NASKAH MATERI TULISAN, SILAHKAN DIAMBIL DI OJS UNUD

ISSN 1907-9850

49

PENGARUH RASIO MOLAR MINYAK JELANTAH DENGAN METANOL DANSUHU REAKSI DALAM REAKSI TRANSESTERFKASI TERKATALIS

CaO/ZEOLIT ALAM TERHADAP YIELD BIODIESEL

Ana Malia1)*, Putu Suarya1), Ida Ayu Raka Astiti Asih1), dan I Made Wisnu Adhi Putra2)

1)Jurusan Kimia FMIPA Universitas Udayana, Bukit Jimbaran, Bali2)Program Studi Ilmu Gizi, Universitas Dhyana Pura, Badung

*E-mail : anamalia1802@yahoo.com

ABSTRAK

Penelitian mengenai reaksi transesterifikasi minyak jelantah terkatalis CaO/zeolit alam telah dilakukan.Penelitian ini bertujuan untuk memperoleh yield biodiesel yang tinggi dengan katalis CaO/zeolit alam. Prosespengembanan CaO pada zeolit alam dalam penelitian ini menggunakan metode impregnasi basah dan karakterisasikatalis CaO/zeolit alam dianalisis menggunakan XRD, FTIR dan penentuan luas permukaan spesifik katalis zeolitalam sebagai pengemban CaO dilakukan dengan metode BET. Pada reaksi transesterifikasi terkatalis CaO/zeolitalam dalam produksi biodiesel dilakukan untuk mengetahui pengaruh rasio molar minyak terhadap metanol dan suhureaksi. Hasil analisa gugus fungsi menggunakan FTIR dan pola difraksi sinar-X dari ketiga zeolit alam teraktivasidengan ukuran berbeda tidak mengalami perubahan secara signifikan setelah diembankan dengan katalis CaO. CaOtidak memberikan serapan sehingga tidak terdeteksi oleh FTIR, yang terdeteksi adalah vibrasi gugus karbonil akibatadsorpsi CO2 dari udara oleh padatan CaO dan hasil analisis penentuan luas permukaan zeolit alam menggunakanBET diperoleh luas permukaan zeolit alam ukuran 200 mesh adalah 9,993 m2/g. Hasil uji gravimetri sederhanamenunjukkan bahwa jumlah CaO yang teremban pada zeolit alam ukuran 200 mesh tersebut sebanyak 0,2155 g/gzeolit. Berdasarkan hasil tersebut, CaO/ZAA 200 mesh diaplikasikan sebagai katalis pada produksi biodiesel dariminyak jelantah. Reaksi transesterifkasi terkatalis CaO/zeolit alam ukuran 200 mesh menunjukkan yield biodieseltertinggi yaitu sebesar 98,34 % pada rasio molar minyak terhadap metanol 1:15 dengan suhu reaksi 60 oC. Hasil GC-MS menunjukkan komponen metil ester yang terkandung dalam biodiesel hasil adalah metil palmitat dan metil oleat.

Kata kunci : katalis CaO, zeolit alam, transesterifikasi, biodiesel

ABSTRACT

The research of transesterification reaction catalyzed by CaO/natural zeolite has been carried out. This workwas aimed to obtain the high yield of biodiesel. The supporting process of CaO on natural zeolite (CaO/ZAA) wasdone by using wet impregnation method and characterization of CaO/ZAA was performed using XRD, FTIR and thedetermination of specific surface area of natural zeolite as CaO supporter was performed by BET method. Thisresearch aims to study the influence of transesterification reaction which was executed by varying molar ratio of oilto methanol and reaction temperature. Analysis of functional groups and minerals using FTIR and XRD,respectively, showed no significant changes before and after the impregnation of CaO on natural zeolites. CaOsupported on natural zeolite was undetected by FTIR. Instead, it was detected by the vibration of carbonate groups asthe result of the CO2 absorption by CaO and the result of surface area analysis using BET method showed that thegreater the size of natural zeolite, the smaller the specific surface area of catalyst. The result analysis using BETmethod showed that the spesific surface area of 200 mesh sized natural zeolite as CaO supporter was 9.993 m2/g. Thesimple gravimetric test revealed that the amount of CaO supported on 200 mesh sized natural zeolite was 0.2155g/g. It was concluded that CaO/ZAA 200 mesh was the most suitable catalyst which was then used in the productionof biodiesel. The transesterification result showed that the highest biodiesel yield of 98.34% was gained at molarratio of oil to methanol of 1:15 and at the temperature of 60 oC. The GC-MS analysis indicated that the maincomponents of the biodiesel were methyl palmitate and methyl oleate.

Keywords : CaO catalyst, natural zeolite, transesterification, biodiesel

JURNAL KIMIA 10 (1), JANUARI 2016: 49-57

50

PENDAHULUAN

Penggunaan sumber energi berupa minyakbumi dari tahun ke tahun di berbagai negarasemakin pesat. Penggunaan minyak bumi yangberkelanjutan dan berkepanjangan menyebabkanmenipisnya cadangan minyak bumi (Ramadhan etal., 2014). Penggunaan yang terus-menerusmenyebabkan menurunnya kuantitas minyak bumi.Maka dari itu, diperlukan penggunaan sumberenergi alternatif yang ramah lingkungan sebagaipengganti bahan bakar minyak bumi. Salah satubahan bakar alternatif yang dapat digunakanadalah biodiesel. Hal ini dikarenakan biodieselmemiliki kemiripan karakteristik dengan bahanbakar mesin diesel (Noirojet al., 2009 dalam Indraet al., 2011).

Menurut Romero et al. (2011) bahwabiodiesel memiliki karakteristik sebagai berikut,yaitu bersifat biodegradable yang tinggi, tidakberacun, serta menghasilkan emisi dengan jumlahyang sedikit(Krivoshto et al., 2008; Rounce et al.,2012 dalam Rubianto et al., 2013). Biodieselberdasarkan pengertian American Society forTesting Materials (ASTM) merupakan mono alkilester asam lemak panjang yang diperoleh dariturunan bahan baku lemak, seperti minyak nabatiataupun minyak hewani sebagai sumber energiyang dapat diperbaharui (ASTM, 2003b dalamKartika et al., 2012 ). Biodiesel dapat dihasilkanmelalui reaksi transesterifikasi dari minyak nabatiataupun lemak hewani dengan penambahan katalis,baik katalis asam maupun katalis basa (Guo &Fang, 2011).

Penggunaan katalis basa homogen dalamproduksi biodiesel memiliki beberapa keuntungan,diantaranya adalah dapat meningkatkan laju reaksidan konversi biodiesel yang dihasilkan lebihbanyak. Selain memiliki keuntungan, katalis basahomogen juga memiliki beberapa kelemahan, yaitumembutuhkan proses pemisahan yang rumitkarena produk yang dihasilkan bercampur dengankatalis, mengingat keduanya memiliki fase yangsama (Sharma et al., 2011). Untuk mengatasikelemahan-kelemahan yang dimiliki katalis basahomogen tersebut, dapat digunakan katalis basaheterogen. Katalis basa heterogen lebih mudahdipisahkan dari produk dan dapat digunakan untukproses berkelanjutan serta tidak menimbulkanreaksi saponifikasi (Sivasamy et al., 2009).

Saat ini, banyak peneliti mengkajipenggunaan katalis basa heterogen untuk prosesproduksi biodiesel. Salah satu contoh katalis basaheterogen yang saat ini banyak diteliti adalah CaO(Xie, 2006 dalam Martínez et al., 2011).Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan olehAndya et al., (2012) yang memanfaatkan kulittelur ayam sebagai sumber CaO dalam prosesproduksi biodiesel dari minyak sawitmenghasilkan % berat metil ester sebesar 88,8%.Albuquerque (2008) menyatakan bahwa, hasilpenelitian produksi biodiesel dari minyak bungamatahari dengan menggunakan katalis CaO yangdiembankan pada padatan silika menghasilkankonversi biodiesel sebesar 95%. Penelitian terbaruyang telah dilakukan oleh Riza et al. (2013)membandingkan penggunaan katalis CaO yangdiembankan pada abu layang dengan CaO tanpapengemban pada reaksi transesterifikasi minyaknyamplung memiliki perbedaan nyata pada kadarFAME (Fatty Acid Metil Ester) yang dihasilkan.Katalis CaO dengan pengemban menghasilkanmetil ester lebih tinggi dibandingkan CaO tanpapengemban.

Pada penelitian ini, akan dilakukanpembuatan katalis CaO yang diembankan ke dalamzeolit alam dengan menggunakan metodeimpregnasi basah. Selanjutnya, katalis digunakandalam reaksi transesterifikasi minyak jelantahdengan metanol. CaO yang digunakan sebagaikatalis basa heterogen diperoleh dari limbahcangkang telur di bidang kuliner. Parameter yangdiuji dalam penelitian ini adalah pengaruh ukuranpartikel zeolit dalam sintesis CaO/zeolit alam,variasi rasio molar minyak : metanol dan suhureaksi terhadap persen biodiesel hasil.

MATERI DAN METODE

BahanCangkang telur ayam, zeolit alam Bayah,

NH4Cl 1M, metanol 96%, minyak jelantah danaquades. Semua reagen yang digunakanberkualitas pro analisa (p.a).

PeralatanDifraktometer sinar-X (Shimadzu XRD-

6000), spektrofotometer FTIR (Shimadzu 8201),N2 Sorption analyzer, Kromatografi Gas-Spektro-

ISSN 1907-9850

51

fotometer Massa, alat refluks, magnetik stirer,peralatan gelas (gelas bekker, erlenmeyer, labuukur, pipet volume, pipet tetes, dan pipet ukur), pHmeter, batang pengaduk, corong kaca, penggerusporselen, ayakan (80, 140 dan 200) mesh, mufflefurnace, oven, desikator, bola hisap, kertas saringwhattman, neraca analitik, labu leher tiga, statif,kondenser, termometer, sentrifugasi dan pemanaslistrik.

Cara KerjaPreparasi CaO dari cangkang telur

Cangkang telur direndam dalam air panasselama 10 menit. Membran dipisahkan daricangkang telur, lalu cangkang telur dicuci bersihdan dikeringkan pada suhu 110 (sampai massankonstan) selama 24 jam. Cangkang telur digerushingga menjadi tepung, kemudian dikalsinasimenggunakan mufle furnace pada suhu 900selama 3 jam. Selanjutnya, CaO yang terbentukdisimpan dalam wadah yang tertutup dandikarakterisasi menggunakan XRD.Aktivasi zeolit alam

Prosedur aktivasi zeolit alam padapenelitian ini mengikuti prosedur yangdiungkapkan oleh Wiratini (2012) dengan sedikitmodifikasi. Zeolit alam dicuci dengan aquadessambil diaduk, kemudian disaring. Selanjutnya,zeolit dikeringkan dalam oven selama 2 jam padasuhu 120 . Selanjutnya dikarakterisasimenggunakan FTIR, XRD, dan N2 SorptionAnalyzer. Sebanyak 100 gram zeolit yang sudahkering, ditambahkan dengan 250 mL NH4Cl 1M.Lalu direfluks pada suhu 90 selama 8 jamsambil diaduk menggunakan magnetik stirer.Residu zeolit dicuci dengan aquades berulang kalihingga pH filtratnya mencapai 6. Selanjutnya,endapan zeolit dikeringkan dalam oven pada suhu130 selama 3 jam. Setelah dingin, padatantersebut dihaluskan. Untuk menyeragamkanukuran, zeolit yang telah dihaluskan diayak denganukuran ayakan 80, 140 dan 200 mesh. Lalu,masing-masing ukuran zeolit dikalsinasi selama 4jam pada suhu 500 dalam muffle furnace.Kemudian dikarakterisasi menggunakan FTIR,XRD, dan N2 Sorption Analyzer.Sintesis katalis CaO/zeolit alam teraktivasi

Sebanyak 50 g zeolit alam teraktivasimasing-masing ukuran direfluks dengan 100 mLlarutan CaO 5%wt pada suhu 90 selama 3 jam.

Selanjutnya, dikeringkan pada suhu 130 selama3 jam, kemudian dikalsinasi pada suhu 500selama 3 jam. Selanjutnya masing-masing katalisdengan ukuran ZAA berbeda dikarakterisasidengan FTIR, XRD dan N2 Sorption Analyzer.Proses transeterifikasi minyak jelantah menjadibiosiesel

Reaksi transesterifikasi minyak jelantahmenjadi biodisel dilakukan mengikuti metode yangdikutip dari Endalew et al. (2011). Rasio molarminyak jelantah terhadap metanol adalah 1:15.Jumlah katalis yang digunakan adalah 5%wt(berdasarkan pada jumlah minyak jelantah 100gram) yaitu 5 gram katalis ditambahkan 72 mLmetanol. Campuran katalis dan metanol diadukmenggunakan magnetik stirer dan dipanaskansampai mencapai suhu 60 . Secara terpisah,sebanyak 100 gram minyak jelantah dipanaskansampai 60 . Kedua bahan ini kemudiandimasukkan ke dalam labu leher tiga untukdilakukan reaksi transesterifikasi. Biodisel hasilkemudian diukur menggunakan Kromatografi Gas.Presentase biodisel hasil dapat dihitungmenggunakan persamaan berikut:

Prosedur di atas dapat dilakukan denganmemvariasi rasio suhu reaksi, yaitu (50, 60 dan 70

). Dari hasil tersebut, suhu reaksi yang optimalmenghasilkan yield biodiesel digunakan untukmenentukan rasio molar (1:6; 1:9; dan 1:15) yangdapat menghasilkan persen biodiesel tertinggi.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Karakterisasi CaOBerdasarkan hasil karakterisasi CaO dari

cangkang telur melalui proses kalsinasi pada suhu900 oC menggunakan XRD, dihasilkan difratogrampada Gambar 1.

Gambar 1 menunjukkan pola difraksisinar-X dari CaO yang memiliki 5 puncak padasudut 2θ (o) yaitu 32,2; 37,4; 53,9; 64,1; dan 67,4.Puncak-puncak ini sesuai dengan hasilkarakterisasi yang dikaji oleh Martinez et al.(2011). Hasil tersebut juga didukung oleh Mohadiet al. (2013) bahwa senyawa CaO yang dihasilkan

JURNAL KIMIA 10 (1), JANUARI 2016: 49-57

52

dari tulang ayam memiliki pola difraksi 2θ (o) yangsama dengan hasil penelitian ini.

Gambar 1. Pola difraksi sinar-X CaO

Karakterisasi Zeolit AlamPada penelitian ini dilakukan karakterisasi

dari zeolit alam dan zeolit alam teraktivasi.Aktivasi zeolit alam dilakukan baik secara kimiamaupun fisika. Aktivasi secara kimia dilakukandengan penambahan larutan NH4Cl 1M melaluisistem refluks, yang bertujuan untukmenyempurnakan pembersihan material pengotoryang kemungkinan masih terjebak dalam pori-porizeolit serta berfungsi sebagai penyeragam kationdalam zeolit. Dalam hal ini ion NH4

+ akanmenggantikan kation (exchangeable cation) dalamzeolit alam, sehingga zeolit akan dikelilingi olehkation-kation NH4

+ (Hamdan, 1992). Dari hasilaktivasi secara kimia diperoleh residu zeolit yangtidak mengalami perubahan struktur secara fisik.Pencucian residu hingga filtrat mencapai pH 6adalah untuk menghilangkan ion Cl- yang dapatmengganggu ikatan Al-O dan Si-O dalamkerangka zeolit.

Proses selanjutnya adalah aktivasi secarafisika, yaitu dengan proses kalsinasi pada suhu 500oC selama 4 jam dengan tujuan untukmenghilangkan pengotor-pengotor organik yangmasih terjerap dalam kerangka zeolit sertaakanmengubah ion NH4

+ menjadi uap NH3 danhanya meninggalkan ion H+ yang terikat padazeolit sehingga akan membentuk H-zeolit(Hamdan, 1992). Hasil karakterisasi zeolit alamdan zeolit alam teraktivasi menggunakan FTIR danXRD ditampilkan berturut-turut pada Gambar 2dan 3.

Gambar 2. Spektra FTIR perbandingan ZA denganZAA

Gambar 3. Perbandingan pola difraksi sinar-XZA dan ZAA

Hasil spektra pada Gambar 2 menunjuk-kan puncak-puncak serapan dari zeolit alam danzeolit alam teraktivasi. Serapan yang muncul padabilangan gelombang 3620,39 cm-1 menunjukkanadanya vibrasi regangan eksternal -OH dari gugussilanol atau aluminol pada kerangka zeolit.Serapan ini didukung dengan kemunculan puncakserapan pada daerah 1635,64 cm-1, yang mengindi-kasikan kehadiran vibrasi tekuk dari gugus –OHpada molekul air yang teradsorpsi oleh zeolit alam.Serapan tertinggi terdapat pada bilangan gelom-bang 1004,91 cm-1. Serapan ini berhubungandengan vibrasi regangan asimetris TO4 (T = Siatau Al). Vibrasi ini merupa-kan vibrasi internaldari tetrahedral TO4. Serapan ini dikuatkan olehJentys (2001) yang menyatakan bahwa serapanyang muncul pada bilangan gelombang 1017 cm-1

ISSN 1907-9850

53

berhubungan dengan vibrasi regangan asimetrisdan simetris dari regangan internal tetrahedral.

Pada Gambar zeolit alam teraktivasiterlihat bahwa adanya pergeseran puncak vibrasiinternal. Pergseran puncak terjadi pada bilangangelombang 1004,91cm-1 menjadi 1035,77 cm-1.Pergeseran puncak ini mengarah pada bilangangelombang lebih tinggi pada daerah vibarsi ulurinternal. Selain itu, munculnya serapan baru padabilangan gelombang 2449,60 cm-1, serapan inimerupakan vibrasi tekuk N-H dari amina primer,yang menunjukkan adanya ammonium pada NH4-zeolit. Hal serupa juga diungkapkan olehNugrahaningtyas (2009), menyatakan bahwakeberadaan ammonium pada NH4-zeolit terlihatpada serapan bilangan gelombang 2463 cm-1.

Berdasarkan pola difraksi zeolit alam diatas, terdapat beberapa puncak. Dengan puncaktertinggi (2θ = 22,39o; d =3,97Å) yangmenunjukkan adanya mineral klinoptilotit (JCPDS25-1349). Sedangkan puncak-puncak yang lainnyaterlihat pada 2θ =27,72o (d = 3,22 Å) yangmerupakan karakteristik dari mordenit (JCPDS 6-239); puncak pada 2θ =21,02o (d = 4,22Å)merupakan karakteristik dari kuarsa (JCPDS 5-0490). Hal ini sesuai dengan yang disampaikanoleh Sariman et al. (1996) bahwasanya zeolit yangberasal dari Daerah Bayah, Kabupaten Lebak,Banten memiliki komposisi mineral utamamordenit (2θ =27,72o; d = 3,22 Å), klinoptilotit (2θ= 22,39o; d =3,97Å) dan mineral lainnya sepertikuarsa (2θ = 21,02o; d = 4,22Å), dan plagioklas(2θ = 20,46o; d =4,34Å). Sedangkan pola difraksisinar-X dari zeolit alam teraktivasi (ZAA), terlihatadanya pergeseran posisi sudut 2θ dan kenaikanintensitas dari mineral mordenit. Pergeseranpuncak terlihat pada sudut puncak mordenit dari2θ =27,72o ke 2θ =21,90o dengan intensitasnyamencapai 100%. Hal ini membuktikan bahwaproses aktivasi zeolit alam telah berlangsungdengan baik. Proses aktivasi juga dapatmeningkatkan kristalinitas mineral-mineralpenyusun zeolit alam. Hal ini dibuktikan denganpenyempitan bentuk puncak mineral-mineral padazeolit alam aktivasi. Pada proses aktivasi, struktursedikit amorf yang mendominasi zeolit alammengalami penataan ulang dan menyebabkankristalinitas mineral meningkat (Landia, 2012).

Sintesis katalis CaO/ZAASintesis katalis CaO/ZAA dilakukan

dengan mengembankan CaO kedalam pori zeolitmelalui proses impregnasi basah selama 3 jampada suhu 90 oC. Pada proses ini, CaO dilarutkandalam aquades terlebih dahulu untukmempermudah interaksi pertukaran kation antaraion H+ dari H-zeolit dengan ion Ca2+ dari CaO.Selanjutnya, proses pemanasan pada suhu 130 oCselama 3 jam dilakukan untuk menghilangkanmolekul air yang masih terjerap dalam CaO/ZAAdan dilanjutkan dengan kalsinasi pada suhu 500 oCselama 3 jam bertujuan untuk menghilangkanpengotor organik yang kemungkinanmengkontaminasi saat proses impregnasi. Hasilsintesis katalis CaO/ZAA, kemudian dikarakteri-sasi menggunakan FTIR, XRD dan N2 SorptionAnalyzer.

Gambar 4. Spektra FTIR katalis CaO/ZAA

Berdasarkan Gambar 4, terlihat munculpuncak baru pada bilangan gelombang 1485,19dan 1427,35 cm-1, menunjukkan adanya vibrasiulur simetri dan asimetri yang berhubungan gugusdari karbonat. CaO sendiri tidak memberikanserapan sehingga tidak terdeteksi oleh FTIR, yangterdeteksi adalah vibrasi gugus karbonat akibatadsorpsi CO2 dari udara oleh padatan CaO. Hal initerjadi karena CaO memiliki sifat higroskopis yangmudah menyerap uap air dari udara (Granados etal.,2007).

JURNAL KIMIA 10 (1), JANUARI 2016: 49-57

54

Gambar 5. Pola difraksi sinar-X katalisCaO/ZAA

Berdasarkan pola difraksi dari ketiga zeolitalam teraktivasi dengan ukuran berbeda tidakmengalami perubahan secara signifikan setelahdiembankan dengan katalis CaO. Hal ini terjadikarena pengembanan CaO tidak merubah strukturdari zeolit alam teraktivasi. Hasil yang samadisampaikan oleh Martinez et al. (2011) yangmelaporkan bahwa pengembanan CaO nano padaNaX tidak menunjukkan pengaruh terhadapstruktur kristal dari NaX walaupun telah diberiperlakuan kalsinasi. Hasil ini dikuatkan oleh Wu etal. (2013) yang menjelaskan bahwa, ketidakmun-culan pola difraksi CaO pada NAY terjadi karenaCaO terdispersi secara merata pada permukaanNAY membentuk lapis tunggal, sehingga poladifraksi CaO tidak terlihat pada pola difraksiCaO/ZAA. Oleh karena itu, dapat disimpulkanbahwa penambahan CaO pada berbagai ukuranpartikel zeolit alam, tidak merubah hasil difrato-gram dari zeolit alam teraktivasi.

Penentuan Luas Permukaan Zeolit Alam danKatalis CaO/ZAA dengan Metode BET

Hasil pengukuran luas permukaan zeolitalam dan katalis CaO/ZAA menggunakan N2

sorption analyzer ditampilkan pada Tabel 1.

Tabel 1. Luas permukaan zeolit alam dan katalisCaO/ZAA

Kode Sampel Luas Permukaan(m2/g)

ZA 63,031ZAA 75,855

CaO/ZAA 80 mesh 25,626CaO/ZAA 140 mesh 21,495CaO/ZAA 200 mesh 9,993

Berdasarkan hasil pengukuran tersebut,terlihat bahwa luas permukaan zeolit alammeningkat setelah dilakukan aktivasi. Hal initerjadi karena hilangnyan molekul-molekulpengotor, baik yang menutupi permukaan zeolitalam maupun yang terjebak dalam rongga zeolitalam. Sedangkan terjadi penurunan luaspermukaan setelah diembankan CaO. Penurunanini disebabkan jumlah CaO yang teremban padazeolit alam meningkat. Penelitian yang sama telahdilakukan oleh Wu et al. (2013) menjelaskanbahwa luas permukaan zeolit menurun setelah CaOdiembankan ke dalam zeolit dengan menggunakaniridasi gelombang mikro. Hal ini terjadi karenaluas permukaan CaO lebih rendah daripada zeolit,sehingga mengakibatkan luas permukaan zeolitmenurun seiring dengan meningkatnya jumlahCaO. Untuk mengkonfirmasi hasil tersebut,dilakukan pengukuran massa CaO teremban padazeolit alam menggunakan metode gravimetrisederhana. Data massa CaO yang teremban padazeolit alam ditampilkan pada Tabel 2.

Tabel 2. Massa CaO yang teremban pada zeolit alamKode Sampel Massa ZAA Massa CaO/ZAA Massa CaO yang teremban

(g/g zeolit)CaO/ZAA 80 mesh 20 g 20,50 g 0,0250CaO/ZAA 140 mesh 20 g 22,93 g 0,1465CaO/ZAA 200 mesh 20 g 24,31 g 0,2155

ISSN 1907-9850

55

Tabel 2 menjelaskan mengenai jumlahCaO yang teremban pada zeolit alam teraktivasi.Semakin kecil ukuran zeolit, CaO yang terembansemakin banyak. Hasil ini didukung oleh Pujiastuti(2007) mengungkapkan bahwa semakin kecilukuran zeolit daya serap terhadap logam semakintinggi. Oleh karena itu, ukuran zeolit sebagaipengemban CaO yang diaplikasikan dalamproduksi biodiesel adalah ukuran zeolit 200 mesh.

Produksi biodieselBahan baku yang digunakan dalam

penelitian adalah minyak jelantah dan untuk katalispada reaks transesterifikasi digunakan CaO yangberasal dari cangkang telur yang telah diembankanpada zeolit alam teraktivasi dengan ukuran partikelZAA 200 mesh (CaO/ZAA 200 mesh).

Pengaruh rasio molar terhadap yield biodiesel(T = 60 oC)

Gambar 6. Pengaruh rasio molar terhadap YieldBiodiesel

Pengaruh rasio molar terhadap yieldbiodiesel ditampilkan pada Gambar 6 yangmenunjukkan yield biodiesel tertinggi pada rasiomolar 1:15 sebesar 98,34%. Rasio molar berpenga-ruh nyata terhadap perolehan yield biodiesel. Halini disebabkan karena fasa kontinu (metanol)bergeser ke arah kanan (produk). Hasil yang samadiungkapkan oleh Putri et al. (2012) yang mem-produksi biodiesel dari minyak biji kapok meng-gunakan katalis CaO melaporkan bahwa yieldbiodiesel meningkat dari 80,5 % menjadi 82,648 %ketika rasio molar ditingkatkan dari 1:10 menjadi1:15. Hasil ini didukung oleh Liu et al, (2008)melaporkan bahwa yield biodiesel bertambahdengan meningkatnya rasio molar matanol terha-

dap minyak. Yield biodiesel mengalami pening-katan dari 61% menjadi 97% ketika rasio molarditingkatkan dari 1:3 menjadi 1:12.

Pengaruh suhu reaksi terhadap yield biodiesel(Rasio molar 1:15)

Suhu reaksi berpengaruh penting terhadappembentukan yield biodiesel. Reaksitransesterifikasi akan berlangsung cepat denganmenaikkan suhu reaksi hingga mendekati titikdidih metanol (Ambarita, 2004). Adanyapemanasan menyebabkan molekul minyakterdispersi dan terdistribusi pada molekul metanolmembentuk ikatan metil ester. Selain itu,pemanasan juga dapat meningkatkan pergerakanmolekul campuran minyak-metanol sehinggamengakibatkan terjadinya tumbukan-tumbukanantar partikel semakin besar.

Gambar 7. Pengaruh suhu reaksi terhadap YieldBiodiesel

Berdasarkan Gambar 7 terlihat pada suhu50 dan 60oC yield biodiesel mengalami pening-katan dari 90,65 % menjadi 98,34%. Peningkatanini terjadi karena semakin tinggi suhu reaksi, makadapat menyebabkan gerakan antar molekulsemakin cepat. Sehingga dengan adanya gerakanmolekul yang semakin cepat dapat meningkatkanyield biodiesel yang dhasilkan. Sedangkan padasuhu 70oC yield biodiesel yang diperoleh menurun.Kondisi ini terjadi karena pada suhu 70oC mele-bihi titik didih metanol. Akibatnya metanol meng-alami perubahan fasa dari cair menjadi gas, yangmenguap selama reaksi berlangsung.. Sehinggakecepatan reaksi menurun dan yield biodiesel yangdihasilkan juga menurun. Menurut Mat (2012)menyatakan bahwa suhu yang terlalu tinggi

JURNAL KIMIA 10 (1), JANUARI 2016: 49-57

56

menyebabkan metanol menguap dan membentukgelembung-gelembung yang mencegah terjadinyareaksi antar tiga fasa (katalis padat-minyak-metanol). Akbatnya, tumbukan antar molekulmenurun sehingga kecepatan reaksi menurun danyield biodiesel yang dihasilkan juga menurun(Kartika et al., 2012). Liu et al. (2008) melaporkansuhu optimum pada produksi biodiesel mengguna-kan CaO sebagai katalis padat terjadi pada suhu65oC. Sedangkan yield biodiesel yang dihasilkanoleh Nurul et al. (2014) dengan menggunakankatalis NaOH pada suhu optimum 60oCmenghasilkan konversi sebesar 45%.

Analisis biodiesel menggunakan GC-MSHasil analisis biodiesel dilakukan dengan

menggunakan Gas Chromatography-mass spectro-metry (GC-MS) bertujuan untuk membuktikantelah terbentuknya ester dan mengetahui jenis esteryang terkandung dalam biodiesel. Biodiesel yangdianalisis dengan Gas Chromatography-massspectrometry (GC-MS) adalah biodiesel yangdihasilkan pada kondisi optimum yaitu denganrasio molar 1:15 pada suhu reaksi 60 oC selama 5jam. Hasil analisis biodiesel menggunakan GC-MSdisajikan pada Gambar 8.

Gambar 8. Kromatogram biodiesel dengan rasiomolar 1:15 pada suhu 60 oC selama 5jam

Analisis biodiesel menggunakan GC-MSmenghasilkan 2 senyawa utama metil ester yaitumetil palmitat dan metil oleat. Komponen terbesarester dari biodiesel dengan katalis CaO/ZAAdidominasi oleh metil palmitat sebesar 74,66%,sedangkan metil oleat 25,34 %. Berdasarkan hasil

analisis densitas biodiesel diperoleh 0,83 g/ml.Menurut Dirjen Migas densitas biodiesel berkisarantara 0,840-0,920. Hasil ini hampir mendekatidensitas biodiesel dari Dirjen Migas.

SIMPULAN DAN SARAN

SimpulanBerdasarkan hasil penelitian ini dapat

disimpulkan bahwa ukuran optimum zeolit sebagaipengemban CaO yang diaplikasikan sebagaikatalis dalam produksi biodiesel adalah 200 meshdengan luas permukaan 9,993 m2/g dan jumlahCaO yang teremban 0,2155 g/g zeolit. Sedangkansuhu dan rasio molar minyak dengan metanoloptimum pada reaksi transesterifikasi mengguna-kan katalis CaO/ZAA 200 mesh dari minyak jelan-tah adalah 60 oC dan rasio molar minyak denganmetanol adalah 1:15 dengan yield biodiesel sebesar98,4% dengan komponen metil ester yaitu metilpalmitat dan metil oleat.

SaranPenelitian ini masih diperlukan analisis

lebih lanjut dengan memvariasi waktu reaksi danjumlah katalis dalam reaksi transesterifikasimenggunakan katalis CaO/ZAA 200 mesh danperlu dilakukan dengan membandingkan penggu-naan katalis CaO/ZAA dengan ukuran partikelzeolit alam teraktivasi 80 dan 40 mesh.

UCAPAN TERIMA KASIH

Penulis mengucapkan terima kasih kepadaBapak Drs. I Wayan Suirta, M.Si., I WayanSudiarta, S.Si., M.Si., I Nengah Simpen, S.Si.,M.Si., dan Ibu Ida Ayu Gede Widihati, S.Si.,M.Si., Dra. Iryanti Eka Suprihatin, M.Sc., Ph.D.,atas saran dan masukannya, serta pihak-pihak yangtelah membantu dalam pelaksanaan penelitian ini

DAFTAR PUSTAKA

Albuquerque et al., 2008, CaO supported onmesoporous silicas as basic catalysts fortransesterification reactions, AppliedCatalysis A: General, 334 : 35–43

ISSN 1907-9850

57

Andya, W.F., Subagjo., and Prakoso, T., 2012,Pengembangan Katalis Kalsium OksidaUntuk Sintesis Biosiesel, Jurnal TeknikKimia Indonesia, 11 (2) : 66-73

Endalew, A.K., Kiros, Y., and Zanzi, R., 2011,Heterogeneous Catalysis for BiodieselProduction from Jatropha curcas Oil(JCO), Energy xxx, 1-8

Guo and Fang., 2011, Biodiesel Production withsolid Catalysts, Chinese Academy ofSciences, Biomass Group, XishuangbannaTropical Botanical Garden, China

Indra, R., Prabowo, J., Ayucitra, A., and Ismadji,S., 2011, Pemanfaatan Zeolit AlamSebagai Katalis Murah dalam PembuatanBiodiesel dari Minyak Kelapa Sawit,Prosiding: Seminar Nasional Fundamentaldan Aplikasi Teknik Kimia, Surabaya, 1-7

Kartika, D., and Widyaningsih, S, 2012,Konsentrasi Katalis dan Suhu Optimumpada Reaksi Esterifikasi MenggunakanKatalis Zeolit Alam Aktif (ZAH) dalamPembuatan Biodiesel dari MinyakJelantah. Jurnal Natur Indonesia., 14(3) :219-226

Krivoshto, I. N., Richards, J., Albertson, T., andDerlet, W., 2006, The Toxicity of DieselExhaust: Implications for Primary Care, JAm Board Fam Med, 21:55–62

Martinez et al., 2011, Preparation andCharacterization of CaO Nanoparticles/NaX Zeolite Catalysts for theTransesterification of Sunflower Oil.Global Journal of Industrial &Engineering Chemistry Reserch, 50 :2665–2670

Noiroj, K., Intarapong, P., Luengnaruemitchai,A. and Jai‐In, S, 2009, A ComparativeStudy of KOH/Al2O3 and KOH/NaYCatalysts for Biodiesel Production viaTransesterification from Palm Oil,Renewable Energy, 34 : 1145–1150

Riza, E., and Ediati, R., 2013, Pemanfaatan KulitTelur Ayam dan Abu Layang Batubarasebagai Katalis Heterogen untuk ReaksiTransesterifikasi Minyak Nyamplung(Calophyllum Inophyllum Linn), 7 (1) :2337-3520

Romero, R., Martinez, S.L., and Natividad, R.,2011, Biodiesel Production by UsingHeterogeneous Catalysts, Alternative Fuel,Manzanera, (Ed), 9 : 953 - 978

Rounce P., and Tsolakis, A., 2012, Speciation ofParticulate Matter and HydrocarbonEmissions from Biodiesel Combustion andIts Reduction by Aftertreatment, Fuel : 9690-99

Rubianto, L. and Setryo, S., 2013, Comparison ofBiodiesel and Petrodiesel ParticulateEmission. IJES, 2 (5): 66-69

Sharma, Y.C., Singh, B., and Korstad, J., 2011,Latest Developments on Application ofHeterogenous Basic Catalysts for anEfficient and Eco Friendly Synthesis ofBiodiesel, A review. Fuel. 90 : 1309-1324

Sivasamy et al., 2009, Catalytic Applications inthe Production of Biodiesel fromVegetable Oils, ChemSusChem, 2 : 278-300

Xie, W & Li, H, 2006, Alumina-SupportedPottasium Iodida as a heterogeneousCatalyst for Biodiesel Production fromSoybean oil, J. Mol. Catal. 19 : 674-677