LAPORAN AKHIR
PENELITIAN HIBAH BERSAING
PENGEMBANGAN KATALIS HETEROGEN
BERBASIS SILIKA ALUMINA DARI AMPAS TEBU DAN APLIKASINYA PADA PEMBUATAN BIODIESEL DARI MINYAK GORENG SISA PAKAI
Tahun ke-1 dari rencana 2 tahun
Sriatun, S.Si, M.Si/0015037102 Dra. Taslimah, M.Si/0009075602 Dra. Linda Suyati, M.Si/0015016406
Dibiayai oleh Direktur Penelitian dan Pengabdian kepada Masyarakat Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi (Ditlitabmas Ditjen Dikti) Kementrian Pendidikan dan Kebudayaan Tahun Anggaran 2013,
melalui DIPA No. DIPA-023.04.2.189815/2013 tanggal 05 Desember 2012
UNIVERSITAS DIPONEGORO
NOVEMBER, 2013
iii RINGKASAN
Dalam rangka mendapatkan katalis heterogen berbasis silika alumina yang akan digunakan untuk mengkonversi minyak goreng sisa pakai menjadi biodiesel maka pada penelitian di tahun pertama ini dikembangkan material silika alumina dengan memanfaatkan ampas tebu sebagai sumber silika. Tujuan khusus penelitian tahun pertama adalah memperoleh material katalis heterogen berbasis silika alumina (zeolit) dengan ukuran pori dan luas permukaan yang besar serta stabilitas termal yang tinggi, sedangkan rencana di tahun kedua produk penelitian ini digunakan untuk memperoleh biodiesel dari minyak goreng sisa pakai.
Untuk mencapai tujuan pada tahun pertama tersebut,dilakukan serangkaian tahap kegiatan yaitu (1) pembuatan natrium silikat dari ampas tebu dan pembuatan natrium aluminat (2) sintesis material katalis. Parameter yang dikaji adalah rasio Si/Al, waktu kontak dan jenis surfaktan. Rasio Si/Al rendah yaitu 1, 2 dan 3, rasio sedang 5, 7,5 dan 15 serta rasio tinggi 25, 50 dan 100. Waktu kontak pada proses sintesis adalah 3 hari dan 7 hari. Sedangkan surfaktan yang digunakan untuk modifikasi adalah surfaktan cetiltrimetilamonium (CTAB) dan polietilenglikol (PEG).
Hasil penelitian menunjukkan bahwa ampas tebu mengandung Si 30,45 %, Al 3,1 %, sedangkan hasil ekstraksi dari ampas tersebut mengandung Si 70,82 % dan Al 1,04 %.
Berdasarkan data FTIR menunjukkan bahwa semua produk sintesis tanpa surfaktan maupun yang disintesis menggunakan surfaktan CTAB maupun PEG sebagai pencetak pori memiliki serapan sangat kuat dengan pola khas pada daerah 960-1103 cm-1 yang merupakan vibrasi ulur asimetrik TO4 (T= Si atau Al), 650-850 cm-1 merupakan vibrasi ulur simetrik TO4, 500- 650 cm-1 merupakan vibrasi eksternal double ring ciri khas dari material silika alumina tiga dimensi, 420-500 cm-1 merupakan vibrasi tekuk Si-O atau Al-O dan 300-420 cm-1 merupakan vibrasi open pore dari material ini serta daerah 3400 cm-1 yang merupakan vibrasi OH dari gugus silanolnya. Produk sintesis merupakan kristal silika alumina yang dibuktikan oleh adanya perubahan bentuk amorf dari silika ampas tebu menjadi kristal pada difraktogram XRD dari produk. Puncak utama produk rasio rendah pada 2θ = 24,589;
14,116; 31,914 yang merupakan senyawa sodalit dengan rumus kimia Na6Al6Si6O24Na2(OH)2(H2O)2 dan berstruktur ortorombik. Peningkatan rasio Si/Al menyebabkan pergeseran ke sudut 2θ lebih rendah serta munculnya puncak baru yaitu pada 2θ = 13,874; 27,374 yang merupakan puncak silika alumina jenis NaA. Penggunaan surfaktan baik dengan CTAB maupun PEG pada rasio Si/Al 1 7 D menyebabkan pergeseran ke sudut 2θ lebih rendah namun intensitas puncaknya naik, sedangkan pada rasio 15 7D 10, 25 7D 10 dan 25 7D 05 pergeseran ke sudut yang lebih besar dan intensitasnya mengalami kenaikan, dengan demikian produk ini lebih kristalin. Dari data SEM EDX diketahui bahwa produk homogen dengan Si 17,04% dan Al 18,97 %.
iv PRAKATA
Alhamdulillah, puji syukur kami panjatkan kehadirat Allah SWT yang senantiasa memberikan hidayah dan petunjuk, sehingga peneliti dapat menyelesaikan penelitian yang berjudul “Pengembangan Katalis Heterogen Berbasis Silika Alumina dari Ampas Tebu dan Aplikasinya Pada Pembuatan Biodiesel dari Minyak Goreng Sisa Pakai,” ini dengan baik.
Pada kesempatan ini, peneliti mengucapkan banyak terima kasih kepada:
1. Pemberi dana penelitian dalam hal ini Ditlitabmas Dikti
2. Lembaga Penelitian Undip yang memberikan kesempatan kepada Peneliti untuk melaksanakan penelitian ini.
3. Dekan Fakultas MIPA, Ketua Jurusan Kimia dan Kepala laboratorium kimia anorganik yang telah memberikan fasilitas untuk terlaksananya penelitian ini.
4. Semua pihak yang telah membantu dari awal sampai terselesaikannya penelitian ini yang tidak bisa peneliti sebutkan satu persatu.
Peneliti menyadari sepenuhnya bahwa apa yang peneliti sampaikan masih jauh dari sempurna, untuk itu peneliti berharap ada pengembangan lebih lanjut dari penelitian ini.
Besar harapan kami semoga informasi dari penelitian ini dapat berguna bagi para pembaca.
Semarang, November 2013
Peneliti
v DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL ………...…… i
HALAMAN PENGESAHAN………..………....……. ii
RINGKASAN ………...……… iii
PRAKATA.…..………...……… iv
DAFTAR ISI ……… v
DAFTAR TABEL……….. vii
DAFTAR GAMBAR……….………….... viii
BAB I PENDAHULUAN ………. 1
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ……….……… 4
2.1 Struktur Zeolit ………..………. 4
2.2 Ampas Tebu ………. ………...…. 7
2.3 Proses Pembentukan Zeolit ……….………... 7
BAB III TUJUAN DAN MANFAAT ………...……… 9
3.1 Tujuan Penelitian ………...…………. 9
3.2 Manfaat Penelitian ………...…….. 9
BAB IV METODE PENELITIAN ………...….. 10
BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN ………..….. 12
5.1 Preparasi sampel ………...….. 12
5.2. Ekstraksi silikat ………...….. 13
5.3 Sintesis silika alumina tanpa pencetak pori………...…… 15
5.4 Pengaruh waktu pemanasan dan rasio Si/Al ………...… 17
5.4.1 Analisis dengan infra red spektrofotometer ………...…… 17
5.4.2 Analisis dengan X-ray Difraktometer ………... 21
5.5 Sintesis silika alumina menggunakan pencetak pori………...… 25
vi
BAB VI ALUR PENELITIAN SELANJUTNYA (TAHUN KE-2)………. 33 BAB VII KESIMPULAN DAN SARAN ……… 34
DAFTAR PUSTAKA ……… 35
LAMPIRAN
vii
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 2.1 Klasifikasi zeolit ………..………. 6 Tabel 2.2 Pengaruh Rasio Si/Al terhadap sifat-sifat zeolit……… 6 Tabel 5.1 Hasil analisis kadar SiO2 dan Al2O3 ……….. 13 Tabel 5.2 Data spektra FTIR pada produk sintesis rasio Si/Al rendah… 20 Tabel 5.3 Data spektra FTIR pada produk sintesis rasio Si/Al sedang… 20 Tabel 5.4 Data spektra FTIR pada produk sintesis rasio Si/Al tinggi.… 20 Tabel 5.5 Jenis mineral dan perbandingan intensitas d(Ao) produk
Dengan data JCPDS ……… 22
viii
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Kerangka struktur zeolit 2 dimensi….………. …. 4
Gambar 2.2 Kerangka struktur zeolit dalam 3-dimensi ………. 5
Gambar 5.1 Mekanisme pembentukan natrium silikat ……….. 14
Gambar 5.2 Mekanisme pembentukan silanol ……….. ….. 16
Gambar 5.3 Skema proses pembentukan zeolit ………. 16
Gambar 5.4 Spektra FTIR produk dengan rasio Si/Al (v/v) 1,2,3 ………. 17
Gambar 5.5 Spektra FTIR produk dengan rasio Si/Al (v/v) 5, 7,5 , 15…. ….. 18
Gambar 5.6 Spektra FTIR produk dengan rasio Si/Al (v/v) 25, 50, 100. ….. 19
Gambar 5.7 Difraktogram produk awal ………. 21
Gambar 5.8 Difraktogram produk sintesis ……….……… 24
Gambar 5.9 Reaksi Polimerisasi zeolit………. 26
Gambar 5.10 Spektra FTIR produk dengan rasio Si/Al (v/v) 1 dan 15 menggunakan surfaktan CTAB ……….………. 27
Gambar 5.11 Spektra FTIR produk dengan rasio Si/Al (v/v) 25 menggunakan surfaktan CTAB ………..……… 28
Gambar 5.12 Difraktogram XRD produk sintesis menggunakan surfaktan CTAB.29 Gambar 5.13 Difraktogram XRD produk sintesis menggunakan surfaktan PEG…30 Gambar 5.14 Gambar SEM produk sintesis……… 31
Gambar 5.15 Hasil Uji EDX produk sintesis………. 32
1 BAB I
PENDAHULUAN
Ampas tebu (bagasse) adalah hasil samping dari proses ekstraksi cairan tebu. Menurut Indriani dan Sumiarsih dalam Anwar (2012) ampas tebu yang dihasilkan sekitar 35 ± 40% dari berat tebu yang digiling. Kurnia (2010) mengungkapkan bahwa potensi ampas tebu di Indonesia menurut Pusat Penelitian Perkebunan Gula Indonesia tahun 2008 adalah cukup besar dengan komposisi limbah cair 52,9 %, blotong 3,5 %, ampas 32 %, tetes 4,5 %, gula 7,05 % dan abu 0,1 %.
Secara umum ampas tebu mengandung kadar air 52,67%, C-organik 55,89%, N-total 0,25%, P2O5 0,16% dan K2O 0,38%. Ampas tebu yang telah diabukan dapat mengandung SiO2 sebesar 64,65% (Hanafi dan Nandang, 2010), sedangkan ampas tebu dari PG. Tasik Madu Karanganyar kadar SiO2nya 70,97% (Aida, 2010).
Okonkwo et al (2010) telah memanfaatkan baggase untuk membuat selulosa nanofiber dengan porositas tinggi. Sampai saat ini penelitian tentang pemanfaatan ampas tebu sebagai bahan untuk membuat material katalis silika alumina kristal belum berkembang. Sementara itu penggunaan bahan alam anorganik seperti zeolit alam mempunyai keterbatasan karena tidak dapat diperbarui sehingga semakin lama akan habis. Selain itu zeolit alam juga mempunyai kelemahan karena komposisi mineral yang bervariasi, ukuran pori-pori tidak seragam dan relatif kecil. Oleh karena itu penelitian tentang eksplorasi bahan alam yang dapat diperbarui (bahan hayati) untuk dikonversi menjadi material sintetis (zeolit) perlu dilakukan. Dari informasi di atas diketahui bahwa kadar silika pada ampas tebu cukup besar sehingga silika (SiO2) yang terdapat pada ampas tebu mempunyai potensi untuk diekstraksi.
Selanjutnya silika tersebut dimanfaatkan untuk membuat material sintetis dalam hal ini adalah katalis zeolit. Jika dalam pembuatan material baru ditambahkan alumina (Al2O3) maka akan diperoleh material silika alumina.
Zeolit sintetis seperti zeolit A (Meier et. al, 1987), ZSM-5 (Van Koninggsveld et. al, 1990, Kordatos, et al., 2007, Yoo, et al., 2011)), ZSM-48 (Schlenker et. al,1985), faujasit (Olson et al, 1970), AlPO4-8 (Dessau et al, 1990), VPI-5 (Davis et al, 1988), kloverit (Estermann et al, 1991), zeolit Y (Faghihian et al, 2009 dan Jatuporn, et al., 2008) semuanya
2 mempunyai ukuran pori kurang dari 20 Ao, oleh karena itu zeolit disebut sebagai material mikropori.
Permasalahan mendasar pada zeolit adalah ukuran rongga yang kecil (5-20 Å) atau yang disebut mikropori. Sebagaimana diketahui bahwa minyak nabati mempunyai rantai karbon cukup panjang karena mengandung senyawa stearat, linoleat dan palmitat.
Ukurannya yang besar membuatnya sulit untuk berdifusi ke dalam zeolit. Struktur mesopori material silika alumina dapat dikendalikan dengan merekayasa cetakan (template) yang berupa surfaktan, penambahan bahan organik yang dapat membantu reaksi seperti mesitilen dan perubahan parameter reaksi seperti komposisinya, pH, waktu reaksi dan temperatur.
Untuk mesoporous molecular sieve disintesis dari campuran amina organik (surfaktan), silika dan/atau silika-alumina untuk membentuk larutan super jenuh pada temperatur 70 – 150 oC (Beck et al, 1992).
Penelitian yang telah dilakukan Sriatun dkk (2002, 2005), katalis zeolit Y/Ni mampu mengkonversi hidrokarbon C10-C17 dari minyak bumi. Corma et al (1995) telah menunjukkan bahwa katalis Ni, Mo - MCM-41 mempunyai aktivitas sangat tinggi dan cocok digunakan sebagai katalis dengan umpan yang mempunyai ukuran besar. Selain itu, MCM-41 merupakan katalis asam yang baik untuk alkilasi Friedel-Crafts 2,4 di-tersier- butilfenol (suatu senyawa aromatik yang meruah) dengan sinamil alkohol (Kloetstra et al., 1995). Informasi tersebut menguatkan bahwa zeolit yang merupakan material berbasis silika alumina mampu mengkatalis sejumlah reaksi pemecahan senyawa hidrokarbon terutama untuk mendapatkan bahan bakar alternatif.
Telah kita ketahui bahwa laju peningkatan produksi bahan bakar minyak tidak mampu mengimbangi peningkatan konsumsi, hal ini berakibat terjadinya kelangkaan BBM akhir-akhir ini. Kondisi ini menuntut kita untuk melakukan usaha-usaha mencari bahan bakar alternatif. Bahan bakar nabati banyak diminati untuk mensubstitusi penggunaan minyak bumi yang harganya semakin meningkat dan kurang ramah lingkungan.
Biodiesel merupakan metil ester hasil transesterikasi asam lemak yang terdapat pada minyak sayur, minyak goreng bekas dan lemak hewan. Kelebihan-kelebihan biodiesel dibandingkan bensin dari minyak bumi adalah (1) biodiesel aman digunakan sebagai bahan
3 bakar karena tidak beracun dan titik nyalanya tiga kali lebih tinggi dibandingkan bensin (2) emisi hidokarbon lebih sedikit (3) bersifat biodegradable dan renewable (Lang et al, 2001).
Pada proses konversi asam lemak menjadi metil ester dan gliserol melalui reaksi trnasesterifikasi, salah satu yang memegang peranan kunci dalam proses ini adalah katalis.
Berbagai upaya telah dilakukan untuk meningkatkan selektifitas, aktifitas dan usia katalis berkaitan dengan kelayakan proses secara ekonomis. Produksi biodiesel konvensional menggunakan katalis basa seperti NaOH dan KOH (Holser and Harry-O’Kuru, 2006), CH3ONa pada soybean dengan variasi temperatur 30-40, 40-50, 50-60, 60-70 dan 70-80oC (Agarwal et al, 2010) yang merupakan katalis homogen pada reaksi transesterifikasi.
Pengembangan katalis heterogen telah dilakukan oleh beberapa peneliti seperti Muthu et al (2010) yang menggunakan zirkonia sulfat, Arzamendi et al (2007) menggunakan NaOH/alumina, Sharma et al (2010) menggunakan cangkang telur pada reaksi tranesterifikasi.
Dari beberapa informasi tersebut, dalam penelitian ini akan dikembangkan katalis heterogen berbasis berbasis silika alumina (zeolit) dari ampas tebu untuk tahun pertama, selanjutnya pada tahun kedua material tersebut digunakan sebagai katalis pada pembuatan biodiesel dari limbah minyak goreng sisa pakai (jelantah).
4 BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Struktur Zeolit (Silika alumina dengan struktur tiga dimensi)
Zeolit merupakan kristal dengan struktur molekul berongga, pertama kali ditemukan pada tahun 1756 oleh Baron Alex Frederic Cronsdet, bahan ini berupa hidrat alumina silikat yang memiliki struktur kerangka 3 dimensi. Strukturnya dibentuk oleh tetrahedral alumina (AlO4)- dan tetrahedral silikat (SiO4)4- dengan rongga-rongga di dalamnya terisi oleh ion dan logam, biasanya logam alkali atau alkali tanah dan dikelilingi oleh molekul air.
Menurut Hamdan (1992) tipe-tipe zeolit dikarakterisasikan oleh topologi jarak dari kerangka tiga dimensinya, kandungan atom silikon dan alumunium pada kerangka tetrahedralnya. Zeolit aluminosilikat digambarkan dengan formula sebagai berikut :
Mx/n {(AlO2)x(SiO2)y}.zH2O
Dengan :
Mx/n : kation yang dapat diganti diluar kerangka zeolit dengan valensi n { } : kerangka aluminosilikat
zH2O : air yang terikat pada zeolit, diluar kerangka zeolit y>x
Perbandingan y/x atau Si/Al dari suatu kerangka menentukan struktur dan sifat-sifat zeolit, oleh karena itu dalam penelitian ini dikaji mengenai pengaruh perbandingan Si/Al.
Secara umum struktur zeolit dalam dua dimensi dapat dilihat pada gambar 2.1.
Gambar 2.1 Kerangka struktur zeolit dalam 2-dimensi
5 Pada gambar terdapat ion Na+ yang berfungsi sebagai kation penyeimbang dari kerangka zeolit, karena pada penelitian ini sangat dimungkinkan ion tersebut yang berperan sebagai kation penyeimbang. Pada sintesis zeolit (silika alumina berstruktur 3 dimensi), perlu dipelajari unit-unit penyusun kerangka zeolit. Berdasarkan satuan pembentuknya dibedakan menjadi 3 kelompok yaitu:
1. Satuan pembangun primer (primary building units), yang merupakan satuan terkecil.
2. Satuan pembangun sekunder (secondary building units), merupakan himpunan dari unit-unit terkecil tetrahedral, tersusun dari dua atau lebih unit tetrahedral yang terikat untuk membentuk lapisan tunggal atau rantai cincin.
3. Bangun polihedral (polyhedral unit), merupakan himpunan dari beberapa satuan pembangun sekunder yang tersusun teratur.
Gambar 2.2 Kerangka struktur zeolit dalam 3-dimensi
Topologi tipe kerangka zeolit digambarkan sebagai unit komponen yang disebut secondary building units (SBU) atau satuan bangun sekunder. Dalam hal ini Si atau Al berada pada titik sudut, sedangkan atom oksigen berada pada titik tengah garis. Di alam terdapat tujuh grup zeolit seperti table 2.1.
6 Tabel 2.1 Klasifikasi zeolit
Grup Satuan bangun sekunder penyusun 1 Cincin-4 tunggal (single 4-ring/S4R) 2 Cincin-6 tunggal (single 6-ring/S6R)
3 Cincin-4 ganda (double 4-ring/D4R)
4 Cincin-6 ganda (double 6-ring/D6R)
5 Kompleks 4-1, T5O10
6 Kompleks 5-1, T8O16
7 Kompleks 4-4-1, T10O20
Sifat-sifat zeolit sangat dipengaruhi oleh susunan struktur kerangka aluminosilikat.
Struktur zeolit dibangun oleh tetrahedral SiO4- dan AlO4- yang terikat melalui jembatan atom oksigen membentuk polihedral (Berck, 1974). Gabungan polihedral membentuk pori- pori dan rongga-rongga yang dapat diperbesar atau diperkecil dengan berbagai perlakuan. Di samping itu sifat keasaman Bronsted maupun Lewis yang dapat dilihat dari rasio Si/Al sangat mendukung peranannya sebagai adsorben. Dengan meninjau kondisi inilah maka zeolit dapat dimanfaatkan sebagai adsorben selektif, sebagaimana dikemukakan oleh Haag dan Chen bahwa pori dengan ukuran besar mempunyai kemampuan adsobsi yang besar.
Secara umum rasio Si/Al mempengaruhi terhadap sifat-sifat zeolit, dapat dilihat pada tabel 2.2.
Tabel 2.2 Pengaruh rasio Si/Al terhadap sifat-sifat zeolit
Sifat-sifat zeolit Rasio Si/Al
Tinggi Rendah
Densitas muatan negatif dalam kerangka struktur zeolit (nilai KPK)
Rendah Tinggi
Kekuatan struktur Tinggi Rendah
Kestabilan termal Tinggi Rendah
Sifat permukaan Hidrofobik Hidrofilik
Dimensi satuan sel Harga sel satuan tinggi Harga sel satuan rendah
7 2.2. Ampas Tebu
Ampas tebu mengandung komponen lignoselulosa yaitu suatu komposit yang terdiri dari selulosa (50%), hemiselulosa (25%) dan lignin (25%). Komponen lignoselulosa inilah yang membentuk dinding terluar tumbuhan. Oleh karena itu pada penelitian sebelumnya ampas tebu telah digunakan untuk memproduksi bioetanol (Hermiati, 2010). Namun pada pembuatan biodiesel dari biomassa dalam hal ini ampas tebu membutuhkan proses yang panjang serta mahal karena harus menggunakan enzim yang berfungsi sebagai katalis untuk proses fermentasi.
Selain kandungan komponen organik, ampas tebu juga mengandung oksida-oksida anorganik yaitu SiO2 71%, Al2O3 1,9%, Fe2O3 7,8%, CaO 3,4%, MgO 0,3%, K2O 8,2%, P2O5 3,0% dan MnO 0,2% (digilib.petra.ac.id, 2012). Tingginya kadar oksida besi membuat abu ampas berwarna kecoklatan. Beberapa penelitian sebelumnya menyebutkan bahwa ampas tebu dapat digunakan sebagai komponen penyusun pada pembuatan keramik, campuran semen dengan rasio semen : ampas tebu = 1 : 12 memberikan hasil lebih kuat, ringan dan tahan terhadap kondisi agresif. Aida (2010) telah berhasil membuat silika gel dari ampas tebu dengan ekstraksi basa. Penggunaan ampas tebu tersebut dikarenakan kadar SiO2
nya yang tinggi yaitu 71%. Mengingat kadar silika SiO2 yang tinggi maka ampas tebu dapat dijadikan sebagai sumber alternatif untuk mendapatkan silika pada pembuatan material katalis silika alumina yaitu zeolit.
2.3 Proses Pembentukan Zeolit
Menurut Singh dan Dutta (2003), tahap-tahap pembentukan zeolit meliputi:
1. Tahap awal (pembentukan gel)
Pencampuran larutan natrium silikat dan natrium aluminat akan terbentuk dua fase yaitu fasa padat sebagai gel amorf dan fase larutan.
2. Tahap pembentukan kristal
Gel amorf yang larut akan tertata kembali strukturnya guna membentuk fase yang merupakan embrio inti kristal.
3. Tahap pertumbuhan kristal
8 Gel yang tersisa akan larut kembali dan terjadi pertumbuhan kristal sampai gel
sisa habis.
Mekanisme pembentukan zeolit diawali dengan fase metastabil yang kemudian terjadi perpindahan atau migrasi ion dan diakhiri fase stabil atau terbentuknya kristal zeolit.
9 BAB III
TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN
3.1. Tujuan Penelitian
• Meningkatkan nilai guna dan nilai ekonomis ampas tebu dan minyak goreng sisa pakai (minyak jelantah).
• Mensintesis katalis heterogen berbasis silika alumina dari ampas tebu.
• Merumuskan korelasi fisis dan kimiawi antara variabel kondisi sintesis terhadap produk, dan korelasi antara paramater keberhasilan proses sintesis dengan aktivitas katalitik pada pembuatan biodiesel dari minyak goreng sisa pakai (minyak jelantah)
• Meningkatkan kemampuan peneliti dalam bidang sintesis material anorganik terutama zeolit, mendorong perintisan riset dasar di bidang material anorganik dan energi untuk pengembangan riset terapan
3.2. Manfaat Penelitian
Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan konstribusi terhadap pengembangan ilmu pengetahuan, penyediaan bahan bakar alternatif untuk mengatasi krisis minyak bumi di tanah air dan mengurangi polutan Keberhasilan sintesis katalis berbasis silika alumina dari ampas tebu merupakan inovasi/terobosan baru yaitu ditemukannya sumber silika alternatif untuk membuat katalis heterogen sehingga dapat meningkatkan nilai guna dan nilai ekonomis dua jenis limbah sekaligus yaitu ampas tebu dan minyak goreng sisa pakai/minyak jelantah. Kelebihan katalis ini adalah sifatnya yang porous jadi akan lebih selektif terhadap reaktan dan produk reaksi. Katalis ini padat dengan sifat aman dan mudah peyimpanannya serta tidak mudah rusak.
10 BAB IV
METODE PENELITIAN
Rangkaian kegiatan penelitian yang telah dilakukan pada tahun pertama adalah sebagai berikut:
1. Studi literatur dan perencanaan penelitian Tahap ini meliputi:
(a) Penelusuran literatur
(b) Kajian mengenai karakter katalis yang ditargetkan dan optimasi parameter pada metode sintesis
2. Preparasi sampel
Pengambilan sampel ampas tebu, dibakar sampai terbentuk arang kemudian diabukan dalam furnace pada temperatur 700oC selama 4 jam. Untuk menyamakan ukuran partikel maka abu tersebut diayak lolos ayakan 100 mesh. Tahap selanjutnya adalah abu dicuci dengan HCl 2 M, setelah itu residunya dicuci dengan aquades hingga pH nya netral. Adanya kation-kation pada filtrat pencucian yang sudah netral ditentukan dengan uji pengendapan menggunakan natrium karbonat (untuk mengetahui keberadaan kation Ba2+ dan Ca2+), amonia pekat (untuk mengetahui adanya Fe3+). Penentuan kadar silika (SiO2) dan oksida logam lainnya ditentukan dengan AAS.
3. Pembuatan natrium silikat
Sebanyak 96 gram abu ampas tebu yang ukuran partikelnya sudah homogen direaksikan dengan larutan NaOH 6 M. Campuran yang diperoleh kemudian disaring sehingga diperoleh filtrat natrium silikat. Filtrat ini kemudian dianalisis dengan AAS untuk mengetahui kadar Si.
4. Pembuatan natrium aluminat
Larutan natrium aluminat dibuat dengan melarutkan 30 g NaOH p.a dilarutkan dalam 100 mL aquades kemudian dilakukan pengadukan menggunakan pengaduk magnet pada temperatur 1000C. Setelah mendidih ke dalam larutan tersebut dimasukkan 20 gram Al(OH)3 sedikit demi sedikit sambil diaduk setelah semua Al(OH)3 larut kemudian
11 diencerkan sampai 250 mL lalu didinginkan pada temperatur ruang hingga diperoleh natrium aluminat.
5. Sintesis katalis silika alumina dan karakterisasi
(a) Sintesis katalis silika alumina dengan sumber silika dari abu ampas tebu tanpa pencetak pori
Pada proses ini dilakukan pencampuran natrium silikat (hasil tahap 3) dan natrium aluminat (hasil tahap 4). Untuk sintesis ini variabel bebas meliputi: Rasio natrium aluminat dan natrium aluminat yaitu (1) rendah (1,2,3), (2) sedang (5;7,5;15), tinggi (25,50,100); waktu kontak (3 dan 7 hari). Variabel lain yang dikonstankan adalah pH, sumber silika, kecepatan pengadukan, temperatur, waktu pemeraman. Indikator keberhasilan untuk tahap ini adalah hasil karakterisasi dengan FTIR dan XRD. Hasil terbaik dari tipe rendah, sedang dan tinggi ditentukan porositasnya menggunakan BET surface analyzer, morfologi permukaan material menggunakan SEM.
(b) Sintesis katalis silika alumina dengan sumber silika dari abu ampas tebu menggunakan pencetak pori
Hasil terbaik tiap tipe yang diperoleh dari tahap 5.a digunakan sebagai material yang akan dimodifikasi dengan menggunakan surfaktan polietilenglikol (PEG) 4000 dan cetiltrimetilamonium bromida (CTAB). Pada tahap ini konsentrasi surfaktan divariasi yaitu konsentrasi lebih kecil dari CMC, sama dengan CMC dan lebih besar dari CMC.
6. Analisis data, pembuatan laporan, publikasi Tahap ini meliputi:
(a) Analisis karakter material katalis silika alumina
Keberhasilan proses sintesis diukur dengan parameter kristalinitas, luas permukaan spesifik, distribusi dan ukuran pori rata-rata, kestabilan termal.
(b) Pembuatan laporan
Pembuatan laporan didasarkan hasil analisis dan target tahun pertama.
(c) Publikasi dalam jurnal nasional atau pada seminar nasional.
12 BAB V
HASIL DAN PEMBAHASAN
5.1. Preparasi sampel
Ampas tebu/baggase sebagai bahan bakar sering digunakan pada pabrik gula sebagai upaya untuk memenuhi kebutuhan energy pabrik tersebut. Ampas ini cukup meruah sehingga memerlukan tempat penyimpanan yang luas. Penyimpanan baggase dalam jangka waktu lama dapat menimbulkan aroma tak sedap karena masih mengandung air dan sisa gula sehingga terjadi fermentasi. Berdasarkan literature diketahu bahwa utama komponen penyusun abu ampas tebu adalah silica, maka bahan ini dapat dimanfaatkan untuk membuat material baru.
Pada penelitian ini sampel ampas tebu/baggase diambil dari PG. Gondang Baru Klaten, dibakar hingga menjadi arang kemudian diabukan dalam furnace pada temperature 700oC. Tujuan perlakuan ini untuk menghilangkan senyawa-senyawa organik dan mengubah senyawaan anorganik penyusun abu tersebut dalam bentuk oksida seperti SiO2, Al2O3, MgO, CaO, Fe2O3 dan oksida lainnya. Peristiwa pengabuan ini mengakibatkan terjadinya perubahan kimia pada komponen penyusun ampas tebu. Adapun perubahan komponennya adalah sebagai berikut:
- Pada ampas tebu sisa penggilingan (sebelum pembakaran), mengandung air, sisa gula, serat berupa lignin dan selulosa,dan mikroba.
- Arang ampas tebu (setelah pembakaran), komponen tersebut di atas dapat terurai/terdekomposisi sehingga arang ampas tebu mengandung unsur C 47 %, H 6,5 %, O 44 % dan abu (material anorganik) 2,5 %.
- Abu (setelah kalsinasi 700oC), komponen penyusunnya berupa oksida-oksida logam.
13 Ampas tebu sisa penggilingan
(sebelum pembakaran) Ampas tebu setelah pembakaran
Abu ampas tebu (setelah kalsinasi 700oC) 5.2. Ekstraksi silikat
Tabel 4.1 Hasil analisis kadar SiO2 dan Al2O3 Jenis sampel Parameter Kadar (%)
Abu ampas tebu Si 30,45
Al 3,1
Ekstrak 1 Si 36,49
Al 0,81
Ekstrak 2 Si 70,82
Al 1,04
Dari data tersebut di atas, diketahui bahwa kadar silika pada ekstrak 2 lebih besar yaitu 70,82 % sedangkan aluminanya sebesar 1,04 % dari kadar abunya dibanding pada
14 ekstrak 1. Pada riset sebelumnya kadar silika yang berhasil diekstraksi menggunakan NaOH 1M hanya sekitar 15,8% dan aluminanya sebesar 0,023%. Dengan meningkatkan konsentrasi NaOH menjadi 6 M serta mengulang dua kali untuk proses ekstraksinya ternyata dapat meningkatkan jumlah silika maupun alumina yang terekstraksi. Berikut adalah mekanisme pembentukan silikat oleh NaOH.
Gambar 5.1 Mekanisme pembentukan natrium silikat
Menurut Reynold (1995) dalam Maulida (2010) reaksi pembentukan natrium aluminat adalah sebagai berikut:
NaOH + Al(OH)3 NaAlO2 + 2 H2O
Al(OH)3(s) + OH- Al(OH)4- AlO2- + 2 H2O
Pembuatan natrium aluminat dilakukan dengan pemanasan pada temperatur 100oC agar proses pelarutan dapat berlangsung optimal. Harga K (tetapan kesetimbangan) pada reaksi NaAlO2(s) - Na+(aq) + AlO2-
(aq)
pada rentang suhu 0oC-100oC yang paling optimal adalah pada suhu 100oC, yaitu mencapai 35,0. Ion AlO2- akan membentuk (AlO4)5-dalam kerangka silika alumina
15 5.3. Sintesis Silika Alumina tanpa pencetak pori
Pada penelitian ini pH larutan mengikuti kondisi awal yaitu 13-14. Penggunaan natrium hidroksida pada konsentrasi tinggi menyebabkan pH larutan tersebut tinggi. Namun kondisi ini justru menguntungkan dalam proses sintesis silika alumina ini karena pada kondisi pH tersebut spesies Si4O8(OH)44- dan Al(OH)4- akan eksis dalam konsentrasi yang cukup besar. Spesies-spesies tersebut yang berinteraksi membentuk polimer silika alumina, jadi akan mempengaruhi laju nukleisasi dan pertumbuhan kristal (Hamdan, 1992).
Parameter lain pada proses sintesis yang menentukan karakter produk adalah suhu dan waktu hidrotermal. Pengaturan suhu pada 100oC dan waktu hidrotermal selama 3 dan 7 hari bertujuan untuk mengendalikan laju pembentukan dan pertumbuhan kristal silika alumina sehingga sifat kristalinitas senyawa silika alumina yang terbentuk juga semakin baik. Waktu ageing (pemeraman) selama ± 30 jam pada suhu kamar setelah proses hidrotermal yang berlangsung pada suhu tinggi dimaksudkan untuk pemantapan struktur kerangka kristal (framework) silika alumina agar kerangka yang telah terbentuk pada proses hidrotermal tidak mudah goyah kembali dan semakin stabil. Sintesis juga dilakukan pada variasi perbandingan Si/Al (v/v) pada rasio rendah yaitu 1,2,3, sedang (5;7,5;15) dan tinggi (25, 50, 100), hal ini bertujuan untuk mengetahui apakah jumlah material awal yang digunakan akan memperbaiki produk akhir atau tidak.
Proses sintesis diawali dengan mereaksikan natrium silikat dan alumniat dengan perbandingan tertentu. Pada pencampuran tersebut diikuti pengadukan secara kontinyu pada suhu kamar hingga terbentuk gel (terjadi proses gelasi). Pembentukan gel merupakan awal pembentukan inti dan pertumbuhan kristal yang merupakan hal penting dalam proses sintesis silica alumina. Monomer-monomer silikat akan berinteraksi membentuk polimer silikat aluminat, sebelumnya natrium silikat akan bertransformasi menjadi silanol atau asam silikat (Si(OH)4) (Schubert and Husing, 2000) seperti reaksi pada gambar 5.2.
16 Gambar 5.2. Mekanisme pembentukan silanol
Silanol tersebut akan menghasilkan tetrahedral silikat (SiO44-) dengan melepaskan keempat H+ nya. Ketika ion-ion silikat (SiO44-) dan aluminat (AlO45-) bergabung maka akan terbentuk polimer silika alumina. Ilustrasi menurut Riang dkk (2012) tentang pembentukan kerangka silika alumina adalah seperti pada gambar 5.3.
Gambar 5.3 Skema proses sintesis zeolit a).Ion aluminat dan silikat dalam larutan b). fasa amorf awal c). fasa amorf kedua, susunan atom mulai teratur d).
produk kristalin
17 5.4. Pengaruh waktu pemanasan dan rasio Si/Al
5.4.1 Analisis dengan Infra red spektrofotometer
Untuk mengetahui pembentukan gugus-gugus fungsi pada produk sintesis dilakukan analisis menggunakan FTIR. Hasil analisis FTIR terhadap produk sintesis dapat dilihat pada gambar 5.4.
Gambar 5.4 Spektra FTIR produk dengan rasio Si/Al (v/v) 1, 2 dan 3
18 Gambar 5.5 Spektra FTIR produk rasio Si/Al (v/v) 5, 7,5 dan 15
19 Gambar 5.6 Spektra FTIR produk rasio Si/Al (v/v) 25, 50, 100
Secara umum, semua produk sintesis baik untuk rasio Si/Al (v/v) rendah, sedang maupun tinggi menunjukkan telah terbentuk kerangka Si-O-Al atau Si-O-Si yaitu pada bilangan gelombang sekitar 900- 1100 cm cm-1 yang merupakan vibrasi ulur asimetri, masing-masing secara spesifik dapat dilihat pada table berikut. Selain itu pada produk juga teramati adanya
20 vibrasi ulur simetri, vibrasi tekuk T-O, double ring dan kemungkinan pembukaan pori (pore opening).
Tabel 5.2 Data spektra FTIR produk sintesis dengan rasio Si/Al rendah
Parameter Bil.
Gelombang reff (cm-1)
Bilangan Gelombang (cm-1)
1 3D 2 3D 3 3D 1 7D 2 7D 3 7D
bending T-O 458 441 465,37 443,14 432,65 436,99 450,04
Ulur 690 694 - - 693,89 694,50 694,95
Simetri 668 663 659,86 631,30 665,51 666,42 632,13
Ulur 746 - 720,90 716,22 - - -
Asimetri 1060 992 978,98 996,76 998,31 995,64 995,52
Double
ring 560 562 524,63 - 524,63 - 556,03
Tabel 5.3 Data spektra FTIR produk sintesis dengan rasio Si/Al sedang
Parameter Bil.
Gelombang reff (cm-1)
Bilangan Gelombang (cm-1)
5 3D 7,5 3D 15 3D 5 7D 7,5 7D 15 7D
bending T-O 458 448,04 457,44 450,12 432,05 462,92 424,34
Ulur 690 694,33 695,95 678,94 686,66 678,94
Simetri 668 630,13 631,46 632,68 624,94 624,94 624,94
Ulur 746 - 714,61 - - - 756,1
Asimetri 1060 993,62 1001,75 999,74 1026,13 1103,28 1103,28 Double
ring 560 539,38 564,32 555,56 570,93 570,93 570,93
Tabel 5.4 Data spektra FTIR produk sintesis dengan rasio Si/Al tinggi
Parameter Bil.
Gelombang reff (cm-1)
Bilangan Gelombang (cm-1)
25 3D 50 3D 100 3D 25 7D 50 7D 100 7D
bending T-O 458 347,19 432,05 432,05 432,05 432,05 385,76
Ulur 690 686,66 686,66 686,66 686,66 686,66 686,66
Simetri 668 624,94 624,94 617,22 624,94 624,94 624,94
Ulur 746 - - - - - -
Asimetri 1060 1103,28 1103,28 1103,28 1002,98
1103,28 1002,98
1103,28 1002,98 1103,28 Double
ring 560 570,93 570,93 570,93 570,93 570,93 570,93
21 5.4.2 Analisis dengan X-ray Difraktometer
Data difraktogram diperoleh untuk sementara adalah sampel abu, produk rasio Si/Al 50 waktu pemanasan 3 hari (sampel 50 3D), produk rasio Si/Al 50 dengan lama pemanasan 7 hari (50 7D) dan produk rasio 100 waktu pemanasan 7 hari (sampel 100 7D).
Gambar 5.7 Difraktogram produk awal
Pada data di atas terlihat bahwa pada sampel abu yang merupakan hasil kalsinasi arang ampas tebu pada temperatur 700oC selama 4 jam masih berupa padatan amorf, yang ditandai dengan adanya puncak sangat lebar. Meskipun dalam Hanafi dan Nandang (2010) dikatakan bahwa pengabuan pada temperatur tersebut sudah mampu mentransformasi silika dari amorf menjadi kristal. Setelah silika diekstraksi sebagai silikat dan direaksikan dengan ion aluminat diperoleh padatan putih yang merupakan produk sintesis. Pemilihan pertama untuk analisis ini terhadap produk dengan rasio Si/Al (v/v) tinggi karena lebih mendekati ke karakter sampel awal yaitu abu ampas tebu yang didominasi oleh silika sebesar kurang lebih 70%.
22 Difraktogram produk 50 3D ternyata menunjukkan karakter yang hampir sama dengan abu, jadi pada produk ini belum terbentuk kristal, Peningkatan waktu pemanasan/hidrotermal akan meningkatkan penataan bidang-bidang penyusun padatan sehingga produk berkarakter lebih kristalin sebagaimana tampak pada difraktogram 50 7D.
Pada produk 100 7D, mengalami penurunan kristalinitas. Keadaan ini terjadi karena jumlah silikat ditingkatkan atau semakin tinggi rasio Si/Al, maka untuk membentuk produk polimer silika alumina membutuhkan energi aktivasi yang lebih besar (Occelli dan Robson,1989), sehingga jika dilakukan pada suhu pemanasan dan waktu yang sama menghasilkan produk dengan kristalinitas yang semakin rendah.
Tabel 5.5 Jenis mineral dan perbandingan intensitas d(Å) produk dengan data JCPDS Jenis Mineral Data JCPDS Produk
50-7D 100-7D
d(Å) I/I1 d(Å) I/I1 d(Å) I/I1 Sodium Silicate
Hydrate
(Na2SiO3.9H2O)
5,92 4,25 3,78 2,93
50 5 5 85
5,95 4,27 3,76 2,96
32 15 13 66
5,99 4,27 3,74 2,97
38 10 24 71
Hydrogen Aluminum Silicate
(H4Al2Si2O9) 4,12 3,63 2,43
70 100 100
4,13 3,62 2,43
45 52 100
4,14 3,63 2,43
48 54 100
Sodium Hydrogen
Silicate Hydrate (Na2(H2SiO4).7H2O) 3,91 3,09 3,02 2,67
91 15 18 41
3,93 3,07 3,04 2,69
47 15 24 35
3,94 3,09 3,01 2,69
57 19 23 42
23 Pengulangan sintesis menghasilkan produk dengan kristalinitas yang lebih baik seperti tampak pada gambar 5.8. Pada gambar 5.8 tampak bahwa semua produk telah berbentuk kristalin yang ditunjukkan oleh puncak yang tajam dengan intensitas relative tinggi. Dapat diamati pula bahwa pada rasio Si/Al (v/v) rendah yaitu 1, puncak utama terdapat pada 2θ = 24,58; 14,11 dan 31,91 dengan intensitas mencapai 23110 counts, 18470 counts dan 17276 counts. Dengan meningkatnya rasio Si/Al menjadi 15 terdapat pergeseran, ketiga puncak tersebut mengalami penurunan intensitas secara signifikan diikuti dengan naiknya intensitas pada 2θ = 27,37; 18,83 dengan intensitas 18527 counts, 16443 counts.
Jika rasio Si/Al ditingkatkan menjadi 25 bahkan 50 tidak memberikan perubahan yang berarti demikian juga adanya penambahan suhu menjadi dari 3 hari menjadi 7 hari tidak memberikan dampak terhadap kristalinitas produk.
Pada gambar 5.8 terlihat bahwa produk sintesis yang dihasilkan dari rasio Si/Al (v/v) 1memiliki puncak-puncak difraksi lebih sedikit dibanding produk lain. Tiga puncak utama pada produk ini terdapat pada 2θ= 24,589; 14,116; 31,914 yang merupakan senyawa sodalit dengan rumus kimia Na6Al6Si6O24Na2(OH)2(H2O)2 dan berstruktur ortorombik. Adanya peningkatan rasio Si/Al menyebabkan pergeseran 2θ lebih rendah serta munculnya puncak baru yaitu pada 2θ = 13,874; 27,374 yang merupakan puncak silica alumina jenis NaP1.
Pada produk dengan rasio 15, 25, 50 memiliki komponen penyusun yang sama, teramati puncak-puncak yang muncul terdapat pada daerah 2θ yang berdekatan. Peningkatan rasio Si/Al menyebabkan turunnya intensitas puncak utama pada rasio diikuti naikkan intensitas pada puncak yang lain. Kondisi ini mengindikasikan bahwa telah terjadi penataan struktur yang lebih kompleks. Jika dilihat pada struktur produk sintesis rasio Si/Al 1 termasuk sodalit merupakan silica alumina jenis zeolit sederhana. Dengan adanya penambahan sumber Si maka sangat mungkin bila jalinan kerangkanya menjadi lebih besar seperti NaP1.
Produk sintesis secara keseluruhan menunjukkan kristalinitas yang baik. Karakter ini akan mempunyai peran yang besar untuk penelitian tahap berikutnya, karena digunakan sebagai katalis pada pembuatan biodiesel yang memerlukan katalis dengan stabilitas yang baik.
24 Gambar 5.8. Difraktogram produk sintesis
25 5.5. Sintesis menggunakan pencetak pori/surfaktan
Pencetak pori yang digunakan dalam penelitian ini adalah surfaktan cetiltrimetilamonium (CTAB). Proses polimerisasi zeolit akan diarahkan oleh surfaktan, sehingga terbentuk pori dengan ukuran yang diinginkan sesuai dengan surfaktan yang digunakan. Surfaktan CTAB digunakan sebagai pencetak pori karena bersifat kationik.
Surfaktan CTAB akan membentuk kation CTA+. Kation CTA+ ini mampu menetralkan kerangka zeolit yang bermuatan negatif, kemudian secara ionik berikatan dengan kerangka zeolit. Penjelasan ini diperkuat oleh Mazak (2006), penambahan molekul organik CTAB sebagai ammonium kuartener berfungsi sebagai pencetak pori. Kation pada surfaktan difungsikan untuk menetralkan kerangka anionik zeolit ([SiO4]4- atau [AlO4]5-).
Surfaktan CTAB akan saling berinteraksi membentuk misel menyebabkan gugus hidofobik (ekor) dari surfaktan CTAB akan berkumpul. Gugus hidrofilik dari surfaktan CTAB akan menjauhi gugus hidrofobik, kemudian gugus hidrofilik akan bereaksi secara ionik dengan kerangka zeolit. Polimerisasi zeolit akan terjadi pada gugus hidrofilik dan mengarahkan ukuran pori-pori zeolit sesuai dengan misel yang terbentuk. Menurut penelitian yang dilakukan oleh Hasan dkk. (2012) pada tahap awal ion-ion zeolit akan mengalami polimerisasi, kemudian partikel zeolit berukuran kecil akan terbentuk dan terpasang di sepanjang misel surfaktan CTAB. Mekanismenya dapat dilihat pada gambar 5.9 berikut ini:
26
N N
N Al
O Si O
O Si
O O O O O O O Al Al
O
O O
O O
O N
N N
N N
N N
HO Al OH
OH OH
Si
O O
Al H
O Si
O
O O O O O O
Si OH
OH
HO OH +
Gambar 5.9 (a) Reaksi polimerisasi zeolit, (b) Interaksi surfaktan CTAB dengan gel aluminosilikat
CTAB Misel
Kerangka zeolit alumina silika
polimerisasi
Kerangka aluminosilikat
(a)
(b)
27 A
Gambar 5.10. Spektra FTIR produk dengan rasio Si/Al (v/v) 1 (A) dan 15 (B) B menggunakan surfaktan CTAB
(a) konsentrasi CTAB ½ cmc, (b) konsentrasi CTAB sebesar cmc (c) konsentrasi CTAB 10 kali cmc
28 Gambar 5.11. Spektra FTIR produk dengan rasio Si/Al (v/v) 25
menggunakan surfaktan CTAB
(a) konsentrasi CTAB ½ cmc, (b) konsentrasi CTAB sebesar cmc (c) konsentrasi CTAB 10 kali cmc
Spektra FTIR untuk produk dengan menggunakan surfaktan memiliki serapan pada daerah yang sama dengan sebelum menggunakan surfaktan.Dapat dikatakan bahwa perlakuan kalsinasi pada suhu 500 o C terhadap produk ini sudah mampu mendekomposisi surfaktan sehingga diharapkan tercetak pori yang lebih homogen. Mekanisme penghilangan surfaktan seperti tampak pada gambar 5.9. Konsentrasi surfaktan yang tinggi diharapkan mampu membentuk misel sehingga pori yang tercetak besar dan homogen.
29 Gambar. 5.12 Difraktogram XRD produk sintesis menggunakan surfaktan CTAB
Puncak-puncak difraktogram pada produk 1 7D 10 menunjukkan adanya pergeseran bila dibandingkan produk tanpa menggunakan surfaktan CTAB, yaitu 2θ= 14,118 dengan intensitas 18470 counts bergeser ke 2θ= 13,995 dengan intensitas hampir sama, 2θ= 24,589 intensitas 23110 counts bergeser 2θ= 24,347 mengalami kenaikan intensitas menjadi 25504
1 7D 10
15 7D 10
25 7D 10
25 7D 05
30 counts, sedangkan pada 2θ= 31,914 intensitasnya mengalami penurunan drastis. Pada produk 15 7D 10, 25 7D 10 dan 25 7D 05 mempunyai pola yang sama dengan komposisi sama. Keseluruhan puncak pada difraktogram ini mengalami pergeseran ke sudut yang lebih besar dibandingkan sebelum menggunakan surfaktan namun intensitasnya mengalami kenaikan, dengan demikian produk ini lebih kristalin. Hal yang sama teramati pada produk dengan menggunakan surfaktan PEG sebagaimana gambar 5.13.
Gambar 5.13 Difraktogram produk sintesis menggunakan surfaktan PEG 1 7D 10 P
15 7D 10 P
25 7D 10 P
31
(a) (b)
Gambar 5.14. Gambar SEM (a) produk 1 10 cmc (b) produk 25 10 cmc
Hasil uji menggunakan scanning electron microscope (SEM) memperlihatkan produk yang homogen dengan kristal yang teratur.Pada gambar 5.14 (a) perbandingan silikat/aluminat 1:1 menghasilkan bentuk kristal yang berbeda dengan (b). Kehomogenan partikel juga dapat dilihat pada gambar 5.15 (a) warna putih menunjukkan adanya Al pada produk yang terdistribusi merata, sedangkan pada gambar 5.15 (b) Al lebih sedikit sesuai dengan perbandingan awal karena didominasi oleh silikat. Produk dengan rasio Si/Al rendah lebih homogen dibanding rasio tinggi.
32 (a)
(b)
Gambar 5.15 Hasil uji EDX (a) produk rasio Si/Al (v/v) 1 pada konsentrasi 10 cmc (b) produk rasio Si/Al (v/v) 25 pada konsentrasi 10 cmc
33 BAB VI
ALUR PENELITIAN SELANJUTNYA (TAHUN KE-2)
Hasil-hasil berupa produk maupun parameter sintesis yang telah dihasilkan pada tahun pertama ini menjadi acuan untuk melaksanakan tahap selanjutnya (tahun kedua).
Selanjutnya produk yang diperoleh digunakan sebagai katalis pada reaksi transesterifikasi minyak goreng sisa pakai (minyak jelantah) untuk mendapatkan biodiesel. Adapun langkah-langkah untuk tahun kedua adalah sebagi berikut:
1. Mengembankan logam Na ke dalam produk tahap 1(Tahun pertama)
Pengembanan Na dilakukan dengan metode impregnasi larutan logam menggunakan prekursor NaCl
2. Pengubahan material katalis silika alumina menjadi dalam bentuk asam, menggunakan asam sulfat .
3. Karakterisasi produk tahap 2 dan 3 meliputi keasaman, luas permukaan, volume pori dan ukuran pori, morfologi permukaan
4. Uji katalitik
Variabel bebas: rasio minyak/katalis, lama waktu reaksi.
Variabel tetap : temperatur, kecepatan pengadukan
Uji katalitik katalis produk tahap (1) pada reaksi transesterifikasi dilakukan dalam peralatan refluks menggunakan labu leher tiga.
Produk murni dianalisa komponennya menggunakan GC, GC-MS, titik nyala, viskositas, kerapatan, kadar air.
5. Pengolahan data dan pembuatan laporan.
6. Publikasi dalam jurnal atau seminar nasional.
7. Pendaftaran paten
34 BAB VII
KESIMPULAN DAN SARAN
Berdasarkan data yang sudah diperoleh, maka dapat disimpulkan bahwa dalam penelitian ini:
1. Telah berhasil disintesis material silika alumina berjenis zeolit dengan menggunakan sumber silika dari ampas tebu yang pada tahun kedua akan digunakan sebagai katalis.
2. Rasio Si/Al mempengaruhi distribusi komponen penyusun produk, tetapi dengan rasio Si/Al tinggi tidak berpengaruh secara signifikan. Rasio Si/Al rendah dengan waktu kontak 7 hari menghasilkan produk yang lebih homogen dibanding rasio tinggi.
3. Penggunaan surfaktan CTAB maupun PEG mampu meningkatkan kristalinitas dan tidak mengubah komposisi produk. Produk yang dihasilkan memiliki stabilitas termal yang tinggi.
35 DAFTAR PUSTAKA
Agarwal, M., Arya, I., Chaurasia, S.P., Singh, K., George, S., 2010, Synthesis and Characterization of Biodiesel, Indian Chemical Engineer, 51 (4), 300-308.
Aida N., Dewanti L., 2010, Pembuatan Silika Gel Dari Abu Ampas Tebu Dengan Proses Ekstraksi Basa (NaOH) dan Sol Gel, D3 Teknik Kimia Institut Teknologi Surabaya, Surabaya.
Arzamendi, G., Campo, I., Arguinarena, E., Sanchez, M., Montes, M., Gandia, L.M., 2007, Synthesis of Biodiesel with Heterogenous NaOH/alumina Catalyst: Comparison with Homogenous NaOH, Chemical Engineering Journal, 134 (1-3), 123-130.
Beck, J.S., Vartuli, C., Roth, W.J., Leonowiez, M.E., Kresge, C.T., Schmitt, K.D., Chu, C. T.W., Olson, D.H., Sheppard, E.W., Mc Cullen, S.B., Higgins, J.B., Schlenker, J.L.A., 1992, A New family of Mesoporous Molecular Sieves Prepared with Liquid Crystal Tempalte, J. Am. Chem. Soc., 114, 10834-10843
Boonamnuayvitaya, V., Tayamanon, C., Sae-ung, S., Tanthapanichakoon, W., 2006, Synthesis and Characterization of Porous Media Produced by A Sol-Gel Method, Chemical Engineering Science, 1686-1691
Corma, A., Martinez, A., Martinez-Soria, V., Monton, J.B., 1995, Hydrocrackinga of Vacuum Gasoil on the Novel Mesoporous MCM-41 Aluminosilicates Catalysts, J. Catal. 153, 25-31.
Davis, M., E., Lobo, R. F, 1992, Zeolite and Molecular Sieve Synthesis, Chem. Matter, 4, 756- 768.
Dessau, R.M., Schlenker, J.L., Higgins, J.B., 1990, Framework Topology of AlPO4-8: The First 14-ring Molecular Sieve, Zeolites,10, 522-527.
Estermann, M., Mccusker, L.B., Baerlocher, C., Merrouche, A., Kessler, H., 1991, A Synthetic Gallophosphate Molecular Sieves With a 20-tetrahedral Atom Pore Opening, Nature, 352, 320-323.
Faghihian, H,dan Godazandeha,N, 2009, Synthesis of nano crystalline zeolite Y from bentonite, Journal Porous Mater,Vol 16, No.16, Hal.331–335
Fessenden, R.J. and Fessenden J.S, 1992, Organic Chemistry, Wadsworth Inc., California Jatuporn, W., Pongtanawat K, and Sanchai P., 2008, Synthesis and characterization of zeolite
NaY from rice husk silica, Korean J. Chem. Eng.,Vol.25, No.4, Hal.861-864 Hanafi, A., Nandang, A., 2010, Studi Pengaruh Bentuk Silika dari Ampas Tebu terhadap
Kekuatan Produk Keramik, Jurnal Kimia Indonesia, 5 (1), 35-38
36 Hermiati, E., Mangunwidjaja, D., Sunarti, T.C., Suparno, O., Prasetya, B., 2010, Pemanfaatan Biomassa Lignoselulosa Ampas Tebu Untuk Produksi Bioetanol, Jurnal Litbang Pertanian, 29 (4).
Holmberg, B.A., Wang, H., Yan, Y., 2004, High Silica Zeolite Y Nanocrystals by Dealumination and Direct Synthesis, Microporous and Mesoporous Material, 74, 189-198
Holser, R. A. and Harry-O'Kuru, R., 2006, Transesterified milkweed (Asclepias) seed oil as a biodiesel fuel. Fuel, 85, 2106-2110.
Kardatos, K., Gavela, S., Ntziouni, A., Pistiolas, K., N., Kyristi, A., Kasselouri-Rigopoulo, V., 2007, Synthesis of Highly Siliceous ZSM-5 Zeolite Using Silica From Rice Husk Ash, Microporous and Mesoporous Material, 108, 193-203
Kloestra, R.K., Van Bekkum, H., 1995, Base and Acid Catalysis by the Alkali Containing MCM- 41 Mesoporous Molecular Sieves, J. Chem. Soc, Chem. Commun, 1005-1006.
Lang, X., Dalai, A. K., Bakhshi, N. N., Reaney, M. J., Hertz, P. B.,2001, Preparation and characterization of bio-diesel from various bio-oils. Bioresource Technol., 80, 53-62.
Meier, W.M., Olson D.H., 1987, Atlas of Zeolites Structure Types:Butterworth-Heinemann:
London.
Muthu, H., SathyaSelvabala, V., Varathachary, T.K., Selvaraj, D.K., Nandagopal, J., Subramanian, S., 2010, Synthesis of biodiesel from Neem oil using sulfated zirconia via tranesterification, Braz. J. Chem. Eng.,.27 (4 ).
Olson, D.H.., 1970, A Reinvestigation of the Crystal Structure of The Zeolite Hidrated NaX, Journal Phys. Chem., 74, 2758-2764.
Pratama, L., Yoeswono, Triyono, Tahir, I., 2009, Effect of Temperature and Speed of Stirrer To Biodiesel Conversion From Coconut Oil with The Use of Palm Empty Fruit Bunches as A Heterogenous Catalyst, Indo. J. Chem., 9 (1), 165-172
Qoniah, I., Prasetyoko, D., 2011, Penggunaan Cangkang Bekicot Sebagai Katalis untuk Reaksi Transesterifikasi Refined Palm Oil, Prosiding skripsi Semester Genap 2010/2011.
Riang, A.J, Sriatun, Taslimah, 2012, Sintesis Zeolit dari Limbah Ampas Tebu: Variasi waktu Kristalisasi, Prosiding Seminar Nasional Kimia dan Pendidikan Kimia, ISBN: 978- 979-9204-73-8
. Schlenker, J.L., Rohrbaugh, W.,J., Chu, P., Valyoscik, E.W., Kokotailo, G., T., 1985, The Framework topology of ZSM-48: A High Silica Zeolite, Zeolites, 5, 355-356.
Sharma, Y.C., Singh, B., Korstad, J., 2010, Application of an Efficient Nonconventional Heterogenous Catalyst For Biodiesel Synthesis from Pongamia Pinnata Oil, Energy Fuels, 24 (5), 3223-3231.
Singh, R., Dutta, D.K., 2003. Hanbook of Science and Technology, MFI: A case study of Zeolite Synthesis, Marcel Dekker, New York
37 Sriatun, Aryanto, Y., Trisunaryati, W, 2002, Preparasi Katalis Ni-Zeolit Y untuk Hidrorengkah
Fraksi Minyak Bumi Minas, Prosiding Seminar Nasional UNNES-UNDIP.
Sriatun , 2005, Impregnasi Nikel Klorida pada Zeolit-Y sebagai Katalis Hidrorengkah Fraksi Minyak Bumi Minas. Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi Vol. VIII No. 3 Desember 2005.
Shirazi, L., Jamshidi, E., Ghasemi, M.R., 2008, The Effect of Si/Al Ratio of ZSM-5 Zeolie on its Morphology, Acidity and Crystal Size, Cryst. Re. Technol., Vol. 43 (12), 1300-1306 Van Koningsveld, H., Jansen, J., C., Van Bekkum, H.,1990, The Monoclinic Framework
Structure of Zeolite H-ZSM-5 Comparison with the Orthorombic Framework of as Synthesised ZSM-5, Zeolites, 10, Pages 235-241.
Vong, M.S.W., Bazin, N., dan Sermon, P.A., 2004, Chemical Modification of Silica Gels, Journal of Sol-Gel Science and Technology, Issue 1-3, 499-505.
Wijaya, K., 2009, Asam Padat Berbasis Monmorilonit Sebagai Katalis Dalam Proses Pembuatan Biodiesel Dari Minyak Jelantah, Advanced Material Workshop I, Yogyakarta.
Yoo, C. W., Zhang, X., Tsapatsi, M., Stein, A., 2011, Synthesis of Mesoporous ZSM-5 Zeolite through Desilication and re-assembly Processes, Microporous and Mesoporous Material
www.scribd.com/doc/47591245/Ampas tebu/Syaiful Anwar (alumni TIP-FTP UB)
lordbroken.wordpress.com./2010/01/14/pemanfaatan limbah pabrik gula/Rizky Kurnia W.
http://digilib.putra.ac.id/viewer, php?page=1 submitx=0&submit.pdf/
38
LAMPIRAN
I. INSTRUMEN 1. Oven ARISTON® 2. Furnace VULCAN®
3. Hot Plate magnetic stirrer 4. Timbangan listrik KERN 5. Ayakan/Vibrator listrik
6. Spektrofotometer AAS Perkin-Elmer 26®
7. Spektrofotometer FTIR Thermo Nicolet Avatar 360®
8. Difraktometer X-RD Shimadzu 6000®
9. BET Surface Area Analyzer NOVA 1000 Gas Sorption Analyzer®
II. PERSONALIA
No NAMA DAN GELAR AKADEMIK
PENDIDIKAN/
JABATAN FUNGSIONAL
INSTITUSI BIDANG KEAHLIAN
JABATAN ALOKASI WAKTU Jam/Minggu 1. Sriatun, S.Si,
M.Si S2/Lektor FSM
UNDIP Sintesis Material
Anorganik Ketua
Peneliti 20 2. Dra. Taslimah,
M.Si S2/Lektor Kepala FSM
UNDIP Sintesis Material
Anorganik Anggota 15
3. Dra. Linda Suyati,
M.Si S2/Lektor FSM
UNDIP Konversi Energi Anggota 15
39 II.1 Biodata Ketua Peneliti
A. Identitas Diri
1. Nama Lengkap (dengan gelar) : Sriatun, S.Si, M.Si
2. Jenis Kelamin : Perempuan
3. Jabatan Fungsional : Lektor
4. NIP/NIK/Identitas lainnya : 197103151997022001
5. NIDN : 0015037102
6. Tempat dan Tanggal Lahir : Ceper, 15 Maret 1971
7. E-mail : [email protected]
8. Nomer telepon/HP : 02470127747/081228951971 9. Alamat Kantor : Jurusan Kimia/FSM UNDIP
Jl. Prof. Soedarto, SH, Tembalang Semarang 10. Telepon kantor/faks : 02476480824
11. Lulusan Yang telah dihasilkan :S-1: 25 S-2: 0 S-3: 0
12. Mata Kuliah Yang Diampu
1. Kimia Unsur 2. Kimia Anorganik I 3. Kimia Anorganik II 4. Kimia Mineral 5. Kimia Organologam 6. Kimia Bioanorganik 7. Kewirausahaan B. Riwayat Pendidikan
Program S1 S2 S3
Nama Perguruan Tinggi Universitas Diponegoro
Universitas Gajah Mada -
Bidang Ilmu Kimia Kimia Anorganik -
Tahun Masuk – Lulus 1990 – Januari 1996 1998 – Oktober 2001 - Judul
Skripsi/Thesis/Desertasi Isolasi Senyawa Sapogenin Steroid dari Buah Solanum Torvum Sw.
Pengaruh Jenis Senyawa
Prekursor pada
Pembuatan Katalis Ni/Zeolit Y untuk Hidrorengkah Fraksi Minyak Bumi Minas
-
Nama
Pembimbing/Promotor Dra. Meiny Suzery,
M.S Dr. Yateman Aryanto -
C. Pengalaman Penelitian 5 Tahun Terakhir
40 No. Tahun Judul Penelitian Ketua/
Anggota
Pendanaan Sumber Jumlah
(Juta Rp) 1. 2012 Sintesis dan Karakterisasi
Silika Gel Mesopori Menggunakan Surfaktan cetiltrimetilamonium dan Polietilenglikol
Ketua DIPA Fakultas 10
2. 2012 Penelitian Tematik Fakultas
"Upaya mengatasi Penyakit Demam Berdarah Dengue"
Anggota DIPA Fakultas 20
3. 2009 Sintesis Katalis Mesopori MCM-41 dari Limbah Kaca Bekas Dan Aplikasinya Pada Hidrocracking Residu Minyak Bumi Menjadi Bensin
Ketua DIKTI/DP2MP 35
4. 2007 Sintesis Katalis Mesopori Lempung Terpilar Nanosol Silika –Ni/Mo Dari Lempung Alam Untuk Konversi Batubara Menjadi Minyak Sintetis
Anggota Kementrian RISTEK
100
D. Pengalaman Pengabdian Kepada Masyarakat
No. Tahun Judul Pengabdian Ketua/
Anggota
Pendanaan Sumber Jumlah
(Juta Rp) 1. 2013 IbM Kelompok Pembuat Parut
dan Alat dapur Melalui Peningkatan Kualitas Produk dan Strategi Pemasaran Produk di Sentra Industri Kecil Peralatan dapur
Anggota DIKTI 46,5
2. 2012 Produksi Soygurt Untuk Meningkatkan Kesejahteraan Keluarga di Kelurahan Bulusan
Anggota DIPA Fakultas 7,5
3. 2012 Penyuluhan "Pengaruh Bahan Aditif Pada Makanan dan Kiat Masuk PTN Bagi Siswa SMA 2 Di Kota Kudus
Anggota DIPA Fakultas 7,5
4. 2011 Peningkatan Kesejahteraan Keluarga Melalui Produksi Makanan Berserat di
Anggota MANDIRI 3
41 Kelurahan Tembalang
5. 2010 Pelatihan Produksi Serbuk Ekstrak Jahe Dalam Rangka Pemberdayaan Masyarakat Dan Meningkatkan Nilai Ekonomis Produk Tanaman Obat Keluarga (TOGA)
Anggota MANDIRI 3
6. 2009 Peningkatan Ketrampilan Mahasiswa Melalui Magang Kewirausahaan di Penyulingan Minyak Atsiri Kenanga
Ketua DIKTI 15
7. 2008 Penyuluhan Kesehatan dan pembuatan makanan Sehat Serta Uji Organoleptis Sederhana Bagi Masyarakat Tembalang
Anggota MANDIRI 3
8. 2007 Magang kerja: Pemantapan Budaya Kewirausahaan Bagi Mahasiswa Jurusan Kimia di Penyulingan Minyak Atsiri Kenanga Boyolali
Ketua DIKTI 15
E. Pengalaman Penulisan Artikel Ilmiah Dalam Jurnal (5 Tahun Terakhir) No. Judul Artikel Penulis
Utama/
Anggota
Nama Jurnal Volume/
Nomer/Tahun 1. Pengaruh pH dan Rasio
Silika/ Surfaktan Pada Pembuatan Silika Sintetis
Penulis
utama Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi ISSN 1410- 8917
Vol. XIII, No.1, April
2010 2. Pemanfaatan Limbah
penyulingan Bunga kenanga Sebagai Kompos
Dan Pengaruh
Penambahan Zeolit Terhadap Ketersediaan Nitrogen Tanah
Penulis
utama Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi ISSN 1410- 8917
Vol. XIV No. 1 April
2009
3. Modifikasi Zeolit Alam Dengan Ligan EDTA untuk Adsorpsi Ion Logam Pb2+ dan Cd2+
Penulis
Utama Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi ISSN 1410- 8917
Vol. XI, No. 3 Desember
2008 4. Penggunaan Zeolit Alam
Terdealuminasi Sebagai Adsorben Senyawa Aromatik
Penulis
Utama Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi ISSN 1410- 8917
Vol. VII, No.
1, April 2007
F. Pemakalah Seminar Ilmiah (Oral Presentation) dalam 5 tahun terakhir
