PENGARUH TEMPERATUR DAN TEKANAN PADA REAKSI HYDROCRACKING BIO-OIL PELEPAH KELAPA SAWIT MENGGUNAKAN KATALIS Co-MoUSY DALAM REAKTOR ALIR DAN BATCH

PENGARUH TEMPERATUR DAN TEKANAN

PADA REAKSI HYDROCRACKING BIO-OIL PELEPAH

KELAPA SAWIT MENGGUNAKAN KATALIS Co-Mo/USY

DALAM REAKTOR ALIR DAN BATCH

Disusun Oleh :

SEPTI MAULIDINA

M0313065

SKRIPSI

Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mendapatkan gelar

Sarjana Sains Bidang Ilmu Kimia

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

PENGARUH TEMPERATUR DAN TEKANAN

PADA REAKSI HYDROCRACKING BIO-OIL PELEPAH KELAPA SAWIT

MENGGUNAKAN KATALIS Co-Mo/USY

DALAM REAKTOR ALIR DAN BATCH

SEPTI MAULIDINA

Program Studi Kimia, Fakultas MIPA, Universitas Sebelas Maret

ABSTRAK

Telah dilakukan reaksi hydrocracking bio-oil pelepah kelapa sawit menggunakan katalis Co-Mo/USY dalam reaktor sistem alir dan batch. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh temperatur dalam sistem alir, tekanan dalam sistem batch pada reaksi hydrocracking bio-oil dan perbandingan karakter katalis baru dan bekas setelah reaksi hydrocracking bio-oil. Hydrocracking dilakukan pada 250, 300, dan 350 °C dengan laju alir 5 mL/menit untuk sistem alir dan variasi tekanan H

2 sebesar 1, 3 dan 5 bar pada temperatur 300 °C selama

satu jam untuk sistem batch. Produk yang dihasilkan dianalisis menggunakan kromatografi gas (GC), kromatografi gas-spektroskopi massa (GC-MS) dan katalis bekas dianalisis menggunakan spektroskopi infra merah (FTIR).

Hasil penelitian menunjukkan bahwa pada reaksi hydrocracking menggunakan reaktor sistem alir, rendemen produk total meningkat seiring kenaikan temperatur. Rendemen produk total optimum dengan nilai sebesar 68% diperoleh pada temperatur reaksi 300 °C dengan selektivitas produk C -C

sebesar 25,53% pada temperatur 350 °C. Sementara itu, reaksi hydrocracking dengan menggunakan reaktor sistem batch, diperoleh bahwa rendemen produk total meningkat seiring kenaikan tekanan H

2 dengan nilai rendemen produk total

tertinggi sebesar 32,16%. Adapun selektivitas produk C

5 -C 12 optimum pada

tekanan H 3 bar sebesar 30,95%. Pada akhir reaksi hydrocracking bio-oil, gugus

fungsi pada katalis Co-Mo/USY mengalami pergeseran bilangan gelombang serapan Si-OH bend, perubahan intensitas pada gugus OH dan penambahan serapan baru yaitu sesuai dengan gugus C=C aromatik. Kata kunci: hydrocracking, bio-oil pelepah kelapa sawit, Co-Mo/USY, reaktor sistem alir dan batch

EFFECT OF TEMPERATURE AND PRESSURE ON HYDROCRACKING

OF PALM FRONDS OIL USING Co-Mo/USY CATALYST

WITH FLOW AND BATCH SYSTEM REACTOR

SEPTI MAULIDINA

Department of Chemistry, Faculty of Mathematics and Science, Sebelas Maret University

ABSTRACT

The hydrocracking reaction of palm frond oil was done using a Co- Mo/USY catalyst in a flow and batch system reactor. This research studied the effect of temperature in flow system, pressure in batch system and the comparison character between fresh and used catalyst after hydrocracking reaction of palm frond oil. The process of hydrocracking reaction in flow system reactor is carried out at temperatures of 250, 300, 350 °C and the flow rate 5 mL/min of H 2 gas. Meanwhile, in batch reactor system, the reaction was carried out on variations of H pressure at 1, 3, and 5 bar respectively during 1 hour and 300 °C process. The

product was analyzed by gas chromatography (GC) and gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). Catalyst after hydrocracking was analyzed by Fourier Transform Infra Red (FTIR).

The results show that in flow system reactor, the hydrocracking product yield increased by raising temperature.The total optimum yield of 68% is obtained at 300 °C with a selectivity of C

5 -C 12 product of 25.53% at 350 °C. Meanwhile,

the hydrocracking product yield increased by raising pressure of H

2 with product

yield of 32,16% in a batch system reactor. The selectivity of C

5 -C 12 product is

optimum at 3 bar H

2 pressure of 30.95%. After the hydrocracking bio-oil, the

functional group of Co-Mo/USY catalyst experienced shift in Si-OH bend wavenumber,change in OH group intensity and new absorption appearance predicted as C=C aromatic. Keywords: hydrocracking, palm fronds oil, Co-Mo/USY, flow and batch system reactor.

MOTTO

Tidaklah manusia mendapat apa-apa kecuali apa yang telah dikerjakannya

(Q.S An-Najm: 39)

Work hard in silence, let your success be your noise

(Frank Ocean)

PERSEMBAHAN

Lantunan doa serta syukurku kepada Allah SWT atas limpahan nikmat yang

tidak terhitung, kesabaran, kemudahan dan kelancaran untuk menyelesaikan

skripsi ini

Karya kecilku ini kupersembahkan untuk:

Ayahanda Eko Widodo, Ibunda (almarhumah) Dahlia, Kakek terhebat

Suparman M.Z dan adikku tersayang Rifki Maulana Putra yang selalu

memberikan semangat, kasih sayang dan doa yang tiada terhenti

Teman-teman kimia 2013 yang telah berjuang bersama

Semua pihak yang telah membantu

Pembaca yang telah meluangkan waktunya untuk membaca karya kecil ini

KATA PENGANTAR

Alhamdulillah, puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan limpahan rahmat dan hidayahnya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Tanpa adanya bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak tidaklah mudah untuk menyelesaikan skripsi ini, karena itu penulis menyampaikan terima kasih kepada:

1. Ayah, Almh Ibu dan Kakek yang selalu mendukung serta mendoakan sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.

2. Prof. Ari Handono Ramelan, M.Sc., Ph.D selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret.

3. Ibu Dr. Triana Kusumaningsih, M.Si selaku Kepala Prodi Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret.

4. Ibu Dr. Khoirina Dwi Nugrahaningtyas, M.Si selaku Dosen Pembimbing I dan Kepala Laboratorium Kimia FMIPA UNS.

5. Bapak Dian Maruto Widjonarko, M.Si selaku Dosen Pembimbing II.

6. Bapak-Ibu dosen Program Studi Kimia FMIPA UNS, atas ilmu yang telah diberikan.

7. Seluruh staf dan laboran Laboratorium Kimia dan Laboratorium MIPA Terpadu FMIPA UNS.

8. Sahabat penulis: Nana, Anis Robi, Maya, Dwi, Ika, Alika,Intan, Laras dan Fitri yang telah memberikan dukungan, doa, informasi dan semangatnya.

9. Tim riset katalis Mba Riri, Mba Irma, Mba Nanda, Mba Wendah, Mba Gesit, Mas Ferdinan, Mas Aji, Mas Rujito, Yulita, Enggar, Nining yang sama-sama berjuang mengerjakan skripsi dan thesis.

10. Semua pihak yang telah membantu dalam penyusunan skripsi ini.

Semoga Allah SWT membalas kebaikan semua pihak yang telah membantu dalam penyelesaian Skripsi ini.

Surakarta, 7 Januari 2018

DAFTAR ISI

Halaman HALAMAN JUDUL ................................................................................................ i HALAMAN PENGESAHAN ................................................................................. ii PERNYATAAN .................................................................................................... iii ABSTRAK ............................................................................................................. iv ABSTRACT ............................................................................................................. v MOTTO ................................................................................................................. vi PERSEMBAHAN ................................................................................................. vii KATA PENGANTAR ......................................................................................... viii DAFTAR ISI .......................................................................................................... ix DAFTAR GAMBAR ............................................................................................. xi DAFTAR TABEL ................................................................................................ xiii DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................ xiv DAFTAR SINGKATAN ....................................................................................... xv

BAB I PENDAHULUAN ........................................................................................ 1 A. Latar Belakang Masalah ................................................................................. 1 B. Perumusan Masalah ........................................................................................ 3

1. Identifikasi Masalah.................................................................................... 3

2. Batasan Masalah ......................................................................................... 5

3. Rumusan Masalah ....................................................................................... 5

C. Tujuan Penelitian ............................................................................................ 5

D. Manfaat Penelitian .......................................................................................... 5

BAB II LANDASAN TEORI .................................................................................. 6 A. Tinjauan Pustaka ............................................................................................. 6

1. Biomassa Lignosellulosa ........................................................................... 6

2. Bio-oil ........................................................................................................ 9

3. Katalis ...................................................................................................... 10

4. Katalis Co-Mo/USY................................................................................. 12

5. Hydrocracking ......................................................................................... 17

C. Hipotesis ....................................................................................................... 23

2. Rendemen Produk Total. ......................................................................... 34

D. Karakter Katalis ......................................................................................... 41

3. Selektivitas Produk Bebas Oksigen dan Hydrocracking. ........................ 40

2. Rendemen Produk Total. ......................................................................... 39

1. Komposisi Senyawa Produk cair. ............................................................ 36

C. Produk Hydrocracking Bio-oil Sistem Batch ............................................. 36

3. Selektivitas Produk Hydrocracking. ........................................................ 35

1. Komposisi Senyawa Produk cair. ............................................................ 31

BAB III METODE PENELITIAN......................................................................... 24 A. Tempat dan Waktu Penelitian. ................................................................... 24 B. Alat dan Bahan. .......................................................................................... 24

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN. .............................................................. 29 A. Komposisi Bio-oil Pelepah Kelapa Sawit .................................................. 29 B. Produk Hydrocracking Bio-oil Sistem Alir................................................ 31

D. Teknik Pengumpulan dan Analisis Data. ................................................... 27

2. Uji Aktivitas Katalis. ............................................................................... 25

1. Preparasi bio-oil pelepah kelapa sawit. .................................................... 25

C. Prosedur Penelitian..................................................................................... 25

2. Bahan. ...................................................................................................... 25

1. Alat. .......................................................................................................... 24

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................ 44 A. Kesimpulan ................................................................................................ 44 B. Saran ........................................................................................................... 44 DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................ 45 LAMPIRAN ........................................................................................................... 52

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Struktur selulosa (Park et al., 2008) ................................................. 6Gambar 2.2 Struktur hemiselulosa (Park et al., 2008) ......................................... 7Gambar 2.3 Struktur lignin (Park et al., 2008) .................................................... 8Gambar 2.4 Katalis bifungsional (Hódar, 2012) ................................................ 12Gambar 2.5 Mekanisme pembukaan cincin metilsikloheksana(a)

β-scissions, (b) protolitik scissions, (c) isomerisasi .............................................

13 Gambar 2.6 Konversi senyawa model β-O-4 lignin menggunakan .................................... katalis CoMo/Al

2 O 3 (Jongerius et al., 2012)

14 Gambar 2.7 Pola difraktogram (a) USY (b) katalis Co-Mo/USY, (c) Co-Mo/USY dan (d) Mo-Co/USY (Rachmadhani, 2016) ........ 16

Gambar 2.8 Spektra FTIR (a) USY (b) katalis Co-Mo/USY,

Gambar 2.9 Efek tekanan hidrogen terhadap konversi dan selektivitas

(Castaño et al., 2010)...................................................................... 19

Gambar 2.10 Efek temperatur terhadap konsentrasi asam asetat selama reaksi hydrotreatment (Gunawan et al., 2013) ................... 20Gambar 3.1 Rangkaian alat pirolisis .................................................................. 25Gambar 3.2 Rangkaian reaktor alir untuk reaksi hydrocracking (Hidayat et al., 2016) ..........................................................................

26 Gambar 3.3 Rangkaian reaktor batch untuk reaksi hydrocracking (Larabi et al., 2016) .............................................................................

27 Gambar 4.1 Kromatogram bio-oil pelepah kelapa sawit .................................... 29

Gambar 4.2 Kromatogram hydrocracking bio-oil pelepah kelapa sawit sistem alir........................................................................................ 32Gambar 4.3 Hubungan kenaikan temperatur dengan rendemen produk hydrocracking bio-oil ........................................................ 34Gambar 4.4 Selektivitas produk hydrocracking bio-oil sistem alir .................... 36Gambar 4.5 Kromatogram hydrocracking bio-oil pelepah kelapa sawit sistem batch .................................................................................... 37Gambar 4.6 Hubungan penambahan tekanan H dengan rendemen

produk hydrocracking bio-oil ........................................................ 39

Gambar 4.7 Selektivitas produk hydrocracking bio-oil sistem alir .................... 40Gambar 4.8 Spektra FTIR (A) sistem alir dan (B) sistem batch ........................ 43

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Komposisi kimia pada pelepah kelapa sawit

(Ginting dan Elizabeth, 2003) .......................................................... 8

Tabel 2.2 Kandungan bio-oil dan crude oil (Holmgren et al, 2008) ................ 9Tabel 2.3 Hasil analisis keasaman total dan luas permukaan katalis (Rachmadhani, 2016) .......................................................... 15Tabel 4.1 Komposisi senyawa bio-oil pelepah kelapa sawit .......................... 30Tabel 4.2 Komposisi senyawa produk cair hasil reaksi hydrocracking

bio-oil sistem alir ............................................................................ 33

Tabel 4.3 Komposisi senyawa produk cair hasil reaksi hydrocracking

bio-oil sistem batch ........................................................................ 38

PENGARUH TEMPERATUR DAN TEKANAN PADA REAKSI HYDROCRACKING BIO-OIL PELEPAH KELAPA SAWIT MENGGUNAKAN KATALIS Co-MoUSY DALAM REAKTOR ALIR DAN BATCH