pengaruh perbandingan mtbe dan minyak babi (v/v) …/pengaruh... · persyaratan mendapatkan gelar...

PENGARUH PERBANDINGAN MTBE DAN MINYAK BABI (V/V)

TERHADAP WAKTU REAKSI DALAM PEMBUATAN BIODIESEL DARI

MINYAK BABI

Disusun Oleh :

DENNIES AVISHA PILU K

M 0304005

SKRIPSI

Ditulis dan diajukan untuk memenuhi sebagian

persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains Kimia

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2010

Pembimbing I

I.F. Nurcahyo, M

NIP. 19780617 20050

Anggota Tim Penguji :

1. Drs. Mudj

NIP. 19560507 198601 1001

2. M. Widyo Wartono, M

NIP.19701211 200501 2001

ii

HALAMAN PENGESAHAN

Skripsi ini dibimbing oleh :

Pembimbing I

Nurcahyo, M.Si.

NIP. 19780617 200501 1001

Dipertahankan di depan Tim Penguji Skripsi pada :

Hari : Kamis

Tanggal : 28 januari 2010

Anggota Tim Penguji :

jijino Ph.D.

NIP. 19560507 198601 1001

Widyo Wartono, M.Si

NIP.19701211 200501 2001

Disahkan oleh

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Sebelas Maret Surakarta

Ketua Jurusan Kimia

Prof. Drs. Sentot Budi Rahardjo, PhD

NIP. 19560507 198601 1001

HALAMAN PENGESAHAN

Skripsi ini dibimbing oleh :

Pembimbing II

Yuniawan Hidayat, M.Si

NIP. 19790605 200501 1001

Dipertahankan di depan Tim Penguji Skripsi pada :

: Kamis

: 28 januari 2010

1.

2.

Disahkan oleh

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

elas Maret Surakarta

Ketua Jurusan Kimia

Prof. Drs. Sentot Budi Rahardjo, PhD

NIP. 19560507 198601 1001

Si.

NIP. 19790605 200501 1001

iii

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul “PENGARUH

PERBANDINGAN MTBE DAN MINYAK BABI (V/V) TERHADAP WAKTU

REAKSI DALAM PEMBUATAN BIODIESEL DARI MINYAK BABI” 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, Maret 2010

DENNIES AVISHA PILU K

iv

ABSTRAK

Dennies Avisha Pilu Kalbuati, 2010. PENGARUH PERBANDINGAN MTBE DAN MINYAK BABI (V/V) TERHADAP WAKTU REAKSI DALAM PEMBUATAN BIODIESEL DARI MINYAK BABI. Skripsi. Jurusan Kimia. Fakultas MIPA. Universitas Sebelas Maret

Telah dilakukan penelitian pembuatan biodiesel dari minyak babi

menggunakan kopelarut metil tersier butil eter (MTBE). Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan perbandingan volume MTBE dan minyak babi yang menghasilkan biodiesel dengan kemurnian yang optimum dan mendapatkan waktu reaksi pembuatan optimum. Transesterifikasi dilakukan dengan mereaksikan minyak babi dengan metanol 33 % (v/v) dan katalis NaOH 10 % (b/b) pada temperatur kamar. Reaksi dilakukan dengan memvariasi perbandingan volume kopelarut dan volume minyak babi serta memvariasi waktu reaksi. Variasi perbandingan volume tersebut yaitu 0,5 : 1; 1,0 : 1; 1,5 : 1 dan variasi waktu reaksi 10, 30 dan 50 menit. Hasil reaksi diidentifikasi secara kualitatif dan kuantitatif dengan menggunakan spektrometer 1H NMR, sedangkan identifikasi struktur metil ester dilakukan dengan analisis dari data GC-MS. Analisa hasil transesterifikasi dari spektra 1H-NMR diperoleh kondisi optimum pada perbandingan volume kopelarut dengan minyak 0,5:1. Dengan pelebaran variasi waktu reaksi yaitu 4, 6 dan 8 menit pada kondisi tersebut, didapatkan waktu reaksi optimum kurang dari 4 menit dengan kandungan metil ester lebih dari 99%. Kata kunci: transesterifikasi, kopelarut, MTBE

v

ABSTRACT

Dennies Avisha Pilu Kalbuati, 2010. Thesis. Department of Chemistry. Mathematic and Science Faculty. Sebelas Maret University.

The research about Bio diesel Production from Pig Oil Using Methyl Tertier Butyl Ether (MTBE) co-solvent has been conducted. The aims of this research were to obtain the comparison between MTBE and pig oil volume, which has yield bio diesel with optimum purity and to obtain optimum time of reaction. Transesterification was carried out by reacting pig oil with methanol 33 % (v/v) and NaOH catalyst 10 % (w/w) at room temperature. The reaction was committed by applying variations in co-solvent volume and pig oil volume comparison and also variations in time reaction. These volume comparison variations are 0.5:1; 1.0:1; 1.5:1, and time variations are 10, 30 and 50 minutes. The product were quantitatively and qualitatively identified by using 1H-NMR spectrometer, while the identification of methyl ester was performed by data analysis from GC-MS. Analysis of trans-etherification process from 1H-NMR spectrum showed that optimum condition was reach when the comparison between the volume of co-solvent and pig oil is 0.5 : 1. By broadening the time variations to be 2, 4, 6 and 8 minutes with the comparison between the volume of co-solvent and pig oil is 0,5 : 1, it was resulted an optimum time reaction of 4 minutes with methyl ester content more than 99 %. Keywords: transesterification, co-solvent, MTBE

vi

MOTTO

ü “Dan siapa yang bertawakal kepada Allah, maka Dia akan

mencukupinya”.

(Q.S.Ath-Thalaq: 3)

ü “Permudahlah dan jangan mempersulit, berilah kabar gembira dan

jangan membuat mereka lari.”

(sabda Rosulullah Muhammad SAW, diriwayatkan oleh al-Syaikhani

dari Anas)

ü “Menjadi tua itu pasti, menjadi dewasa itu pilihan”

ü “Bergunalah bagi manusia lain, dengan tidak meminta lebih, tetapi

dengan memberi lebih”

ü “Tiada sesuatu apapun yang instant, semua membutuhkan proses”

ü “Untuk mendapatkan sesuatu yang lebih, maka kita harus melakukan

sesuatu yang lebih”

vii

PERSEMBAHAN

Karya ini kupersembahkan kepada:

v Bapak & Ibu yang tercinta

v Kakak dan adikku Mas Ichas & Dik Edwin

yang kusayang

v My Sweetheart who always love me

viii

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 “ Pengaruh Perbandingan MTBE dan Minyak Babi (V/V) terhadap Waktu

Reaksi dalam Pembuatan Biodiesel dari Minyak Babi”. Pada kesempatan ini penulis

ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada:

1. Bapak Prof. Drs. Sutarno, M.Sc, Ph.D selaku Dekan FMIPA UNS

2. Bapak Prof. Drs. Sentot Budi Raharjo, Ph.D selaku Ketua Jurusan Kimia

FMIPA UNS

3. Bapak I.F. Nurcahyo, M.Si selaku Pembimbing I sekaligus ketua Lab Dasar

Kimia FMIPA UNS

4. Bapak Yuniawan Hidayat, M.Si selaku Pembimbing II

5. Ibu Nestri Handayani, MSi.Apt selaku pembimbing akademis

6. Bapak Dr. rer. Nat. A. Heru Wibowo, MSi selaku Ketua Sub-Lab Kimia

Pusat UNS

7. Ketua Lab Kimia Organik FMIPA UGM Yogyakarta

8. Ketua Lab Kimia Instrumen UPI Bandung

9. Bapak-Ibu dosen Jurusan kimia FMIPA UNS

10. Teman-teman MIPA Kimia UNS angkatan 2004

11. Teman-teman seperjuangan Ade, Anis, Eni, Ida, Andi, Hasan yang selalu

membantu, memberi semangat serta dukungan aku dari awal sampai akhir

12. Muhammad Fayyadl who always beside me when ups and down

13. Temen-temen Kost Mutiara yang selalu ada saat suka dan duka, saat senang

maupun susah.

14. AD 2261 QD yang selalu setia menemani kemanapun aku pergi

15. Semua pihak yang telah membantu terlaksananya penelitian dan skripsi yang

tidak bisa penulis sebutkan satu-persatu.

Semoga Allah SWT membalas jerih payah dan pengorbanan yang telah

diberikan dengan balasan yang lebih baik. Amin

ix

Penulis menyadari bahwa banyak kekurangan dalam penukisan skripsi ini.

Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran untuk menyempurnakannya.

Namun demikian, penulis berharap semoga karya ini bermanfaat bagi pembaca.

Surakarta, Maret 2010

Dennies Avisha Pilu K

x

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 ..................................................................................................... x

DAFTAR TABEL............................................................................................ xii

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................ xiii

DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................... xiv

BAB I PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Masalah .................................................................. 1

B. Perumusan Masalah

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

2. Batasan Masalah .......................................................................... 3

3. Rumusan Masalah ........................................................................ 4

C. Tujuan Penelitian ............................................................................. 4

D. Manfaat Penelitian ........................................................................... 4

BAB II LANDASAN TEORI

A. Tinjauan Pustaka

1. Lemak dan Minyak ..................................................................... 5

2. Biodiesel ...................................................................................... 8

3. MTBE........................................................................................... 11

4. Karakterisasi Biodiesel ................................................................ 14

B. Kerangka Pemikiran ......................................................................... 17

C. Hipotesis........................................................................................... 17

xi

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

A. Metode Penelitian ............................................................................ 18

B. Tempat dan Waktu Penelitian .......................................................... 18

C. Alat dan Bahan

1. Alat yang digunakan ................................................................... 18

2. Bahan yang digunakan ................................................................. 19

D. Prosedur Penelitian

1. Pembuatan Biodiesel .................................................................... 20

2. Karakterisasi Biodiesel ................................................................ 21

E. Teknik Pengumpulan Data ............................................................... 21

F. Teknik Analisis Data .. ..................................................................... 22

BAB IV. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

A. Penentuan Asam lemak Bebas ......................................................... 23

B. Transesterifikasi Minyak Babi ......................................................... 23

C. Analisis Hasil Biodiesel Menggunakan 1H NMR ............................ 24

1. Analisa Spektra 1H NMR ............................................................ 24

2. Penentuan Jumlah MTBE optimum ............................................. 27

3. Penentuan waktu reaksi optimum ............................................... 29

D. Analisis Kesalahan Data 1H-NMR.................................................... 30

E. Analisis Hasil Biodiesel Menggunakan GC-MS ............................. 31

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan ..................................................................................... 34

B. Saran ................................................................................................ 34

DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................... 35

xii

DAFTAR TABEL

Tabel 1. Asam-asam lemak jenuh yang terdapat pada tumbuhan dan hewan. ... 7

Tabel 2. Asam-asam lemak tak jenuh yang terdapat pada tumbuhan dan hewan 8

Tabel 3. Sifat Fisika dari Kopelarut ................................................................... 14

Tabel 4. Kandungan Senyawa dalam Biodiesel dengan MTBE (0,5:1) dan

Waktu Reaksi 4 Menit……………………………………………….. 34

Tabel 5. Nilai integrasi untuk masing-masing puncak yang terdapat pada

spektra 1H-NMR biodiesel yang dihasilkan pada volume MTBE 0,5x 43





xiii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1. Bentuk trans pada asam elaidat .................................................... 7

Gambar 2. Bentuk cis pada asam oleat ........................................................... 7

Gambar 3. Reaksi esterifikasi dari asam lemak menjadi metil ester .............. 11

Gambar 4. Mekanisme reaksi transesterifikasi dalam katalis basa. ................ 12

Gambar 5. Reaksi pembuatan MTBE ............................................................. 13

Gambar 6. Spektra 1H-NMR minyak babi awal ............................................. 27

Gambar 7. Spektra H-NMR biodiesel dengan MTBE (1,0 : 1) dan waktu

reaksi 30 menit…………………………………………………... 28

Gambar 8. Spektra H-NMR biodiesel dengan MTBE (0,5 : 1) dan waktu

reaksi 10 menit ............................................................................ 29

Gambar 9. Pengaruh jumlah MTBE terhadap kandungan metil ester............. 30

Gambar 10. Pengaruh waktu reaksi terhadap kandungan metil ester................ 32

Gambar 11. Kromatogram GC-MS Ester minyak babi dengan MTBE 0,5 : 1

pada waktu reaksi 4 menit………………………………………. 33

xiv

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Perhitungan Bilangan Asam ...................................................... 38

Lampiran 2. Spektra 1H-NMR untuk MTBE 0,5x variasi waktu 10 menit,

30 menit, dan 50 menit ............................................................... 39


30 menit, dan 50 menit ............................................................... 40


30 menit, dan 50 menit ............................................................... 41

Lampiran 5. Spektra 1H-NMR saat pelebaran variasi waktu pada variasi

MTBE 0,5x.............................................................................. 42

Lampiran 6. Tabel nilai integrasi untuk masing-masing puncak yang terdapat

pada spektra 1H-NMR biodiesel yang dihasilkan pada volume

MTBE 0,5x…………………………………………………….. 43



MTBE 1,0x…………………………………………………….. 44



MTBE 1,5x…………………………………………………….. 45

Lampiran 9. Kondisi Alat Gas Spektrometer Massa (GC-MS)………………. 46

Lampiran 10. Hasil Kromatografi Gas Spektrometer Massa (GC-MS) dengan

perbandingan MTBE (0,5 : 1) dan waktu reaksi 4 menit………. 46

Lampiran 11. Fragmentasi senyawa 1 (metil ester dodekanoat)……………… 47

Lampiran 12. Fragmentasi senyawa 2 (metil ester tetradekanoat)…………… 48

Lampiran 13. Fragmentasi senyawa 3 (metil ester 9-heksadekenoat)……….. 49

Lampiran 14. Fragmentasi senyawa 4 (metil ester heksadekanoat)………….. 50

Lampiran 15. Fragmentasi senyawa 6 (metil ester 9-oktadekenoat (z))……..... 51

Lampiran 17. Fragmentasi senyawa 7 (metil ester oktadekanoat)……………. 53

Lampiran 18. Fragmentasi senyawa 8 (metil ester arachidonat)……………… 54

xv

Lampiran 19. Fragmentasi senyawa 9 (metil ester 11-eicosenoat)………….... 55

Lampiran 20. Fragmentasi senyawa 10 (ester 1,2-benzena dikarboksilat)…… 57

xvi

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Masalah

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). Lemak hewan yang biasa digunakan meliputi lemak babi, lemak

ayam, lemak sapi, dan juga lemak yang berasal dari ikan (Wibisono, 2007).

Pembuatan biodiesel dengan bahan baku lemak hewan belum banyak diteliti,

menurut Winarno (1997) biodiesel hasil konversi trigliserida dari lemak hewan

umumnya mengandung asam lemak berupa asam palmitat sekitar 15-50 % dari

seluruh asam-asam lemak yang ada, sedangkan jenis lainnya sekitar 25 %

diantaranya asam stearat, dimana jenis asam tersebut juga terkandung dalam

biodiesel dari minyak nabati. Hal ini menunjukkan lemak juga berpotensi sebagai

bahan baku pembuatan biodiesel.

Setyono (2005) telah melakukan pembuatan biodiesel dari lemak babi

menggunakan pereaksi metanol dan katalis asam sulfat. Biodiesel yang dihasilkan

berupa cairan berwarna kuning bening yang berbau seperti minyak goreng.

Identifikasi biodiesel dari data Kromatografi Gas-Spektroskopi Massa (GC-MS)

menunjukkan adanya metil ester. Kandungan metil ester yang diperoleh adalah metil

ester palmitat, metil ester 11,12-eikosadinoat, metil ester 11-oktadekanoat, dan metil

ester stearat. Harjanti (2008) telah melakukan hal yang serupa namun menggunakan

katalis basa natrium. Harjanti (2008) dalam penelitiannya juga memvariasi rasio

volume metanol dengan minyak, dan hasilnya pada rasio volume 33 % minyak telah

habis bereaksi. Karakterisasi biodiesel yang dihasilkan memenuhi standar American

Society fot Testing Materials (ASTM) dan Dirjen Migas.

Guru (2008) seorang ilmuwan dari Turki membuat biodiesel dari sisa-sisa

lemak hewan menggunakan dua katalis yakni H2SO4 0,08 (b/b) dan NaOH 0,01 (b/b)

1

xvii

dengan pereaksi metanol. Prosesnya pembuatannya membutuhkan waktu 2 jam.

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 (30:1 hingga 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,

2007).

Minyak dan metanol tidak saling melarutkan secara sempurna, sehingga

dibutuhkan suhu tinggi untuk membentuk metil ester. Metanolisis minyak kedelai

menggunakan katalis basa dua fasa dengan tetrahidrofuran sebagai kopelarut lebih

cepat dari proses dua fasa. Pembuatan biodiesel menggunakan katalis homogen basa

tanpa kopelarut biasanya menggunakan temperatur sekitar 50-60 °C dan waktu reaksi

sekitar 2 jam (waktunya lama) (Angelo, 2005; Foon, 2004; dan Van Garpen, 2004).

Kopelarut digunakan untuk membentuk satu fasa antara metanol yang bersifat polar

dengan trigliserida yang bersifat nonpolar. Eter merupakan pelarut yang bagus untuk

banyak reaksi organik. Eter siklik dengan masa molar kecil saling larut dengan air

dalam banyak perbandingan dan menjadi kosolven yang bagus dalam sistem

metanol/minyak. Tetrahidrofuran merupakan pilihan terbaik untuk eter siklik.

Pada umumnya penggunaan kopelarut meningkatkan kecepatan reaksi dengan

menjadikan minyak larut dalam metanol sehingga meningkatkan kontak yang terjadi

pada reaktan dan reaksi berada pada satu fase (Ilgen, 2007). Beberapa contoh pelarut

yang biasa digunakan merupakan turunan dari senyawa eter yaitu Tetrahidrofuran

(THF), dietil eter, diisopropil eter dan metil tert-butil eter (MTBE). Metil tert-butil

eter (MTBE) biasa digunakan untuk meningkatkan bilangan oktan pada bahan bakar,

selain itu MTBE mudah dipisahkan dan digunakan lagi dengan metanol.

Sebelumnya, Chi (1999) telah berhasil mensintesis metil ester dari minyak kedelai

dan minyak kelapa sawit menggunakan kopelarut MTBE.

Babi merupakan salah satu binatang ternak yang terdapat di Indonesia,

khususnya Indonesia bagian Timur. Kandungan lemak pada babi cukup tinggi,

2

xviii

sehingga perlu dimanfaatkan agar lebih bernilai ekonomis. Peningkatan nilai

ekonomis dapat ditingkatkan dengan cara melakukan konversi trigliserida dari lemak

babi menjadi suatu biodiesel (Winarno, 1997). Dari uraian diatas perlu adanya

penelitian lebih lanjut untuk memanfaatkan minyak babi. Pada penelitian ini akan

meneliti pembuatan biodiesel dari minyak babi dengan pereaksi metanol dan katalis

basa natrium hidroksida dan MTBE sebagai kopelarut. Biodiesel yang dihasilkan

diidentifikasi menggunakan 1H-NMR dan GC-MS

B. Perumusan Masalah

1. Identifikasi Masalah

Biodiesel dibuat melalui reaksi transesterifikasi minyak atau lemak.

Reaksinya dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu, alkohol yang digunakan, jenis

katalis, temperatur reaksi dan waktu reaksi. Kandungan asam lemak yang tinggi

menyebabkan reaksi penyabunan. Minyak babi mempunyai kandungan asam lemak

yang rendah.

Fakta menunjukkan bahwa reaksi transesterifikasi trigliserida menjadi metil

ester dengan katalis NaOH membutuhkan waktu kurang lebih 2 jam dan temperatur

di atas temperatur kamar. Waktu dan suhu reaksi merupakan pertimbangan penting

dalam pembuatan biodiesel. Perlu waktu yang lama dan suhu yang tinggi disebabkan

kelarutan metanol dalam minyak pada suhu kamar tidak besar, sehingga reaksi

lambat pada suhu kamar. Upaya untuk meningkatkan kelarutan metanol dalam

minyak adalah dengan menambahkan kopelarut. Variasi perbandingan volume

kopelarut terhadap minyak babi serta waktu reaksi perlu diteliti.

2. Batasan Masalah

Berdasarkan identifikasi masalah tersebut, maka dibuat batasan masalah

sebagai berikut :

a. Katalis yang digunakan adalah NaOH sejumlah 1 % berat minyak babi.

b. Metanol yang digunakan adalah 33 % dari volume minyak babi.

c. Variasi kondisi dalam pembuatan biodiesel adalah sebagai berikut:

1) Waktu reaksi yaitu 10, 30, dan 50 menit.

3

xix

2) Perbandingan volume MTBE dengan minyak adalah 0,5 : 1; 1,0 : 1; dan 1,5 :

1.

3. Rumusan Masalah

Berdasarkan identifikasi masalah dan batasan masalah di atas, rumusan

masalah penelitian adalah sebagai berikut :

a. Bagaimana pengaruh perbandingan volume MTBE dan minyak babi terhadap

waktu terbentuknya biodiesel yang dibuat dari minyak babi dengan pereaksi

methanol dan katalis NaOH pada suhu kamar.

b. Bagaimana pengaruh waktu reaksi terhadap kemurnian biodiesel yang dibuat dari

minyak babi dengan pereaksi metanol, katalis NaOH dan kopelarut MTBE pada

suhu kamar.

C. Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut :

1. Mendapatkan kondisi perbandingan volume MTBE dan minyak babi yang

menghasilkan biodiesel dengan kemurnian optimum.

2. Mendapatkan waktu reaksi pembuatan biodiesel dari minyak babi dengan

kopelarut MTBE yang optimum.

D. Manfaat Penelitian

Manfaat dari penelitian ini adalah :

1. Meningkatkan pemanfaatan minyak babi sebagai bahan alternatif pada industri

bahan bakar diesel.

2. Memberi informasi tentang penggunaan MTBE sebagai kopelarut dalam

pembuatan biodiesel.

4

xx

BAB II

LANDASAN TEORI

A. Tinjauan Pustaka

1. Lemak dan Minyak

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 (C2H5OC2H5), kloroform

(CHCl3), benzena dan hidrokarbon lainnya. Lemak dan minyak dapat larut dalam

pelarut tersebut karena mempunyai polaritas yang sama dengan pelarut tersebut

(Herlina, 2002). Lemak dan minyak adalah trigliserida dan triasilgliserol. Trigliserida

banyak diubah menjadi monogliserida dan digliserida, karena baik monogliserida

dan digliserida luas penggunaannya sebagai bahan pengemulsi. Oleh karena itu

trigliserida melalui reaksi transesterifikasi dengan alkohol 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 (Juliati, 2002).

Lemak hewani mengandung banyak sterol yang disebut kolesterol, sedangkan

lemak nabati mengandung fitosterol dan lebih banyak mengandung asam lemak tak

jenuh sehingga umumnya berbentuk cair. Lemak hewani ada yang berbentuk padat

yang biasanya berasal dari lemak hewan darat seperti lemak susu, lemak sapi, lemak

babi. Lemak hewan laut seperti minyak ikan paus, minyak ikan kod, minyak ikan

herring berbentuk cair dan disebut minyak. Bahan pangan hampir semua banyak

mengandung lemak dan minyak, terutama bahan yang berasal dari hewan (Winarno,

1997).

Asam-asam lemak yang ditemukan di alam, biasanya merupakan asam-asam

monokarboksilat dengan rantai yang tidak bercabang dan mempunyai jumlah atom

karbon 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

5

xxi

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,

1994). Bentuk trans asam elaidat (asam trans-9-oktadekenoat) dapat dilihat pada

Gambar 1.

O

HO

Gambar 1. Bentuk trans pada asam elaidat (asam trans-9-oktadekenoat)

Bentuk cis asam oleat (asam cis-9-oktadekenoat) dapat dilihat pada Gambar 2.

O

OH

Gambar 2. Bentuk cis pada asam oleat (asam cis-9-oktadekenoat)

Asam-asam lemak jenuh yang terdapat pada tumbuhan dan hewan dapat

dilihat pada tabel 1.

Tabel 1.Asam-asam lemak jenuh yang terdapat pada tumbuhan dan hewan.

Nama Sistematis Nama Trivial Shorthand

Etanoat

Butanoat

Heksanoat

Oktanoat

Dekanoat

Dodekanoat

Tetradekanoat

Heksadekanoat

Asetat

Butirat

Kaproat

Kaprilat

Kaprat

Laurat

Miristat

Palmitat

2:0

4:0

6:0

8:0

10:0

12:0

14:0

16:0

6 6

xxii

Oktadekanoat

Eikosanoat

Dokosanoat

Stearat

Arachidat

Behenat

18:0

20:0

22:0

Asam-asam lemak tak jenuh yang terdapat pada tumbuhan dan hewan dapat

dilihat pada Tabel 2.

Tabel 2. Asam-asam lemak tak jenuh yang terdapat 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)

Asam-asam lemak mempunyai jumlah atom C genap dari C2 sampai C30 dan

dalam bentuk bebas atau ester dengan gliserol. Asam lemak jenuh yang banyak

ditemukan dalam hewan maupun tumbuhan adalah asam palmitat, yaitu 15-50 % dari

seluruh asam-asam lemak yang ada. Asam stearat terdapat dalam konsentrasi tinggi

pada lemak biji-bijian tanaman tropis dan dalam lemak cadangan beberapa hewan

darat yaitu 25 % dari asam-asam lemak yang ada (Christie, 1982).

Penggolongan asam lemak lebih jauh lagi dapat dilakukan dengan esterifikasi

yang menghasilkan biodiesel atau etil ester, kemudian diikuti dengan identifikasi.

Identifikasi bisa dilakukan dengan cara kromatografi gas, kromatografi lapis tipis,

atau menggunakan spektrofotometer dengan sinar infra merah. Identifikasi ini dapat

digunakan untuk menentukan jumlah dan jenis asam lemak. Dari penelitian-

penelitian dengan sinar infra merah ini diperoleh bahwa ikatan cis lebih sering

terdapat pada ikatan rangkap dalam asam lemak daripada ikatan trans. Isomer trans

dapat terbentuk dalam keadaan panas hidrogenasi, atau karena katalis lain (Christie,

1998).

7

xxiii

2. Biodiesel

Biodiesel adalah bahan bakar alternatif dari bahan mentah terbaharukan

(renewable) selain bahan bakar diesel dari minyak bumi. 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).

Dibanding bahan bakar solar, biodiesel memiliki beberapa keunggulan, yaitu:

1. Biodiesel diproduksi dari bahan pertanian, sehingga dapat diperbaharui.

2. Biodiesel memiliki nilai cetane yang tinggi, volatil rendah, dan bebas sulfur.

3. Ramah lingkungan karena tidak ada emisi SOx.

4. Menurunkan keausan ruang piston karena sifat pelumasan bahan bakar yang

bagus (kemampuan untuk melumasi mesin dan sistem bahan bakar).

5. Aman dalam penyimpanan dan transportasi karena tidak mengandung racun.

6. Meningkatkan nilai produk pertanian.

7. Biodegradabel: jauh lebih mudah terurai oleh mikroorganisme dibandingkan

minyak mineral. Pencemaran akibat tumpahnya biodiesel pada tanah dan air

bisa teratasi secara alami (Park, 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). Asam lemak penyusun lemak babi dapat

diubah menjadi ester-esternya. Ester ini dapat diperoleh dengan mereaksikan

trigliserida dan alkohol fraksi ringan menggunakan katalis asam atau basa. Reaksi

ini dikenal sebagai reaksi pembuatan biodiesel atau disebut juga reaksi alkoholisis

(Alloysius, 1999). Reaksi tersebut merupakan reaksi pertukaran bagian alkohol dari

8

xxiv

suatu ester yang merupakan reaksi dapat balik (reversible) antara ester dan alkohol

sehingga digunakan alkohol awal secara berlebih.

Menurut Bannon (1998), alkohol dengan jumlah atom sedikit mempunyai

kereaktifan lebih besar daripada alkohol dengan jumlah atom karbon lebih banyak.

Banyaknya asam lemak tak jenuh yang terkandung juga berpengaruh terhadap

kelangsungan proses peruraian oleh alkohol. Adanya ikatan rangkap yang terdapat

pada asam lemak tak jenuh menyebabkan trigliserida lebih mudah teresterkan

daripada asam lemak jenuh. Menurut Hart (1983), reaksi pembuatan biodiesel

berjalan lambat sehingga untuk mempercepat reaksi diperlukan suhu dan katalis baik

berupa asam maupun basa.

Adapun pembuatan biodiesel dari minyak hewani ini menggunakan reaksi

transesterifikasi seperti pembuatan biodiesel pada umumnya dengan pretreatment

untuk menurunkan bilangan asam pada minyak. Biodiesel dapat dibuat dari minyak

dengan proses konversi trigliserida dalam minyak tersebut 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 hewani menjadi produk yang terdiri

dari biodiesel dan gliserin (Prakoso, 2008).

Tahapan reaksi dalam pembuatan biodiesel adalah sebagai berikut

a. Esterifikasi

Esterifikasi asam lemak bebas pada minyak hewani merupakan langkah

pertama untuk mengurangi adanya asam lemak bebas. Dengan esterifikasi, asam

lemak bebas dikonversi menjadi metil ester. Hasil yang diperoleh setelah esterifikasi

adalah campuran trigliserida dengan metil ester. Esterifikasi asam lemak bebas dan

metanol dapat dilakukan dengan mudah dan cepat menggunakan katalis asam.

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-

9

xxv

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 3.

RCOOH + CH3OH RCOOCH3 + H2O

Asam lemak metanol metil ester

Gambar 3. Reaksi esterifikasi dari asam lemak menjadi metil ester

Tahap esterifikasi biasanya diikuti dengan tahap transesterfikasi. Namun

sebelum produk hasil esterifikasi diumpankan ke tahap transesterifikasi, air dan

bagian terbesar katalis asam yang dikandungnya harus disingkirkan terlebih dahulu.

b. Transesterifikasi

Minyak 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 %. Selain itu, semua bahan yang akan digunakan harus bebas dari

air. Karena air akan bereaksi dengan katalis, sehingga jumlah katalis menjadi

berkurang. Katalis harus terhindar dari kontak dengan udara agar tidak mengalami

reaksi dengan uap air dan karbon dioksida.

Jika asam lemak bebas dalam minyak berlebih, katalis basa alkali

ditambahkan lebih banyak untuk mengimbangi kenaikan keasaman, tetapi cara ini

juga mengakibatkan pembentukan sabun yang menyebabkan viskositas meningkat

atau pembentukan gel yang mengganggu pemisahan alkil ester dan gliserol

(Freedman, 1984). Menurut Shanta (1992), kondisi transesterifikasi dengan katalis

basa harus bebas air, karena keberadaan air dapat menimbulkan terjadinya reaksi

saponifikasi yang menyebabkan kehilangan asam lemak. Kondisi demikian

dimungkinkan terjadi pada sistem reaksi esterifikasi karena air terkandung dalam

minyak maupun alkohol.

Transesterifikasi dengan katalis basa menggunakan katalis logam alkali

alkoksida dari alkohol. Laju reaksi transesterifikasi dengan katalis basa lebih cepat

jika dibandingkan dengan katalis asam. Karena dalam larutan basa, suatu karbonil

dapat diserang langsung oleh nukleofilik tanpa protonasi sebelumnya. Berdasarkan

alasan ini, proses industri sering menggunakan katalis basa (Supandi, 2003). Di

10

xxvi

dalam reaksinya, gugus alkoksida (:OR) berperan sebagai nukleofil. Reaksi

pembentukan ester dalam kondisi basa suatu ester dengan ion alkoksida adalah reaksi

substitusi nukleofilik melalui pembentukan intermediet tetrahedral seperti pada

Gambar 4.

R C

O

OR' OCH3 R C

O

OR'

OCH3

R C

O

OCH3 OR'

NaOH + CH3OH CH3O Na + H2O

OR' + H2O R'OH + OH

+OH Na NaOH

Gambar 4. Mekanisme reaksi transesterifikasi dalam katalis basa

Reaksi transesterifikasi minyak tumbuh-tumbuhan dengan menggunakan

katalis basa dari alkali umumnya dilakukan mendekati titik didih alkoholnya (Hart,

1983). Transesterifikasi berkatalis basa dalam skala besar akan menghasilkan

konversi ester secara optimum pada suhu kamar. Pada saat penambahan katalisator

suhu sistem akan naik karena reaksi bersifat eksotermis. Alkohol yang sering

digunakan adalah metanol, hal ini karena pada umumnya alkohol dengan atom

karbon sedikit mempunyai kereaktifan lebih besar dari pada alkohol dengan atom

karbon lebih banyak. Akan tetapi ada kecenderungan dimana ester yang dihasilkan

mengalami reaksi penyabunan dengan logam alkali dari katalis yang digunakan.

3. Metil Tert-Butil Eter (MTBE)

Metil tert-butil eter juga (MTBE) dikenal dengan nama lain tert-butil metil

eter dan 2-metoksi-2-metil propana. MTBE merupakan senyawa kimia dengan rumus

molekul C5H12O. MTBE memiliki sifat volatil (mudah menguap), mudah terbakar

dan berwarna jernih serta mudah larut dalam air.

MTBE dibuat dengan mereaksikan metanol dengan metil propana. Reaksi ini

ditemukan di Amerika Serikat pada tahun 1994. Reaksi dapat dilihat pada Gambar 5

dibawah ini

11

xxvii

CH3OH + CH3C(CH3)=CH2 (CH3)3C-O-CH3

Gambar 5. Reaksi pembuatan MTBE

MTBE merupakan zat aditif pada bahan bakar yang digunakan sebagai donor

oksigen dan dapat meningkatkan angka oktan. Namun MTBE ditemukan dapat

mudah memberikan polusi dalam jumlah besar dalam air tanah jika terjadi kebocoran

pada tangki bahan bakar karena sifatnya yang mudah larut dalam air. MTBE juga

digunakan dalam kimia organik sebagai pelarut dengan harga yang relatif tidak

mahal jika dibandingkan dengan dietil eter yang memiliki titik didih rendah dan sulit

larut dalam air (Putrajaya, 2008).

Kopelarut dipilih dalam pembuatan biodiesel untuk membuat sistem satu fasa

yang mampu larut baik dengan metanol yang bersifat polar dan trigliserida yang

bersifat nonpolar, dan bersifat inert selama reaksi. Eter merupakan pelarut ideal

untuk banyak reaksi organik. Eter dapat larut dalam rentang senyawa polar dan

nonpolar, dan memiliki titik didih rendah.

Eter merupakan nonhidroksilik dan tidak dapat membentuk ikatan hidrogen

dalam keadaan murninya. Jika ada donor ikatan hidrogen, eter dapat bertindak

sebagai penerima ikatan hidrogen. Senyawa nonpolar cenderung lebih terlarut dalam

eter dibanding alkohol dengan berat molekul rendah sebab eter tidak memiliki

jaringan ikatan hidrogen untuk diputus oleh senyawa nonpolar. Eter juga biasanya

tidak reaktif terhadap basa kuat. Eter siklik dengan berat molekul rendah saling larut

dengan air dalam banyak perbandingan dan menjadikannya sebagi kopelarut dalam

sistem metanol/minyak. Metanol seperti air yang memiliki sifat polar dan hidrofilik,

hal ini juga yang menjadikan eter siklik bagus sebagai kopelarut. Contoh eter siklik

adalah tertahidrofuran (THF) dan 1,4-dioxan. THF lebih dipilih sebab memiliki titik

didihnya dekat dengan tidih metanol dan dapat di ko-destilasi sehingga diperoleh

kembali di akhir reaksi.

Kopelarut asiklik misalnya dietil eter, metal tert-butul eter, dan diisopropil

eter. Dietil eter sangat tidak larut dengan air dalam semua perbandingan, tetapi saling

larut dengan metanol. Dalam eter siklik pasangan elektron bebas lebih mampu untuk

berikatan hidrogen dibanding asiklik. Hal ini menjadi alasan bahwa keruangan gugus

12

xxviii

alkil dalam eter siklik menghalangi pembentukan ikatan hidrogen dengan molekul air

yang memiliki sifat saling larut yang rendah. Tabel 2 menunjukkan sifat fisik dari

kopelarut.

Tabel 3. Sifat Fisika dari Kopelarut

Kopelarut Titik Didih (°C) Berat Molekul

Tertrahidrofuran 67 72

1,4-dioxan 101 88

Dietil eter 35 74

Diisopropil eter 68 102

Metil tert-butil eter 53 88

Pemilihan kopelarut tergantung dari kemampuan, harga, dan kemungkinan

bahaya selama digunakan. Dietil eter sangat umum digunakan sebagai pelarut tetapi

titik didihnya sekitar 10 °C diatas temperatur kamar yang membuat kemungkinan

bahaya saat digunakan. Metil t-butil eter biasa digunakan sabagai peningkat harga

oktan dalam gasolin untuk meningkatkan sifat bahan bakar. MTBE secara sederhana

mampu dan relatif aman. MTBE mudah didestilasi kembali.

Metil tert-butil eter memiliki kecenderungan lebih rendah dalam membentuk

senyawa organik peroksida yang mudah meledak. Pada kondisi keadaan botol yang

terbuka, dietil eter dan THF berada pada level yang berbahaya sebagai senyawa

peroksida jika dibiarkan selama 1 bulan, berbeda dengan MTBE yang relatif aman

meskipun dibiarkan selama 1 tahun. Karena alasan titik didih yang tinggi ini, MTBE

digunakan sebagai pelarut dalam skala industri karena lebih aman jika dibandingkan

dengan dietil eter, THF, atau eter lain yang lebih sulit dan mahal. Walaupun MTBE

biasa digunakan dalam bidang industri, namun penggunaannya sebagai pelarut dalam

bidang pendidikan masih jarang sebagai contoh penggunaan volume MTBE dalam

penelitian lebih sedikit, padahal MTBE bertujuan mengurangi resiko berbahaya

dibanding eter lain, dan juga penggunaan MTBE sebagai pelarut sangat jarang

ditemukan pada literatur prosedur sintetik sebagai pelarut kimia (Fischer, 2005 ).

Pembuatan biodiesel dari minyak kedelai yang dilakukan oleh Chi (1999)

13

xxix

menggunakan kopelarut MTBE terbukti mempercepat reaksi transesterifikasi dengan

hasil 98 % metil ester dalam waktu 8 menit dan pada temperatur kamar.

4. Karakterisasi Biodiesel

a. Kromatografi Gas-Spektroskopi Massa (GC-MS)

Kromatografi adalah salah satu metode pemisahan senyawa untuk

mendapatkan senyawa murni dari senyawa campuran. Pemisahan didasarkan pada

perbedaan distribusi (migrasi) zat dalam dua fasa yang berbeda yaitu fasa diam dan

fasa gerak. Fasa diam biasanya berupa padatan atau cairan yang tertapis (percolated)

pada padatan pendukung (solid support), sedangkan fasa gerak dapat berupa zat cair

atau gas. Perbedaan interaksi senyawa terhadap senyawa lain (zat pada fasa gerak

maupun pada fasa diam) menyebabkan senyawa tersebut berbeda dalam hal

distribusinya dalam fasa gerak maupun dalam fasa diam. Distribusi senyawa

campuran yang terserap dalam fasa diam dan fasa gerak merupakan proses

kesetimbangan.

Kromatografi gas-spektroskopi massa merupakan gabungan dari

kromatografi gas yang menghasilkan pemisahan dari komponen-komponen dalam

campuran dan spektroskopi massa yang merupakan alat untuk mengetahui berat

senyawa dari setiap puncak kromatogram. Pada metode ini komponen-komponen

dalam sampel dipisahkan oleh kromatografi gas dan hasil pemisahan dianalisis oleh

spektroskopi massa. Metode ini digunakan untuk mengidentifikasi sampel campuran

dari beberapa komponen. Puncak-puncak kromatogram memberikan informasi

jumlah komponen yang ada dalam sampel dan spektra dari spektroskopi massa

memberikan kunci-kunci penting dalam proses identifikasi senyawa.

Prinsip dari instrumen ini adalah menguapkan senyawa organik dan

mengionkan uapnya dalam spektroskopi, molekul-molekul organik ditembak dengan

berkas elektron dan diubah menjadi ion-ion bermuatan positif (ion molekul) yang

dapat dipecah menjadi ion-ion yang lebih kecil. Molekul organik mengalami proses

pelepasan satu elektron menghasilkan ion radikal yang mengandung satu elektron

tidak berpasangan. Ion-ion radikal ini akan dipisahkan dalam medan magnet akan

menimbulkan arus ion pada kolektor yang sebanding dengan limpahan relatifnya.

14

xxx

Spektra massa merupakan gambar antara limpahan relatif lawan perbandingan

massa/muatan (m/z) (McLafferty, 1988).

Spektra massa biasanya dibuat dari massa rendah ke massa tinggi. Cara

penyajian yang jelas dari puncak-puncak utama dapat diperoleh dengan membuat

harga massa/muatan (m/z) terhadap kelimpahan relatif. Kelimpahan tersebut disebut

puncak dasar (base peak) dari spektra dan dinyatakan sebagai 100 %. Puncak-puncak

lain mempunyai harga relatif terhadap puncak dasar. Dengan data tersebut dapat

diperkirakan bagaimana struktur molekul awal dari senyawa yang dianalisis

(Cresswell, 1982).

Kromatografi gas-spektroskopi massa ini biasa digunakan untuk analisis

kualitatif senyawa organik yang pada umumnya bersifat dapat diuapkan. Campuran

metil ester hasil transesterifikasi minyak nabati memenuhi kriteria ini sehingga dapat

dianalisis dengan kromatografi gas-spektroskopi massa. Pemisahan yang dihasilkan

dari setiap jenis senyawa yang dianalisis bersifat khas untuk tiap senyawa. Demikian

juga untuk senyawa-senyawa metil ester. Ion-ion pecahan dari metil ester

diakibatkan penataan ulang hidrogen dan pecahan satu ikatan yang dipisahkan dari

gugus C=O.

b. Hidrogen Nuclear Magnetic Resonance (1H-NMR)

Partikel dari atom (elektron-elektron, proton-proton, neutron-neutron) dapat

berputar pada porosnya. Di beberapa atom seperti 12C, perputarannya saling

berpasangan dan berlawanan satu sama lain jadi inti dari atom tidak memiliki spin

pelindung. Akan tetapi di beberapa atom seperti 1H, dan 13C intinya hanya memiliki

sebuah pelindung. Saat inti berada dalam medan magnet, populasi terinisiasi dari

tingkatan energi ditentukan oleh termodinamikanya yang didiskripsikan oleh

distribusi Boltzman.

Sebuah inti dengan spin ½ dalam suatu medan magnet di mana inti ini berada

dalam tingkat energi yang lebih rendah. Inti tersebut akan berputar pada porosnya.

Ketika diberi medan magnet, maka pusat rotasi akan terpresisi mengelilingi medan

magnet. Jika energi magnet diserap oleh inti maka sudut presisi akan berubah dan

menyebabkan perputaran spin berlawanan arah.

15

xxxi

Medan magnet pada inti tidaklah sama dengan medan magnet yang

digunakan, elektron-elektron di sekeliling inti melindunginya dari medan yang ada.

Perbedaan antara medan magnet yang dipakai dengan medan magnet inti disebut

sebagai perisai inti. Medan magnet yang diberikan akan berpengaruh terhadap

pergeseran kimia (chemical shift) karena proton yang memiliki banyak perisai

(shielding) akan semakin sedikit menerima medan magnet yang diberikan. Efek

pergeseran kimia adalah perbedaan frekuensi absorbsi proton akibat perbedaan lokasi

letak atom terikat. Atom C yang semakin terlindung akan mengalami pergeseran

kimia semakin ke kanan atau semakin terperisai sehingga spektra yang terbentuk

akan semakin mendekati tetra metil silan (TMS) yang digunakan sebagai standar.

Puncak spektra 1H-NMR akan mengalami pemecahan dipengaruhi oleh jumlah atom

H tetangga. Jika tidak terdapat atom H maka disebut singlet yang berarti tidak terjadi

pemecahan puncak. Satu atom H disebut duplet dengan pemecahan puncak sebanyak

2 puncak. Demikian juga untuk triplet dan kuartet menunjukkan pemecahan puncak

sebanyak 3 dan 4 (Skoog, 1997).

Untuk mengetahui persentase konversi metil ester yang diperoleh digunakan 1H-NMR. Nilai konversi metil ester (yang dinyatakan sebagai konsentrasi metil

ester) ditentukan dengan rumus:

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).

16

xxxii

B. Kerangka Pemikiran

Pembuatan biodiesel melibatkan reaksi transesterifikasi. Laju reaksi

transesterifikasi dipengaruhi oleh katalis, temperatur dan kelarutan metanol dalam

minyak. Reaksi transesterifikasi dengan katalis basa seperti KOH dan NaOH

membutuhkan waktu kurang lebih 2 jam dan temperatur diatas suhu kamar (50-60

°C). Laju reaksi dalam reaksi transesterifikasi tersebut cukup lambat, hal tersebut

disebabkan karena kelarutan metanol dalam minyak yang rendah. Laju reaksi dalam

reaksi transesterifikasi sebanding dengan tingkat tumbukan antar molekulnya,

dimana semakin tinggi tingkat tumbukan maka laju raksi akan semakin cepat.

Besarnya tingkat tumbukan ini dipengaruhi oleh energi yang diberikan salah satunya

melalui temperatur reaksi, sehingga dibutuhkan suhu tinggi untuk meningkatkan laju

reaksi.

Alternatif lain agar reaksi dapat berjalan lebih cepat pada suhu kamar adalah

dengan penambahan kopelarut MTBE. Ilgen pada tahun 2007 telah menggunakan

kopelarut dalam pembuatan biodiesel menggunakan minyak nabati untuk

mempercepat reaksi transesterifikasi, sehingga dalam studi ini penggunaan kopelarut

dalam minyak hewani juga diperkirakan dapat meningkatkan kecepatan reaksi.

Penambahan kopelarut ini bertujuan untuk mendekatkan sistem polar dan non polar

antara metanol dengan minyak, sehingga akan membantu kontak reaktan keduanya.

Dengan penambahan kopelarut ini mengakibatkan metanol menjadi mudah larut

dalam minyak sehingga laju reaksi semakin besar dalam waktu yang singkat.

Penggunaan MTBE yang berlebihan besar kemungkinan terjadi solvasi oleh MTBE

terhadap reaktan. Bila ini terjadi akan menurunkan laju reaksi transesterifikasi.

C. Hipotesis

1. Semakin besar perbandingan MTBE terhadap minyak babi (v/v) sebagai

kopelarut dalam reaksi pembuatan biodiesel dari minyak babi dengan pereaksi

metanol dan katalis NaOH sampai batas tertentu, maka reaksi dapat berlangsung

lebih singkat pada temperatur kamar.

17

xxxiii

2. Semakin lama waktu yang digunakan dalam reaksi pembuatan biodiesel dari

minyak babi dengan pereaksi metanol, katalis NaOH dan kopelarut MTBE pada

suhu kamar sampai batas tertentu, maka akan dicapai kemurnian yang optimum.

18

xxxiv

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

A. Metode Penelitian

Metode yang akan digunakan dalam penelitian ini adalah metode

eksperimental laboratorium untuk memperoleh data hasil. Pembuatan biodiesel dari

minyak babi menggunakan katalis basa NaOH dan kopelarut MTBE. Kondisi

optimum diperoleh dengan memvariasi perbandingan volume MTBE dengan minyak

dan waktu reaksi. Biodiesel yang diperoleh selanjutnya dikarakterisasi menggunakan 1H NMR dan GC-MS.

B. Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Dasar Kimia yang dilakukan mulai

bulan April sampai September 2009.

C. Alat dan Bahan

1. Alat-alat

Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah :

a. Hot plate

b. Pengaduk magnet

c. Termometer

d. Seperangkat alat refluks

e. Piknometer 25 ml Duran

f. Peralatan gelas pyrex

g. Neraca analitik sartorius Bp-110

h. Pemanas listrik cole palmer

i. Seperangkat alat titrasi

j. Vacuum rotary evaporator

k. GC-MS Shimadzu QP-5050 A

Spesifikasi alat GC-MS :

18

xxxv

1) Panjang kolom : 30 m

2) Diameter kolom : 0,25 mm

l. Saringan kopi

m. Termometer control

n. Spektrometer H-Nuclear Magnetic Resonanse (1H-NMR) frekuensi 60 MHz

o. Lumpang porselin

p. Penggerus Porselin

q. Tabung reaksi

r. Rak tabung reaksi

s. Penjepit Kayu

t. Water pump

u. Buret mikro

2. Bahan-bahan

Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah :

a. Minyak Babi

b. Akuades

c. Metanol (CH3OH) p.a (E. Merck)

d. MTBE (C5H12O) p.a (E. Merck)

e. Natrium Sulfat Anhidrat (Na2SO4)

f. Asam Sulfat (H2SO4) p.a (E. Merck)

g. Metanol (CH3OH) p.a (E. Merck)

h. NaOH p.a (E. Merck)

i. KOH p.a (E. Merck)

j. Indikator PP

k. Kertas pH universal

l. Gas N2

19

xxxvi

D. Prosedur Penelitian

1. Pembuatan Biodiesel

a. Penyaringan minyak babi

Penyaringan dilakukan untuk menghilangkan partikel berukuran besar atau

pengotor yang ada pada minyak babi. Minyak dipanaskan terlebih dahulu pada suhu

30-35 ºC lalu disaring menggunakan saringan kopi.

b. Penentuan bilangan asam

Sebanyak 1 ml minyak dalam erlenmeyer ditambah 2 tetes indikator

penolftalen, kemudian campuran dititrasi dengan KOH 0,005 N menghasilkan warna

merah jambu.

c. Transesterifikasi minyak babi menggunakan kopelarut MTBE

Transesterifikasi dilakukan dengan mereaksikan minyak, metanol dengan

rasio 33 % volume minyak, dan kopelarut MTBE dengan jumlah yang divariasi.

Reaksi transesterifikasi dilakukan pada suhu kamar dengan variasi waktu reaksi pada

masing-masing variasi jumlah kopelarut MTBE. Metanol direaksikan dahulu dengan

katalis NaOH 1 % untuk membentuk NaOCH3. Setelah semua bahan dimasukkan

dalam labu leher tiga, pengadukan dimulai bersamaan dengan penghitungan waktu

reaksi. Variasi waktu dilakukan sekaligus pada suatu variasi jumlah MTBE.

Pengambilan campuran biodiesel dilakukan sesuai waktu reaksi yang diinginkan.

Segera setelah pengambilan langsung dinetralkan menggunakan H2SO4 0,1 M untuk

menghentikan reaksi. pH campuran dicek menggunakan kertas indikator pH.

d. Pencucian dan pemurnian biodiesel

Hasil transesterifikasi kemudian dibiarkan sebentar sehingga terbentuk dua

lapisan. Lapisan atas merupakan metil ester, sedangkan lapisan bawah campuran

gliserol dan sabun serta air. Bagian atas diambil, dan diasamkan menggunakan

H2SO4 0,1 M sampai diperoleh pH + 5. Selanjutnya dicuci menggunakan air

berulang kali sampai diperoleh lapisan bawah yang jernih. Campuran selanjutnya

ditambahkan Na2SO4 anhidrat untuk menghilangkan air. Biodiesel yang bebas air

kemudian dialiri gas N2 dengan suhu 70 ºC sampai tidak berbau metanol dan MTBE.

Biodiesel yang telah bersih siap untuk dikarakterisasi.

20

xxxvii

2. Karakterisasi Biodiesel

Biodiesel yang diperoleh dilakukan uji karakteristik dengan 1H-NMR dan GC-MS.

E. Teknik Pengumpulan Data

Untuk membuktikan hipotesis penelitian, maka dilakukan penelitian dengan

menentukan variabel bebas:

1. Perbandingan volume MTBE terhadap minyak dengan variasi 0,5:1; 1:1;

dan 1,5:1 yang dilambangkan dengan v/v.

2. Waktu reaksi dengan variasi 10, 30, dan 50 menit yang dilambangkan

dengan t (menit).

Variabel bebas di atas dapat digunakan untuk menentukan variabel terikat yaitu

kadar metil ester yang dilambangkan dengan CME (%). Rumus yang digunakan

adalah:

TAG ME

ME ME I 9 I 5

I 5 x 100(%)C

+=

Keterangan : CME = kadar metil ester (%)

IME = nilai integrasi puncak metil ester

ITAG = nilai integrasi puncak triasilgliserol

Kadar metil ester yang diperoleh merupakan variabel terikat yang dilambangkan

dengan CME(%). Dari data yang diperoleh, dapat dibuat tabel kadar metil ester pada

setiap perbandingan MTBE dan waktu reaksi sebagai berikut.

t

(menit)

0,5 : (v/v) 1,0 : 1 (v/v) 1,5 : 1 (v/v)

ITAG IME CME (%) ITAG IME CME (%) ITAG IME CME (%)

10

30

50

Selanjutnya, dibuat grafik dengan plot kadar metil ester (C) Vs waktu (t).

21

xxxviii

Metode ini digunakan untuk mengetahui perbandingan terbaik untuk volume

MTBE terhadap minyak dan waktu reaksi dalam reaksi transesterifikasi.

Selanjutnya dilakukan uji menggunakan GC-MS untuk mengetahui

pemisahan tiap komponen metil ester dalam biodiesel yang akan dibandingkan

dengan standar. Dari uji ini akan diperoleh kromatogram dari GC dan masing-masing

puncak akan dijelaskan menggunakan MS yang dibandingkan dengan standar

sehingga dapat di tentukan jenis metil ester spesifik dari asam lemaknya.

F. Teknik Analisis Data

Analisis menggunakan metode scatter grafic dilakukan dengan plot kadar

metil ester vs waktu untuk berbagai variasi volume MBTE. Dari grafik tersebut dapat

diketahui kondisi MTBE mana yang paling optimum. Kondisi MTBE yang optimum

dapat ditunjukkan dengan grafik yang mencapai puncak tertinggi dalam waktu paling

singkat. Dengan menganalisis lebih lanjut pada kondisi MTBE optimum, akan

didapatkan waktu reaksi optimum. Waktu reaksi optimum adalah waktu paling

singkat untuk mencapai kadar metil ester maksimum (>99%)

Berdasarkan kromatogran GC dan fragmen MS dari masing-masing senyawa

dapat dibuat tabel untuk mengetahui kemiripan senyawa metil ester dengan standar.

Suatu senyawa dikatakan mirip dengan standar jika memiliki berat molekul yang

sama dan memiki pola fragmen yang mirip serta harga SI (indeks kemiripiran) yang

tinggi. Untuk lebih memperkuat dugaan dapat dilihat base peak pada senyawa metil

ester yang memiliki ciri khas pada m/z = 74. Jika kandungan metil ester pada

senyawa biodiesel tinggi maka dimungkinkan konversi trigliserida dalam minyak

babi menjadi metil ester berlangsung besar. Sehingga semakin besar kandungan metil

ester maka kemurnian biodiesel juga semakin besar.

22

xxxix

BAB IV

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

A. Penentuan Asam lemak Bebas dalam Minyak Babi

Penentuan asam lemak bebas minyak babi dilakukan untuk mengetahui

kandungan asam lemak bebas dalam minyak babi. Jika kandungan asam lemak bebas

terlalu tinggi akan mengakibatkan pembentukan sabun (saponifikasi) dan

menimbulkan masalah pada reaksi pembuatan biodiesel. Prosentase asam lemak

bebas pada minyak babi dihitung dari angka asamnya.

Berdasarkan perhitungan (Lampiran 1) didapatkan bilangan asam minyak

babi sebesar 0,3362 mg KOH/gr. Harga tersebut menunjukkan adanya asam lemak

bebas yang rendah dalam minyak babi. Berdasarkan teori, bilangan asam yang

diperbolehkan dalam sistem katalis basa adalah lebih rendah dari 1 mg KOH/gr

sampel (Freedman, 1984). Karena bilangan asam minyak babi rendah, maka tidak

perlu dilakukan penurunan bilangan asam melalui reaksi esterifikasi.

B. Transesterifikasi Minyak Babi Menggunakan Kopelarut MTBE

Reaksi ini menggunakan katalis NaOH 1 % dari berat minyak dan metanol

dengan dengan rasio 33 % volume minyak, serta penambahan kopelarut MTBE.

Reaksi dilakukan pada suhu kamar dengan variasi kopelarut dan waktu reaksi.

Perbandingan volume kopelarut terhadap volume minyak divariasi 0,5:1; 1:1; dan

1,5:1. Transesterifikasi dengan variasi MTBE dilakukan variasi waktu reaksi 10, 30,

dan 50 menit. NaOH yang ditambahkan pada metanol menyebabkan terbentuknya

basa natrium metoksida yang merupakan katalis basa yang efektif untuk mengubah

trigliserida menjadi campuran biodiesel (Gerpen, et al, 2004). Gugus metoksida

(:OCH3) dari Na-metoksida merupakan nukleofil kuat dan langsung menyerang

karbon karbonil. Reaksi ditandai dengan perubahan warna minyak dari kuning jernih

menjadi kuning agak keruh setelah penambahan katalis natrium metoksida. Selama

reaksi dilakukan pengadukan secara kontinyu untuk mempercepat reaksi.

Reaksi terjadi sampai salah satu reaktan mendekati habis namun untuk reaksi

ini sulit atau lama berhenti. Reaksi transesterifikasi dapat dihentikan dengan

23

xl

penambahan asam. Hasil reaksi transesterifikasi didiamkan sampai terbentuk 2

lapisan.

Pemisahan metil ester yang terbentuk dengan campuran senyawa yang lain

dilakukan dengan penambahan air dan asam sulfat. Fungsi penambahan asam adalah

untuk mencegah terjadinya reaksi ion metoksida dengan air menghasilkan ion

hidroksida. Ion hidroksida merupakan nukleofil lebih kuat daripada ion metoksi,

yang dapat menyebabkan terjadinya reaksi hidrolisis membentuk asam lemak.

Pembentukan asam lemak ditandai dengan terbentuknya warna kuning keruh seperti

susu (Setiyono, 2005).

Setelah didiamkan diperoleh dua lapisan, yaitu lapisan atas yang merupakan

campuran metil ester, dan lapisan bawah yang berupa gliserol. Kedua lapisan ini

dapat dipisahkan berdasar berat jenisnya. Lapisan atas diambil dan dicuci dengan air,

kemudian ditambahkan Na2SO4 anhidrat. Sisa pelarut diuapkan dengan pemberian

gas N2.

Produk utama yang diharapkan dari reaksi pembuatan biodiesel ini adalah

metil ester dan produk samping gliserol. Reaksi transesterifikasi biodiesel pada

minyak babi dengan pereaksi metanol dan kopelarut MTBE menghasilkan cairan

yang berwarna kuning bening dan tidak berbau. Pada saat reaksi transesterifikasi

terlihat terjadinya reaksi saponifikasi, dan juga saat pencucian terjadi emulsi ketika

biodiesel diekstraksi menggunakan akuades. Emulsi tersebut merupakan sabun hasil

reaksi antara trigliserida dengan ion hidroksi yang terdapat dalam sistem reaksi

transesterifikasi. Emulsi yang terjadi berwarna putih dan memerlukan waktu

pemisahan yang lama. Cairan warna kuning bening yang tidak berbau yang

dihasilkan di analisa dengan 1H-NMR dan GC-MS untuk mengetahui senyawa apa

saja yang terdapat dalam biodiesel hasil konversi minyak babi.

C. Analisis Hasil Biodiesel menggunakan 1H-NMR

1. Analisis spektra 1H-NMR

Analisis menggunakan H-NMR bertujuan untuk dapat mengetahui seberapa

besar kemurnian biodiesel yang diperoleh dari hasil reaksi transesterifikasi minyak.

24

xli

Kemurnian ini dilihat dari besarnya prosentase metil ester yang terbentuk. Analisis

ini dilakukan pada semua rasio waktu dan volume MTBE yang digunakan.

Gambar 6 . Spektra 1H-NMR minyak babi awal

Proton di sekitar gugus gliserida ditunjukkan oleh spektra pada daerah 4 – 4,3

ppm, dan proton α-CH2 pada daerah 2,3 ppm. Proton metil ester berada di daerah 3,7

ppm. Berdasar spektra di atas pada minyak babi awal belum terdapat kandungan

metil ester karena tidak didapati puncak spektra didaerah 3,7 ppm.

Spektra yang muncul pada daerah 5 - 6 ppm merupakan proton di sekitar

ikatan rangkap HC=CH pada rantai panjang asam lemak, posisinya berada paling

jauh dari TMS, karena itu 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 bergabung

25

xlii

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).

Spektra 1H-NMR dari biodiesel yang telah dibuat diperoleh dua jenis spektra

yaitu spektra dengan kandungan metil ester kurang dari 100 % dan spektra dengan

kandungan metil ester 100 %. Kandungan metil ester yang kurang dari 100 %

menunjukkan bahwa dalam biodiesel tersebut masih tedapat gliserida sebagaimana

ditunjukkan oleh Gambar 7.

Gambar 7. Spektra H-NMR biodiesel dengan MTBE (1,0 : 1) dan waktu reaksi 30

menit

Dari spektra diatas dapat dilihat bahwa pada daerah 3,7 ppm terdapat puncak

yang menunjukkan keberadaan proton metil ester. 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

26

xliii

di atas merupakan biodiesel belum murni. Pembentukan metil ester yang sempurna

akan terjadi jika tidak muncul puncak pada daerah 4 – 4,3 ppm, atau daerah sekitar

proton gliserida seperti ditunjukkan pada Gambar 8.

Gambar 8. Spektra H-NMR biodiesel dengan MTBE (0,5 : 1) dan waktu reaksi 10

menit

Pada Gambar di atas sudah tidak terdapat puncak pada daerah 4 – 4,3 ppm

yang merupakan daerah proton gliserida, sehingga biodiesel yang dihasilkan sudah

murni.

2. Penentuan jumlah MTBE optimum

Pembuatan biodiesel dilakukan pada variasi waktu 10, 30, dan 50 menit pada

setiap variasi volume MTBE 0,5; 1,0; dan 1,5. Berdasarkan spektra hasil uji 1H-

NMR dibuat suatu kurva hubungan waktu dan kandungan metil ester pada setiap

variasi, yang dapat dilihat pada gambar berikut:

27

xliv

Gambar 9. Pengaruh jumlah MTBE terhadap kandungan metil ester

Gambar 9 di atas, memperlihatkan kemurnian biodiesel yang terjadi pada setiap

perbandingan volume MTBE dan berbagai variasi waktu.

Dari gambar 9 dapat dilihat bahwa kemurnian biodiesel yang semuanya

hampir mendekati 100 % terjadi pada volume MTBE 0,5 : 1 (dapat dilihat dengan

grafiknya yang mendatar pada daerah kandungan metil ester 100 %). Dari gambar 9

juga terlihat bahwa waktu untuk menghasilkan biodiesel dengan kemurnian tertinggi

lebih dulu dicapai pada volume MTBE 0,5 : 1 dan semakin lama seiring

bertambahnya volume MTBE. Hal ini berarti biodiesel yang paling optimum

dihasilkan pada volume MTBE 0,5 : 1, sehingga kondisi volume MTBE 0,5 : 1

merupakan kondisi yang paling optimum.

Pada volume MTBE lebih dari 0,5 : 1 yaitu 1,0 : 1 dan 1,5 : 1 didapat

kemurnian biodiesel justru semakin menurun seiring bertambahnya volume MTBE,

hal ini dikarenakan semakin banyak penambahan kopelarut justru reaksi tidak

mencapai optimum, karena penambahan kopelarut yang berlebih akan

mengakibatkan tersolvasinya reaktan, sehingga akan membuat kontak antar reaktan

menjadi berkurang. Akibatnya urutan keoptimuman jumlah MTBE menurun seiring

dengan bertambahnya jumlah MTBE. Urutannya adalah sebagai berikut :

MTBE 0,5 : 1 > MTBE 1,0 : 1 > MTBE 1,5 : 1

28

xlv

Hipotesis pertama mengatakan bahwa semakin banyak MTBE yang

digunakan sampai batas tertentu maka reaksi dapat berlangsung singkat, sehingga

jumlah MTBE 0,5 : 1 merupakan batas tertentu tersebut, setelah dilampaui akan

terjadi penurunan kondisi optimum, karena pada jumlah MTBE yang berlebih

menyebabkan tersolvasinya reaktan pada MTBE yang berlebih. Dapat ditarik

kesimpulan bahwa jumlah MTBE optimum adalah pada perbandingan volume 0,5 :

1.

3. Penentuan Waktu Reaksi Optimum Untuk Kondisi Jumlah MTBE Yang Optimum

Dari pembahasan sebelumnya didapat jumlah MTBE optimum pada

perbandingan volume MTBE dan minyak 0,5 : 1. Pada gambar 9 dapat dilihat bahwa

dengan jumlah MTBE 0,5 : 1 dan waktu reaksi 10 menit sudah didapatkan biodiesel

dengan kemurnian 100 %. Dimungkinkan pada waktu kurang dari 10 menit bisa

didapatkan biodiesel dengan kemurnian 100 %, oleh karena itu dirasa perlu

dilakukan pelebaran variasi waktu pada jumlah MTBE pada perbandingan volume

MTBE dan minyak 0,5 : 1. Variasi waktu yang ditambahkan adalah 4, 6, dan 8

menit. Hasil uji H-NMR untuk variasi volume MTBE 0,5 : 1 dalam berbagai waktu

dapat dilihat dalam gambar 10.

Gambar 10. Pengaruh waktu reaksi terhadap kandungan metil ester

29

xlvi

Gambar 10 menunjukkan bahwa pada waktu reaksi 4 menit kemurnian

biodiesel terjadi adalah 100 %. Setelah waktu reaksi 30 menit (gambar 9), ada yang

mengalami penurunan kadar metil ester. Hal ini dimungkinkan ada reaksi balik dari

dari reaksi transesterifikasi. Reaksi berjalan ke kiri dimana metil ester yang terbentuk

menjadi gliserida kembali. Reaksi yang bolak-balik dipengaruhi oleh kondisi

kesetimbangannya. Berdasarkan teori kesetimbangan jika jumlah mol produk lebih

besar dibanding dengan pereaktan, maka reaksi akan berjalan ke kiri.

Hipotesis kedua menyebutkan bahwa semakin lama waktu yang digunakan

dalam reaksi sampai batas tertentu akan dicapai kemurnian yang optimum, sehingga

waktu reaksi 30 menit adalah batas tertentu tersebut. Apabila dilampaui akan terjadi

penurunan kemurnian biodiesel. Dapat disimpulkan bahwa waktu optimum untuk

MTBE dengan perbandingan volume MTBE dan minyak 0,5 : 1 kurang dari 4 menit.

D. Analisis Kesalahan Data 1H-NMR

Dengan menganggap bahwa metil ester yang terbentuk hanya terkonversi dari

trigliserida, maka kenaikan integrasi metil ester dibanding penurunan integrasi

trigliserida (IC-I⁰B)/(I⁰B-IB) harus sama setiap waktu. Pada tabel 5 (lampiran 6) dapat

dilihat bahwa perbandingan kenaikan integrasi metil ester dengan penurunan

integrasi trigliserida (IC-I⁰B)/(I⁰B-IB) pada setiap waktu, mempunyai tingkat kesalahan

yang cukup besar yaitu 31,8. Analisis lebih lanjut terhadap puncak spektra yang

menunjukkan keberadaan metil ester pada variasi kondisi yang menghasilkan kadar

metil ester 100%, diperoleh nilai standar deviasi dan tingkat kesalahan yang besar

yaitu 33,8, sehingga bisa dikatakan data yang diperoleh kurang valid.

Pada menit ke-50 (lampiran 2) terlihat bahwa puncak yang menunjukkan

keberadaan trigliserida muncul kembali. Dugaan semula adalah reaksi berjalan balik

(reversible) pada menit ini. Apabila reaksi berjalan balik maka seharusnya integrasi

metil ester menurun bersamaan dengan munculnya kembali puncak trigliserida, akan

tetapi integrasi metil ester sedikit meningkat dan bisa dikatakan tetap tetapi dengan

tingkat kesalahan 33,8. Sehingga peristiwa ini tidak bisa dikatakan reaksi balik

(reversibel). Fenomena yang terjadi pada menit ke-50 merupakan anomali, hal ini

merupakan suatu bentuk nyata kesalahan yang dibuat alat spektroskopi 1H-NMR

30

yang digunakan. Bisa dikatakan alat yang digunakan kurang baik untuk analisis.

Bentuk-bentuk kesalahan yang lain dapat dilihat pada nilai integrasi yang tidak stabil

(naik-turun) dari puncak metil ester beberapa spektra yang sama

kadar metil ester 100%. Alat Spektoskopi

sebaiknya mempunyai frekuensi 400MHz, sehingga spektra yang dihasilkan akan

lebih baik.

E.

Identifikasi senyawa biodiesel dari

Identifikasi ini dilakukan untuk membuktikan terbentuknya ester dan mengetahui

jenis ester yang terkandung dalam biodiesel. Analisis ini akan menghasilkan puncak

puncak yang masing

yang diidentifikasi dengan GC

optimum. Hasil analisis dengan GC

menggunakan kopelarut MTBE pada kondisi optimum ditunjukkan pada

Gambar 11. Kromatogram GC

xlvii


bentuk kesalahan yang lain dapat dilihat pada nilai integrasi yang tidak stabil

turun) dari puncak metil ester beberapa spektra yang sama

til ester 100%. Alat Spektoskopi 1H


Analisis Hasil Biodiesel Menggunakan Spektroskopi Massa

Identifikasi senyawa biodiesel dari minyak babi dilakukan dengan GC



puncak yang masing-masing akan menunjukkan jenis ester ya

yang diidentifikasi dengan GC-MS adalah biodiesel yang dihasilkan pada kondisi

Hasil analisis dengan GC-MS terhadap biodiesel dari minyak babi

menggunakan kopelarut MTBE pada kondisi optimum ditunjukkan pada

Gambar 11. Kromatogram GC-MS Ester minyak babi dengan MTBE 0,5 : 1 pada

waktu reaksi 4 menit



turun) dari puncak metil ester beberapa spektra yang sama-sama menghasilkan

H-NMR yang digunakan untuk analisis


Analisis Hasil Biodiesel Menggunakan Spektroskopi Massa

minyak babi dilakukan dengan GC



masing akan menunjukkan jenis ester yang spesifik. Biodiesel

MS adalah biodiesel yang dihasilkan pada kondisi

MS terhadap biodiesel dari minyak babi

menggunakan kopelarut MTBE pada kondisi optimum ditunjukkan pada gambar 8.

MS Ester minyak babi dengan MTBE 0,5 : 1 pada waktu reaksi 4 menit



sama menghasilkan

yang digunakan untuk analisis


minyak babi dilakukan dengan GC-MS.


jenis ester yang terkandung dalam biodiesel. Analisis ini akan menghasilkan puncak-

ng spesifik. Biodiesel

MS adalah biodiesel yang dihasilkan pada kondisi

MS terhadap biodiesel dari minyak babi

ambar 8.

MS Ester minyak babi dengan MTBE 0,5 : 1 pada

31

xlviii

Berdasarkan analisis kromatografi gas dengan GC-MS dari biodiesel minyak

babi, dapat diketahui terdapat 17 senyawa utama. Sepuluh senyawa dengan

kandungan tertinggi dianalisa lebih lanjut. Sepuluh senyawa tersebut dapat dilihat

pada Tabel 4.

Tabel 4. Kandungan Senyawa dalam Biodiesel dengan MTBE (0,5:1) dan Waktu Reaksi 4 Menit.

No Nama Senyawa Puncak ke- % senyawa SI

1 Metil Ester Dodekanoat

(Metil Ester Laurat)

3 1,49 96

2 Metil Ester Tetradekanoat

(Metil Ester Miristat)

4 6,87 97

3 Metil Ester 9-Heksadekanoat

(Metil Ester Palmitoleat)

5 7,09 93

4 Metil Ester Heksadekanoat (Metil Ester Palmitat)

6 26,20 96

5 - 8 1,89

6 Metil ester 9-oktadekenoat

(Metil Ester Oleat)

9 33,42 85

7 Metil ester oktadekanoat

(Metil Ester Stearat)

10 12,40 95

8 Metil ester arachidonat 13 0,87 89

9 Metil ester 11-eicosenoat 14 4,75 90

10 Ester 1,2-Benzena dikarboksilat 17 1,31 92

Dari 10 senyawa diatas terdapat 8 senyawa yang benar-benar merupakan

suatu metil ester, yakni Metil ester laurat, Metil ester miristat, Metil palmitoleat,

Metil ester palmitat, Metil ester oleat, Metil ester stearat, Metil ester arachidonat,

Metil ester 11-eicosenoat. Senyawa yang mempunyai luas area terbesar adalah

senyawa nomer 6 (Metil Ester Oleat) yaitu 33,42 %.

Senyawa 5 dikatakan tidak teridentifikasi, karena mempunyai indeks

kemiripan yang kecil yaitu 83. Standar yang ada menunjukkan senyawa 5 adalah

32

xlix

senyawa metil ester triacontanoat dengan berat molekul 466. Apabila menganalisis

suatu sampel dengan GC-MS, senyawa yang muncul pertama adalah senyawa

dengan berat molekul kecil dan senyawa yang muncul terakhir adalah senyawa

dengan berat molekul besar, sehingga tidak mungkin senyawa dengan berat molekul

sangat besar muncul lebih dulu dari senyawa dengan berat molekul lebih kecil. Oleh

karena itu senyawa 5 kemungkinan besar bukan senyawa metil ester triacontanoat.

33

l

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan

Dari hasil dan pembahasan maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut: 1. Penggunaan MTBE optimum menghasilkan biodiesel dicapai pada

perbandingan MTBE dan minyak 0,5 : 1 (v/v).

2. Waktu yang dibutuhkan untuk mencapai kondisi optimum reaksi

transesterifikasi dengan perbandingan MTBE dan minyak 0,5 : 1 adalah

kurang dari 4 menit.

B. Saran

Berdasarkan hasil penelitian dari percobaan yang telah dilakukan, penulis

memberikan saran sebagai berikut:

1. Spektrometer 1H-NMR yang digunakan untuk menganalisis biodiesel

yang dihasilkan sebaiknya mempunyai frekuensi 400 MHz

34

li

DAFTAR PUSTAKA

Allloysius, H.P., 1999, Kimia Organik, Jilid 2, Edisi ketiga, Erlangga, Jakarta Terjemahan : Organic Chemistry, Fessendens, R.J. and Fessendens, J.S., 1986.

Angelo, C., Pinto, Lilian L. N. Guarieiro, Michelle J. C. Rezenda, Nubia M. Ribeiro, Ednildo A. Torres, Wilson A. Lpoes, Pedro A. de P. Pereira and Ailson B. de Andrade, 2005, Biodiesel: An Overview, J. Braz. Chem. Soc., Vol. 16, No. 6B, 1313-1330.

Bannon, Cecil D., Craske, John D., and Norman, Lynette M., 1988, Limitation Ambient Temperature Methods for the Methanolysis of Triacylglycerols, J. Am. Oil. Chem., Vol. 65 (2).

Chi, Lirong., 1999, The Production of Methyl Esters from Vegetable Oil/ Fatty Acid Mixture. Tesis S2, Jurusan Teknik Kimia, Universitas Toronto.

Christie W.W, 1998, Lipid Analysis, Second revised edition, Pergamon Press, Oxford.

Christie W.W, 1982, Advances in Lipid Methodology-One to Four, The Oily Press, Dundee, Scodlandia.

Cresswell, Clifford, J., Runquist, Olaf, A., Campbel, Malcom, M.,1982, Analisis Spektrum Senyawa Organik Edisi ke 2, ITB press, Bandung.

Fessenden and Fessenden, 1991, Kimia Organik Jilid 1 Edisi ke empat, Erlangga, Jakarta.

Fischer, A., Oehm, C., Selle M., Werner P., 2005. Biotic and abiotic transformations of methyl tertiary butyl ether (MTBE). Environ Sci Pollut Res Int., Vol 12 (6), 381.

Foon, Cheng Sit., May, C,Y., Ngan,M,A., and Hock, C,C., 2004, Kinetics Study on Transesterification of Palm Oil, J. Oil Palm Res., Vol.16 (2), 19-29.

Freedman, B., Pride, E.H., and Mounts, t.L., 1984, Variable Affecting the Yields of Fatty Esters from Transesterified Vegetable Oil, JAOCS, Vol.61 (10), 1643-1683.

Guru, M., Artukoglu, B.D., Keskin, A., and Koca, A., 2008, Biodiesel Production from Waste Animal Fat and Improvement by Synthesized Nickel and Magnesium Additive, Energ Convers Manage., Vol.50 (3), 498-502.

35

lii

Harjanti, Tri. B.S, 2008, Pembuatan Biodiesel dari Lemak Babi dengan Pereaksi Metanol dan Katalis Logam Natrium, Skripsi S1, Jurusan Kimia MIPA, UNS, Surakarta.

Hart, H, 1983. Organic Chemistry, Sixth Edition, Haughton Mifflinco, Michigan.

Herlina, Netti, et. al., 2002, Lemak dan Minyak, Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatra Utara, Medan.

Ilgen, O., Dincer, I., Yildiz, M., Alptekin, E., Boz, N., Canakci, M., Akin, A, N, 2007, Investigation of Biodiesel Production from Canola Oil using Mg-Al Hydrotalcite Catalysts, Turk J. Chem., Vol.31, 509-514.

Juliati, Br. et. al., Ester Asam Lemak, Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatra Utara, Medan.

Knothe, G., 2000, Monitoring a Progressing Transesterification Reaction by Fiber- Optic Near Infrared Spectroscopy with Correlation to 1H Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy, J. Am. Oil Chem. Soc.,Vol.77 (9483), 489–493.

McLafferty, 1988, Interpretasi Spektra Massa. Gadjah Mada University, Yogyakarta.

Padley, FB., Gunstone, F.D., and Harwood, J.L., 1994, Occurrence and Characteristic of Oil and Fat. In Lipid Handbook, p.47-223, London.

Park, Y. M., 2008, The Heterogeneous Catalyst System for The Continuous Conversion of Free fatty Acid in Used Vegetable Oil for The Production of Biodiesel, Catal. Today, Vol.13, 238-243.

Prakoso, T., 2003, Potensi Biodiesel Indonesia. Laboratorium Termofluida dan Sistem Utilitas, Departemen Teknik Kimia ITB, Bandung.

Putrajaya, H., 2008, Antara Bensin, Timbal dan Etanol, http://hematbensinsolar.blog.detik.com/2008/09/26/antarabensin-timbal-dan-etanol-2/ diakses 26 Nopember 2009

Rahayu, M., 2005, Teknologi Proses Produksi Biodiesel dalam Prospek Pengembangan Bio-fuel sebagai Substitusi Bahan Bakar Minyak, www.geocities.com/markal_bppt/publish/biofbbm/biraha.pdf

Setiyono, A., 2005, Pembuatan dan Karakterisasi Biodiesel dari Lemak Babi, Skripsi S1, Jurusan Kimia FMIPA Universitas Sebelas Maret, Surakarta.

Shanta, N. C., 1992, Gas Chromatography of Fatty Acid, J. Chromatogr., Vol 624. hal 317.

36

liii

Skoog, D.A., Holler, F.J & Nieman, A.T., 1997, Principle of Instrumental Analysis, Fifth Edition, New York, Hancourt Brace & Company.

Supandi, 2003, Pembuatan Biodiesel Melalui Transesterifikasi Minyak Kelapa Menggunakan Metanol dengan Katalis Natrium Metoksida (NaOCH3), Skripsi S1, Jurusan Kimia MIPA, UNS, Surakarta

Van, Gerpen, J., Shanks, B., Pruszko, R., 2004, Biodiesel Production Technology, National Renewable Energy Laboratory, Collorado.

Wibisono, A., 2007, Conoco Phillips Produksi Biodiesel dari Lemak Babi, Diakses 27 April 2007

http://openx.detik.com/delivery/avw.php?

Winarno F.G, 1997, Kimia Pangan dan Gizi, Gramedia Pustaka, Jakarta.

.

37

pengaruh perbandingan mtbe dan minyak babi (v/v) …/pengaruh... · persyaratan mendapatkan gelar...

Documents