SINTESIS DAN KARAKTERISASI - eprints.uns.ac.ideprints.uns.ac.id/7425/1/216121011201111221.pdf ·...

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


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 Biodiesel.”

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

ii


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 BIODIESEL” 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

Rina Setyawati

iii


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

iv


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 1HNMR 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,

biodiesel

v


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)

vi


commit to user

PERSEMBAHAN

Karya ini kupersembahkan kepada :

Ayah dan Ibu tercinta serta

Kakakku tersayang

vii


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

Biodiesel”. 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

viii


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 PENGANTAR…………………………………………………….. 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

6. Minyak Kelapa Sawit………………...………………….... 12

ix


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 dengan FTIR…………………….. 37

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

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

1. Penentuan Bilangan Asam………………………………... 40

2. Reaksi Transesterifikasi…………………………………... 41

x


commit to user

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

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN………………………………….. 46

A. Kesimpulan.............................................................................. 46

B. Saran........................................................................................ 46

DAFTAR PUSTAKA................................................................................... 47

LAMPIRAN………………………………………………………….......... 54

xi


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 d Tiga 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

xii


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 esterifikasi 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 1HNMR minyak sawit……………………………….. 41

Gambar 17. Spektra 1HNMR biodiesel hasil reaksi dengan katalis KF/

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

Gambar 18. Kemurnian biodiesel hasil reaksi transesterifikasi dengan

xiii

http://www.cheric.org/ippage/p/pdata/2006_11_file_p200611/b01.pdf


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

xiv


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 Hydrotalcite-

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-like 1 % dan Waktu Reaksi 3 Jam… 75


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


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



xv


commit to user



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

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








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

Lampiran 29. Spektra 1HNMR Biodiesel dengan Berat KF 3 % dan

Waktu Reaksi 3 Jam............................................................... 85

xv

xvi


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.

1


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

2


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.

3

3


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?

4


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.

5


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

6


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 Mg2+

, Fe2+,

Ni2+

, Cu2+

, Co2+

, Mn2+

, Zn2+

atau Cd2+

sedangkan M3+

adalah kation logam

trivalen (bervalensi tiga), seperti Al3+

, Cr3+

, Ga3+

, atau Fe3+

dengan x adalah fraksi

mol M3+

/( M3+

+ M2+

). Nilai x biasanya berkisar antara 0,2 - 0,33. Am-

adalah

7


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 Mg

2+ 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

8


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

http://www.cheric.org/ippage/p/pdata/2006_11_file_p200611/b01.pdf


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.

10


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.

11


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

12


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)

13


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,

14


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.

15


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

OR

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.

16


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

+ H2O

Asam lemak methanol metil ester

Gambar 5. Reaksi esterifikasi dari asam lemak menjadi metil ester

17


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

CH3O

CH3

C

O

R1

OC

O

R2

CH3OCR3

O

OHH2C

OHHC

OHH2C

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

18


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

CHR''COO

CH2R'COO

OH2C

CHR''COO

CH2R'COO

C R'''

OR

O-

+ -OR

OH2C

CHR''COO

CH2R'COO

C R'''

OR

O-

O-H2C

CHR''COO

CH2R'COO

ROOCR'''

O-H2C

CHR''COO

CH2R'COO

OHH2C

CHR''COO

CH2R'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


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

20


commit to user

pada 45°C yaitu 87% dan pada 32o

C 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.

21


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


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

II

II (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 Mg

2+ 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.

23


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.

24


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 1H 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:

25


commit to user

TAGME

MEME

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

26


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.

27


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 1HNMR.

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

28


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


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.

30


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 1HNMR. 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

1HNMR.

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 1HNMR.

Keberadaan puncak gliserida menunjukkan kemurnian dari biodiesel yang

dihasilkan.

31


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

1HNMR. Kandungan metil ester ditentukan dengan persamaan:

TAGME

MEME

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

32


commit to user

BAB IV

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

A. Sintesis KF/Mg-Al Hydrotalcite-like

Katalis Mg-Al hydrotalcite-like dipreparasi dari brine water dengan

perbandingan Mg/Al adalah 2:1 dengan metode pengendapan. Proses ini diawali

dengan penurunan kadar Ca2+

dengan penambahan ion pengendap yaitu CO32-

dari

penambahan larutan buffer yang berasal dari campuran larutan Na2CO3 dan

NaHCO3. Menurut Alnavis (2010) pengendapan Ca2+

sebagai CaCO3 perlu

dilakukan sebelum sintesis sebab adanya Ca2+

yang berlebih akan membentuk

senyawa pengotor pada sintesis hidrotalsit. Filtrat yang telah dipisahkan dari

padatan CaCO3 disebut larutan awal.

Pengendapan Ca2+

sebagai CaCO3 dilakukan dengan penambahan larutan

buffer yang terdiri dari campuran larutan Na2CO3 0,02 M dan NaHCO3 0,04 M.

Kandungan Mg2+

dan Ca2+

sebelum dan sesudah pengendapan Ca2+

dianalisis

dengan Atomic Absorption Spectrophotometer (AAS) dan diperoleh penurunan

kadar Ca2+

sebesar 55,77 %. Perhitungan untuk pengendapan Ca2+

dapat dilihat

pada Lampiran 1.

Proses selanjutnya adalah larutan awal direaksikan dengan AlCl3.6H2O

dan larutan Na2CO3 0,1 M dalam suasana basa. Kondisi pH larutan selama

berlangsungnya sintesis sangat penting untuk menghasilkan Mg-Al hydrotalcite-

like yang optimum. Sintesis Mg-Al hydrotalcite-like dilakukan pada pH antara

11,5–12,0. Endapan Al(OH)3 akan terbentuk apabila kondisi pH < 11,5 dan logam

alumunium akan membentuk ion Al3+

yang tidak dapat mengendap apabila

kondisi pH > 12,0 (Hickey, 2001).

Penelitian Savitri (2008) dalam sintesis Mg-Al hydrotalcite-like dari brine

water diperoleh pH optimum pada 10,5. Analvis (2010) menguji kestabilan

hidrotalsit untuk mengetahui ada tidaknya pengaruh pH terhadap kestabilan Mg-

Al hydrotalcite-like. Diperoleh bahwa pada pH < 3 Mg-Al hydrotalcite-like

cenderung tidak stabil dikarenakan adanya protonasi gugus hidroksi. Ikatan gugus

hidroksi dengan Mg dan atau Al terputus sehingga kation logam menjadi terlarut.

33


commit to user

Protonasi gugus hidroksi tersebut akan menurun seiring dengan kenaikan pH

(Santosa et al., 2007). Kestabilan paling tinggi adalah pada pH basa. Perhitungan

untuk sintesis Mg-Al hydrotalcite-like dapat dilihat pada Lampiran 1.

Sintesis yang paling sering dilakukan adalah sintesis hydrotalcite dengan

anion antar lapisan berupa CO32-

secara pengendapan larutan magnesium dan

aluminium menghasilkan suatu Mg-Al hydrotalcite-like. Cara ini dipilih dan

disukai karena tidak perlu mencegah adanya kontaminasi dari karbon dioksida

sebab hanya karbonat yang siap bergabung dan terikat dengan kuat di dalam

daerah antar lapisan (Newman et al., 1998). Dipilihnya metode kopresipitasi/

pengendapan dalam sintesis hidrotalsit selain karena mudah, semua kation

mengendap secara simultan dalam rasio mol sesuai dengan rasio mol awalnya.

Mg-Al hydrotalcite-like digrinding dengan senyawa kalium fluorida (KF)

dengan 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. Sifat fisik hasil sintesis

ditunjukkan pada Tabel 6.

Tabel 6. Karakteristik Fisik Senyawa Hasil Sintesis

Katalis Bentuk Warna

Mg-Al hydrotalcite-like

KF/Mg-Al hydrotalcite-like

Serbuk

Serbuk

Putih

Coklat muda

B. Identifikasi Senyawa Hasil Sintesis

1. Analisis X-Ray Diffraction (XRD)

a. Mg-Al Hydrotalcite-like

Senyawa hasil sintesis dianalisa menggunakan X-Ray Diffractometer

(XRD). Difraktogram ditunjukkan pada Gambar 11. Analisa ini bertujuan untuk

mengidentifikasi bahwa senyawa utama hasil sintesis adalah Mg-Al

hydrotalcite-like. Identifikasi senyawa dilakukan dengan membandingkan harga

d-spacing puncak-puncak difraktogram senyawa hasil sintesis dengan data d-

34


commit to user

spacing Mg-Al hydrotalcite-like standar dari JCPDS (Joint Comittee on

Powder Diffraction Standard) nomor 41-1428. Data Mg/Al-hidrotalsit standar

dari JCPDS dapat dilihat pada Lampiran 10.

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70

2 theta

Gambar 11. Difraktogram Mg-Al hydrotalcite-like

Tiga puncak tertinggi sampel sebagai penciri senyawa mempunyai harga d

yang sesuai data Mg-Al hydrotalcite standar yaitu pada harga d = 7,84; 3,91;

dan 2,61 Å. Hidrotalsit alam yang diteliti oleh Allmann et al., (1969)

mempunyai harga d yaitu 7,69; 3,88; dan 2,58 Å. Adanya kesesuaian harga d

tiga puncak tertinggi dengan standar mengindikasikan bahwa senyawa utama

hasil sintesis adalah Mg-Al hydrotalcite-like. Data harga d tiga puncak tertinggi

sampel disajikan pada Tabel 7. Perbandingan harga d puncak-puncak dari

sampel dengan data Mg-Al hydrotalcite standar dari JCPDS secara keseluruhan

disajikan pada Lampiran 11.

Tabel 7. Harga d Tiga Puncak Tertinggi Senyawa Hasil Sintesis

Keterangan Harga d (Å)

Hidrotalsit hasil sintesis 7,48 3,75 2,55

Hidrotalsit standar 7,84 3,91 2,61

Yang et al. (2007) menyebutkan bahwa harga d 7,80 Å merupakan puncak

karakteristik hidrotalsit dengan anion antar lapis berupa CO32-

. Kesesuaian

harga d hasil sintesis dengan harga d untuk anion antar lapis CO32-

menunjukkan bahwa anion penyeimbang muatan pada Mg-Al hydrotalcite-like

sampel adalah CO32-

.

35


commit to user

Analisa kuantitatif dari XRD adalah penentuan kandungan relatif Mg-Al

hydrotalcite-like. Analisa ini dilakukan dengan membandingkan intensitas

relatif (I/I1) puncak-puncak difraktogram Mg-Al hidrotalsit dengan intensitas

relatif seluruh puncak yang ada dalam sampel. Hasil perhitungan persentase

kandungan relatif Mg-Al hidrotalsit dalam sampel adalah 83,082 %.

Perhitungan disajikan pada Lampiran 12.

b. KF/Mg-Al Hydrotalcite-like

Katalis KF/Mg-Al hydrotalcite-like dipreparasi dengan metode grinding

dengan perbandingan berat KF banding Mg-Al hydrotalcite-like sama dengan

8/10. Katalis tersebut dikarakterisasi dengan XRD dan FTIR. Difraktogram

ditunjukkan pada Gambar 12.

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70

2 theta

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

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70

2 theta

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

hydrotalcite-like

b

a

36


commit to user

Gambar 13 menunjukkan bahwa KF berpengaruh pada kristalinitas dari

komposit KF/Mg-Al hydrotalcite-like. Terlihat bahwa puncak-puncak

difraktogram Mg-Al hydrotalcite-like setelah ditambah dengan KF mengalami

penurunan yang signifikan. Hasil data tersebut sangat berbeda bila

dibandingkan dengan penelitian yang dilakukan oleh Gao et al. (2010) yang

juga mensintesis KF/Mg-Al hydrotalcite-like dimana hasil difraktogramnya

masih mempunyai puncak-puncak yang cukup tajam. Hilangnya puncak-puncak

tersebut kemungkinan disebabkan oleh sifat KF/Mg-Al hydrotalcite-like yang

sangat higroskopis sehingga mempunyai puncak-puncak yang rendah.

Kemampuan mengikat air yang kuat berarti bila katalis ini diinteraksikan

dengan metanol maka dimungkinkan katalis ini sangat reaktif terhadap metanol,

karena air dan metanol sama-sama mempunyai gugus hidroksil. Situs aktif dari

KF/Mg-Al hydrotalcite-like yaitu terbentuknya kristal KMgF3 (Gao et al.,

2008). Karena Mg-Al hidrotalsit disintesis dari brine water mengandung Ca+,

dimungkinkan juga terbentuk situs aktif berupa CaAlF5, KCaF3 dan KCaCO3F

yang reaktivitasnya lebih tinggi dari KMgF3 (Gao et al., 2010).

2. Analisis Gugus Fungsi dengan FTIR

Data lain untuk mendukung pembuktian bahwa material yang terbentuk

adalah Mg-Al hydrotalcite-like dengan dilakukan identifikasi gugus-gugus fungsi

yang terkandung dalam senyawa Mg-Al hydrotalcite-like, seperti gugus fungsi ion

hidroksi (OH-) dan ion karbonat (CO3

2-) yang bila dideteksi dengan FTIR akan

menghasilkan puncak-puncak khas untuk ikatan O-H, C-O, Mg-O atau Al-O.

Hasil pengukuran FTIR pada sampel material sintesis Mg-Al hydrotalcite-like,

KF/Mg-Al hydrotalcite-like dan KF tersaji pada Gambar 14.

37


commit to user

4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500

Bilangan gelombang (1/cm)

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

like (c) KF

Tabel 8. Tabulasi Gugus Fungsional Hidrotalsit

Gugus Fungsi Referensi Bilangan Gelombang (v) (cm-1

)

Mg-Al

HTlc

KF/Mg-Al

HTlc

KF

Uluran OH 3400-3500b 3448,72 3425,58 3332,99

Tekukan OH 1650d

1620,21 1620,21 1635,64

Uluran simetris O=C-O 1385a,c

1357,89 1373,32 1381,03

Uluran asimetris O=C-O 1500,5c

1543,05

Tekukan O=C-O 650a 678,94 655,8 617,221

Uluran Mg-O dan

Uluran Al-O

400-600a

(2 puncak)

432,05 dan

555,5

462,92 dan

501,49

493,78 dan

555,5

Uluran KF 1002,58 972,12

Tidak diketahui 1450,47

Sumber : aKannan (1995) dalam Johnson dan Glasser (2003),

bBhaumik, et al.

(2004), cDi Cosimo et al. (1998),

dYang et al. (2007)

c a

b a

a a

38


commit to user

Dari Tabel 8 tampak adanya serapan dengan puncak lebar antara bilangan

3332-3448 cm-1

yang dapat dianggap berasal dari tumpang tindih vibrasi ulur O-H

dari gugus hidroksi di dalam lembaran-lembaran Mg-Al hydrotalcite-like dengan

molekul-molekul air dalam partikel atau dalam antar-lapis. Bilangan gelombang

antara 1620-1633 cm-1

merupakan tekukan OH yang berasal dari molekul air pada

daerah antar-lapis yang terikat dengan anion interlayer. Vibrasi ulur simetris

O=C-O dari CO32-

di daerah antar-lapis muncul pada bilangan gelombang antara

1357-1381 cm-1

dan uluran asimetris O=C-O muncul pada bilangan gelombang

1543,05 cm-1

.

Tekukan O=C-O dari CO32-

pada puncak dengan bilangan

gelombang 617-678 cm-1

. Hasil penelitian Davydov (1984) dan Shiddiq (2005)

menyebutkan bahwa puncak pada bilangan gelombang ± 500 cm-1

merupakan

uluran Al-O sehingga puncak pada bilangan antara 501-555 cm-1

dapat diartikan

sebagai vibrasi ulur Al-O dan pada bilangan gelombang 432-493 cm-1

sebagai

vibrasi ulur Mg-O. Campuran KF dan Mg-Al hydrotalcite-like ditandai adanya

vibrasi pada daerah 972-1002 cm-1

yang menunjukkan vibrasi KF. Serapan baru

setelah pencampuran terjadi pada bilangan gelombang 1450 cm-1

, namun peneliti

belum mampu mengungkap serapan tersebut. Serapan tersebut mengindikasikan

adanya perubahan struktur KF.

Analisis spektra FTIR menunjukkan adanya ikatan Mg-O, Al-O serta

gugus hidroksil dan karbonat. Hasil ini mengindikasikan senyawa yang dianalisis

merupakan Mg-Al hydrotalcite-like dengan anion antar lapisan CO32-

yang

mempunyai rumus kimia [Mg1-xAlx(OH)2]x+

[CO3]x/m.nH2O (Heraldy et al., 2006).

3. Analisis Termal dengan TG/DTA

Analisa DTA/TGA pada penelitian ini dilakukan dalam atmosfir udara

dengan laju kenaikan suhu 10 °C/menit dan rentang suhu mulai dari suhu kamar

hingga 500 °C. 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. Hasil analisis termal ditunjukkan oleh Gambar 15.

39


commit to user

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

Berdasarkan kurva TGA pada Gambar 13 dapat diketahui bahwa terjadi

perubahan berat hidrotalsit pada suhu tertentu yang disertai dengan munculnya

puncak endotermik DTA. Penurunan berat pertama sekitar 8 % sampai temperatur

70 °C dan didukung dengan puncak endotermik DTA pada temperatur ±50-70 °C.

Proses ini mengindikasikan pelepasan H2O selama proses dehidrasi. Penurunan

berat kedua sekitar 20 % terjadi pada temperatur 100-230 °C disertai adanya

puncak endotermik DTA pada temperatur ±230 °C yang mengindikasikan

pelepasan H2O dan atau pelepasan OH. Penurunan berat selanjutnya sekitar 28 %

pada temperatur 230-425 °C disertai munculnya puncak endotermik pada

temperatur ±410 °C yang diperkirakan adalah pelepasan CO32-

yang dikaitkan

adanya dehidroksilasi dan dekomposisi interlayer karbonat dengan melepaskan

OH dari air dan CO2. Analisis ini menunjukkan bahwa hidrotalsit hasil sintesis

mengandung gugus OH, H2O, dan CO32-

(Heraldy et al., 2006).

C. Transesterifikasi Minyak Kelapa Sawit

1. Penentuan Bilangan Asam

Sebanyak 10 ml minyak sawit dalam erlenmeyer ditambah 2 tetes

indikator penolftalen, kemudian campuran dititrasi dengan KOH 0,5 N sampai

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

0

20

40

60

80

100

0 100 200 300 400 500

Temperature (C)

Weig

ht

(%)

Temperature (°C)

a

b

40


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 1HNMR minyak sawit

41


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

sehingga geseran kimia juga menjadi terlalu dekat akibatnya puncak-puncak akan

42


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) :

TAGME

MEME

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

43


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

44


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.

45


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.

46

SINTESIS DAN KARAKTERISASI - eprints.uns.ac.ideprints.uns.ac.id/7425/1/216121011201111221.pdf ·...

Documents

Transcript of SINTESIS DAN KARAKTERISASI - eprints.uns.ac.ideprints.uns.ac.id/7425/1/216121011201111221.pdf ·...