asam asetat dengan perbandingan 1:6; 1:7; 1:8; 1:9; 1:10
2.4 POTENSI EKONOMI TRIASETIN DARI CRUDE GLISEROL
Atmaja (2017) mengatakan pada tahun 2015, produksi gliserol sebanyak 150.000 kilo liter kemudian diperkirakan target pada tahun 2025 akan menjadi tiga kali lipat dari tahun 2010, yaitu sebesar 470.000 kilo liter. Peningkatan jumlah gliserol
22
yang tidak diiringi dengan diversifikasi dari produk gliserol tidak akan menambah nilai jual dari gliserol tersebut sehingga nilai jualnya masi rendah. Untuk itu perlu adanya pengolahan gliserol menjadi produk bernilai.
Umar;dkk (2019) mengatakan crude gliserol, dalam pandangan para peneliti dan industrialis, akan meningkatkan ekonomi biodiesel dengan menurunkan biaya produksinya karena fleksibilitas gliserol sudah dikenal aplikasinya pada semua bidang usaha manusia. Namun, untuk gliserol yang akan digunakan dalam makanan, farmasi, kosmetik, dan industri perawatan pribadi lainnya, itu harus murni. Sayangnya, proses pemurnian, yang melibatkan filtrasi, perawatan kimia dan distilasi vakum, mahal, terutama untuk pabrik produksi kecil dan menengah, dan karena itu tidak sepadan dengan nilai pasar yang rendah saat ini. Oleh karena itu, tidak mengherankan bahwa perhatian besar ini diarahkan pada pemanfaatan gliserol mentah atau gliserol mentah yang diolah sebagian dalam produksi produk bernilai tinggi. Adapaun aplikasi gliserol sebagai bahan baku sintesis bahan kimia yang bernilai tinggi dapat dilihat pada Gambar 2.5 berikut:
Gambar 2.7 Aplikasi gliserol sebagai bahan baku sintesis bahan kimia yang bernilai tinggi (Umar;dkk 2019).
Dari data milestone biodiesel di indonesia dapat dilihat bahwa keseriusan pemerintah dalam mengembangkan biodiesel dengan penambahan investasi pada
Biodiesel
CPO Gliserol
Alat Elektronik
Sel Bahan Bakar
Aditif Bahan Bakar
Biofuels:Etanol,
Metanol, Hidrogen dan
Syngas Aplikasi lainnya: Polimer Resin Plasticizers Superabsorbents Cat Biocides Chemical intermediates Pelarut Perkusor Biokimia: Acrolein, Gliserol Karbonat, 1,3-Propanediol, Polyglycerol olefins
23
tahun 2009 – 2022 mencapai 244 juta $ hingga 632 juta $ dengan kapasitas tambahan 1,16 juta kL per tahun pada tahun 2010. (Aktawan dan Zahrul, 2016). Chol; dkk (2018) mengatakan pada tahun 2014 crude gliserol memilik harga jual mencapai US $ 240/ ton. Sehingga dapat disimpulkan harga crude gliserol untuk 1 kg nya adalah sebesar US $ 0,24. Saat ini, nilai tukar Rupiah ke Dollar Amerika sebesar Rp. 14,047.95 untuk US $ 1 sehingga dapat disimpulkan bahwa harga crude gliserol sebesar Rp.3.371,51 /kg crude gliserol.
Bila crude gliserol yang masih mengandung zat pengotor dimurnikan dan kemudian diproses kembali melalui reaksi esterifikasi untuk menjadi senyawa triasetin, maka akan mampu menaikkan nilai ekonomi dari crude gliserol yang tidak diolah. Harga jual untuk senyawa triasetin untuk saat sekarang ini mencapai Rp. 34.200,00 /kg (Tomi, 2018). Maka jika diamati, harga untuk 1 kg triasetin meningkat tajam sebesar 1.014,4% dari harga 1 kg crude gliserol. Hal inilah yang menjadikan produksi senyawa triasetin sebagai fuel additives dari gliserol cukup bernilai ekonomis.
24
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 LOKASI DAN WAKTU PENELITIAN
Penelitian ini dilakukan di, Laboratorium Teknologi Oleokimia dan Energi Terbarukan, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, Medan.
Pengujian sampel dilakukan di Pusat Penelitian Kelapa Sawit, Medan, Sumatera Utara dan Laboratorium Kimia Organik, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta. Penelitian ini dilakukan selama lebih kurang 6 bulan.
3.2 BAHAN PENELITIAN
1. Aquadest (H2O)
2. Asam Asetat (CH3COOH) 3. Refined Glycerol (C3H8O3) 4. Katalis PSSA 3.3 PERALATAN PENELITIAN 1. Batang Pengaduk 2. Beaker Glass 3. Buret 4. Cawan Porselen 5. Corong Gelas 6. Erlenmeyer 7. Gabus 8. Gelas Ukur 9. Hot Plate
10. Labu Leher Tiga 11. Magnetic Stirrer 12. Neraca Digital 13. Oven
25 15. Reflux Condensor
16. Selang
17. Statif dan Klem 18. Termometer
3.4 TAHAPAN PENELITIAN
Tahapan penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Tahap percobaan variasi gliserol : asam asetat dan berat katalis terhadap gliserol (Esterifikasi)
Pada tahapan ini, proses esterifikasi gliserol dilakukan dengan menggunakan katalis katalis poli–(asam stirena sulfonat)yang telah disintesis.
Hasil dari proses esterifikasi kemudian dianalisis kadar triasetin dengan menggunakan Gas Chromatography Mass Spectrometer (GC-MS).
Diagram blok tahapan penelitian dapat dilihat pada Gambar 3.1 sebagai berikut:
Kegiatan Hasil Parameter Uji
Gambar 3.1 Diagram Blok Tahapan Penelitian
3.5 RANCANGAN PENELITIAN
Rancangan penelitian ini adalah sebagai berikut:
Tahap percobaan perbandingan variasi gliserol : asam asetat dan berat katalis (Esterifikasi)
Pada tahap esterifikasi gliserol dilakukan dengan variabel tetap berupa waktu reaksi selama 2,5 jam (Karnjanakom;dkk 2018; Costa;dkk, 2016), suhu reaksi sebesar 100oC dengan kecepatan pengadukan sebesar 650 rpm. (Karnjanakom;dkk, 2018). Sedangkan variabel berubahnya dapat dilihat pada Tabel 3.1 berikut:
Tabel 3.1 Rancangan Percobaan Penelitian Esterifikasi Gliserol Tahap Esterifikasi
Gliserol dengan katalis poli–(asam
stirena sulfonat)
Senyawa Triasetin dari gliserol dengan variasi rasio molar dan jumlah
katalis
Konsentrasi senyawa Triasetin
26 Run Rasio Gliserol : Asam
Asetat (molar) Jumlah Katalis (% massa) 1 2 3 4 5 1 : 6 1 : 7 1 : 8 1 : 9 1 : 10 1 6 7 8 9 10 1 : 6 1 : 7 1 : 8 1 : 9 1 : 10 2 11 12 13 14 15 1 : 6 1 : 7 1 : 8 1 : 9 1 : 10 3 16 17 18 19 20 1 : 6 1 : 7 1 : 8 1 : 9 1 : 10 4 21 22 23 24 25 1 : 6 1 : 7 1 : 8 1 : 9 1 : 10 5 3.6 PROSEDUR PENELITIAN
3.6.1 TAHAP PERCOBAAN PERBANDINGAN VARIASI GLISEROL : ASAM ASETAT DAN JUMLAH KATALIS (ESTERIFIKASI)
Prosedur reaksi esterifikasi gliserol diadopsi dan dimodifikasi dari penelitian Karnjanakom;dkk 2018 dan Costa;dkk 2016 sebagai berikut:
1. Refined Glycerol sebanyak 25 gram dipanaskan dalam labu leher tiga menggunakan hotplate hingga mencapai suhu reaksi sebesar 100oC
2. Refined Glycerol dengan rasio molar 1:6; 1:7; 1:8; 1:9; 1:10 terhadap asam asetat dan katalis poli–(asam stirena sulfonat)dengan jumlah katalis sebesar 1%; 2%; 3%; 4% dan 5% dimasukkan ke dalam labu leher tiga.
27
3. Larutan campuran tersebut kemudian dijaga suhu reaksinya sambil diaduk menggunakan magnetic stirrer dengan kecepatan pengadukan sebesar 650 rpm selama 150 menit
4. Setelah waktu reaksi tercapai, pengadukan dihentikan dan kontrol suhu pada hotplate diturunkan.
5. Campuran dipisahkan dari dan katalis poli–(asam stirena sulfonat) dengan menggunakan kertas saring whatman dan dimasukkan ke dalam corong pemisah.
6. Hasil reaksi esterifikasi dihitung selektivitas triasetin, konsentrasi triasetin dan gugus fungsi triasetin.
3.7 RANGKAIAN ALAT PENELITIAN
Adapun rangkaian alat esterifikasi gliserol dengan asam asetat menggunakan katalis dan katalis poli–(asam stirena sulfonat) berbasis eps foam (expanded polysterene foam) dapat dilihat pada Gambar 3.2 berikut:
Gambar 3.2 Rangkaian Peralatan Esterifikasi Gliserol
Dalam penelitian ini suhu reaksi yang digunakan adalah 100 ± 5℃, pengukuran suhu menggunakan termometer, jika terjadi fluktuasi suhu reaksi pada percobaan dan apabila suhu dibawah 100 ± 5℃ maka suhu hotplate akan dinaikkan hingga mencapai suhu percobaan, apabila suhu diatas 100 ± 5℃ maka suhu hotplate akan diturunkan hingga mencapai suhu percobaan.
28
3.8 FLOW CHART PENELITIAN
3.8.1 TAHAP PERCOBAAN PERBANDINGAN VARIASI GLISEROL : ASAM ASETAT DAN JUMLAH KATALIS (ESTERIFIKASI)
Adapun flowchart tahap esterifikasi gliserol menggunakan katalis poli–(asam stirena sulfonat) berbasis eps foam (expanded polysterene foam) dapat dilihat pada Gambar 3.3 berikut:
Gambar 3.3 Flowchart Perbandingan Variasi Gliserol : Asam Asetat Dan Jumlah Katalis (Esterifikasi)
Refined Glycerol sebanyak 25 gram dipanaskan dalam labu leher tiga menggunakan hotplate hingga mencapai suhu reaksi
sebesar 100oC Mulai
Larutan campuran tersebut dijaga suhu reaksinya sambil diaduk menggunakan magnetic stirrer dengan kecepatan pengadukan
sebesar 650 rpm selama 150 menit
Setelah waktu reaksi tercapai, pengadukan dihentikan dan kontrol suhu pada hotplate diturunkan
Selesai
Campuran dipisahkan dari katalis poli–(asam stirena sulfonat) dengan menggunakan kertas saring whatman
dan dimasukkan ke dalam corong pemisah
Hasil reaksi esterifikasi dihitung nilai selektivitas triasetin, konsentrasi triasetin dan gugus fungsi triasetin
29
3.9 PROSEDUR ANALISA
3.9.1 PROSEDUR ANALISA KONSENTRASI SENYAWA TRIASETIN
Analisis konsentrasi senyawa triasetin menggunakan Gas Chromatography Mass Spectrometer (GC-MS) di Laboratorium Kimia Organik, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta. Hasil analisis ini kemudian digunakan untuk menghitung selektivitas senyawa triasetin. Adapun persamaan yang digunakan untuk menghitung selektivitas triasetin (Khayoon, dkk., 2014; Karnjanakom, dkk., 2018) adalah sebagai berikut:
Selektivitas Senyawa Triasetin (%) = Konsentrasi Triasetin
Konsentrasi Total Produk × 100% (3.8) 3.9.2 PROSEDUR ANALISA GUGUS FUNGSI SENYAWA GLISEROL DAN
TRIASETIN
Analisis gugus fungsi senyawa gliserol dan triasetin menggunakan Fourier-Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) di Pusat Penelitian Kelapa Sawit, Medan, Sumatera Utara.
30
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 PENGGUNAAN KATALIS POLI–(ASAM STIRENA SULFONAT)
BERBASIS EPS FOAM (EXPANDED POLYSTERENE FOAM) PADA PROSES ESTERIFIKASI TERHADAP PRODUK TRIASETIN
Pada penelitian ini menggunakan Refined Glycerol dengan kode nama Refined Glycerine Usp 997 untuk reaksi esterifikasi yang diperoleh dari PT. Wilmar Bioenergi Indonesia, Dumai, Provinsi Riau. Adapun sifat fisik pada Refined Glycerol berupa densitas, kadar gliserol, viskositas dan kadar air tercantum pada Material Safety Data Sheet dan pengamatan warna secara visual. Sifat fisik Refined glycerol dapat dilihat pada Tabel 4.1
No Sifat Fisika Refined Gliserol
1. Densitas (g/ml) 1,24 (40ºC)
2. Viskositas (cP) 320,65
3. Kadar Gliserol (%) 99,97% (Min)
4. Kadar Air (%) 0,3% (Max)
5. Warna Bening
Tabel 4.1 Sifat Fisik dari Refined Glycerol
Berikut disajikan data spesifikasi dari EPS Foam dan Katalis PSSA bersumber dari Inarto (2020) menggunakan Analisis X-Ray Diffraction (XRD) secara kualitatif juga dapat dilakukan dengan cara menghitung kristalinitas dan ukuran kristal PSSA dengan menggunakan persamaan Debye Scherrer, hubungan kristalinitas dan ukuran EPS Foam sebelum dan sesudah sulfonasi dapat dilihat pada Tabel berikut:
Tabel 4.2 Kristalinitas EPS Foam dan PSSA (Inarto, 2020)
31
4.1.1 ANALISA GC-MS DARI HASIL ESTERIFIKASI GLISEROL DENGAN ASAM ASETAT
Berikut disajikan Hasil Analisis Komposisi Menggunakan Gas Chromatography Mass Spectrometer (GC-MS) Produk Reaksi Esterifikasi Gliserol dan Asam Asetat pada Rasio Molar 1:10 (M/M) dengan Jumlah Katalis PSSA Sebanyak 1%
32 (b)
33 (c)
Gambar 4.1 Hasil Analisis Komposisi Menggunakan GC-MS Produk Reaksi Esterifikasi Gliserol dan Asam Asetat pada Rasio Molar 1:10 (M/M) dengan Jumlah
Katalis PSSA Sebanyak 1% (a). Mass Spectrometry Peak 1 (b). Mass Spectrometry Peak 2 (c) Kromatogram
Berdasarkan gambar diatas disajikan komposisi produk esterifikasi, dimana untuk Gambar 4.1 (a) terlampir Mass Spectrometry Peak 1 yaitu berupa Diasetin dengan Similarity Index (SI) sebesar 93 dari 100 dengan retensi waktu sebesar 18,275 menit, sedangkan Gambar 4.1 (b) terlampir terlampir Mass Spectrometry Peak 2 yaitu berupa Triasetin dengan Similarity Index (SI) sebesar 97 dari 100 dengan retensi waktu sebesar 20,583 menit. Pada Gambar 4.1 (c) terlampir Kromatogram dimana diketahui komposisi dari Diasetin pada Mass Spectrometry Peak 1 sebesar 47,66% dan Triasetin pada Mass Spectrometry Peak 2 sebesar 52,34%.
