Nama : Octavia Uriastanti NIM : 4311412064 Prodi : Kimia

TUGAS 1 KIMIA KATALIS Transesterifikasi Minyak Kelapa Sawit Untuk Biodiesel

Menggunakan Katalis Abu Sekam Padi

1. Pendahuluan Baru-baru ini, bahan bakar alternatif gencar dikembangkan, karena sumber energi

fosil terbatas dan penggunaannya menyebabkan pencemaran lingkungan. Biodiesel merupakan bahan bakar terbarukan yang diproduksi secara konvensional melalui transesterifikasi minyak nabati yang dimurnikan dengan metanol menggunakan katalis berbasis homogeny. Namun katalis ini telah menunjukkan beberapa kelemahan seperti kesulitan dalam daur ulang setelah reaksi dan produk samping air beracun.Hal ini diatasi dengan katalis heterogen.

Di antara semua kaltalis berbasis heterogen, katalis kalsium oksida (CaO) termasuk yang paling diminati karena tidak hanya aktivitas katalitik yang tinggi, tetapi juga biaya rendah selama proses pembuatan katalis,kelimpahan dialam banyak, dan terbarukan. Secara khusus, banyak pemanfaatan sumber limbah, seperti cangkang telur, tempurung moluska, dan tulang, digunakan untuk produksi biodiesel.

Sekam padi merupakan limbah pertanian utama yang dapat digunakan sebagai bahan bakar. Baru-baru ini, telah dilaporkan bahwa 70 juta ton abu sekam diproduksi tahunan di seluruh dunia. Abu sekam padi memiliki syarat ekstraksi komponen SiO2, dan biaya-efektif untuk sintesis katalis. Selain itu, karakteristik fisik kimia abu sekam padi bervariasi seiring dengan suhu pembakaran.

Pada penelitian ini, dikembangkan katalis baru, murah dan sangat efisien berasal dari dua bahan limbah cangkang telur dan abu sekam padi untuk transesterifikasi minyak sawit. Selain itu, sifat fisikokimia katalis yang disiapkan juga diuji.

2. Metode Penelitian 2.2. Pembuatan katalis dan karakterisasi

Sekam padi kering diayak untuk menghilangkan partikel sisa beras dan tanah liat. Setelah dicuci menyeluruh dengan air deionisasi, sekam padi disaring dan dikering pada suhu 105 C sampai berat konstan. Dan kemudian, sekam padi dikalsinasi pada temperatur yang berbeda (400 C, 600 C dan 800 C) selama 4 jam untuk diperoleh abu sekam padi. Abu ini digunakan sebagai katalis aktif dan disebut sebagai RHA400, RHA600 dan RHA800. Cangkang telur dibilas beberapa kali dengan air deionisasi untuk menghilangkan pengotor. Kemudian, cangkang dikeringkan pada suhu 105 C selama 24 jam dalam oven kering. Kalsinasi dilakukan di tungku peredam pada 800 C selama 4 jam untuk menghasilkan CaO. Sejumlah cangkang telur ditambahkan pada beberapa tipe

abu berbeda dengan metode destruksi basah. Biasanya, untuk mempersiapkan 10% berat katalis CaO , 1 g serbuk cangkang telur ditambahkan perlahan-lahan 50 mL air untuk mempersiapkan larutan Ca (OH) 2. Larutan ini kemudian ditambahkan ke 9 g abu sekam padi kering dan dicampur dengan pengadukan magnetic konstan di 500 rpm selama 4 jam. Larutan didiamkan selama 24 jam untuk pembentukan endapan Ca (OH) 2 pada abu sekam padi.

Kelebihan air telah dihilangkan dalam oven pada suhu 105 C selama 24 jam. Serbuk kemudian dikalsinasi dalam tungku meredam untuk mempersiapkan katalis abu pendukung. Katalis diindikasikan RHAy-T, di mana x, y dan T mewakili berat cangkang telur (wt.%), perlakuan suhu sekam padi ( C) dan suhu kalsinasi berat cangkang-abu sekam padi ( C), masing-masing. Fase kristal dari sampel katalis dikonfirmasi menggunakan difraksi sinar-X (Rigaku, Jepang) ditambah dengan Radiasi K Cu. Luas permukaan BET diukur dengan N2 adsorption- desorpsi aparat isoterm (BEL; BELSORP-max). Dasar kekuatan katalis ditentukan dengan Metode indikator Hammett . Indikator yang digunakan adalah sebagai berikut: merah netral (H_ = 6,8), Biru bromotimol (H_ = 7,2), phenolphthalein (H_ = 9,8), 2, 4-dinitroanilina (H_ = 15), dan 4-nitroaniline (H_ = 18,4). Kebasaan katalis diukur dengan metode indicator Hammett -benzena asam karboksilat (0,02 mol L-1 solusi metanol anhidrat). Spektrum FTIR direkam pada Shimadzu IR-Prestige-21 spektrometer di kisaran 500-4000 cm-1. Metode pellet KBr digunakan untuk persiapan sampel. gambar SEM dan Analisis permukaan elemental dicatat pada sistem Quanta 200 SEM dilengkapi dengan detektor EDX (FEI Company, Belanda). 2.3. Transesterifikasi minyak sawit

Aktivitas katalis dievaluasi dalam konversi asam lemak metal ester (FAME) selama transesterifikasi minyak sawit. Reaksi dilakukan mnggunakan refluks kondensor dan pengaduk magnetik. Reaktor yang dipanaskan sampai 65 C sambil diaduk pada 800 rpm awalnya diisi dengan 30 g kelapa sawit, jumlah katalis bervariasi dan volume yang berbeda dari metanol anhidrat. Semua percobaan dilakukan pada tekanan atmosfer. Setelah reaksi transesterifikasi, katalis dipisahkan dari campuran dengan sentrifugasi. Filtrat disimpan dalam corong pemisah selama 24 jam. Lapisan atas dikenakan penguapan rotary untuk menghilangkan sisa methanol dan produk samping dengan natrium sulfat sebelum analisis kromatografi gas. Jumlah FAME diperoleh melalui transesterifikasi dengan kromatografi gas (Agilent 7890A), Metil heptadecanoate digunakan sebagai internal standar untuk mengukur kandungan FAME. 2.4. Regenerasi Katalis

Setelah reaksi transesterifikasi, katalis dipisahkan dari reaksi campuran dengan filtrasi menggunakan tetrahidrofuran dan dikeringkan dalam oven pada suhu 105 C selama 12 jam. Regenerasi Katalis digunakan untuk transesterifikasi minyak kelapa sawit dalam kondisi reaksi yang sama untuk mengukur aktivitas di sejumlah siklus.

3. Hasil dan diskusi

3.1. Karakterisasi katalis 3.1.1. Spektrum Transformasi Fourier inframerah (FTIR)

Pita serapan sekitar 1050 cm-1 berasal dari obligasi Si \ O \ Si, menunjukkan SiO2 di RHA800. Puncak adsorpsi sekitar 991 cm-1 menunjukkan adanya obligasi Si-O-Ca dalam 30% RHA800-800 untuk muatan CaO di permukaan RHA800, dan pita ini disebabkan oleh pembentukan kalsium silikat. Pita penyerapan diamati pada sekitar 3650 cm-1 dan 1620 cm-1 dapat mengikat gugus OH molekul air pada permukaan padat. Pita di 1470 cm-1 untuk mengetahui simetris peregangan getaran O \ C \ O ikatan karbonat unidentate di permukaan CaO.

3.1.2. Mikroskop elektron (SEM) dan spektroskopi dispersi energy (EDS)

Cangkang telur dikalsinasi tercampur dengan baik di RHA800. Kurva EDS dari RHA dan 30% katalis RHA800-800 juga diakuisisi dan beberapa titik yang khas pada permukaan sampel yang dipilih untuk menentukan isi unsur Ca, Si dan O. 3.1.3. Difraksi sinar-X (XRD)

Difrakogram katalis XRD menunjukan karakteristik puncak fasa kristalin, yaitu

CaO, SiO2 dan Ca2SiO4. puncak CaO dan SiO2 (kuarsa) dapat diamati untuk semua katalis dan Ca2SiO4 fase kristal dapat ditemukan 2 jam di 31,4 pada katalis 30% RHA800-800 dan 20% RHA800-800. Dalam perlakuan sekam padi suhu rendah(400 C dan 600 C) hanya ada puncak CaO dan SiO2. Selain Itu, ketika perlakuan suhu mencapai 800 C, Ca2SiO4 fase kristal dapat ditemukan. Namun, ketika berat cangkang telur meningkat 50 wt.%, Ca2SiO4 fase kristal menghilang.

3.1.4. Luas permukaan BET Luas permukaan BET meningkat dengan suhu sekam padi yang lebih tinggi, nilai-

nilai untuk 30% RHA400-800, 30% RHA600-800, 30% RHA800-800 adalah 2.23, 5.27 dan 11,75 m2 g-1, masing-masing. Nilai luas permukaan menurun tajam ketika persentase berat cangkang telur meningkat dari 30 wt.% untuk 50wt.%. Luas Permukaan sedikit menurun dengan meningkatnya suhu kalsinasi 600 C k 800 C, tapi menurun secara signifikan ketika suhu kalsinasi meningkat dari 800 C sampai 1000 C. 3.1.5. Kekuatan dasar

Seperti yang dirangkum dalam Tabel 2, diamati bahwa dengan perlakuan suhu mulai dari 400 C sampai 800 C, total kebasaan dan kekuatan dasar katalis meningkat dan katalis RHA800 menunjukkan total kebasaan dan basis kekuatan tertinggi. Persentase muatan , katalis cangkang telur bervariasi dari 30 wt.% Ketika suhu kalsinasi katalis meningkat dari 600 C sampai 1000 C, total kebasaan mencapai maksimum (8.5mmolL-1) pada 800 C dan turun dari 8.5 ke 5.1mmolL-1 pada 1000 C.

3.2. Pengaruh kondisi pembuatan katalis pada reaksi transesterifikasi kelapa sawit 3.2.1. Pengaruh perlakuan suhu sekam padi (RH)

Hasil biodiesel dikatalisis oleh katalis yang berbeda yang didukung oleh RHA400, RHA600 dan RHA800 dengan berat cangkang tlur dan suhu kalsinasi yang berbeda . Lebih khusus lagi, ketika suhu perlakuan sekam padi meningkat dari 400 C sampai 800 C, aktivitas katalis ditingkatkan secara signifikan. Katalis RHA800 memberi hasil biodiesel tertinggi, hingga 91,5% bila persen berat cangkang telur adalah 30 wt.% dan kalsinasi suhu adalah 800 C. Dengan demikian abusekam padi 800 muncul sebagai salah satu themost menjanjikan, dan perlakuan suhu optimal untuk RH adalah 800 C. Kinerja katalitik katalis RHA800 tinggi terutama karena lebih banyak konten SiO2 dan Ca2SiO4 fase kristal, total kebasaan dan permukaan luas BET paling tinggi . Dilaporkan bahwa SiO2 memiliki aktivitas katalitik cukup, yang dapat ditingkatkan dengan muatanCaO. Hal ini terutama karena membentuk fase CaO-SiO2 memiliki kebasaan tinggi dan aktivitas katalitik yang cukup dan keberadaan Ca2SiO4 dalam katalis abu bisa memfasilitasi untuk rendering katalis yang cukup kebasaan [14,26]. 3.2.2. Pengaruh berat cangkang telur pada RHA

Untuk mempelajari pengaruh berat cangkang telur pada abu sekam padi, serangkaian katalis disintesis dengan berbagai beban mulai dari 20 wt.% hingga 50 wt.%. Ditunjukkan bahwa hasil biodiesel dari tiga jenis abu didukung katalis meningkat saat berat cangkang telur meningkat dari 20 wt.% sampai 30 wt.%, dan peningkatan lebih lanjut dalam pemuatan dari 30 wt.% 50 wt.% mengurangi yield biodiesel. Sudah jelas bahwa biodiesel meningkat dari 78,8% menjadi 91,5% sebagai pemuatan CE meningkat secara bertahap dari 20 wt.% sampai 30 wt.%. Namun, ketika pemuatan CE lebih dari 30 wt.%, yield biodiesel tidak meningkat secara signifikan.

Dengan demikian, hasil eksperimen menunjukkan bahwa pemuatan 30 wt.% optimum untuk hasil biodiesel maksimal. Namun berat cangkang telur dari 20 wt.% tidak

memberikan Situs cukup aktif (situs dasar) untuk transesterifikasi karena rendah nya total kebasaan dan luas permukaan BET. Berat cangkang telur dari 50 wt.% masih memiliki aktivitas katalis sedikit karena cakupan situs dasar dengan berlebihan CaO, yang selanjutnya didukung oleh hilangnya Ca2SiO4 fase kristal 3.2.3. Pengaruh suhu kalsinasi dari berat cangkang telur- abu sekam padi

Saat suhu meningkat dari 600 C sampai 800 C, dengan cangkang telur yang berbeda berat menunjukkan peningkatan kinerja katalis. Pada suhu ini, hasil biodiesel tertinggi 91,5% dicapai selama 30% Katalis RHA800-800. Namun, lebih meningkat dari 800 C ke 1000 C mengakibatkan penurunan yield biodiesel. Dengan demikian, hasil eksperimen menunjukkan bahwa suhu kalsinasi 800 C dianggap sebagai suhu yang ideal. suhu kalsinasi dapat mempengaruhi luas permukaan dan kebasaan katalis [28]. Katalis menunjukkan Total kebasaan dan luas permukaan tertinggi pada suhu kalsinasi 800 C, menyebabkan aktivitas katalitik katalis unggul. Kenaikan lebih lanjut pada suhu kalsinasi ditemukan mengurangi permukaan daerah karena sintering kristal CaO [15]. Dengan demikian, katalis RHA800-800 30% mmiliki aktivitas katalitik yang tinggi karena jumlah kebasaan yang tinggi, kekuatan dasar, luas permukaan dan CaO dan Ca2SiO4 komposisi fase kristalin dibandingkan dengan lainnya. 3.3. Optimasi kondisi reaksi pada transesterifikasi kelapa minyak

Untuk perbandingan lebih lanjut, komersial CaO juga digunakan dalam reaksi. Waktu reaksi merupakan parameter penting yang mempengaruhi persen biodiesel. Kegiatan katalitik dari CaO dan 30% katalis RHA800-800 diselidiki dengan waktu reaksi yang bervariasi dari 0,5 sampai 5 jam. Pada Gambar. 5, sebagai reaksi mencapai kesetimbangan, maksimum hasil biodiesel dari CaO dan 30% katalis RHA800-800 adalah 93,2% dan 91,5%, masing-masing, dan waktu reaksi optimum masing-masing 3 jam dan 4 jam. Namun, ketika waktu reaksi lebih lanjut berkepanjangan, ada sedikit penurunan untuk yield biodiesel. Fenomena bisa karena kelarutan biodiesel dalam gliserol [29].

Pengaruh rasio molar metanol-to-minyak di transesterifikasi juga diselidiki. Seperti diilustrasikan dalam Gambar. 6, hasil biodiesel meningkat secara bertahap sampai nilai maksimum diperoleh dengan rasio molar metanol-to-minyak meningkat dari 3: 1 sampai 15: 1. Maksimum yield biodiesel untuk CaO, 30% katalis RHA800-800 adalah, masing-masing, 93,2% dan 91,5%. Sejalan dengan itu, Rasio molar optimal metanol-to-minyak adalah 6: 1 dan 9: 1, masing-masing. Peningkatan lebih lanjut dalam metanol-to-minyak molar ratio melebihi nilai optimal akan menurunkan hasil biodiesel. Hal ini terutama karena aspek berikut: metanol yang berlebihan membuatnya sulit untuk memisahkan biodiesel dengan gliserol.

Pengaruh muatan katalis terhadap hasil biodiesel diselidiki dengan memvariasikan berat katalis dari 3wt.% untuk 8wt.%. CaO dan 30% katalis RHA800-800 menunjukkan hasil biodiesel setimbang ketika muatan katalis adalah 5 wt.% dan 7%. Berdasarkan

percobaan yang disebutkan di atas, aktivitas katalitik dari katalis 30% RHA800-800 lebih rendah dibandingkan dengan katalis CaO. 3.4. Studi usabilitas

CaO dan 30% katalis RHA800-800 diulang delapan kali di bawah kondisi reaksi optimal. CaO menunjukkan stabilitas yang lebih buruk (setelah 8 siklus berturut-turut, hasil biodiesel turun menjadi 55%). Meskipun aktivitas katalitik katalis RHA800-800 30% lebih rendah dibandingkan dengan CaO, sedikit deaktivasi dapat ditemukan hingga 8 siklus berturut-turut (setelah 8 berturut-turut siklus, hasil biodiesel masih di atas 80%). Selain itu, fase biodiesel setelah katalis hilang diukur dengan analisis ICP untuk mengevaluasi Ca2 tercuci + ion. Observasi, konsentrasi tinggi tercuci Ca2 + ion disajikan dalam siklus reaksi pertama. Konsentrasi terlarut Ca2 + ion untuk CaO dan 30% RHA800-800 katalis adalah 178 dan 46 ppm, masing-masing. Konsentrasi ion Ca2 + untuk dua katalis menurun secara signifikan dengan siklus reaksi selanjutnya , menjadi lebih rendah dari 10 ppm setelah siklus ke-8.

Itu menjelaskan bahwa katalis RHA800-800 30% memiliki stabilitas yang lebih baik dan kelemahan kurang pencucian dibandingkan dengan CaO. Ini karena Obligasi CaO-SiO2 dalam katalis RHA800-800 30% terlalu kuat untuk mencegah lixiviation calcium dari permukaan katalis. Selain itu, deaktivasi katalis RHA800-800 30% selama percobaan diulang karena jumlah air dan CO2 kecil dalam sistem reaksi. Dengan demikian, untuk aplikasi praktis dalam Reaksi transesterifikasi, itu penting untuk memperoleh katalis lebih stabil daripada yang lebih aktif.

4. Kelebihan dan Kekurangan Penelitian a. Kelebihan

Penelitian ini memanfaatkan limbah sekam padi dan cangkang telur sebagai bahan utama, sehingga mengurangi penumpukan limbah

Katakterisasi katalis ini menunjukan bahwa 30% RHA800-800 memiliki struktur kristalin, luas permukaan, dan tingkat kebasaan yang tinggi. Sehingga memenuhi syarat sebagai katalis.

Saat katalis diaplikasikan pada reaksi transesterifikasi kelapa sawit, hasil biodiesel yang diperoleh >90%

b. Kekurangan Aktivitas katalitik katalis abu sekam padi ini belum terlalu tinggi dan masih rendah

dibanding katalis CaO Pemurnian katalis abu sekam padi sulit, karena obligasi yang kuat dari CaO-SiO2

dalam katalis. Sehingga penggunaan kembali sebagai katalis masih perlu diteliti lagi.

Saat deaktivasi katalis RHA800-800 30% selama percobaan diulang karena jumlah air dan CO2 kecil dalam sistem reaksi proses diulang karena jumlah air dan CO2 kecil dalam sistem reaksi

5. Kesimpulan

Katalis heterogen baru yang berasal dari berbagai abu sekam padi bermutan cangkang telur disintesis dan digunakan dalam transesterifikasi dari sawit untuk biodiesel. Di bawah kondisi persiapan catalyst optimum dan kondisi reaksi, katalis 30% RHA800-800 ditunjukan memiliki katalitik aktivitas (biodiesel hasil: 91,5%). Setelah delapan reaksi siklus, katalis masih memberikan hasil yang tinggi (di atas 80%) dari biodiesel. Penelitian mengungkapkan bahwa limbah RHA dan cangkang telur bisa efektif dikembangkan, sangat efisien, murah ,didukung katalis untuk sintesis biodiesel.

Catatan

RHA : Abu sekam padi