Transesterifikasi Basa Heterogen Menggunakan Katalis CaO

4.3.1. Transesterifikasi Basa Heterogen Menggunakan Katalis CaO

4.3.1.1. Pengaruh Perbandingan Mol Sisa CPO dengan Metanol pada Proses Transesterifikasi Basa Heterogen menggunakan Katalis CaO terhadap Yield Metil Ester Besarnya pengaruh perbandingan mol metanol : sisa CPO pada proses transesterifikasi basa heterogen menggunakan katalis CaO menurut analisis data statistik adalah sebesar 88.70 atau menunjukkan korelasi yang sangat kuat. Dari persentase tersebut dapat dijelaskan bahwa perbandingan mol metanol dengan sisa CPO memiliki pengaruh yang besar terhadap pembentukan yield metil ester. Penggunaan perbandingan mol 1:9 antara metanol : sisa CPO menghasilkan yield sebesar 41.44, menghasilkan konversi metil ester yang tidak sempurna disebabkan oleh tidak tercapainya konsentrasi metanol berlebih untuk menggeser reaksi kesetimbangan kearah pembentukan produk metil ester Yuenmay, 2004. Sedangkan penggunaan perbandingan mol 1 : 13.5 antara metanol : sisa CPO menghasilkan yield sebesar 49.56, menghasilkan konversi metil ester yang tidak maksimum dan semakin menurun disebabkan oleh penggunaan perbandingan mol yang cukup besar sehingga mengakibatkan sukarnya proses pemisahan karena tercampurnya fase gliserol dengan fase metil ester setelah reaksi berlangsung Encinar, 2007, disamping itu juga alkohol merupakan molekul yang sensitif terhadap air, sementara itu keberadaan air dan asam lemak bebas menghambat reaksi transesterifikasi yang akan menurunkan konversi produk metil ester Gerpen, 2005. Dengan meningkatnya kandungan metanol akan mengakibatkan aktivitas katalis berkurang. Perbandingan mol maksimum yang diperoleh melalui penelitian ini adalah 1:12 molmol antara metanol dan sisa CPO dengan hasil konversi sebesar 50.7850, dari data ini dapat diramalkan bahwa besarnya perbandingan mol yang digunakan pada reaksi transesterifikasi heterogen disebabkan adanya tumbukan-tumbukan metanol terhadap CaO yang digunakan dan bereaksi dengan trigliserida yang terdapat didalam sampel sehingga memerlukan metanol yang lebih banyak agar dapat bereaksi secara maksimum. Sedangkan Liu 2008 menggunakan perbandingan minyak kedelai : metanol 1:12 menghasilkan yield yang maksimum dikarenakan penggunaan minyak kedelai yang terproses. 4.3.1.2. Pengaruh Waktu Reaksi pada Proses Transesterifikasi Basa Heterogen menggunkan katalis CaO terhadap Yield Metil Ester Besarnya pengaruh waktu pada proses transesterifikasi basa heterogen menggunakan katalis CaO menurut analisis data statistik adalah sebesar 47.29 atau menunjukkan korelasi yang kuat. Dari persentase tersebut dapat dijelaskan bahwa pengaruh waktu memiliki pengaruh yang cukup besar terhadap pembentukan yield metil ester. Dalam penelitian ini yield yang diperoleh pada waktu reaksi 60 menit adalah 44.56. Kemudian meningkat pada waktu 120 menit. Hal ini terutama karena katalis CaO dilarutkan didalam metanol sehingga membutuhkan waktu reaksi yang lebih lama dibandingkan dengan katalis homogen. Selanjutnya terjadi Universitas Sumatera Utara penurunan yield pada waktu 150 menit, yield yang diperoleh adalah 48.92. Terjadi perubahan yang signifikan terhadap yield pada waktu 120 menit dan 150 menit diakibatkan oleh tercampurnya sebagian produk metil ester kedalam fase gliserol. Metanol akan menghasilkan korosi aktif dari unsur dan yield akan mengalami penurunan. Proses heterogen selalu melibatkan energi aktivasi yang cukup besar. Didalam adsorpsi dan desorpsi sangat lambat pada proses heterogen karena keduanya melibatkan energi aktivasi yang cukup besar. Hasil konversi yield maksimum diperoleh pada waktu reaksi 120 menit yaitu sebesar 53.89. Pada penelitian ini diperoleh hasil konversi maksimum melalui transesterifikasi basa heterogen menggunakan katalis CaO terhadap metanol dan sisa CPO dengan perbandingan mol 1 : 12 molmol pada suhu 65 o C dan berlangsung selama 120 menit menghasilkan konversi metil ester sebesar 65.35. Besarnya pengaruh perbandingan mol antara metanol dan sisa CPO, suhu reaksi dan waktu reaksi terhadap transesterifikasi basa heterogen menggunakan katalis CaO secara analisis statistik adalah sebesar 88,70, sedangkan 22,06 transesterifikasi basa dipengaruhi oleh faktor lain, misalnya jenis alkohol, konsentrasi katalis, kandungan asam lemak bebas, kadar air, laju pengadukan May, 2004. Dari analisis hasil penelitian ini dapat dijelaskan bahwa tujuan utama tahap transesterifikasi asam adalah untuk menurunkan kadar asam lemak bebas yang terkandung pada sumber minyak, dalam penelitian ini menggunakan minyak sawit. Minyak sawit mentah yang digunakan pada penelitian ini setelah dianalisa mengandung kadar asam lemak bebas berkisar 3.93. Asam lemak bebas yang terkandung di dalam minyak dapat diubah menjadi alkil ester dengan menggunakan katalis asam pada proses transesterifikasi Gerpen, 2005 4.3.1.3.Pengaruh Suhu Reaksi pada Proses Transesterifikasi Basa Heterogen menggunakan Katalis CaO terhadap Yield Metil Ester Besarnya pengaruh suhu reaksi pada proses transesterifikasi basa heterogen menggunakan katalis CaO menurut analisis data statistik adalah sebesar 82.656 atau menunjukkan korelasi yang sangat kuat. Dari persentase tersebut dapat dijelaskan bahwa suhu memiliki pengaruh yang sangat besar terhadap pembentukan yield metil ester. Reaksi transesterifikasi antara metanol dan sisa CPO dengan menggunakan katalis CaO adalah reaksi kesetimbangan dan merupakan reaksi endoterm Marchetti, 2007 . Dalam penelitian ini yield yang diperoleh pada suhu 55 o C, 60 o C, 65 o C dan 70 o C adalah 42.26, 53.89, 65.35 dan 60.76. Hal ini disebabkan karena reaksi bersifat endoterm membutuhkan panas dari lingkungan ke sistem maka dengan naiknya suhu akan menggeser kesetimbangan kearah pembentukan produk, sehingga konversi metil ester akan semakin tinggi Bird, 1993. Kenaikan suhu pada reaksi endoterm ∆H o 0 mengakibatkan pertambahan nilai K tetapan kesetimbangan sehingga reaksi akan bergeser kearah yang membentuk hasil reaksi Rosenberg, 1989. Dalam penelitian ini yield terbesar diperoleh dengan menggunakan suhu reaksi 65 o C yaitu sebesar 65.35 . Pada suhu tersebut merupakan suhu yang sangat sesuai bagi pereaksi untuk bercampur secara homogen karena metanol mendidih Universitas Sumatera Utara pada suhu 65 o C dan CPO meleleh pada suhu 55 o C Foon, 2004. Terjadi penyimpangan untuk reaksi transesterifikasi pada suhu 70 o C, diperoleh konversi metil ester sebesar 60.76, dalam hal ini reaktan tidak tercampur secara homogen sehingga terjadi penurunan konversi metil ester yang dihasilkan. Dengan adanya katalisator heterogen, maka campuran reaksi akan membentuk sistem tiga fase, CPO-Metanol-Katalis, dimana reaksinya akan mengalami perlambatan karena adanya resistansi difusi molekul reaktan kepermukaan katalis, dilanjutkan dengan adsorpsi reaktan pada permukaan katalis, dan reaksi difusi reaktan pada permukaan katalis, selanjutnya terjadi reaksi dalam lapisan adsorpsi, kemudian terjadi desorpsi produk reaksi dari permukaan katalis dan abfusi pada produk keluar dari permukaan katalis. Reaksi ini dapat dipercepat pada suhu reaksi tertinggi. Secara umum, semakin cepat laju reaksi akan diperoleh pada suhu tertinggi, tetapi pada suhu tinggi, metanol akan menguap yang menghambat reaksi dalam interfase tiga fase. Oleh karena itu suhu reaksi maksimum adalah 65 o C Liu. 2008 Liu melakukan transesterifikasi dari minyak kedelai menjadi biodiesel menggunakan CaO sebagai katalisator basa padat, dengan perbandingan mol metanol terhadap minyak 12 : 1 molmol, penambahan 8 katalisator CaO, suhu reaksi 65 o C, reaksi berlangsung selama tiga jam dengan konversi metil ester sebesar 95, CaO telah diteliti sebagai katalis basa yang kuat dimana untuk menghasilkan biodiesel menggunakan CaO sebagai katalis basa mempunyai banyak manfaat, misalnya aktivitas yang tinggi, kondisi reaksi yang rendah, masa katalis yang lama, serta biaya katalis yang rendah. Reddy menghasilkan biodiesel dengan menggunakan nano kalsium oksida dalam kondisi suhu kamar. Tetapi kecepatan reaksi begitu lambat dan membutuhkan 6-24 jam untuk memperoleh konversi hasil yang tinggi. Dia juga telah meneliti deaktivitasi setelah tiga kali siklus dengan asam lemak. Zhu memperoleh 93 hasil dari minyak jarak pagar menggunakan CaO sebagai katalis tetapi katalis tersebut harus direaksikan dengan larutan amonium karbonat dan dikalsinasi pada suhu yang tinggi Liu, 2008. Melero, 2009 melakukan transesterifikasi minyak kedelai mentah dan terproses menggunakan katalis SBA-15 tersulfonasi. Dengan perbandingan mol metanol terhadap minyak 10 : 1 molmol, penambahan 6 katalisator, dalam autoclave dengan pengadukan 2000 rpm, suhu reaksi 180 o C dalam waktu 8 jam, dengan tekanan transducer ± 10 -1 atm dengan konversi metil ester sebesar 95.91 untuk minyak kedelai terproses sedangkan untuk minyak kedelai mentah diperoleh yield metil ester sebesar 93.11, yield yang diperoleh lebih besar karena penggunaan katalis SBA-15 tersulfonasi, katalis ini memiliki luas permukaan dan diameter pori yang besar. Hal ini sangat penting untuk difusi kepermukaan katalis, dan mengurangi kemungkinan deaktivasi dari katalis oleh adsorpsi pelarut polar dari produk seperti air dan gliserol.

4.3.2. Sifat Fisik Biodiesel