PEMANFAATAN KATALIS PADATAN ASAM DAN BASA BERBASIS Al 2 O 3 PADA REAKSI ESTERIFIKASI/TRANSESTERIFIKASI DARI MINYAK KELAPA (VCO) ANIESSA DELIMA SARI

ESTERIFIKASI/TRANSESTERIFIKASI DARI MINYAK KELAPA (VCO)

ANIESSA DELIMA SARI 0606040236

UNIVERSITAS INDONESIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM DEPARTEMEN KIMIA

DEPOK

2009

BERBASIS Al

₂

O

₃

PADA REAKSI ESTERIFIKASI/TRANSESTERIFIKASI

DARI MINYAK KELAPA (VCO)

Skripsi diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains

Oleh:

ANIESSA DELIMA SARI 0606040236

DEPOK

2009

Tanggal lulus Ujian Sidang Sarjana : ...……

Penguji I : ...

Penguji II : ...

Penguji III : ...

ESTERIFIKASI/TRANSESTERIFIKASI DARI MINYAK KELAPA (VCO)

NAMA : ANIESSA DELIMA SARI NPM : 0606040236

SKRIPSI INI TELAH DIPERIKSA DAN DISETUJUI DEPOK, JULI 2009

Dr. WIDAJANTI WIBOWO Ir. KENDEDES JUNIASRI

PEMBIMBING I PEMBIMBING II

Segala puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan hidayah-Nya kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik.

Skripsi yang berjudul Pemanfaatan Katalis Padatan Asam dan Basa Berbasis Al2O3 pada Reaksi Esterifikasi/Transesterifikasi dari Minyak Kelapa (VCO) ini, disusun sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan program sarjana strata-1 di Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu

Pengetahuan Alam, Universitas Indonesia.

Ucapan terima kasih yang tak terhingga ditujukan kepada Alm.

Ibunda S. Widyanthie, Ibunda Widjajanti Poespojoedo, Wisha, Bu Kar, dan Keluarga Besar Wing Winoto Poespojoedo yang telah memberikan doanya dengan setulus hati dan tanpa pamrih demi kelancaran penyusunan skripsi ini.

Selama penyusunan skripsi ini, penulis banyak dibantu oleh para pembimbing yang telah berbaik hati meluangkan waktunya untuk penulis.

Oleh karena itu penulis ingin mengucapkan banyak terima kasih atas segala bantuan yang telah diberikan terutama ditujukan kepada Dr. Widayanti

Wibowo dan Ir Kendedes Juniasri atas segala saran, masukan, kebaikan dan kesabarannya dalam membimbing penulis, meskipun penulis banyak

melakukan kesalahan.

ternilai kepada Bapak Dr. Asep Saefumillah selaku Koordinator Penelitian dan Pembimbing Akademik selama di Departemen Kimia, Bapak Dr. Endang Saepudin selaku Ketua Jurusan Ekstensi Kimia UI, dan Bapak Dr. Ridla Bakri selaku Ketua Departemen Kimia UI, Pak Wisnu di BATAN Serpong, Pak Jaswanto di Puslabfor Mabes POLRI, dan seluruh dosen Kimia yang telah memberikan Ilmu dan wawasan yang tidak ternilai selama ini. Serta terima kasih untuk Pak Hedi, Pak Marji, Mas Hadi, Babe, Mba Ina dan Mba Cucu atas segala bantuannya.

Kepada teman-teman, penulis ucapkan banyak terima kasih, yaitu Dilla, Auzora, Amrina, Arie F, Ariana, teman-teman Angkatan 2006 dan teman-teman peneliti, terima kasih atas semangat, bantuan, dan doanya, semoga Allah SWT membalasnya dengan rahmat dan ridho-Nya.

Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang dapat membangun ,sehingga dapat bermanfaat baik bagi penulis maupun pembaca.

Depok, Juli 2009

Penulis

Pada umumnya minyak nabati terdiri dari trigliserida asam lemak dan asam lemak bebas. Untuk mengkonversi trigliserida asam lemak pada

minyak nabati menjadi senyawa metil ester, dilakukan reaksi transesterifikasi sedangkan untuk mengkonversi asam lemak bebas menjadi metil ester, dilakukan reaksi esterifikasi. Pada kesempatan penelitian ini digunakan katalis padatan asam -Al2O3 dari bahan baku tawas dan -Al2O3 bekas industri yang diregenerasi (regenerasi katalis) untuk melangsungkan reaksi esterifikasi sedangkan untuk reaksi transesterifikasi, digunakan katalis - Al2O3/K2CO3dari bahan baku tawas dan katalis -Al2O3/K2CO3yang dibuat dari -Al2O3 bekas industri yang diregenerasi (regenerasi katalis). Katalis dikarakterisasi menggunakan XRD, XRF, dan BET. Katalis yang telah disintesis digunakan untuk mengkatalisis reaksi esterifikasi/transesterifikasi.

Reaksi dilakukan dengan variasi waktu reaksi (1 dan 2 jam), dan suhu reaksi (70 – 90 ºC) dengan perbandingan mol minyak dan metanol tetap sebesar 1:4,5 dan berat katalis sebesar 2% berat sampel. Dari hasil percobaan diperoleh nilai persen konversi terbaik untuk reaksi esterifikasi (dihitung dengan angka asam) dengan menggunakan katalis -Al2O3 (regenerasi katalis) sebesar 75%, sedangkan nilai persen konversi terbaik untuk reaksi transesterifikasi (dihitung dengan uji pembakaran) didapat dengan

Abstrak ... iii

Daftar Isi... v

Daftar Gambar ... ix

Daftar Tabel ... xi

BAB I. PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Masalah Penelitian ... 3

1.3 Tujuan Penelitian ... 4

1.4 Manfaat Penelitian ... 4

1.5 Hipotesa ... 5

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA ... 6

2.1 VCO (Virgin Coconut Oil) ... 6

2.2 Katalis... 10

2.3 Katalis γ-Al2O3 ... 13

2.4 Katalis Asam dan Basa ... 14

2.5 Reaksi Esterifikasi ... 16

2.6 Reaksi Transesterifikasi ... 16

2.7 Karakterisasi Katalis dengan Difraksi Sinar-X ... 18

2.8 Fluoresensi Sinar-X ... 20

2.9 Metode BET ... 21

BAB III METODE PENELITIAN ... 24

3.1 Alat dan Bahan ... 24

3.1.1 Alat ... 24

3.1.2 Bahan... 24

3.2 Prosedur Kerja ... 25

3.2.1 Karakterisasi Minyak Kelapa ... 25

3.2.1.1 Penentuan Angka Asam ... 25

3.2.1.2 Penentuan Angka Penyabunan ... 25

3.2.1.3 Penentuan Trigliserida ... 26

3.2.1.4 Karakterisasi dengan GC-MS ... 27

3.2.2 Pembuatan Katalis ... 27

3.2.2.1 Pembuatan Katalis Padatan Asam (γ-Al2O3) dari Bahan Baku Tawas ... 27

3.2.2.2 Pembuatan Katalis Padatan Asam (γ-Al2O3) dari Regenerasi Katalis ... 28

3.2.2.3 Pembuatan Katalis Padatan Basa (γ-Al2O3/K2CO3) dari Bahan Baku Tawas ... 28

3.2.2.4 Pembuatan Katalis Padatan Basa (γ-Al2O3/K2CO3) dari Bahan Baku Regenerasi Katalis ... 29

3.2.3 Uji Katalitik Reaksi Esterifikasi ... 29

3.2.4 Uji Katalitik Reaksi Transesterifikasi ... 30

3.2.5 Penentuan Bilangan Asam dari Produk Reaksi ... 31

4.1 Karakterisasi Minyak Kelapa (VCO) ... 32

4.2 Pembuatan Katalis γ-Al2O3 ... 34

4.3 Pencampuran γ-Al2O3 dengan K2CO3 ... 39

4.4 Katalis Bekas γ-Al2O3 dari Industri yang Diregenerasi ... 43

4.5 Karakterisasi Katalis ... 44

4.5.1 Karakterisasi Katalis dengan XRD (X-Ray Difraction) .. 44

4.5.1.1 Karakterisasi Katalis bekas γ-Al2O3 dari Industri yang Diregenerasi ... 45

4.5.1.2 Karakterisasi Katalis Bekas γ-Al2O3 dari Industri yang di Regenerasi ... 47

4.5.1.3 Katalis γ-Al2O3/K2CO3 ... 49

4.5.1.4 Katalis Bekas (γ-Al2O3) dari Industri yang Diregenerasi yang Dicampur dengan 20% K2CO3 ... 51

4.5.2 Karakterisasi Katalis dengan Perpendaran Sinar-X (XRF) ... 53

4.5.2.1 Katalis γ-Al2O3 ... 53

4.5.2.2 Katalis γ-Al2O3 Hasil Regenerasi ... 54

4.5.2.3 Katalis γ-Al2O3/K2CO3 ... 55

4.5.2.4.Katalis γ-Al2O3/K2CO3 Hasil Regenerasi ... 56

4.5.3 Isoterm BET ... 57

4.6 Uji Katalitik Reaksi Esterifikasi ... 59

4.7 Uji Katalitik Reaksi Transesterifikasi ... 64

4.8 Uji Katalitik Reaksi Esterifikasi/Transesterifikasi ... 73

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 76

5.1 Kesimpulan ... 76

5.2 Saran ... 78

DAFTAR PUSTAKA ... 79

LAMPIRAN... 82

Gambar Halaman

2.1 Hubungan katalis dengan energi aktivasi ... 10

2.2 Skema reaksi katalitik pada permukaan katalis ... 12

2.3 Keasaman dan kebasaan alumina ... 15

2.4 Reaksi esterifikasi ... 16

2.5 Reaksi transesterifikasi trigliserida dengan metanol ... 17

2.6 Cara kerja difraksi sinar-x ... 18

2.7 Difraksi sinar-x pada suatu kristal ... 19

2.8 Proses fluoresensi ... 21

4.1 Metil ester dari minyak kelapa (VCO) ... 33

4.2 Sol aluminium hidroksida (Al(OH)3) ... 35

4.3 Sol aluminium hidroksida (Al(OH)3) setelah proses pengendapan .. 35

4.4 Proses aging... 36

4.5 Katalis γ-Al2O3 (tawas) ... 37

4.6 Urutan transformasi termal dari aluminium hidroksida ... 38

4.7 Penggambaran dua lapisan pertama struktur γ-Al2O3 ... 39

4.8 Sisi basa dan sisi asam alumina ... 40

4.9 Katalis γ-Al2O3 sebelum regenerasi dan sesudah diregenerasi ... 43

4.10 Difraktogram XRD katalis γ-Al2O3 hasil sintesis ... 46

4.11 Difraktogram XRD katalis gamma alumina hasil regenerasi ... 48

4.12 Difraktogram XRD katalis γ-Al2O3/K2CO3 hasil sintesis ... 50

4.13 Difraktogram XRD katalis γ-Al2O3/K2CO3 hasil regenerasi ... 51 4.14 Hubungan antara suhu, waktu reaksi dan persen konversi

pada katalis γ-Al2O3 (tawas)... 61 4.15 Hubungan antara suhu, waktu reaksi dan persen konversi

pada katalis γ-Al2O3 (regenerasi katalis) ... 63 4.16 Mekanisme reaksi transesterifikasi dengan katalis basa ... 66 4.17 Hubungan antara suhu, waktu reaksi dan persen konversi

pada katalis basa γ-Al2O3/K2CO3 (tawas) pada transesterifikasi ... 70 4.18 Hubungan antara suhu, waktu reaksi dan persen konversi

pada katalis basa γ-Al2O3/K2CO3 (regenerasi katalis) pada

transesterifikasi ... 71 4.19 Hubungan antara suhu, waktu reaksi dan persen konversi

(uji angka asam) pada katalis γ-Al2O3/K2CO3 (tawas) ... 73 4.20 Hubungan antara suhu, waktu reaksi dan persen konversi

(uji angka asam) pada katalis γ-Al2O3/K2CO3 (regenerasi katalis) ... 74

Tabel Halaman

2.1 Komposisi asam lemak dari virgin coconut oil ... 7

4.1 Komposisi asam lemak minyak kelapa VCO (hasil analisis GC-MS) ... 33

4.2 Data difraksi sinar-x katalis γ-Al2O3 hasil sintesis ... 45

4.3 Data difraksi sinar-x standar γ-Al2O3 dari literatur ... 45

4.4 Data difraksi sinar-x katalis γ-Al2O3 hasil regenerasi ... 47

4.5 Data difraksi sinar-x katalis γ-Al2O3 /K2CO3 hasil sintesis ... 49

4.6 Data difraksi sinar-x standar K2O ... 49

4.7 Data difraksi sinar-x katalis γ-Al2O3 /K2CO3 hasil regenerasi ... 51

4.8 Data XRF katalis γ-Al2O3 hasil sintesis... 53

4.9 Data XRF katalis γ-Al2O3 hasil regenerasi... 54

4.10 Data XRF katalis γ-Al2O3/K2CO3 hasil sintesis ... 55

4.11 Data XRF katalis γ-Al2O3/K2CO3 hasil regenerasi ... 56

4.12 Data BET katalis γ-Al2O3 ... 57

4.13 Data BET katalis γ-Al2O3/K2CO3 hasil regenerasi ... 58

4.14 Hasil reaksi esterifikasi dengan katalis asam ... 60

4.15 Hasil reaksi transesterifikasi dengan katalis basa ... 69

1.1. Latar Belakang

Reaksi esterifikasi dan transesterifikasi merupakan reaksi-reaksi kimia yang umum digunakan dalam pembuatan metil ester. Kedua jenis reaksi ini umumnya menggunakan katalis homogen, yang walaupun memberikan konversi yang besar tergolong kurang ramah lingkungan, sehingga penggunaan katalis heterogen berpotensi menjadi alternatif dalam reaksi- reaksi untuk menghasilkan metil ester. Metil ester merupakan salah satu bahan yang dibutuhkan untuk industri farmasi dan kosmetika.

Ester dari asam lemak sering digunakan sebagai bahan baku emulsifier, surfaktan dan bahan baku dalam industri parfum.¹ Dengan dihasilkannya ester dari reaksi esterifikasi dan transesterifikasi, maka telah dilakukan usaha untuk menambah nilai dan daya guna dari minyak kelapa (VCO), menjadi suatu bahan intermediet. Selanjutnya, bahan intermediet yang dihasilkan ini dapat direaksikan lebih lanjut menjadi bahan-bahan yang bermanfaat untuk berbagai kepentingan seperti disebutkan diatas.

Metode yang sering digunakan dalam pembuatan metil ester adalah dengan cara reaksi transesterifikasi trigliserida dengan menggunakan katalis homogen (KOH, NaOH atau NaOCH3).² Penggunaan katalis homogen dapat menghasilkan persen konversi trigliserida menjadi metil ester hingga

mendekati 100%, akan tetapi penggunaan katalis homogen ini mempunyai kekurangan, yaitu karena fasanya yang sama, perlu dilakukan pemisahan antara katalis dan produk reaksi. Hal ini menyebabkan dibutuhkannya proses tambahan untuk proses pemisahan , sehingga menimbulkan biaya baru.

Selain itu, penggunaan katalis homogen tergolong kurang ramah lingkungan, karena menghasilkan limbah yang banyak dari hasil pemisahan dan

pemurnian produk dari katalis. Untuk mengatasi masalah tersebut, maka digunakan katalis padatan dengan harapan proses pemisahan produk dan katalis akan menjadi lebih mudah. Katalis padatan juga dapat diregenerasi, sehingga dapat dipakai kembali.

Pada penelitian ini digunakan katalis padatan asam γ-Al2O3 dan katalis padatan basa γ-Al2O3/K2CO3. Katalis padatan asam γ-Al2O3 digunakan untuk melakukan reaksi esterifikasi, sehingga dapat diketahui aktivitasnya untuk mengurangi asam lemak bebas (free fatty acid/FFA) dari sampel minyak kelapa (VCO). Sedangkan katalis padatan basa γ-Al2O3/K2CO3 digunakan untuk melakukan reaksi transesterifikasi dari trigliserida untuk menghasilkan metil ester, sehingga diharapkan dengan hasil yang memuaskan, dapat dilakukan dua tahap reaksi sekaligus, yaitu reaksi esterifikasi yang

dilanjutkan dengan reaksi transesterifikasi, sehingga dihasilkan produk metil ester yang lebih banyak.

Beberapa penelitian yang telah dilakukan sebelumnya yang berhubungan dengan penelitian ini antara lain yaitu, pembuatan katalis padatan γ-Al2O3/K2CO3 yang digunakan dalam reaksi transesterifikasi minyak jarak dengan metanol, yang dilakukan oleh Calvin Hura (2007).³ Calvin Hura melakukan beberapa variasi persen KOH yang diimpregnasi pada γ-Al2O3

dan impregnasi dengan K2CO3 yang dilakukan pada kondisi optimum KOH yaitu 7% dan 10%. Reaksi katalisis heterogen ini dilakukan secara batch pada temperatur 65^oC dengan persen katalis terhadap minyak jarak sebesar 2%. Hasil konversi maksimum minyak jarak sebesar 46,51% dengan katalis γ-Al2O3 yang diimpregnasi 7% KOH dan sebesar 25,01% untuk katalis γ- Al2O3 yang diimpregnasi dengan K2CO3.(nilai konversi bilangan asam).

Raodatul Jannah melakukan reaksi transesterifikasi minyak jarak pagar dengan metanol menggunakan katalis padatan basa γ-Al2O3/K2CO3, dimana didapat persen konversi tertinggi sebesar 36,29%, yaitu pada katalis 15% γ-Al2O3/K2CO3 dengan waktu reaksi selama 2 jam.⁴

Fakhrina Aulia (2008) melakukan penelitian reaksi transesterifikasi minyak jarak dengan metanol menggunakan katalis γ-Al2O3/K2CO3 dan Poli Etilen Glikol 6000 dan didapatkan hasil persen konversi trigliserida menjadi metil ester yang maksimum yaitu pada penambahan 20% K2CO3 sebesar 57,76%.⁵

Masalah penelitian ini antara lain adalah persen konversi dari reaksi esterifikasi maupun transesterifikasi dengan penggunaan katalis heterogen

yang masih rendah. Oleh karena itu, pada penelitian ini digunakan katalis padatan asam γ-Al2O3 dan katalis padatan basa γ-Al2O3/K2CO3 dari bahan baku tawas dan dari bahan baku katalis γ-Al2O3 bekas yang diregenerasi, sehingga diharapkan didapat persen konversi yang lebih besar lagi dengan waktu yang relatif singkat.

1.3. Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian ini antara lain :

1. Melakukan sintesis dan karakterisasi katalis padatan asam γ-Al2O3 dan katalis padatan basa γ-Al2O3 /K2CO3 dari bahan baku tawas dan dari bahan baku katalis γ-Al2O3 bekas industri yang diregenerasi (regenerasi katalis).

2. Mengetahui kemampuan katalis yang telah disintesis untuk

mengkatalisis reaksi esterifikasi dan transesterifikasi pada minyak kelapa (VCO), sehingga menghasilkan suatu bahan intermediet berupa ester.

1.4. Manfaat Penelitian

Penelitian ini diharapkan dapat menghasilkan senyawa metil ester dari trigliserida dan asam lemak bebas (free fatty acid/FFA) dari minyak kelapa VCO (Virgin Coconut Oil), yang dapat menambah daya guna dari produk tanaman kelapa (Cocos Nucifera ), untuk dijadikan sebagai bahan

surfaktan, emusifier, dll.

Penggunaan katalis padatan asam dan katalis padatan basa dalam proses diharapkan dapat menurunkan biaya produksi, karena tidak

diperlukan pemisahan katalis, katalis dapat diregenerasi, sehingga limbah yang dihasilkan lebih sedikit.

1.5. Hipotesa

1. Katalis padatan asam γ-Al2O3 dapat digunakan untuk mengesterifikasi asam lemak bebas pada minyak kelapa (VCO) untuk menghasilkan metil ester.

2. Katalis padatan basa γ-Al2O3/K2CO3 dapat digunakan untuk melakukan transesterifikasi trigliserida pada minyak kelapa (VCO) untuk menghasilkan metil ester.

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. VCO (Virgin Coconut Oil)

Minyak merupakan lipid yang pada suhu ruang berwujud cair. Minyak dapat diperoleh dari hewan (minyak hewani) dan dari tumbuhan (minyak nabati). Minyak mengandung asam lemak jenuh dan asam lemak tidak jenuh⁶.

Asam lemak merupakan komponen unit pembangun hampir semua lipid dan merupakan asam organik berantai panjang yang mempunyai atom karbon dari 4 sampai 24. Asam lemak memiliki gugus karboksil tunggal dan ekor hidrokarbon nonpolar yang panjang, sehingga menyebabkan asam lemak tidak larut dalam air. Hampir semua asam lemak memiliki jumlah atom karbon yang genap, yang didominasi olah rantai karbon C16 dan C18. Asam lemak tidak jenuh memiliki ikatan ganda diantara karbon nomor 9 dan 10.⁷

Keberadaan ikatan ganda pada asam lemak tidak jenuh

menjadikannya memiliki dua bentuk, yaitu cis dan trans. Semua asam lemak bentuk trans hanya dihasilkan oleh sisa metabolisme hewan. Bentuk cis banyak terdapat dialam, yang menghasilkan lekukan kaku pada rantai alifatik.

Minyak yang digunakan sebagai sumber trigliserida pada penelitian ini bersumber dari minyak kelapa VCO. Virgin Coconut Oil atau minyak kelapa murni terbuat dari daging kelapa segar. Prosesnya semua dilakukan dalam

diperas untuk mendapatkan santannya, kemudian santan ini diproses lebih lanjut melalui proses fermentasi, pendinginan, tekanan mekanis atau

sentrifugasi. Pada pembuatan VCO, tidak dilakukan penambahan zat kimia dan pemakaian suhu tinggi. Minyak yang dihasilkan dari proses tersebut menghasilkan minyak kelapa murni yang jernih, tidak berwarna, dan berbau khas.⁸ Berdasarkan literatur, komposisi asam lemak yang terdapat didalam minyak kelapa (VCO) dapat dilihat pada tabel berikut :

Tabel 2.1. Komposisi asam lemak dari Virgin Coconut Oil⁹

Common Name Composition Percentage

(%)

Composition Percentage (%)

Caproic acid Caprylic acid Capric acid Lauric acid Myristic acid Palmitic acid Palmitoleic acid Stearic acid Oleic acid Linoleic acid Linolenic acid

C 6:0 C 8:0 C 10:0 C 12:0 C 14:0 C 16:0 C 16.1 C 18:0 C 18:1 C 18:2 C 18:3 C 24:

ND - 0.7 4.6 - 10.0

5.0 - 8.0 45.1- 53.2

16.8 - 21 7.5 - 10.2

ND 2.0 - 4.0 5.0 - 10.0

1.0 - 2.5 ND - 0.2

ND

Minyak kelapa (VCO) dapat dikarakterisasi dengan menghitung angka asam dan angka penyabunannya⁶ :

1. Angka Asam

Merupakan jumlah mg KOH yang dibutuhkan untuk menetralkan asam-asam lemak bebas yang terdapat dalam satu gram trigliserida.

Jika suatu sampel minyak ditambahkan KOH, maka KOH tersebut akan bereaksi dengan asam lemak bebas dalam minyak membentuk garam dari asam lemak bebasnya dan air.

Angka asam ini dapat digunakan untuk mengukur jumlah asam lemak bebas yang terdapat dalam minyak atau lemak, dengan menggunakan perhitungan sebagai berikut :

Angka Asam = (A-B) x N x BE KOH g sampel 2. Angka Penyabunan

Merupakan jumlah mg KOH yang diperlukan untuk menyabunkan satu gram minyak atau lemak. Trigliserida pada sampel minyak bereaksi dengan tiga mol KOH menghasilkan gliserol dan sabun.

H2C-OCOR H2C-OH

HC-OCOR + 3KOH HC-OH + 3RCOOK

H2C-OCOR H2C-OH

trigliserida gliserol sabun

Sebagian KOH yang ada akan digunakan dalam reaksi saponifikasi dan sisanya akan tertinggal didalam larutan. KOH yang tersisa ini (yang tidak bereaksi) dapat ditentukan dengan titrasi menggunakan larutan HCl dengan indikator phenolftalen. Angka penyabunan sampel minyak kemudian

ditentukan dengan persamaan berikut:

Angka penyabunan = (B-A) x N x BE KOH g sampel Dimana:

A = volume HCl yang digunakan untuk menitrasi sampel sampai titik ekivalen.

B = volume HCl yang digunakan untuk menitrasi blanlo sampai titik ekivalen.

N = normalitas larutan KOH BE KOH = berat ekivalen KOH

G sampel = berat sampel minyak (gram)

2.2. Katalis

Dalam reaksi kimia, katalis merupakan perantara dalam reaksi kimia yang dapat membuat reaksi berlangsung lebih mudah. Walaupun katalis mengalami perubahan selama reaksi tetapi pada akhirnya katalis akan berubah kebentuk asalnya pada akhir reaksi.

Katalis bekerja dengan meningkatkan kecepatan dan selektivitas dari reaksi dengan mengubah jalur reaksi tetapi tidak mengubah termodinamika dari reaksi¹⁰.

Katalis dapat menurunkan energi aktivasi, yaitu energi minimum yang dibutuhkan untuk menghasilkan produk, meningkatkan laju reaksi dan

berinteraksi dengan reaktan menghasilkan intermediet reaktif. Mekanisme kerja katalis digambarkan sebagai berikut:

Gambar 2.1. Hubungan katalis dengan energi aktivasi

1. Katalis Homogen

Katalis homogen adalah katalis yang memiliki fasa yang sama dengan reaktan. Katalis homogen yang sering digunakan dalam reaksi pembentukan metil ester antara lain seperti KOH dan NaOH. Penggunaan katalis homogen pada reaksi ini pada umumnya menghasilkan persen konversi yang lebih baik daripada katalis heterogen, tetapi katalis homogen ini mempunyai

kekurangan, yaitu proses pemisahan yang sulit antara produk dengan katalis.

2. Katalis Heterogen

Katalis heterogen adalah katalis yang memiliki fasa berbeda dengan reaktan ,sehingga pada akhir reaksi mudah dipisahkan. Proses reaksi katalisis dengan menggunakan katalis heterogen melibatkan tahap-tahap sebagai berikut¹⁰:

1. Interaksi antara molekul reaktan dengan katalis (proses adsorpsi).

Pada saat terjadi adsorpsi, ikatan internal pada reaktan melemah atau bahkan putus karena adanya ikatan yang terjadi antara reaktan

dengan katalis.

2. Molekul reaktan akan bermigrasi ke permukaan katalis.

3. Terjadi pembentukan produk.

4. Transport produk menjauhi katalis (desorpsi).

Tahap-tahap reaksi katalitik tersebut dapat diperjelas dari gambar berikut :

Gambar 2.2. Skema reaksi katalitik pada permukaan katalis Katalis heterogen dapat berupa logam, oksida logam dan zeolit.

3. Katalis Enzim

Katalis enzim adalah molekul protein dengan ukuran koloid, dimana katalis ini memiliki fasa yang berada antara katalis homogen dan katalis heterogen.

Baik tidaknya suatu katalis ditentukan oleh¹²:

1. Aktivitas, yaitu kemampuan suatu katalis untuk mengkonversi reaktan menjadi produk yang diinginkan.

2. Selektivitas, yaitu kemampuan katalis mempercepat suatu reaksi diantara beberapa reaksi yang terjadi sehingga produk yang diinginkan dapat diperoleh dengan produk samping seminimal mungkin.

3. Kestabilan, yaitu lamanya katalis memiliki aktivitas dan selektivitas seperti pada keadaan semula.

4. Yield, yaitu jumlah produk tertentu yang terbentuk untuk setiap satuan reaktan yang terkonsumsi.

selektivitas katalis seperti semula.

2.3. Katalis γ-Al2O313

Alumina (Al2O3), merupakan oksida aluminium yang mempunyai sifat sebagai insulator panas dan insulator listrik yang baik dan memiliki struktur pori-pori yang besar serta tahan terhadap temperatur yang tinggi. Sifat ini membuat Al2O3 sering dipakai sebagai katalis atau padatan pendukung katalis.

Adanya Al2O3 sebagai zat padat pendukung dapat meningkatlkan stabilitas dan memperluas permukaan fasa aktif katalis. Reaksi katalitik yang berlangsung pada permukaan akan mengalami peningkatan sebanding dengan luas permukaan katalis.

Berdasarkan struktrurnya, alumina dikelompokkan atas dua jenis⁵, yaitu:

1. Alumina stabil atau α-Al2O3, dimana mempunyai struktur heksagonal.

2. Alumina transisi, disebut juga alumina aktif. Fasa alumina ini dapat diubah menjadi fasa α-Al2O3 dengan pemanasan lebih lanjut.

Berdasarkan kisaran suhu pemanasannya, alumina transisi dibedakan menjadi 2 kelompok yaitu:

1. Kelompok γ-Al2O3 (χ-, η- dan γ-Al2O3).

2. Kelompok δ-Al2O3 (Κ-, θ- dan δ-Al2O3).

Pada penelitian ini digunakan katalis γ-Al2O3 yang merupakan alumina transisi yang berbentuk padatan amorphous. γ-Al2O3 digunakan sebagai katalis karena memiliki luas permukaan yang besar (150-300 m²/g), volume pori yang besar (0.51 cm³/g), diameter pori meso (3-12 nm) dan stabil pada suhu tinggi. Pembuatan γ-Al2O3 dilakukan melalui pemanasan Al(OH)3 pada suhu 500-800^oC. Katalis kemudian dimodifikasi dengan penambahan K2CO3, yang bertujuan untuk meningkatkan kebasaan dari katalis, sehingga aktivitas katalis tersebut juga meningkat⁴.

2.4. Katalis Asam dan Basa

Al2O3 memiliki sifat amfoter, karena mengandung sisi asam dan sisi basa dengan kekuatan yang berbeda, yang tergantung pada cara

pembuatannya. Sisi-sisi permukaan ini dihasilkan dari dehidrasi permukaan alumina pada suhu tinggi.

Pada penelitian ini digunakan katalis padatan asam γ-Al2O3 yang memiliki sisi asam Lewis dan sisi Asam Bronsted. Sisi asam Lewis yang terdapat pada γ-Al2O3 merupakan suatu koordinasi atom aluminium tidak lengkap yang terbentuk melalui dehidrasi, sehingga membentuk anion oksigen sebagai basa Lewisnya. Sedangkan sisi asam Bronstednya digambarkan pada atom aluminium yang mengadsorpsi H2O.

Keelektronegatifan sisi asam Lewis akan melemah dengan adanya adsorpsi air, karena sepasang elektron dari atom oksigen pada sisi basa Bronsted bertambah besar¹⁴.

Gambar 2.3. Keasaman dan kebasaan alumina

Katalis γ-Al2O3 dapat dibuat dari larutan garam yang mengandung Al³⁺ seperti aluminium sulfat. Penambahan basa akan meningkatkan pH larutan dan menyebabkan terbentuknya endapan Al(OH)3. Aluminium hidroksida yang terbentuk berbeda sesuai dengan rentang pH tertentu. Pada rentang pH antara 3-7, endapan akan membentuk gel dari mikrokristal boehmite (AlOOH) dan dengan pemanasan yang lebih lanjut akan membentuk γ-Al2O3 amorf.

Jika endapan terbentuk pada pH 6-8, maka akan terbentuk endapan gel dari kristal boehmite, yang kemudian diaging pada temperatur 40^oC akan berubah menjadi bayerit. Bayerit akan berubah menjadi η-Al2O3 setelah dilakukan kalsinasi. Saat dilakukan proses aging pada temperatur 80^oC maka akan menghasilkan boehmite yang lebih kristalin, selanjutnya apabila dicuci dan dikalsinasi akan menjadi γ-Al2O35

. γ-Al2O3 ini lalu digunakan untuk reaksi esterifikasi.

2.5. Reaksi Esterifikasi⁶

Ester dihasilkan apabila asam karboksilat dipanaskan bersama alkohol dengan bantuan katalis asam. Katalis ini biasanya adalah asam sulfat pekat.

Terkadang juga digunakan gas hidrogen klorida kering, tetapi katalis-katalis ini cenderung melibatkan ester-ester aromatik (yakni ester yang mengandung sebuah cincin benzen). Reaksi esterifikasi berlangsung lambat dan dapat balik (reversibel). Persamaan untuk reaksi antara sebuah asam RCOOH dengan sebuah alkohol R'OH (dimana R dan R' bisa sama atau berbeda) adalah sebagai berikut:¹⁷

Gambar 2.4. Reaksi esterifikasi

2.6. Reaksi Transesterifikasi

Reaksi transesterifikasi, yaitu proses kimiawi yang mempertukarkan grup alkoksi pada senyawa ester dengan alkohol. Untuk mempercepat reaksi ini diperlukan bantuan katalis berupa katalis asam atau katalis basa. Reaksi transesterifikasi trigliserida dengan metanol digambarkan sebagai berikut :

O O

װ װ

H2C-O-C-R R-C-O-CH3 H2C-OH O O

װ katalis װ

HC-O-C-R + 3CH3OH R-C-O-CH3 + HC-OH O O

װ װ

H2C-O-C-R R-C-O-CH3 H2C-OH

Trigliserida Metil ester Gliserol

Gambar 2.5. Reaksi transesterifikasi trigliserida dengan metanol¹⁵ Transesterifikasi merupakan metode yang saat ini paling umum digunakan untuk memproduksi biodiesel dari minyak nabati. Metode ini bisa menghasilkan biodiesel (FAME) hingga 98% dari bahan baku minyak

tumbuhan (Bouaid dkk.,2005). Bila bahan baku yang digunakan adalah minyak mentah yang mengandung kadar asam lemak bebas (free fatty acid - FFA) tinggi (yakni lebih dari 2% - Ramadhas dkk. (2005)), maka perlu

dilakukan proses praesterifikasi untuk menurunkan kadar asam lemak bebas hingga sekitar 2%.¹⁶

Tujuan dari reaksi transesterifikasi minyak dalam pembuatan senyawa metil ester adalah menghilangkan secara seutuhnya kandungan trigliserida, menurunkan titik didih, titik nyala, titik beku dan viskositas dari minyak yang direaksikan, sehingga dihasilkan metil ester. Hasil konversi minyak menjadi metil ester dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain waktu reaksi, suhu

reaksi, perbandingan molar minyak dan metanol dan jenis katalis yang digunakan.

2.7. Karakterisasi Katalis dengan Difraksi Sinar-X

Karakterisasi katalis diperlukan untuk membandingkan struktur katalis yang dihasilkan melalui sintesis dengan struktur katalis standar, biasanya dilakukan dengan analisis difraksi sinar-X (XRD)¹⁷.

Difraksi sinar-X merupakan proses penghamburan sinar-X oleh kisi atom, yang bergantung kepada struktur kristal dan panjang gelombang.

Sinar-X merupakan radiasi elektromagnetik berenergi tinggi, dihasilkan akibat interaksi antara berkas elektron eksternal dengan elektron pada kulit atom dan panjang gelombangnya sekitar 100 pm. Prinsip difraksi sinar-X adalah sinar-X terpancar dari tabung sinar-X kemudian difraksi sinar-X yang

konvergen diterima slit, setelah itu sinar-X diterima oleh detektor dan diubah menjadi sinyal listrik yang dihitung sebagai analisa pulsa tinggi. Interaksi sinar-X dengan material digambarkan sebagai berikut¹⁸:

Gambar 2.6. Cara kerja difraksi sinar-X

Gambar 2.7. Difraksi sinar-X pada suatu kristal

Bila seberkas sinar-X menumbuk permukaan bidang kristal Miller, maka sebagian sinar akan dihamburkan atau diteruskan kelapisan bidang atom atau molekul lainnya. Sinar-X yang dihamburkan bersifat koheren, dapat berinteraksi secara konstruktif atau destruktif. Interferensi konstruktif terjadi bila seberkas sinar-X yang dihamburkan berada dalam keadaan satu fasa. Kondisi satu fasa tercapai apabila jarak BC+CD sama dengan harga bilangan bulat (n) dari panjang gelombang radiasi, dapat dituliskan sebagai berikut:

Dimana n= orde reaksi Oleh karena BC+CD=2dsinθ, maka interferensi konstruktif pada sudut θ:

(persamaan Bragg) Keterangan: d= jarak antar kristal

Θ= sudut difraksi

λ= panjang gelombang sinar-X BC+CD=nλ

nλ=2dsinθ

Sinar-X akan dipantulkan jika sudut pandang sinar-X sama dengan:

Jika sudut (θ) sinar datang tidak memenuhi persamaan diatas maka akan mengalami interferensi destruktif. Dengan mengetahui data nilai d, sudut (2θ) dan intensitasnya, maka dapat diketahui senyawa serta struktur kristal dari sampel dengan membandingkan data tersebut dengan data standar²⁰.

2.8. Fluoresensi Sinar-X

Fluoresensi Sinar-X merupakan metode yang digunakan untuk menentukan komposisi unsur suatu material secara kualitatif dan kuantitatif.

Bahan yang dianalisis dapat berupa padat maupun serbuk. Kelemahan dari metode XRF adalah tidak dapat mengetahui senyawa dan struktur apa yang dibentuk oleh unsur-unsur yang terkandung dalam material, serta tidak dapat menganalisa unsur dibawah nomor atom 10.

Analisis menggunakan XRF dilakukan berdasarkan identifikasi dan pencacahan sinar-X karakteristik yang terjadi dari peristiwa efek fotolistrik^[18]. Efek fotolistrik merupakan proses dimana sinar-X diabsorpsi oleh atom dengan mentransfer energinya pada elektron yang terdapat pada kulit yang lebih dalam. Efek fotolistrik terjadi karena elektron dalam atom target

(sampel) terkena sinar berenergi tinggi (radiasi gamma, sinar-X). Bila energi sinar tersebut lebih tinggi dari pada energi ikat elektron dalam orbit K, L, atau

2θ=nλ/2d

mengalami kekosongan elektron. Kekosongan elektron ini akan diisi oleh elektron dari orbital yang lebih luar diikuti pelepasan energi yang berupa sinar-X karakteristik, yang selanjutnya ditangkap detektor untuk dianalisis kandungan unsur dalam bahan sehingga akan dihasilkan puncak-puncak pada intensitas yang berbeda. Proses fluoresensi dari sinar-X diperlihatkan pada Gambar 2.8.

Gambar 2.8 Proses fluoresensi sinar-X^[18]

2.9. Metode BET¹⁰

Metode BET (Brunauer-Emmet-Teller) merupakan metode yang digunakan untuk menentukan luas permukaan suatu padatan berpori, serta ukuran dan volume pori-porinya dengan menggunakan alat autosorb 6.

Prinsip kerjanya berdasarkan proses adsorpsi gas N2 pada permukaan padatan berpori.

Sampel yang akan dianalisis dengan berat yang diketahui diletakkan dalam tabung yang sudah diketahui volumenya dan dipanaskan di bawah vakum (10^-4 Torr) untuk menghilangkan gas-gas yang terdapat pada sampel.

Tabung didinginkan dalam nitrogen cair, dan sejumlah gas nitrogen

dimasukkan ke dalam tabung. Setelah mencapai kesetimbangan, tekanan dalam tabung diukur. Hal ini dilakukan berulang kali dengan jumlah-jumlah tertentu gas N2. Dengan mengamati perbedaan tekanan gas terhitung dan tekanan yang diamati pada setiap penambahan dapat ditentukan jumlah N2

yang teradsorpsi.

Dengan mengekstrapolasi kurva dan menggunakan persamaan BET maka luas permukaan dapat ditentukan dengan:

0 0

1 1

)

( P

x P C V C C V P P V

p

m m

ads

 

 

Dimana, P : tekanan

Vads : volume gas yang diadsorpsi pada tekanan P Po : tekanan jenuh, biasanya 200 – 400 Torr

Vm : volume gas yang diadsorpsi pada lapisan monolayer C : tetapan BET

Dengan mengalurkan nilai sisi kiri persamaan terhadap P/Po diperoleh persamaan garis lurus dengan:

slope =

C V S C

m

) 1 ( 

 ; intercept =

C I V

m

 1 ; dan

I V_m S

 1

(dalam m²/g)

Total luas permukaan dari sampel: SA = Vm x N x Am x 10^-20 Dimana, N : bilangan Avogadro 6,023 x 10²³ molekul/mol

M : berat molekul adsorbat

77K

Luas Permukaan Spesifik (LPS) padatan dapat dihitung dengan cara membagi total luas permukaan dengan berat sampel w:

LPS = SA/w

METODE PENELITIAN

3.1. Alat dan Bahan

3.1.1. Alat

1. Peralatan Gelas 9. Kertas pH indikator 2. Timbangan Analitis 10. Labu bulat

3. Pengering Buchner 11. Kondensor 4. Kertas Saring 12. Termometer

5. Oven 13. Buret

6. Botol vial 14. Instrumen XRF 7. Hot plate + stirer 15. Instrumen XRD 8. Botol propilen 16. Instrumen GC-MS

3.1.2. Bahan

1. Al2(SO4)3.18H2O 7. KOH

2. Larutan NH4OH 8. Kalium karbonat (K2CO3) 3. Larutan Etanol 96% 9. Minyak kelapa (kopra) 4. Indikator fenolftalein 10. HCl

5. Metanol pa 11. H2SO4

6. Aquademin 12. Ba(OH)2

3.2.1. Karakterisasi Minyak kelapa 3.2.1.1. Penentuan Angka Asam

Penentuan angka asam dilakukan dengan melarutkan 0,1 gram minyak kelapa dengan 25 mL etanol 96% didalam erlenmeyer, kemudian ditambahkan indikator penolftalein 1%, lalu menitrasi larutan tersebut dengan larutan KOH 0,1 N sampai warna merah muda tidak hilang dalam beberapa detik. Kemudian dihitung jumlah mg KOH yang digunakan untuk menetralkan asam lemak bebas dalam 1 gram minyak dengan rumus sebagai berikut:

Angka Asam = (A-B) x N x BE KOH m

dengan : A = jumlah mL KOH yang dibutuhkan untuk menitrasi sampel B = jumlah mL KOH yang dibutuhkan untuk menitrasi blanko

N = normalitas KOH yang digunakan untuk menitrasi sampel m = massa sampel

dalam penentuan angka asam ini dilakukan juga titrasi blanko.

3.2.1.2. Penentuan Angka Penyabunan

Penentuan angka penyabunan dilakukan dengan memasukkan

sebanyak 0,1 gram minyak kedalam labu bulat, kemudian ditambahkan 12,5 mL KOH-alkoholis 0,5 N. Labu bulat dihubungkan dengan kondensor,

kemudian dipanaskan dengan hati-hati sampai minyak tersabunkan dengan sempurna, yaitu jika butiran minyak tidak terlihat lagi selama 30 menit.

Setelah larutan dingin, larutan ditambahkan indikator penolftalen (pp) 1%, lalu dititrasi dengan HCl 0,5 N sampai warna merah muda menghilang. Pada penentuan secara titrasi dilakukan juga titrasi blanko sebagai pembanding.

Kemudian dihitung angka penyabunannya dengan rumus sebagai berikut:

Angka Penyabunan = (B-A) x BE KOH m

dengan : A = jumlah mL HCl untuk menitrasi sampel B = jumlah mL HCl untuk menitrasi blanko

N = normalitas KOH untuk menyabunkan minyak m = massa sampel

3.2.1.3. Penentuan Trigliserida

Minyak kelapa dimasukkan kedalam erlenmeyer kering dan tertutup sebanyak 64 gram, kemudian ditambahkan 27 mL metanol dan KOH 1,5%

berat minyak. Campuran yang terbentuk distirer selama 30 menit. Setelah 30 menit metil ester dipisahkan dari gliserol menggunakan corong pisah,

kemudian dicuci dengan air panas sampai air cucian netral. Metil ester hasil reaksi dikeringkan dengan Na2SO4 anhidrat lalu disaring, setelah itu metil ester yang telah kering dipanaskan hingga suhu 80^oC dan dihitung berat metil ester yang terbentuk. Setelah didapatkan berat metil ester, ditentukan persen metil ester, dengan membandingkan berat metil ester yang terbentuk dengan berat minyak kelapa yang direaksikan.

Metil ester yang dihasilkan dari penentuan trigliserida diinjeksi ke alat instrumen GC-MS sebanyak 1 µL, waktu retensi selama 1,5 jam, dan suhu 100^oC-290^oC. Pada pengukuran dengan GC-MS ini, jika masih terdapat trigliserida maka akan dilakukan metilasi terlebih dahulu, sehingga semua trigliserida yang terdapat didalam sampel akan berubah menjadi esternya.

Hal ini berarti bahwa data yang diperoleh nantinya selain komposisi asam lemak juga banyaknya trigliserida total yang ada didalam sampel. Dari kromatogram yang dihasilkan, puncak-puncak yang ada dicocokkan secara otomatis oleh komputer dengan database, sehingga didapatkan komposisi asam lemak yang terdapat pada sampel.

3.2.2 Pembuatan Katalis

3.2.2.1 Pembuatan Katalis Padatan Asam ( γ-Al2O3) dari Bahan Baku Tawas

Langkah awal yang dilakukan adalah melarutkan 500 gram padatan KAl(SO4)2.12H2O (Tawas) sampai larut sempurna. Selanjutnya larutan tersebut dititrasi dengan NH4OH 21% sambil dilakukan pengadukan dengan kecepatan konstan menggunakan magnetik stirer sampai pH campuran berkisar sekitar 8-9, kontrol pH dilakukan dengan pH meter.

Larutan yang terbentuk didiamkan semalam, lalu dicuci dengan aquademin dan dikeringkan. Endapan yang telah kering tersebut dilarutkan

kembali dengan H2SO4 0,1 N sampai larut, untuk dipisahkan

pengotornya,kemudian ditambahkan lagi NH4OH sampai pH sekitar 8-9.

Selanjutnya campuran diaging secara hidrotermal menggunakan botol polipropilen dalam penangas air selama 96 jam pada suhu 80^oC. Endapan yang terbentuk dicuci dan dinetralkan dengan aquademin, lalu endapan dibentuk pelet dan dikeringkan pada suhu 120^oC selama 24 jam. Pelet yang telah kering dikalsinasi pada suhu 550^oC selama 24 jam. Hasil kalsinasi ini merupakan katalis γ-Al2O3, yang kemudian dikarakterisasi dengan XRD dan XRF.

3.2.2.2 Pembuatan Katalis Padatan Asam ( γ-Al2O3) dari Bahan Baku Regenerasi Katalis

Katalis Bekas (berupa pellet) dicuci dengan Alkohol : Air (5:1) sampai air cucian bersih. Selanjutnya katalis dikalsinasi pada suhu 120^oC selama 1 jam dan dilanjutkan lagi pada suhu 550^oC selama 3 jam. Katalis ini setelah dingin, diambil untuk dikarakterisasi dengan instrument XRD, XRF, dan metode BET.

3.2.2.3 Pembuatan Katalis Padatan Basa ( γ-Al2O3/K2CO3) dari Bahan Baku Tawas

Katalis γ-Al2O3 yang terbentuk dicampur dengan kalium karbonat (K2CO3) sebanyak 20% dari berat katalis γ-Al2O3. Campuran kristal γ-Al2O3

dan K2CO3 ini dibuat pasta dengan menambahkan sedikit aquademin, lalu

vakum. Katalis ( γ-Al2O3-K2CO3) yang terbentuk dikarakterisasi menggunakan XRD dan XRF.

3.2.2.4 Pembuatan Katalis Padatan Basa ( γ-Al2O3/K2CO3) dari Bahan Baku Regenerasi Katalis

Katalis γ-Al2O3 yang dihasilkan dari regenerasi katalis ditimbang dengan berat tertentu, lalu ditambahkan K2CO3 sebanyak 20% dari berat yang ditimbang. Kemudian, pada campuran ditambahkan sedikit aquademin agar dapat dibentuk menjadi pellet. Pelet ini lalu dikalsinasi pada suhu 550^oC selama 5 jam. Setelah dingin, diambil sedikit untuk dikarakterisasi dengan instrument XRD, XRF, dan BET.

3.2.3. Uji Katalitik Reaksi Esterifikasi

Reaksi esterifikasi dilakukan dengan cara mencampurkan sebanyak 30 gram minyak kelapa dan metanol yang ditempatkan kedalam labu bulat leher tiga yang dilengkapi kondensor dan termometer dengan perbandingan mol minyak dan metanol sebesar 1:4,5. Campuran dipanaskan menggunakan hotplate stirrer pada variasi suhu 70 - 90^oC dan distirer dengan kecepatan konstan. Dalam reaksi diperkirakan hanya FFA yang bereaksi untuk

membentuk metil ester. Setelah cukup larut, dimasukkan variasi jenis katalis sebesar 2% dari berat minyak. Reaksi dilangsungkan dengan variasi waktu 1 jam dan 2 jam. Setelah reaksi berlangsung selama waktu yang telah

ditentukan, lapisan metil ester yang terbentuk dipisahkan. Metil ester lalu diuji angka asamnya dan dihitung persen konversinya dengan persamaan :

% Konversi = Bilangan Asam Awal – Bilangan Asam Akhir x 100%

Bilangan Asam Awal

3.2.4. Uji Katalitik Reaksi Transesterifikasi

Reaksi transesterifikasi dilakukan dengan cara mencampurkan sebanyak 30 gram minyak kelapa dan metanol yang ditempatkan kedalam labu bulat leher tiga yang dilengkapi kondensor dan termometer dengan perbandingan mol minyak dan metanol sebesar 1:4,5. Campuran dipanaskan menggunakan hotplate stirrer pada variasi suhu 70 - 90^oC dan distirer dengan kecepatan konstan. Dalam reaksi diperkirakan trigliserida yang ada didalam minyak bereaksi membentuk metil ester. Setelah cukup larut, dimasukkan variasi jenis katalis( katalis γ-Al2O3/K2CO3 dari bahan baku tawas dan γ- Al2O3/K2CO3 dari katalis γ-Al2O3 bekas yang diregenerasi) sebesar 2% dari berat minyak. Reaksi dilangsungkan dengan variasi waktu 1 jam dan 2 jam.

Setelah reaksi berlangsung selama waktu yang telah ditentukan, lapisan metil ester yang terbentuk dipisahkan dari gliserol. Metil ester yang terbentuk lalu ditimbang sebanyak 0.6 g, dipanaskan sampai suhu 150-170^oC, kemudian dibakar, lalu ditimbang berat sisanya, dan dibandingkan beratnya untuk mendapatkan persen konversi dengan perhitungan :

% Konversi = Berat Awal – Berat Sisa x 100%

Berat Awal

Sebanyak 0,1 gram produk reaksi dimasukkan kedalam erlenmeyer, kemudian ditambahkan 25 mL etanol 96%. Campuran larutan ditambahkan beberapa tetes indikator pp. Setelah itu dititrasi dengan KOH 0,1 N sampai warna merah muda tidak hilang dalam beberapa detik. Kemudian dihitung nilai bilangan asamnya dengan persamaan sebagai berikut :

Angka Asam = (A-B) x N x BE KOH m

dengan : A = jumlah mL KOH yang dibutuhkan untuk menitrasi sampel B = jumlah mL KOH yang dibutuhkan untuk menitrasi blanko

N = normalitas KOH yang digunakan untuk menitrasi sampel m = massa sampel

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Karakterisasi Minyak Kelapa (VCO)

Minyak kelapa (VCO) pada penelitian ini berasal dari tanaman kelapa pohon (Cocos Nucifera ), dibuat dengan cara sentrifugasi dan diperoleh dari Balai Besar Kimia dan Kemasan (BBKK), Jl. Raya Bogor. Sampel minyak kelapa (VCO) yang dimiliki berwarna jernih dan berbau khas kelapa.

Karakterisasi sampel dilakukan dengan penentuan angka asam, angka penyabunan, dan penentuan trigliserida.

Dari hasil penentuan angka asam diperoleh nilai angka asam untuk minyak kelapa (VCO) sebesar 4.6524 mg KOH/g sampel. Jika dibandingkan dengan standar mutu VCO yang sebesar maksimal sebesar 4 mg KOH/g sampel, maka terlihat bahwa tidak terpaut terlalu jauh dan dapat dikatakan bahwa kandungan FFA yang ada pada minyak kelapa (VCO) cukup rendah jika dibandingkan dengan beberapa minyak nabati lain.

Dari penentuan angka penyabunan didapat angka penyabunan sebesar 257.19 mg KOH/g sampel. Jika dibandingkan dengan standar mutu angka penyabunan minyak kelapa (VCO) sebesar 248-265 mg KOH/g sampel, maka sampel yang dimiliki memenuhi standar yang ada.

Pada penentuan trigliserida didapatkan kadar trigliserida sebesar 97,7%. Besarnya trigliserida yang terdapat pada sampel mengindikasikan

dengan katalis basa KOH.

Metil ester yang dihasilkan berwarna jernih dan berbau khas :

Gambar 4.1. Metil ester dari minyak kelapa (VCO)

Pada analisis GC-MS, didapatkan informasi komposisi asam lemak sebagai berikut :

Tabel 4.1. Komposisi asam lemak minyak kelapa VCO (Hasil analisis GC-MS)

Asam Lemak Mr % di dalam sample

Asam Laurat 204 49.68

Asam Miristat 228 17.33

Asam Stearat 284 8.61

Asam Palmitat 256 8.51

Asam Kaprilat 146 7.18

Asam Kaprat 172 6.3

Asam Arachidat 312 1.12

Asam Kaproat 116 0.56

Lain-lain 0.71

Pada penentuan trigliserida dengan GC-MS, diketahui bahwa trigliserida total yang ada pada sampel minyak kelapa (VCO) sebesar

99.29%, dihitung dari penjumlahan persen luas area pada kromatogram.

Dengan membandingkan antara trigliserida total yang ada didalam sampel dengan banyaknya trigliserida yang dapat dikonversi dengan katalis

homogen KOH, maka dapat dikatakan bahwa penggunaan katalis homogen KOH dapat mengkonversi sampai 98.40 % dari trigliserida total yang

terkandung didalam sampel minyak kelapa (VCO), seperti ditunjukkan pada perhitungan sebagai berikut :

Persen konversi katalis homogen KOH = A – B x 100%

A

dengan A = Trigliserida total yang ada didalam sampel (hasil GC-MS) B = Trigliserida yang dapat dikonversi oleh katalis KOH

Nilai ini juga menunjukkan bahwa penggunaan katalis heterogen berarti akan memiliki aktivitas untuk mengkonversi menjadi metil ester dibawah nilai 98,40% tadi. Hal ini karena berdasarkan literatur, penggunaan katalis

heterogen/katalis padatan memiliki aktivitas yang lebih rendah dibandingkan katalis homogen.

4.2. Pembuatan Katalis γ-Al2O3

Alum atau Tawas merupakan senyawa aluminium potassium sulfat terhidrat dengan rumus umum KAl(SO4)2.12H2O. Ketika tawas dilarutkan dengan aquademin sampai larut sempurna dengan dibantu proses pemanasan, reaksi yang terjadi adalah:

2KAl(SO4)2.12H2O + H2O → Al2(SO4)3 + 13H2O + K2SO4

larutan amonium hidroksida (NH4OH) sampai pH larutan sekitar 8-9 dan menghasilkan gel berwarna putih (sol aluminium hidroksida [Al(OH)3]) seperti terlihat pada gambar berikut :

Gambar 4.2. Sol aluminium hidroksida [Al(OH)3]

Sol ini kemudian didiamkan semalam untuk menyempurnakan pengendapan dan lebih mudah disaring, seperti terlihat pada gambar :

Gambar 4.3. Sol Aluminium Hidroksida [Al(OH)3] setelah proses pengendapan

Reaksi yang terjadi pada proses pengendapan tersebut yaitu:

Al2(SO4)3 + 6NH4OH 2Al(OH)3 + 3(NH4)2SO4

Kontrol pH dilakukan pada kisaran 8-9 dengan harapan terbentuk boehmite. Sol aluminium hidroksida yang terbentuk dicuci dan disaring

kemudian dilarutkan dengan larutan H2SO4 sehingga pengotor-pengotor seperti Ca dan Fe dapat mengendap dan dipisahkan dari larutan. Ketika ditambahkan ammonium hidroksida akan terbentuk lagi gel aluminium hidroksida yang selanjutnya diproses aging (dipanaskan secara hidrotermal) didalam botol polipropilen pada suhu 80^oC selama 96 jam untuk

menghasilkan boehmite yang lebih kristalin dan membentuk pori yang seragam.

Jika proses aging dilakukan pada suhu 40^oC maka kristal yang terbentuk adalah β-aluminium trihidroksida [β-Al(OH)3] atau bayerit,

sedangkan pada suhu 80^oC kristal yang terbentuk adalah α-aluminium oksida hidroksida [α-AlO(OH)] atau boehmite. Proses aging dapat dilihat pada

gambar berikut ini :

Gambar 4.4. Proses Aging

sampai pH larutan netral dan dikeringkan untuk menghilangkan sisa-sisa reagen berupa ion-ion kationik (seperti NH4+

) maupun ion-ion anionik (seperti SO42-

, OH^-). Endapan yang didapatkan kemudian dibentuk pelet dan dikeringkan di oven pada suhu 120^oC selama 24 jam untuk menghilangkan air, kemudian dikalsinasi pada suhu 550^oC selama 24 jam. Proses kalsinasi merupakan proses pemberian panas (thermal treatment) yang berfungsi sebagai media dekomposisi termal, transisi fasa, dan penghilangan fraksi- fraksi volatil dari suatu material padatan, dalam hal ini katalis. Dalam proses pembuatan katalis ini, proses kalsinasi juga dapat meningkatkan kekuatan pelet suatu katalis. Katalis γ-Al2O3 yang terbentuk dapat dilihat pada gambar berikut :

Gambar 4.5. Katalis γ-Al2O3 (tawas)

Pada proses kalsinasi boehmite digunakan suhu 550^oC karena pada suhu ini akan didapatkan γ-Al2O3. Jika dilakukan peningkatan suhu lebih lanjut maka pada suhu ± 850^oC didapatkan δ-Al2O3, suhu ± 1000^oC akan diperoleh θ-Al2O3 dan pada suhu ± 1100^oC akan diperoleh α-Al2O319, seperti terlihat pada gambar dibawah ini:

Gambar 4.6. Urutan transformasi termal dari aluminium hidroksida¹⁹

Proses pembuatan katalis γ-Al2O3 secara keseluruhan dapat dituliskan sebagai berikut:

Al(OH)3 aging 40oCdan 80oC AlO(OH) + H2O

Kalsinasi 550^oC, 24 jam

2AlO(OH) Al2O3 + H2O

γ-Al2O3 yang terbentuk pada suhu kalsinasi 550^oC dapat digunakan sebagai katalis, dimana struktur dua lapisan pertamanya adalah :

Gambar 4.7. Penggambaran dua lapisan pertama struktur γ-Al2O3

Pada struktur γ-Al2O3 terdapat sisi asam dan sisi basa (amfoter).

Sisi asam Lewis (sisi yang mampu menerima elektron) digambarkan sebagai koordinasi atom aluminium yang tidak lengkap dan terbentuk akibat dehidrasi pada suhu yang tinggi dan mengakibatkan terbentuknya anion oksigen pada permukaan aluminium sebagai sisi basa Lewisnya. Sisi asam Brønsted (sisi yang mendonorkan proton) pada alumina digambarkan sebagai ion Al³⁺ yang mengadsorpsi molekul H2O sehingga keelektronegatifan sisi asam Lewis akan menurun karena pasangan elektron bebas oksigen dari molekul air akan disumbangkan ke sisi asam Lewisnya dan muatan negatif oksigen yang berada pada sisi basa menjadi lebih elektronegatif.

Gambar 4.8. Sisi basa dan sisi asam alumina

Uap air dari udara dapat terikat dengan gugus Al, dimana gugus Al yang bermuatan positif ini memiliki sifat hidrofilik. Pada permukaan alumina yang dipenuhi oleh gugus hidroksil, ion K⁺ menggantikan proton pada gugus hidroksil membentuk gugus O-K. Kalium karbonat bereaksi kuat dengan gugus hidroksil permukaan dan membentuk Al-O-K pada alumina dengan cara menetralkan sisi asam alumina dan menggantikan gugus hidroksil.

Gugus ini merupakan spesi sisi aktif pada katalis. Jadi dapat dikatakan bahwa kerapatan gugus hidroksil pada permukaan -Al2O3 berbanding lurus dengan aktifitas yang maksimum, karena semakin banyaknya proton pada gugus hidroksil yang dapat digantikan oleh ion K⁺. Maka dapat dikatakan bahwa kerapatan gugus hidroksil pada permukaan -Al2O3 berbanding lurus dengan aktifitas yang maksimum, karena semakin banyaknya proton pada gugus hidroksil yang dapat digantikan oleh ion K⁺. Jadi ada dua kemungkinan

pembentukan oksida K2O dan pembentukan ikatan Al-O-K pada permukaan katalis karena adanya interaksi antara garam dengan pendukung katalis (salt- support interaction)²³.

γ-Al2O3 merupakan suatu katalis padatan asam yang dapat dipakai pada reaksi esterifikasi, untuk merubahnya menjadi katalis padatan basa diperlukan modifikasi dengan K2CO3, dimana terdapatnya sisi aktif basa pada permukaannya. Proses perubahan γ-Al2O3 dari katalis asam menjadi basa ini terjadi karena sisi aluminium yang bersifat asam akan mengikat kalium dari K2CO3 sehingga sisi asam dari gamma alumina akan berkurang. Sehingga katalis padatan basa γ-Al2O3 yang modifikasi dengan K2CO3 dapat

digunakan untuk reaksi transesterifikasi.

Dalam penelitian kali ini, kristal γ-Al2O3 yang diperoleh digerus

kembali sampai halus, setelah itu dicampur dengan kalium karbonat (K2CO3).

Kalium karbonat ini berupa bubuk halus berwarna putih dan larut dalam air.

Setelah keduanya bercampur, kristal tersebut kembali digerus sampai halus, agar proses pencampuran dapat terjadi secara homogen. γ-Al2O3 yang telah dicampur dengan K2CO3 dibuat pasta dengan menambahkan sedikit

aquademin, dimana pada pencampuran ini terjadi reaksi:

Al2O3 + K2CO3 + CO2 + 2H2O → 2KAl(OH)2CO3

Gas CO2 dalam reaksi diatas berasal dari udara, karena pada proses

preparasi katalis tidak ada digunakan gas CO2 secara khusus. 2KAl(OH)2CO3

sebagai poduk dari reaksi pencampuran γ-Al2O3 dengan K2CO3 berfungsi

sebagai prekursor sisi basa katalis, dimana terbentuk dari interaksi antara garam dengan pendukung katalis (salt-support interaction)²³.

Pencampuran γ-Al2O3 dengan K2CO3 dilakukan 20% dari berat γ-Al2O3. Setelah terbentuknya pasta, campuran dibuat pelet agar nantinya mudah dipisahkan pada akhir proses reaksi transesterifikasi. Pelet yang terbentuk dikalsinasi ulang pada suhu 550^oC, proses kalsinasinya dilakukan pada kondisi vakum, dimana bertujuan agar didapatkan kebasaan katalis yang cukup baik dan molekul H2O menguap. Pada kondisi vakum terjadi

dekomposisi termal dari K2CO3 membentuk sisi basa yang aktif. Reaksi yang terjadi adalah:

K2CO3  K2O + CO2

Dari reaksi diatas yang berperan sebagai basa adalah K2O. Menurut Pinna (1998)²⁰ kalsinasi mempunyai tujuan dekomposisi prekursor logam dengan pembentukan oksida dan untuk menghilangkan produk-produk gas (CO2, H2O) dan kation maupun anion yang telah ditambahkan sebelumnya.

Selain dekomposisi, selama kalsinasi terjadi pula:

 Sintering prekursor atau pembentukkan oksida

 Reaksi oksida dengan penyangga

Hubungannya dengan penambahan K2CO3 pada γ-Al2O3, dimana molekul K2O berinteraksi dengan sisi asam pada γ-Al2O3 sehingga permukaan γ-Al2O3

relatif bersifat basa.

Regenerasi katalis gamma alumina dilakukan untuk mereaktivasi katalis alumina sehingga dapat digunakan kembali sebagai katalis dalam proses katalisis. Prinsip regenerasi yang dilakukan adalah oksidasi senyawa karbon residual pada pori maupun permukaan katalis menjadi karbondioksida oleh oksigen yang terkandung dalam udara. Sebelum regenerasi katalis gamma alumina dilakukan, katalis dicuci dengan etanol : air (5 : 1) untuk membersihkan permukaan katalis dari pengotornya. Setelah itu katalis dikalsinasi selama 3 jam pada suhu 550^oC, yang bertujuan untuk

mengoksidasi sisa hidrokarbon yang masih terjebak pada pori katalis dan terbebas sebagai CO2 dan H2O. Pada akhir proses regenerasi diperoleh katalis hasil regenerasi dan beberapa butiran katalis yang masih

terdeaktivasi (berwarna keabuan). Adanya katalis yang masih terdeaktivasi ini disebabkan oleh kondisi udara dan pemanasan yang tidak merata.

Gambar katalis γ-Al2O3 sebelum regenerasi dan sesudah diregenerasi sebagai berikut:

Gambar 4.9. Katalis γ-Al2O3 sebelum regenerasi dan sesudah diregenerasi

4.5. Karakterisasi Katalis

Pada penelitian ini digunakan empat variasi katalis, yaitu katalis padatan asam ( γ-Al2O3) dari bahan baku tawas, katalis padatan asam ( γ- Al2O3 ) yang berasal dari bahan baku katalis γ-Al2O3 bekas industri yang diregenerasi (regenerasi katalis), katalis padatan basa ( γ-Al2O3/K2CO3 ) dari bahan baku tawas, dan katalis padatan basa ( γ-Al2O3/K2CO3 ) yang berasal dari bahan baku katalis γ-Al2O3 bekas industri yang diregenerasi (regenerasi katalis). Katalis-katalis ini kemudian dikarakterisasi dengan XRD dan XRF.

Untuk katalis yang berasal dari bahan baku katalis γ-Al2O3 bekas industri yang diregenerasi (regenerasi katalis) juga dilakukan karakterisasi dengan isoterm BET.

4.5.1. Karakterisasi Katalis dengan XRD (X-Ray Diffraction)

Karakterisasi katalis dengan XRD (X-Ray Diffraction) ini bertujuan untuk melihat tingkat keberhasilan dalam mensintesis katalis. Pada penelitian kali ini, digunakan instrumen XRD Philips PW 2213/20 dengan kisaran sudut difraksi (2θ) dari 5^o sampai 80^o. Data yang dihasilkan dari XRD selanjutnya dibandingkan dengan data standar.

Hasil karakterisasi katalis γ-Al2O3 diperoleh data sebagai berikut:

Tabel 4.2. Data difraksi sinar-X katalis γ-Al2O3 hasil sintesis

Puncak

γ-Al2O3

2θ (deg) Intensitas relatif (%)

1 19,9465 23,88

2 15,4181 24,14

3 25,6046 100

Sedangkan data berdasarkan literatur untuk γ-Al2O3 adalah sebagai berikut:

Tabel 4.3. Data difraksi sinar-X standar γ-Al2O3 dari literatur

Puncak 2θ (deg) Intensitas relatif (%)

1 37,440 62

2 46,197 78

3 67,312 100