Pemurnian Biodiesel menggunakan Bentonit sebagai Adsorben

92

3.3.6 Produksi Biodiesel dari Minyak Jarak yang Mengandung ALB Rendah

3.3.6.1 Transesterifikasi Minyak Jarak yang Mengandung ALB Rendah dengan Katalis Heterogen CaO Pada Gambar 21 diperlihatkan hubungan antar lama reaksi transesterifikasi terhadap konversi minyak jarak pagar menjadi biodiesel pada beberapa dosis katalis CaO. Aktivitas katalitik dari CaO semakin besar dengan semakin tingginya dosis katalis. Lama reaksi juga memperlihatkan kecenderungan meningkatkan rendemen biodiesel. Semakin lama reaksi menghasilkan rendemen biodiesel yang semakin besar. Namun demikian pada dosis katalis 2,5 terlihat bahwa penambahan waktu reaksi setelah 2 jam reaksi tidak meningkatkan jumlah rendemen. Diduga pada saat itu sudah tercapai kesetimbangan reaksi, sehingga penambahan waktu tidak berpengaruh terhadap konversi minyak jarak pagar menjadi biodiesel. Variabel penting yang mempengaruhi keberhasilan proses transesterifikasi adalah: suhu reaksi, nisbah molar alkohol dan minyak, katalis, lama reaksi, kehadiran air, asam lemak bebas, dan intensitas pengadukan Ma et al. 1999; Srivastava and Prasad 2000; Caili and Kusefoglu 2008; Akgun and Iscan 2008. Gambar 22 juga menunjukkan bahwa konversi minyak jarak pagar menjadi biodiesel sudah mencapai kesetimbangan setelah reaksi berlangsung selama 2 jam apabila dosis katalis yang digunakan adalah 2,5. Walaupun Chitra et al. 2005 menghasilkan rendemen biodiesel jarak pagar mencapai 98 menggunakan katalis homogen NaOH, namun hasil yang diperoleh dalam penelitian ini lebih baik daripada Huaping et al. 2006 yang menghasilkan rendemen biodiesel jarak pagar sebesar 93. Kalau dibandingkan dengan hasil yang diperoleh peneliti lain yang menggunakan CaO sebagai katalis pada minyak lainnya, maka aktivitas katalitik dari CaO pada penelitian ini cukup baik. Granados 2007 menghasilkan rendemen 94 pada transesterifikasi minyak biji bunga matahari, Kawashima et al. 2009 menghasilkan rendemen 92 pada transesterifikasi minyak rapeseed, Kouzu et al. 2008 dan Liu et al. 2008a menghasilkan konversi masing- masingnya 93 dan 95 berturut-turut pada minyak kedele. 93 Gambar 21 Pengaruh lama reaksi terhadap konversi biodiesel pada berbagai berat katalis CaO. Transesterifikasi berlangsung pada suhu 65 o C dengan nisbah metanol: minyak jarak pagar 12:1 Gambar 22 Pengaruh berat katalis CaO terhadap konversi biodiesel pada berbagai lama reaksi. Transesterifikasi berlangsung pada suhu 65 o C dengan nisbah metanol: minyak jarak pagar 12:1 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 0.5 1.0 1.5 2 2.5 1 1.5 2.0 2.5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1 1 .5 2 .0 2 .5 2 jam 2,5 jam 94 Transesterifikasi memiliki kendala terutama pada pemisahan gliserol dan biodiesel dan memerlukan perlakuan terhadap limbah cair Al-Zuhair 2007. Namun demikian kendala ini dapat diatasi dengan menggunakan katalis heterogen dalam transesterifikasi dan adsorben dalam pemurnian biodiesel. Proses yang dikembangkan dalam penelitian ini yang menggunakan katalis CaO dalam transesterifikasi dan bentonit asam sebagai adsorben dalam pemurnian biodiesel diharapkan dapat memperbaiki kendala pemisahan biodiesel dan gliserol seperti pada transesterifikasi menggunakan katalis homogen. 3.3.6.2 Transesterifikasi in situ biji jarak dengan katalis aOH Uji ortogonal. Faktor-faktor yang berpengaruh dalam proses transesterifikasi in situ dapat dilihat pada Tabel 37. Beberapa laporan penelitian menunjukkan bahwa ukuran partikel, suhu, konsentrasi pelarut, kadar air dan pengadukan berpengaruh terhadap hasil dan selektivitas dari reaksi transesterifikasi secara in situ Hernadez et al. 2005; Georgogianni 2008. Hasil uji ortogonal dalam penelitian ini memperlihatkan bahwa konsentrasi NaOH dalam metanol, moll x 1 merupakan faktor yang paling berpengaruh terhadap keberhasilan transesterifikasi secara in situ, diikuti oleh nisbah metanol:minyak x 2 , suhu reaksi x 3 dan lama reaksi x 4 . Titik optimum yang ditunjukkan Tabel 37 adalah konsentrasi NaOH dalam metanol, 0,08 moll x 1 ; nisbah molar metanol:minyak 170:1 x 2 ; suhu reaksi 60 o C x 3 dan lama reaksi, 3 jam x 4 . Titik optimum ini menjadi patokan di dalam penelitian berikutnya mengenai optimasi proses transesterifikasi secara in situ menggunakan RSM. Pengaruh variabel proses transesterifikasi secara In situ. Susunan CCD dan respon konversi biodiesel terhadap peubah proses transesterifikasi in situ dapat dilihat pada Lampiran 18. Pada Lampiran 19 ditampilkan ANOVA pengaruh transesterifikasi in situ terhadap konversi jarak pagar menjadi biodiesel setelah eliminasi peubah yang tidak nyata. 95 Tabel 37 Hasil uji ortogonal transesterifikasi minyak J.curcas L. secara in situ No percobaa n Konsentrasi NaOH dalam metanol, moll x 1 Nisbah molar metanol:minya k x 2 Suhu reaksi x 3 Lama reaksi, jam x 4 Konversi 1 0,04 130 40 3 20,40 2 0,04 150 50 5 24,15 3 0,04 170 60 7 27,40 4 0,06 130 50 7 34,60 5 0,06 150 60 3 34,90 6 0,06 170 40 5 36,35 7 0,08 130 60 5 46,00 8 0,08 150 40 7 76,95 9 0,08 170 50 3 89,60 K 1 87,12 92,25 103,59 107,23 K 2 114,87 102,47 102,01 94,70 K 3 102,88 110,15 105,77 102,93 k 1 29,04 30,75 34,53 35,74 k 2 38,29 34,16 34,00 31,57 k 3 34,29 36,72 35,26 34,31 R 9,25 5,97 1,26 4,18 Rank 1 2 4 3 Optimu m 0,08 170 50 3 Dari Lampiran 19 dapat diketahui bahwa faktor transesterifikasi in situ yang paling berpengaruh terhadap konversi biodiesel adalah interaksi antara x 1 , 96 x 2 , dan x 4 , diikuti oleh pengaruh kuadratik x 1 dan interaksi antara x 1 dan x 4 . Persamaan model regresi untuk transesterifikasi in situ adalah: Konversi = - 63911,89 +376,86X 2 +33,82 X 3 +1256,83X 4 - 1,41E +005 X 1 2- 0,01X 2 2+190,83 X 1 X 3 -15515,36X 1 X 4 -0,24X 2 X 3 -7,456 X 2 X 4 -0,20X 3 X 4 +92,10 X 1 X 2 X 4 R 2 = 0,97 Persamaan regresi di atas menunjukkan adanya pengaruh linier dan kuadratik pada peubah reaksi transesterifikasi in situ terhadap konversi biodiesel. Titik optimal dari persamaan itu adalah: konsentrasi NaOH dalam metanol sebesar 0,08 molL nisbah molar metanol:minyak 171,1 molmol; lama reaksi 3,02 jam; dan suhu reaksi 45,66 o C. Pada Gambar 23 dapat dilihat grafik interaksi antara suhu reaksi dan jumlah katalis dalam metanol terhadap konversi biodiesel. Pada suhu 45 o C, penambahan jumlah katalis akan meningkatkan rendemen biodiesel. Namun pada suhu 55 o C terlihat kecendrungan terjadi penurunan rendemen biodiesel dengan bertambahnya jumlah katalis. 3 4 5 , 67 8 3 3 8 , 67 3 4 5 Gambar 23 Pengaruh suhu reaksi dan jumlah katalis dalam metanol molmol terhadap konversi biodiesel: a plot respon permukaan dan b gambar dua dimensi 97 Kecenderungan yang sama juga diperlihatkan pada Gambar 24, dimana pada suhu 45 o C peningkatan jumlah nisbah metanol akan meningkatkan konversi biodiesel, sementara pada suhu 55 o C peningkatan nisbah metanol menurunkan konversi biodiesel. Kecenderungan yang sama juga terjadi pada penelitian Qian et al. 2008. Hasil optimasi menunjukkan bahwa nisbah metanol:minyak yang optimal adalah 171:1 dan suhu optimal adalah 45 o C. Pada Gambar 24 dapat dilihat bahwa pada nisbah molar metanol:minyak 160:1, penambahan katalis akan meningkatkan konversi biodiesel. Namun sebaliknya, kalau nisbah itu meningkat menjadi 180:1, penambahan katalis malah menurunkan konversi biodiesel. 3 4 5 , 67 8 3 3 8 , 67 3 4 5 a b 55 C 45 C . . 9 4 - - - + , , - + , , - 9 4 - Gambar 24. Pengaruh suhu reaksi dan nisbah metanol minyak terhadap konversi biodiesel: a plot respon permukaan dan b gambar dua dimensi Metanol secara sendirian merupakan pelarut untuk ekstraksi minyak nabati yang buruk. Namun demikian, basa beralkohol dapat menghancurkan jaringan intraselular di dalam daging biji jarak pagar seperti yang terjadi pada transesterifikasi in situ pada biji kapuk, yang memungkinkan pelarutan solubilization dan selanjutnya transesterifikasi. Tanpa penambahan NaOH ke dalam metanol, transesterifikasi in situ hampir tidak dapat terjadi Qian et al. 98 2008. Ketika peningkatan konsentrasi NaOH 0,07-0,9 mol L, jumlah minyak jarak pagar yang dikonversi menjadi biodiesel juga meningkat Gambar 25. Namun, saat nisbah molar metanol:minyak meningkat 180:1, penambahan katalis malah menurunkan konversi biodiesel. , 67 , 67 8 8 , 67 , 67 Gambar 25. Pengaruh nisbah metanol:minyak dan jumlah katalis terhadap konversi biodiesel: a plot respon permukaan dan b gambar dua dimensi Sifat Bahan Bakar Hasil Transesterifikasi secara in situ. Sifat bahan bakar biodiesel jarak pagar dirangkum pada Tabel 38. Terdapat perbedaan densitas dan viskositas antara biodiesel yang dihasilkan melalui transesterifikasi menggunakan katalis CaO dengan yang dihasilkan melalui transesterifikasi secara in situ dengan katalis NaOH, dimana proses in situ menghasilkan densitas dan viskositas yang lebih besar. Hasil yang diperoleh juga lebih besar dari pada Chitra et al 2005. Hal ini barangkali disebabkan karena adanya komponen polar yang larut dalam alalkohol. Walaupun demikian, biodiesel jarak pagar ini masih memenuhi standar biodiesel menurut ASTM D 6751-02, DIN EN14214 atau SNI 04-7182-2006