PREPARASI DAN KARAKTERISASI KF/CaO ALAM SEBAGAI …... · Biodiesel hasil reaksi diidentifikasi...

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

PREPARASI DAN KARAKTERISASI KF/CaO ALAM

SEBAGAI KATALIS TRANSESTERIFIKASI MINYAK

KELAPA SAWIT MENJADI BIODIESEL

Disusun oleh:

DEVI SEPTIANA WATI

M 0307035

SKRIPSI

Diajukan untuk memenuhi sebagian

persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

Juli, 2012


commit to user

ii

ii

HALAMAN PENGESAHAN

Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas

Sebelas Maret Surakarta telah mengesahkan skripsi mahasiswa :

Devi Septiana Wati NIM M0307035, dengan judul “Preparasi dan Karakterisasi

KF/CaO Alam 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 : Jumat

Tanggal : 20 Juli 2012

Anggota Tim Penguji :

1. Drs. Patiha, M.S. 1………………………… NIP. 19490131 198103 1001

2. Muh. Widyo Wartono, M.Si. 2………………………… NIP. 19760822 200501 1001

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


commit to user

iii

iii

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul

“PREPARASI DAN KARAKTERISASI KF/CaO ALAM 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 2012

Devi Septiana Wati


commit to user

iv

iv

PREPARASI DAN KARAKTERISASI KF/CaO ALAM SEBAGAI

KATALIS TRANSESTERIFIKASI MINYAK KELAPA SAWIT MENJADI

BIODIESEL

DEVI SEPTIANA WATI

Jurusan Kimia. MIPA. Universitas Sebelas Maret

ABSTRAK

Telah dilakukan penelitian tentang preparasi KF/CaO alam sebagai katalis transesterifikasi. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui penambahan kalium fluorida (KF) pada CaO alam sebagai katalis transesterifikasi minyak kelapa sawit menjadi biodiesel dan pengaruh perbandingan mol metanol terhadap hasil reaksi transesterifikasi.

Material KF/CaO alam dipreparasi dengan perbandingan berat KF terhadap CaO alam sebesar 15, 25, 35, dan 45 %. Material CaO alam dan KF/CaO alam dikarakterisasi menggunakan XRD dan FTIR. Material KF/CaO alam berbagai variasi digunakan sebagai katalis reaksi transesterifikasi pada suhu 65 oC selama 2 jam dengan rasio mol metanol/minyak 12:1 dan berat katalis 4 % b/b. Katalis yang terbaik digunakan sebagai katalis reaksi transesterifikasi dengan variasi rasio mol metanol/minyak sebesar 6:1, 9:1, 12:1, 15:1, dan 18:1. Reaksi transesterifikasi dilakukan pada suhu 65 oC, selama 2 jam dan berat katalis 4 % b/b. Biodiesel hasil reaksi diidentifikasi menggunakan analisis 1H NMR.

Katalis KF/CaO alam yang memiliki aktivitas tertinggi yaitu dari penambahan KF sebesar 45 % b/b. Konversi biodiesel yang optimum dicapai dengan menggunakan rasio metanol/ minyak 9:1 sebesar 98,39 %.

Kata kunci : KF/CaO alam, katalis, transesterifikasi, biodiesel.


commit to user

v

v

PREPARATION AND CHARACTERIZATION KF/ NATURAL CaO AS

CATALYST IN THE TRANSESTERIFICATION REACTION OF PALM

OIL INTO BIODIESEL

DEVI SEPTIANA WATI

Department of Chemistry. Faculty of Mathematics and Natural Sciences. Sebelas Maret University

ABSTRACT

The research about preparation of KF/natural CaO as catalyst transesterification has done. The purpose of this research was to know the effect of addition potassium fluoride (KF) in natural CaO as catalyst in the transesterification reaction of palm oil into biodiesel and the effect of molar ratio methanol to oil toward the yield of transesterification reaction.

Potassium Fluoride/natural CaO was prepared with mass ratio KF to CaO 15, 25, 35, and 45 %. Natural CaO and KF/natural CaO was characterized by XRD, and FTIR. Various KF/natural CaO was used as catalyst in the transesterification reaction carried out at 65 °C for 2 h with molar ratio of methanol/oil 12:1and 4 % w/w catalyst of oil. The highest activity of catalyst was used as catalyst in the transesterification reaction with variation of molar ratio of methanol to oil 6:1, 9:1, 12:1, 15:1, and 18:1. Transesterification reaction carried out at 65 °C for 2 h, and 4 % w/w catalyst of oil. Biodiesel was identified by 1H NMR.

The KF/natural CaO catalyst had highest catalytic activity when KF content was 45 % w/w. The optimal yield of biodiesel was used molar ratio methanol to oil 9:1 with yield 98.39 %. Key words : KF/natural CaO, catalyst, transesterification, biodiesel.


commit to user

vi

vi

MOTTO

Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan . Maka apabila engkau telah selesai (dari suatu urusan), kerjakan dengan sungguh-sungguh (urusan) yang lain

(Q.S. Alam Nasyrah: 6-7)

Kemenangan yang seindah – indahnya dan sesukar – sukarnya yang boleh direbut oleh manusia ialah menundukan diri sendiri

(Ibu Kartini )

Jangan pernah merobohkan pagar tanpa mengetahui mengapa didirikan. Jangan pernah mengabaikan tuntunan kebaikan tanpa mengetahui keburukan yang

kemudian anda dapat (Mario Teguh)


commit to user

vii

vii

PERSEMBAHAN

Karya ini kupersembahkan kepada:

Almarhum Bapakku tercinta

Ibuku tercinta

Kakak-kakakku tersayang, Mba’ Anik, Mba’ Benny, Mas Budi

Keponakan-keponakanku

Teman-teman Kimia’07 Universitas Sebelas Maret


commit to user

viii

viii

KATA PENGANTAR

Puji Syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas limpahan

nikmat, rahmat, dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi

dengan judul “ Preparasi dan Karakterisasi KF/CaO alam sebagai Katalis

Transesterifikasi Minyak Kelapa Sawit menjadi Biodiesel”.

Skripsi ini tidak akan selesai tanpa adanya bantuan dari banyak pihak,

karena itu pada kesempatan ini penulis menyampaikan terima kasih kepada :

1. Bapak Prof. 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 dan

sebagai pembimbing II.

3. Bapak I.F Nurcahyo, M.Si selaku Pembimbing I dan Ketua Laboratorium

Kimia Dasar FMIPA UNS.

4. Bapak Edi Pramono, M.Si selaku Pembimbing Akademik.

5. Bapak Dr.rer.nat. A. Heru Wibowo selaku Ketua Sub-Lab Kimia Pusat UNS.

6. Bapak/Ibu Dosen pengajar dan semua staf Jurusan Kimia.

7. Orang tuaku dan keluargaku atas doa dan dukungannya.

8. Sahabat-sahabatku dan teman-teman Kimia angkatan 2007 atas semangat dan

dukungannya.

9. 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 2012

Devi Septiana Wati


commit to user

ix

ix

DAFTAR ISI

Halaman HALAMAN JUDUL ………………………………………………………. i

HALAMAN PENGESAHAN ……………………………………………... ii

HALAMAN PERNYATAAN …………………………………………….. iii

ABSTRAK …………………………………………………………………. iv

ABSTRACT ……………………………………………………………….. v

HALAMAN MOTTO ……………………………………………………... vi

HALAMAN PERSEMBAHAN ………………………………………….... vii

KATA PENGANTAR ……………………………………………………… viii

DAFTAR ISI ………………………………………………………………. ix

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

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

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

BAB I. PENDAHULUAN …………………………………………………. 1

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

B. Perumusan Masalah ……………………………………………….. 3

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

2. Batasan Masalah ………………………………………………. 5

3. Rumusan Masalah …………………………………………….. 5

C. Tujuan Penelitian ………………………………………………….. 5

D. Manfaat Penelitian ……………………………………………….... 6

BAB II. LANDASAN TEORI ……………………………………………… 7

A. Tinjauan Pustaka …………………………………………………... 7

1. Batu Gamping …………………………………………………. 7

2. Kalsinasi ……………………………………………………….. 7

3. Pengaruh Penambahan KF pada Katalis ………………………. 8

4. Karakterisasi CaO Alam dan KF/CaO Alam ………………….. 9

5. Minyak Kelapa Sawit ………………………………………….. 11

6. Biodiesel ……………………………………………………….. 12

7. Karakterisasi Biodiesel dengan 1H NMR ……………………… 15


commit to user

x

x

B. Kerangka Pemikiran ………………………………………………. 15

C. Hipotesis …………………………………………………………… 16

BAB III. METODOLOGI PENELITIAN …………………………………. 17

A. Metode Penelitian …………………………………………………. 17

B. Waktu dan Tempat Penelitian …………………………………….. 17

C. Alat dan Bahan ……………………………………………………. 17

1. Alat …………………………………………………………….. 17

2. Bahan ………………………………………………………….. 18

D. Prosedur Penelitian ………………………………………………... 18

1. Preparasi Katalis KF/CaO Alam …………………....................... 18

2. Karakterisasi Katalis …………………………………………… 18

3. Pembuatan Biodiesel dan Karakterisasinya …………………… 19

a. Penentuan Bilangan Asam ………………………………… 19

b. Penentuan Bilangan Penyabunan ………………………….. 19

c. Transesterifikasi Minyak Kelapa Sawit Menggunakan

Katalis KF/CaO Alam ……………………………………… 19

d. Pencucian dan Pemurnian Biodiesel ……………………… . 20

e. Karakterisasi Biodiesel …………………………………….. 20

E. Teknik Pengumpulan Data ………………………………………… 20

F. Teknik Analisis Data ………………………………………………. 21

BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ………………………………….. 23

A. Preparasi dan Sintesis KF/CaO Alam ……………………………... 23

B. Karakterisasi Katalis ………………………………………………. 24

1. Analisis X-Ray Diffraction (XRD) …………………………….. 24

2. Analisis Gugus Fungsi dengan FTIR ………………………….. 25

C. Transesterifikasi Minyak Kelapa Sawit …………………………… 28

1. Preparasi Reaksi Transesterifikasi …………………………….. 28

2. Pengaruh Penambahan KF terhadap Aktivitas Katalis pada Reaksi

Transesterifikasi ……………………………………………….. 28

3. Pengaruh Perbandingan Mol Metanol pada Reaksi Transesterifikasi 30

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN …………………………………… 33


commit to user

xi

xi

1. Kesimpulan ………………………………………………………… 33

2. Saran ……………………………………………………………….. 33

DAFTAR PUSTAKA ………………………………………………………. 34

LAMPIRAN ………………………………………………………………... 38


commit to user

xii

xii

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 1. Panjang Gelombang Infra Merah Dari Anion …………………… 9

Tabel 2. Komposisi Asam Lemak Minyak Kelapa Sawit ………………… 11

Tabel 3. Komponen Batu Tohor (CaO Alam) setelah Dikalsinasi pada

Suhu 600 oC Selama 3 Jam ……………………………………… 23

Tabel 4. Tabulasi Gugus Fungsional CaO Alam, KF/CaO Alam 45 %,

dan KF …………………………………………………………… 26

Tabel 5. Karakterisasi Fisik Hasil Biodiesel ……………………………… 29


commit to user

xiii

xiii

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 1. Difraktogram XRD KF/CaO dengan Berbagai Suhu…………. 10

Gambar 2. Reaksi Transesterifikasi dari Trigliserida menjadi Ester Metil

Asam-Asam Lemak …………………………………………… 13

Gambar 3. Mekanisme Reaksi Transesterifikasi dalam Katalis Basa …… 14

Gambar 4. Difraktogram CaO Alam dengan Penambahan KF sebesar

(a) 0, (b) 15, (c) 25, (d) 35, (e) 45 % b/b, dan (f) KF/CaO

dari Penelitian Wen et al. (2010)……………………………… 25

Gambar 5. Spektra FTIR dari (a) KF, (b) CaO alam, (c) KF/CaO alam 45% 26

Gambar 6. Pengaruh Jumlah Penambahan KF pada CaO Alam terhadap

Konversi Biodiesel dari Hasil Transesterifikasi pada Kondisi

Suhu 65 oC selama 2 jam, Perbandingan Mol Metanol/Minyak

12:1, dan 4% Berat Katalis CaO atau KF/CaO Alam……..…... 29

Gambar 7. Konversi Biodiesel dari Hasil Transesterifikasi dengan Variasi

Mol Metanol terhadap Minyak Kelapa Sawit pada Kondisi Suhu

65 oC selama 2 jam, dan 4 % Berat Katalis KF/CaO Alam 45 %.. 31


commit to user

xiv

xiv

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman Lampiran 1. Perhitungan Preparasi KF/CaO Alam ……………………….. 38

Lampiran 2. Perhitungan Bilangan Keasaman ………………………….... 39

Lampiran 3. Perhitungan Bilangan Penyabunan dan Berat Molekul

Triasilgliserida (TAG) ……………………………………….. 40

Lampiran 4. Perhitungan Transesterifikasi Minyak Kelapa Sawit ………. 41

Lampiran 5. X-Ray Fluorescence (XRF) CaO Alam ……………………... 43

Lampiran 6. Difraktogram X-Ray diffraction (XRD) CaO Alam ………... 44

Lampiran 7. Difraktogram X-Ray Diffraction (XRD) KF/CaO Alam ……. 46

Lampiran 8. Data JCPDS CaO ………………………………………….... 55

Lampiran 9. Data JCPDS Ca(OH)2 ………………………………………. 56

Lampiran 10. Data JCPDS KF ……………………………………………. 57

Lampiran 11. Spektra FTIR Senyawa CaO Alam ……………………….. 58

Lampiran 12. Spektra FTIR Senyawa KF ………………………………... 59

Lampiran 13. Spektra FTIR Senyawa KF/CaO Alam pada Kondisi

Penambahan KF 45% dari Berat CaO Alam ……………… 60

Lampiran 14. Spektra 1HNMR Biodiesel dengan Katalis KF/CaO Alam

15 % pada Kondisi Suhu 65 oC, Waktu Reaksi 2 Jam,

Rasio Mol Minyak : Metanol Sebesar 1:12, dan Berat

Katalis 4 % b/b Minyak …………………………………… 61


25 % pada Kondisi Suhu 65 oC, Waktu Reaksi 2 jam,








commit to user

xv

xv




Katalis 4 % b/b Minyak ………………………………….. 64

Lampiran 18. Spektra 1HNMR Biodiesel dengan Katalis CaO Alam pada

Kondisi Suhu 65 oC, Waktu Reaksi 2 Jam, Rasio Mol

Minyak : Metanol Sebesar 1:12, dan Berat Katalis 4 % b/b

Minyak ……………………………………………………... 65

Lampiran 19. Spektra 1HNMR Biodiesel dengan Perbandingan Mol

Minyak : Metanol Sebesar 1:6 pada Kondisi Suhu 65 oC,

Waktu Reaksi 2 Jam, dan Berat Katalis KF/CaO Alam

45 % Sebesar 4 % b/b Minyak …………………………… 66













Lampiran 23. Desain Prosedur Kerja …………………………………….. 70


commit to user

1

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Masalah

Katalis merupakan suatu zat yang dapat membantu untuk mempercepat

suatu reaksi. Berdasarkan fasanya, katalis terbagi menjadi 2 yaitu katalis homogen

dan heterogen. Katalis homogen merupakan katalis yang memiliki fasa yang sama

dengan reaktan, sehingga katalis homogen memiliki kelemahan sulit untuk

dipisahkan, sedangkan katalis heterogen yang berbeda fasa dengan reaktan,

sehingga katalis tersebut mudah dipisahkan. Beberapa contoh yang termasuk

katalis heterogen antara lain MgO, ZnO, CaO, Al2O3, SiO2, K2CO3, dan Na2CO3.

Aktivitas katalis basa lebih cepat dibandingkan katalis asam, selain itu katalis

asam lebih korosif (Ilgen, 2007). Katalis basa heterogen memiliki keuntungan

antara lain tidak korosif, ramah lingkungan, mudah dipisahkan dari larutan

produk, aktivitasnya tinggi, kelarutan dalam metanol rendah, dan katalis tersebut

dapat digunakan kembali ( Liu et al., 2008; Gryglewicz et al., 1999; Tanabe et al.,

1999; Zhang et al., 2010; dan Lim et al., 2011).

Indonesia merupakan Negara tropis yang banyak menghasilkan gamping.

Gamping dihasilkan dari pengendapan binatang laut seperti Moluska, Coelentrata

maupun Protozoa. Batu gamping memiliki kandungan CaO lebih dari 50 %.

Menurut Yulaekah (2007), gamping memiliki CaO sebesar 22-56 %. Batu

gamping yang dibakar (dikalsinasi) pada suhu 600-900 oC disebut kapur tohor.

Kapur tohor ini dikenal sebagai CaO. Kalsium oksida (CaO) adalah salah satu

mineral yang menarik, dan dapat digunakan sebagai katalis. Kalsium oksida

termasuk katalis basa heterogen yang memiliki perbedaan fasa dengan reaktannya.

Akan tetapi, katalis basa heterogen ini resisten terhadap transfer massa, dan tidak

efektif (Kouzu et al., 2008). Oleh karena itu, perlunya zat aktif yang dapat

meningkatkan aktivitas katalis. Menurut Wen et al. (2010), aktivitas katalis CaO

masih rendah dibandingkan katalis KF/CaO dan adanya penambahan KF pada

CaO dapat meningkatkan aktivitas katalis, dan mengurangi terjadinya saponifikasi

dalam pembuatan biodiesel.


commit to user

2

Katalis sangat penting dalam membantu suatu sintesis suatu produk baik

itu bidang industri, farmasi maupun energi. Sekarang ini, kebutuhan energi

semakin meningkat seiring dengan pertumbuhan industri, transportasi, dan

berbagai sektor yang membutuhkan energi. Akan tetapi, kebutuhan energi tersebut

tidak didukung oleh ketersediaan bahan bakunya, karena energi yang digunakan

kebanyakan berasal dari fosil yang tidak dapat diperbaharui. Hal ini menjadi suatu

masalah besar, sehingga diperlukan usaha untuk mencari energi alternatif. Sumber

energi alternatif harus memenuhi syarat-syarat antara lain: tidak merusak

lingkungan, berasal dari energi terbarukan, efisiensi dalam penggunaan serta

harga yang terjangkau (Pasaribu, 2002). Salah satu sumber alternatif tersebut

adalah biodiesel.

Biodiesel dibuat dengan transesterifikasi minyak tumbuhan atau lemak

hewan dengan alkohol (Gerpen dan Knothe, 2005). Beberapa minyak nabati yang

dapat diperbaharui seperti kelapa sawit, kelapa, minyak jarak, minyak dedak padi,

minyak canola, dan minyak reapsed.

Kelapa sawit merupakan tanaman golongan palm yang dapat

menghasilkan minyak. Kelapa sawit dapat tumbuh dengan baik di daerah tropis.

Salah satunya di Negara Indonesia. Minyak kelapa sawit mengandung asam

lemak yang paling besar nilainya adalah asam palmitat sebesar 44,1 % (Gunstons

dan Haword, 2007). Kandungan asam lemak tersebut yang cukup tinggi di kelapa

sawit, maka mengakibatkan biodiesel dari kelapa sawit memiliki kualitas yang

bagus.

Reaksi transesterifikasi dapat dikatalis dengan katalis asam atau basa.

Katalis asam yang sering digunakan adalah asam sulfat, dan asam klorida.

Penggunaan katalis asam membutuhkan waktu refluks 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 basa lebih cepat dibandingkan katalis asam, dan

katalis asam lebih korosif, sehingga katalis basa lebih disukai, dan sering

digunakan (Ilgen, 2007). Akan tetapi, katalis basa homogen sulit untuk dipisahkan

dan residu dari katalis dapat mencemari lingkungan. Oleh karena itu, perlunya


commit to user

3

katalis yang tidak mencemari lingkungan, mudah dipisahkan dan dapat digunakan

kembali. KF/CaO merupakan katalis basa heterogen yang ramah lingkungan,

mudah dipisahkan dan dapat digunakan kembali.

Berdasarkan uraian di atas, mengingat pemanfaatan CaO alam sebagai

katalis masih kurang baik, maka perlu dilakukan penelitian tentang preparasi, dan

karakterisasi katalis KF/CaO alam serta pembuatan biodiesel dari minyak kelapa

sawit dengan mengunakan katalis KF/CaO alam.

B. Perumusan Masalah

1. Identifikasi masalah

Katalis merupakan salah satu variable yang berperan dalam laju reaksi

transesterifikasi. Hal ini, dikarenakan aktivitas katalis sangat diperlukan dalam

berjalannya reaksi tersebut. Aktivitas katalis dipengaruhi adanya jumlah situs aktif

dipermukaan katalis. Aktivitas katalis dapat dilihat dari hasil biodiesel diperoleh.

Dalam upaya meningkatkan aktivitas katalis CaO alam dalam reaksi

transesterifikasi yaitu ditambahkan zat aktif seperti kalium fluorida (KF)

kedalamnya. Penambahan massa KF pada CaO alam dapat berpengaruh pada

aktivitas katalis. Peningkatan rasio KF akan memperbesar aktivitas katalis

dikarenakan terbentuknya situs aktif baru yang lebih kuat reaktifitasnya sebagai

katalis. Akan tetapi, ketika rasio KF mencapai ambang batas distribusi monolayer

maka aktifitas katalis menjadi maksimum, dan aktifitasnya akan menurun seiring

dengan kenaikan rasio KF karena ketika rasio KF lebih besar dari batas optimum

maka akan menutupi sisi aktif yang mengakibatkan menurunnya aktifitas katalis.

Oleh karena itu, perlunya dilakukan variasi penambahan massa KF terhadap CaO

alam untuk mengetahui tingkat aktivitas katalis tersebut sehingga akan diperoleh

katalis yang mempunyai aktivitas optimum. Selain itu, parameter yang

mempengaruhi aktivitas katalis heterogen antara lain suhu, dan waktu kalsinasi.

Katalis yang dikalsinasi pada suhu tinggi, maka interaksi semakin besar sehingga

mengakibatkan terjadinya situs aktif yang baru, dan dapat meningkatkan aktivitas


commit to user

4

katalis. Wen et al. (2010) telah melakukan kalsinasi katalis KF/CaO dan kondisi

yang optimum pada suhu kalsinasi 600 oC selama 4 jam.

Pada reaksi transesterifikasi pembuatan biodiesel digunakan pereaksi

alkohol antara lain : metanol, etanol, propanol dan butanol (Gerpen dan Knothe,

2005). Menurut Bannon et al. (1988) berpendapat bahwa alkohol dengan jumlah

atom karbon sedikit mempunyai kereaktifan lebih besar daripada alkohol dengan

atom karbon lebih banyak. Alkohol yang memiliki karbon pendek adalah metanol.

Semakin banyak jumlah metanol yang digunakan maka konversi produk yang

diperoleh juga semakin bertambah, karena laju reaksi sebanding dengan

konsentrasi reaktan yang digunakan. Namun, penggunaan metanol yang berlebih

dapat melarutkan gliserol sehingga metanol yang bereaksi dengan trigliserida

akan berkurang (Attanatho et al., 2004; Viriya et al., 2010). Oleh karena itu,

perlunya dilakukan optimasi dengan memvariasikan perbandingan mol minyak

terhadap metanol untuk mengetahui hasil perolehan biodiesel yang optimum.

Reaksi transesterifikasi dilakukan pada suhu 30-65 oC (titik didih metanol

sekitar 65 oC). Semakin tinggi suhu, konversi yang diperoleh akan semakin tinggi,

dan waktu yang dibutuhkan lebih singkat. Akan tetapi, pada suhu tinggi metanol

telah teruapkan dan dapat membentuk banyak busa, sehingga akan menghambat

reaksi (Liu et al., 2008). Suhu optimum pada reaksi transesterifikasi adalah 65 oC

(Liu et al., 2008; Wen et al., 2010). Selain suhu, waktu reaksi juga dapat

mempengaruhi kemurnian biodiesel yang dibuat. Menurut Wen et al. (2010)

mempelajari waktu pemanasan pada pembuatan biodiesel dari minyak biji tallow

dengan pereaksi metanol menyatakan bahwa waktu optimum pembuatan biodiesel

dengan katalis KF/CaO adalah 2 jam.

Katalis basa alkali heterogen yang ditambahkan lebih banyak ke dalam

minyak yang mengandung asam lemak bebas akan mengakibatkan pembentukan

sabun yang menyebabkan viskositas meningkat sehingga dapat mengganggu

pemisahan alkil ester dengan gliserol. Wen et al. (2010) telah melakukan

pembuatan biodiesel minyak biji tallow menggunakan pereaksi metanol dengan

katalis KF/CaO sebesar 1 %, 2 %, 3 %, 4 %, 5 % dari berat minyak. Menurut

Wen et al. (2010), pembuatan biodiesel dari minyak biji tallow pada suhu 65 oC


commit to user

5

membutuhkan katalisator KF/CaO 4 % untuk menghasilkan metil ester yang

optimum.

2. Batasan Masalah

Permasalahan yang diteliti dibatasi sebagai berikut :

a. CaO alam yang digunakan berasal dari Pandan Simping Klaten.

b. Variasi penambahan massa KF terhadap massa CaO alam adalah 15, 25, 35,

dan 45 % b/b.

c. Katalis KF/CaO alam dikalsinasi pada suhu 600 oC selama 4 jam.

d. Penentuan perbandingan mol minyak terhadap metanol terbaik pada

transesterifikasi dengan variasi perbandingan 1:6, 1:9, 1:12, 1:15, dan 1:18.

e. Reaksi transesterifikasi dilakukan pada suhu 65 o C selama 2 jam.

f. Katalis KF/CaO alam yang digunakan untuk transesterifikasi sebesar 4 % dari

berat minyak.

3. Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang masalah di atas maka permasalahan yang

diteliti dapat dirumuskan sebagai berikut :

a. Apakah penambahan KF pada CaO alam membentuk senyawa baru?

b. Bagaimana pengaruh penambahan KF pada katalis CaO alam terhadap

aktivitas katalis?

c. Bagaimana pengaruh katalis KF/CaO alam dengan adanya variasi metanol

terhadap hasil transesterifikasi minyak kelapa sawit?

C. Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah

a. Mengetahui senyawa baru dari hasil penambahan KF pada CaO alam.


commit to user

6

b. Mengetahui tingkat aktivitas katalis KF/CaO alam dengan adanya

penambahan KF pada CaO alam dan mendapatkan kondisi optimum dari

penambahan KF pada CaO alam dalam pembuatan katalis KF/CaO alam .

c. Mengetahui perbandingan terbaik mol minyak terhadap metanol pada reaksi

transesterifikasi minyak kelapa sawit dengan adanya katalis KF/CaO alam.

D. Manfaat Penelitian

Manfaat yang dapat diperoleh dari penelitian ini adalah:

a. Meningkatkan pemanfaatan batu tohor (CaO alam) sebagai bahan alternatif

katalis pada industri khususnya dalam pembuatan biodiesel.

b. Memberikan informasi tentang penambahan KF dapat mempengaruhi tingkat

aktivitas katalis CaO alam.

c. Meningkatkan pemanfaaatan kelapa sawit sebagai bahan bakar biodiesel.


commit to user

7

BAB II

LANDASAN TEORI

A. Tinjauan Pustaka

1. Batu gamping

Batu gamping merupakan golongan batuan sedimen. Batu gamping terjadi

dari hasil proses organik dan kimia. Secara proses organik batu gamping terbentuk

dari pengendapan kerangka binatang laut seperti golongan Coelenterata, Protozoa,

Moluska dan Foraminifera. Secara kimia, mineral batu gamping terdiri kalsit

(CaCO3), aragonit (CaCO3), magnesit (MgCO3), dolomite (MgCO3, CaCO3), dan

siderite (FeCO3) (Saing, 2008). Gamping biasanya diperdagangkan sebagai kapur

tohor (quicklime) yang mengandung kalsium tinggi dengan kandungan CaO.

Reaksi kimia yang terjadi pada pembakaran batu gamping sebagai berikut :

CaCO3

→ CaO + CO2

Dengan :

CaCO3= batu kapur

CaO = kapur tohor

CO2

= asam arang

Kapur dibuat dari batu gamping yang dibakar dalam suhu tertentu yang

menghasilkan kapur tohor. Kapur tohor adalah hasil pembakaran dari batu kapur

yang belum dipadamkan. Kapur dihasilkan dengan membakar batu kapur atau

kalsium karbonat bersama dengan bahan-bahan kotorannya seperti magnesia,

silika, besi, alkali, alumina dan belerang. Batu kapur mengandung oksida besi,

alumina, magnesia, silika dan belerang, dengan CaO (22–56 %) dan MgO (sekitar

21 %) (Yulaekah, 2007).

2. Kalsinasi

Kalsinasi adalah metode pemisahan dengan memecah ikatan antar

senyawa menggunakan panas, pada suhu 200-800 oC karena pada suhu ini

tercapai titik vitrifikasi, dan ikatan kompleks akan terpecah. Hal ini dilakukan

pada senyawa – senyawa dalam bahan tersebut adalah senyawa kompleks,

7


commit to user

8

sehingga senyawa kompleks tersebut terpecah menjadi senyawa sederhana.

Dengan pemanasan akan terjadi reaksi zat padat, pengkristalan dan terjadi

peleburan ini sehingga ikatan akan terlepas. Kalsinasi dilakukan pada suatu bahan

untuk memutus ikatan molekul antar senyawa pada bahan tersebut (Sukamta,

2009). Metode ini dilakukan dengan menggunakan oven pada suhu tinggi.

Kalsinasi dapat dilakukan pada katalis heterogen, misalnya CaO, MgO,

ZnO, Al2O3, SiO2, K2CO3, dan Na2CO3. Hu et al. (2011) telah melakukan

kalsinasi beberapa katalis antara lain : KF/CaO-Fe3O4, KF/SrO-Fe3O4, KF/MgO-

Fe3O4, dan menghasilkan suhu kalsinasi yang optimum masing – masing sebesar

600 oC untuk KF/CaO-Fe3O4, 600 oC untuk KF/SrO-Fe3O4, 500 oC untuk

KF/MgO-Fe3O4. Sedangkan Wen et al. (2010) melakukan kalsinasi katalis

KF/CaO dan menghasilkan kondisi suhu kalsinasi optimum pada 600 oC selama 4

jam. Menurut Yoosuk et al. (2010) kalsinasi CaO dilakukan pada suhu 600 oC

selama 3 jam untuk mengubah hidroksi menjadi bentuk oksida.

3. Pengaruh Penambahan KF pada Katalis

Kalium fluorida (KF) merupakan molekul alkali halida yang memiliki

unsur F (fluor) yang aktif, dan reaktif, sehingga mudah bereaksi dengan logam.

Penambahan KF mempengaruhi aktivitas katalis. Semakin banyak KF yang

ditambahkan maka semakin besar aktivitas katalis. Akan tetapi, jika terlalu

banyak penambahan KF, juga akan menurunkan aktivitas katalis. Hal ini telah

dibuktikan oleh Wen et al. (2010) yang telah melakukan penelitian dengan

menambahkan KF dalam CaO, dimana penambahan KF lebih dari 25% berat

CaO, aktivitas katalis menurun. Hal ini dikarenakan KF akan terdistribusi di

permukaaan CaO, dan apabila jumlah KF terlalu besar, maka akan menutup

permukaan katalis, sehingga aktivitas katalis akan menurun. Hu et al. (2011) juga

melakukan penelitian penambahan KF di beberapa katalis seperti CaO–Fe3O4,

SrO–Fe3O4 dan MgO–Fe3O4 bahwa masing – masing katalis memiliki kondisi

optimum dengan adanya penambahan KF untuk mencapai aktivitas yang tinggi.

Kondisi optimum ini dapat dilihat dari hasil perolehan biodiesel. Menurut Hu et

al. (2011), biodiesel yang dihasilkan akan tinggi perolehannya jika penambahan

KF mencapai 25 % untuk CaO, 35 % untuk MgO, dan 10 % untuk SrO.


commit to user

9

4. Karakterisasi CaO alam dan KF/CaO alam

a. Fourier Transform Infra Red (FTIR)

Fourier Transform Infra Red dapat digunakan untuk mengidentifikasi

senyawa organik maupun anorganik berdasarkan absorbsi gugus fungsional

terhadap radiasi infra merah. Prinsip kerja dari alat ini adalah berdasarkan

penyerapan sinar infra merah oleh suatu senyawa. Setiap senyawa mempunyai

spektrum infra merah yang karakteristiknya tergantung dari kandungan gugus

fungsinya. Spektrum infra merah dapat dibagi menjadi tiga wilayah utama: jauh

(<400 cm-1), pertengahan (4000-400 cm-1), dan dekat (13000-4000 cm-1) (Stuart,

2004).

Senyawa anorganik sederhana, seperti NaCl, tidak menghasilkan getaran

(vibrasi) di daerah pertengahan infra merah, meskipun getaran kisi molekul

tersebut terjadi di daerah inframerah jauh. Sedangkan senyawa anorganik sedikit

lebih kompleks, seperti CaCO3, mengandung anion kompleks. Adanya anion ini

menghasilkan karakteristik band infra merah dan dapat dilihat pada Tabel 1.

Tabel 1. Panjang Gelombang Infra Merah dari Anion (Stuart, 2004)

Ion Panjang gelombang (cm-1) CO3

2- 1450-1410, 880-800 SO4

2- 1130-1080, 680-610 NO3

- 1410-1340, 860-800 PO4

3- 1100-950 SiO4

2- 1100-900 NH4

+ 3335-3030, 1485-1390 MnO4

- 920-890, 850-840

Tang et al. (2011) telah melakukan karakterisasi FTIR dari CaO yang

termodifikasi dengan trimetil klorosilane, dan data spektra tersebut menunjukkan

bahwa ikatan C-H stretching pada panjang gelombang 2800-3000 cm-1, C-H

(alkana) bending pada 1440 cm-1, dan serapan C=O antara 2000-1500 cm-1, serta

ada serapan O-H pada 1621, dan 3460 cm-1. Vibrasi stretching baik simetri

maupun asimetri dari ikatan O-C-O karbonat pada permukaan CaO yang

dikalsinasi pada suhu lebih rendah menunjukkan serapan IR disekitar 1475, 1074


commit to user

10

dan 864 cm-1, serta adanya ikatan O-H bending ada di daerah 1647 cm-1 (Lopez et

al., 2007). Selain itu, Wang et al. (2009) menyatakan adanya KF di sekitar 678,2

cm-1 pada katalis KF/CaO-MgO. Sedangkan pada CaO adanya vibrasi stretching

gugus CaO diantara 600-250 cm-1 (Gonzales et al., 2003). Berdasarkan penelitian

dari Zaki et al. (2006) bahwa spektrum CaO mempunyai serapan lancip dan

panjang di 3656 cm-1, 2 serapan lebar di sekitar 3822 dan 3388 cm-1, serapan

medium doublet disekitar 1444 cm-1, dan serapan sangat kuat di daerah 600 cm-1.

Sedangkan, hasil penelitian Omolfajr et al. (2011) menyatakan ada serapan Ca-F

pada bilangan gelombang 450 cm-1 dari hasil sintesis CaF2 nanopartikel.

b. Spektroskopi Difraksi Sinar X ( XRD)

Analisis difraksi sinar X merupakan metode analisis untuk mengetahui

kristalinitas suatu zat padat. Setiap kristal mempunyai harga d yang khas sehingga

dengan mengetahui harga d maka jenis kristalnya dapat diketahui. Referensi harga

d, 2θ, 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).

Gambar 1. Difraktogram XRD KF/CaO dengan Berbagai Suhu (Wen, et al., 2010)

Berdasarkan penelitian Wen et al. (2010) tentang sintesis katalis KF/CaO

dengan berbagai suhu kalsinasi menunjukkan 2θ dari tiga fasa adalah 18,02;

34,08; 47,14; 50,82; 54,36; 62,60; dan 64,26 o untuk Ca(OH)2, 28,74; 41,22;

51,26; 59,52; 59,69; dan 67,59 o untuk KCaF3, dan 32,12; 37,28; 53,80; 64,12;


commit to user

11

dan 67,34 o untuk CaO. Hu et al. (2011) telah mensintesis KF/CaO-Fe3O4 dengan

suhu kalsinasi 600 oC menunjukkan terbentuk puncak difraksi KCaF3 pada 20;

28,4; 35; 40,5; dan 79,7 o, sedangkan puncak difraksi Ca(OH)2 dan KF

menghilang.

5. Minyak Kelapa Sawit

Kelapa sawit merupakan salah satu dari beberapa tanaman golongan palm

yang dapat menghasilkan minyak. Kelapa sawit dapat tumbuh dengan baik di

daerah tropis. Tanaman ini tumbuh sempurna di ketinggian 0-500 m dari

permukaan laut dengan kelembaban 80-90 %. Kelapa sawit tumbuh pada iklim

dengan curah hujan stabil yaitu daerah yang tidak tergenang air saat hujan dan

tidak kekeringan saat kemarau.

Minyak kelapa sawit seperti umumnya minyak nabati lainnya yang

merupakan senyawa yang tidak larut dalam air, sedangkan komponen

penyusunnya yang utama adalah trigliserida dan nontrigliserida. Trigliserida dari

minyak kelapa sawit merupakan ester dari gliserol dengan tiga molekul asam

lemak. Minyak kelapa sawit mengandung asam lemak jenuh dan beberapa tak

jenuh. Asam lemak yang terdapat pada minyak kelapa sawit dapat ditunjukkan

pada Tabel 2.

Tabel 2. Komposisi Asam Lemak Minyak Kelapa Sawit (Gunstons dan Haword, 2007)

Asam lemak Jumlah (%) Asam miristat (C14:0) Asam palmitat (C16:0) Asam stearat (C18:0) Asam oleat (C18:1)

Asam linoleat (C18:2) Asam linolenat (C18:3) Asam arachidat (C20:0)

1,1 44,1 4,4

39,0 10,6 0,3 0,2

Selain trigliserida masih terdapat senyawa non trigliserida dalam jumlah

kecil. Yang termasuk senyawa non trigliserida ini antara lain : monogliserida,

digliserida, fosfatida, karbohidrat, turunan karbohidrat, dan protein (Pasaribu,

2004).


commit to user

12

6. Biodiesel

Biodiesel adalah pengganti atau penambah bahan bakar diesel yang

diperoleh dari turunan minyak atau lemak baik dari hewan maupun tumbuhan.

Biodiesel adalah bahan bakar alternatif yang penggunaannya tanpa perlu

memodifikasi mesin dan menghasilkan tenaga yang sama dengan bahan bakar

diesel konvensional. Bahan bakar transportasi ini dapat diperbaharui dan bisa

didegradasi hingga ramah lingkungan karena rendah emisi partikulatnya sehingga

tidak mengotori atmosfir (Lim et al., 2011).

Biodiesel disintesis dari ester asam lemak dengan rantai karbon antara C6-

C22. Asam lemak penyusun minyak/lemak dapat diubah menjadi ester-esternya.

Ester-ester ini dapat diperoleh dengan mereaksikan trigliserida dan alkohol

menggunakan katalis asam maupun basa. Reaksi ini dikenal sebagai reaksi

pembuatan biodiesel atau disebut juga reaksi alkoholisis (Pujaatmaka, 1999).

Dalam pembuatan biodiesel, asam lemak bebas dapat digunakan sebagai

bahan dasar. Menurut Freedman et al. (1984), adanya asam lemak bebas

berpengaruh pada reaksi trasesterifikasi khususnya dengan menggunakan katalis

basa. Apabila asam lemak bebas lebih dari 1 % b/b, maka akan terjadi

pembentukkan sabun, dan produk yang dihasilkan akan sulit dipisahkan, sehingga

mengakibatkan hasil biodiesel yang diperoleh sedikit (Berchmans et al., 2008).

Transesterifikasi (biasa disebut dengan alkoholisis) 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). Menurut Bannon et al. (1988),

alkohol dengan atom karbon sedikit memiliki kereaktifan lebih besar daripada

alkohol dengan atom karbon lebih banyak. Reaksi transesterifikasi trigliserida dan

metanol menjadi metil ester dapat dilihat pada Gambar 2.


commit to user

13

H2C

HC

O

H2C

O

C

C

O C

O

O

O

R1

R2

R3

+ 3 CH3OH

R1 C OCH3

O

R2 C OCH3

O

R3 C OCH3

O

+

H2C

HC

OH

OH

H2C OH

Trigliserida Metanol Metil ester (biodiesel) Gliserol

katalis

Gambar 2. Reaksi Transesterifikasi dari Trigliserida menjadi Ester Metil Asam-Asam Lemak.

Pada reaksi transesterifikasi digunakanlah katalis. Adanya katalis untuk

mempercepat laju reaksi agar dapat menghasilkan produk yaitu metil ester. Laju

reaksi transesterifikasi dipengaruhi oleh katalis, temperatur, jenis alkohol, dan

kelarutan metanol dalam minyak (Freedman et al., 1984). Katalis yang biasanya

digunakan pada reaksi transesterifikasi adalah katalis basa. Hal ini dikarenakan

laju reaksi transesterifikasi katalis basa lebih cepat dibandingkan katalis asam.

Dalam kondisi basa, karbonil dapat diserang langsung oleh nukleofilik tanpa

protonasi sebelumnya dan gugus alkoksida (:OR) berperan sebagai nukleofil.

Mekanisme reaksi transesterifikasi dengan katalis basa heterogen ditunjukkan

pada Gambar 3 (Schuchardt et al., 1998).

Reaksi transesterifikasi dari minyak tumbuhan dengan menggunakan

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

1983). Alkohol sangat berpengaruh pada hasil reaksi transesterifikasi, baik itu

jenis maupun jumlah alkohol yang digunakan. Semakin banyak ratio reaktan yang

digunakan maka semakin besar jumlah tumbukan antara alkohol dengan minyak,

sehingga hasil ester yang diperoleh semakin meningkat. Akan tetapi penggunaan

alkohol yang berlebih dapat melarutkan gliserol sehingga metanol yang bereaksi

dengan trigliserida akan berkurang (Attanatho et al., 2004, Viriya et al., 2010),

sehingga dapat menurunkan hasil biodiesel yang diperoleh.


commit to user

14

ROH + B RO - + BH+

R1COO CH2

CH

CH2

R2COO

O C R3

O

+ -ORR1COO CH2

CH

CH2

R2COO

O C R3

O-

OR

R1COO CH2

CH

CH2

R2COO

O C R3

O-

OR

R1COO CH2

CH

CH2

R2COO

O-

+

R1COO CH2

CH

CH2

R2COO

O-

+ BH+

R1COO CH2

CH

CH2

R2COO

OH

+ B

ROOCR3

Gambar 3. Mekanisme Reaksi Transesterifikasi dalam Katalis Basa (Schuchardt, et al., 1998).

Hasil penelitian Viriya et al. (2010) yang telah melakukan sintesis

biodiesel menggunakan katalis CaO dari meretrix venus shell menyatakan bahwa

penambahan ratio metanol terhadap minyak dari 9 sampai 12 dapat meningkatkan

kandungan metil ester, dan jika penambahan ratio metanol terhadap minyak

sampai 18 maka menurunkan metil ester. Liu et al. (2008) telah melakukan reaksi

transesterifikasi dari minyak kedelai dengan menggunakan katalis CaO 8 % pada

suhu 65 oC dan menghasilkan biodiesel sebesar 95 % pada rasio minyak : metanol

sama dengan 12:1 selama 3 jam. Hasil penelitian Isahak et al. (2010) menyatakan

bahwa transesterifikasi minyak kelapa sawit, dan metanol ratio 12:1 dari molar

minyak pada suhu 65 oC selama 2 jam dengan menggunakan katalis CaO

menghasilkan konversi biodiesel sebesar 85 %, sedangkan Wen et al. (2010) telah


commit to user

15

melakukan reaksi transesterifikasi dari minyak biji tallow dengan menggunakan

katalis KF/CaO 4% pada suhu 65 oC dan menghasilkan biodiesel yang optimum

pada rasio minyak : metanol yaitu 12:1 selama 2 jam.

7. Karakterisasi Biodiesel dengan Hidrogen Nuclear Magnetic Resonance

(1H NMR)

Presentase kadar metil ester yang diperoleh dapat diketahui dengan

menggunakan 1H NMR. 1H NMR adalah salah satu metode untuk menentukan

struktur senyawa dengan menggunakan resonansi magnet proton. Proton gugus

gliserida ditunjukkan oleh puncak pada daerah 4-4,3 ppm. Proton gugus metil

ester ditunjukkan oleh puncak pada daerah sekitar 3,7 ppm. Sedangkan proton α-

CH2 ditunjukkan oleh puncak pada daerah sekitar 2,3 ppm (Knothe, 2000).

Integrasi puncak-puncak gliserida dan metil ester dapat digunakan untuk

menghitung konversi metil ester. Nilai konversi metil ester dapat ditentukan

dengan rumus berikut :

C (%) = 100 x 5 x I

5 x I + 9 x I

Keterangan :

CME = konversi metil ester, %

IME = nilai integrasi puncak metil ester

ITAG = nilai integrasi puncak triasilgliserida

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

Kalium fluorida (KF) merupakan molekul alkali halida yang memiliki

unsur F (fluor) bervalensi satu. Fluor memiliki keelektronegatifan yang paling

tinggi, unsur aktif, dan reaktif, sehingga mudah bereaksi dengan logam.

Sedangkan CaO alam adalah oksida logam yang memiliki logam Ca yang reaktif.

Adanya penambahan KF pada CaO alam akan terjadi suatu reaksi sehingga


commit to user

16

mengakibatkan terbentuknya senyawa baru. Wen et al. (2010) menyatakan

penambahan KF pada CaO dapat membentuk senyawa aktif baru yaitu KCaF3.

Upaya meningkatkan aktivitas katalis CaO alam yaitu ditambahkan zat

aktif seperti kalium fluorida (KF) ke dalamnya. Penambahan KF pada CaO akan

membentuk senyawa aktif. Penambahan massa KF pada CaO alam dapat

berpengaruh pada aktivitas katalis. Peningkatan rasio KF akan memperbesar

aktivitas katalis dikarenakan terbentuknya situs aktif baru yang lebih kuat

reaktifitasnya sebagai katalis. Akan tetapi, ketika rasio KF mencapai ambang

batas distribusi monolayer maka aktifitas katalis menjadi maksimum, dan

aktifitasnya akan menurun seiring dengan kenaikan rasio KF karena ketika rasio

KF lebih besar dari batas optimum maka akan menutupi sisi aktif yang

mengakibatkan menurunnya aktifitas katalis.

Laju reaksi transesterifikasi sebanding dengan konsentasi pereaksi.

Semakin besar konsentrasi pereaksi (metanol) yang ditambahkan maka semakin

besar pula jumlah tumbukan antar partikel, dan kesetimbangan akan bergeser ke

sebelah kanan (ke produk) sehingga produk (yaitu metil ester) yang dihasilkan

akan semakin banyak. Akan tetapi, penggunaan metanol yang berlebih dapat

melarutkan gliserol sehingga metanol yang bereaksi dengan trigliserida akan

berkurang (Attanatho et al.,2004, Viriya et al., 2010), sehingga mengakibatkan

hasil biodiesel yang diperoleh akan semakin sedikit.

C. Hipotesis

1. Penambahan KF pada CaO alam membentuk senyawa baru KCaF3.

2. Penambahan massa KF terhadap CaO alam dalam pembuatan katalis KF/CaO

alam dapat meningkatkan aktivitas katalis sampai kondisi optimum.

3. Adanya variasi metanol dengan katalis KF/CaO alam, maka hasil

transesterifikasi minyak kelapa sawit semakin meningkat sampai kondisi

optimum.


commit to user

17

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

A. Metode Penelitian

Metode yang akan digunakan dalam penelitian ini adalah metode

eksperimental laboratorium untuk memperoleh data hasil. Penelitian ini meliputi

preparasi dan karakterisasi katalis KF/CaO alam, transesterifikasi dengan pereaksi

metanol dan katalis KF/CaO alam, dan penentuan konversi biodiesel yang

dihasilkan menggunakan Hidrogen Nuclear Magnetic Resonance (1H NMR).

B. Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Oktober 2011 hingga Mei 2012 di

Laboratorium Dasar Kimia MIPA UNS, dan Laboratorium Pusat Universitas

Negeri Sebelas Maret Surakarta Sub Laboratorium Kimia.

C. Alat dan Bahan

1. Alat

a. Seperangkat alat gelas b. Lumpang dan penggerus porselin

c. Ayakan 150 mesh

d. Furnace 4800

e. Tang krus

f. Krus

g. Neraca analitik BP 310 S dengan batas timbang 0-310 g, dan d = 0,001 g

h. Seperangkat alat titrasi

i. Stirrer

j. Seperangkat alat refluks

k. Pemanas listrik Cole-Parmer

l. Pompa air

m. Evaporator Buchi Switzerland VRE

17


commit to user

18

n. X-Ray Fluorescence (XRF) menggunakan Bruker S2 Ranger

o. X-Ray Difractometer (XRD) menggunakan Bruker D8 Advance

p. Fourier Transform Infra Red (FTIR) menggunakan Shimadzu IR Prestige-21

q. Hidrogen Nuclear Magnetic Resonance (1H NMR) menggunakan Agilent400-

VNMR 400 MHz

2. Bahan

a. Batu tohor/CaO alam dari Pandan Simping Klaten

b. Kalium Fluorida (KF) p.a

c. Minyak kelapa sawit

d. Metanol p.a

e. Kalium Hidroksida (KOH) p.a

f. Asam Klorida (HCl) 37 % p.a

g. Akuades

h. Na2SO4 anhidrat p.a

D. Prosedur Penelitian

1. Preparasi Katalis KF/CaO Alam

Kapur tohor (CaO alam) diayak terlebih dahulu dengan ayakan 150 mesh.

CaO alam 150 mesh tersebut dikalsinasi pada suhu 600 oC selama 3 jam. Kalium

Fluorida (KF) ditambahkan pada CaO alam 150 mesh yang telah dikalsinasi.

Penambahan KF dengan masing- masing sebesar 15, 25, 35, dan 45 % dari berat

CaO alam. Kedua zat tersebut dicampur sambil digerus selama 15 menit. Setelah

tercampur, campuran tersebut ditambahkan 10 mL akuades, dan ditunggu sampai

menjadi pasta selama 45 menit, kemudian dioven selama 5 jam pada suhu 105 oC,

dan dilanjutkan dengan kalsinasi pada suhu 600 oC selama 4 jam.

2. Karakterisasi Katalis

Kapur tohor (CaO alam) dan Kalium Fluorida (KF) masing – masing

sebanyak 0,5 gram dianalisis dengan Fourier Transform Infra Red (FTIR) dengan

metode plat KBr pada batas bilangan gelombang antara 400-4000 cm-1. Untuk

mengetahui komposisi yang terkandung di dalam CaO alam dilakukan analisis

dengan X-Ray Fluorescence (XRF). Katalis CaO alam, dan KF/CaO alam (sesuai


commit to user

19

variasi) dianalisis dengan Difraktometer Sinar-X (XRD) menggunakan anoda Cu

pada 2θ = 10-70 o, voltage 40 kV, dan current 40 mA. Aktivitas katalis CaO alam

dan KF/CaO alam dapat langsung diaplikasikan dengan mensintesis biodiesel dari

minyak kelapa sawit dan metanol dengan perbandingan mol 1:12. Proses

transesterifikasi dilakukan pada suhu 65 oC selama 2 jam, dan ditambahkan 4 %

katalis KF/CaO alam (sesuai variasi) dari berat minyak. Hasilnya dianalisis

dengan Hidrogen Nuclear Magnetic Resonance (1H NMR) dengan pelarut CDCl3.

Katalis KF/CaO alam yang memiliki aktivitas yang optimum akan dianalisis

dengan FTIR.

3. Pembuatan Biodiesel dan Karakterisasinya

a. Penentuan Bilangan Asam

Sebanyak 5 gram minyak sawit dalam erlenmeyer ditambah 2 tetes

indikator fenolftalen, kemudian campuran dititrasi dengan KOH 0,5 M

menghasilkan warna merah jambu. Apabila bilangan asam kurang dari 1 maka

tidak memerlukan proses esterifikasi.

b. Penentuan Bilangan Penyabunan

Penentuan bilangan penyabunan dilakukan dengan mereaksikan 50 mL

KOH 0,5 M ( 1,4 gram KOH dalam metanol) dan 5 gram minyak kelapa sawit.

Campuran tersebut direfluks selama 150 menit sampai minyak tersabunkan

dengan sempurna. Larutan yang diperoleh pada akhir penyabunan harus jernih

dan homogen. Setelah larutan dingin, larutan tersebut ditambahkan 1 mL indikator

fenolftalein sehingga menyebabkan warna larutan menjadi merah jambu. Jumlah

KOH yang dibutuhkan dapat diketahui dengan titrasi menggunakan HCl 0,5 M

sampai warna merah jambu hilang. Prosedur ini diulangi tanpa menggunakan

minyak untuk analisis blanko.

c. Transesterifikasi Minyak Kelapa Sawit Menggunakan Katalis KF/CaO Alam

Transesterifikasi dilakukan dengan mereaksikan minyak dengan

memvariasikan metanol. Pada reaksi ini dilakukan variasi perbandingan mol

minyak terhadap metanol masing-masing sebesar 1:6, 1:9, 1:12, 1:15, dan 1:18.

Reaksi transesterifikasi dilakukan pada suhu 65 oC selama 2 jam. Sejumlah

tertentu (sesuai variasi perbandingan) metanol direaksikan dahulu dengan 4 %


commit to user

20

katalis KF/CaO alam dari berat minyak. Semua bahan dimasukan ke dalam labu

leher tiga pada seperangkat alat refluks yang dilengkapi termometer dan pengaduk

magnetik. Setelah reaksi berjalan selama 2 jam, reaksi dihentikan.

d. Pencucian dan Pemurnian Biodiesel

Hasil transesterifikasi kemudian dibiarkan, sehingga terbentuk dua lapisan.

Lapisan atas merupakan metil ester, sedangkan lapisan bawah gliserol, dan sisa

katalis. Bagian atas diambil, dan merupakan biodiesel kotor. Biodiesel kotor

dimurnikan dengan evaporator selama 1 jam pada kondisi vakum (tekanan 50-100

mBar, suhu 40-60 oC, dan kecepatan putar 2-3 rpm) untuk menghilangkan air, dan

metanol. Selanjutnya biodiesel ditambah Na2SO4 anhidrat untuk menghilangkan

air. Biodiesel yang telah bersih, dan siap untuk dikarakterisasi.

e. Karakterisasi Biodiesel

Biodiesel yang diperoleh dilakukan uji karakterisasi dengan Hidrogen

Nuclear Magnetic Resonance (1H NMR) dengan pelarut CDCl3.

E. Teknik Pengumpulan Data

Karakterisasi CaO alam dan KF dilakukan menggunakan Fourier

Transform Infra Red (FTIR) untuk mengetahui gugus fungsinya. CaO alam, dan

KF/CaO alam dengan berbagai variasi penambahan KF terhadap berat CaO

sebesar 15, 25, 35, dan 45 % dikarakterisasi dengan difraktometer sinar X yang

bertujuan untuk mengetahui kristanilitas dari katalis tersebut. Untuk mengetahui

aktivitas katalis, masing-masing katalis KF/CaO alam, dan CaO alam langsung

diaplikasikan dengan membuat biodiesel. Katalis yang memiliki nilai aktivitas

tertinggi kemudian dianalisis gugus fungsinya dengan Fourier Transform Infra

Red (FTIR).

Sebelum reaksi transesterifikasi dilakukan, perlu menentukan berat

molekul dari suatu minyak (triasilgliserida). Penentuan berat molekul dapat

dilakukan dengan menghitung bilangan penyabunan dari minyak kelapa sawit

tersebut. Rata – rata berat molekul minyak (TAG) adalah :

Berat molekul TAG = 3 x 56,1 x 1000 mg

SN x 1 g


commit to user

21

Keterangan :

SN = bilangan penyabunan (mg/g)

Reaksi transesterifikasi minyak kelapa sawit dengan masing-masing

variasi metanol terhadap mol minyak akan diperoleh metil ester, dan dapat

ditentukan konversi metil ester (%) dengan menggunakan 1H NMR. Rumus yang

digunakan dalam penentuan konversi metil ester adalah :

C (%) = 100 x 5 x I

5 x I + 9 x I

Keterangan :

CME = konversi metil ester, %

IME = nilai integrasi puncak metil ester

ITAG = nilai integrasi puncak triasilgliserida

F. Teknik Analisis Data

Difraktometer sinar-X (XRD) dapat digunakan untuk mengetahui

kristalinitas dari material. Dari data XRD diperoleh puncak – puncak 2θ dari CaO

alam awal, KF, dan gabungan KF dengan CaO alam. Puncak – puncak 2θ tersebut

dibandingkan dengan data puncak yang ada di Joint Committee on Powder

Diffraction Standards (JCPDS), dan referensi. Pembandingan ini untuk

mengetahui senyawa - senyawa yang ada di CaO alam, maupun di KF/CaO alam.

Puncak – puncak 2θ dari CaO alam awal dibandingkan dengan gabungan KF, dan

CaO alam. Adanya puncak baru berarti menunjukkan bahwa terbentuk katalis

KF/CaO alam.

Untuk mengetahui gugus fungsi dari batu tohor (CaO alam) dan KF

dilakukan analisis FTIR dengan melihat dari panjang gelombang absorbansinya

dan dibandingkan dengan hasil spektra FTIR dari KF/CaO alam. Adanya

pergeseran panjang gelombang menunjukkan bahwa terbentuk katalis KF/CaO


commit to user

22

alam. Untuk mengetahui kandungan tingkat aktivitas katalis dapat langsung

diaplikasi dalam pembuatan biodiesel. Tingkat aktivitas katalis dapat dilihat dari

hasil biodiesel yang diperoleh.

Untuk mengetahui kondisi optimum metanol terhadap hasil biodiesel

dilakukan analisis menggunakan metode scatter graphic dilakukan dengan plot

kadar metil ester dengan variasi metanol terhadap mol minyak. Berdasarkan grafik

tersebut dapat diketahui kondisi perbandingan mol metanol terhadap minyak yang

paling optimum. Kondisi perbandingan mol metanol terhadap minyak yang

optimum dapat ditunjukkan dengan grafik yang mencapai puncak tertinggi yang

menghasilkan kadar metil ester maksimum. Konversi metil ester dapat ditentukan

dengan 1H NMR.


commit to user

23

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Preparasi KF/CaO Alam

Katalis CaO alam dipreparasi dengan menghaluskan dan mengayaknya

dengan ayakan 150 mesh. CaO alam 150 mesh dikalsinasi pada suhu 600 oC

selama 3 jam. Kalsinasi ini dilakukan untuk menghilangkan senyawa-senyawa

organik yang mungkin ada di katalis CaO alam tersebut, dan menurut Yoosuk et

al. (2010) kalsinasi CaO dilakukan pada suhu 600 oC selama 3 jam untuk

mengubah hidroksi menjadi bentuk oksida, sehingga dapat meningkatkan aktivitas

katalis pada reaksi transesterifikasi.

Batu tohor (CaO alam) yang telah dikalsinasi pada suhu 600 oC dianalisis

menggunakan X-Ray Fluorescence (XRF). Analisis ini bertujuan untuk

mengetahui komponen dalam batu tohor (CaO alam). Komponen terdapat di

dalam batu tohor setelah dikalsinasi pada suhu 600 oC selama 3 jam dapat

ditunjukkan pada Tabel 3.

Tabel 3. Komponen Batu Tohor (CaO Alam) Setelah Dikalsinasi pada Suhu 600 oC Selama 3 Jam

Komponen Konsentrasi (%)

CaO 97,93

SiO2 0,67

Al2O3 0,50

K2O 0,29

P2O5 0,18

Fe2O3 0,18

Cl 0,16

SrO 0,03

23


commit to user

24

Tabel 3 menunjukkan bahwa kandungan CaO dalam batu tohor mencapai

97,93%. sedangkan komponen lain yang terkandung di dalam batu tohor antara

lain SiO2, Al2O3, K2O, P2O5, Fe2O3, Cl, dan SrO. Proses selanjutnya adalah

preparasi KF/CaO alam dengan berbagai variasi berat KF yaitu 15, 25, 35, dan 45

% b/b.

B. Karakterisasi Katalis

1. Analisis X-Ray Diffraction (XRD)

Senyawa KF/CaO alam dianalisis dengan menggunakan X-Ray Diffraction

(XRD). Difraktogram ditunjukkan pada Gambar 4. Analisis ini bertujuan untuk

mengidentifikasi senyawa-senyawa dari hasil KF/CaO alam seperti CaO,

Ca(OH)2, KF, dan senyawa gabungan KF dengan CaO. Identifikasi senyawa

dilakukan dengan membandingkan harga 2θ puncak-puncak difraktogram

senyawa hasil KF/CaO alam dengan 2θ CaO, Ca(OH)2, dan KF dari JCPDS (Joint

Comittee on Powder Difraction Standard) dan referensi.

Gambar 4 menunjukkan difraktogram penambahan KF pada CaO alam.

Hasil difraktogram tersebut mengindikasikan adanya kristal baru. Kristal tersebut

adalah KCaF3 pada 2θ (o) = 28,73; 41,2; 59,52; 59,7; dan 67,59. KCaF3 dari

KF/CaO yang telah diteliti oleh Wen et al., (2010) memiliki harga 2θ (o) yaitu

28,74; 41,22; 51,26; 59,52; 59,69; dan 67,59. Apabila dibandingkan harga 2θ,

adanya kesesuaian 2θ KCaF3 antara KF/CaO alam dengan KF/CaO dari penelitian

Wen. Selain KCaF3, difraktogram menunjukkan adanya CaO ( 2θ (o) = 32,2; 37,4;

53,9; 64,23; 67,4), dan Ca(OH)2 ( 2θ (o) = 18,06; 34,11; 47,1; 50,8) .

Pada Gambar 4b dengan penambahan KF 15 % mulai terbentuk KCaF3.

Adanya penambahan KF, puncak Ca(OH)2 mulai menghilang. Akan tetapi,

puncak difraksi KF tidak terlihat pada Gambar 4b-4e. Hal ini dikarenakan KF

terdispersi di permukaan CaO.


commit to user

25

Gambar 4. Difraktogram CaO Alam dengan Penambahan KF Sebesar (a) 0, (b)

15, (c) 25, (d) 35, (e) 45 % b/b, dan (f) KF/CaO dari Penelitian Wen et al. (2010)

2. Analisis Gugus Fungsi dengan FTIR

Data lain yang dapat digunakan untuk mendukung terbentuknya KF/CaO

alam adalah data dari FTIR. Data yang diperoleh berupa gugus fungsi yang ada

CaO, KF, maupun KF/CaO alam yaitu gugus fungsi ion hidroksi (OH-) maupun

ion karbonat (CO32-) dan apabila dideteksi dengan FTIR, puncak-puncak gugus

fungsi yang terlihat seperti ikatan O-H, O-C-O, C=O, Ca-O, dan K-F. Hasil


commit to user

26

pengukuran FTIR dari material CaO, KF, dan KF/CaO alam ditunjukkan pada

Gambar 5.

Gambar 5. Spektra FTIR dari (a) KF, (b) CaO Alam, (c) KF/CaO Alam 45 %

Tabel 4. Tabulasi Gugus Fungsional CaO Alam, KF/CaO Alam 45 %, dan KF

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

(cm-1) CaO alam KF/CaO alam

45 % KF Uluran OH 3460 a 3425,72 3412,08 3319,49 Tekukan OH 1647 b, 1621 a 1641 1649 1629,85 Uluran simetri O-C-O 1475 b 1418,71 1460-1404,18 1529,55 Uluran asimetri O-C-O 1074 ; 864 b 1010; 874 1057; 871,82 Uluran C=O 1500-2000 a 1656,85 1739,79 Uluran Ca-O 250-600 c 418,57 543,93 Uluran K-F Uluran Ca-F

678,2 d 450 e

669,3 449,41-435,91

684,73

Sumber : a Tang et al. (2011), b Lopez et al. (2007) dalam Vujicic et al. (2010), c Gonzalez et al. (2003), d Wang et al. (2009), e Omolfajr et al. (2011).


commit to user

27

Gambar 5b menunjukkan spektra CaO yang memiliki serapan yang khas

yaitu adanya serapan lancip dan panjang pada daerah 3642,73 cm-1, serapan lebar

di daerah 3425,72 cm-1, serapan sedang pada 1418,71 cm-1, dan ada serapan kuat

di sekitar 600 cm-1. Gambar 5a yaitu spektra KF memiliki serapan lebar di daerah

3319,49 cm-1 yang merupakan serapan air, di daerah 1600 cm-1 ada serapan

sedang, dan ada serapan kuat diantara daerah 702-613 cm-1. Sedangkan pada

Gambar 5c merupakan spektra KF/CaO alam yang memiliki serapan hampir sama

dengan CaO alam.

Tabel 4 terlihat adanya serapan dengan puncak lebar antara bilangan

3319,49-3425,72 cm-1 yang merupakan vibrasi ulur O-H dari gugus hidroksi di

dalam CaO, KF/CaO alam dan KF dengan molekul-molekul air dalam partikel.

Bilangan gelombang antara 1629-1649 cm-1 merupakan tekukan OH yang berasal

dari molekul air pada daerah partikel tersebut yang terikat dengan anion

interlayer. Vibrasi ulur simetris O-C-O dari CO32- muncul pada bilangan

gelombang antara 1404-1529,55 cm-1, dan uluran asimetris O-C-O muncul pada

bilangan gelombang 1010-1057 cm-1, dan di daerah 871,82-874 cm-1. Uluran

C=O dari CO32- pada puncak dengan bilangan gelombang 1656,85-1739,79 cm-1.

Hasil penelitian Gonzalez et al. (2003) menyebutkan bahwa puncak pada bilangan

gelombang diantara 250-600 cm-1 merupakan uluran Ca-O sehingga puncak pada

bilangan antara 453-544 cm-1 dapat diartikan sebagai vibrasi ulur Ca-O.

Campuran KF dan CaO alam ditandai adanya vibrasi pada daerah 669,3-685 cm-1

yang menunjukkan vibrasi KF. Hasil penelitian Omolfajr et al. (2011)

menyatakan ada serapan Ca-F pada bilangan gelombang 450 cm-1 dari hasil

sintesis CaF2 nanopartikel. Berdasarkan data FTIR setelah pencampuran KF/CaO

alam terdapat serapan baru pada daerah 435,91-449,41 cm-1 yang merupakan

ikatan Ca-F. Hal ini dapat mengindikasikan terbentuknya senyawa baru KCaF3

pada KF/CaO alam.


commit to user

28

C. Transesterifikasi Minyak Kelapa Sawit

1. Preparasi Reaksi Transesterifikasi

Reaksi transesterifikasi dengan katalis basa mempunyai kecenderungan

untuk menghasilkan sabun sehingga menyebabkan hasil biodieselnya menurun.

Terbentuknya sabun disebabkan kandungan asam lemak bebas yang tinggi di

dalam minyak. Oleh karena itu, sebelum melakukan reaksi transesterifikasi perlu

menentukan bilangan keasaman dan angka penyabunan di dalam minyak kelapa

sawit.

Berdasarkan hasil perhitungan pada Lampiran 2 didapatkan angka

keasaman sebesar 0,561 mg/g. Bilangan keasaman yang kurang dari 1 mg/g

menandakan bahwa kandungan asam lemak bebas di dalam minyak sawit sedikit

sehingga tidak perlu dilakukan proses esterifikasi. Hasil perhitungan pada

Lampiran 3, minyak kelapa sawit juga memiliki angka penyabunan sebesar 181,2

mg/g. Hasil penelitian Pike (1994) menyebutkan bahwa angka penyabunan dari

minyak kelapa sawit antara 190,1 - 201,7 mg/g. Angka penyabunan yang

diperoleh berada di bawah batas bilangan minyak kelapa sawit (191,1 – 201,7

mg/g), sehingga dapat disimpulkan bahwa harga angka penyabunan rendah maka

kemungkinan pembentukan sabun pada reaksi pembuatan biodiesel rendah, dan

mempermudah pemisahan ester dan gliserol.

Berdasarkan harga angka penyabunan yang diperoleh, dapat menghitung

berat molekul pada minyak kelapa sawit. Dari perhitungan yang dapat dilihat pada

Lampiran 3, berat molekul minyak kelapa sawit sebesar 928,79.

2. Pengaruh Penambahan KF terhadap Aktivitas Katalis pada Reaksi

Transesterifikasi

Aktivitas katalis di berbagai variasi katalis dapat dievaluasi melalui

pembuatan biodiesel. Aktivitas katalis dapat ditunjukkan dari jumlah kemurnian

biodiesel yang diperoleh. Katalis yang digunakan untuk reaksi transesterifikasi

merupakan katalis hasil sintesis KF/CaO dengan berbagai variasi penambahan

KF. Sifat fisik hasil biodiesel yang diperoleh dari katalis CaO alam dengan variasi

penambahan KF ( 15, 25, 35, 45 % b/b) ditunjukkan pada Tabel 5.


commit to user

29

Tabel 5. Karakterisasi Fisik Hasil Biodiesel

Katalis Hasil Biodiesel

Ratio massa KF/CaO alam

(% b/b)

Bentuk Warna

0

15

25

35

45

Sebagian padat

Sebagian padat

Cair

Cair

Cair

Kuning

Kuning

Kuning

Kuning

Kuning

Tabel 5 menunjukkan bahwa katalis CaO alam tanpa KF menghasilkan

biodiesel dalam bentuk sebagian padatan, Hal ini dikarenakan hasil reaksi

transesterifikasi kurang sempurna sehingga menghasilkan ester (biodiesel) dan

monogliserida atau bahkan digliserida. Sedangkan pada penambahan KF 15 %,

hasil biodiesel berbentuk sebagian padat dikarenakan terbentuknya monogliserida

dari hasil reaksi transesterifikasi. Hasil konversi biodiesel terhadap pengaruh

variasi katalis yaitu massa KF di dalam CaO alam dapat ditunjukkan pada Gambar

6.

Gambar 6. Pengaruh Jumlah Penambahan KF pada CaO Alam terhadap Konversi Biodiesel dari Hasil Transesterifikasi pada Kondisi Suhu 65 oC selama 2 jam, Perbandingan Mol Metanol/Minyak 12:1, dan 4% Berat Katalis CaO atau KF/CaO Alam.

0

20

40

60

80

100

0 15 30 45 60Kon

vers

i bi

odie

sel

(%)

Jumlah penambahan KF terhadap CaO alam (% b/b CaO alam)


commit to user

30

Berdasarkan hasil sintesis katalis KF/CaO alam dengan berbagai variasi

KF yaitu 15, 25, 35, dan 45 % b/b menunjukkan bahwa penambahan KF pada

CaO alam dapat meningkatkan konversi biodiesel. Konversi biodiesel dengan

katalis CaO alam sebesar 20,47 %, dan konversi tersebut masih di bawah konversi

biodiesel dengan penambahan KF 15 %. Dengan adanya penambahan KF pada

CaO dapat menghasilkan konversi biodiesel lebih besar dibandingkan CaO tanpa

KF. Dengan kata lain, adanya penambahan KF pada CaO alam ini memperbesar

aktivitas katalis. Hal ini dikarenakan terbentuknya situs aktif baru sehingga

menyebabkan meningkatnya reaktifitas katalis. Situs aktif yang terbentuk pada

sintesis KF/CaO alam yang utama yaitu KCaF3. Pada Gambar 6 menunjukkan

penambahan KF 45 % dari berat CaO alam memiliki aktivitas yang lebih kuat dan

menghasilkan konversi biodiesel yang paling optimum yaitu sebesar 98,82 %.

Apabila penambahan KF lebih dari 45 % b/b dari CaO alam dimungkinkan

aktivitas katalis akan menurun, karena berdasarkan penelitian dari Wen et al.

(2010) yang menyebutkan bahwa semakin besar penambahan KF maka akan

menutup situs aktif, sehingga dapat menurunkan aktivitas katalis.

3. Pengaruh Perbandingan Mol Metanol pada Reaksi Transesterifikasi

Biodiesel dibuat melalui reaksi transesterifikasi antara minyak dengan

alkohol. Dalam penelitian ini menggunakan metanol dikarenakan kereaktifitas

dari metanol lebih baik dibandingkan dengan alkohol lain. Perbandingan mol

metanol terhadap mol minyak merupakan salah satu faktor penting yang

berpengaruh dalam konversi biodiesel. Pada penelitian ini, dilakukan reaksi

transesterifikasi dengan variasi perbandingan mol minyak dengan mol metanol

sebesar 1:6, 1:9, 1:12, 1:15, dan 1:18 dengan menggunakan katalis KF/CaO alam

dengan ratio massa KF/CaO alam 45 % b/b. Reaksi transesterifikasi ini

dikondisikan pada suhu 65 oC selama 2 jam. Hasil konversi biodiesel dengan

adanya variasi perbandingan mol metanol dapat dilihat pada Gambar 7.


commit to user

31

Gambar 7. Konversi Biodiesel dari Hasil Transesterifikasi dengan Variasi Mol Metanol terhadap Minyak Kelapa Sawit pada Kondisi Suhu 65 oC selama 2 jam, dan 4 % Berat Katalis KF/CaO Alam 45 %.

Berdasarkan Gambar 7 tampak bahwa terjadi peningkatan hasil konversi

biodiesel dengan meningkatnya rasio mol pereaksi hingga mencapai rasio mol

minyak terhadap metanol 1:9. Pada rasio mol minyak dengan metanol 1:9 tersebut

menghasilkan kemurnian biodiesel yang optimum yaitu sebesar 98,39 %. Hasil

konversi biodiesel pada rasio mol 1:6 memberikan nilai yang rendah dikarenakan

jumlah metanol yang digunakan tersebut sedikit, dan tumbukan yang terjadi antar

reaktan sedikit sehingga produk yang diperoleh sedikit jika dibandingkan dengan

rasio yang lain.

Pada rasio mol minyak dengan metanol lebih dari 1:12, hasil konversi

biodiesel semakin menurun. Berdasarkan hasil penelitian Viriya et al. (2010) yang

telah melakukan sintesis biodiesel menggunakan katalis CaO dari meretrix venus

shell menyatakan bahwa penambahan ratio metanol terhadap minyak dari 9

sampai 12 dapat meningkatkan kandungan metil ester, dan jika penambahan ratio

metanol terhadap minyak sampai 18 maka menurunkan metil ester. Hal ini

disebabkan adanya penambahan metanol berlebih akan menyebabkan jumlah

kelarutan gliserol semakin besar di dalam metanol sehingga menghambat reaksi

50

60

70

80

90

100

0 3 6 9 12 15 18 21

Kon

vers

i b

iodi

esel

(%

)

Perbandingan mol metanol/minyak (mol/mol)


commit to user

32

antara metanol dengan reaktan, dan katalis, serta dapat memperlambat pemisahan

antara gliserol dengan metil ester. Hal ini mengakibatkan hasil konversi biodiesel

menurun.


commit to user

33

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan

Berdasarkan hasil dan pembahasan maka dapat diambil kesimpulan

sebagai berikut :

1. Penambahan kalium fluorida (KF) pada CaO alam dengan perlakuan kalsinasi

pada suhu 600 oC selama 4 jam dapat membentuk senyawa baru KCaF3.

2. Penambahan kalium fluorida (KF) pada CaO alam sebagai katalis dalam

reaksi transesterifikasi minyak kelapa sawit dengan kondisi suhu 65 oC selama

2 jam, dan perbandingan mol metanol/minyak 12:1 dapat meningkatkan

aktivitas katalis, dan menaikkan konversi biodiesel.

3. Semakin besar perbandingan mol metanol terhadap minyak dalam reaksi

transesterifikasi minyak kelapa sawit dengan katalis KF/CaO alam pada

kondisi suhu 65 oC selama 2 jam hingga perbandingan mol metanol terhadap

minyak 9:1, maka konversi biodiesel meningkat.

B. Saran

Berdasarkan hasil penelitian dari percobaan yang telah dilakukan, penulis

memberikan saran sebagai berikut:

1. Pada kalsinasi KF/CaO dengan suhu tinggi, sebaiknya tempat yang digunakan

terbuat dari platina atau tetap menggunakan porselin akan tetapi material hasil

kalsinasi yang diambil pada bagian tengahnya (yang tidak menempel pada

dinding) untuk mengurangi kontaminasi dengan dinding porselin.

33

PREPARASI DAN KARAKTERISASI KF/CaO ALAM SEBAGAI …... · Biodiesel hasil reaksi diidentifikasi...

Documents

Transcript of PREPARASI DAN KARAKTERISASI KF/CaO ALAM SEBAGAI …... · Biodiesel hasil reaksi diidentifikasi...