SINTESIS KATALIS K-CaO UNTUK TRANSESTERIFIKASI CPO MENJADI BIODIESEL VARIASI BERAT KATALIS
REPOSITORY
OLEH:
RIVALDO NIM. 16030767
PROGRAM STUDI S1 KIMIA JURUSAN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS RIAU
PEKANBARU 2020
1 SINTESIS KATALIS K-CaO UNTUK TRANSESTERIFIKASI CPO
MENJADI BIODIESEL VARIASI BERAT KATALIS Rivaldo1*, Nurhayati2
1Mahasiswa Program Studi S1 Kimia
2Dosen Bidang Kimia Fisika Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Kampus Binawidya Pekanbaru, 28293, Indonesia
* rivaldo234567@gmail.com ABSTRACT
The manufacture of biodiesel is usually used a transesterification reaction using an alkaline catalyst. The alkaline catalyst used in this study was K-CaO catalyst derived from shells of blood clams (Anadara granosa) using the sol-gel method with a ratio between KOH: CKD: Ethylene glycol 0.5: 6: 12 calcined at 700, 800 and 900 oC. The catalyst was characterized using XRD to determine the type of mineral in a material.
The types of minerals contained in the catalyst were calcite, portlandite and lime. The catalyst was tested in biodiesel synthesis with variations in the weight of the catalyst (1, 2, 3, and 4 %). The maximum biodiesel yield was 92.48 %, that is, at the maximum condition of K-CaO-700 catalyst with a catalyst weight of 2 %. The characteristics of the biodiesel produced in this study were water content, density, viscosity, carbon residue, acid number, soap number, iodium number and cetane number. The characteristics of biodiesel was selected range of SNI 7182-2015 except for carbon residue and cetane numbers.
Keywords : biodiesel, catalyst, transesterification ABSTRAK
Pembuatan biodiesel biasanya digunakan reaksi transesterifikasi menggunakan katalis basa. Katalis basa yang digunakan pada penelitian ini yaitu katalis K-CaO yang berasal dari cangkang kerang darah (Anadara granosa) menggunakan metode sol-gel dengan perbandingan antara KOH : CKD : Etilen glikol 0,5 : 6 : 12 yang dikalsinasi pada suhu 700, 800 dan 900 oC. Katalis dikarakterisasi menggunakan XRD untuk menentukan jenis mineral suatu material. Jenis mineral yang terdapat pada katalis adalah calcite, portlandite dan lime. Katalis diuji dalam sintesis biodiesel dengan variasi berat katalis (1, 2, 3, dan 4 %). Hasil biodiesel maksimum diperoleh 92,48 % yaitu pada kondisi maksimum katalis K-CaO-700 dengan berat katalis 2 %. Karakteristik biodiesel yang dihasilkan pada penelitian ini yaitu kandungan air, densitas, viskositas, residu karbon, bilangan asam, bilangan penyabunan, bilangan iodium dan angka setana. karakteristik biodiesel sudah memenuhi SNI 7182-2015 kecuali residu karbon dan angka setana.
Kata kunci: biodiesel, katalis, transesterifikasi
2 PENDAHULUAN
Bioenergi adalah energi alternatif yang berasal dari bahan baku bersifat renewable, salah satu jenis bioenergi adalah biodiesel. Menurut peraturan menteri nomor 32 tahun 2008 biodiesel (B100) adalah produk Fatty Acid Methyl Ester (FAME) atau Mono Alkyl Ester yang dihasilkan dari bahan baku hayati yang diproses secara esterifikasi. Bahan baku yang digunakan sebagai sumber trigliserida dalam proses produksi biodiesel seperti crude palm oil (CPO), minyak goreng bekas, minyak jarak (Oko dan Mohammad, 2019) dan minyak biji karet. Biodiesel dapat diproduksi melalui reaksi esterifikasi ataupun reaksi transesterifikasi.
Reaksi transesterifikasi sudah umum digunakan dalam pembuatan biodiesel, katalis yang sering digunakan pada proses transesterifiikasi adalah katalis basa homogen seperti KOH dan NaOH.
Kekurangan katalis ini sulit dipisahkan antara katalis dengan produk biodiesel, tidak ekonomis dan mencemari lingkungan (Zuhra et al., 2015). Pada penelitian yang dilakukan Gafur (2015), katalis CaO dari CaCO3 cangkang kerang darah (CKD) yang dikalsinasi pada suhu 900 oC selama 10 jam menghasilkan biodiesel sebesar 84,89 % dengan kondisi rasio mol minyak : metanol 1:9, suhu reaksi 60 oC dan waktu reaksi 3 jam. Katalis CaO dimodifikasi dengan menambahkan ion kalium yang bertujuan untuk meningkatkan kebasaannya sehingga diharapkan sifat katalitiknya meningkat .
Peneltian mengenai katalis CaO yang dimodifikasi menggunakan ion kalium sudah banyak dilakukan seperti penambahan CH3COOK menghasilkan biodiesel 91,22 %, dengan katalis berasal dari CaO komersial dengan bahan baku nya minyak almond (Fadhil et al.,2018), Afandi (2015) katalis CaO yang diimpregnasi KOH dengan menggunakan minyak goreng bekas sebagai sumber trigliserida menghasilkan biodiesel sebesar 82,53 % dengan tingkat kemurnian 98,46 %.
Penelitian Gafur (2015) memiliki kekurangan yaitu kemurnian yang rendah dan Afandi (2015) memiliki kekurangan hasil biodiesel yang rendah.
Pada penelitian Gupta dan Madhu (2016) sintesis biodiesel dengan menggunakan katalis CaO/CaN dan CaO/SS dengan menambahkan etilen glikol (12 mL), Ca (NO3)2. 4H2O (6 g) dan NaOH (1 g), yang dikalsinasi pada suhu 700 oC selama 3 jam dengan kondisi reaksi berat katalis 8 %, waktu reaksi 6 jam, suhu reaksi 65 oC dan rasio mol minyak metanol 1:12 menghasilkan biodiesel sebesar 96 %.
Pada penelitian ini dilakukan sintesis katalis K-CaO dari CKD sebagai bahan dasar pembuatan katalis menggunakan metode sol-gel dengan perbandingan KOH : CKD : EG (etilen glikol) 0,5 : 6 : 12. Penelitian ini merupakan modifikasi dari penelitian yang dilakukan oleh Gupta dan Madhu (2016) yang menggunakan perbandingan NaOH : CaO : EG (etilen glikol) 1 : 6 : 12.
3 METODE PENELITIAN
a. Alat dan Bahan
Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah mortar, ayakan 200 mesh (W.S Tyler Incorporated U.S.A), oven (Gallenkemp), furnace (vulcanTM seri A130), labu leher tiga lengkap dengan kondensor, hotplate, magnetic stirrer, instrument X-Ray Diffraction (XRD), X- Ray Fluoresence (XRF), Fourier Transform Infrared (FTIR), pompa air, termometer alkohol, viskometer Ostwald, piknometer 5 mL, desikator, neraca analitik dan peralatan gelas penelitian lainnya..
Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah crude palm oil (CPO) yang diambil di PT. Wilmar Kota Dumai, cangkang kerang darah (Anadara granosa), metanol (Merck), etilen glikol (Merck), isopropil alkohol, indikator phenolphtalein, potassium hydrogen pthalate, potassium hydroxide (KOH), kertas saring Whatman 42, akua DM dan cuka (asam asetat 2 %).
b. Perlakuan awal CPO
Sampel CPO yang digunakan pada penelitian ini diperoleh dari PT. Wilmar Nabati Indonesia, Dumai. CPO yang disimpan di dalam jeregen didiamkan hingga terbentuk 2 fasa yaitu fasa padat dan fasa cair. CPO fasa cair dan fasa padat dipisahkan secara perlahan-lahan dan CPO fasa cair yang akan digunakan dalam penelitian ini. CPO cair yang digunakan dipisahkan dengan kertas saring dan dicuci menggunakan akuades (suhu 50-60 oC) dengan perbandingan
berat 1:1. Kemudian untuk mengurangi kandungan air CPO setelah dicuci, CPO dipanaskan pada suhu 100±5 oC sampai CPO terlihat lebih jernih.
c. Sintesis katalis
Cangkang kerang darah (Anadara granosa) dikumpulkan dari rumah makan seafood yang ada disekitar kota Pekanbaru. CKD yang digunakan merupakan limbah kerang darah yang sudah direbus dan isinya dikeluarkan dari cangkangnya untuk membuat makanan olahan. CKD direndam menggunakan cuka (asam asetat 2%) selama semalaman untuk mendenaturasi protein, mengurangi ketebalan dan kekuatan cangkang, serta membersihkan populasi mikrobiologi dari cangkang.
Sebelum dibersihkan menggunakan air untuk membuang kotoran dan pasir yang masih tersisa. Setelah itu, cangkang kerang dicuci menggunakan akuades hingga bersih dan dioven selama 24 jam.
Cangkang yang sudah kering ditumbuk dan digerus menggunakan mortar martir dan diayak lolos 200 mesh. Bubuk CKD yang lolos 200 mesh dibuat sol-gel menggunakan KOH dan etilen glikol dengan perbandingan KOH : CKD : EG (etilen glikol) 0,5 : 6 : 12. KOH dimasukan sebanyak 0,5 gram kedalam gelas beker, kemudian 6 gram bubuk CKD ditambahkan dan 12 mL etilen glikol di masukkan kedalam campuran tersebut. Campuran di stirer selama 10 menit dengan kecepatan 300 rpm. Hasil campuran yang diperoleh didiamkan selama 5 jam, disaring dan dicuci menggunakan akua DM. Katalis
4 dikeringkan pada suhu ±105 oC, lalu
dikalsinasi suhu 700, 800 dan 900 ℃ selama 3 jam. Katalis yang diperoleh diberi kode K-CaO-700, K-CaO-800, dan K-CaO-900. katalis CaO tanpa K dibuat menggunakan metode sol-gel dan dikalsinasi suhu 700, 800 dan 900 oC.
d. Sintesis biodiesel
Sebanyak 100 g CPO dipanaskan pada suhu ±105 oC dan diaduk menggunakan magnetic stirrer selama 30 menit. CPO didinginkan hingga mencapai suhu 50 oC. Pada labu leher tiga, campuran 1 % katalis (sebelum digunakan, katalis dipanaskan di dalam oven suhu ±105 oC minimal 10 menit) dan 23,8213 g metanol (rasio mol minyak:metanol 1:6) direfluks selama 1 jam. CPO (suhu 50 oC) ditambahkan ke dalam campuran katalis-metanol dan diaduk selama 3 jam dengan kecepatan pengadukan 500 rpm pada suhu 60 oC.
Campuran dimasukkan ke dalam gelas beker dan dibiarkan semalam untuk memisahkan katalis. Hasil biodiesel disaring menggunakan kertas saring biasa hingga didapatkan crude biodiesel.
Pengulangan dilakukan untuk variasi berat katalis 2, 3 dan 4 %.
e. Pencucian biodiesel
Biodiesel dicuci mengunakan akua DM suhu 50-60 oC dengan perbandingan berat biodiesel:akua DM 1:1. Campuran kemudian dikocok selama ± 1 menit untuk melarutkan metanol dan sabun yang masih larut di dalam biodiesel.
Campuran didiamkan selama lebih
kurang 24 jam dan akan membentuk dua lapisan, lapisan atas yang berwarna terang adalah biodiesel, sedangkan lapisan bawah yang berwarna putih susu adalah emulsi yang merupakan sabun dan metanol yang bercampur dengan air pencuci. Biodiesel dipisahkan dari emulsi lalu setelah terpisah disaring mengunakan kertas saring Whatman 42 dan dipanaskan pada suhu di atas titik didih air (105 ºC) hingga gelembung air tidak terlihat lagi. Berat biodiesel setelah pemanasan ditimbang dan dapat dihitung persentase biodiesel yang dihasilkan.
Selain itu, hasil maksimum biodiesel dikarakterisasi berdasarkan standar mutu biodiesel SNI 7182-2015 meliputi kandungan air, berat jenis, viskositas, residu karbon, bilangan asam, bilangan iodium, bilangan penyabunan dan angka setana.
HASIL DAN PEMBAHASAN
a. Penentuan jenis mineral menggunakan X-Ray Diffraction (XRD)
Hasil analisis XRD katalis K-CaO dengan menggunakan metode sol-gel yang dikalsinasi pada suhu 700, 800 dan 900 oC selama 3 jam dapat dilihat pada Gambar 1. Berdasarkan Gambar 1.
dapat dilihat bahwa pada katalis K-CaO- 700 di dominasi oleh puncak CaCO3
diantaranya yaitu pada theta 23,042;
29,395; 31,410; 43,157; 47,105; 48,493.
Pada katalis K-CaO-800 di dominasi oleh puncak CaCO3 diantaranya yaitu pada theta 29,379; 34,109; 35,987;
39,406; 43,171 dan pada K-CaO-900 di
5 dominasi puncak Ca(OH)2 diantaranya
adalah pada theta 18,005; 28,662;
32,157; 34,039; 47,09; 50,739; 53,818;
62,506; 64,135;71,68.
Menurut Fanny et al (2012) munculnya puncak-puncak CaCO3
(calcite) akibat dekomposisi CaCO3
yang tidak sempurna menjadi CaO dan CO2 selama proses kalsinasi sehingga terbentuk CaCO3 dalam fasa calcite (fasa stabil). Kouzu et al (2008) menyatakan bahwa katalis yang mengandung mineral portlandite (Ca(OH)2) disebabkan oleh adanya kontak antara permukaan
padatan CaO dengan uap air dari udara bebas. Kemungkinan lain yang menyebabkan munculnya mineral porlandite pada penelitian ini disebabkan karena cangkang kerang mempunyai lapisan yang sangat keras sehingga kalsinasi pada suhu dan waktu tersebut masih belum menghasilkan perubahan sempurna CaCO3 menjadi CaO. Menurut Setiowati (2014) penyebab tidak munculnya puncak CaO (lime) disebabkan oleh CaO yang terbentuk bereaksi dengan uap air dari udara bebas.
Gambar 1. Pola XRD katalis (a) K-CaO-700, (b) K-CaO-800 dan (c) K-CaO-900 b. Pengaruh berat katalis terhadap
hasil biodiesel
Pengaruh berat katalis terhadap hasil biodiesel dapat dilihat pada Gambar 2.
Berdasarkan Gambar 2 tersebut dapat dilihat bahwa kondisi maksimum berat
maksimum yaitu pada katalis K-CaO- 700 dengan berat katalis 2 % diperoleh hasil biodiesel 92,48 %. Penambahan katalis yang melewati kondisi maksimumnya dapat mengakibatkan
6 terjadinya aglomerasi pada katalis
sehingga sisi aktif katalis yang digunakan sebagai tempat berlangsungnya reaksi akan tertutup. Sisi aktif katalis yang tertutup akan menyebabkan reaktan yang bereaksi akan semakin sedikit sehingga biodiesel yang terbentuk akan semakin berkurang.
Biodiesel yang didapatkan dengan menggunakan katalis K-CaO-900 lebih
sedikit dibandingakn menggunakan katalis K-CaO-700 dan K-CaO-800. Hal ini disebabkan karena kandungan CaO dan K2O semakin berkurang dengan bertambahnya suhu, sehingga menurunkan aktivitas katalitiknya.
Penyebabnya terjadinya penurunan kandungan CaO dan K2O disebabkan karena terjadinya sintering pada katalis K-CaO.
Gambar 2. Pengaruh berat katalis terhadap yield biodiesel Hasil biodiesel maksimum di
karakterisasi menurut SNI 7182-2015 meliputi kandungan air, berat jenis, viskositas, residu karbon, bilangan asam, bilangan penyabunan, bilangan iodium dan angka setana. Hasil karakteristik biodiesel penelitian ini yaitu kandungan air 0,019 %, densitas 878 kg/m3, viskositas 6,05 mm2/s, residu karbon 0,91 %, bilangan asam 0,51 mg KOH/g, bilangan penyabunan 394,26 mg KOH/g, bilangan iodium 56,86 g-I2/100 g dan
angka setana 47,35. Secara umum, karakteristik biodiesel sudah memenuhi SNI 7182-2015 kecuali residu karbon dan angka setana.
KESIMPULAN
Berdasarkan penelitian ini dapat diambil kesimpulan bahwa reaksi transesterifikasi CPO menjadi biodiesel menggunakan katalis K-CaO menggunakan metode sol-gel diperoleh hasil biodiesel sebesr 92,48% dengan 0
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
1 2 3 4
Yield biodiesel (%)
Berat Katalis (%b/b)
K-CaO-700 K-CaO-800 K-CaO-900
7 menggunakan katalis K-CaO-700 dan
berat katalis 2%. Hasil karakteristik biodiesel pada penelitian ini sudah memenuhi SNI 7182-2015 kecuali residu karbon dan angka setana.
DAFTAR PUSTAKA
Afandi, T. 2015. Impregnasi KOH pada cangkang kerang darah (Anadara granosa) yang dikalsinasi suhu 900oC sebagai katalis heterogen dalam produksi biodiesel. Skripsi.
Universitas Riau, Pekanbaru.
Fadhil, A. B., Al-Tikrity, E. T. B and Khalaf, A. M. 2018.
Transesterification of non-edible oils over kalium acetate impregnated CaO solid base catalyst. Fuel. 1(1) : 81-93.
Fanny, W. A., Subagjo dan Prakoso, T.
2012. Pengembangan Katalis Kalsium Oksida Untuk Sintesis Biodiesel. Jurnal Teknik Kimia Indonesia. 11(2): 66-73.
Gapur, A. 2015. Sintesis Biodiesel Melalui Reaksi Transesterifikasi CPO Menggunakan Katalis CaO dari Cangkang Kerang Darah Kalsinasi 900 oC. Skripsi. FMIPA Universitas Riau, Pekanbaru.
Gupta, J and Madhu, A. 2016.
Preparation and characterization of CaO nanoparticle for biodiesel production. 2nd International Conference of Emerging Technologies : Micro to Nano.1- 10.
Kouzu, M., Kasuno, T., Tajika, M., Sugimoto Y, Yamanaka and Hidaka, J. 2008. Calcium Oxide
as a Solid Base Catalyst for Transesterification of Soybean Oil and Its Application to Biodiesel Production. Fuel. 87 (12): 2798-2806.
Oko, S and Andri, K. 2019. Modification of CaO catalyst with impregnation method using KOH in biodiesel synthesis from waste cooking oil. Journal of Engineering Design and Technology. 19(2): 62-67.
Peraturan menteri nomor 32. 2008.
Penyediaan, Pemanfaatan dan Tata Niaga Bahan Bakar Nabati (Biofuel) Sebagai Bahan Bakar Lain.
Setiowati, R. 2014. Produksi Biodisel dari Minyak Goreng Bekas Menggunakan Katalis CaO Cangkang Kerang Darah Kalsinasi 900 °C. Skripsi.
Jurusan Kimia FMIPA Universitas Riau, Pekanbaru.
Zuhra, H. H., Hasfita , F dan Rinaldi, W.
2015. Preparasi katalis abu kulit kerang untuk transesterifikasi minyak nyamplung menjadi biodiesel. Agritech. 35(1) : 69- 77.
