PEMANFAATAN SISA KATALIS KOH DALAM GLISEROL HASIL SAMPING BIODISEL MENJADI PUPUK KALIUM DENGAN

VARIASI ASAM MINERAL DAN KONSENTRASI ASAM

Anis Putri Dyba, Feri Firdiansyah, M.Isnaeny Hudha, ST,MTJurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Industri, ITN Malang

Jl. Bendungan Sigura-gura No.2 Malang 65145e-mail: fefirdsy@gmail.com

Abstrak

Penelitian ini mempunyai tujuan untuk mencari jenis asam mineral yang terbaik dan volume asam yang optimum dalam pembuatan pupuk Kalium dari gliserol kasar hasil samping pembuatan biodisel yang berkatalis KOH. Hal ini dikarenakan pupuk kalium banyak digunakan oleh petani dikarenakan pupuk kalium mempunyai peranan besar dalam hal pengatur keseimbangan air, peredaran nutrisi, dan gula dalam jaringan tanaman. Pembuatan pupuk Kalium menggunakan limbah pemurnian gliserol kasar yang menggunakan katalis KOH dikarenakan untuk menghindari timbulnya masalah lingkungan akibat buangan gliserol, selain itu juga untuk meningkatkan efisiensi industri biodisel. Variabel yang digunakan dengan menggunakan berbagai jenis asam dan beberapa volume asam dengan tujuan dapat menemukan jenis asam dan volume asam yang paling terbaik dalam pembuatan pupuk, sehinggga dapat diterima oleh masyarakat luas dan dapat meningkatkan efisiensi dari pupuk itu sendiri. Adapun analisa pupuk yang kami lakukan meliputi uji titik leleh, uji kadar abu, uji titik kalium.

Kata Kunci: Pupuk Kalium, Biodisel, Gliserol, KOH

Abstract

The purposes of this research is to determine the best mineral acid and optimum acid volume in the process of making potassium fortilizer from crude glycerol as the side product of KOH catalystic biodisel making. potassium fertilizer is used by a large number of farmers due to its great role in the water ’s stability, the circulation of nutrition and sugar in the plant’s tissue. The making of potassium fortilizer from crude glycerol as the side product of KOH catalystic biodisel is applied to prevent the environmental problems caused by the glycerol disposal, also ti increase the efficiency in biodisel industry. Various kinds of acid and acid volume are used with the expectation to find the best sample for the fertilizer making, thus it could be accepted in the society and increase its own efficiency. The analysis of the fertilizer which applied on the research are test melting point, test ash, test point potasium.

Keyword: potassium fertilizer, biodisel, glycerol, KOH catalysis

1. Latar Belakang MasalahPengetahuan dan teknologi produksi biodiesel telah berkembang pesat. Pada umumnya, biodiesel

dihasilkan dari esterifikasi - transesterifikasi minyak nabati dan metanol berlebih dengan katalis basa (KOH atau NaOH) yang menghasilkan hasil samping berupa gliserol, kelebihan metanol, katalis basa, dan sabun (Hambali et al., 2007).

Pada industri biodiesel, akan dihasilkan gliserol sebanyak 10-15% dari kapasitas produksinya dengan tingkat kemurnian gliserol umumnya berkadar 40-50% karena masih mengandung komponen air dan bahan pengotor lainnya. Di Indonesia, yang saat ini memiliki kapasitas produksi industri biodiesel mencapai 4 juta KL/tahun, maka akan dihasilkan gliserol kasar sekitar 400.000 - 600.000 ton/tahun.

Konversi gliserol menjadi produk lain perlu dilakukan untuk menghindari timbulnya masalah lingkungan akibat buangan gliserol, selain juga meningkatkan efisiensi industri biodiesel. Pupuk Kalium merupakan salah satu produk yang bermanfaat yang diperoleh dari limbah pemurnian gliserol kasar.

Ghosh, el al (2006) melakukan pembuatan pupuk Kalium dengan cara merecovery sisa katalis KOH yang digunakan pada saat pembuatan biodiesel. Proses recovery KOH menjadi Kalium sulfat dapat dilakukan dengan cara menambahkan 1,315 kg H2SO4 98% ke dalam 37 kg crude gliserol yang mengandung 1,69 kg KOH pada suatu vasel yang diaduk pada suhu ruang selama 5 menit. Padatan kristal yang terbentuk dipisahkan dengan cara filtrasi. Padatan kristalnya kemudian dicuci dengan 4,5 kg methanol dan dikeringkan pada suhu 100oC selama satu jam. Kalium sulfat yang diperoleh sebanyak 2,48 kg dengan kandungan K2O sebesar 47,3% .

Setyaningsih, dkk, (2007) melakukan pembuatan pupuk Kalium sulfat dengan cara mereaksikan gliserol kasar yang di dapatkan dari hasil samping pembuatan biodiesel dari minyak pohon jarak yang berkatalis KOH. Hasil transesterifikasi minyak jarak pagar di peroleh biodiesel kasar sebesar 96 % dan gliserol kasar 20 %. Biodiesel kasar ini dapat di murnikan dengan pencucian menggunakan air hangat sebanyak tiga kali sehingga diperoleh biodiesel murni sebesar 85 %. Gliserol kasar dimurnikan dengan penambahan asam sulfat dan dihasilkan 60 % gliserol dan 8,6 % pupuk Kalium kasar. Pupuk Kalium kasar selanjutnya dimurnikan diperoleh kadar Kalium 0,078% (b/b), Kadar sulfat 61% (b/b) dan remdemen sebesar 2,8 %. Hasil ini masih relatif rendah sehingga masih dimungkinkan untuk perbaikan proses sehingga diperoleh penemuan (recovery) yang lebih tinggi.

Dalam penelitian sebelumnya pembuatan pupuk Kalium dengan cara merecovery sisa katalis KOH pada gliserol kasar hasil samping pembuatan biodiesel dari jarak pagar yang ditambahkan hanya satu jenis yaitu asam sulfat, namun pada penelitian ini pupuk Kalium dibuat dengan cara mereaksikan larutan hasil samping biodiesel dari minyak kelapa sawit yaitu gliserol kasar dengan asam mineral antara lain: asam nitrat, sulfat dan fosfat dengan berbagai volume asam. Analisis yang dilakukan di antaranya adalah uji titik leleh, kadar abu dan kadar kalium dengan menggunakan alat AAS.2. Tujuan

Tujuan penelitian ini adalah untuk mencari jenis asam mineral yang terbaik dan volume asam yang optimum dalam pembuatan pupuk Kalium dari gliserol kasar hasil samping pembuatan biodiesel yang berkatalis KOH.3. KegunaanKegunaan dari pelaksanaan penelitian ini adalah1. Menambah wawasn tentang proses pembuatan pupuk Kalium dari limbah pemurnian gliserol hasil

samping biodisel dengan variasi asam mineral dan penambahan air berbagai perbandingan.2. Menjadi pupuk Kalium sebagai pupuk yang dapat membantu masyarakat dan meningkatkan hasil

pertanian.3. Menciptakan lapangan kerja baru bagi masyarakat.4. Metode Penelitian

Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Teknologi Bahan Makanan ITN Malang. Tahap penelitian adalah studi literatur, persiapan penelitian, pelaksanaan penelitian, pengumpulan data, analisa data, evaluasi dan terakhir pembuatan laporan. Berikut adalah variabel tetap dan berubah, alat, bahan, dan prosedur dilanjutkan dengan diagram alir penelitian dan deskripsi peralatan.5. Variabel Penelitian

Variabel tetap antara lain:- Mol metanol : mol minyak : 6 : 1- Katalis KOH : 1%- Gliserol kasar : 50 gram- Kecepatan pengadukan : 400 rpm- Waktu reaksi metil ester : 60 menit- Waktu reaksi pemurnian : 30 menit

- Waktu mengkristalkan : 30 menit- Suhu pemurnian : 40oC- Suhu mengkristalkan : 80oCVariabel berubah antara lain:- Asam mineral : asam sulfat 96%, asam nitrat 65%, asam phosfat

85%- Konsentrasi asam : 36 mmol, 54 mmol, 72 mmol, 90 mmol dan

108 mmol

6. Prosedur Penelitian1. Pembuatan Biodisel

- Memanaskan minyak kelapa sawit hingga suhu 60oC. Dalam tempat terpisah dicampur metanol dan 1% katalis dari massa minyak, kemudian dipanaskan sampai suhu yang sama, yakni suhu 60oC, dengan perbandingan mol metanol dan minyak yaitu 6:1

- Setelah mencapai suhu yang sama, keduanya dicampur dalam labu leher tiga, dan direfluks dengan kecepatan pengadukan 400 rpm selama 60 menit untuk menghasilkan metil ester dan gliserol kasar

2. Pemurnian Gliserol- 50 mL gliserol kasar pada suhu 40oC, yang diperoleh dari hasil samping industri dengan katalis

KOH.- Setelah itu, ditambahkan asam sulfat 96%, asam nitrat 65%, asam phosfat 85% pekat sesuai

jumlah ml asam (36 mmol, 54 mmol, 72 mmol, 90 mmol dan 108 mmol) sedikit demi sedikit sambil di aduk dengan pengaduk stirer 400 rpm, karena larutan bersifat eksoterm.

- Larutan yang terbentuk kemudian didiamkan selama 30 menit.- Setelah 30 menit terbentuk endapan, dimana endapan berada bawah dan gliserol murni dan asam

lemak bebas diatas3. Pembuatan Pupuk Kalium

- Endapan yang terbentuk dipisahkan dari gliserol murni dan asam lemak bebas, setelah dipisahkan endapan berwarna kuning karena didalam endapan masih terkandung gliserol dan asam lemak bebas

- Memisahkan endapan garam dari sisa gliserol dan asam lemak bebas yang terikut dalam endapan yaitu dengan menambahkan ethanol 96% ke dalam endapan berwarna kuning yang dimana endapan akan berwarna putih dan zat organik akan larut dalam ethanol

- Endapan garam dalam bentuk pasta kemudian di uapkan di atas hot plate pada suhu 80 oC dan terbentuk kristal.

- Didinginkan pada penangas es.7. Hasil dan Pembahasan

1. Analisa Gliserol Hasil Samping Biodisel dari Minyak Kelapa SawitGliserol hasil samping produksi biodiesel minyak kelapa sawit dengan katalis KOH

merupakan satu fase yang mengandung banyak pengotor. Uji pH menunjukkan bahwa gliserol hasil samping biodiesel minyak kelapa sawit mempunyai pH

sebesar 12,58. Tingkat derajat keasaman (pH) gliserol menunjukkan sifatnya yang basa. Hal ini disebabkan kandungan KOH dan sabun kalium. Ionisasi KOH dan sabun kalium dalam air akan menghasilkan ion hidroksil (OH–). Kadar KOH sebesar 6,1261 % (b/b). Hal ini menunjukkan bahwa dalam 50 g bahan terdapat 3,0631 g KOH. Dan kadar K-palmitat sebesar 21,9816 % (b/b). Hal ini menunjukkan bahwa dalam 50 g bahan terdapat 10,9908 g K-palmitat. Sabun kalium merupakan garam yang terbentuk dari asam lemak dengan basa kalium.

2. Derajat Keasaman (pH) GliserolPengamatan drajat keasaman (pH) gliserol dilakukan pada saat pemurnian gliserol dengan penambahan asam sesuai dengan variabel berubahnya. Kurva hubungan jenis dan jumlah mmol asam mineral terhadap pH gliserol ditunjukkan pada Gambar 7.1. Reaksi asam mineral dalam gliserol menurunkan pH. Hal ini terjadi karena ion kalium dari basa dan sabun berikatan dengan ion nitrat, sulfat, dan fosfat membentuk garam. Ion OH- yang menyebabkan tingginya pH berikatan dengan H+

dari asam mineral menghasilkan air. Gambar 7.1 menunjukkan bahwa perlakuan jenis asam mineral yang menghasilkan pH dari tinggi ke rendah secara berturut-turut adalah asam sulfat, asam nitrat, dan asam fosfat.

0 24 48 72 960

2

4

6

8

10

12

14

Asam sulfat

Asam nitrat

Asam fosfat

Konsentrasi Asam (mmol)

Nil

ai p

H G

lise

rol

Gambar 7.1. Kurva Hubungan Konsentrasi Asam dan Jenis Asam dengan pH Gliserol

Pada Gambar 7.1 menunjukkan bahwa penurunan pH pada titik ekuivalen pada ketiga jenis asam terjadi terlalu curam dari pH 12 menjadi pH 6 (perlakuan asam sulfat) dan dari pH 5 menjadi pH 2. Titik ekuivalen adalah titik ketika OH- terlarut tepat dinetralkan oleh H+ yang ditambahkan sehingga yang tersisa adalah kesetimbangan ionisasi pelarut. Hal ini dapat disebabkan keberadaan gliserol dan metanol yang dominan dalam larutan. Alkohol bersifat lebih asam daripada air. Agar perubahan pH pada titik ekuivalen tidak terlalu cepat, hal ini dapat diatasi dengan penggunaan asam yang lebih lemah atau lebih encer.

3. Endapan Garam yang Dihasilkan pada Pemurnian GliserolPerlakuan netralisasi basa dan pemecahan sabun dengan asam mineral pada pemurnian gliserol berhasil membentuk endapan garam.

24 36 48 60 72 84 96 1080

0.51

1.52

2.53

3.54

4.55

Asam sulfat

Asam nitrat

Asam fosfat

Konsentrasi Asam (mmol)

End

apan

Gar

am (g

ram

)

Pada Gambar 7.2. menunjukkan bahwa endapan garam (kering) tertinggi dihasilkan pada perlakuan konsentrasi asam 36 mmol asam sulfat (endapan garam 2,63 gram; pH 6,21) dan 54 mmol asam nitrat (endapan garam 2,36 gram; pH 5,46). Adapun perlakuan asam fosfat (endapan garam 4,26 gram; pH 5,71) diperoleh pada konsentrasi asam 54 mmol.

Proses terbentuknya endapan dipengaruhi reaksi asam kuat – basa kuat dan semakin bertambahnya konsentrasi asam maka endapan garam mengalami penurunan setelah berada di titik optimum yang disebabkan oleh meningkatnya kelarutan garam dalam gliserol karena meningkatnya kadar air hasil reaksi dehidrasi. Garam kalium nitrat memiliki kelarutan dalam gliserol yang lebih baik dari pada garam kalium sulfat dan kalium fosfat. Selain itu, garam (dalam keadaan asam) dan asam nitrat merupakan oksidator kuat terhadap molekul organik.

4. Uji Kadar KaliumKandungan kalium pada pupuk kalium sulfat, kalium nitrat, dan kalium fosfat berupa kristal berwarna putih dan tidak berbau yang dianalisa menggunakan Spektrofotometri Serapan Atom ditunjukkan pada Tabel 7.1.

Tabel 7.1. Data Hasil Pengukuran Kadar Kalium (K)

Jenis AsamKonsentrasi Asam

36 mmol 54 mmol 72 mmol 90 mmol 108 mmol

Asam Sulfat 72,20 % 66,38 % 57,03 % 53,28 % 33,24 %

Asam Nitrat 60,17 % 62,38 % 65,00 % 68,24 % 69,80 %

Asam Fosfat 53,88 % 56,38 % 53,24 % 50,84 % 46,88 %

24 36 48 60 72 84 96 10830.0035.0040.0045.0050.0055.0060.0065.0070.0075.00

Asam sulfat

Asam nitrat

Asam fosfat

Konsentrasi Asam (mmol)

Nil

ai K

adar

Kal

ium

(%)

Gambar 7.3. Hubungan antara Konsentrasi Asam dan Jenis Asam dengan Kadar KaliumHasil uji analisa pendahulu didapatkan kadar kalium dalam kalium sulfat sebesar 0,078%.

Sedangkan hasil peneliti kami pada Gambar 4.7 terlihat bahwa pupuk kalium sulfat (K 2SO4) semakin banyak konsentrasi asam yang ditambahkan maka kadar K semakin turun, hal ini disebabkan karena ion K tidak dapat lagi terikat dengan ion SO4 (dalam keadaan lewat jenuh). Pada pupuk kalium sulfat di dapatkan volume optimumnya pada konsentrasi asam 32 mmol dengan nilai kadar kalium 72,20%. Pada pupuk kalium nitrat (KNO3) di dapatkan volume optimumnya konsentrasi asam pada 108 dengan di dapatkan kadar kaliumnya 69,80% .Semakin banyak konsentrasi asam yang ditambahkan maka kadar K semakin naik, hal ini disebabkan karena ion K masih dapat mengikat ion NO3. Sedangkan pada pupuk kalium fosfat (K3PO4) di dapatkan volume optimumnya dengan konsentrasi asam 54 dan di dapatkan kadar kalium tertinggi 56,38%. Pada pupuk kalium fosfat semakin banyak konsentrasi asam yang ditambahkan maka kadar K semakin turun, hal ini disebabkan karena ion K tidak dapat lagi terikat dengan ion PO4 (dalam keadaan lewat jenuh).

5. Uji titik lelehHasil uji titik leleh pupuk kalium sulfat dalam penelitian ini sebesar 560 oC dengan standar

pembanding dalam Perry’s Chemical Engineers’ Handbook sifat fisika dan kimia suatu bahan yaitu 588 oC. Dengan demikian titk leleh yang dihasilkan dalam penelitian ini sudah memenuhi standar.

Hasil uji titik leleh pupuk kalium nitrat dalam penelitian ini sebesar 310 oC dengan standar pembanding dalam Perry’s Chemical Engineers’ Handbook sifat fisika dan kimia suatu bahan yaitu 129; 333 oC. Dengan demikian titk leleh yang dihasilkan dalam penelitian ini sudah memenuhi standar.

Hasil uji titik leleh pupuk kalium fosfat dalam penelitian ini sebesar 230 oC dengan standar pembanding dalam Perry’s Chemical Engineers’ Handbook sifat fisika dan kimia suatu bahan yaitu 256 oC. Dengan demikian titk leleh yang dihasilkan dalam penelitian ini sudah memenuhi standar.

6. Uji Kadar Abu Pupuk kalium yang sudah dalm bentuk padatan, berwarna putih dan sudah diketahui titik lelehnya maka dapat diuji kadar abu yang ditunjukkan pada Tabel 7.2.Tabel 7.2. Data Hasil Pengukuran Kadar Abu

Jenis AsamKonsentrasi Asam

36 mmol 54 mmol 72 mmol 90 mmol 108 mmol

Asam Sulfat 20,86 % 19,08 % 15,68 % 13,26 % 9,70 %

Asam Nitrat 10,94 % 13,36 % 14,26 % 15,28 % 17,08 %

Asam Fosfat 18,38 % 22,48 % 16,70 % 15,66 % 15,12 %

0 24 48 72 968

10

12

14

16

18

20

22

24

Asam sulfat

Asam nitrat

Asam fosfat

Konsentrasi Asam (mmol)

Nil

ai K

adar

Abu

(%)

Jadi, semakin besar kadar abu yang diperoleh maka semakin besar pula kandungan mineral yang belum hilang pada tahap determinasi dan semakin cepat pula menghambat pertumbuhan bakteri sebaliknya, jika semakin kecil kadar abu yang diperoleh maka semakin lama pula untuk menghambat pertumuhan bakteri pada tanaman.

8. KesimpulanAnalisa uji kadar kalium di dapatkan volume optimumnya pada asam sulfat dengan jumlah 36 mmol

asam dengan kadar kalium sebesar 72,20%, pada asam nitrat di dapatkan volume optimumnya dengan jumlah 108 mmol asam dengan kadar yang didapatkan 69,80%, dan asam fosfat di dapatkan volume optimumnya dengan jumlah 54 mmol asam dengan kadar yang di dapatkan 56,38%.9. Daftar Pustaka

Afif Aufari M., Sia Robianto, Renita Manurung. 2013. Pemurnian Crude Glycerine Melalui Proses Bleaching Dengan Menggunakan Karbon Aktif. Jurnal Teknik Kimia USU, Vol. 2, No. 1

Alamu, O.J., M.A. Waheed, dan S.O. Jekayinfa. 2007. Alkali-catalysed Laboratory Production and Testing of Biodiesel Fuel from Nigerian Palm Kernel Oil. The CIGR EjournalEE 07 009 (IX) July 2007: 1–7

Aral, H., R. Sleigh, dan L. Simons. 2007. Salt Recovery Strategies for New Value-added Salt Products. Project Report. Closing the Loop: An Holistic Approach to the Management of Dairy Processor Waste Streams. Dairy Industries Sustainability Consortium.

Aziz, I., Siti Nurbayti, Fira Luthfiana. 2008. Pemurnian Gliserol Dari Hasil Samping Pembuatan Biodiesel Menggunakan Bahan Baku Minyak Goreng Bekas. Valensi Vol. 1 No. 3, (157-162)

Bacovsky, D., W. Körbitz, M. Mittelbach, dan M. Wörgetter. 2007. Biodiesel Production: Technologies and European Providers. IEA Task 39 Report T39-B6.

Departement Perindustrian. 2007. Gambaran Sekilas Industri Minyak Kelapa Sawit. Sekretariat Jendral. Jakarta Selatan.

Fanani. 2010. Kajian Pemurnian Gliserol Hasil Samping Biodiesel Jarak Pagar Menggunakan Asam Nitrat, Sulfat, dan Fosfat, Skripsi, tidak diterbitkan, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor

Gerpen, J.V. 2005. Biodiesel Processing and Technology. Fuel Processing Technology 86: 1097 – 1107.

Ghosh, P.K Shethia, Bhupendra Dhanvantrai. Parmar, Dahyabhai Revabhai. Pandya, J.B. Gandhi, M.R. Rathod, Meena R. Patel M.G. Vaghela, N.K.K. Dodia, P.J. Parmar, R.A. Patel, and S.N. Adimurthy, S. 2006.Improved Process For The Preparation Of Fatty Acid Methyl Ester (Biodiesel) From Triglyceride Oil Through Transesterification.WO 2006/043281. PCT/IN2004/000329.

Hambali, E., A. Suryani, Dadang, Hariyadi, H. Hanafie, I.K. Reksowardojo. M. Rivai, M. Ihsanur, P. Suryadarma, S. Tjitrosemitro, T.H. Soerawidjaja, T. Prawitasari, T. Prakoso, dan W. Purnama. 2007. Jarak Pagar Tanaman Penghasil Biodiesel. Cetakan IV. Jakarta: Penebar Swadaya.

Hammond, C.R. 2006. Properties of the Element and Inorganic Compounds. Di dalam D.R. Lide (Ed.). CRC Handbook of Chemistry and Physics. Edisi 87. Boca Raton: CRC Press