JURNAL TEKNIK POMITS Vol 2 No 1 (2014) ISSN 2337-3539 (2301-9271 Print)

1

Abstrakmdash Gliserol dapat dikonversi menjadi bahan kimia lain yang lebih berharga menggunakan teknologi sonokimia Terdapat karakteristik penting dalam sonokimia yaitu tercapainya tekanan dan temperatur yang sangat tinggi di dalam gelembung pada saat peristiwa kavitasi terjadi yang merupakan sarana penyedia energi dalam cairan keadaan ini memungkinkan dihasilkannya radikal OH yang sangat reaktif dari molekul H2O yang berfungsi sebagai komponen inisiasi reaksi kimia Dalam penelitian inidigunakan katalis heterogen yang berfungsi untuk memperbesar yield produk yaitu ɣ-alumina yang diperoleh dari Merck Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari senyawa yang dihasilkan yaitu methanol

allyl alcohol dan acrolein dari proses degradasi gliserol dengan teknologi sonikasi untuk beberapa parameter yang berpengaruh antara lain waktu dan suhu sonikasi serta penggunaan katalis

Penelitian ini terdiri dalam 2 tahapan yaitu persiapan katalis ɣ-alumina dan tahap sonikasi sampel Tahap periapan katalis ɣ-alumina dilakukan dengan kalsinasi pada suhu 500degC selama 5 jam Tahapan sonikasi dibedakan menjadi 2 macam yaitu sampel tanpa katalis dan menggunakan katalis Tahapan sonikasi dilakukan dengan memasukkan larutan gliserol ke dalam reaktor yang dilengkapi dengan probe sonikator dan kondensor dengan perbandingan massa gliserol dan air 1 8 lalu menambahkan katalis ɣ-alumina dengan jumlah 3 berat gliserol Kemudian melakukan proses sonikasi selama 10 30 50 70 dan 90 menit lalu proses dihentikan Hasil dari proses tersebut kemudian dianalisa dengan GC (Gas Chromatography) untuk mengetahui kandungan senyawa methanol allyl alcohol dan acrolein yang dihasilkan Ulangi proses tersebut untuk mendapatkan hasil yang optimum

Dari hasil penelitian ini dapat disimpulkan bahwa konversi gliserol cenderung meningkat dengan meningkatnya waktu sonikasi dan suhu sonikasi didapat konversi gliserol pada suhu sonikasi 40degC Yield produk methanol dan acrolein tertinggi didapat pada suhu sonikasi 40degC sedangkan yield allyl alcohol pada suhu 30degC pada perlakuan sampel tanpa katalis Yield produk methanol tertinggi didapat pada suhu sonikasi 50degC sedangkan allyl alcohol dan acrolein pada suhu 30degC pada perlakuan sampel dengan penambahan katalis ɣ-alumina Penambahan katalis ɣ-alumina telah memberikan yield acrolein tertinggi

Kata KuncimdashDegradasi Gliserol Sonikasi ɣ-alumina

I PENDAHULUAN liserol diperoleh sebagai produk samping ketika minyak nabati ditransesterifikasi dalam biodiesel Konversi biodiesel terhadap gliserol yang dihasilkan berkisar 10 (bb) Makin pesatnya

pertumbuhan industri biodiesel nantinya dapat menyebabkan akumulasi jumlah gliserol sebagai produk samping apalagi keberadaan gliserol di lingkungan selama ini hanya sebagai limbah Melimpahnya limbah gliserol ini ternyata justru akan menurunkan harga gliserol di pasaran sehingga perlu dilakukan pengolahan gliserol menjadi produk lain yang lebih bermanfaat dan mempunyai nilai jual lebih tinggi

Beberapa penelitian telah dilakukan dalam mendegradasi gliserol menjadi senyawa senyawa lain diantaranya dengan menguraimendegradasi gliserol pada kondisi super kritis Terdapat dua mekanisme reaksi degradasi gliserol yaitu reaksi ionik dan reaksi pirolisis yang saling berkompetisi pada near- dan supercritical water Berdasarkan penelitian diketahui bahwa terdapat dua mekanisme reaksi yang saling berkompetisi yaitu reaksi ionik yang dikatalisis oleh ion hidronium (H3O+) dan ion hidroksida (OH-) dari disosiasi air dan terjadi pada densitas tinggi sedangkan reaksi radikal bebas yang dikatalisis oleh radikal bebas (H) dan (OH) yang terjadi pada densitas rendah [1] Beberapa produk yang dihasilkan dari reaksi ionik adalah akrolein esetaldehid dan formaldehid Selain itu degradasi gliserol juga dapat dilakukan dengan metode steam reforming Degradasi gliserol untuk menghasilkan gas hidrogen (H2) dari gliserol melalui steam reforming dengan katalisator berbasis nikel (Ni) Reaksi dilakukan pada reaktor fixed bed yang terbuat dari stainless steel Reaktan yang digunakan adalah larutan gliserol ndash air dengan rasio 1 6 gliserol terhadap air Berdasarkan hasil percobaan diketahui bahwa yield hidrogen terbesar adalah pada temperatur 650oC dengan katalis NiMgO dengan yield 5651[3] Penelitian yang berkaitan dengan proses degradasi gliserol seperti penjelasan sebelumnya masih memerlukan energi yang sangat besar dalam rangka mencapai kondisi temperatur dan tekanan tinggi Untuk itu perlu dicari alternatif teknologi degradasi gliserol yang dapat mempercepat proses tetapi inpt energi lebih kecil Teknologi yang bisa diterapkan adalah dengan melakukan proses degradasi gliserol menggunakan gelombang ultrasonik Penggunaan teknologi sonokimia dapat menjadi salah satu alternatif dimana gelombang ultrasonik dari proses sonokimia dapat menjadi pereaksi yang ekstrim yang memungkinkan untuk mendegradasi senyawa gliserol menjadi berbagai senyawa lain yang memiliki nilai ekonomi yang tinggi Namun penelitian mengenai degradasi senyawa gliserol

Degradasi Gliserol dengan Teknologi Sonokimia

Ryan Rizhaldi Baril Khoirul Khosiin dan Sumarno Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)

Jl Arief Rahman Hakim Surabaya 60111 Indonesia e-mail onramuschem-engitsacid

G

JURNAL TEKNIK POMITS Vol 2 No 1 (2014) ISSN 2337-3539 (2301-9271 Print)

2

dengan penambahan katalis terutama katalis heterogen masih jarang dipulikasikan Pemanfaatan gelombang ultrasonik dengan penambahan katalis ɣ-alumina diharapkan dapat menjadi metode alternatif untuk proses degradasi gliserol agar diperoleh produk yang lebih bernilai tinggi dengan biaya operasi yang ekonomis serta produk spesifik yang bernilai ekonomi tinggi seperti acrolein allyl alcohol dan methanol

II URAIAN PENELITIAN

A Bahan Penelitian

Gliserol pure Analysis 995 Merck ɣ-Al2O3 Merck dan aquades

B Alat

Alat alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah seperangkat kalsinator yang digunakan untuk preparasi katalis reaktor batch yang dilengkapi dengan kondenser dan probe sonicator dan unit data taker untuk sonikasi sampel beberapa perangkat alat analisa antara lain spectrophotometer UV-Vis XRD (XʼPert Phillips) BET (Quantachrome Novawin) dan unit GC (Gas Chromatography) serta alat alat gelas laboratorium

C Prosedur Kerja

Preparasi Katalis

Katalis ɣ-Al2O3 disiapkan dengan dikalsinasi terlebih dahulu pada kalsinator pada suhu 550degC selama 5 jam Tahap Sonikasi Sampel

Tahap sonikasi dilakukan dengan memasukkan gliserol kedalam reaktor dengan rasio massa gliserol air sebesar 1 8 Selanjutnya memasukkan katalis ɣ-Al2O3 yang telah dikalsinasi sebelumnya sebesar 3 massa gliserol ke dalam reaktor setelah itu reaktor ditutup kemudian suhu reaktor diatur sesuai variabel menggunakan temperature controller Setelah suhu reaktor mencapai set point dilakukan sonikasi sesuai variabel waktu sonikasi setelah sonikasi dilakukan reaktor didinginkan hingga mencapai temperatur kamar Selanjutnya sampel dianalisa dengan menggunakan analisa GC untuk mengetahui senyawa yan terbentuk dari hasil sonikasi dan spektrofotometri UV-Vis untuk mengetahui konsentrasi akhir gliserol setelah sonikasi

III HASIL DAN DISKUSI

A Parameter Yang Dipelajari

Pengaruh waktu sonikasi temperatur sonikasi serta penambahan katalis ɣ-alumina terhadap konversi gliserol dan yield produk didiskusikan pada bagian berikut

B Pengaruh Proses Sonikasi terhadap Yield Produk pada

Berbagai Waktu dan Suhu Sonikasi

Pada penelitian degradasi gliserol dengan teknologi sonikasi ini digunakan variasi waktu sonikasi 10 30 50 70 dan 90 menit dan suhu sonikasi 30 degC 40 degC dan 50 degC dengan perlakuan tanpa katalis dan menggunakan katalis ɣ-

alumina Gambar 1 pada variabel suhu 50degC menunjukkan yield

produk methanol meningkat hingga waktu sonikasi 70 menit kemudian mengalami penurunan setelahnyaproduk allyl alcohol tidak terbentuk sama sekali pada variabel ini Sedangkan yield acrolein cenderung meningkat seiring lamanya waktu sonikasi kemudian menurun setelah waktu sonikasi 70 menit Didapat yield methanol tertinggi sebesar 6297 dan yield acrolein tertinggi sebesar 6868 Acrolein merupakan produk dengan yield tertinggi pada variabel ini

Dari hasil penelitian yang dilakukan dapat dilihat bahwa penambahan katalis ɣ-alumina berpengaruh terhadap jumlah acrolein yang dihasilkan penggunaan katalis ɣ-alumina memperbesar selektivitas produk acrolein [10] Yield acrolein merupakan yield produk tertinggi diantara yang lain pada variabel penambahan katalis atau tanpa katalis

C Pengaruh Proses Sonikasi terhadap Konversi Gliserol

Gambar 4 menunjukkan konversi gliserol cenderung meningkat seiring lamanya waktu sonikasi Hal ini disebabkan semakin lama waktu sonikasi maka semakin banyak macam produk yang bisa dihasilkan Reaksi radikal bebas terjadi cenderung memecah gliserolnya dibanding bereaksi dengan produk yang dihasilkan Jumlah gliserol yang terdapat pada larutan sampel masih banyak dibandingkan produk yang dihasilkan Dengan demikian kemungkinan kebolehjadian interaksi antara gliserol dengan spesi OH dan H lebih besar daripada interaksi spesi H dan OH dengan produk [1]

Gambar 1 Pengaruh waktu sonikasi terhadap yield produk menggunakan katalisɣ-alumina

Gambar 4 Pengaruh waktu dan suhu sonikasi terhadap konversi gliserol

JURNAL TEKNIK POMITS Vol 2 No 1 (2014) ISSN 2337-3539 (2301-9271 Print)

3

IV KESIMPULANRINGKASAN Dari hasil penelitian dapat disimpulkan konversi gliserol cenderung meningkat dengan meningkatnya waktu dan suhu sonikasi Produk degradasi gliserol tanpa katalis menghasilkan yield akrolein tertinggi sebesar 5607 Pada 70 menit Suhu 40 C yield metanol tertinggi sebesar 6559 Pada 70 menit Suhu 40 C yield allil alkohol tertinggi sebesar 6365 Pada 50 menit Suhu 50 CProduk degradasi gliserol katalis ɣ-alumina menghasilkan yield akrolein tertinggi sebesar 18878 Pada 30 menit Suhu 30 C yield metanol tertinggi sebesar 6297 Pada 70 menit Suhu 50 C yield allil alkohol tertinggi sebesar 5503 Pada 50 menit Suhu 30 C Penggunaan katalis ɣ-alumina memberikan yield tertinggi pada produk acrolein

UCAPAN TERIMA KASIH Penulis mengucapkan terima kasih kepada kepala

laboratorium sekaligus dosen pembimbing dan anggota laboratorium Teknologi Material Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya yang telah memberi dukungan dan motivasi dalam pelaksanaan penelitian ini

DAFTAR PUSTAKA [1] Buhler W Dinjus E Ederer HJ Kruse A Mas Crdquo Ionic reactions and

pyrolysis of glycerol as competing reaction pathways in near- and supercritical waterrdquo Elsevier Journal Of Supercritical Fluids 22 (2002) 37ndash53

[2] Harfani Retnordquo Sintesis Katalis Padatan Asam Gamma Alumina Terfosfat (ɣ-Al2O3PO4) dan Digunakan Untuk Sintesis Senyawa Metil Ester Asam Lemak dari Limbah Produksi Margarinrdquo FMIPA ndash UI 2009

[3] Miranda BC Chimentao RJ Santos JBO Guirado F Gispert Bonillo F Lopezrdquo Conversion of Glycerol over 10Niɣ-alumina Catalystrdquo Elsevier applied Catalyst B Environmental 147 (2014) 464ndash 480

[4] Saacutenchez G Friggieri J Keast C Drewery M Dlugogorsky M Kennedy E ldquoThe Effect of Catalyst Modification on the Conversion of Glycerol to Allyl Alcohol ldquo Elsevier Applied Catalyst B Environmental 117-128 (2014)

[5] Suslick KS 1994 ldquoThe Chemistry of Ultrasound Review The Yearbook of Science and Future 1994 Encyclopedia Britannica Chicago 138-155

JURNAL TEKNIK POMITS Vol 2 No 1 (2014) ISSN 2337-3539 (2301-9271 Print)

2

dengan penambahan katalis terutama katalis heterogen masih jarang dipulikasikan Pemanfaatan gelombang ultrasonik dengan penambahan katalis ɣ-alumina diharapkan dapat menjadi metode alternatif untuk proses degradasi gliserol agar diperoleh produk yang lebih bernilai tinggi dengan biaya operasi yang ekonomis serta produk spesifik yang bernilai ekonomi tinggi seperti acrolein allyl alcohol dan methanol

II URAIAN PENELITIAN

A Bahan Penelitian

Gliserol pure Analysis 995 Merck ɣ-Al2O3 Merck dan aquades

B Alat

Alat alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah seperangkat kalsinator yang digunakan untuk preparasi katalis reaktor batch yang dilengkapi dengan kondenser dan probe sonicator dan unit data taker untuk sonikasi sampel beberapa perangkat alat analisa antara lain spectrophotometer UV-Vis XRD (XʼPert Phillips) BET (Quantachrome Novawin) dan unit GC (Gas Chromatography) serta alat alat gelas laboratorium

C Prosedur Kerja

Preparasi Katalis

Katalis ɣ-Al2O3 disiapkan dengan dikalsinasi terlebih dahulu pada kalsinator pada suhu 550degC selama 5 jam Tahap Sonikasi Sampel

Tahap sonikasi dilakukan dengan memasukkan gliserol kedalam reaktor dengan rasio massa gliserol air sebesar 1 8 Selanjutnya memasukkan katalis ɣ-Al2O3 yang telah dikalsinasi sebelumnya sebesar 3 massa gliserol ke dalam reaktor setelah itu reaktor ditutup kemudian suhu reaktor diatur sesuai variabel menggunakan temperature controller Setelah suhu reaktor mencapai set point dilakukan sonikasi sesuai variabel waktu sonikasi setelah sonikasi dilakukan reaktor didinginkan hingga mencapai temperatur kamar Selanjutnya sampel dianalisa dengan menggunakan analisa GC untuk mengetahui senyawa yan terbentuk dari hasil sonikasi dan spektrofotometri UV-Vis untuk mengetahui konsentrasi akhir gliserol setelah sonikasi

III HASIL DAN DISKUSI

A Parameter Yang Dipelajari

Pengaruh waktu sonikasi temperatur sonikasi serta penambahan katalis ɣ-alumina terhadap konversi gliserol dan yield produk didiskusikan pada bagian berikut

B Pengaruh Proses Sonikasi terhadap Yield Produk pada

Berbagai Waktu dan Suhu Sonikasi

Pada penelitian degradasi gliserol dengan teknologi sonikasi ini digunakan variasi waktu sonikasi 10 30 50 70 dan 90 menit dan suhu sonikasi 30 degC 40 degC dan 50 degC dengan perlakuan tanpa katalis dan menggunakan katalis ɣ-

alumina Gambar 1 pada variabel suhu 50degC menunjukkan yield

produk methanol meningkat hingga waktu sonikasi 70 menit kemudian mengalami penurunan setelahnyaproduk allyl alcohol tidak terbentuk sama sekali pada variabel ini Sedangkan yield acrolein cenderung meningkat seiring lamanya waktu sonikasi kemudian menurun setelah waktu sonikasi 70 menit Didapat yield methanol tertinggi sebesar 6297 dan yield acrolein tertinggi sebesar 6868 Acrolein merupakan produk dengan yield tertinggi pada variabel ini

Dari hasil penelitian yang dilakukan dapat dilihat bahwa penambahan katalis ɣ-alumina berpengaruh terhadap jumlah acrolein yang dihasilkan penggunaan katalis ɣ-alumina memperbesar selektivitas produk acrolein [10] Yield acrolein merupakan yield produk tertinggi diantara yang lain pada variabel penambahan katalis atau tanpa katalis

C Pengaruh Proses Sonikasi terhadap Konversi Gliserol

Gambar 4 menunjukkan konversi gliserol cenderung meningkat seiring lamanya waktu sonikasi Hal ini disebabkan semakin lama waktu sonikasi maka semakin banyak macam produk yang bisa dihasilkan Reaksi radikal bebas terjadi cenderung memecah gliserolnya dibanding bereaksi dengan produk yang dihasilkan Jumlah gliserol yang terdapat pada larutan sampel masih banyak dibandingkan produk yang dihasilkan Dengan demikian kemungkinan kebolehjadian interaksi antara gliserol dengan spesi OH dan H lebih besar daripada interaksi spesi H dan OH dengan produk [1]

Gambar 1 Pengaruh waktu sonikasi terhadap yield produk menggunakan katalisɣ-alumina

Gambar 4 Pengaruh waktu dan suhu sonikasi terhadap konversi gliserol

JURNAL TEKNIK POMITS Vol 2 No 1 (2014) ISSN 2337-3539 (2301-9271 Print)

3

IV KESIMPULANRINGKASAN Dari hasil penelitian dapat disimpulkan konversi gliserol cenderung meningkat dengan meningkatnya waktu dan suhu sonikasi Produk degradasi gliserol tanpa katalis menghasilkan yield akrolein tertinggi sebesar 5607 Pada 70 menit Suhu 40 C yield metanol tertinggi sebesar 6559 Pada 70 menit Suhu 40 C yield allil alkohol tertinggi sebesar 6365 Pada 50 menit Suhu 50 CProduk degradasi gliserol katalis ɣ-alumina menghasilkan yield akrolein tertinggi sebesar 18878 Pada 30 menit Suhu 30 C yield metanol tertinggi sebesar 6297 Pada 70 menit Suhu 50 C yield allil alkohol tertinggi sebesar 5503 Pada 50 menit Suhu 30 C Penggunaan katalis ɣ-alumina memberikan yield tertinggi pada produk acrolein

UCAPAN TERIMA KASIH Penulis mengucapkan terima kasih kepada kepala

laboratorium sekaligus dosen pembimbing dan anggota laboratorium Teknologi Material Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya yang telah memberi dukungan dan motivasi dalam pelaksanaan penelitian ini

DAFTAR PUSTAKA [1] Buhler W Dinjus E Ederer HJ Kruse A Mas Crdquo Ionic reactions and

pyrolysis of glycerol as competing reaction pathways in near- and supercritical waterrdquo Elsevier Journal Of Supercritical Fluids 22 (2002) 37ndash53

[2] Harfani Retnordquo Sintesis Katalis Padatan Asam Gamma Alumina Terfosfat (ɣ-Al2O3PO4) dan Digunakan Untuk Sintesis Senyawa Metil Ester Asam Lemak dari Limbah Produksi Margarinrdquo FMIPA ndash UI 2009

[3] Miranda BC Chimentao RJ Santos JBO Guirado F Gispert Bonillo F Lopezrdquo Conversion of Glycerol over 10Niɣ-alumina Catalystrdquo Elsevier applied Catalyst B Environmental 147 (2014) 464ndash 480

[4] Saacutenchez G Friggieri J Keast C Drewery M Dlugogorsky M Kennedy E ldquoThe Effect of Catalyst Modification on the Conversion of Glycerol to Allyl Alcohol ldquo Elsevier Applied Catalyst B Environmental 117-128 (2014)

[5] Suslick KS 1994 ldquoThe Chemistry of Ultrasound Review The Yearbook of Science and Future 1994 Encyclopedia Britannica Chicago 138-155

JURNAL TEKNIK POMITS Vol 2 No 1 (2014) ISSN 2337-3539 (2301-9271 Print)

3

IV KESIMPULANRINGKASAN Dari hasil penelitian dapat disimpulkan konversi gliserol cenderung meningkat dengan meningkatnya waktu dan suhu sonikasi Produk degradasi gliserol tanpa katalis menghasilkan yield akrolein tertinggi sebesar 5607 Pada 70 menit Suhu 40 C yield metanol tertinggi sebesar 6559 Pada 70 menit Suhu 40 C yield allil alkohol tertinggi sebesar 6365 Pada 50 menit Suhu 50 CProduk degradasi gliserol katalis ɣ-alumina menghasilkan yield akrolein tertinggi sebesar 18878 Pada 30 menit Suhu 30 C yield metanol tertinggi sebesar 6297 Pada 70 menit Suhu 50 C yield allil alkohol tertinggi sebesar 5503 Pada 50 menit Suhu 30 C Penggunaan katalis ɣ-alumina memberikan yield tertinggi pada produk acrolein

UCAPAN TERIMA KASIH Penulis mengucapkan terima kasih kepada kepala

laboratorium sekaligus dosen pembimbing dan anggota laboratorium Teknologi Material Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya yang telah memberi dukungan dan motivasi dalam pelaksanaan penelitian ini

DAFTAR PUSTAKA [1] Buhler W Dinjus E Ederer HJ Kruse A Mas Crdquo Ionic reactions and

pyrolysis of glycerol as competing reaction pathways in near- and supercritical waterrdquo Elsevier Journal Of Supercritical Fluids 22 (2002) 37ndash53

[2] Harfani Retnordquo Sintesis Katalis Padatan Asam Gamma Alumina Terfosfat (ɣ-Al2O3PO4) dan Digunakan Untuk Sintesis Senyawa Metil Ester Asam Lemak dari Limbah Produksi Margarinrdquo FMIPA ndash UI 2009

[3] Miranda BC Chimentao RJ Santos JBO Guirado F Gispert Bonillo F Lopezrdquo Conversion of Glycerol over 10Niɣ-alumina Catalystrdquo Elsevier applied Catalyst B Environmental 147 (2014) 464ndash 480

[4] Saacutenchez G Friggieri J Keast C Drewery M Dlugogorsky M Kennedy E ldquoThe Effect of Catalyst Modification on the Conversion of Glycerol to Allyl Alcohol ldquo Elsevier Applied Catalyst B Environmental 117-128 (2014)

[5] Suslick KS 1994 ldquoThe Chemistry of Ultrasound Review The Yearbook of Science and Future 1994 Encyclopedia Britannica Chicago 138-155