SINTESIS DAN KARAKTERISASI KF Mg Al HYDROTALCITE LIKE DARI BRINE WATER SEBAGAI KATALIS TRANSESTERIFIKASI MINYAK KELAPA SAWIT MENJADI BIODIESEL

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

SINTESIS DAN KARAKTERISASI

KF/Mg-Al HYDROTALCITE-LIKE DARI BRINE WATER

SEBAGAI KATALIS TRANSESTERIFIKASI

MINYAK KELAPA SAWIT MENJADI BIODIESEL

Disusun Oleh :

RINA SETYAWATI

M0306054

SKRIPSI

Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains

dalam bidang ilmu kimia

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA Juli 2011

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

HALAMAN PENGESAHAN

Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret Surakarta telah mengesahkan skripsi mahasiswa :

Rina Setyawati NIM M0306054, dengan judul “Sintesis dan Karakterisasi KF/Mg-Al Hydrotalcite-like dari Brine Water sebagai Katalis Transesterifikasi

Minyak Kelapa Sawit menjadi Biodi_esel.”

Skripsi ini dibimbing oleh :

Pembimbing I Pembimbing II

I.F. Nurcahyo, M.Si Dr. Eddy Heraldy, M.Si

NIP. 19780617 200501 1001 NIP. 19640305 200003 1002 Dipertahankan di depan Tim Penguji Skripsi pada :

Hari : Senin Tanggal : 27 Juli 2011 Anggota Tim Penguji :

1. Dr. Sayekti Wahyuningsih, M.Si 1………. NIP. 19711211 199702 2001

2. Ahmad Ainurofiq, M.Si, Apt 2………... NIP. 19780319 200501 1003

Disahkan oleh : Jurusan Kimia

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret Surakarta

Ketua Jurusan Kimia

Dr. Eddy Heraldy, M.Si NIP. 19640305 200003 1002

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul “SINTESIS DAN KARAKTERISASI KF/Mg-Al HYDROTALCITE-LIKE DARI BRINE WATER SEBAGAI KATALIS TRANSESTERIFIKASI MINYAK

KELAPA SAWIT MENJADI BIODI_{ESEL” adalah benar}-benar hasil penelitian sendiri dan tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat kerja atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.

Surakarta, Juli 2011

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

SINTESIS DAN KARAKTERISASI

KF/Mg-Al HYDROTALCITE-LIKE DARI BRINE WATER SEBAGAI

KATALIS TRANSESTERIFIKASI MINYAK KELAPA SAWIT MENJADI BIODIESEL

RINA SETYAWATI

Jurusan Kimia. Fakultas MIPA. Universitas Sebelas Maret

ABSTRAK

Telah dilakukan penelitian tentang sintesis Mg-Al hydrotalcite-like dari brine water sebagai katalis transesterifikasi. Penelitian ini bertujuan untuk

mengetahui pengaruh penambahan kalium fluorida (KF) pada Mg-Al hidrotalsit sebagai katalis transesterifikasi minyak kelapa sawit menjadi biodiesel. Pengaruh berat katalis dan lama waktu reaksi terhadap hasil reaksi transesterifikasi juga dipelajari.

Mg-Al hidrotalsit disintesis dengan perbandingan mol Mg/Al 2/1 menggunakan metode kopresipitasi. Senyawa hasil sintesis dikarakterisasi menggunakan XRD, FTIR, dan TG/DTA. Mg-Al hidrotalsit digrinding dengan

kalium fluorida (KF) dengan perbandingan rasio KF/hidrotalsit 8/10. Senyawa yang diperoleh dikarakterisasi dengan XRD dan FTIR. Senyawa KF/Mg-Al hidrotalsit digunakan sebagai katalis transesterifikasi minyak kelapa sawit menjadi biodiesel. Reaksi transesterifikasi dilakukan pada suhu 65 °C dengan rasio mol metanol/minyak 12:1. Reaksi dilakukan dengan memvariasi berat katalis 1, 2, 3, 4,5% b/b dan variasi waktu reaksi selama 5, 15, 30, 60, 180 menit. Biodiesel hasil reaksi diidentifikasi menggunakan analisis spektra 1HNMR. Konversi biodiesel tertinggi dicapai dengan waktu reaksi 180 menit pada berat katalis 1 % b/b minyak yaitu sebesar 99,22 %.

Kata kunci : Mg-Al hydrotalcite-like, brine water, katalis, transesterifikasi,

biodiesel

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

SYNTHESIS AND CHARACTERIZATION

KF/Mg-Al HYDROTALCITE-LIKE FROM BRINE WATER AS CATALYST TRANSESTERIFICATION OF PALM OIL

INTO BIODIESEL

RINA SETYAWATI

Department of Chemistry. Mathematics and Sciences Faculty. Sebelas Maret University

ABSTRACT

The research about synthesis of Mg-Al hydrotalcite-like from brine water as catalyst transesterification has been carried out. The purpose of this research was to know the effect of addition potassium fluoride (KF) in Mg-Al hydrotalcite as catalyst transesterification of palm oil into biodiesel. The effect of weight catalyst and reaction time toward the yield of transesterification reaction also studied.

Mg-Al hydrotalcite was synthesized with Mg/Al molar ratio of 2/1 by coprecipitation. Synthesized material was characterized by XRD, FTIR, and TG/DTA. Mg-Al hydrotalcite was grinded by KF with ratio KF/hydrotalcite 8/10. Material obtained was characterized by XRD and FTIR. KF/Mg-Al hydrotalcite was used as catalyst transesterification of palm oil into biodiesel. Transesterification reaction carried out at 65 °C with molar ratio of methanol/oil 12:1. Reaction was performed with variation of weight catalyst 1, 2, 3, 4, 5% w/w oil and variation of reaction time 5, 15, 30, 60, 180 minutes. Biodiesel was identified by 1_{HNMR spectra analysis. The highest yield of biodiesel was} achieved at 180 minutes in weight of catalyst 1% w/w oil with yield 99,22 %. Key word : Mg-Al hydrotalcite-like, brine water, catalyst, transesterification,

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

MOTTO

“Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan . Maka apabila engkau telah selesai (dari suatu urusan), kerjakan dengan sungguh-sungguh (urusan)

yang lain”

(Q.S. Al-Insyirah: 6-7)

“Jadikanlah sabar dan sholat sebagai penolongmu, sesungguhnya

Allah bersama orang-orang yang sabar” (Q.S. Al Baqarah : 153)

“Yang demikian itu karena sesungguhnya Allah tidak akan mengubah suatu nikmat yang telah diberikan-Nya kepada suatu kaum, hingga kaum itu mengubah

apa yang ada pada diri mereka sendiri. Sungguh, Allah maha mendengar, Maha

mengetahui” (QS. Al Anfal: 53)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

PERSEMBAHAN

Karya ini kupersembahkan kepada : Ayah dan Ibu tercinta serta Kakakku tersayang

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah Subhanahu Wa Ta’ala atas segala rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan judul “Sintesis dan Karakterisasi KF/Mg-Al Hydrotalcite-like dari Brine Water Sebagai Katalis Transesterifikasi Minyak Kelapa Sawit Menjadi

Biodi_esel”. Pada kesempatan ini penulis menyampaikan terima kasih kepada : 1. Bapak Ir. Ari Handono Ramelan, M.Sc, Ph.D selaku Dekan FMIPA UNS. 2. Bapak Dr. Eddy Heraldy, M.Si selaku Ketua Jurusan Kimia FMIPA UNS

sebagai pembimbing II.

3. Bapak I.F. Nurcahyo, M.Si selaku pembimbing I dan Ketua Laboratorium Kimia FMIPA UNS.

4. Bapak Prof. Dr. Karna Wijaya, M.Eng atas bimbingan dan arahannya. 5. Dr.rer.nat. Fajar Rakhman Wibowo, M.Si selaku Pembimbing Akademik. 6. Bapak Dr.rer.nat. A.Heru Wibowo selaku Ketua Sub-Lab Kimia Pusat UNS. 7. Ketua Lab Kimia Analitik FMIPA UGM.

8. Ketua Lab Kimia Organik FMIPA UGM. 9. Ketua Lab Akademi Teknologi Kulit (ATK).

10. Bapak/Ibu Dosen pengajar dan semua staf Jurusan Kimia. 11. Keluargaku atas doa dan dukungannya.

12. Teman dan sahabat-sahabatku seperjuangan FC Club 2006 atas semangat dan dukungannya.

13. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.

Penulis menyadari bahwa laporan penelitian ini masih sangat jauh dari sempurna. Oleh karena itu, penulis senantiasa mengharapkan saran dan kritik yang membangun bagi kesempurnaan laporan penelitian ini. Penulis berharap semoga laporan penelitian ini dapat memberikan manfaat bagi semua pihak.

Surakarta, Juli 2011 Rina Setyawati

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL………..………... i

HALAMAN PENGESAHAN...………..….. ii

HALAMAN PERNYATAAN……….. iii

HALAMAN ABSTRAK………... iv

HALAMAN ABSTRACT_……… v

HALAMAN MOTTO………... vi

HALAMAN PERSEMBAHAN……… vii

KATA PENGANT_{AR………..} viii

DAFTAR ISI………. ix

DAFTAR TABEL………. xii

DAFTAR GAMBAR……… xiii

DAFTAR LAMPIRAN………. xv

BAB I. PENDAHULUAN……… 1

A. Latar Belakang………. 1

B. Perumusan Masalah……….. 3

1. Identifikasi Masalah……… 3

2. Batasan Masalah……….. 4

3. Rumusan Masalah………... 4

C. Tujuan Penelitian………. 4

_{D. Manfaat Penelitian………..} 5

BAB II. LANDASAN TEORI……… 6

A. Tinjauan Pustaka……….. 6

1. Pengolahan Air Laut dan Komposisi Brine Water………… 6

2. Hydrotalcite….………….………..…..……….. 7

3. Sintesis Hydrotalcite-like (HTlc) Menggunakan Magnesium dari _{Air Laut………...………..} 10

4. Hydrotalcite-like (HTlc) sebagai Katalis Transesterifikas.. 11

5. Kalium Fluorida (KF)………... 11

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

7. Biodiesel………... 15

8. Karakterisasi Hidrotalsit dan Biodiesel……… 21

B. Kerangka Pemikiran……… 26

C. Hipotesis……….. 27

BAB III. METODOLOGI PENELITIAN……… 28

A. Metode Penelitian……… 28

B. Tempat dan Waktu Penelitian……….. 28

C. Alat dan Bahan……… 28

D. Prosedur Penelitian……….. 29

1. Pembuatan Katalis………... 29

a. Preparasi Larutan Awal………... 30

b. Preparasi Larutan Prekursor…..………..………... 30

c. Sintesis Mg-Al Hydrotalcite-like……… 30

d. Preparasi Katalis KF/Mg-Al Hydrotalcite-like………... 30

2. Pembuatan Biodiesel... 30

a. Penentuan Bilangan Asam……….. 30

b. Transesterifikasi Minyak Kelapa Sawit Menjadi Biodiesel………. 31

c. Pemurnian Biodiesel………... 31

3. Karakterisasi Biodiesel………... 31

E. Teknik Pengumpulan Data………...…... 31

F. Teknik Analisis Data……… 32

BAB IV. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN……… 33

A. Sintesis KF/Mg-Al Hidrotalsit……… 33

B. Identifikasi Senyawa Hasil Sintesis………. 34

1. Analisis X-Ray Diffraction(XRD)……….. 34

2.Analisis Gugus Fungsi denganFTIR……….. 37

3.Analisis Termal dengan TG/DTA………... 39

C. Transesterifikasi Minyak Kelapa Sawit………... 40

1. Penentuan Bilangan Asam………... 40

2. Reaksi Transesterifikasi………... 41

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

D. Analisis Biodiesel dengan 1HNMR….……… 41

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN……….. 46

A. Kesimpulan... 46

B. Saran... 46

DAFTAR PUSTAKA... 47

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

DAFTAR TABEL

Tabel 1. Ion-ion yang Mempengaruhi Salinitas Air Laut... 6 Tabel 2. Asam-Asam Lemak Tak Jenuh pada Tumbuhan dan Hewan….. 13 Tabel 3. Asam-Asam Lemak Jenuh pada Tumbuhan dan Hewan………. 14 Tabel 4. _{Komposisi Asam Lemak Minyak Inti Kelapa Sawit………} 14 Tabel 5. Gugus Fungsi Mg-Al Hydrotalcite-like………... 25

Tabel 6. Karakteristik Fisik Senyawa Hasil Sintesis……….. Tabel 7. Harga dTiga Puncak Tertinggi Senyawa Hasil Sintesis………..

Tabel 8. Tabulasi Gugus Fungsional Hidrotalsit……… Tabel 9. Perbandingan Kemurnian Biodiesel Menggunakan Berbagai

34 35 38 Katalis dengan Berat Katalis 1 % dan Waktu Reaksi 3 Jam…… 45

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1. (a) Brucite - Mg(OH)2 (b) Hydrotalcite - Mg6Al2(OH)16

(CO32-).4H2O (Hickey, 2001)……… 8 Gambar 2. Representasi skematis (a) Struktur brucite; (b) Struktur

hydrotalcite (Kannan, 2006)………. 8

Gambar 3. Struktur lapisan kristal senyawa hidrotalsit (Winter, 2006)_….. 9 Gambar 4. Struktur molekul monogliserida, digliserida, dan trigliserida.. 16 Gambar 5. Reaksi ester_{ifikasi dari asam lemak menjadi metil ester……...} 17 Gambar 6. Reaksi transesterifikasi dari trigliserida menjadi metil ester

Asam-asam

lemak………..

18 Gambar 7. Mekanisme reaksi transesterifikasi dalam katalis basa... 19 Gambar 8. Difraktogram XRD Mg-Al hydrotalcite-like (a) JCPDS 14-

191 (Sharma et al., 2008), (b) Mg-Al hidrotalsit komersial, 22

(c) Mg/Al-Hidrotalsit dari brine water……….

Gambar 9. TG/DTA Mg-Al hydrotalcite……….. Gambar 10. Spektrum 1H NMR hasil transesterifikasi minyak kedelai

A,G, dan M merupakan proton dari α–CH2, gliserida dan Metil ester………..

24

25 Gambar 11. Difraktogram Mg-Al hydrotalcite-like……….. 35

Gambar 12. Difraktogram KF/ Mg-Al hydrotalcite-like……….. 36

Gambar 13. Difraktogram (a) Mg-Al hydrotalcite-like (b) KF/Mg-Al

hydrotalcite-like………. 36

Gambar 14. Spektra FTIR (a) Mg-Al hydrotalcite-like (b) KF/Mg-Al

hydrotalcite-like………. 38

Gambar 15. Analisis Termal Mg-Al hydrotalcite-like (a) TGA (b) DTA… 40

Gambar 16. Spektra 1_{HNMR minyak sawit……….. 41} Gambar 17. Spektra 1_{HNMR biodiesel hasil reaksi dengan katalis KF/}

Mg-Al hydrotalcite-like 1 % b/b minyak selama 3 jam……... 42

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

variasi berat katalis selama 3 jam……….. 43 Gambar 19. Kemurnian biodiesel hasil reaksi transesterifikasi dengan

berat katalis 1 % b/b minyak dan variasi waktu……… 44

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Perhitungan Sintesis Mg-Al Hydrotalcite-like.………. 54

Lampiran 2. Perhitungan Transesterifikasi Minyak Kelapa Sawit………. 57 Lampiran 3. Desain Penelitian... 58 Lampiran 4. Skema Pembuatan Larutan Awal……… 59 Lampiran 5. Skema Pembuatan Katalis Mg-Al Hydrotalcite-like……..…. 60

Lampiran 6. Skema Pembuatan Katalis KF/Mg-Al Hydrotalcite-like…… 61

Lampiran 7. Skema Penentuan Bilangan Asam Minyak Kelapa Sawit….. 62 Lampiran 8. Skema Transesterifikasi Minyak Sawit Menjadi Biodiesel… 63 Lampiran 9. Data X-Ray diffraction (XRD) Mg-Al Hydrotalcite-like…… 64

Lampiran 10. Data JCPDS Mg-Al Hydrotalcite……… 65 Lampiran 11. Perbandingan Harga d Sampel Mg-Al Hydrotalcite-like

dengan Data JCPDS Hydrotalcite... 66

Lampiran 12. Perhitungan Persentase Kandungan Mg-Al

like……… 67

Lampiran 13. Data X-Ray diffraction (XRD) KF/Mg-Al Hydrotalcite-like 68

Lampiran 14. Spektra FTIR Senyawa Mg-Al Hydrotalcite-like………. 70

Lampiran 15. Spektra FTIR Senyawa KF/Mg-Al Hydrotalcite-like……….. 71

Lampiran 16. Spektra FTIR Senyawa KF... 72 Lampiran 17. Kurva TG/DTA Senyawa Mg-Al Hydrotalcite-like…………. 73

Lampiran 18. Spektra 1HNMR Minyak Kelapa Sawit... 74 Lampiran 19. Spektra 1HNMR Biodiesel dengan Berat Katalis

KF/Mg-Al Hydrotalcite-like1 % dan Waktu Reaksi 3 Jam… 75

Lampiran 20. Spektra 1HNMR Biodiesel dengan Berat Katalis

KF/Mg-Al Hydrotalcite-like 2 % dan Waktu Reaksi 3 Jam... 76

Lampiran 21. Spektra 1HNMR Biodiesel dengan Berat Katalis

KF/Mg-Al Hydrotalcite-like 3 % dan Waktu Reaksi 3 Jam.... 77

Lampiran 22. Spektra 1_{HNMR Biodiesel dengan Berat Katalis}

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

Lampiran 23. Spektra 1HNMR Biodiesel dengan Berat Katalis

KF/Mg-Al Hydrotalcite-like 5 % dan Waktu Reaksi 3 Jam... 79

Lampiran 24. Spektra 1HNMR Biodiesel dengan Waktu Reaksi 5 Menit

dan Berat Katalis KF/Mg-Al Hydrotalcite-like 1 %... 80

Lampiran 25. Spektra 1HNMR Biodiesel dengan Waktu Reaksi 15 Menit dan Berat Katalis KF/Mg-Al Hydrotalcite-like 1 %... 81

Lampiran 26. Spektra 1_{HNMR Biodiesel dengan Waktu Reaksi 30 Menit} dan Berat Katalis KF/Mg-Al Hydrotalcite-like 1 %... 82

Lampiran 27. Spektra 1HNMR Biodiesel dengan Waktu Reaksi 60 Menit dan Berat Katalis KF/Mg-Al Hydrotalcite-like 1 %... 83

Lampiran 28. Spektra 1_{HNMR Biodiesel dengan Berat Katalis}

Mg-Al Hydrotalcite-like 3 % dan Waktu Reaksi 3 Jam... 84

Lampiran 29. Spektra 1_{HNMR Biodiesel dengan Berat KF3 % dan}

Waktu Reaksi 3 Jam... 85 xv

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

BAB I PENDAHULUAN

A.Latar Belakang Masalah

Dalam proses desalinasi di PLTU, hanya 40% air laut dapat diubah menjadi air bersih, sedangkan 60% sisanya yang disebut brine water yang

mengandung kadar garam tinggi akan dibuang kembali ke laut sebagai limbah. Garam-garaman utama yang terdapat dalam air laut adalah klorida (55 %), natrium (31 %), sulfat (8 %), magnesium (4 %), kalsium (1 %), potasium (1 %) dan sisanya (kurang dari 1 %) teridiri dari bikarbonat, bromida, asam borak, strontium dan florida.Kandungan Mg2+ dalam konsentrasi tinggi pada brine water

dapat dimanfaatkan untuk sintesis Mg-Al hydrotalcite-like (HTlc).

Mg-Al hydrotalcite-like (HTlc) telah dikenal sebagai salah satu mineral

yang menarik, prospektif dan menjanjikan karena dapat disintesis dengan mudah serta berguna dalam berbagai aplikasi (Tong et al., 2003). Dari bahan alam,

Kameda et al. (2000) telah berhasil mensintesis hydrotalcite-like dari air laut

untuk menghilangkan fosfor, sedangkan Oza et al. (2006) berhasil membuat hydrotalcite dari bittern. Beberapa studi menunjukkan bahwa hydrotalcite-like

terkalsinasi memiliki aktivitas moderat dalam reaksi transesterifikasi (Cantrell et al., 2005; Xie et al., 2006). Shumaker et al. (2008) menggunakan Li-Al hydrotalcite-like untuk mengkatalisis minyak kedelai dengan methanol, dan Liu et al. (2007) menggunakan Mg-Al hydrotalcite-like terkalsinasi untuk mengkatalisis

minyak poultry dengan methanol. Akan tetapi, dalam penelitiannya, katalis Mg-Al hydrotalcite-like dan juga oksida terkalsinasinya menunjukkan aktivitas yang

rendah selama reaksi antara minyak dan methanol pada temperature rendah (sekitar titik didih methanol) dibandingkan dengan Li-Al hydrotalcite-like. Untuk

memperbaiki keadaan ini, ke dalam Mg-Al hydrotalcite-like sering ditambahkan

zat-zat aktif agar aktivitas hydrotalcite sebagai katalis akan semakin tinggi. Sun et al. (2006) melaporkan bahwa katalis KNO3/HT terbukti lebih aktif daripada katalis KNO3/Al2O3 pada proses metilasi siklopentadiena, sementara Gao et al.

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

(2008) dalam reaksi transesterifikasi minyak sawit menjadi biodiesel telah mencampurkan kalium fluorida (KF) pada Mg-Al hydrotalcite-like dan

menghasilkan metil ester asam lemak mencapai 92%.

Biodiesel merupakan salah satu bahan bakar alternatif dari bahan mentah terbarukan (renewable). Biodiesel bisa digunakan dengan mudah karena dapat

bercampur dengan segala komposisi dengan minyak solar. Biodiesel merupakan bahan bakar mesin diesel yang diperoleh dari minyak nabati atau lemak hewani dan dapat digunakan pada mesin diesel konvensional meskipun tanpa modifikasi (Rahayu, 2005). Salah satu minyak nabati yang biasa digunakan adalah minyak sawit.

Minyak kelapa sawit sebagai bahan baku pembuatan metil ester merupakan bahan alternatif pengganti bahan bakar disel dan termasuk sumber daya yang dapat diperbaharui (renewable). Proses pengolahan dan pemanfaatan

biodiselnya aman bagi manusia dan lingkungan karena minyak sawit dapat terbiodegradasi. Konversi minyak kelapa sawit menjadi bentuk metil ester asam lemak atau biodiesel melalui reaksi transesterifikasi minyak kalapa sawit dengan metanol serta penambahan katalis, baik katalis basa maupun katalis asam.

Reaksi transesterifikasi dapat dikatalisis dengan katalis asam atau basa. Katalis asam yang sering digunakan adalah asam sulfat dan asam klorida. Penggunaan katalis asam membutuhkan waktu refluk yang sangat lama (48-96 jam), perbandingan mol metanol yang dibutuhkan besar (30-150:1). Sedangkan katalis basa yang sering digunakan adalah kalium hidroksida, natrium hidroksida dan karbonatnya. Aktivitas katalis basa lebih cepat dibandingkan katalis asam, katalis asam lebih korosif, sehingga katalis basa lebih disukai dan sering digunakan (Ilgen et al., 2007). Mg-Al hydrotalcite-like merupakan katalis basa

heterogen yang dapat disintesis dengan cukup mudah.

Mengingat belum adanya pemanfaatan brine water yang mengandung

logam magnesium dalam konsentrasi yang tinggi serta potensi senyawa

hydrotalcite-like yang cukup baik sebagai katalis, akan dilakukan penelitian

sintesis senyawa hydrotalcite-like berbahan dasar Mg2+ dari brine water hasil

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

samping proses desalinasi di PLTU dan aplikasinya sebagai katalis transesterifikasi minyak kelapa sawit menjadi biodiesel.

B.Perumusan Masalah

1. Identifikasi Masalah

Kebasaan katalis Mg-Al hydrotalcite-like tergantung pada perbandingan

molar Mg/Al dan makin banyak kandungan MgO maka makin bersifat basa. Dalam transesterifikasi rasio molar Mg-Al hydrotalcite-like yang banyak

digunakan adalah antara 2-4. Rasio Mg/Al 2:1 dipilih karena pada rasio tersebut hidrotalsit mempunyai kristalinitas dan tingkat kebasaan yang tinggi sehingga berpotensi baik sebagai katalis basa. Jika rasio molar Mg/Al tidak dibatasi akan menyebabkan hidrotalsit tidak terkristalisasi dengan baik dan kemurniannya menjadi rendah. Berdasarkan penelitian sebelumnya kondisi optimum untuk sintesis hidrotalsit dari brine water dicapai dengan rasio Mg/Al = 2,0.

Upaya meningkatkan aktivitas katalis Mg-Al hydrotalcite-like yaitu

kedalamnya ditambahkan zat aktif seperti kalium fluorida (KF). Peningkatan rasio KF akan memperbesar hasil metil ester tetapi ketika rasio KF mencapai ambang batas distribusi monolayer maka aktifitas katalis menjadi maksimum dan aktifitasnya akan menurun seiring dengan kenaikan rasio KF sebab ketika rasio KF lebih besar dari ambang batas maka akan menutupi sisi aktif yang mengakibatkan menurunnya aktifitas katalis. Berdasarkan penelitian sebelumnya kondisi optimum dicapai dengan perbandingan KF 80 % berat/berat Mg-Al

hydrotalcite-like.

Konsentrasi katalis yang semakin besar akan mempercepat reaksi sehingga laju pembentukan metil ester menjadi lebih cepat. Katalis berlebih tidak dapat menggeser kesetimbangan untuk meningkatkan konversi biodiesel. Semakin lama waktu reaksi memperbesar produk karena memperpanjang waktu kontak reaktan dengan katalis. Namun setelah kesetimbangan tercapai tambahan waktu reaksi tidak berpengaruh. Pada penelitian sebelumnya diperoleh kondisi optimum reaksi transesterifikasi dengan perbandingan rasio molar metanol/minyak 12:1 pada temperature 65 °C.

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

2. Batasan Masalah

Berdasarkan identifikasi masalah tersebut, maka dibuat batasan masalah sebagai berikut :

a. Brine Water yang digunakan berasal dari PLTU Tanjung Jati B, Jepara, Jawa

Tengah.

b. Perbandingan Mg/Al yang digunakan dalam katalis adalah 2:1.

c. Katalis yang digunakan adalah KF/Mg-Al hydrotalcite-like dengan

perbandingan KF 80 % berat/berat Mg-Al hydrotalcite-like.

d. Variasi kondisi dalam pembuatan biodiesel adalah sebagai berikut:

1. Berat katalis yang digunakan 1, 2, 3, 4, dan 5 % berat/berat minyak dengan waktu reaksi 3 jam.

2. Waktu reaksi yaitu 5, 15, 30, 60, dan 180 menit. 3. Perbandingan mol metanol dengan minyak 12:1. 4. Temperatur reaksi pada suhu 65 °C.

3. Rumusan Masalah

Berdasarkan identifikasi masalah dan batasan masalah di atas, rumusan masalah penelitian adalah sebagai berikut :

a. Bagaimana pengaruh penambahan kalium fluorida (KF) pada katalis Mg-Al

hydrotalcite-like yang disintesis dari brine water terhadap hasil reaksi

transesterifikasi minyak kelapa sawit menjadi biodiesel?

b. Bagaimana pengaruh variasi berat katalis KF/Mg-Al hydrotalcite-like terhadap

hasil reaksi transesterifikasi minyak kelapa sawit menjadi biodiesel?

c. Bagaimana pengaruh variasi waktu terhadap hasil reaksi transesterifikasi minyak kelapa sawit menjadi biodiesel dengan katalis KF/Mg-Al

hydrotalcite-like?

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

C. Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut :

1. Mengetahui pengaruh penambahan kalium fluorida (KF) pada katalis Mg-Al

hydrotalcite-like yang disintesis dari brine water terhadap hasil transesterifikasi

minyak kelapa sawit menjadi biodiesel.

2. Mengetahui pengaruh variasi berat katalis KF/Mg-Al hydrotalcite-like terhadap

hasil transesterifikasi minyak kelapa sawit menjadi biodiesel.

3. Mengetahui pengaruh variasi waktu reaksi terhadap hasil transesterifikasi minyak kelapa sawit menjadi biodiesel dengan katalis KF/Mg-Al

hydrotalcite-like.

D. Manfaat Penelitian

Manfaat dari penelitian ini adalah :

1. Memberi alternatif pembuatan katalis Mg-Al hydrotalcite-like dari brine water

yang mengandung Mg2+.

2. Menambah informasi mengenai katalis KF/Mg-Al hydrotalcite-like yang aktif

dan selektif untuk reaksi transesterifikasi minyak kelapa sawit menjadi biodesel.

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

BAB II

LANDASAN TEORI

A.Tinjauan Pustaka

1. Pengolahan Air Laut dan Komposisi Brine Water

a. Komposisi Kimia Air Laut

Komposisi kimia air laut hampir selalu konstan di wilayah manapun di dunia ini. Dalam 1000 gram air laut, selain air yang merupakan komponen terbesar sebanyak 965 gram, terdapat juga sejumlah komponen garam-garam terlarut (salinitas) sebanyak 35 gram. Dari kadar salinitas tersebut, terdapat beberapa ion-ion utama. Menurut Anderson (2003), salinitas air laut dipengaruhi oleh ion-ion seperti yang tercantum pada Tabel 1 di bawah ini :

Tabel 1. Ion-ion yang Mempengaruhi Salinitas Air Laut Ion-ion Kadar dalam o_/

oo berat Proporsi Salinitas Total

Klorida (Cl-) 19,345 55,03

Natrium (Na+) 10,752 30,59

Sulfat (SO42-) 2,701 7,68

Magnesium (Mg2+_{) 1,295 3,68}

Kalsium (Ca2+_{) 0,416 1,18}

Kalium (K+_{) 0,390 1,11}

Bilkarbonat (HCO3-) 0,145 0,41

Bromida (Br-) 0,066 0,19

Borat (BO32-) 0,037 0,08

Stronsium (Sr2+) 0,013 0,04

Fluorida (F-) 0,001 0,003

Lainnya < 0,001 < 0,001 b. Proses Desalinasi Air Laut

Proses desalinasi air laut adalah proses penghilangan garam-garam atau pengurangan kadar garam yang ada pada air laut. Hasil dari suatu proses desalinasi dapat dibagi menjadi dua bagian, yaitu air yang memiliki kadar

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

garam rendah yang disebut dengan treated water atau product water,

sedangkan yang lainnya adalah air dengan kadar garam lebih tinggi dari pada aslinya yang disebut dengan konsentrat brine atau konsentrat saja. Menurut

Younos et al. (2005) ada tiga teknologi yang digunakan dalam proses

desalinasi, yaitu teknologi membran, teknologi termal (distilasi) dan pendekatan kimiawi. Pemilihan teknologi untuk desalinasi ini sangat tergantung pada situasi dan kondisi yang ada. Dalam penelitian ini, akan difokuskan pada brine water hasil proses dengan menggunakan teknologi

membran dengan sistem osmosis balik (reverse osmose).

Osmosis balik adalah suatu proses fisika yang menggunakan fenomena osmosis, yaitu perbedaan tekanan osmotik antara air garam dengan air murni untuk menghilangkan garam-garam dari air laut. Dalam proses osmosis balik ini, suatu tekanan yang lebih besar dari tekanan osmotik diaplikasikan pada air laut untuk membalikkan aliran melalui pori-pori membran sintesis sehingga dihasilkan air murni (freshwater). Kemampuan proses osmosis balik ini dapat

mencapai 45.000 mg/L padatan terlarut total (Total Dissolved Solid). Dengan

kemampuannya ini maka teknologi membran osmosis balik sangat sesuai digunakan untuk menghilangkan garam-garam yang terdapat pada air laut.

2. Hydrotalcite

Hydrotalcite merupakan lempung anionik yang terdiri dari lapisan

bermuatan positif dengan anion interkalat dan molekul air dalam daerah interlayer

(Rajamanthi et al., 2001). Dalam bentuk naturalnya hidrotalsit merupakan suatu

hidroksikarbonat dari magnesium dan aluminium dengan formula [Mg6Al2(OH)16]2+CO32-.4H2O. Lempung anionik yang sering dikenal sebagai senyawa serupa hydrotalcite (hydrotalcite-like) dituliskan sebagai :

[M2+

1-xM3+x(OH)2]x+ [Am-x/m].nH2O

dimana M2+ _{adalah kation logam divalen (bervalensi dua), seperti Mg}2+_{, Fe}2+, Ni2+_{, Cu}2+_{, Co}2+_{, Mn}2+_{, Zn}2+ _{atau Cd}2+ _{sedangkan M}3+ _{adalah kation logam} trivalen (bervalensi tiga), seperti Al3+_{, Cr}3+_{, Ga}3+_{, atau Fe}3+ _{dengan x adalah fraksi} mol M3+_{/( M}3+ _{+ M}2+_{). Nilai x biasanya berkisar antara 0,2 - 0,33. A}m- _adalah

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

anion penyeimbang antar lapisan seperti CO32-, SO42-, Cl-, NO3-, atau anion organik dan n menunjukkan kandungan air dalam daerah interlayer (Yang et al.,

2007). Semua kelompok senyawa yang hampir sama dengan hydrotalcite baik

yang natural maupun sintesis disebut Hydrotalcite-like (HTlc).

Hidrotalsit mempunyai struktur mirip brucite, Mg(OH)2, dengan ion Mg2+ dikelilingi 6 ion OH- _{secara oktahedral (Kloprongge}

et al., 2001). Ion Mg2+ dalam hydrotalcite diganti dengan alumunium yang merupakan kation dengan muatan

lebih besar tetapi jari-jarinya tidak jauh berbeda (jari-jari Mg2+ _{= 0,660 Å; jari-jari} Al3+ = 0,510 Å . Hal ini menjadikan brucite tersebut sebagai jaringan muatan

positif. Struktur brucite dan hydrotalcite ditunjukkan pada Gambar 1 (a) dan (b).

Mg O O H Mg O O H H Mg O H Mg H O H Mg O O H Al O O H H Mg O H Mg H O H

(a) (b)

Gambar 1. (a) Brucite - Mg(OH)2; (b) Hydrotalcite - Mg6Al2(OH)16(CO32-).4H2O (Hickey, 2001)

Gambar 2. Representasi skematis (a) Struktur brucite; (b) Struktur hydrotalcite

(Kannan, 2006)

(CO32-)0.5.H2O

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

Hydrotalcite adalah salah satu jenis dari senyawa hidroksida ganda

berlapis (Layered Double Hydroxides/LDH). Layered Double Hydroxides adalah

lapisan berstruktur campuran hidroksida logam dengan muatan positif permanen akibat adanya substitusi isomorfi dengan anion penyeimbang pada daerah antar-lapisnya. Dengan adanya anion dan molekul air yang terinterkalasi di dalam daerah interlayer menyebabkan hidrotalsit mempunyai kemampuan pertukaran

anion yang signifikan. Struktur LDH terbentuk dengan menggantikan sepertiga bagian dari kation divalen pada lapisan hidroksida logam dengan ion trivalen. Penggantian ini menyebabkan kelebihan muatan positif pada lapisan hidroksida logam. Daerah antarlapisan hidroksida logam yang satu dengan yang lain akan dipisahkan oleh suatu interlayer yang merupakan gabungan antara anion dengan

empat molekul H2O yang terikat lemah pada sisi muatan positif yang berlebih (Arrhenius, 2003).

Hydrotalcite terdiri dari tumpukan lapisan-lapisan hidroksida dari

magnesium dan aluminium yang bermuatan positif sehingga membutuhkan anion diantara lapisan tersebut (anion interlayer) untuk menyeimbangkan muatannya

(Orthman et al., 2000). Jumlah dan susunan anion penyeimbang muatan di dalam

hidrotalsit ditentukan oleh rasio mol Mg/Al (Newman and Jones, 1998). Rasio ini

berkisar antara 1/1 sampai 4/1. Struktur hidrotalsit dengan anion interlayernya

ditunjukkan pada Gambar 2.

Gambar 3. Struktur lapisan kristal senyawa hidrotalsit (Winter, 2006) Senyawa hydrotalcite sekarang ini telah banyak dikembangkan karena

potensi yang dimilikinya baik untuk adsorben (Wright, 2002), penukar ion 9

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

(Miyata, 1983) dan sebagai katalis (Kishore and Kannan, 2002; 2004). Wright

(2002) menyebutkan bahwa hidrotalsit memiliki sejumlah sifat yang membuatnya berpotensi seperti tersebut di atas, diantaranya adalah:

1. Luas permukaan yang cukup besar (100-300 m2/gram).

2. Padatan pendukung yang dapat disisipi oleh logam katalis dengan dispersi logam pada struktur hidrotalsit yang cukup tinggi.

3. Memiliki efek sinergis antar lapisan.

4. Memiliki memory effect (dapat diregenerasi).

Hydrotalcite sebagai katalis mempunyai beberapa keuntungan diantaranya

proses penanganannya mudah, mudah dipisahkan dengan produk, ramah lingkungan dan menghasilkan produk yang bagus (Kishore and Kannan, 2002).

Perannya sebagai katalis, senyawa hidrotalsit banyak digunakan dalam berbagai reaksi yang berkataliskan basa seperti, kondensasi aldol, isomerisasi ikatan rangkap pada alkena, dan dehidrogenasi 2-propanol (Kishore and Kannan, 2004).

3. Sintesis Hydrotalcite-like (HTlc) Menggunakan Magnesium dari Air Laut

Kameda et al. (2000) telah berhasil membuat hydrotalcite-like dari

magnesium yang berasal dari air laut. Dalam pembuatan Mg-Al hidrotalsit tersebut, Kameda menggunakan air laut tiruan (artificial seawater) yang

mengandung NaCl, Na2SO4, MgCl2 dan CaCl2.

Sintesis ini diawali dengan membuat larutan awal (starting solution) dari

air laut tiruan dengan cara mengendapkan ion kalsium terlebih dahulu yang merupakan pengotor menggunakan larutan campuran antara NaHCO3 0,2M dan Na2CO3 0,1M dengan pengadukan selama 1 jam pada suhu 95°C. Filtrat yang diperoleh kemudian ditambahkan sumber Aluminium (AlCl3) dengan rasio mol awal antara Mg dengan Al bervariasi dari 2 sampai 4. Proses berikutnya adalah penambahan Na2CO3 0,10 M hingga diperoleh pH 10, kemudian larutan ini diaduk dan dipanaskan selama 1 jam pada suhu 60 °C.

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

4. Hydrotalcite-like (HTlc) sebagai Katalis Transesterifikasi

Beberapa studi telah menunjukkan bahwa Mg-Al Layered Double Hydroxides terkalsinasi memiliki aktivitas moderat dalam reaksi transesterifikasi

(Cantrell et al., 2005; Xie et al., 2006). Corma et al. (2005) telah melaporkan

bahwa Li-Al dan Mg-Al terkalsinasi dapat mengkatalisis gliserol dari metil ester asam lemak menjadi monogliserida (kebalikan dari sintesis biodesel). Shumaker

et al. (2008) menggunakan Li-Al Layered Double Hydroxides untuk

mengkatalisis minyak kedelai dengan methanol, dan Liu et al. (2007)

menggunakan Mg-Al HTlc terkalsinasi untuk mengkatalisis minyak poultry

dengan metanol. Akan tetapi, dalam penelitiannya, katalis Mg-Al HTlc dan juga oksida terkalsinasinya, menunjukkan aktivitas yang rendah selama reaksi antara minyak dan metanol pada temperatur rendah (sekitar titik didih metanol) dibandingkan dengan Li-Al Layered Double Hydroxides. Untuk memperbaiki

keadaan ini, ke dalam Mg-Al HTlc sering ditambahkan zat-zat aktif agar aktivitas Mg-Al HTlc sebagai katalis akan semakin tinggi. Sun et al. (2006), telah

melaporkan bahwa katalis KNO3/HT terbukti lebih aktif daripada katalis KNO3/Al2O3 pada proses metilasi siklopentadiena. Gao et al. (2008) dalam reaksi transesterifikasi minyak sawit menjadi biodiesel telah mencampurkan KF pada Mg-Al hidrotalsit dan menghasilkan metil ester asam lemak mencapai 92%.

5. Kalium Fluorida (KF)

Kalium fluorida berada dalam kategori logam alkali halida yang terdiri dari logam alkali dan halida. Logam alkali termasuk dalam unsur-unsur golongan IA yaitu dalam rentang grup dari lithium ke fransium yang sangat reaktif dan peningkatan reaktivitas bergerak turun yaitu dari lithium ke fransium. Pada reaktivitas tinggi membentuk senyawa ionik yang stabil dengan halogen dari golongan VIIA dan karenanya disebut logam alkali halida. Kalium fluorida adalah contoh yang baik untuk logam alkali halida yang khas.

Kalium fluorida (KF) merupakan bubuk kristal putih yang larut dalam air. Sifatnya beracun dan berbahaya jika terhirup atau dikonsumsi. Bersifat sangat korosif dan kontak dengan kulit dapat menyebabkan luka bakar.

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

Gao et al. (2008) dalam reaksi transesterifikasi minyak sawit menjadi

biodiesel telah mencampurkan KF pada Mg-Al hidrotalsit dan menghasilkan metil ester asam lemak mencapai 92%. Penelitian Gao et al. (2010) menggunakan

kalalis KF/Ca-Mg-Al hidrotalsit dalam reaksi transesterifikasi minyak sawit dan diperoleh konversi biodiesel sebesar 98 %. Teng et al. (2009) menggunakan

katalis KF/Al2O3 dalam reaksi transesterifikasi minyak kedelai dan diperoleh hasil biodiesel > 99 %.

6. Minyak Kelapa Sawit

Minyak kelapa sawit dapat dihasilkan dari inti kelapa sawit yang dinamakan minyak inti kelapa sawit. Minyak kelapa sawit tersusun atas lemak dan minyak alam yang terdiri atas trigliserida, digliserida dan monogliserida, asam lemak bebas, moisture, pengotor dan komponen-komponen minor bukan minyak/

lemak yang secara umum disebut dengan senyawa yang tidak tersabunkan.

Pemanfaatan minyak nabati tidak dapat digunakan secara langsung sebagai bahan bakar mesin diesel (biodiesel). Viskositas minyak nabati yang terlalu tinggi menyebabkan proses penginjeksian dan atomisasi bahan bakar tidak dapat berlangsung dengan baik, sehingga akan menghasilkan pembakaran yang kurang sempurna yang dapat mengakibatkan terbentuknya deposit dalam ruang bakar (Ahadiat, 1994). Selain itu, proses termal (panas) di dalam mesin menyebabkan minyak nabati yang merupakan suatu senyawa trigliserida akan terurai menjadi gliserin dan asam lemak. Asam lemak dapat teroksidasi atau terbakar relatif sempurna, tetapi dari gliserin akan menghasilkan pembakaran yang kurang sempurna dan dapat terpolimerisasi menjadi senyawa plastis yang agak padat. Senyawa ini juga dapat menyebabkan kerusakan pada mesin, karena akan membentuk deposit pada pompa dan nozzle injector (Surono, 1980). Oleh karena

itu, perlu dilakukan proses konversi minyak nabati kedalam bentuk ester (metil ester) dari asam lemak minyak nabati melalui proses transesterifikasi.

Lemak dan minyak adalah salah satu kelompok yang termasuk pada golongan lipid, yaitu senyawa organik yang terdapat di alam serta tidak larut dalam air, tetapi larut dalam pelarut organik non-polar, misalnya dietil eter

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

(C2H5OC2H5), kloroform (CHCl3), benzena dan hidrokarbon lainnya. Lemak dan minyak dapat larut dalam pelarut tersebut karena mempunyai polaritas yang sama dengan pelarut tersebut (Herlina et al., 2002). Lemak dan minyak adalah

trigliserida dan triasilgliserol. Trigliserida alami adalah triester dari asam lemak berantai panjang (C12 sampai C24) dan gliserol, merupakan penyusun utama lemak hewan dan minyak nabati. Trigliserida juga banyak diubah menjadi monogliserida dan digliserida, karena baik monogliserida dan digliserida luas penggunaannya sebagai bahan pengemulsi. Oleh karena itu trigliserida melalui reaksi transesterifikasi dengan gliserol diubah menjadi monogliserida dan digliserida dengan bantuan katalis seperti natrium metoksida dan basa lewis lainnya. Hanya saja proses ini menghasilkan campuran yang terdiri atas 40-80% monogliserida, 30-40% digliserida 5-10% trigliserida, 0,2-9% asam lemak bebas dan 4-8% gliserol (Tarigan, 2002).

Asam-asam lemak yang ditemukan di alam biasanya merupakan asam-asam monokarboksilat dengan rantai yang tidak bercabang dan mempunyai jumlah atom genap. Asam-asam lemak yang ditemukan di alam dapat dibagi menjadi dua golongan yaitu asam lemak jenuh dan asam lemak tidak jenuh. Asam-asam lemak tidak jenuh berbeda dalam jumlah dan posisi ikatan rangkapnya, dan berbeda dengan asam lemak jenuh dalam bentuk molekul keseluruhannya. Asam lemak tak jenuh biasanya terdapat dalam bentuk cis karena

itu molekul akan bengkok pada ikatan rangkap, walaupun ada juga asam lemak tidak jenuh dalam bentuk trans (Padley et al., 1994).

Tabel 2. Asam-Asam Lemak Tak Jenuh pada Tumbuhan dan Hewan Nama Sistematis Nama Trivial Shorthand

9,12-oktadekadinoat 6,9,12-oktadekatrinoat 9,12,15-oktadekatrinoat 5,8,11,14-eikosatetranoat 5,8,11,14,17-eikosapentanoat 4,7,10,13,16,19-dokosaheksanoat

Linoleat

Gamma-linoleat Alfa-linoleat Arachidonat EPA

DHA

18:2 (n-6) 18:3 (n-6) 18:3 (n-3) 20:4 (n-6) 20:5 (n-3) 22:5 (n-3)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

Tabel 3. Asam-Asam Lemak Jenuh pada Tumbuhan dan Hewan Nama Sistematis Nama Trivial Shorthand

Etanoat Asetat 2:0

Butanoat Butirat 4:0

Heksanoat Kaproat 6:0

Oktanoat Kaprilat 8:0

Dekanoat Kaprat 10:0

Dodekanoat Laurat 12:0

Tetradekanoat Miristat 14:0 Heksadekanoat Palmitat 16:0 Oktadekanoat Stearat 18:0 Eikosanoat Arachidat 20:0

Dokosanoat Behenat 22:0

Asam lemak yang paling dominan pada minyak kelapa sawit adalah asam palmitat (C16:0 asam lemak jenuh) dan asam oleat (C18:1 asam lemak tak jenuh). Rata-rata komposisi asam lemak minyak inti kelapa sawit dapat dilihat pada Tabel 4 (Ketaren, 2005).

Tabel 4. Komposisi Asam Lemak Minyak Inti Kelapa Sawit Asam Lemak Jumlah (%)

Asam Kaprilat - Asam kaproat - Asam Miristat 1,1 – 2,5 Asam Palmitat 40 – 46

Asam Stearat 3,6 – 4,7 Asam Oleat 30 – 45 Asam Laurat - Asam Linoleat 7 – 11

Komposisi yang terdapat dalam minyak nabati terdiri dari trigliserida-trigliserida asam lemak (mempunyai kandungan terbanyak dalam minyak nabati,

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

mencapai sekitar 95%), asam lemak bebas (Free Fatty Acid atau biasa disingkat

dengan FFA), mono- dan digliserida, serta beberapa komponen-komponen lain seperti phosphoglycerides, vitamin, mineral, atau sulfur. Bahan-bahan mentah

pembuatan biodiesel adalah trigliserida dan asam lemak (Mittelbach et al., 2004).

Minyak nabati yang lazim digunakan dalam produksi biodiesel merupakan trigliserida yang mengandung asam oleat dan asam linoleat. Lemak yang lazim digunakan sebagai bahan dasar pembuatan biodiesel merupakan trigliserida yang mengandung asam palmitat, asam stearat dan asam oleat. (Zappi et al., 2003).

7. Biodiesel

Biodiesel merupakan bahan bakar alternatif dari bahan mentah terbaharukan (renewable) selain bahan bakar diesel dari minyak bumi. Biodiesel

sebagai bahan bakar non-petroleum umumnya mengandung metil ester asam lemak atau etil ester asam lemak yang dihasilkan dari transesterifikasi minyak, dimana komponen utamanya adalah trigliserida dengan metanol atau etanol (Gao

et al., 2008). Biodiesel tersusun dari berbagai macam ester asam lemak yang dapat

diproduksi dari minyak-minyak tumbuhan seperti minyak sawit (palm oil),

minyak kelapa, minyak jarak pagar, minyak biji kapok randu, dan masih ada lebih dari 30 macam tumbuhan Indonesia yang potensial untuk dijadikan sumber energi bentuk cair ini (Prakoso, 2003). Selain minyak nabati, biodiesel juga dapat dibuat dari lemak hewani seperti lemak babi (Harjanti, 2008).

Biodiesel dikenal sebagai produk yang ramah lingkungan, tidak mencemari udara, mudah terbiodegradasi, dan berasal dari bahan baku yang dapat diperbaharui. Pada umumnya biodiesel disintesis dari ester asam lemak dengan rantai karbon antara C6-C22. Biodiesel bisa digunakan dengan mudah karena dapat bercampur dengan segala komposisi dengan minyak solar, mempunyai sifat-sifat fisik yang mirip dengan solar biasa sehingga dapat diaplikasikan langsung untuk mesin-mesin diesel yang ada hampir tanpa modifikasi (Prakoso, 2003). Bahan-bahan mentah pembuatan biodiesel menurut Mittelbach et al. (2004)

adalah trigliserida dan asam lemak bebas.

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

a. Trigliserida merupakan triester dari gliserol dengan asam-asam lemak, yaitu asam asam karboksilat beratom karbon 6 sampai dengan 30. Trigliserida banyak terkandung dalam minyak dan lemak. Trigliserida termasuk komponen terbesar penyusun minyak nabati. Selain trigliserida, terdapat juga monogliserida dan digliserida. Struktur molekul dari ketiga macam gliserid tersebut dapat dilihat pada Gambar 3.

O OH OH

R O

O OH O

R O

R O

O

O

R O

R O O

R O

Monogliserida Digliserida Trigliserida

Gambar 4. Struktur molekul monogliserida, digliserida, dan trigliserida b. Asam lemak bebas adalah asam lemak yang terpisahkan dari trigliserida,

digliserida, monogliserida, dan gliserin bebas. Hal ini dapat disebabkan oleh pemanasan dan terdapatnya air sehingga terjadi proses hidrolisis. Oksidasi juga dapat meningkatkan kadar asam lemak bebas dalam minyak nabati.

Keunggulan biodiesel dibanding bahan bakar solar, yaitu:

 Biodiesel diproduksi dari bahan pertanian, sehingga dapat diperbaharui.

 Biodiesel memiliki nilai cetane yang tinggi, volatile rendah, dan bebas sulfur.

 Ramah lingkungan karena tidak ada emisi SOx.

 Menurunkan keausan ruang piston karena sifat pelumasan bahan bakar yang bagus (kemampuan untuk melumasi mesin dan sistem bahan bakar).

 Aman dalam penyimpanan dan transportasi karena tidak mengandung racun.

 Meningkatkan nilai produk pertanian.

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

 Biodegradable: jauh lebih mudah terurai oleh mikroorganisme dibandingkan

minyak mineral. Pencemaran akibat tumpahnya biodiesel pada tanah dan air bisa teratasi secara alami (Park, 2008).

Adapun pembuatan biodiesel dari minyak yang berasam lemak bebas tinggi ini menggunakan reaksi transesterifikasi seperti pembuatan biodiesel pada umumnya dengan pretreatment untuk menurunkan angka asam pada minyak tersebut. Biodiesel dapat dibuat dari minyak berasam lemak bebas tinggi dengan proses konversi trigliserida menjadi metil atau etil ester dengan proses yang disebut transesterifikasi. Proses transesterifikasi mereaksikan alkohol dengan minyak untuk memutuskan tiga rantai gugus ester dari setiap cabang trigliserida. Reaksi ini memerlukan panas dan katalis basa untuk mencapai derajat konversi tinggi dari minyak menjadi produk yang terdiri dari biodiesel dan gliserin. (Prakoso,2008). Tahapan reaksi dalam pembuatan biodiesel yaitu :

1. Esterifikasi

Esterifikasi adalah tahap konversi dari asam lemak bebas menjadi ester. Esterifikasi mereaksikan minyak lemak dengan alkohol. Katalis-katalis yang cocok adalah zat berkarakter asam kuat seperti asam sulfat, asam sulfonat organik atau resin penukar kation. Asam kuat merupakan katalis-katalis yang biasa terpilih dalam praktek industrial (Soerawidjaja, 2006). Untuk mendorong agar reaksi bisa berlangsung ke konversi yang sempurna pada temperatur rendah (misalnya paling tinggi 120 °C), reaktan metanol harus ditambahkan dalam jumlah yang sangat berlebih (biasanya lebih besar dari 10 kali nisbah stoikhiometrik) dan air produk ikutan reaksi harus disingkirkan dari fasa reaksi, yaitu fasa minyak. Melalui kombinasi-kombinasi yang tepat dari kondisi-kondisi reaksi dan metode penyingkiran air, konversi sempurna asam-asam lemak ke ester metilnya dapat dituntaskan dalam waktu 1 sampai beberapa jam. Reaksi esterifikasi dapat dilihat pada Gambar 5.

RCOOH + CH3OH RCOOCH3 _{+ H}2O Asam lemak methanol metil ester

Gambar 5. Reaksi esterifikasi dari asam lemak menjadi metil ester 17

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

Esterifikasi biasa dilakukan untuk membuat biodiesel dari minyak berkadar asam lemak bebas tinggi (berangka-asam ≥ 5 mg-KOH/g). Pada tahap ini, asam lemak bebas akan dikonversikan menjadi metil ester. Tahap

esterifikasi biasa diikuti dengan tahap transesterfikasi. Namun sebelum produk esterifikasi diumpankan ke tahap transesterifikasi, air dan bagian terbesar katalis asam yang dikandungnya harus disingkirkan terlebih dahulu.

2. Transesterifikasi

Transesterifikasi adalah tahap konversi dari trigliserida menjadi alkil ester, melalui reaksi dengan alkohol, dan menghasilkan produk samping yaitu gliserol. Di antara alkohol-alkohol monohidrik yang menjadi kandidat sumber/pemasok gugus alkil, metanol adalah yang paling umum digunakan, karena harganya murah dan reaktifitasnya paling tinggi (sehingga reaksi disebut metanolisis). Reaksi transesterifikasi trigliserida menjadi metil ester dapat dilihat pada Gambar 6.

H₂C O

HC C O R₁ O C O R₂

H₂C O C O R₃ CH₃ O CH₃ C O R₁ O C O R₂ CH₃ O C R₃ O OH H₂C

OH HC

OH H₂C 3 CH₃OH

+ katalis +

Gambar 6. Reaksi transesterifikasi dari trigliserida menjadi metil ester asam-asam lemak

Transesterifikasi juga menggunakan katalis dalam reaksinya. Tanpa adanya katalis, konversi yang dihasilkan maksimum namun reaksi berjalan dengan lambat (Mittlebatch et al., 2004). Katalis yang biasa digunakan pada

reaksi transesterifikasi adalah katalis basa, karena katalis ini dapat mempercepat reaksi.

Trigliserida Metanol Ester Metil Asam-Asam Lemak

(Biodiesel)

Gliserol

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

Mekanisme reaksi transesterifikasi dengan katalis basa dapat dilihat pada Gambar 7 ( Lee et al., 2009).

ROH + B RO- _{+ BH}+

OCR''' O H₂C

CH R''COO

CH₂ R'COO

O H₂C

CH R''COO CH₂ R'COO C R''' OR O -+ -_OR

O H₂C

CH R''COO CH₂ R'COO C R''' OR O -O -H₂C

CH R''COO CH₂ R'COO ROOCR''' O -H₂C

CH R''COO

CH₂ R'COO

OH H2C

CH R''COO

CH₂ R'COO

BH+ B

+ + + (a) (b) (c) (d)

Gambar 7.Mekanisme reaksi transesterifikasi dalam katalis basa

Produk yang diinginkan dari reaksi transesterifikasi adalah ester metil asam-asam lemak. Terdapat beberapa cara agar kesetimbangan lebih ke arah produk, yaitu:

a. Menambahkan metanol berlebih ke dalam reaksi b. Memisahkan gliserol

c. Menurunkan temperatur reaksi (transesterifikasi merupakan reaksi eksoterm) Hal-hal yang mempengaruhi reaksi transesterifikasi perlu diperhatikan agar didapatkan produk biodiesel dengan jumlah yang maksimum. Beberapa kondisi reaksi yang mempengaruhi konversi serta perolehan biodiesel melalui transesterifikasi adalah sebagai berikut (Freedman et al., 1984):

a. Pengaruh air dan asam lemak bebas

Minyak nabati yang akan ditransesterifikasi harus memiliki angka asam yang lebih kecil dari 1. Banyak peneliti yang menyarankan agar kandungan asam lemak bebas lebih kecil dari 0,5% (<0,5%). Selain itu, semua bahan yang akan digunakan harus bebas dari air. Karena air akan bereaksi dengan 19

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

katalis, sehingga jumlah katalis menjadi berkurang. Katalis harus terhindar dari kontak dengan udara agar tidak mengalami reaksi dengan uap air dan karbon dioksida.

b. Pengaruh perbandingan molar alkohol dengan bahan mentah

Secara stoikiometri, jumlah alkohol yang dibutuhkan untuk reaksi adalah 3 mol untuk setiap 1 mol trigliserida untuk memperoleh 3 mol alkil ester dan 1 mol gliserol. Perbandingan alkohol dengan minyak nabati 4,8:1 dapat menghasilkan konversi 98% (Bradshaw and Meuly, 1944). Secara

umum ditunjukkan bahwa semakin banyak jumlah alkohol yang digunakan, maka konversi yang diperoleh juga akan semakin bertambah. Pada rasio molar 6:1, setelah 1 jam konversi yang dihasilkan adalah 98-99%, sedangkan pada 3:1 adalah 74-89%. Nilai perbandingan yang terbaik adalah 6:1 karena dapat memberikan konversi yang maksimum.

c. Pengaruh jenis alkohol

Pada rasio 6:1, metanol akan memberikan perolehan ester yang tertinggi dibandingkan dengan menggunakan etanol atau butanol.

d. Pengaruh jenis katalis

Alkali katalis (katalis basa) akan mempercepat reaksi transesterifikasi bila dibandingkan dengan katalis asam. Katalis basa yang paling populer untuk reaksi transesterifikasi adalah natrium hidroksida (NaOH), kalium hidroksida (KOH), natrium metoksida (NaOCH3), dan kalium metoksida (KOCH3). Katalis sejati bagi reaksi sebenarnya adalah ion metilat (metoksida). Reaksi transesterifikasi akan menghasilkan konversi yang maksimum dengan jumlah katalis 0,5-1,5%-b minyak nabati. Jumlah katalis yang efektif untuk reaksi adalah 0,5%-b minyak nabati untuk natrium metoksida dan 1%-b minyak nabati untuk natrium hidroksida.

e. Pengaruh temperatur

Reaksi transesterifikasi dapat dilakukan pada temperatur 30 - 65° C (titik didih metanol sekitar 65° C). Semakin tinggi temperatur, konversi yang diperoleh akan semakin tinggi untuk waktu yang lebih singkat. Untuk waktu 6 menit, pada temperature 60°C konversi telah mencapai 94% sedangkan

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

pada 45°C yaitu 87% dan pada 32oC yaitu 64%. Temperatur yang rendah akan menghasilkan konversi yang lebih tinggi namun dengan waktu reaksi yang lebih lama. (Destianna et al., 2007).

8. Karakterisasi Hydrotalcite dan Biodiesel

a. Atomic Absorption Spectrophotometer (AAS)

Spektroskopi Serapan Atom (SSA) merupakan suatu metode analisis kimia untuk menentukan unsur-unsur logam dan semi logam dalam jumlah renik (trace).

Penentuan kadar logam dari suatu sampel dengan metode SSA, dapat dilakukan dengan cara kurva kalibrasi maupun penambahan standar (Skoog et al., 1997).

Penelitian Alnavis (2010) yang telah mensintesis Mg-Al hidrotalsit dari

brine water tiruan menggunakan spektrofotometer serapan atom (SSA) untuk

mengetahui kandungan Mg2+ dan Ca2+ sebelum dan sesudah pengendapan Ca2+. Analisis kandungan Mg2+ dan Ca2+ menggunakan spektrofotometer serapan atom (SSA) sesuai dengan prosedur SNI. Brine water sebanyak 100 mL dikocok hingga

homogen dan ditambah 2 mL HCl (1:1). Larutan dipanaskan sampai hampir kering kemudian ditambahkan 1 mL lantan klorida (LaCl3) 50 g/L dan diencerkan dengan akuabides hingga 100 mL. Untuk analisis kandungan Mg2+ larutan tersebut diencerkan dengan 10.000 kali faktor pengenceran. Standar dibuat dari Mg(NO3)2.6H2O dengan variasi konsentrasi 0; 0,2 ; 0,4 ; 0,8 ; 1,2 ; 1,6 dan 2 mg/L. Sedangkan untuk analisis kandungan Ca2+ _{larutan diencerkan dengan 100} kali faktor pengenceran. Standar dibuat dari CaCl2.2H2O dengan variasi konsentrasi 0; 2; 4; 6; 8 dan 10 mg/L. Keasaman standar dibuat sama dengan keasaman sampel. Analisis kandungan Mg2+ dari brine water setelah pengendapan

Ca2+ sesuai dengan prosedur di atas.

Kameda et al., (2000) menyatakan bahwa pengotor CaCO3 dapat diendapkan dengan cara menambahkan larutan Na2CO3 dan NaHCO3 ke dalam

brine water dan memanaskannya selama 1 jam pada temperatur 95 ºC.

Pengendapan dengan cara ini dapat mengendapkan 3% ion Mg2+ dan 96% ion Ca2+ dari total ion-ion logam tersebut dalam brine water.

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

b. X-Ray Diffractometer (XRD)

Untuk mengetahui kristalinitas suatu zat padat, instrumen yang biasa digunakan adalah X-ray difraction (XRD). Setiap kristal mempunyai harga d yang

khas sehingga dengan mengetahui harga d maka jenis kristalnya dapat diketahui.

Referensi harga d dan intensitas suatu senyawa dapat diperoleh dari data Joint Committee on Powder Diffraction Standars (JCPDS) yang bersumber dari International Centre for Difraction Data (West, 1992). Hidrotalsit dengan anion

antar lapisan berupa CO32- dicirikan oleh harga d sekitar 7,80 Å. Pencirian ini disebutkan pula dalam hasil penelitian yang dilakukan oleh Kloprogge, Wharton, Hickey, dan Frost (2002).

Penelitian Rhee dan Kang (2002) mendapatkan Mg/Al-hidrotalsit dengan rasio 4, 3, dan 2 dengan nilai d 7,90; 7,82; dan 7,65 Å. Nilai d menurun dengan

meningkatnya kandungan Al. Penelitian Analvis (2010) yang telah mensintesis Mg-Al hydrotalcite-like dari brine water dengan rasio Mg/Al = 2,0 pada

difraktogram XRD memiliki tiga puncak dengan intensitas tertinggi yaitu pada harga 2θ sebesar 11,66°, 23,45°, dan 34,57° yang merupakan karakter pada senyawa hydrotalcite.

Gambar 8. Difraktogram XRD Mg-Al hidrotalsit (a) JCPDS 14-191 (Sharma et al., 2008), (b) Mg-Al hydrotalcite komersial, (c) Mg-Al hydrotalcite

dari brine water

Persentase kandungan senyawa dalam sampel diketahui dengan membandingkan intensitas puncak difraksi karena intensitas tersebut sebanding 22

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

dengan fraksi senyawa dalam sampel (Willard et al., 1988). Persentase kandungan

senyawa dalam sampel dihitung dengan rumus: % kandungan =







/



100%

/ 1 1 _       t s I I I I (3) (I/I1)s : jumlah intensitas relatif puncak senyawa dalam sampel.

(I/I1)t : jumlah intensitas relatif total sampel.

c. Thermogravimetric/Differential Thermal Analysis (TG/DTA) Thermogravimetric Analyzer (TGA) secara otomatis mencatat perubahan

berat suatu sistem bila temperaturnya berubah dengan laju tertentu. Perubahan temperatur dan berat direkam secara kontinyu.

Differential Thermal Analyzer (DTA) akan mendeteksi setiap perubahan

termal yang terkait dengan peristiwa atau reaksi kimia, baik yang berjalan secara eksotermik maupun endotermik. Kedua peristiwa ini ditampilkan dalam bentuk termogram differensial sebagai puncak maksimum dan minimum. Puncak maksimum menunjukan peristiwa eksotermis dimana panas akan dilepaskan oleh sampel. Puncak minimum menunjukan peristiwa endotermis dimana terjadi penyerapan panas oleh sampel.

Menurut Yang et al., (2002) analisis termal Mg-Al-CO3 layered double

hydroxide dapat diidentifikasi dari :

a. Pelepasan interlayer air pada temperatur 70-190 °C dan terdapat dua fase kristal

yang berbeda secara bersamaan, fase I dengan suatu basal spacing antara

7,5-7,3 Å dan fase II dengan basal spacing ~ 6,6 Å, struktur layered double hydroxide masih tetap utuh.

b. Pada temperatur antara 190-280 °C, OH- _{berikatan dengan Al}3+ _{yang mulai} lepas pada suhu 190 °C dan terlepas seluruhnya pada temperatur 280 °C. Pada temperatur ini fase I diubah ke dalam fase II.

c. Pada temperatur antara 280-405 °C, OH- berikatan dengan Mg2+ yang mulai lepas pada suhu 280 °C dan terlepas seluruhnya pada temperatur 405 °C, degradasi dari struktur layered double hydroxide juga diamati pada daerah

yang sama.

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

d. Pada temperatur 405-508 °C, CO32- mulai lepas dan terlepas seluruhnya pada temperatur 508 °C. Pada temperatur ini material menjadi suatu campuran larutan padatan oksida amorf metastabil.

Salah satu contoh bentuk termogram TG/DTA Mg-Al hydrotalcite seperti

ditunjukkan oleh Gambar 10 (Zhao et al., 2003).

Gambar 9. TG/DTA Mg-Al hydrotalcite

d. Fourier Transform Infra Red (FTIR)

Daerah pengamatan bilangan gelombang spektra infra merah yang biasanya digunakan untuk mencirikan kurva dari kebanyakan mineral lempung menurut Tan (1982) adalah:

a. Daerah antara 4000-3000 cm-1 yang diakibatkan oleh getaran ulur dari air yang terserap dan atau gugus OH oktahedral. Daerah ini disebut daerah gugus fungsional.

b. Daerah antara 1400-800 yan disebut daerah sidik jari.

Spektra infra merah dari hydrotalcite mempunyai puncak-puncak khas

seperti pada Tabel 5.

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

Tabel 5. Gugus Fungsi Mg-Al hydrotalcite-like

Gugus Fungsi Bilangan Gelombang (cm-1) Uluran OH dan M-O 3400-3500a,b

Tekukan OH 1650d Uluran simetris O=C-O 1385a,c Uluran asimetris O=C-O 1500,5c Tekukan O=C-O 650a

Uluran Mg-O dan Al-O 400-600a (2 puncak)

Sumber : aKannan (1995) dalam Johnson dan Glasser (2003), bBhaumik, et al (2004), cDi Cosimo, et al (1998), dYang et al (2007)

e. Hidrogen Nuclear Magnetic Resonance (1HNMR)

Persentase konversi metil ester yang diperoleh dapat diketahui dengan menggunakan 1HNMR. Proton disekitar gugus trigliseirda ditunjukkan oleh puncak pada daerah 4-4,3 ppm. Proton disekitar gugus metil ester ditunjukkan oleh puncak pada daerah 3,7 ppm. Sedangkan proton α–CH2 ditunjukkan oleh puncak pada daerah 2,3 ppm. Contoh spektra 1HNMR seperti pada Gambar 4.

Gambar 10. Spektrum 1_{H NMR hasil transesterifikasi minyak kedelai.}

A,G, dan M merupakan proton dari α–CH2, gliserida, dan metil ester.

Nilai konversi metil ester (yang dinyatakan sebagai konsentrasi metil ester) ditentukan dengan rumus:

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

ME TAG ME ME I 9 I 5 I 5 x 100 (%) C   (6) Keterangan:

CME = konversi metil ester, %

IME = nilai integrasi puncak metil ester, %, dan ITAG = nilai integrasi puncak triasilgliserol, %.

Faktor 5 dan 9 adalah jumlah proton yang terdapat pada gliseril dalam molekul trigliserida mempunyai 5 proton dan tiga molekul metil ester yang dihasilkan dari satu molekul trigliserida mempunyai 9 proton (Knothe, 2000).

B.Kerangka Pemikiran

Upaya meningkatkan aktivitas katalis Mg-Al hydrotalcite-like dalam

reaksi transesterifikasi yaitu kedalamnya ditambahkan zat aktif seperti kalium fluorida (KF). Rasio molar KF pada katalis KF/Mg-Al hydrotalcite-like dapat

berpengaruh pada perolehan hasil metil ester dalam reaksi transesterifikasi. Peningkatan rasio KF akan memperbesar hasil metil ester dikarenakan terbentuknya situs aktif baru yang lebih kuat reaktifitasnya sebagai katalis. Namun ketika rasio KF mencapai ambang batas distribusi monolayer maka aktifitas katalis menjadi maksimum dan aktifitasnya akan menurun seiring dengan kenaikan rasio KF sebab ketika rasio KF lebih besar dari batas optimum maka akan menutupi sisi aktif yang mengakibatkan menurunnya aktifitas katalis.

Kenaikan konsentrasi katalis akan meningkatkan laju reaksi transesterifikasi pembentukan metil ester. Konsentrasi katalis yang semakin besar tidak menyebabkan bergesernya reaksi ke kanan (ke arah pembentukan metil ester), tetapi menyebabkan turunnya energi aktivasi. Dengan demikian akan meningkatkan kualitas tumbukan antar molekul reaktan yang mengakibatkan kecepatan reaksi transesterifikasi menjadi naik sehingga konversi biodiesel juga menjadi semakin tinggi. Katalis hanya mengubah kecepatan reaksi dan tidak mempengaruhi kesetimbangan reaksi. Jika kondisi optimum telah tercapai maka katalis yang berlebih tidak efesien dalam reaksi karena tidak dapat menaikkan kemurnian biodiesel. Katalis yang berlebih dapat menyebabkan proses

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

transesterifikasi mudah terjadi emulsi yang mengakibatkan pemisahan produk menjadi sulit sehingga pembentukan gliserol menjadi meningkat dan berdampak pada penurunan biodiesel yang diperoleh.

Bertambahnya waktu reaksi akan meningkatkan hasil konversi biodiesel. Peningkatan waktu reaksi memperpanjang waktu kontak reaktan dengan katalis. Waktu reaksi yang lebih lama membuat reaksi transesterifikasi berpindah menjadi reaksi keseimbangan dan lebih banyak trigliserida berubah menjadi asam lemak metil. Jika kesetimbangan reaksi sudah tercapai maka dengan bertambahnya waktu reaksi tidak akan menguntungkan karena tidak memperbesar hasil. Reaksi yang terjadi adalah reversible (dapat balik), maka apabila sudah terjadi kesetimbangan, reaksi akan bergeser ke kiri dan dapat memperkecil produk yang diperoleh serta meningkatkan pembentukan gliserol.

C. Hipotesis

a. Penambahan kalium fluorida (KF) pada Mg-Al hydrotalcite-like yang

disintesis dari brine water sebagai katalis dalam reaksi transesterifikasi dapat

menaikkan aktifitas katalis dan meningkatkan konversi biodiesel.

b. Semakin besar berat katalis KF/Mg-Al hydrotalcite-like dalam reaksi

transesterifikasi dapat mempercepat laju reaksi dan meningkatkan konversi biodiesel sampai kondisi optimum.

c. Semakin lama waktu reaksi dalam reaksi transesterifikasi akan memperpanjang waktu kontak reaktan dengan katalis KF/Mg-Al hydrotalcite-like dan meningkatkan konversi biodiesel sampai kondisi optimum.

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

A.Metode Penelitian

Penelitian ini dilakukan dengan metode eksperimental laboratorium. Sintesis katalis Mg-Al hydrotalcite-like dari brine water dilakukan dengan

mengendapkan ion kalsium pada kondisi optimumnya. Katalis yang diperoleh kemudian ditambah dengan KF. Katalis-katalis yang diperoleh dikarakterisasi menggunakan XRD, FTIR, dan TG-DTA. Pembuatan biodiesel dalam transeseterifikasi minyak sawit menggunakan katalis KF/Mg-Al hydrotalcite-like.

Kondisi optimum diperoleh dengan memvariasi perbandingan berat katalis KF/Mg-Al hidrotalsit dan waktu reaksi. Biodiesel yang diperoleh selanjutnya dikarakterisasi menggunakan 1_HNMR.

B. Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian ini akan dilaksanakan pada bulan Mei 2010 sampai bulan November 2010 di Laboratorium Dasar Kimia FMIPA UNS, Laboratorium Kimia Analitik FMIPA UGM, Laboratorium Kimia Organik FMIPA UGM dan Laboratorium Akademi Teknologi Kulit.

C. Alat dan Bahan

1. Alat-alat

Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah : a. Seperangkat alat refluks

b. Peralatan gelas pyrex c. Hot plate

d. Magnetic stirrer

e. Termometer f. Neraca analitik g. pH meter

h. Seperangkat alat titrasi

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

i. Lumpang porselin j. Penggerus Porselin k. Water pump l. Centrifuge

m. Atomic Absorption Spectrophotometer (AAS)

n. X-Ray Diffractometer (XRD)

o. Thermogravimetric/Differential Thermal Analysis (TG/DTA)

p. Fourier Transform Infra Red (FTIR)

q. Hidrogen Nuclear Magnetic Resonance (HNMR Jeol-MY60)

2. Bahan-bahan

Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah : a. Brine water (PLTU Tanjung Jati B, Jepara)

b. Akuades (Laboratorium Kimia Pusat MIPA UNS) c. NaHCO3 p.a (E. Merck)

d. Na2CO3 p.a (E. Merck) e. AlCl3.6H2O p.a (E. Merck) f. AgNO3 p.a (E. Merck) g. KOH p.a (E. Merck) h. Na2SO4 anhidrat (E. Merck) i. Kalium Fluorida (KF)

j. Minyak sawit k. Metanol l. Indikator PP m. kertas saring

D. Prosedur Penelitian

1. Pembuatan Katalis

a. Preparasi Larutan Awal

Sampel brine water ditambahkan campuran larutan Na2CO3 0,02 M dan NaHCO3 0,04 M dengan tetap diaduk selama 1 jam dan dipanaskan pada 95°C 29

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

untuk mengendapkan Ca2+. Analisis kandungan Ca2+ dan Mg2+ sebelum dan sesudah pengendapan Ca2+ dengan menggunakan Atomic Absorption Spectrophotometer (AAS)

b. Preparasi Larutan Prekursor

Sejumlah senyawa AlCl3.6H2O ditambahkan ke dalam larutan awal di atas dengan perbandingan rasio mol awal antara magnesium dengan aluminium adalah 2 : 1.

c. Sintesis Mg-Al hydrotalcite-like

Sejumlah larutan Na2CO3 0,1 molar ditambahkan ke dalam 500 mL larutan prekursor hingga pH 10 dan kemudian larutan ini tetap diaduk selama 1 jam pada suhu 60 °C. Endapan yang diperoleh dicuci dengan akuades sampai bebas dari ion Cl-_{. Keberadaan ion Cl}- _{diketahui dengan menguji filtrat} pencucian dengan AgNO3. Filtrat pencucian yang bebas ion Cl- tidak menghasilkan endapan putih atau menjadi keruh apabila ditetesi dengan AgNO3.

Hidrotalsit yang diperoleh disentrifuge dan dikeringkan dengan suhu

110oC selama 6 jam, setelah kering digerus halus sampai melewati 150 mesh. Katalis yang diperoleh dikarakterisasi menggunakan XRD, FTIR, dan TG-DTA.

d. Preparasi Katalis KF/ Mg-Al hydrotalcite-like

Hidrotalsit digrinding dengan KF dengan perbandingan perbandingan KF

80 % berat/berat Mg-Al hydrotalcite-like dan ditambahkan beberapa tetes air.

Pasta hasil pencampuran ini kemudian dikeringkan dengan suhu 65 °C selama satu malam. Katalis yang diperoleh dikarakterisasi menggunakan XRD.

2. Pembuatan Biodesel

a. Penentuan Bilangan Asam

Sebanyak 10 ml minyak sawit dalam erlenmeyer ditambah 2 tetes indikator fenolftalen, kemudian campuran dititrasi dengan KOH 0,5 N menghasilkan warna merah jambu. Apabila bilangan asam kurang dari 1 maka tidak memerlukan proses esterifikasi.

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

b. Transesterifikasi Minyak Kelapa Sawit Menjadi Biodiesel

Transesterifikasi minyak sawit menjadi biodiesel dilakukan dengan mereaksikan minyak dan metanol pada perbandingan 1:12 dengan katalis KF/Mg-Al hidrotalsit dengan optimasi berat katalis dilakukan dengan variasi berat katalis 1, 2, 3, 4 dan 5% dari berat minyak selama 3 jam pada suhu 65 °C. Kemurnian biodiesel dianalisis dengan 1_{HNMR. Kondisi terbaik dari optimasi} berat katalis digunakan untuk optimasi waktu reaksi. Variasi waktu reaksi yang digunakan adalah 5, 15, 30, 60, dan 180 menit pada suhu 65°C.

c. Pemurnian Biodiesel

Hasil transesterifikasi kemudian dibiarkan sebentar sehingga terbentuk dua lapisan. Lapisan atas merupakan metil ester, sedangkan lapisan bawah adalah gliserol. Bagian atas diambil dan diuapkan sampai bebas air dan metanol.

3. Karakterisasi Biodiesel

Biodiesel yang diperoleh dilakukan uji karakteristik dengan menggunakan 1_HNMR.

E. Teknik Pengumpulan Data

Data kualitatif dan kuantitatif yang diperoleh dari hasil eksperimen dikarakterisasi menggunakan Atomic Absorption Spectrophotometer (AAS), X-Ray Diffractometer (XRD), Thermogravimetric/Differential Thermal Analysis

(TG/DTA), Fourier Transform Infra Red (FTIR), dan Hidrogen Nuclear Magnetic Resonance (1HNMR).

Analisis AAS diperoleh data kandungan logam dalam brine water. Data

analisis XRD diperoleh dengan membaca difraktogram yang berupa suatu pola difraksi dengan puncak-puncak pada 2θ tertentu sehingga diperoleh jarak antara kisi kristal (d) yang sesuai dengan hukum Bragg. Analisis termal dengan

menggunakan TG/DTA. Identifikasi gugus fungsi menggunakan data FTIR. Analisa persentase kandungan metil ester menggunakan spektra 1_HNMR. Keberadaan puncak gliserida menunjukkan kemurnian dari biodiesel yang dihasilkan.

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

F. Teknik Analisis Data

1. Kandungan Mg2+ dan Ca2+ dalam brine water dapat dianalisis dengan AAS

yang dapat dikonversi kedalam satuan mol logam.

2. Data 3 puncak difraktogram dari hasil analisa XRD senyawa hasil sintesis dengan intensitas tertinggi dibandingkan dengan data puncak dari Mg-Al

hydrotalcite-like standar dari Joint Committee on Powder Diffraction Standards (JCPDS). Pembandingan ini untuk memastikan bahwa senyawa

utama hasil sintesis adalah Mg-Al hydrotalcite-like. Persentase kandungan

Mg-Al hydrotalcite-like dalam sampel dapat dihitung dengan membandingkan

jumlah intensitas relative senyawa dalam sampel dengan jumlah intensitas relatif total sampel.

3. Analisis termal digunakan TG/DTA. DTA akan mendeteksi setiap perubahan termal yang terkait dengan peristiwa atau reaksi kimia, baik yang berjalan secara eksotermik maupun endotermik. Sementara itu, TGA mendeteksi setiap perubahan massa yang terjadi pada cuplikan sebagai akibat dari kenaikan suhu, baik yang diikuti oleh perubahan fasa kristal maupun tidak.

4. Gugus-gugus fungsi yang ada di dalam Mg-Al hydrotalcite-like diketahui

dengan membandingkan puncak-puncak spektra FTIR Mg-Al hidrotalsit dengan referensi. Berdasarkan strukturnya Mg-Al hydrotalcite-like memiliki

gugus fungsi M-O, O-C-O, karbonat, dan O-H dari lapisan hidroksida maupun interlayer.

6. Kandungan metil ester dihitung dari nilai integrasi puncak berdasarkan spektra 1_{HNMR. Kandungan metil ester ditentukan dengan persamaan:}

TAG ME

ME ME

I 9 I 5

I 5 x 100 (%) C

 

dengan:

CME = kandungan metil ester (%) IME = nilai integrasi puncak metil ester ITAG = nilai integrasi puncak triasil gliserida

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

menghasilkan warna merah jambu. Volume KOH yang dibutuhkan adalah 0,3 ml dan diperoleh bilangan asam sebesar 0,9379 sehingga tidak memerlukan proses esterifikasi. Perhitungan bilangan asam dapat dilihat pada Lampiran 2. Jika bilangan asam lebih dari 1 dapat menyebabkan bereaksinya asam lemak dengan katalis dan mengakibatkan penyabunan.

2. Reaksi Transesterifikasi

Biodiesel dibuat dengan melakukan reaksi transesterifikasi antara minyak sawit dengan pereaksi metanol dan katalis KF/Mg-Al hydrotalcite-like pada temperatur 65 °C dengan perbandingan mol minyak dan methanol adalah 1:12. Pada awal mulanya reaksi dilakukan selama 3 jam dengan variasi berat katalis 1, 2, 3, 4, dan 5 % berat/berat minyak dengan suhu 65 °C dan langkah selanjutnya dilakukan variasi waktu 5, 15, 30, 60, dan 180 menit dengan berat katalis 1 % berat/berat minyak dengan suhu yang sama. Hasil yang diperoleh adalah biodiesel berwarna kuning jernih. Hasil reaksi dianalisa dengan 1HNMR.

D. Analisis Biodiesel dengan 1HNMR

Analisis menggunakan 1HNMR bertujuan untuk dapat mengetahui seberapa besar kemurnian biodiesel yang diperoleh dari hasil reaksi transesterifikasi minyak sawit. Spektra minyak sawit yang belum diberikan perlakuan dapat dilihat pada Gambar 16.

Gambar 16. Spektra 1_{HNMR minyak sawit}

commit to user

Pada Gambar 16 dapat dilihat adanya proton gugus gliserida yang ditunjukkan pada daerah 4-4,3 ppm. Dimana gliserida ini akan diubah menjadi metil ester melalui reaksi transesterifikasi.

Kemurnian biodiesel dilihat dari besarnya prosentase metil ester yang terbentuk. Analisis ini dilakukan pada semua rasio waktu dan berat katalis yang digunakan. Spektra pembentukan metil ester dapat dilihat pada Gambar 17.

Gambar 17. Spektra 1HNMR biodiesel hasil reaksi dengan katalis KF/Mg-Al hydrotalcite-like 1 % b/b minyak selama 3 jam

Proton disekitar gugus gliserida ditunjukkan oleh spektra pada daerah 4 – 4,3 ppm, sedangkan proton metil ester pada daerah 3,7 ppm dan proton α-CH2

pada daerah 2,3 ppm. Pada gambar di atas, muncul puncak kecil di daerah 4,3 ppm dan puncak lebih tinggi di daerah sekitar 3,7 ppm, hal ini menunjukkan konversi metil ester belum sempurna karena masih terdapat puncak gliserida meskipun luas areanya lebih kecil. Ini berarti biodiesel pada spektra di atas merupakan biodiesel belum murni. Pembentukan metil ester yang sempurna akan terjadi jika tidak muncul puncak di sekitar proton gliserida.

Spektra yang muncul pada daerah 5 - 6 ppm merupakan proton di sekitar gugus aldehid pada rantai panjang asam lemak, posisinya berada paling jauh dengan TMS karena gugus ini tidak terlindungi. Kondisi ini disebabkan adanya elektron phi menyebabkan rapat elekton menjadi kecil sehingga proton ini tidak terlindungi. Pada daerah 1 – 2 ppm muncul puncak yang lebar dan tinggi, puncak ini terjadi karena proton-proton pada CH2 asam lemak berada terlalu dekat

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

bergabung menjadi suatu singlet dimana puncak-puncak tengah suatu multiplet makin tinggi sementara puncak-punvak pinggir akan mengecil ini disebut juga gejala pemiringan atau learning (Fessenden, 1999).

Pembuatan biodiesel ini dilakukan pada variasi berat katalis 1, 2, 3, 4, dan 5 % berat/berat minyak selama 180 menit dan variasi waktu reaksi 5, 15, 30, 60 dan 180 menit dengan berat katalis 1 % berat/berat minyak. Nilai konversi metil ester (yang dinyatakan sebagai konsentrasi metil ester) ditentukan dengan rumus (Knothe, 2000) :

TAG ME

ME ME

I 9 I 5

I 5 x 100 (%) C

 

Keterangan:

CME = konversi metil ester, %

IME = nilai integrasi puncak metil ester, %, dan

ITAG = nilai integrasi puncak triasilgliserol, %.

Faktor 5 dan 9 adalah jumlah proton yang terdapat pada gliseril dalam molekul trigliserida mempunyai 5 proton dan tiga molekul metil ester yang dihasilkan dari satu molekul trigliserida mempunyai 9 proton (Knothe, 2000).

Berdasarkan hasil spektra 1HNMR (Lampiran 19-27) dibuat kurva hubungan berat dan kandungan metil ester serta hubungan waktu kandungan metil ester pada setiap variasi yang dapat dilihat pada Gambar 18-19.

Gambar 18. Kemurnian biodiesel hasil reaksi transesterifikasi dengan variasi berat katalis selama 3 jam

commit to user

Gambar 18 menunjukkan bahwa katalis KF/Mg-Al hydrotalcite-like yang disintesis dari brine water mampu mengkatalisis reaksi transesterifikasi dengan baik. Biodiesel yang terbentuk mendekati 100 % hanya dengan berat katalis 1 % b/b minyak dengan waktu 180 menit. Pada variasi berat katalis KF/Mg-Al hydrotalcite-like, kemurnian biodiesel yang diperoleh sebesar 99,22 % dengan berat katalis 1 % berat/berat minyak dan kemurnian biodiesel mendekati konstan pada berat katalis 2, 3, 4, dan 5 % berat/berat minyak. Perhitungan untuk konversi biodiesel dari variasi berat katalis dapat dilihat pada Lampiran 19-23.

Berdasarkan hasil dari variasi berat katalis maka digunakan berat katalis KF/Mg-Al hydrotalcite-like 1 % berat/berat minyak untuk variasi waktu reaksi transesterifikasi yaitu 5, 15, 30, 60, dan 180 menit. Berat katalis KF/Mg-Al hydrotalcite-like 1 % berat/berat minyak dipilih karena dengan berat katalis terkecil mampu mengkonversi biodiesel hingga hampir mencapai 100 %. Data variasi waktu ditampilkan pada Gambar 19.

Gambar 19. Kemurnian biodiesel hasil reaksi transesterifikasi dengan berat katalis 1 % b/b minyak dan variasi waktu

Gambar 19 menunjukkan bahwa dengan katalis KF/Mg-Al hydrotalcite-like konversi biodiesel terbaik dicapai pada waktu 180 menit sebesar 99,22 %. Akan tetapi persentase kemurnian biodiesel dimungkinkan dapat terus meningkat dengan penambahan waktu reaksi sampai kondisi optimumnya yaitu sebesar

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

100 %. Perhitungan untuk konversi biodiesel dari variasi waktu reaksi dapat dilihat pada Lampiran 24-27.

Hasil dari variasi berat katalis dan variasi waktu reaksi dari penelitian yang dilakukan kemudian dibandingkan pada reaksi transesterifikasi dengan menggunakan katalis Mg-Al hydrotalcite-like dan KF. Reaksi transesterifikasi dilakukan dengan berat katalis 1 % berat/berat minyak dan waktu reaksi 3 jam. Dari hasil yang diperoleh tidak terbentuk puncak proton metil ester yang mengindikasikan tidak terdeteksi adanya biodiesel. Perbandingan perolehan biodiesel dengan menggunakan katalis yang berbeda ditunjukkan pada Tabel 9. Tabel 9. Perbandingan Kemurnian Biodiesel Menggunakan berbagai Katalis

dengan Berat Katalis 1 % dan Waktu Reaksi 3 Jam

Katalis Kemurnian Biodiesel

KF/Mg-Al hydrotalcite-like 99,22 % Mg-Al hydrotalcite-like Tidak terdeteksi

KF Tidak terdeteksi

Penelitian Gao et al. (2008) juga menyebutkan hasil yang mendekati sama dimana dengan menggunakan katalis Mg-Al hydrotalcite-like diperoleh hasil biodiesel sebesar 3,6 % serta dengan menggunakan KF diperoleh hasil biodiesel < 1 %. Hal ini menunjukkan bahwa dengan penambahan KF akan menaikkan aktifitas katalis dan meningkatkan konversi biodiesel dalam reaksi transesterifikasi minyak kelapa sawit. Spektra 1HNMR dengan katalis Mg-Al hydrotalcite-like dan KF dapat dilihat pada Lampiran 28-29.

commit to user

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan

Berdasarkan hasil dan pembahasan maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:

1. Penambahan kalium fluorida (KF) pada Mg-Al hydrotalcite-like yang disintesis dari brine water sebagai katalis dalam reaksi transesterifikasi minyak kelapa sawit dapat meningkatkan aktivitas katalis dan menaikkan konversi biodiesel.

2. Semakin besar berat katalis KF/Mg-Al hydrotalcite-like dalam reaksi transesterifikasi minyak kelapa sawit dapat mempercepat laju reaksi dan meningkatkan konversi biodiesel. Kemurnian biodiesel mencapai 99 % dengan berat katalis 1 % berat/berat minyak dengan waktu reaksi 180 menit. 3. Waktu reaksi yang semakin lama dalam dalam transesterifikasi minyak kelapa

sawit memperpanjang waktu kontak reaktan dengan katalis dan meningkatkan konversi biodiesel. Waktu reaksi terbaik dari penelitian yang dilakukan dicapai pada waktu 180 menit dengan berat katalis KF/Mg-Al hydrotalcite-like 1 % berat/berat minyak.

B. Saran

Berdasarkan hasil penelitian dari percobaan yang telah dilakukan, penulis memberikan saran sebagai berikut:

1. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut mengenai variasi kondisi lainnya seperti perbandingan metanol/minyak dan pengaruh suhu reaksi sehingga diperoleh kondisi optimum untuk semua faktor yang mempengaruhi reaksi transesterifikasi.

2. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut mengenai karakterisasi katalis dan hasil biodiesel dengan instrumen lainnya sehingga diperoleh data-data pendukung yang lebih lengkap.