LAPORAN AKHIR KEGIATAN PENELITIAN HIBAH
LAPORAN AKHIR KEGIATAN PENELITIAN
HIBAH PENELITIAN STRATEGIS NASIONAL
TAHUN ANGGARAN 2010
Judul:
Inovasi Teknologi Konversi Karbon Dioksida Menjadi
2-Propanol, f-Butanol, Polipropilena dan Poliisobutilena
Tim Peneliti:
1. Prof. Drs. Jumina, Ph.D.
(Ketua Peneliti)
2. Dr. Dwi Siswanta, M.Eng.
(Anggota)
Z. Prof. Ir. Panut Mulyono, M.Eng., D.Eng.
(Anggota)
DILAKSANAKAN ATAS BIAYA:
Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi, Departemen Pendidikan Nasional,
Sesuai dengan Surat Perjanjian Pelaksanaan Penelitian Hibah Strategis Nasional
Nomor: 506/SP2H/PP/DP2M/VII/2010, tanggal 24 Juli 2010
LEMBAGA PENELITIAN DAN PENGABDIAN KEPADA MASYARAKAT
UNIVERSITAS GADJAH MADA
Desember
2010
INOVASI TEKNOLOGI KONVERSI KARBON DIOKSIDA MENJADI 2-PROPANOL
f-BUTANOL, POLIPROPILENA DAN POLIISOBUTILENA
Abstrak
Penelitian ini dikerjakan dengan tujuan mengembangkan teknologi baru untuk
mengkonversi karbon dioksida menjadi 2-propanol, f-butanol, polipropilena dan
poliisobutilena. Dilihat dari produknya maka penelitian ini memiliki manfaat besar
dalam rangka penyediaan sumber energi terbarukan dan material polimer dengan
bahan baku yang murah dan melimpah hampir tak terbatas di alam. Sedangkan jika
ditinjau dari sudut bahan bakunya maka penelitian ini memiliki manfaat besar dalam
rangka mengurangi emisi karbondioksida ke atmosfir bumi yang merupakan
penyebab utama terjadinya pemanasan global dengan berbagai dampak ikutannya
seperti kenaikan suhu bumi, perubahan iklim, banjir, badai, mencairnya es di kutub,
dan naiknya permukaan air laut.
Konversi karbon dioksida menjadi 2-propanol, f-butanol, polipropilena dan
poliisobutilena akan dilakukan dalam rangkaian proses yang terdiri atas 5 tahap.
Pertama, karbondioksida direaksikan dengan metil lithium dalam n-heksana kering
diteruskan dengan penambahan asam encer menghasilkan aseton. Kedua, aseton
direduksi dengan natrium borohidrida menghasilkan 2-propanol. Ketiga, dehidrasi 2propanol menggunakan katalis asam sulfat pekat menghasilkan propilena yang
secara serta merta mengalami polimerisasi kationik menghasilkan polipropilena.
Keempat, reaksi aseton dengan metil magnesium iodida dalam dietil eter kering
diteruskan dengan penambahan asam encer menghasilkan f-butanol. Kelima,
dehidrasi f-butanol menggunakan katalis asam sulfat pekat menghasilkan isobutilena
yang
secara serta merta mengalami
polimerisasi kationik menghasilkan
poliisobutilena. Optimasi proses dilakukan melalui percobaan dengan variasi waktu,
suhu, pelarut, katalis, dan pereaksi. Analisis produk dilakukan dengan gas
kromatografi (GC), gas kromatografi-spektrometer massa (GCMS), spektrometer
infra merah (IR), dan spektrometer resonansi magnet inti proton (1HNMR). Terhadap
2-propanol dan f-butanol hasil percobaan dilakukan pembuatan gasohol G-5, G-10,
G-15, dan G-20 melalui pencampuran dengan premium untuk kemudian ditentukan
angka oktannya. Sedangkan terhadap polipropilena dan poliisobutilena hasil
dilakukan karakterisasi polimer yang antara lain meliputi penentuan massa molekul,
kelenturan, dan kekuatan tarik.
Keseluruhan penelitian dijadwalkan selesai dalam 2 (dua) tahun. Sementara
penelitian Tahun Pertama berfokus pada proses konversi karbon dioksida menjadi
2-propanol, f-butanol, polipropilena dan poliisobutilena, penelitian Tahun Ke dua
berfokus pada kegiatan optimasi dan scale up proses serta karakterisasi produk
yang antara lain meliputi penentuan angka oktan dan titik pengapian gasohol G-5, G10, G-15, dan G-20 hasil pencampuran 2-propanol dan f-butanol dengan premium,
serta parameter polimer yang meliputi massa molekul, kelenturan, dan kekuatan
tarik.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa reaksi antara karbon dioksida dengan
metil litium dalam n-heksana kering pada atmosfer argon menghasilkan aseton
dengan rendemen 57 %. Reduksi aseton dengan natrium borohidrida dalam etilena
glikol pada suhu 70-75°C menghasilkan 2-propanol dengan persen hasil 84 %.
Reaksi dehidrasi 2-propanol dalam asam sulfat 75 % diikuti polimerisasi kationik
terkatalisis aluminium klorida menghasilkan polipropilena sebanyak 67%.
Selanjutnya, reaksi karbon dioksida dengan metil magnesium bromida dalam dietil
eter kering memberikan produk berupa asam asetat dengan persen hasil 68 %.
Esterifikasi asam asetat dengan metanol menggunakan katalis asam sulfat pekat
menghasilkan metil asetat dengan rendemen 84 %. f-Butanol dapat disintesis dari
metil asetat maupun aseton melalui reaksi adisi menggunakan pereaksi Grignard
ill
Laporan Akhir Hibah Penelitian Strategis Nasional 2010
metil magnesium bromida masing-masing dengan rendemen 41 % dan 57 %.
Sintesis poliisobutilena dari f-butanol melalui reaksi dehidrasi diikuti polimerisasi
memberikan persen hasil reaksi sebesar 60 %. Pada saat yang sama, reaksi antara
karbon dioksida dengan pereaksi Grignard etil magnesium bromida dalam dietil eter
kering menghasilkan asam propanot dengan rendemen 64 %. Esterifikasi asam
propanoat dengan metanol menggunakan katalis asam sulfat pekat menghasilkan
metil propanoat dengan rendemen 83 %. Reduksi metil propanoat dengan logam
natrium dalam metanol menghasilkan 1-propanol yang merupakan isomer dari 2propanol dengan rendemen 48 %.
Secara keseluruhan dapat dikemukakan bahwa target-target penelitian pada
Tahun 2010 telah dapat dicapai sesuai jadwal. Atas dasar itu maka tim peneliti
optimis untuk dapat menyelesaikan semua target penelitian pada Tahun 2011 juga
sesuai jadwal sebagaimana yang telah diajukan.
Kata kunci: karbon dioksida, aseton, 2-propanol, t-butanol, polipropilena, dan
poliisobutilena.
IV
Laporan Akhir Hibah Penelitian Strategis Nasional 2010
HIBAH PENELITIAN STRATEGIS NASIONAL
TAHUN ANGGARAN 2010
Judul:
Inovasi Teknologi Konversi Karbon Dioksida Menjadi
2-Propanol, f-Butanol, Polipropilena dan Poliisobutilena
Tim Peneliti:
1. Prof. Drs. Jumina, Ph.D.
(Ketua Peneliti)
2. Dr. Dwi Siswanta, M.Eng.
(Anggota)
Z. Prof. Ir. Panut Mulyono, M.Eng., D.Eng.
(Anggota)
DILAKSANAKAN ATAS BIAYA:
Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi, Departemen Pendidikan Nasional,
Sesuai dengan Surat Perjanjian Pelaksanaan Penelitian Hibah Strategis Nasional
Nomor: 506/SP2H/PP/DP2M/VII/2010, tanggal 24 Juli 2010
LEMBAGA PENELITIAN DAN PENGABDIAN KEPADA MASYARAKAT
UNIVERSITAS GADJAH MADA
Desember
2010
INOVASI TEKNOLOGI KONVERSI KARBON DIOKSIDA MENJADI 2-PROPANOL
f-BUTANOL, POLIPROPILENA DAN POLIISOBUTILENA
Abstrak
Penelitian ini dikerjakan dengan tujuan mengembangkan teknologi baru untuk
mengkonversi karbon dioksida menjadi 2-propanol, f-butanol, polipropilena dan
poliisobutilena. Dilihat dari produknya maka penelitian ini memiliki manfaat besar
dalam rangka penyediaan sumber energi terbarukan dan material polimer dengan
bahan baku yang murah dan melimpah hampir tak terbatas di alam. Sedangkan jika
ditinjau dari sudut bahan bakunya maka penelitian ini memiliki manfaat besar dalam
rangka mengurangi emisi karbondioksida ke atmosfir bumi yang merupakan
penyebab utama terjadinya pemanasan global dengan berbagai dampak ikutannya
seperti kenaikan suhu bumi, perubahan iklim, banjir, badai, mencairnya es di kutub,
dan naiknya permukaan air laut.
Konversi karbon dioksida menjadi 2-propanol, f-butanol, polipropilena dan
poliisobutilena akan dilakukan dalam rangkaian proses yang terdiri atas 5 tahap.
Pertama, karbondioksida direaksikan dengan metil lithium dalam n-heksana kering
diteruskan dengan penambahan asam encer menghasilkan aseton. Kedua, aseton
direduksi dengan natrium borohidrida menghasilkan 2-propanol. Ketiga, dehidrasi 2propanol menggunakan katalis asam sulfat pekat menghasilkan propilena yang
secara serta merta mengalami polimerisasi kationik menghasilkan polipropilena.
Keempat, reaksi aseton dengan metil magnesium iodida dalam dietil eter kering
diteruskan dengan penambahan asam encer menghasilkan f-butanol. Kelima,
dehidrasi f-butanol menggunakan katalis asam sulfat pekat menghasilkan isobutilena
yang
secara serta merta mengalami
polimerisasi kationik menghasilkan
poliisobutilena. Optimasi proses dilakukan melalui percobaan dengan variasi waktu,
suhu, pelarut, katalis, dan pereaksi. Analisis produk dilakukan dengan gas
kromatografi (GC), gas kromatografi-spektrometer massa (GCMS), spektrometer
infra merah (IR), dan spektrometer resonansi magnet inti proton (1HNMR). Terhadap
2-propanol dan f-butanol hasil percobaan dilakukan pembuatan gasohol G-5, G-10,
G-15, dan G-20 melalui pencampuran dengan premium untuk kemudian ditentukan
angka oktannya. Sedangkan terhadap polipropilena dan poliisobutilena hasil
dilakukan karakterisasi polimer yang antara lain meliputi penentuan massa molekul,
kelenturan, dan kekuatan tarik.
Keseluruhan penelitian dijadwalkan selesai dalam 2 (dua) tahun. Sementara
penelitian Tahun Pertama berfokus pada proses konversi karbon dioksida menjadi
2-propanol, f-butanol, polipropilena dan poliisobutilena, penelitian Tahun Ke dua
berfokus pada kegiatan optimasi dan scale up proses serta karakterisasi produk
yang antara lain meliputi penentuan angka oktan dan titik pengapian gasohol G-5, G10, G-15, dan G-20 hasil pencampuran 2-propanol dan f-butanol dengan premium,
serta parameter polimer yang meliputi massa molekul, kelenturan, dan kekuatan
tarik.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa reaksi antara karbon dioksida dengan
metil litium dalam n-heksana kering pada atmosfer argon menghasilkan aseton
dengan rendemen 57 %. Reduksi aseton dengan natrium borohidrida dalam etilena
glikol pada suhu 70-75°C menghasilkan 2-propanol dengan persen hasil 84 %.
Reaksi dehidrasi 2-propanol dalam asam sulfat 75 % diikuti polimerisasi kationik
terkatalisis aluminium klorida menghasilkan polipropilena sebanyak 67%.
Selanjutnya, reaksi karbon dioksida dengan metil magnesium bromida dalam dietil
eter kering memberikan produk berupa asam asetat dengan persen hasil 68 %.
Esterifikasi asam asetat dengan metanol menggunakan katalis asam sulfat pekat
menghasilkan metil asetat dengan rendemen 84 %. f-Butanol dapat disintesis dari
metil asetat maupun aseton melalui reaksi adisi menggunakan pereaksi Grignard
ill
Laporan Akhir Hibah Penelitian Strategis Nasional 2010
metil magnesium bromida masing-masing dengan rendemen 41 % dan 57 %.
Sintesis poliisobutilena dari f-butanol melalui reaksi dehidrasi diikuti polimerisasi
memberikan persen hasil reaksi sebesar 60 %. Pada saat yang sama, reaksi antara
karbon dioksida dengan pereaksi Grignard etil magnesium bromida dalam dietil eter
kering menghasilkan asam propanot dengan rendemen 64 %. Esterifikasi asam
propanoat dengan metanol menggunakan katalis asam sulfat pekat menghasilkan
metil propanoat dengan rendemen 83 %. Reduksi metil propanoat dengan logam
natrium dalam metanol menghasilkan 1-propanol yang merupakan isomer dari 2propanol dengan rendemen 48 %.
Secara keseluruhan dapat dikemukakan bahwa target-target penelitian pada
Tahun 2010 telah dapat dicapai sesuai jadwal. Atas dasar itu maka tim peneliti
optimis untuk dapat menyelesaikan semua target penelitian pada Tahun 2011 juga
sesuai jadwal sebagaimana yang telah diajukan.
Kata kunci: karbon dioksida, aseton, 2-propanol, t-butanol, polipropilena, dan
poliisobutilena.
IV
Laporan Akhir Hibah Penelitian Strategis Nasional 2010