sintesis dan karakterisasi - core.ac.uk · bapak prof. dr. karna wijaya, m.eng atas bimbingan dan...
TRANSCRIPT
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
SINTESIS DAN KARAKTERISASI
KF/Mg-Al HYDROTALCITE-LIKE DARI BRINE WATER
SEBAGAI KATALIS TRANSESTERIFIKASI
MINYAK KELAPA SAWIT MENJADI BIODIESEL
Disusun Oleh :
RINA SETYAWATI
M0306054
SKRIPSI
Diajukan untuk memenuhi sebagian
persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains
dalam bidang ilmu kimia
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
Juli 2011
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
HALAMAN PENGESAHAN
Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas
Sebelas Maret Surakarta telah mengesahkan skripsi mahasiswa :
Rina Setyawati NIM M0306054, dengan judul “Sintesis dan Karakterisasi
KF/Mg-Al Hydrotalcite-like dari Brine Water sebagai Katalis Transesterifikasi
Minyak Kelapa Sawit menjadi 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
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul
“SINTESIS DAN KARAKTERISASI KF/Mg-Al HYDROTALCITE-LIKE DARI
BRINE WATER SEBAGAI KATALIS TRANSESTERIFIKASI MINYAK
KELAPA SAWIT MENJADI 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
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
SINTESIS DAN KARAKTERISASI
KF/Mg-Al HYDROTALCITE-LIKE DARI BRINE WATER SEBAGAI
KATALIS TRANSESTERIFIKASI MINYAK KELAPA SAWIT
MENJADI BIODIESEL
RINA SETYAWATI
Jurusan Kimia. Fakultas MIPA. Universitas Sebelas Maret
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian tentang sintesis Mg-Al hydrotalcite-like dari
brine water sebagai katalis transesterifikasi. Penelitian ini bertujuan untuk
mengetahui pengaruh penambahan kalium fluorida (KF) pada Mg-Al hidrotalsit
sebagai katalis transesterifikasi minyak kelapa sawit menjadi biodiesel. Pengaruh
berat katalis dan lama waktu reaksi terhadap hasil reaksi transesterifikasi juga
dipelajari.
Mg-Al hidrotalsit disintesis dengan perbandingan mol Mg/Al 2/1
menggunakan metode kopresipitasi. Senyawa hasil sintesis dikarakterisasi
menggunakan XRD, FTIR, dan TG/DTA. Mg-Al hidrotalsit digrinding dengan
kalium fluorida (KF) dengan perbandingan rasio KF/hidrotalsit 8/10. Senyawa
yang diperoleh dikarakterisasi dengan XRD dan FTIR. Senyawa KF/Mg-Al
hidrotalsit digunakan sebagai katalis transesterifikasi minyak kelapa sawit
menjadi biodiesel. Reaksi transesterifikasi dilakukan pada suhu 65 °C dengan
rasio mol metanol/minyak 12:1. Reaksi dilakukan dengan memvariasi berat
katalis 1, 2, 3, 4,5% b/b dan variasi waktu reaksi selama 5, 15, 30, 60, 180 menit.
Biodiesel hasil reaksi diidentifikasi menggunakan analisis spektra 1HNMR.
Konversi biodiesel tertinggi dicapai dengan waktu reaksi 180 menit pada berat
katalis 1 % b/b minyak yaitu sebesar 99,22 %.
Kata kunci : Mg-Al hydrotalcite-like, brine water, katalis, transesterifikasi,
biodiesel
iv
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
SYNTHESIS AND CHARACTERIZATION
KF/Mg-Al HYDROTALCITE-LIKE FROM BRINE WATER
AS CATALYST TRANSESTERIFICATION OF PALM OIL
INTO BIODIESEL
RINA SETYAWATI
Department of Chemistry. Mathematics and Sciences Faculty. Sebelas Maret
University
ABSTRACT
The research about synthesis of Mg-Al hydrotalcite-like from brine water
as catalyst transesterification has been carried out. The purpose of this research
was to know the effect of addition potassium fluoride (KF) in Mg-Al hydrotalcite
as catalyst transesterification of palm oil into biodiesel. The effect of weight
catalyst and reaction time toward the yield of transesterification reaction also
studied.
Mg-Al hydrotalcite was synthesized with Mg/Al molar ratio of 2/1 by
coprecipitation. Synthesized material was characterized by XRD, FTIR, and
TG/DTA. Mg-Al hydrotalcite was grinded by KF with ratio KF/hydrotalcite 8/10.
Material obtained was characterized by XRD and FTIR. KF/Mg-Al hydrotalcite
was used as catalyst transesterification of palm oil into biodiesel.
Transesterification reaction carried out at 65 °C with molar ratio of methanol/oil
12:1. Reaction was performed with variation of weight catalyst 1, 2, 3, 4, 5% w/w
oil and variation of reaction time 5, 15, 30, 60, 180 minutes. Biodiesel was
identified by 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
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
MOTTO
“Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan . Maka apabila engkau
telah selesai (dari suatu urusan), kerjakan dengan sungguh-sungguh (urusan)
yang lain”
(Q.S. Al-Insyirah: 6-7)
“Jadikanlah sabar dan sholat sebagai penolongmu, sesungguhnya
Allah bersama orang-orang yang sabar”
(Q.S. Al Baqarah : 153)
“Yang demikian itu karena sesungguhnya Allah tidak akan mengubah suatu
nikmat yang telah diberikan-Nya kepada suatu kaum, hingga kaum itu mengubah
apa yang ada pada diri mereka sendiri. Sungguh, Allah maha mendengar, Maha
mengetahui”
(QS. Al Anfal: 53)
vi
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
PERSEMBAHAN
Karya ini kupersembahkan kepada :
Ayah dan Ibu tercinta serta
Kakakku tersayang
vii
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah Subhanahu Wa Ta’ala atas
segala rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi
dengan judul “Sintesis dan Karakterisasi KF/Mg-Al Hydrotalcite-like dari Brine
Water Sebagai Katalis Transesterifikasi Minyak Kelapa Sawit Menjadi
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
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL……………………………………..………………... i
HALAMAN PENGESAHAN...………………………………………..….. ii
HALAMAN PERNYATAAN…………………………………………….. iii
HALAMAN ABSTRAK…………………………………………………... iv
HALAMAN ABSTRACT………………………………………………… v
HALAMAN MOTTO……………………………………………………... vi
HALAMAN PERSEMBAHAN…………………………………………… vii
KATA 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
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
7. Biodiesel…………………………………………………... 15
8. Karakterisasi Hidrotalsit dan Biodiesel…………………… 21
B. Kerangka Pemikiran………………………………………… 26
C. Hipotesis…………………………………………………….. 27
BAB III. METODOLOGI PENELITIAN………………………………… 28
A. Metode Penelitian…………………………………………… 28
B. Tempat dan Waktu Penelitian……………………………….. 28
C. Alat dan Bahan……………………………………………… 28
D. Prosedur Penelitian………………………………………….. 29
1. Pembuatan Katalis………………………………………... 29
a. Preparasi Larutan Awal………………………………... 30
b. Preparasi Larutan Prekursor…..………..……………... 30
c. Sintesis Mg-Al Hydrotalcite-like……………………… 30
d. Preparasi Katalis KF/Mg-Al Hydrotalcite-like………... 30
2. Pembuatan Biodiesel.......................................................... 30
a. Penentuan Bilangan Asam…………………………….. 30
b. Transesterifikasi Minyak Kelapa Sawit Menjadi
Biodiesel………………………………………………. 31
c. Pemurnian Biodiesel…………………………............... 31
3. Karakterisasi Biodiesel…………………………………... 31
E. Teknik Pengumpulan Data……………………………...…... 31
F. Teknik Analisis Data………………………………………… 32
BAB IV. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN………………… 33
A. Sintesis KF/Mg-Al Hidrotalsit……………………………… 33
B. Identifikasi Senyawa Hasil Sintesis…………………………. 34
1. Analisis X-Ray Diffraction (XRD)……………………….. 34
2. Analisis Gugus Fungsi 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
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
D. Analisis Biodiesel dengan 1HNMR….……………………… 41
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN………………………………….. 46
A. Kesimpulan.............................................................................. 46
B. Saran........................................................................................ 46
DAFTAR PUSTAKA................................................................................... 47
LAMPIRAN………………………………………………………….......... 54
xi
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
DAFTAR TABEL
Tabel 1. Ion-ion yang Mempengaruhi Salinitas Air Laut.......................... 6
Tabel 2. Asam-Asam Lemak Tak Jenuh pada Tumbuhan dan Hewan….. 13
Tabel 3. Asam-Asam Lemak Jenuh pada Tumbuhan dan Hewan………. 14
Tabel 4. Komposisi Asam Lemak Minyak Inti Kelapa Sawit…………… 14
Tabel 5. Gugus Fungsi Mg-Al Hydrotalcite-like………………………... 25
Tabel 6. Karakteristik Fisik Senyawa Hasil Sintesis……………………..
Tabel 7. Harga 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
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. (a) Brucite - Mg(OH)2 (b) Hydrotalcite - Mg6Al2(OH)16
(CO32-
).4H2O (Hickey, 2001)………………………………… 8
Gambar 2. Representasi skematis (a) Struktur brucite; (b) Struktur
hydrotalcite (Kannan, 2006)…………………………………. 8
Gambar 3. Struktur lapisan kristal senyawa hidrotalsit (Winter, 2006)….. 9
Gambar 4. Struktur molekul monogliserida, digliserida, dan trigliserida.. 16
Gambar 5. Reaksi 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
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
variasi berat katalis selama 3 jam…………………………….. 43
Gambar 19. Kemurnian biodiesel hasil reaksi transesterifikasi dengan
berat katalis 1 % b/b minyak dan variasi waktu…………… 44
xiv
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Perhitungan Sintesis Mg-Al Hydrotalcite-like .……………. 54
Lampiran 2. Perhitungan Transesterifikasi Minyak Kelapa Sawit………. 57
Lampiran 3. Desain Penelitian.................................................................... 58
Lampiran 4. Skema Pembuatan Larutan Awal…………………………… 59
Lampiran 5. Skema Pembuatan Katalis Mg-Al Hydrotalcite-like……..…. 60
Lampiran 6. Skema Pembuatan Katalis KF/Mg-Al Hydrotalcite-like…… 61
Lampiran 7. Skema Penentuan Bilangan Asam Minyak Kelapa Sawit….. 62
Lampiran 8. Skema Transesterifikasi Minyak Sawit Menjadi Biodiesel… 63
Lampiran 9. Data X-Ray diffraction (XRD) Mg-Al Hydrotalcite-like…… 64
Lampiran 10. Data JCPDS Mg-Al Hydrotalcite……………………………… 65
Lampiran 11. Perbandingan Harga d Sampel Mg-Al Hydrotalcite-like
dengan Data JCPDS Hydrotalcite.......................................... 66
Lampiran 12. Perhitungan Persentase Kandungan Mg-Al 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
Lampiran 20. Spektra 1HNMR Biodiesel dengan Berat Katalis
KF/Mg-Al Hydrotalcite-like 2 % dan Waktu Reaksi 3 Jam... 76
Lampiran 21. Spektra 1HNMR Biodiesel dengan Berat Katalis
KF/Mg-Al Hydrotalcite-like 3 % dan Waktu Reaksi 3 Jam.... 77
Lampiran 22. Spektra 1HNMR Biodiesel dengan Berat Katalis
KF/Mg-Al Hydrotalcite-like 4 % dan Waktu Reaksi 3 Jam... 78
xv
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Lampiran 23. Spektra 1HNMR Biodiesel dengan Berat Katalis
KF/Mg-Al Hydrotalcite-like 5 % dan Waktu Reaksi 3 Jam... 79
Lampiran 24. Spektra 1HNMR Biodiesel dengan Waktu Reaksi 5 Menit
dan Berat Katalis KF/Mg-Al Hydrotalcite-like 1 %............ 80
Lampiran 25. Spektra 1HNMR Biodiesel dengan Waktu Reaksi 15 Menit
dan Berat Katalis KF/Mg-Al Hydrotalcite-like 1 %............ 81
Lampiran 26. Spektra 1HNMR Biodiesel dengan Waktu Reaksi 30 Menit
dan Berat Katalis KF/Mg-Al Hydrotalcite-like 1 %............ 82
Lampiran 27. Spektra 1HNMR Biodiesel dengan Waktu Reaksi 60 Menit
dan Berat Katalis KF/Mg-Al Hydrotalcite-like 1 %............ 83
Lampiran 28. Spektra 1HNMR Biodiesel dengan Berat Katalis
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
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Masalah
Dalam proses desalinasi di PLTU, hanya 40% air laut dapat diubah
menjadi air bersih, sedangkan 60% sisanya yang disebut brine water yang
mengandung kadar garam tinggi akan dibuang kembali ke laut sebagai limbah.
Garam-garaman utama yang terdapat dalam air laut adalah klorida (55 %),
natrium (31 %), sulfat (8 %), magnesium (4 %), kalsium (1 %), potasium (1 %)
dan sisanya (kurang dari 1 %) teridiri dari bikarbonat, bromida, asam borak,
strontium dan florida. Kandungan Mg2+
dalam konsentrasi tinggi pada brine water
dapat dimanfaatkan untuk sintesis Mg-Al hydrotalcite-like (HTlc).
Mg-Al hydrotalcite-like (HTlc) telah dikenal sebagai salah satu mineral
yang menarik, prospektif dan menjanjikan karena dapat disintesis dengan mudah
serta berguna dalam berbagai aplikasi (Tong et al., 2003). Dari bahan alam,
Kameda et al. (2000) telah berhasil mensintesis hydrotalcite-like dari air laut
untuk menghilangkan fosfor, sedangkan Oza et al. (2006) berhasil membuat
hydrotalcite dari bittern. Beberapa studi menunjukkan bahwa hydrotalcite-like
terkalsinasi memiliki aktivitas moderat dalam reaksi transesterifikasi (Cantrell et
al., 2005; Xie et al., 2006). Shumaker et al. (2008) menggunakan Li-Al
hydrotalcite-like untuk mengkatalisis minyak kedelai dengan methanol, dan Liu et
al. (2007) menggunakan Mg-Al hydrotalcite-like terkalsinasi untuk mengkatalisis
minyak poultry dengan methanol. Akan tetapi, dalam penelitiannya, katalis Mg-Al
hydrotalcite-like dan juga oksida terkalsinasinya menunjukkan aktivitas yang
rendah selama reaksi antara minyak dan methanol pada temperature rendah
(sekitar titik didih methanol) dibandingkan dengan Li-Al hydrotalcite-like. Untuk
memperbaiki keadaan ini, ke dalam Mg-Al hydrotalcite-like sering ditambahkan
zat-zat aktif agar aktivitas hydrotalcite sebagai katalis akan semakin tinggi. Sun et
al. (2006) melaporkan bahwa katalis KNO3/HT terbukti lebih aktif daripada
katalis KNO3/Al2O3 pada proses metilasi siklopentadiena, sementara Gao et al.
1
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
(2008) dalam reaksi transesterifikasi minyak sawit menjadi biodiesel telah
mencampurkan kalium fluorida (KF) pada Mg-Al hydrotalcite-like dan
menghasilkan metil ester asam lemak mencapai 92%.
Biodiesel merupakan salah satu bahan bakar alternatif dari bahan mentah
terbarukan (renewable). Biodiesel bisa digunakan dengan mudah karena dapat
bercampur dengan segala komposisi dengan minyak solar. Biodiesel merupakan
bahan bakar mesin diesel yang diperoleh dari minyak nabati atau lemak hewani
dan dapat digunakan pada mesin diesel konvensional meskipun tanpa modifikasi
(Rahayu, 2005). Salah satu minyak nabati yang biasa digunakan adalah minyak
sawit.
Minyak kelapa sawit sebagai bahan baku pembuatan metil ester
merupakan bahan alternatif pengganti bahan bakar disel dan termasuk sumber
daya yang dapat diperbaharui (renewable). Proses pengolahan dan pemanfaatan
biodiselnya aman bagi manusia dan lingkungan karena minyak sawit dapat
terbiodegradasi. Konversi minyak kelapa sawit menjadi bentuk metil ester asam
lemak atau biodiesel melalui reaksi transesterifikasi minyak kalapa sawit dengan
metanol serta penambahan katalis, baik katalis basa maupun katalis asam.
Reaksi transesterifikasi dapat dikatalisis dengan katalis asam atau basa.
Katalis asam yang sering digunakan adalah asam sulfat dan asam klorida.
Penggunaan katalis asam membutuhkan waktu refluk yang sangat lama (48-96
jam), perbandingan mol metanol yang dibutuhkan besar (30-150:1). Sedangkan
katalis basa yang sering digunakan adalah kalium hidroksida, natrium hidroksida
dan karbonatnya. Aktivitas katalis basa lebih cepat dibandingkan katalis asam,
katalis asam lebih korosif, sehingga katalis basa lebih disukai dan sering
digunakan (Ilgen et al., 2007). Mg-Al hydrotalcite-like merupakan katalis basa
heterogen yang dapat disintesis dengan cukup mudah.
Mengingat belum adanya pemanfaatan brine water yang mengandung
logam magnesium dalam konsentrasi yang tinggi serta potensi senyawa
hydrotalcite-like yang cukup baik sebagai katalis, akan dilakukan penelitian
sintesis senyawa hydrotalcite-like berbahan dasar Mg2+
dari brine water hasil
2
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
samping proses desalinasi di PLTU dan aplikasinya sebagai katalis
transesterifikasi minyak kelapa sawit menjadi biodiesel.
B. Perumusan Masalah
1. Identifikasi Masalah
Kebasaan katalis Mg-Al hydrotalcite-like tergantung pada perbandingan
molar Mg/Al dan makin banyak kandungan MgO maka makin bersifat basa.
Dalam transesterifikasi rasio molar Mg-Al hydrotalcite-like yang banyak
digunakan adalah antara 2-4. Rasio Mg/Al 2:1 dipilih karena pada rasio tersebut
hidrotalsit mempunyai kristalinitas dan tingkat kebasaan yang tinggi sehingga
berpotensi baik sebagai katalis basa. Jika rasio molar Mg/Al tidak dibatasi akan
menyebabkan hidrotalsit tidak terkristalisasi dengan baik dan kemurniannya
menjadi rendah. Berdasarkan penelitian sebelumnya kondisi optimum untuk
sintesis hidrotalsit dari brine water dicapai dengan rasio Mg/Al = 2,0.
Upaya meningkatkan aktivitas katalis Mg-Al hydrotalcite-like yaitu
kedalamnya ditambahkan zat aktif seperti kalium fluorida (KF). Peningkatan rasio
KF akan memperbesar hasil metil ester tetapi ketika rasio KF mencapai ambang
batas distribusi monolayer maka aktifitas katalis menjadi maksimum dan
aktifitasnya akan menurun seiring dengan kenaikan rasio KF sebab ketika rasio
KF lebih besar dari ambang batas maka akan menutupi sisi aktif yang
mengakibatkan menurunnya aktifitas katalis. Berdasarkan penelitian sebelumnya
kondisi optimum dicapai dengan perbandingan KF 80 % berat/berat Mg-Al
hydrotalcite-like.
Konsentrasi katalis yang semakin besar akan mempercepat reaksi sehingga
laju pembentukan metil ester menjadi lebih cepat. Katalis berlebih tidak dapat
menggeser kesetimbangan untuk meningkatkan konversi biodiesel. Semakin lama
waktu reaksi memperbesar produk karena memperpanjang waktu kontak reaktan
dengan katalis. Namun setelah kesetimbangan tercapai tambahan waktu reaksi
tidak berpengaruh. Pada penelitian sebelumnya diperoleh kondisi optimum reaksi
transesterifikasi dengan perbandingan rasio molar metanol/minyak 12:1 pada
temperature 65 °C.
3
3
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
2. Batasan Masalah
Berdasarkan identifikasi masalah tersebut, maka dibuat batasan masalah
sebagai berikut :
a. Brine Water yang digunakan berasal dari PLTU Tanjung Jati B, Jepara, Jawa
Tengah.
b. Perbandingan Mg/Al yang digunakan dalam katalis adalah 2:1.
c. Katalis yang digunakan adalah KF/Mg-Al hydrotalcite-like dengan
perbandingan KF 80 % berat/berat Mg-Al hydrotalcite-like.
d. Variasi kondisi dalam pembuatan biodiesel adalah sebagai berikut:
1. Berat katalis yang digunakan 1, 2, 3, 4, dan 5 % berat/berat minyak dengan
waktu reaksi 3 jam.
2. Waktu reaksi yaitu 5, 15, 30, 60, dan 180 menit.
3. Perbandingan mol metanol dengan minyak 12:1.
4. Temperatur reaksi pada suhu 65 °C.
3. Rumusan Masalah
Berdasarkan identifikasi masalah dan batasan masalah di atas, rumusan
masalah penelitian adalah sebagai berikut :
a. Bagaimana pengaruh penambahan kalium fluorida (KF) pada katalis Mg-Al
hydrotalcite-like yang disintesis dari brine water terhadap hasil reaksi
transesterifikasi minyak kelapa sawit menjadi biodiesel?
b. Bagaimana pengaruh variasi berat katalis KF/Mg-Al hydrotalcite-like terhadap
hasil reaksi transesterifikasi minyak kelapa sawit menjadi biodiesel?
c. Bagaimana pengaruh variasi waktu terhadap hasil reaksi transesterifikasi
minyak kelapa sawit menjadi biodiesel dengan katalis KF/Mg-Al
hydrotalcite-like?
4
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
C. Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Mengetahui pengaruh penambahan kalium fluorida (KF) pada katalis Mg-Al
hydrotalcite-like yang disintesis dari brine water terhadap hasil transesterifikasi
minyak kelapa sawit menjadi biodiesel.
2. Mengetahui pengaruh variasi berat katalis KF/Mg-Al hydrotalcite-like terhadap
hasil transesterifikasi minyak kelapa sawit menjadi biodiesel.
3. Mengetahui pengaruh variasi waktu reaksi terhadap hasil transesterifikasi
minyak kelapa sawit menjadi biodiesel dengan katalis KF/Mg-Al
hydrotalcite-like.
D. Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah :
1. Memberi alternatif pembuatan katalis Mg-Al hydrotalcite-like dari brine water
yang mengandung Mg2+
.
2. Menambah informasi mengenai katalis KF/Mg-Al hydrotalcite-like yang aktif
dan selektif untuk reaksi transesterifikasi minyak kelapa sawit menjadi
biodesel.
5
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
BAB II
LANDASAN TEORI
A. Tinjauan Pustaka
1. Pengolahan Air Laut dan Komposisi Brine Water
a. Komposisi Kimia Air Laut
Komposisi kimia air laut hampir selalu konstan di wilayah manapun di
dunia ini. Dalam 1000 gram air laut, selain air yang merupakan komponen
terbesar sebanyak 965 gram, terdapat juga sejumlah komponen garam-garam
terlarut (salinitas) sebanyak 35 gram. Dari kadar salinitas tersebut, terdapat
beberapa ion-ion utama. Menurut Anderson (2003), salinitas air laut
dipengaruhi oleh ion-ion seperti yang tercantum pada Tabel 1 di bawah ini :
Tabel 1. Ion-ion yang Mempengaruhi Salinitas Air Laut
Ion-ion Kadar dalam o/oo berat Proporsi Salinitas Total
Klorida (Cl-) 19,345 55,03
Natrium (Na+) 10,752 30,59
Sulfat (SO42-
) 2,701 7,68
Magnesium (Mg2+
) 1,295 3,68
Kalsium (Ca2+
) 0,416 1,18
Kalium (K+) 0,390 1,11
Bilkarbonat (HCO3-) 0,145 0,41
Bromida (Br-) 0,066 0,19
Borat (BO32-
) 0,037 0,08
Stronsium (Sr2+
) 0,013 0,04
Fluorida (F-) 0,001 0,003
Lainnya < 0,001 < 0,001
b. Proses Desalinasi Air Laut
Proses desalinasi air laut adalah proses penghilangan garam-garam atau
pengurangan kadar garam yang ada pada air laut. Hasil dari suatu proses
desalinasi dapat dibagi menjadi dua bagian, yaitu air yang memiliki kadar
6
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
garam rendah yang disebut dengan treated water atau product water,
sedangkan yang lainnya adalah air dengan kadar garam lebih tinggi dari pada
aslinya yang disebut dengan konsentrat brine atau konsentrat saja. Menurut
Younos et al. (2005) ada tiga teknologi yang digunakan dalam proses
desalinasi, yaitu teknologi membran, teknologi termal (distilasi) dan
pendekatan kimiawi. Pemilihan teknologi untuk desalinasi ini sangat
tergantung pada situasi dan kondisi yang ada. Dalam penelitian ini, akan
difokuskan pada brine water hasil proses dengan menggunakan teknologi
membran dengan sistem osmosis balik (reverse osmose).
Osmosis balik adalah suatu proses fisika yang menggunakan fenomena
osmosis, yaitu perbedaan tekanan osmotik antara air garam dengan air murni
untuk menghilangkan garam-garam dari air laut. Dalam proses osmosis balik
ini, suatu tekanan yang lebih besar dari tekanan osmotik diaplikasikan pada air
laut untuk membalikkan aliran melalui pori-pori membran sintesis sehingga
dihasilkan air murni (freshwater). Kemampuan proses osmosis balik ini dapat
mencapai 45.000 mg/L padatan terlarut total (Total Dissolved Solid). Dengan
kemampuannya ini maka teknologi membran osmosis balik sangat sesuai
digunakan untuk menghilangkan garam-garam yang terdapat pada air laut.
2. Hydrotalcite
Hydrotalcite merupakan lempung anionik yang terdiri dari lapisan
bermuatan positif dengan anion interkalat dan molekul air dalam daerah interlayer
(Rajamanthi et al., 2001). Dalam bentuk naturalnya hidrotalsit merupakan suatu
hidroksikarbonat dari magnesium dan aluminium dengan formula
[Mg6Al2(OH)16]2+
CO32-
.4H2O. Lempung anionik yang sering dikenal sebagai
senyawa serupa hydrotalcite (hydrotalcite-like) dituliskan sebagai :
[M2+
1-xM3+
x(OH)2] x+
[Am-
x/m].nH2O
dimana M2+
adalah kation logam divalen (bervalensi dua), seperti 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
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
anion penyeimbang antar lapisan seperti CO32-
, SO42-
, Cl-, NO3
-, atau anion
organik dan n menunjukkan kandungan air dalam daerah interlayer (Yang et al.,
2007). Semua kelompok senyawa yang hampir sama dengan hydrotalcite baik
yang natural maupun sintesis disebut Hydrotalcite-like (HTlc).
Hidrotalsit mempunyai struktur mirip brucite, Mg(OH)2, dengan ion Mg2+
dikelilingi 6 ion OH- secara oktahedral (Kloprongge et al., 2001). Ion 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
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Hydrotalcite adalah salah satu jenis dari senyawa hidroksida ganda
berlapis (Layered Double Hydroxides/LDH). Layered Double Hydroxides adalah
lapisan berstruktur campuran hidroksida logam dengan muatan positif permanen
akibat adanya substitusi isomorfi dengan anion penyeimbang pada daerah antar-
lapisnya. Dengan adanya anion dan molekul air yang terinterkalasi di dalam
daerah interlayer menyebabkan hidrotalsit mempunyai kemampuan pertukaran
anion yang signifikan. Struktur LDH terbentuk dengan menggantikan sepertiga
bagian dari kation divalen pada lapisan hidroksida logam dengan ion trivalen.
Penggantian ini menyebabkan kelebihan muatan positif pada lapisan hidroksida
logam. Daerah antarlapisan hidroksida logam yang satu dengan yang lain akan
dipisahkan oleh suatu interlayer yang merupakan gabungan antara anion dengan
empat molekul H2O yang terikat lemah pada sisi muatan positif yang berlebih
(Arrhenius, 2003).
Hydrotalcite terdiri dari tumpukan lapisan-lapisan hidroksida dari
magnesium dan aluminium yang bermuatan positif sehingga membutuhkan anion
diantara lapisan tersebut (anion interlayer) untuk menyeimbangkan muatannya
(Orthman et al., 2000). Jumlah dan susunan anion penyeimbang muatan di dalam
hidrotalsit ditentukan oleh rasio mol Mg/Al (Newman and Jones, 1998). Rasio ini
berkisar antara 1/1 sampai 4/1. Struktur hidrotalsit dengan anion interlayernya
ditunjukkan pada Gambar 2.
Gambar 3. Struktur lapisan kristal senyawa hidrotalsit (Winter, 2006)
Senyawa hydrotalcite sekarang ini telah banyak dikembangkan karena
potensi yang dimilikinya baik untuk adsorben (Wright, 2002), penukar ion
9
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
(Miyata, 1983) dan sebagai katalis (Kishore and Kannan, 2002; 2004). Wright
(2002) menyebutkan bahwa hidrotalsit memiliki sejumlah sifat yang membuatnya
berpotensi seperti tersebut di atas, diantaranya adalah:
1. Luas permukaan yang cukup besar (100-300 m2/gram).
2. Padatan pendukung yang dapat disisipi oleh logam katalis dengan dispersi
logam pada struktur hidrotalsit yang cukup tinggi.
3. Memiliki efek sinergis antar lapisan.
4. Memiliki memory effect (dapat diregenerasi).
Hydrotalcite sebagai katalis mempunyai beberapa keuntungan diantaranya
proses penanganannya mudah, mudah dipisahkan dengan produk, ramah
lingkungan dan menghasilkan produk yang bagus (Kishore and Kannan, 2002).
Perannya sebagai katalis, senyawa hidrotalsit banyak digunakan dalam berbagai
reaksi yang berkataliskan basa seperti, kondensasi aldol, isomerisasi ikatan
rangkap pada alkena, dan dehidrogenasi 2-propanol (Kishore and Kannan, 2004).
3. Sintesis Hydrotalcite-like (HTlc) Menggunakan Magnesium dari Air Laut
Kameda et al. (2000) telah berhasil membuat hydrotalcite-like dari
magnesium yang berasal dari air laut. Dalam pembuatan Mg-Al hidrotalsit
tersebut, Kameda menggunakan air laut tiruan (artificial seawater) yang
mengandung NaCl, Na2SO4, MgCl2 dan CaCl2.
Sintesis ini diawali dengan membuat larutan awal (starting solution) dari
air laut tiruan dengan cara mengendapkan ion kalsium terlebih dahulu yang
merupakan pengotor menggunakan larutan campuran antara NaHCO3 0,2M dan
Na2CO3 0,1M dengan pengadukan selama 1 jam pada suhu 95°C. Filtrat yang
diperoleh kemudian ditambahkan sumber Aluminium (AlCl3) dengan rasio mol
awal antara Mg dengan Al bervariasi dari 2 sampai 4. Proses berikutnya adalah
penambahan Na2CO3 0,10 M hingga diperoleh pH 10, kemudian larutan ini
diaduk dan dipanaskan selama 1 jam pada suhu 60 °C.
10
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
4. Hydrotalcite-like (HTlc) sebagai Katalis Transesterifikasi
Beberapa studi telah menunjukkan bahwa Mg-Al Layered Double
Hydroxides terkalsinasi memiliki aktivitas moderat dalam reaksi transesterifikasi
(Cantrell et al., 2005; Xie et al., 2006). Corma et al. (2005) telah melaporkan
bahwa Li-Al dan Mg-Al terkalsinasi dapat mengkatalisis gliserol dari metil ester
asam lemak menjadi monogliserida (kebalikan dari sintesis biodesel). Shumaker
et al. (2008) menggunakan Li-Al Layered Double Hydroxides untuk
mengkatalisis minyak kedelai dengan methanol, dan Liu et al. (2007)
menggunakan Mg-Al HTlc terkalsinasi untuk mengkatalisis minyak poultry
dengan metanol. Akan tetapi, dalam penelitiannya, katalis Mg-Al HTlc dan juga
oksida terkalsinasinya, menunjukkan aktivitas yang rendah selama reaksi antara
minyak dan metanol pada temperatur rendah (sekitar titik didih metanol)
dibandingkan dengan Li-Al Layered Double Hydroxides. Untuk memperbaiki
keadaan ini, ke dalam Mg-Al HTlc sering ditambahkan zat-zat aktif agar aktivitas
Mg-Al HTlc sebagai katalis akan semakin tinggi. Sun et al. (2006), telah
melaporkan bahwa katalis KNO3/HT terbukti lebih aktif daripada katalis
KNO3/Al2O3 pada proses metilasi siklopentadiena. Gao et al. (2008) dalam reaksi
transesterifikasi minyak sawit menjadi biodiesel telah mencampurkan KF pada
Mg-Al hidrotalsit dan menghasilkan metil ester asam lemak mencapai 92%.
5. Kalium Fluorida (KF)
Kalium fluorida berada dalam kategori logam alkali halida yang terdiri
dari logam alkali dan halida. Logam alkali termasuk dalam unsur-unsur golongan
IA yaitu dalam rentang grup dari lithium ke fransium yang sangat reaktif dan
peningkatan reaktivitas bergerak turun yaitu dari lithium ke fransium. Pada
reaktivitas tinggi membentuk senyawa ionik yang stabil dengan halogen dari
golongan VIIA dan karenanya disebut logam alkali halida. Kalium fluorida adalah
contoh yang baik untuk logam alkali halida yang khas.
Kalium fluorida (KF) merupakan bubuk kristal putih yang larut dalam air.
Sifatnya beracun dan berbahaya jika terhirup atau dikonsumsi. Bersifat sangat
korosif dan kontak dengan kulit dapat menyebabkan luka bakar.
11
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Gao et al. (2008) dalam reaksi transesterifikasi minyak sawit menjadi
biodiesel telah mencampurkan KF pada Mg-Al hidrotalsit dan menghasilkan metil
ester asam lemak mencapai 92%. Penelitian Gao et al. (2010) menggunakan
kalalis KF/Ca-Mg-Al hidrotalsit dalam reaksi transesterifikasi minyak sawit dan
diperoleh konversi biodiesel sebesar 98 %. Teng et al. (2009) menggunakan
katalis KF/Al2O3 dalam reaksi transesterifikasi minyak kedelai dan diperoleh hasil
biodiesel > 99 %.
6. Minyak Kelapa Sawit
Minyak kelapa sawit dapat dihasilkan dari inti kelapa sawit yang
dinamakan minyak inti kelapa sawit. Minyak kelapa sawit tersusun atas lemak dan
minyak alam yang terdiri atas trigliserida, digliserida dan monogliserida, asam
lemak bebas, moisture, pengotor dan komponen-komponen minor bukan minyak/
lemak yang secara umum disebut dengan senyawa yang tidak tersabunkan.
Pemanfaatan minyak nabati tidak dapat digunakan secara langsung sebagai
bahan bakar mesin diesel (biodiesel). Viskositas minyak nabati yang terlalu tinggi
menyebabkan proses penginjeksian dan atomisasi bahan bakar tidak dapat
berlangsung dengan baik, sehingga akan menghasilkan pembakaran yang kurang
sempurna yang dapat mengakibatkan terbentuknya deposit dalam ruang bakar
(Ahadiat, 1994). Selain itu, proses termal (panas) di dalam mesin menyebabkan
minyak nabati yang merupakan suatu senyawa trigliserida akan terurai menjadi
gliserin dan asam lemak. Asam lemak dapat teroksidasi atau terbakar relatif
sempurna, tetapi dari gliserin akan menghasilkan pembakaran yang kurang
sempurna dan dapat terpolimerisasi menjadi senyawa plastis yang agak padat.
Senyawa ini juga dapat menyebabkan kerusakan pada mesin, karena akan
membentuk deposit pada pompa dan nozzle injector (Surono, 1980). Oleh karena
itu, perlu dilakukan proses konversi minyak nabati kedalam bentuk ester (metil
ester) dari asam lemak minyak nabati melalui proses transesterifikasi.
Lemak dan minyak adalah salah satu kelompok yang termasuk pada
golongan lipid, yaitu senyawa organik yang terdapat di alam serta tidak larut
dalam air, tetapi larut dalam pelarut organik non-polar, misalnya dietil eter
12
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
(C2H5OC2H5), kloroform (CHCl3), benzena dan hidrokarbon lainnya. Lemak dan
minyak dapat larut dalam pelarut tersebut karena mempunyai polaritas yang sama
dengan pelarut tersebut (Herlina et al., 2002). Lemak dan minyak adalah
trigliserida dan triasilgliserol. Trigliserida alami adalah triester dari asam lemak
berantai panjang (C12 sampai C24) dan gliserol, merupakan penyusun utama
lemak hewan dan minyak nabati. Trigliserida juga banyak diubah menjadi
monogliserida dan digliserida, karena baik monogliserida dan digliserida luas
penggunaannya sebagai bahan pengemulsi. Oleh karena itu trigliserida melalui
reaksi transesterifikasi dengan gliserol diubah menjadi monogliserida dan
digliserida dengan bantuan katalis seperti natrium metoksida dan basa lewis
lainnya. Hanya saja proses ini menghasilkan campuran yang terdiri atas 40-80%
monogliserida, 30-40% digliserida 5-10% trigliserida, 0,2-9% asam lemak bebas
dan 4-8% gliserol (Tarigan, 2002).
Asam-asam lemak yang ditemukan di alam biasanya merupakan asam-
asam monokarboksilat dengan rantai yang tidak bercabang dan mempunyai
jumlah atom genap. Asam-asam lemak yang ditemukan di alam dapat dibagi
menjadi dua golongan yaitu asam lemak jenuh dan asam lemak tidak jenuh.
Asam-asam lemak tidak jenuh berbeda dalam jumlah dan posisi ikatan
rangkapnya, dan berbeda dengan asam lemak jenuh dalam bentuk molekul
keseluruhannya. Asam lemak tak jenuh biasanya terdapat dalam bentuk cis karena
itu molekul akan bengkok pada ikatan rangkap, walaupun ada juga asam lemak
tidak jenuh dalam bentuk trans (Padley et al., 1994).
Tabel 2. Asam-Asam Lemak Tak Jenuh pada Tumbuhan dan Hewan
Nama Sistematis Nama Trivial Shorthand
9,12-oktadekadinoat
6,9,12-oktadekatrinoat
9,12,15-oktadekatrinoat
5,8,11,14-eikosatetranoat
5,8,11,14,17-eikosapentanoat
4,7,10,13,16,19-dokosaheksanoat
Linoleat
Gamma-linoleat
Alfa-linoleat
Arachidonat
EPA
DHA
18:2 (n-6)
18:3 (n-6)
18:3 (n-3)
20:4 (n-6)
20:5 (n-3)
22:5 (n-3)
13
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Tabel 3. Asam-Asam Lemak Jenuh pada Tumbuhan dan Hewan
Nama Sistematis Nama Trivial Shorthand
Etanoat Asetat 2:0
Butanoat Butirat 4:0
Heksanoat Kaproat 6:0
Oktanoat Kaprilat 8:0
Dekanoat Kaprat 10:0
Dodekanoat Laurat 12:0
Tetradekanoat Miristat 14:0
Heksadekanoat Palmitat 16:0
Oktadekanoat Stearat 18:0
Eikosanoat Arachidat 20:0
Dokosanoat Behenat 22:0
Asam lemak yang paling dominan pada minyak kelapa sawit adalah asam
palmitat (C16:0 asam lemak jenuh) dan asam oleat (C18:1 asam lemak tak jenuh).
Rata-rata komposisi asam lemak minyak inti kelapa sawit dapat dilihat pada Tabel
4 (Ketaren, 2005).
Tabel 4. Komposisi Asam Lemak Minyak Inti Kelapa Sawit
Asam Lemak Jumlah (%)
Asam Kaprilat -
Asam kaproat -
Asam Miristat 1,1 – 2,5
Asam Palmitat 40 – 46
Asam Stearat 3,6 – 4,7
Asam Oleat 30 – 45
Asam Laurat -
Asam Linoleat 7 – 11
Komposisi yang terdapat dalam minyak nabati terdiri dari trigliserida-
trigliserida asam lemak (mempunyai kandungan terbanyak dalam minyak nabati,
14
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
mencapai sekitar 95%), asam lemak bebas (Free Fatty Acid atau biasa disingkat
dengan FFA), mono- dan digliserida, serta beberapa komponen-komponen lain
seperti phosphoglycerides, vitamin, mineral, atau sulfur. Bahan-bahan mentah
pembuatan biodiesel adalah trigliserida dan asam lemak (Mittelbach et al., 2004).
Minyak nabati yang lazim digunakan dalam produksi biodiesel merupakan
trigliserida yang mengandung asam oleat dan asam linoleat. Lemak yang lazim
digunakan sebagai bahan dasar pembuatan biodiesel merupakan trigliserida yang
mengandung asam palmitat, asam stearat dan asam oleat. (Zappi et al., 2003).
7. Biodiesel
Biodiesel merupakan bahan bakar alternatif dari bahan mentah
terbaharukan (renewable) selain bahan bakar diesel dari minyak bumi. Biodiesel
sebagai bahan bakar non-petroleum umumnya mengandung metil ester asam
lemak atau etil ester asam lemak yang dihasilkan dari transesterifikasi minyak,
dimana komponen utamanya adalah trigliserida dengan metanol atau etanol (Gao
et al., 2008). Biodiesel tersusun dari berbagai macam ester asam lemak yang dapat
diproduksi dari minyak-minyak tumbuhan seperti minyak sawit (palm oil),
minyak kelapa, minyak jarak pagar, minyak biji kapok randu, dan masih ada lebih
dari 30 macam tumbuhan Indonesia yang potensial untuk dijadikan sumber energi
bentuk cair ini (Prakoso, 2003). Selain minyak nabati, biodiesel juga dapat dibuat
dari lemak hewani seperti lemak babi (Harjanti, 2008).
Biodiesel dikenal sebagai produk yang ramah lingkungan, tidak
mencemari udara, mudah terbiodegradasi, dan berasal dari bahan baku yang dapat
diperbaharui. Pada umumnya biodiesel disintesis dari ester asam lemak dengan
rantai karbon antara C6-C22. Biodiesel bisa digunakan dengan mudah karena
dapat bercampur dengan segala komposisi dengan minyak solar, mempunyai sifat-
sifat fisik yang mirip dengan solar biasa sehingga dapat diaplikasikan langsung
untuk mesin-mesin diesel yang ada hampir tanpa modifikasi (Prakoso, 2003).
Bahan-bahan mentah pembuatan biodiesel menurut Mittelbach et al. (2004)
adalah trigliserida dan asam lemak bebas.
15
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
a. Trigliserida merupakan triester dari gliserol dengan asam-asam lemak, yaitu
asam asam karboksilat beratom karbon 6 sampai dengan 30. Trigliserida
banyak terkandung dalam minyak dan lemak. Trigliserida termasuk komponen
terbesar penyusun minyak nabati. Selain trigliserida, terdapat juga
monogliserida dan digliserida. Struktur molekul dari ketiga macam gliserid
tersebut dapat dilihat pada Gambar 3.
O
OH
OH
R
O
O
OH
O
R
O
R
O
O
O
R
O
R
O
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
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Biodegradable: jauh lebih mudah terurai oleh mikroorganisme dibandingkan
minyak mineral. Pencemaran akibat tumpahnya biodiesel pada tanah dan air
bisa teratasi secara alami (Park, 2008).
Adapun pembuatan biodiesel dari minyak yang berasam lemak bebas
tinggi ini menggunakan reaksi transesterifikasi seperti pembuatan biodiesel pada
umumnya dengan pretreatment untuk menurunkan angka asam pada minyak
tersebut. Biodiesel dapat dibuat dari minyak berasam lemak bebas tinggi dengan
proses konversi trigliserida menjadi metil atau etil ester dengan proses yang
disebut transesterifikasi. Proses transesterifikasi mereaksikan alkohol dengan
minyak untuk memutuskan tiga rantai gugus ester dari setiap cabang trigliserida.
Reaksi ini memerlukan panas dan katalis basa untuk mencapai derajat konversi
tinggi dari minyak menjadi produk yang terdiri dari biodiesel dan gliserin.
(Prakoso,2008). Tahapan reaksi dalam pembuatan biodiesel yaitu :
1. Esterifikasi
Esterifikasi adalah tahap konversi dari asam lemak bebas menjadi ester.
Esterifikasi mereaksikan minyak lemak dengan alkohol. Katalis-katalis yang
cocok adalah zat berkarakter asam kuat seperti asam sulfat, asam sulfonat
organik atau resin penukar kation. Asam kuat merupakan katalis-katalis yang
biasa terpilih dalam praktek industrial (Soerawidjaja, 2006). Untuk mendorong
agar reaksi bisa berlangsung ke konversi yang sempurna pada temperatur
rendah (misalnya paling tinggi 120 °C), reaktan metanol harus ditambahkan
dalam jumlah yang sangat berlebih (biasanya lebih besar dari 10 kali nisbah
stoikhiometrik) dan air produk ikutan reaksi harus disingkirkan dari fasa reaksi,
yaitu fasa minyak. Melalui kombinasi-kombinasi yang tepat dari kondisi-
kondisi reaksi dan metode penyingkiran air, konversi sempurna asam-asam
lemak ke ester metilnya dapat dituntaskan dalam waktu 1 sampai beberapa jam.
Reaksi esterifikasi dapat dilihat pada Gambar 5.
RCOOH + CH3OH RCOOCH3
+ H2O
Asam lemak methanol metil ester
Gambar 5. Reaksi esterifikasi dari asam lemak menjadi metil ester
17
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Esterifikasi biasa dilakukan untuk membuat biodiesel dari minyak
berkadar asam lemak bebas tinggi (berangka-asam ≥ 5 mg-KOH/g). Pada tahap
ini, asam lemak bebas akan dikonversikan menjadi metil ester. Tahap
esterifikasi biasa diikuti dengan tahap transesterfikasi. Namun sebelum produk
esterifikasi diumpankan ke tahap transesterifikasi, air dan bagian terbesar
katalis asam yang dikandungnya harus disingkirkan terlebih dahulu.
2. Transesterifikasi
Transesterifikasi adalah tahap konversi dari trigliserida menjadi alkil
ester, melalui reaksi dengan alkohol, dan menghasilkan produk samping yaitu
gliserol. Di antara alkohol-alkohol monohidrik yang menjadi kandidat
sumber/pemasok gugus alkil, metanol adalah yang paling umum digunakan,
karena harganya murah dan reaktifitasnya paling tinggi (sehingga reaksi
disebut metanolisis). Reaksi transesterifikasi trigliserida menjadi metil ester
dapat dilihat pada Gambar 6.
H2C O
HC
C
O
R1
O C
O
R2
H2C O C
O
R3
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
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Mekanisme reaksi transesterifikasi dengan katalis basa dapat dilihat pada
Gambar 7 ( Lee et al., 2009).
ROH + B RO- + BH+
OCR'''
O
H2C
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
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
katalis, sehingga jumlah katalis menjadi berkurang. Katalis harus terhindar
dari kontak dengan udara agar tidak mengalami reaksi dengan uap air dan
karbon dioksida.
b. Pengaruh perbandingan molar alkohol dengan bahan mentah
Secara stoikiometri, jumlah alkohol yang dibutuhkan untuk reaksi
adalah 3 mol untuk setiap 1 mol trigliserida untuk memperoleh 3 mol alkil
ester dan 1 mol gliserol. Perbandingan alkohol dengan minyak nabati 4,8:1
dapat menghasilkan konversi 98% (Bradshaw and Meuly, 1944). Secara
umum ditunjukkan bahwa semakin banyak jumlah alkohol yang digunakan,
maka konversi yang diperoleh juga akan semakin bertambah. Pada rasio
molar 6:1, setelah 1 jam konversi yang dihasilkan adalah 98-99%, sedangkan
pada 3:1 adalah 74-89%. Nilai perbandingan yang terbaik adalah 6:1 karena
dapat memberikan konversi yang maksimum.
c. Pengaruh jenis alkohol
Pada rasio 6:1, metanol akan memberikan perolehan ester yang tertinggi
dibandingkan dengan menggunakan etanol atau butanol.
d. Pengaruh jenis katalis
Alkali katalis (katalis basa) akan mempercepat reaksi transesterifikasi
bila dibandingkan dengan katalis asam. Katalis basa yang paling populer
untuk reaksi transesterifikasi adalah natrium hidroksida (NaOH), kalium
hidroksida (KOH), natrium metoksida (NaOCH3), dan kalium metoksida
(KOCH3). Katalis sejati bagi reaksi sebenarnya adalah ion metilat
(metoksida). Reaksi transesterifikasi akan menghasilkan konversi yang
maksimum dengan jumlah katalis 0,5-1,5%-b minyak nabati. Jumlah katalis
yang efektif untuk reaksi adalah 0,5%-b minyak nabati untuk natrium
metoksida dan 1%-b minyak nabati untuk natrium hidroksida.
e. Pengaruh temperatur
Reaksi transesterifikasi dapat dilakukan pada temperatur 30 - 65° C
(titik didih metanol sekitar 65° C). Semakin tinggi temperatur, konversi yang
diperoleh akan semakin tinggi untuk waktu yang lebih singkat. Untuk waktu
6 menit, pada temperature 60°C konversi telah mencapai 94% sedangkan
20
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
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
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
b. X-Ray Diffractometer (XRD)
Untuk mengetahui kristalinitas suatu zat padat, instrumen yang biasa
digunakan adalah X-ray difraction (XRD). Setiap kristal mempunyai harga d yang
khas sehingga dengan mengetahui harga d maka jenis kristalnya dapat diketahui.
Referensi harga d dan intensitas suatu senyawa dapat diperoleh dari data Joint
Committee on Powder Diffraction Standars (JCPDS) yang bersumber dari
International Centre for Difraction Data (West, 1992). Hidrotalsit dengan anion
antar lapisan berupa CO32-
dicirikan oleh harga d sekitar 7,80 Å. Pencirian ini
disebutkan pula dalam hasil penelitian yang dilakukan oleh Kloprogge, Wharton,
Hickey, dan Frost (2002).
Penelitian Rhee dan Kang (2002) mendapatkan Mg/Al-hidrotalsit dengan
rasio 4, 3, dan 2 dengan nilai d 7,90; 7,82; dan 7,65 Å. Nilai d menurun dengan
meningkatnya kandungan Al. Penelitian Analvis (2010) yang telah mensintesis
Mg-Al hydrotalcite-like dari brine water dengan rasio Mg/Al = 2,0 pada
difraktogram XRD memiliki tiga puncak dengan intensitas tertinggi yaitu pada
harga 2θ sebesar 11,66°, 23,45°, dan 34,57° yang merupakan karakter pada
senyawa hydrotalcite.
Gambar 8. Difraktogram XRD Mg-Al hidrotalsit (a) JCPDS 14-191 (Sharma et
al., 2008), (b) Mg-Al hydrotalcite komersial, (c) Mg-Al hydrotalcite
dari brine water
Persentase kandungan senyawa dalam sampel diketahui dengan
membandingkan intensitas puncak difraksi karena intensitas tersebut sebanding
22
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
dengan fraksi senyawa dalam sampel (Willard et al., 1988). Persentase kandungan
senyawa dalam sampel dihitung dengan rumus:
% kandungan =
%100/
/
1
1
t
s
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
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
d. Pada temperatur 405-508 °C, CO32-
mulai lepas dan terlepas seluruhnya pada
temperatur 508 °C. Pada temperatur ini material menjadi suatu campuran
larutan padatan oksida amorf metastabil.
Salah satu contoh bentuk termogram TG/DTA Mg-Al hydrotalcite seperti
ditunjukkan oleh Gambar 10 (Zhao et al., 2003).
Gambar 9. TG/DTA Mg-Al hydrotalcite
d. Fourier Transform Infra Red (FTIR)
Daerah pengamatan bilangan gelombang spektra infra merah yang biasanya
digunakan untuk mencirikan kurva dari kebanyakan mineral lempung menurut
Tan (1982) adalah:
a. Daerah antara 4000-3000 cm-1
yang diakibatkan oleh getaran ulur dari air yang
terserap dan atau gugus OH oktahedral. Daerah ini disebut daerah gugus
fungsional.
b. Daerah antara 1400-800 yan disebut daerah sidik jari.
Spektra infra merah dari hydrotalcite mempunyai puncak-puncak khas
seperti pada Tabel 5.
24
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Tabel 5. Gugus Fungsi Mg-Al hydrotalcite-like
Gugus Fungsi Bilangan Gelombang (cm-1
)
Uluran OH dan M-O 3400-3500a,b
Tekukan OH 1650d
Uluran simetris O=C-O 1385a,c
Uluran asimetris O=C-O 1500,5c
Tekukan O=C-O 650a
Uluran Mg-O dan Al-O 400-600a (2 puncak)
Sumber : aKannan (1995) dalam Johnson dan Glasser (2003),
bBhaumik, et al
(2004), cDi Cosimo, et al (1998),
dYang et al (2007)
e. Hidrogen Nuclear Magnetic Resonance (1HNMR)
Persentase konversi metil ester yang diperoleh dapat diketahui dengan
menggunakan 1HNMR. Proton disekitar gugus trigliseirda ditunjukkan oleh
puncak pada daerah 4-4,3 ppm. Proton disekitar gugus metil ester ditunjukkan
oleh puncak pada daerah 3,7 ppm. Sedangkan proton α–CH2 ditunjukkan oleh
puncak pada daerah 2,3 ppm. Contoh spektra 1HNMR seperti pada Gambar 4.
Gambar 10. Spektrum 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
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
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
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
transesterifikasi mudah terjadi emulsi yang mengakibatkan pemisahan produk
menjadi sulit sehingga pembentukan gliserol menjadi meningkat dan berdampak
pada penurunan biodiesel yang diperoleh.
Bertambahnya waktu reaksi akan meningkatkan hasil konversi biodiesel.
Peningkatan waktu reaksi memperpanjang waktu kontak reaktan dengan katalis.
Waktu reaksi yang lebih lama membuat reaksi transesterifikasi berpindah menjadi
reaksi keseimbangan dan lebih banyak trigliserida berubah menjadi asam lemak
metil. Jika kesetimbangan reaksi sudah tercapai maka dengan bertambahnya
waktu reaksi tidak akan menguntungkan karena tidak memperbesar hasil. Reaksi
yang terjadi adalah reversible (dapat balik), maka apabila sudah terjadi
kesetimbangan, reaksi akan bergeser ke kiri dan dapat memperkecil produk yang
diperoleh serta meningkatkan pembentukan gliserol.
C. Hipotesis
a. Penambahan kalium fluorida (KF) pada Mg-Al hydrotalcite-like yang
disintesis dari brine water sebagai katalis dalam reaksi transesterifikasi dapat
menaikkan aktifitas katalis dan meningkatkan konversi biodiesel.
b. Semakin besar berat katalis KF/Mg-Al hydrotalcite-like dalam reaksi
transesterifikasi dapat mempercepat laju reaksi dan meningkatkan konversi
biodiesel sampai kondisi optimum.
c. Semakin lama waktu reaksi dalam reaksi transesterifikasi akan
memperpanjang waktu kontak reaktan dengan katalis KF/Mg-Al hydrotalcite-
like dan meningkatkan konversi biodiesel sampai kondisi optimum.
27
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
A. Metode Penelitian
Penelitian ini dilakukan dengan metode eksperimental laboratorium.
Sintesis katalis Mg-Al hydrotalcite-like dari brine water dilakukan dengan
mengendapkan ion kalsium pada kondisi optimumnya. Katalis yang diperoleh
kemudian ditambah dengan KF. Katalis-katalis yang diperoleh dikarakterisasi
menggunakan XRD, FTIR, dan TG-DTA. Pembuatan biodiesel dalam
transeseterifikasi minyak sawit menggunakan katalis KF/Mg-Al hydrotalcite-like.
Kondisi optimum diperoleh dengan memvariasi perbandingan berat katalis
KF/Mg-Al hidrotalsit dan waktu reaksi. Biodiesel yang diperoleh selanjutnya
dikarakterisasi menggunakan 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
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
i. Lumpang porselin
j. Penggerus Porselin
k. Water pump
l. Centrifuge
m. Atomic Absorption Spectrophotometer (AAS)
n. X-Ray Diffractometer (XRD)
o. Thermogravimetric/Differential Thermal Analysis (TG/DTA)
p. Fourier Transform Infra Red (FTIR)
q. Hidrogen Nuclear Magnetic Resonance (HNMR Jeol-MY60)
2. Bahan-bahan
Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah :
a. Brine water (PLTU Tanjung Jati B, Jepara)
b. Akuades (Laboratorium Kimia Pusat MIPA UNS)
c. NaHCO3 p.a (E. Merck)
d. Na2CO3 p.a (E. Merck)
e. AlCl3.6H2O p.a (E. Merck)
f. AgNO3 p.a (E. Merck)
g. KOH p.a (E. Merck)
h. Na2SO4 anhidrat (E. Merck)
i. Kalium Fluorida (KF)
j. Minyak sawit
k. Metanol
l. Indikator PP
m. kertas saring
D. Prosedur Penelitian
1. Pembuatan Katalis
a. Preparasi Larutan Awal
Sampel brine water ditambahkan campuran larutan Na2CO3 0,02 M dan
NaHCO3 0,04 M dengan tetap diaduk selama 1 jam dan dipanaskan pada 95°C
29
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
untuk mengendapkan Ca2+
. Analisis kandungan Ca2+
dan Mg2+
sebelum dan
sesudah pengendapan Ca2+
dengan menggunakan Atomic Absorption
Spectrophotometer (AAS)
b. Preparasi Larutan Prekursor
Sejumlah senyawa AlCl3.6H2O ditambahkan ke dalam larutan awal di atas
dengan perbandingan rasio mol awal antara magnesium dengan aluminium
adalah 2 : 1.
c. Sintesis Mg-Al hydrotalcite-like
Sejumlah larutan Na2CO3 0,1 molar ditambahkan ke dalam 500 mL
larutan prekursor hingga pH 10 dan kemudian larutan ini tetap diaduk selama 1
jam pada suhu 60 °C. Endapan yang diperoleh dicuci dengan akuades sampai
bebas dari ion Cl-. Keberadaan ion Cl
- diketahui dengan menguji filtrat
pencucian dengan AgNO3. Filtrat pencucian yang bebas ion Cl- tidak
menghasilkan endapan putih atau menjadi keruh apabila ditetesi dengan
AgNO3.
Hidrotalsit yang diperoleh disentrifuge dan dikeringkan dengan suhu
110oC selama 6 jam, setelah kering digerus halus sampai melewati 150 mesh.
Katalis yang diperoleh dikarakterisasi menggunakan XRD, FTIR, dan TG-
DTA.
d. Preparasi Katalis KF/ Mg-Al hydrotalcite-like
Hidrotalsit digrinding dengan KF dengan perbandingan perbandingan KF
80 % berat/berat Mg-Al hydrotalcite-like dan ditambahkan beberapa tetes air.
Pasta hasil pencampuran ini kemudian dikeringkan dengan suhu 65 °C selama
satu malam. Katalis yang diperoleh dikarakterisasi menggunakan XRD.
2. Pembuatan Biodesel
a. Penentuan Bilangan Asam
Sebanyak 10 ml minyak sawit dalam erlenmeyer ditambah 2 tetes
indikator fenolftalen, kemudian campuran dititrasi dengan KOH 0,5 N
menghasilkan warna merah jambu. Apabila bilangan asam kurang dari 1 maka
tidak memerlukan proses esterifikasi.
30
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
b. Transesterifikasi Minyak Kelapa Sawit Menjadi Biodiesel
Transesterifikasi minyak sawit menjadi biodiesel dilakukan dengan
mereaksikan minyak dan metanol pada perbandingan 1:12 dengan katalis
KF/Mg-Al hidrotalsit dengan optimasi berat katalis dilakukan dengan variasi
berat katalis 1, 2, 3, 4 dan 5% dari berat minyak selama 3 jam pada suhu 65 °C.
Kemurnian biodiesel dianalisis dengan 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
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
F. Teknik Analisis Data
1. Kandungan Mg2+
dan Ca2+
dalam brine water dapat dianalisis dengan AAS
yang dapat dikonversi kedalam satuan mol logam.
2. Data 3 puncak difraktogram dari hasil analisa XRD senyawa hasil sintesis
dengan intensitas tertinggi dibandingkan dengan data puncak dari Mg-Al
hydrotalcite-like standar dari Joint Committee on Powder Diffraction
Standards (JCPDS). Pembandingan ini untuk memastikan bahwa senyawa
utama hasil sintesis adalah Mg-Al hydrotalcite-like. Persentase kandungan
Mg-Al hydrotalcite-like dalam sampel dapat dihitung dengan membandingkan
jumlah intensitas relative senyawa dalam sampel dengan jumlah intensitas
relatif total sampel.
3. Analisis termal digunakan TG/DTA. DTA akan mendeteksi setiap perubahan
termal yang terkait dengan peristiwa atau reaksi kimia, baik yang berjalan
secara eksotermik maupun endotermik. Sementara itu, TGA mendeteksi setiap
perubahan massa yang terjadi pada cuplikan sebagai akibat dari kenaikan suhu,
baik yang diikuti oleh perubahan fasa kristal maupun tidak.
4. Gugus-gugus fungsi yang ada di dalam Mg-Al hydrotalcite-like diketahui
dengan membandingkan puncak-puncak spektra FTIR Mg-Al hidrotalsit
dengan referensi. Berdasarkan strukturnya Mg-Al hydrotalcite-like memiliki
gugus fungsi M-O, O-C-O, karbonat, dan O-H dari lapisan hidroksida maupun
interlayer.
6. Kandungan metil ester dihitung dari nilai integrasi puncak berdasarkan spektra
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
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
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
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
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
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
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
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
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
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
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
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
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
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
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
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
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
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
menghasilkan warna merah jambu. Volume KOH yang dibutuhkan adalah 0,3 ml
dan diperoleh bilangan asam sebesar 0,9379 sehingga tidak memerlukan proses
esterifikasi. Perhitungan bilangan asam dapat dilihat pada Lampiran 2. Jika
bilangan asam lebih dari 1 dapat menyebabkan bereaksinya asam lemak dengan
katalis dan mengakibatkan penyabunan.
2. Reaksi Transesterifikasi
Biodiesel dibuat dengan melakukan reaksi transesterifikasi antara minyak
sawit dengan pereaksi metanol dan katalis KF/Mg-Al hydrotalcite-like pada
temperatur 65 °C dengan perbandingan mol minyak dan methanol adalah 1:12.
Pada awal mulanya reaksi dilakukan selama 3 jam dengan variasi berat katalis 1,
2, 3, 4, dan 5 % berat/berat minyak dengan suhu 65 °C dan langkah selanjutnya
dilakukan variasi waktu 5, 15, 30, 60, dan 180 menit dengan berat katalis 1 %
berat/berat minyak dengan suhu yang sama. Hasil yang diperoleh adalah biodiesel
berwarna kuning jernih. Hasil reaksi dianalisa dengan 1HNMR.
D. Analisis Biodiesel dengan 1HNMR
Analisis menggunakan 1HNMR bertujuan untuk dapat mengetahui
seberapa besar kemurnian biodiesel yang diperoleh dari hasil reaksi
transesterifikasi minyak sawit. Spektra minyak sawit yang belum diberikan
perlakuan dapat dilihat pada Gambar 16.
Gambar 16. Spektra 1HNMR minyak sawit
41
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
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
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
bergabung menjadi suatu singlet dimana puncak-puncak tengah suatu multiplet
makin tinggi sementara puncak-punvak pinggir akan mengecil ini disebut juga
gejala pemiringan atau learning (Fessenden, 1999).
Pembuatan biodiesel ini dilakukan pada variasi berat katalis 1, 2, 3, 4, dan
5 % berat/berat minyak selama 180 menit dan variasi waktu reaksi 5, 15, 30, 60
dan 180 menit dengan berat katalis 1 % berat/berat minyak. Nilai konversi metil
ester (yang dinyatakan sebagai konsentrasi metil ester) ditentukan dengan rumus
(Knothe, 2000) :
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
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
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
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
100 %. Perhitungan untuk konversi biodiesel dari variasi waktu reaksi dapat
dilihat pada Lampiran 24-27.
Hasil dari variasi berat katalis dan variasi waktu reaksi dari penelitian
yang dilakukan kemudian dibandingkan pada reaksi transesterifikasi dengan
menggunakan katalis Mg-Al hydrotalcite-like dan KF. Reaksi transesterifikasi
dilakukan dengan berat katalis 1 % berat/berat minyak dan waktu reaksi 3 jam.
Dari hasil yang diperoleh tidak terbentuk puncak proton metil ester yang
mengindikasikan tidak terdeteksi adanya biodiesel. Perbandingan perolehan
biodiesel dengan menggunakan katalis yang berbeda ditunjukkan pada Tabel 9.
Tabel 9. Perbandingan Kemurnian Biodiesel Menggunakan berbagai Katalis
dengan Berat Katalis 1 % dan Waktu Reaksi 3 Jam
Katalis Kemurnian Biodiesel
KF/Mg-Al hydrotalcite-like 99,22 %
Mg-Al hydrotalcite-like Tidak terdeteksi
KF Tidak terdeteksi
Penelitian Gao et al. (2008) juga menyebutkan hasil yang mendekati sama
dimana dengan menggunakan katalis Mg-Al hydrotalcite-like diperoleh hasil
biodiesel sebesar 3,6 % serta dengan menggunakan KF diperoleh hasil biodiesel
< 1 %. Hal ini menunjukkan bahwa dengan penambahan KF akan menaikkan
aktifitas katalis dan meningkatkan konversi biodiesel dalam reaksi
transesterifikasi minyak kelapa sawit. Spektra 1HNMR dengan katalis Mg-Al
hydrotalcite-like dan KF dapat dilihat pada Lampiran 28-29.
45
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
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