KATALIS DALAM PEMBUATAN METIL ESTER
1. Katalis
Katalis adalah suatu zat yang mempercepat suatu laju reaksi dan mempercepat tercapainya keadaan kesetimbangan tanpa zat itu sendiri menurunkan energi aktivasi, namun zat tersebut tidak habis bereaksi. Ketika reaksi selesai, kita akan mendapatkan massa katalis yang sama seperti pada awal kita tambahkan. Zat yang menghambat berlangsungnya reaksi disebut inhibitor. Dalam suatu reaksi kimia, katalis tidak ikut bereaksi secara tetap sehingga dianggap tidak ikut bereaksi. Secara umum, katalis yang digunakan dalam reaksi kimia yaitu katalis homogen, katalis heterogen, biokatalis, dan auto katalis. 1.1. Katalis Homogen
Katalis homogen merupakan katalis yang wujudnya sama dengan wujud reaktannya. Dalam reaksi kimia, katalis homogen berfungsi sebagai zat perantara (fasilitator). Beberapa jenis katalis homogen yang telah digunakan antara lain NaOH, KOH, NaOH, H2SO4, ZA, ZA kering, ZKOH, dan Z-KOH kering.
Penggunaan katalis ini mempunyai kekurangan seperti korosif yang tinggi dan katalis ini tidak mungkin digunakan kembali sehingga dalam proses pembuatan metil ester ini NaOH dibuang dalam bentuk larutan dan mengganggu lingkungan. Contoh penggunaan katalis homogen, yaitu dengan katalis NaOH dan H2SO4.
Pada pembuatan metil ester telah berhasil dilakukan tanpa pemurnian melalui esterifikasi dan reaksi trasnesterifikasi menggunakan katalis H2SO4 dan
NaOH. Katalis yang digunakan adalah H2SO4 dengan komposisi mol 1:1 hingga
Proses selanjutnya digunakan katalis dasar NaOH pada transesterifikasi minyak reutealis trisperma yang mengandung asam lemak bebas sebesar 0,09%. Variasi komposisi metanol yang digunakan dalam reaksi, yaitu 1:1, 1:2, dan 1:3. Reaksi dilakukan menggunakan konsentrasi katalis optimal 1% berat dan pada temperatur 65°C sekitar 95,15% produk biodiesel diperoleh pada variasi metanol dengan berat rasio 1:1 yang dikenal dengan biodiesel melalui transesterifikasi reversible. Produk biodiesel yang optimal akan berbandung lurus seiring dengan meningkatnya rasio berat metanol. Ketika jumlah metanol kelebihan, hal ini tidak akan berpengaruh secara signifikan terhadap produk biodiesel yang dihasilkan.
Contoh lain dalam katalis homogen adalah menggunakan katalis KOH. Sintesis biodiesel dari minyak jelanta kemiri telah berhasil dilakukan tanpa pemurnian melalui esterifikasi dan reaksi transesterifikasi menggunakan katalis KOH dengan variasi konsentrasi, yaitu 0,5%, 1,0%, 1,5%. 2,0% berat. Reaksi transesterifikasi berlangsung selama 1 jam pada temperatur 65°C dan dihasilkan produk metil ester dan metanol yang masih bercampur kemudian kedua produk tersebut dipisahkan, kemudian untuk mengetahui metil esternya maka dilakukan analisis menggunakan kromatografi gas 7600. Variasi konsentrasi katalis yang dilakukan dalam percobaan akan berpengaruh terhadap yield produk biodiesel. 1.2. Katalis Heterogen
Katalis heterogen adalah katalis yang wujudnya berbeda dengan wujud reaktannya. Reaksi zat-zat yang melibatkan katalis jenis ini, berlangsung pada permukaan katalis tersebut. Reaksi fase gas dan fase cair dikatalisa oleh katalis heterogen biasanya lebih mungkin terjadi di permukaan katalis dari pada di fase gas atau fase cair. Untuk alasan ini maka kadangkala katalis heterogen disebut katalis kontak. Adapun beberapa jenis katalis heterogen yang telah dipakai dalam pembuatan biodiesel antara lain CaO, MgO, CaOZnO, SrO.SiO2, dan K3PO4.
Adapun contoh penggunaan katalis heterogen berupa katalis CaOZnO, katalis SrO.SiO2, dan katalis K3PO4. Sintesis katalis CaOZnO telah berhasil
dilakukan dengan pencampuran Zn, Ca(CH3COO)2.H2O,-dan Zn(CH3COO)2.H2O
dengan H2O dicampur secara terpisah dengan metode ko-presipitasi. Endapan Zn
dan CaO dapat dibuat dengan pengadukan H2C2O4.2H2O selama 12 jam pada
temperatur kamar. Endapan dicuci dengan H2O dan aseton, kemudian dikeringkan
dalam oven semalam. Prosedur yang sama dilakukan pada rasio Ca ke Zn. Untuk penggunaan katalis, CaO dikalsinasi pada temperatur 800°C selama 6 jam, sedangkan untuk ZnO dikalsinasi pada temperatur 450°C selama 6 jam. Dalam proses karakterisasi zat padat digunakan instrument XRD dan FTIR (Rian, 2011).
Dalam proses ini juga dilakukan reaksi transesterifikasi dalam kondensor refluks dalam labu ukur. Lalu dilakukan pengadukan 1250 rpm untuk
menghilangkan efek perpindahan massa eksternal. Minyak kelapa sawit bekas dicampurkan dengan metanol dalam gelas reaktor. CaOZnO dialiri gas N2 dalam tabung pada temperatur 800°C selama 1 jam. Kemudian campuran tersebut dipanaskan pada temperatur 65°C selama 3 jam dan ditambahkan HCl untuk menetralkan CaO. Didalam corong pemisah ditambahkan di-klorometana, ester, mono, di, trigliserida, dan metil ester pada lapisan atas, sedangkan pada lapisan atas ditambahkan gliserol, metanol, residu HCl dan CaCl2. Didapatkan kandungan
metil ester pada lapisan CaO, CaOZnO0,08, dan CaOZnO0,25 lebih besar
dibandingkan ZnO yang akan dianalisis dengan alat gas-chromatography. Produk yang terbentuk pada proses reaksi transesterifikasi kali ini, yaitu metil ester, monogliserida, digliserida, trigliserida, dan gliserol sebagai produk samping. Didapatkan produk metil ester lebih banyak dibandingkan produk lainnya dalam reaksi transesterifikasi, sehingga reaksi transesterifikasi berhasil dilakukan untuk ketiga katalis, sedangkan untuk katals ZnO, lapisan organik masih berbentuk minyak, sehingga sulit disuntikkan ke gas chromatography.
Adapun contoh selanjutnya adalah Sintesis biodiesel dari minyak kedelai telah berhasil dilakukan dengan katalis SrO.SiO2 melalui metode sol-gel. Silika
sol-gel dibuat menggunakan silika dengan mencampurkan NaOH 5%, selanjutnya diaduk selama 3 jam. Kemudian dilarutkan Sr(NO3)2.H2O ke dalam air dengan
dengan kecepatan 450 rpm supaya terbentuk Strontium silikat, selanjutnya ditambahkan dengan perlahan larutan HNO3 ke dalam strontium silikat sehingga
terbentuk gel dan kemudian disaring lalu dicuci menggunakan air. Setelah bersih, gel dikeringkan menggunakan oven dengan temperatur 105°C selama 3 jam dan setelah kering dihancurkan hingga terbentuk bubuk strontium silikat. Bubuk strontium silikat selanjutnya dikalsinasi selama 4 jam dengan temperatur 800°C. Gas Chromatography (GC) digunakan untuk mengetahui komposisi katalis yang optimum dan untuk menentukan jenis metil ester. Dalam proses transesterifikasi menggunakan reaktan minyak dengan metanol dan menggunakan katalis dengan perbandingan rasio SiO:SrO yaitu 0:1, 1:0, 3:2, 2:4 dan 2:7 dengan variasi waktu 30, 60, 90, dan 120 menit dalam proses transesterifikasi ini dilakukan refluks.
Proses ini terjadi dengan temperatur 65°C selama 30 menit dan diaduk dengan kecepatan 300 rpm. Kemudian dibiarkan selama 24 jam. Selanjutnya campuran tersebut disaring untuk memisahkan produk dan katalis. Proses reaksi transesterifikasi pembuatan metil ester menggunakan katalis basa heterogen yaitu SrO.SiO2 menghasilkan produk yang cukup baik. Kondisi operasi optimum pembuatan metil ester penggunaan katalis SrO.SiO2 adalah dengan perbandingan
2:7 dan reaksi berlangsung menggunakan temperatur 65°C selama 30 menit. Penggunaan katalis K3PO4 dalam reaksi pembuatan biodiesel, kristal
NaZSM-5 dibuat dengan pencampuran natrium aluminat dalam larutan (TPAOH dan air), setelah itu ditambahkan TEOS dalam campuran dan diaduk selama 15 menit dengan pemanasan pada temperatur 60°C selama 6 jam. Setelah gel terbentuk, ditambahkan sedikit demi sedikit CTABr dengan pengadukan konstan hingga selesai disolusi. Selanjutnya, autoklaf digunakan pada tahap kristalisasi gel selama 24 jam pada temperatur 150°C. Setelah terbentuk kristal, filtrat dan residu dipisahkan, kemudian dicuci menggunakan air suling sampai pH netral dan dikeringkan yang pertama selama 24 jam pada temperatur 60°C selanjutnya selama 24 jam pada temperatur 110°C. Untuk menghasilkan biodiesel, digunakan katalis K3PO4 dengan variasi konsentrasi 5, 10, dan 15% berat. Katalis K3PO4
label NZ, NZK5, NZK10 dan NZK15. Adapun hubungan presentase kristalinitas dengan presentase K3PO4 pada sintesis NaZSM-5. Seiring dengan meningkatnya
jumlah K3PO4 pada sintesis NaZSM-5 maka presentase kristalinitas menurun.
Didapatkan waktu kristalisasi sangat berpengaruh pada pembentukan kristal ZSM-5 dimana waktu pembentukan ZSM-ZSM-5 optimum selama 24 jam pada suhu 17ZSM-5°C. 1.3. Biokatalis (Enzim)
Biokatalis adalah katalis yang memiliki keunggulan sifat (aktivitas tinggi, selektivitas dan spesifitas) sehingga dapat dapat membantu proses–proses kimia kompleks pada kondisi lunak dan ramah lingkungan. Kelemahannya antara lain sangat mahal, sering tidak stabil, mudah terhambat, tidak dapat diperoleh kembali setelah dipakai. Salah satu Biokatalis yang telah dilaporkan penggunaanya adalah Enzim lipase (Triacylglycerol Acllydrolases). Enzim lipase atau enzim pemecah lemak juga dipakai dalam reaksi pembuatan biodiesel (Armando, 2013).
Enzim lipase dapat mengatalisis, menghidrolisis, serta menyintesis bentuk ester dari gliserol dan asam lemak rantai panjang seperti halnya minyak goreng dan jelantah. Berbeda dengan katalis soda api yang masih menghasilkan limbah, katalis enzim tidak menghasilkan limbah. Pasalnya, dengan menggunakan enzim lipase, asam lemak bebas akan larut dan menjadi biodiesel. Untuk membuat biodiesel dengan katalis enzim lipase, hal yang harus dilakukan pertama kali adalah menyiapkan enzim lipase ke dalam sebuah penampang berupa membrane tertentu. Dengan menggunakan dua filter enzim lipase sebagai katalisnya.
Filter pertama yang digunakan untuk menyaring 60% kotoran-kotoran yang akan disaring dan kemudian sisa-sisa dari kotoran yang sebanyak 40% disaring oleh filter kedua. Alhasil, total kotoran yang berhasil disaring mencapai 100% enzim ditempelkan pada filter. Ketika minyak dilewatkan ke dalam filter berupa enzim lipase ini, diharapkan keluaran dari filter tersebut telah menjadi biodiesel. Sekarang ini harga enzim masih berkisar
Rp.1.000.000,-Rp.3.000.000 /kg , untuk filter yang berukuran satu meter persegi, dibutuhkan tiga gram enzim untuk melakukan pembuatan metil ester. Panjang ukuran filter yang digunakan dalam pembuatan metil ester tergantung dari berapa volume reaktan yang digunakan, semakin banyak reaktan maka semakin panjang juga ukuran filter.
Autokatalis adalah zat hasil reaksi yang berfungsi sebagai katalis, artinya produk reaksi yang terbentuk akan mempercepat reaksi kimia. Reaksi antara kalium permanganat (KMnO4) dengan asam oksalat (H2C2O4) salah satu hasil
reaksinya berupa senyawa mangan sulfat (MnSO4). Semakin lama, laju reaksinya
akan semakin cepat karena MnSO4 yang terbentuk berfungsi sebagai katalis.
Demi meningkatkan laju reaksi kita perlu untuk meningkatkan jumlah tumbukan tumbukan yang menghasilkan reaksi. Salah satu cara yang efektif adalah dengan menurunkan energi aktivasi. Penambahan katalis dapat menurunkan energi aktivasi. Reaksi ini berlangsung lambat, karena energi aktivasinya lebih besar dibanding energi molekulnya. Hanya sebagian kecil molekul yang mencapai aktivasi dengan katalis lebih rendah. Katalis itu berupa zat yang dicampurkan dengan reaktan. Jika reaksi di atas tanpa katalis, AB dan C bertumbukan sampai mencapai Ea yang relatif tinggi, karena umumnya energi molekulnya rendah, jadi tumbukan yang terjadi tidak efektif. Ea sangat sulit dicapai, untuk itu maka ditambahkan zat yang bertindak sebagai katalis.
Ternyata pada saat katalis dicampurkan reaksi makin cepat. Jelas bahwa katalis itu dapat mempengaruhi salah satu reaktan, misalnya dalam reaksi ini katalis cocok sifatnya dengan AB. Maka seperti robot AB tertarik ke katalis membentuk KAB. KAB tergolong kompleks teraktivasi yang merupakan tahap reaksi hipotesis KAB kemudian terurai menjadi KA dan B. Setelah itu terjadi tahap reaksi berikutnya, yaitu C ditarik oleh KA menjadi KAC yang kemudian langsung K lepas dan terbentuklah AC. Jadi, katalis ikut ambil bagian dalam reaksi, memberi jalan baru melalui mekanisme reaksi baru yang energi
aktivasinya lebih rendah, kemudian terbentuk kembali dalam keadaan yang sama. Katalis dapat berfungsi sebagai zat perantara maupun sebagai zat pengikat.
Katalis yang berfungsi sebagai zat pengikat, yaitu logam-logam seperti Pt, Cr, dan Ni. Permukaan logam-logam ini memiliki kemampuan mengikat zat yang akan bereaksi sehingga terbentuk spesi yang reaktif. Logam-logam ini
mempercepat reaksi-reaksi gas dengan cara membentuk ikatan lemah antara gas dan atom-atom logam pada permukaan, proses ini disebut adsorpsi. Gas-gas yang terikat atau terabsorpsi pada permukaan logam-logam akan lebih mudah bereaksi.
Armando. 2013. Pembuatan Biodiesel dengan Menggunakan Biokatalis (Enzim). Jurnal Bioenergi. Vol.11(2) : 34-39.
Elliyanti, A. 2014. Pengaruh Katalis Homogen dan Heterogen pada Proses Reaksi Transesterifikasi. Jurnal Teknik Kimia. Vol.6(8) : 43-49. Hikmah, N. 2012. Pembuatan Metil Ester dari Minyak Dedak dan Metanol
dengan Proses Esterifikasi dan Transesterifikasi. Jurnal Teknik. Vol. 13(4) : 12-18.
Jessika, M. 2013. Pengaruh Katalis terhadap Pembuatan Metil Ester dari Minyak Jelantah dengan Proses Esterifikasi. Semarang: Universitas Diponegoro. Rian. 2014. Pengaruh Katalis Basa (NaOH) pada Tahap Reaksi Transesterifikasi
Terhadap Kualitas Biofuel dari Minyak Tepung Ikan Sardin. Jurnal Teknosains. Vol. 2(2) : 103-114.
