Embed Size (px)
Citation preview
SINTESIS DAN KARAKTERISASI NiO/ZEOLIT
SERTA UJI AKTIVITASNYA
PADA CATALYTIC CRACKING CRUDE BIODIESEL
SKRIPSI
EDRA ADITYA FHILLIPA ARDINE
PROGRAM STUDI KIMIA
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH
JAKARTA
2019 M / 1440 H
SINTESIS DAN KARAKTERISASI NiO/ZEOLIT
SERTA UJI AKTIVITASNYA
PADA CATALYTIC CRACKING CRUDE BIODIESEL
SKRIPSI
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains
Program Studi Kimia
Fakultas Sains dan Teknologi
Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta
Oleh:
EDRA ADITYA FHILLIPA ARDINE
11150960000025
PROGRAM STUDI KIMIA
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH
JAKARTA
2019 M / 1440 H
ABSTRAK
EDRA ADITYA FHILLIPA ARDINE. Sintesis dan Karakterisasi NiO/Zeolit
serta Uji Aktivasinya pada Catalytic Cracking Crude Biodiesel. Dibimbing oleh
ISALMI AZIZ dan NANDA SARIDEWI
Crude biodiesel dari minyak jelantah dapat dikonversi menjadi gasolin dan diesel
melalui proses catalytic cracking menggunakan katalis zeolit alam yang diimpreg
dengan oksida logam nikel (NiO). Logam Ni dalam bentuk oksidanya dapat
meningkatkan aktivitas katalis karena memiliki daya adsorpsi yang kuat. Tujuan
penelitian ini yaitu menentukan karakteristik katalis NiO/zeolit dan menguji
aktivitas katalis pada proses catalytic cracking. Zeolit alam diaktivasi sehingga
menghasilkan H-Zeolit, kemudian dilakukan impregnasi dengan larutan
Ni(NO3)2.6H2O dengan variasi konsentrasi 1, 3, dan 5%. Katalis NiO/zeolit diuji
aktivitasnya pada proses catalytic cracking crude biodiesel pada suhu 375°C
selama 3 jam dengan konsentrasi katalis NiO/zeolit 7%. Katalis hasil impregnasi
dikarakterisasi menggunakan XRD, FTIR, dan SAA untuk menentukan
kristalinitas, gugus fungsi, dan luas permukaan. Hasil XRD menunjukan H-zeolit
dan NiO/zeolit memiliki kristalinitas dengan intensitas tertinggi yaitu NiO/zeolit
5% di 2θ pada daerah 37,23; 43,15; dan 62,65° dan indeks miller (hkl)
berdasarkan JCPDS no. 47-1049 yaitu 111, 200, dan 220, munculnya situs asam
Lewis dan Bronsted pada FTIR di rentang puncak serapan 400-1070 cm-1
dan luas
permukaan tertinggi pada NiO/zeolit 1% sebesar 49,410 m2/g. Hasil uji aktivitas
katalis menunjukan NiO/zeolit 1% memberikan hasil yang terbaik dengan
konversi 60,79% dan selektivitas gasolin 9,73%; kerosin 29,64%; serta diesel
9,18%.
Kata kunci: Crude biodiesel, catalytic cracking, Gasolin, impregnasi, NiO/zeolit
ABSTRACT
EDRA ADITYA FHILLIPA ARDINE. Synthesis and Characterization of
NiO/Zeolite and its Activation Test on Catalytic Cracking Crude Biodiesel.
Supervised by ISALMI AZIZ and NANDA SARIDEWI
Crude biodiesel from used cooking oil can be converted to gasoline and diesel
through the catalytic cracking process using natural zeolite catalyst impregnated
with nickel metal oxide (NiO). Ni metal in the form of oxidation can increase
catalyst activity because it has a strong adsorption power. The purpose of this
study is to determine the characteristics of the NiO/zeolite catalyst and test the
catalyst activity in the catalytic cracking process. Natural zeolite activated to
produce H-Zeolite, then impregnated with a solution of Ni(NO3)2.6H2O with
variations in concentrations of 1, 3, and 5%. NiO/zeolite catalyst was tested for its
activity in the catalytic cracking crude biodiesel process at 375°C within 3 hours
with a 7% NiO/zeolite catalyst concentration. The impregnation catalyst was
characterized using XRD, FTIR, and SAA to determine crystallinity, functional
groups, and surface area. XRD results showed that H-zeolite and NiO/zeolite had
the highest intensity crystallinity of 5% NiO/zeolite at 2θ in the area of 37.23;
43.15; and 62.65° and miller index (hkl) based on JCPDS no. 47-1049 namely
111, 200 and 220, the emergence of Lewis and Bronsted acid sites on FTIR in
wave number 400-1070 cm-1
and the highest surface area at 1% NiO/zeolite at
49.410 m2/g. The results of the catalyst activity test showed 1% NiO/zeolite gave
the best results with a conversion of 60.79% and 9.73% gasoline selectivity;
kerosene 29.64%; and 9.18% diesel.
Keywords: Crude biodiesel, catalytic cracking, Gasoline, impregnation,
NiO/zeolite
viii
KATA PENGANTAR
Bismillahirrohmanirrohim
Assalammualaikum warrahmatullahi wabarrakatuh
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas rahmat dan
karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul
“Sintesis dan Karakterisasi NiO/Zeolit serta Uji Aktivitasnya pada Catalytic
Cracking Crude Biodiesel“.
Pada kesempatan ini dengan rasa hormat penulis mengucapkan terima kasih
kepada:
1. Isalmi Aziz, M.T selaku pembimbing 1 yang telah membantu dan memberikan
saran serta pengarahan selama penelitian dan penyusunan skripsi,
2. Nanda Saridewi, M.Si selaku dosen pembimbing 2 yang telah membantu
memberikan saran dan pengarahan sehingga penulisan skripsi ini dapat
terselesaikan dengan baik,
3. Nurhasni, M.Si selaku penguji 1 yang telah memberikan kritik dan saran
sehingga skripsi ini dapat terselesaikan dengan baik,
4. Ahmad Fathoni, M.Si selaku penguji 2 yang telah memberikan kritik dan saran
selama penyusunan skripsi,
5. Dr. La Ode Sumarlin, M.Si selaku Ketua Program Studi Kimia Universitas
Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta,
6. Prof. Dr. Lily Surraya Eka Putri, M.Env.Stud selaku Dekan Fakultas Sains dan
Teknologi UIN Syarif Hidayatullah Jakarta
7. Dr. Siti Nurbayti, M. Si selaku pembimbing akademik yang telah membimbing
dan memberikan arahan penulis selama ini.
8. Seluruh dosen Program Studi Kimia UIN Syarif Hidayatullah Jakarta yang
telah memberikan ilmu pengetahuan serta bimbingan kepada penulis selama
mengikuti perkuliahan
9. Kedua Orangtua yang senantiasa memberikan dukungan moril maupun materil
serta tiada hentinya memanjatkan do’a kepada Allah SWT demi keberhasilan
penulis
10. Fitri Febriyani dan Yessinta Kurnianti selaku rekan Penelitian dan teman-
teman mahasiswa program studi kimia angkatan 2015 yang selalu mendukung
dan memotivasi penulis dalam menyelesaikan skripsi.
11. Semua pihak yang telah membantu penulis namun tidak dapat disebutkan satu
persatu.
Penulis menyadari bahwa penulisan Skripsi ini masih jauh dari sempurna
karena segala kekurangan dan keterbatasan yang penulis miliki. Untuk itu penulis
mengharapkan kritik dan saran yang membangun guna penyempurnaan Skripsi
ini.
Wassalammualaikum warahmatullahi wabarrakatuh
Jakarta, Juli 2019
Penulis
x
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ................................................................................................. viii
DAFTAR ISI ................................................................................................................... x
DAFTAR TABEL ......................................................................................................... xii
DAFTAR GAMBAR ................................................................................................... xiii
DAFTAR LAMPIRAN ............................................................................................... xiv
BAB I PENDAHULUAN .............................................................................................. 1
1.1 Latar Belakang .................................................................................................. 1
1.2 Rumusan Masalah ............................................................................................. 4
1.3 Hipotesis ............................................................................................................ 4
1.4 Tujuan Penelitian .............................................................................................. 4
1.5 Manfaat Penelitian ............................................................................................ 5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA .................................................................................. 6
2.1 Katalis ............................................................................................................... 6
2.2 Logam Nikel.................................................................................................... 12
2.3 Zeolit ............................................................................................................... 13
2.3.1 Zeolit Alam ............................................................................................... 15
2.3.2 Zeolit Sintetik ........................................................................................... 16
2.4 Perengkahan (Cracking).................................................................................. 19
2.5 Biofuel ............................................................................................................. 24
2.5.1 Biodiesel ................................................................................................. 25
2.5.2 Biogasolin ............................................................................................... 26
2.5.3 Kerosin ................................................................................................... 27
2.6 Gas Chromatography-Mass Spectrometry (GC-MS) ..................................... 27
2.7 X-Ray Diffraction (XRD) ................................................................................ 29
2.8 Surface Area Analyzer (SAA) ......................................................................... 30
2.9 Fourier Transform Infra Red (FTIR) .............................................................. 32
BAB III METODE PENELITIAN ........................................................................... 34
3.1 Waktu dan Tempat .......................................................................................... 34
3.2 Alat dan Bahan ................................................................................................ 34
3.2.1 Alat ......................................................................................................... 34
3.2.2 Bahan ...................................................................................................... 34
3.3 Prosedur Penelitian.......................................................................................... 35
xi
3.3.1 Skema Kerja ........................................................................................... 35
3.3.2 Pembuatan Crude Biodiesel ................................................................... 36
3.3.3 Aktivasi Zeolit Alam Lampung .............................................................. 36
3.3.4 Proses Impregnasi Logam pada Zeolit ................................................... 36
3.3.5 Karakterisasi Katalis .............................................................................. 37
3.3.5.1 Karakterisasi H-Zeolit dan NiO/Zeolit dengan XRD ................ 37
3.3.5.2 Karakterisasi H-Zeolit dan NiO/Zeolit dengan SAA ................. 37
3.3.5.3 Karakterisasi NiO/Zeolit dengan FTIR ...................................... 38
3.3.6 Uji Aktifitas Katalis pada Catalytic Cracking ....................................... 38
3.3.7. Analisis Senyawa Kimia Biofuel dengan GC-MS ................................. 39
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .................................................................. 40
4.1 Komposisi Senyawa Penyusun Crude Biodiesel............................................. 40
4.2 Karakteristik Katalis........................................................................................ 41
4.2.1 Hasil Karakteristik Katalis dengan XRD ............................................... 41
4.2.2 Hasil Karakteristik Katalis dengan FTIR ............................................... 44
4.2.3 Hasil Karakteristik Katalis dengan SAA ................................................ 46
4.3 Hasil Uji Aktivitas Katalis .............................................................................. 48
BAB V PENUTUP ........................................................................................................ 54
5.1 Simpulan ......................................................................................................... 54
5.2 Saran ................................................................................................................ 54
DAFTAR PUSTAKA .................................................................................................. 55
LAMPIRAN................................................................................................................... 61
xii
DAFTAR TABEL
Tabel 1. Contoh Penyangga .................................................................................. 10
Tabel 2. Contoh Promotor .................................................................................... 11
Tabel 3. Contoh zeolit alam yang umum ditemukan ............................................ 16
Tabel 4. Rumus oksida beberapa jenis zeolit sintetik .......................................... 17
Tabel 5. Handbook of Zeolit Science and Technology ......................................... 18
Tabel 6. Standar mutu biodiesel ........................................................................... 26
Tabel 7. Komposisi asam lemak pada crude biodiesel......................................... 40
Tabel 8. Data peak dan intensitas tertinggi NiO/zeolit......................................... 43
Tabel 9. Luas Permukaan H-zeolit dan NiO/zeolit .............................................. 47
Tabel 10.Hasil Analisis Produk setelah catalytic cracking menggunakan katalis
NiO/zeolit ............................................................................................. 49
Tabel 11. Hasil Konversi dan Selektivitas Berbagai Katalis ................................ 50
xiii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. Mekanisme reaksi katalitik heterogen ................................................. 7
Gambar 2. Stereotip Zeolit Alam Klinoptilolit .................................................... 14
Gambar 3. Struktur Kimia Zeolit ......................................................................... 14
Gambar 4. Reaksi pembentukan radikal bebas .................................................... 19
Gambar 5. Reaksi pemotongan beta .................................................................... 20
Gambar 6. Reaksi metil radikal dengan molekul netral. ..................................... 20
Gambar 7. Pembentukan radikal terstabilkan dan ion karbonium....................... 21
Gambar 8. Interaksi reaktan dengan ion karbonium dan radikal ......................... 22
Gambar 9. Pembentukan kembali katalis zeolit dari ion karbonium ................... 23
Gambar 10. Skema instrument GC-MS ............................................................... 28
Gambar 11. Diagram Sinar X .............................................................................. 30
Gambar 12. Surface Area Analyzer ..................................................................... 31
Gambar 13. Prinsip Spektrofotometri FTIR ........................................................ 32
Gambar 14. Skema Kerja Penelitian.................................................................... 35
Gambar 15. Pola difraksi H/zeolit dan katalis NiO/zeolit ................................... 42
Gambar 16. Spektrum H-Zeolit dan NiO/Zeolit ................................................. 44
Gambar 17. Reaksi perengkahan senyawa metil ester ........................................ 52
xiv
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1.Perhitungan Banyaknya Garam Nikel Nitrat Heksahidrat saat
Diembankan pada Zeolit Alam Aktif ............................................ 61
Lampiran 2. Hasil Analisis crude biodiesel dengan GC-MS ............................. 64
Lampiran 3. Hasil Analisis XRD ....................................................................... 65
Lampiran 4. Hasil Analisis FTIR ....................................................................... 67
Lampiran 5. Hasil Analisis SAA ........................................................................ 68
Lampiran 6. Hasil Analisis Biofuel dengan GC-MS .......................................... 72
Lampiran 7. Perhitungan Konversi dan Selektivitas .......................................... 78
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Harga minyak dunia terus mengalami peningkatan seiring dengan
kemajuan teknologi dan bertambahnya jumlah penduduk. Rata-rata peningkatan
kebutuhan energi tiap tahunnya sebesar 36 juta barrel oil equivalent (BOE) dari
tahun 2000-2014, sedangkan cadangan energi tidak terbarukan, seperti minyak
bumi, gas bumi, dan batu bara semakin menipis (KESDM, 2015). Biofuel sebagai
alternatif lain pengganti minyak bumi merupakan salah satu solusi untuk
mengatasi masalah ini (Tamunaidu dan Bhatia, 2007). Pembuatan biofuel selama
ini lebih banyak menggunakan katalis homogen, seperti asam dan basa.
Penggunaan katalis homogen bukan berarti tidak menimbulkan masalah. Salah
satu kesulitan yang dihadapi adalah memisahkan antara katalis dan produk yang
dihasilkan sehingga membutuhkan preparasi kembali (Handoko et al. 2009).
Proses yang dilakukan untuk menghasilkan biofuel salah satunya adalah
thermal cracking yang berlangsung pada suhu 455-800°C dan tekanan yang tinggi
yaitu 700 KPa, sehingga saat ini dikembangkan proses perengkahan yang
berkatalis (Chheda et al. 2017). Catalytic cracking adalah proses pemecahan
molekul hidrokarbon berantai panjang menggunakan katalis dengan mereaksikan
minyak nabati dengan suatu katalis heterogen yang pada umumnya terdiri atas
komponen aktif dan penyangga (support), dimana komponen aktif ini dapat
berupa logam transisi (Oxtoby et al. 2003). Katalis logam memiliki stabilitas
termal yang rendah, sehingga mudah terjadi penurunan luas permukaan.
2
Pendispersian logam ke dalam penyangga menjadi upaya untuk memperbaiki
kinerjanya (Rianto et al. 2012).
Allah SWT telah memberikan pengarahan kepada hamba-hamba-Nya
untuk senantiasa merenungkan nikmat yang diberikan-Nya, sebagaimana firman
Allah dalam surat Al-Kahf ayat 7 yang berbunyi:
نُ سَ َحْ هُم أ َيُّ ُوأ ل بْ َ ن ِ ل
لً مَ عَ
اهُمْ َهَ ةً ل ينَ َرْضِ زِ ا الْْ ا مَ نَ لْ عَ َّا جَ ِن إ
لَى عَ
Artinya: "Sesungguhnya Kami telah menjadikan apa yang di bumi sebagai
perhiasan baginya, agar Kami menguji mereka siapakah di antara
mereka yang terbaik perbuatannya.” (Q.S. Al-Kahf: 7).
Menurut tafsir Quraish Shihab, ayat ini merupakan petunjuk bahwa Allah
SWT telah menciptakan hewan, tumbuhan, mineral alam, dan lain-lain sebagai
perhiasan dan manfaat bagi penghuninya dengan menyediakan potensi untuk
berbuat baik atau jahat. Zeolit merupakan salah satu mineral yang diciptakan
Allah SWT yang dapat digunakan sebagai bahan penyangga atau pengemban
katalis karena memiliki struktur yang berpori dan tahan panas. Struktur yang
berpori mengakibatkan luas permukaan zeolit besar, sehingga banyak logam yang
dapat diembankan dan menyebabkan katalis tidak mudah menggumpal (Rianto et
al. 2012). Zeolit juga dapat dimanfaatkan sebagai katalis karena tersedianya pusat
aktif dalam sistem pori katalis, luas permukaan besar, aktivitas katalitik yang
tinggi, dan stabil terhadap temperatur tinggi (Liu et al. 2006). Penggunaan zeolit
sebagai katalis adalah dengan menggantikan ion Na+ dengan ion logam lain
seperti nikel (Ni) yang dirubah menjadi oksidanya (NiO) sehingga atom logam
terdeposit di dalam kerangka zeolit (Rifan, 2008).
3
Nikel oksida (NiO) dipilih karena memiliki daya adsorpsi yang kuat dan
kestabilan yang tinggi untuk proses impregnasi dibandingkan dengan oksida
logam lain sehingga oksida logam akan masuk ke dalam pori zeolit dan tidak
terjadi sintering. Impregnasi oksida logam (NiO) ke dalam zeolit alam (support)
dapat meningkatkan aktivitas katalis (King, 1982).
Rahayu et al. (2013) melakukan penelitian tentang pengaruh katalis
Ni/zeolit alam dari PT. Prima Zeolita yang berjenis mordenit untuk produksi
biogasoline. Katalis dipreparasi dengan metode impregnasi menggunakan variasi
kadar logam Ni sebesar 1, 2, dan 3% dari berat zeolit. Konsentrasi katalis yang
memberikan aktivitas katalitik terbaik untuk perengkahan minyak sawit menjadi
biogasoline adalah 1%.
Penelitian lain dilakukan oleh Efiyanti dan Santi (2016) tentang pengaruh
katalis NiO/zeolit dengan minyak cangkang kulit biji jambu mete (Cashew Nut
Shell Liquid) terhadap konversi dan selektivitas biofuel yang dihasilkan. Zeolit
alam yang diperoleh berasal dari Klaten yang berjenis mordenit. Katalis
NiO/zeolit yang berkonsentrasi 1% mampu meningkatkan konversi biofuel dari
59,09% menjadi 69,86% dengan selektivitas bensin 38,08%; diesel 32,25%; dan
minyak berat 29,67%.
Pada penelitian ini NiO/zeolit diaplikasikan untuk pembuatan biofuel
melalui catalytic cracking crude biodiesel. Aziz et al. (2019) telah melakukan
catalytic cracking untuk pembuatan biogasolin dari crude biodiesel menggunakan
katalis zeolit alam Lampung jenis klinoptilolit. Proses catalytic cracking crude
biodiesel dilakukan variasi suhu 325, 350, dan 375°C, konsentrasi katalis 1, 5, dan
7%, waktu cracking 60, 120, dan 180 menit. Hasil analisis menunjukkan bahwa
4
suhu, konsentrasi katalis dan waktu cracking yang optimum adalah pada suhu
375°C, dengan konsentrasi katalis 7% selama 180 menit dengan fraksi gasolin
6,26%; kerosin 17,6%; dan diesel 47,73%.
Berdasarkan latar belakang di atas penulis melakukan penelitian mengenai
sintesis dan karakterisasi NiO/zeolit serta uji aktivitasnya pada catalytic cracking
crude biodiesel. Katalis H-zeolit dan NiO/zeolit hasil impregnasi dikarakterisasi
kristalinitas, luas permukaan, dan gugus fungsinya. Katalis NiO/Zeolit digunakan
untuk perengkahan pada suhu 375°C dalam waktu 3 jam dan konsentrasi 7%
dengan harapan diperoleh produk cair hasil perengkahan yang merupakan fraksi
biofuel yang bermanfaat dengan kelimpahan yang lebih besar.
1.2 Rumusan Masalah
Rumusan masalah pada penelitian ini adalah:
1. Bagaimana pengaruh konsentrasi oksida logam NiO (1, 3, dan 5%) yang
diimpregnasi ke dalam zeolit terhadap karakteristik katalis meliputi
kristalinitas, gugus fungsi, dan luas permukaan?
2. Apakah konsentrasi NiO dapat mempengaruhi aktivitas katalis?
1.3 Hipotesis
1. Konsentrasi NiO (1, 3, dan 5%) yang diembankan ke dalam zeolit
mempengaruhi kristalinitas, gugus fungsi, dan luas permukaan,
2. Konsentrasi NiO dapat mempengaruhi aktivitas katalis (konversi dan
selektivitas)
1.4 Tujuan Penelitian
5
1. Menentukan karakteristik katalis meliputi kristalinitas, gugus fungsi, dan
luas permukaan,
2. Menentukan aktivitas katalis NiO/zeolit pada catalytic cracking crude
biodiesel dalam menghasilkan biofuel dengan meninjau konversi dan
selektivitas biofuel.
1.5 Manfaat Penelitian
Pemanfaatan zeolit alam yang diimpregnasi dengan oksida logam NiO
diharapkan mampu meningkatkan performa biofuel yang dihasilkan sehingga
dapat menjadi bahan bakar alternatif terbarukan yang dapat mengurangi atau
bahkan menggantikan penggunaan bahan bakar yang berasal dari minyak bumi.
Selain itu juga dapat meningkatkan nilai guna zeolit alam Indonesia yang
melimpah sebagai sumber daya alam Indonesia.
6
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Katalis
Katalis adalah suatu senyawa kimia yang menyebabkan reaksi menjadi
lebih cepat untuk mencapai kesetimbangan tanpa mengalami perubahan kimiawi
diakhir reaksi. Katalis tidak mengubah nilai kesetimbangan dan berperan dalam
menurunkan energi aktivasi. Penurunan energi aktivasi menyebabkan energi
minimum yang dibutuhkan untuk terjadinya tumbukan berkurang, sehingga reaksi
berjalan lebih cepat (Gates, 1992). Katalis pada umumnya mempunyai sifat
sebagai berikut: aktivitas, stabilitas, selektivitas, umur, regenerasi, dan kekuatan
mekanik. Secara umum katalis mempunyai 2 fungsi yaitu mempercepat reaksi
menuju kesetimbangan atau fungsi aktivitas dan meningkatkan hasil reaksi yang
dikehendaki atau fungsi selektivitas (Nasikin dan Susanto, 2010)
Katalis dapat digolongkan ke dalam 2 jenis, yaitu katalis homogen dan
katalis heterogen. Katalis homogen berada dalam fase yang sama dengan reaktan
pada suatu reaksi. Semua reaktan dan katalis berada dalam satu fasa tunggal cair
atau gas, sehingga pada proses pemisahan dari campuran terkadang juga
menghambat penggunaannya dalam industri. Katalis heterogen berada dalam fase
yang berbeda dengan reaktan pada suatu reaksi. Katalis heterogen cenderung lebih
mudah untuk dipisahkan dan digunakan kembali dari campuran reaksi karena fasa
yang digunakan berbeda dengan produk reaksinya (Istadi, 2011).
Sistem katalis homogen yaitu reaktan dan katalis terdistribusi secara
homogen di dalam medium reaksi, sehingga laju reaksi dapat dinyatakan langsung
sebagai fungsi dari konsentrasi. Reaksi heterogen berada di dalam fasa yang
7
berbeda (padat-cair, padat-gas, cair-gas, atau padat-cair-gas), sehingga tidak
terjadi distribusi katalis. Mayoritas katalis yang digunakan berfasa padat untuk
reaktan atau umpan berfasa cair atau gas, karena untuk terjadinya efek katalisis
harus terjadi kontak antara katalis dan reaktan maka katalis heterogen juga dapat
disebut sebagai katalis kontak (Triyono, 2002).
Pada katalis heterogen diyakini hanya situs tertentu pada permukaan
katalis yang berperan dalam reaksi. Situs-situs tersebut disebut dengan situs aktif.
Situs aktif dapat berupa atom tak berikatan yang dihasilkan dari ketidakseragaman
permukaan atau atom dengan sifat kimia yang memungkinkan interaksi dengan
atom atau molekul yang teradsorbsi reaktan. Suatu reaksi dengan katalis
heterogen padat dari reagen A menjadi produk B berlangsung sesuai langkah-
langkah dalam Gambar 1.
Gambar 1. Mekanisme reaksi katalitik heterogen (Busca, 2014)
Mekanisme tersebut sangat terkait dengan fenomena adsorpsi. Setidaknya
satu dari reaktan teradsorpsi pada permukaan katalis. Menurut Subagjo (1992)
8
terdapat beberapa kriteria yang harus diperhatikan untuk menilai layak atau
tidaknya suatu katalis untuk digunakan dalam suatu reaksi, diantaranya adalah:
1. Aktivitas, yaitu kemampuan katalis untuk mengkonversi reaktan menjadi
produk yang diinginkan.
2. Selektivitas, yaitu kemampuan katalis mempercepat reaksi yang
diinginkan diantara beberapa reaksi yang mungkin terjadi.
3. Yield, yaitu jumlah produk yang terbentuk untuk setiap satuan reaktan
yang terkonsumsi.
4. Kestabilan, yaitu lamanya katalis memiliki aktivitas dan selektivitas
seperti keadaan semula.
5. Kemudahan diregenerasi, yaitu proses mengembalikan aktivitas dan
selektivitas katalis seperti keadaan semula.
Menurut Subagjo (1992), secara umum fungsi dan sifat katalis adalah sebagai
berikut:
1. Mengawali terjadinya suatu produk tertentu
2. Mengarahkan reaksi menuju produk tertentu
3. Memperkecil atau menghilangkan produk samping yang tidak diinginkan
4. Meningkatkan laju reaksi.
Pada umumnya katalis padat dibentuk dari tiga komponen utama, yaitu:
1. Sisi Aktif
Sisi aktif merupakan komponen katalis yang bertanggungjawab terhadap
reaksi kimia yang utama. Pemilihan komponen aktif adalah tahap pertama dalam
mendesain katalis. Sisi aktif berfungsi mempercepat dan mengarahkan reaksi.
Oleh karena itu, komponen ini harus aktif mengkonversikan reaktan dan selektif
9
pada pembentukan produk yang diinginkan. Logam yang digunakan sebagai sisi
aktif suatu katalis bergantung pada tujuan penggunaan (Subagjo, 1992).
Sisi aktif merupakan tempat terjadinya reaksi pada katalis. Semakin luas
permukaan sisi aktif, maka aktivitas akan semakin baik. Sisi aktif tersebut
biasanya disebar dalam suatu penyangga. Semakin luas permukaan penyangga,
maka sisi aktif akan tersebar lebih banyak sehingga akan meningkatkan aktivitas
(Rideal, 1968).
2. Penyangga (Support)
Penyangga pada umumnya memiliki fungsi utama yaitu menyediakan luas
permukaan yang besar bagi inti aktif. Fungsi lain dari penyangga adalah
menstabilkan inti aktif dengan mendispersikannya sintering dapat dikurangi.
Umumnya penyangga merupakan komponen terbesar dalam katalis, sehingga
harus dipilih yang memiliki stabilitas dan konduktivitas termal yang tinggi.
Keuntungan penggunaan penyangga terutama adalah:
a. Menghemat fasa aktif yang harganya mahal
b. Dapat meningkatkan fasa aktif.
Sifat padatan yang perlu dipertimbangkan dalam pemilihan penyangga,
yaitu:
a. Inert
b. Kekuatan mekanikal (keras, tahan terhadap korosi)
c. Kestabilan pada rentang kondisi reaksi dan regenarisasi
d. Luas permukaan
e. Porositas
f. Harga
10
Beberapa contoh penyangga dapat dilihat pada Tabel 1 berikut.
Tabel 1. Contoh Penyangga (Subagjo, 2010)
Penyangga Sifat Luas Permukaan
(m2/g)
Diameter Pori
(nm)
Silika dengan luas
permukaan besar Amorf 200-800 -
Silika dengan luas
permukaan kecil Serbuk gelas 0,1-0,6 -
Alumina Amfoter 150-400 Bervariasi
Alumina Amfoter 0,1-5 0,5-2
Magnesia Basa 200 2
CaO Basa - -
Thoria Amfoter 80 -
Zirconia Amfoter 150-300 -
Chromia Amfoter 80-350 <2
Karbon Aktif Asam >1000 0,4-0,6
CaAl2O4 Netral - -
Zeolit Asam 500-700 0,4-1
Silika Alumina Asam 200-700 3
Tabel 1 memperlihatkan bahwa syarat penyangga (support) suatu katalis
adalah mempunyai luas permukaan yang besar dan pori yang terdispersi secara
merata pada permukaan. Ukuran pori penyangga menentukan luas permukaan
spesifik. Diameter semakin kecil maka permukaan semakin luas, sebaliknya
semakin besar diameter pori maka permukaan semakin kecil. Diameter pori harus
dipilih pada nilai yang optimum dan seragam.
3. Promotor
Penambahan promotor pada katalis dimaksudkan untuk meningkatkan
kinerja katalis (aktivitas, selektivitas, atau stabilitas). Lazimnya promotor
ditambahkan dalam jumlah kecil pada saat pembuatan katalis. Contoh promotor
dapat dilihat pada Tabel 2.
11
Tabel 2. Contoh Promotor (Subagjo, 2010)
Katalis Promotor Fungsi
Al2O3 (Penyangga) SiO2, ZrO, P, K2O,
HCl, MgO
Memperbaiki stabilitas termal,
meracuni pusat pembentukan,
meningkatkan keasaman,
menghambat sintering
SiO2-Al2O3 Pt Mempercepat oksidasi CO
Zeolit Pd Mempercepat hidrogenasi
Pt/Al2O3 Re Menghambat hidrogenasi dan
sintering
MoO3 Ni, Co Mempercepat hidrogenasi C-S
dan C-N
Tabel 2 memperlihatkan bahwa promotor umumnya tidak aktif, tetapi jika
ditambahkan pada katalis dapat memperbaiki kinerja katalis. Salah satu peran
penting promotor adalah untuk mengendalikan stabilitas katalis. Promotor juga
dapat menghambat mekanisme reaksi tertentu yang tidak diinginkan, seperti
pembentukan kokas.
Impregnasi yaitu proses penjenuhan zat tertentu secara total. Metode ini
sering digunakan untuk mensintesis katalis. Secara umum, impregnasi dibagi
menjadi dua, yaitu impregnasi langsung (co-impregnation) dan impregnasi
bertahap (sequential). Impregnasi secara langsung yaitu memasukkan larutan
garam logam komponen aktif dan promotor secara bersama-sama dalam pori
penyangga. Sedangkan, impregnasi bertahap dilakukan dengan memasukkan
larutan garam logam komponen aktif dan promotor secara terpisah. Impregnasi
bertahap akan menghasilkan katalis yang memiliki aktivitas lebih tinggi karena
tidak dibatasi oleh konsentrasi (Lestari, 2010).
Impregnasi langsung ada dua macam, yaitu impregnasi kering (dry
impregnation) dan impregnasi basah (wet impregnation). Pada impregnasi basah,
penambahan jumlah larutan prekursor fasa aktif lebih besar dari 1,5 kali volume
12
pori penyangga. Metode ini dapat menghasilkan deposisi prekursor fasa aktif yang
sangat banyak pada bagian luar penyangga setelah dilakukan proses pengeringan
dan juga menghasilkan distribusi fasa aktif pada bagian luar penyangga. Distribusi
ini bermanfaat untuk mengurangi penetrasi reaktan ke dalam katalis, sehingga
dapat meningkatkan aktivitas katalis. Sedangkan metode impregnasi kering,
penambahan larutan prekursor fasa aktif kurang dari 1,5 kali volume pori
penyangga. Metode yang umum digunakan dalam pembuatan katalis adalah
impregnasi basah. Hal ini dilakukan karena proses pengerjaannya lebih mudah
(Topsoe et al. 1996).
2.2 Logam Nikel
Logam Ni sudah digunakan secara luas dalam industri petroleum. Selain
harganya relatif terjangkau, logam ini memiliki daya adsorpsi terhadap reaktan
yang kuat. Katalis nikel mampu mengadsorpsi gas hidrogen pada permukaannya
saja dan mengaktifkan ikatan hidrogen, sehingga gas hidrogen menjadi lebih
mudah bereaksi. Semakin luas permukaan logam katalis, maka akan semakin
banyak gas hidrogen yang diserap. Demikian pula dengan semakin besar luas
permukaan, maka kontak yang terjadi antara zat yang bereaksi juga bertambah
banyak, sehingga kecepatan reaksi juga bertambah besar (Hart, 2004).
Sifat logam juga ditentukan oleh elektron yang mengisi orbital d yang
kosong ini. Logam Ni dengan nomor atom 28 memiliki konfigurasi elektron
[18Ar] 3d8 4s
2. Konfigurasi elektron tersebut menunjukkan bahwa Ni memiliki
orbital atom 3d yang belum penuh. Adanya orbital d yang belum terisi penuh
mengakibatkan logam Ni memiliki sifat katalitik aktif serta daya adsorpsi yang
13
kuat terhadap reaktan sehingga akan terbentuk suatu senyawa intermediet antar
reaktan dengan menurunkan energi aktivasi reaksi dan meningkatkan laju reaksi.
Keadaan ini akan menentukan sifat nikel, seperti sifat magnetik, struktur padatan,
dan kemampuannya membentuk senyawa kompleks (Hasanah, 1995).
Nikel merupakan logam transisi yang bersifat keras, ulet, mudah ditempa,
sedikit ferromagnetis, dan memiliki jari-jari atom 135 pm dengan parameter kisi
0,352 nm yang berbentuk kubus. Penempatan komponen aktif logam ke dalam
sistem pori pengemban adalah dengan menggunakan garam logamnya, seperti
klorida, sulfat, nitrat, atau oksalat. Logam nikel yang biasa digunakan adalah
garam nitrat yaitu Ni(NO3)2.6H2O (Augustine, 1996).
Keunggulan Ni sebagai katalis adalah ikatan yang dibentuk antar Ni
dengan reaktan relatif lemah sehingga produk reaksi mudah terlepas dari
permukaan katalis. Proses reaksi dapat berlangsung lebih cepat, meskipun produk
memiliki range panjang rantai karbon yang cukup besar (Sterrfield, 1991).
Kekurangannya, oksida logam transisi memiliki energi permukaan yang rendah
daripada logam transisi itu sendiri. Reaksi oksidasi akan berjalan lebih efektif
pada area permukaan oksida dan harus direduksi terlebih dahulu untuk
menghilangkan oksigen dari NiO (Somorgai dan Gabor, 1994).
2.3 Zeolit
Zeolit alam terbentuk karena adanya proses kimia dan fisika yang
kompleks dari batuan yang mengalami berbagai macam perubahan di alam. Para
ahli geokimia dan mineralogi memperkirakan bahwa zeolit merupakan produk
gunung berapi yang membeku menjadi batuan vulkanik, batuan sedimen, dan
batuan metamorfosa yang selanjutnya mengalami proses pelapukan karena
14
pengaruh panas dan dingin (Lestari, 2010). Zeolit juga mengandung berbagai
unsur minor, antara lain Na, K, Ca (Bogdanov et al. 2009), Mg, dan Fe
(Akimkhan, 2012). Stereotip zeolite alam jenis klinoptilolit ditunjukan pada
Gambar 2.
Gambar 2. Stereotip Zeolit Alam Klinoptilolit (Lestari, 2010)
Gambar 2 memperlihatkan bahwa zeolit dapat digunakan sebagai
pengemban karena struktur kristalnya berpori dan memiliki luas permukaan yang
besar serta tersusun oleh kerangka silika–alumina (Bekkum et al 2007). Struktur
zeolit adalah suatu polimer anorganik berbentuk tetrahedral unit TO4, dimana T
adalah ion Si4+
atau Al3+
dengan atom O berada diantara dua atom T, seperti
ditunjukkan dalam Gambar 3.
Gambar 3. Struktur Kimia Zeolit (Haag, 1984)
15
Zeolit sebagai katalis padat mempunyai luas permukaan internal (600 m2/s)
dan stabilitas termal tinggi (1000°C). Zeolit memiliki situs asam yang sangat
penting sebagai penjerap. Selektivitas zeolit tergantung dari ukuran pori dan jenis
reaksi. Zeolit banyak dimanfaat sebagai katalis heterogen dalam produksi
biodiesel (Guo dan Fang, 2011).
Zeolit memiliki karakteristik kimia yang menarik, diantaranya memiliki
kemampuan menyerap zat organik maupun anorganik yang selektif (adsorben),
resin penukar ion (ion exchanger), katalisator dengan aktivitas katalitik tinggi
(catalyst), dan mampu memuat molekul dengan ukuran kecil (molecular sieving)
(Dixon dan Weed, 1989). Selain itu, zeolit juga dapat digunakan sebagai
pengemban katalis (support catalyst). Zeolit dibagi menjadi dua, yakni zeolit alam
dan zeolit sintetis, namun sekarang zeolit yang paling banyak digunakan adalah
zeolit sintesis (Guo dan Fang, 2011).
2.3.1 Zeolit Alam
Deposit zeolit alam di Indonesia cukup besar dan kemurniannya cukup
tinggi. Daerah yang mempunyai tambang zeolit diantaranya adalah daerah
Lampung Selatan, Bayah, Cikembar, Cipatujah, Jawa Barat Nangapada,
Kabupaten Ende NTT, Kabupaten Malang, dan Kabupaten Gunung Kidul
(Lestari, 2010). Zeolit alam ditemukan dalam bentuk mineral dengan komposisi
yang berbeda, terutama dalam nisbah Si/Al dan jenis logam yang menjadi
komponen minor, seperti diperlihatkan dalam Tabel 3.
16
Tabel 3. Contoh zeolit alam yang umum ditemukan (Subagjo, 1993; Ackley et al.
2003)
No. Zeolit Alam Si/Al Kation
Utama
Komposisi
1 Analsim - - Na16(Al16Si32O96).16H2
O
2 Kabasit 1,5-4,0 Na, Ca, K (Na2,Ca)6(Al12Si24O72).
40H2O
3 Klinoptilolit 4,0-5,2 Na, Ca, K (Na4K4)(Al8Si40O96).24
H2O
4 Erionit 3,0-4,0 Na, Ca, K (Na,Ca5K)(Al9Si27O72).
27H2O
5 Ferrierit 4,3-6,2 K, Mg, Na (Na2Mg2)(Al6Si30O72).1
8H2O
6 Heulandit - - Ca4(Al8Si28O72).24H2O
7 Laumonit - - Ca(Al8Si16O48).16H2O
8 Mordenit 4,4-5.5 Ca, Na Na8(Al8Si40O96).24H2O
9 Filipsit 1,3-3,4 K, Na, Ca (Na,K)10(Al10Si22O64).
20H2O
10 Natrolit - - Na4(Al4Si6O20).4H2O
11 Wairakit - - Ca(Al2Si4O12).12H2O
Mineral penyusun zeolit alam pada Tabel 3 memiliki diameter pori pada
rentang 0,26-0,43 nm. Luasnya ukuran permukaan pori zeolit tersebut
mengakibatkan proses adsorpsi dan desorpsi berbagai molekul dapat terjadi
(Guisnet dan Gilson, 2002; Wright dan Pearce, 2010).
2.3.2 Zeolit Sintetik
Zeolit sintetik adalah zeolit yang dibuat sedemikian rupa sehingga
didapatkan karakter yang lebih baik dari zeolit alam. Komponen minor dalam
zeolit juga dapat ditambahkan dengan mudah menggunakan senyawa murni,
sehingga zeolit sintetik memiliki komposisi yang tetap dengan tingkat kemurnian
yang tinggi. Zeolit sintetik dikembangkan dengan dua fokus utama yaitu bahan
17
baku dan metode. Dari segi bahan baku utama, digunakan 2 jenis bahan baku
yakni bahan baku sintetik dan bahan baku limbah (Bogdanov et al. 2009). Dengan
perkembangan penelitian, telah dikenal beragam zeolit sintetik, dan beberapa
diantaranya disajikan dalam Tabel 4.
Tabel 4. Rumus oksida beberapa jenis zeolit sintetik (Bogdanov et al. 2009)
Zeolit Rumus Oksida
Zeolit A Na2O.Al2O3.2SiO2.4,5H2O
Zeolit N-A (Na,TMA)2O.Al2O3.4,8SiO2.7H2O TMA – (CH3)4N+
Zeolit H K2O.Al2O3.2SiO2.4H2O
Zeolit L (K2Na2)O.Al2O3.6SiO2.5H2O
Zeolit X Na2O.Al2O3.2,5SiO2.6H2O
Zeolit Y Na2O.Al2O3.4,8SiO2.8,9H2O
Zeolit P Na2O.Al2O3.2-5SiO2.5H2O
Zeolit O (Na,TMA)2O.Al2O3.7SiO2.3,5H2O TMA (CH3)4N+
Zeolit Ω (Na,TMA)2O.Al2O3.7SiO2.5H2O TMA – (CH3)4N+
Zeolit ZK-4 0,85Na2O.0,15(TMA)2O.Al2O3.3,3SiO2.6H2O
Zeolit ZK-5 (R,Na2)O.Al2O3.4-6SiO2.6H2O
Penentuan rasio Si/Al pada Tabel 4 dapat dilakukan dengan alat Spektroskopi
Serapan Atom (SAA). Beberapa jenis Rasio Si/Al yang mempengaruhi zeolit
adalah:
1. Zeolit dengan rasio Si/Al yang rendah (Si/Al ≤ 5)
Pada umumnya, zeolit ini hampir jenuh oleh aluminium pada kerangkanya
dengan perbandingan Si/Al mendekati satu. Bentuk kerangka molekul merupakan
tetrahedral aluminosilikat. Banyak mengandung penukar kation. Kedua sifat ini
menimbulkan permukaan yang heterogen. Permukaan sangat efektif untuk air,
senyawa polar, dan berguna untuk pengeringan dan pemurnian. Volume pori-pori
dapat mencapai 0,5 cm3
/vol zeolit (cm3
).
18
2. Zeolit dengan rasio Si/Al sedang (Si/Al = 5)
Zeolit jenis ini lebih stabil terhadap panas dan asam daripada zeolit dengan
silika rendah dan mempunyai perbandingan Si/Al = 5. Permukaannya masih
heterogen dan sangat efektif untuk air dan molekul polar lainnya.
3. Zeolit dengan rasio Si/Al tinggi (Si/Al > 5)
Zeolit ini mempunyai perbandingan kadar Si/Al antara 10-100, bahkan
lebih. Permukaannya mempunyai karakteristik lebih homogen dan selektif dalam
organofilik dan hidrofobik. Zeolit ini sangat kuat untuk menyerap molekul-
molekul organik kepolarannya dan hanya sedikit bereaksi dengan air dan molekul
yang kepolarannya tinggi. Contoh zeolit berdasarkan rasio Si/Al disajikan pada
Tabel 5.
Tabel 5. Handbook of Zeolit Science and Technology (Payra and Dutta, 2003)
Si/Al ≤ 2
Silika rendah
2 < Si/Al ≤ 5
Silika Sedang
5 < Si/Al
Silika Tinggi
AFG, afghanitea
ANA, analcimea
BIK, bikitaitea
CAN, cancrinitea
FRA, franzinite
GIS, gismondinea
GME, gmelinitea
LAU, laumonitea
LEV, levynea
LIO, liottitea
BOG, boggsitea
BRE, brewsteritea
CHA, chabazitea
DAC, dachiarditea
EPI, epistilbitea
ERI, erionitea
FAU, faujasitea
GOO,
goosecreekitea
HEU, heulanditea
BEA, zeolite β
DDR, decadodelcasil
DOH, dodecasil
FER, ferrieritea
Beberapa tipe zeolit pada Tabel 5 memperlihatkan pembagian rasio Si/Al
manurut aturan dari IUPAC commitee on chemical nomenclature of zeolit, yaitu
ditulis dengan kode tiga huruf. Pembagian ini dimaksudkan untuk memudahkan
dalam mengklasifikasikannya.
19
2.4 Perengkahan (Cracking)
Perengkahan merupakan proses konversi molekul organik kompleks
menjadi molekul yang lebih sederhana dengan putusnya ikatan karbon dalam
rantai molekul tersebut. Pada dasarnya reaksi perengkahan bukan hanya
mekanisme pemecahan rantai hidrokarbon panjang menjadi pendek, namun juga
dapat terjadi reaksi isomerisasi, siklisasi dan polimerisasi kembali. Laju
perengkahan dan produk akhirnya bergantung terhadap temperatur dan
keberadaan katalis. Kondisi perengkahan dapat dibagi menjadi dua macam yakni
perengkahan termal dan perengkahan katalitik (Fessenden & Fessenden, 1981).
a. Perengkahan Termal
Perengkahan termal reaksinya menggunakan temperatur yang tinggi yaitu
pada rentang 425–650°C tanpa menggunakan katalis sehingga menghasilkan
fragmen radikal bebas yang cenderung akan mengalami oligomerisasi.
Mekanisme yang terjadi perengkahan termal yakni hidrokarbon akan mengalami
perengkahan termal melalui pembentukan radikal bebas pada temperatur tinggi.
Awalnya terjadi pemecahan homo pada ikatan C-C pada Gambar 4.
R1 — CH2 — CH2 — R2 R1 — CH2 • + R1 — CH2 •
Gambar 4. Reaksi pembentukan radikal bebas
Radikal-radikal tersebut dapat membentuk etilena dan radikal primer
selanjutnya. Menurut aturan β empiris, pemutusan ikatan terjadi pada ikatan C-C
yang posisinya β terhadap atom C yang memiliki elektron tidak berpasangan.
Reaksi pada Gambar 5 memperlihatkan terjadinya pemutusan ikatan C-C.
20
R — CH2 — CH2 — CH2 R— CH2 • + CH2= CH2
Gambar 5. Reaksi pemotongan beta
Radikal primer yang baru terbentuk akan mengalami pemutusan β sehingga
menghasilkan etilena dan radikal dengan jumlah atom C yang lebih kecil sampai
radikal metil terbentuk. Radikal metil selanjutnya akan mengambil radikal
hidrogen sehingga terbentuk metana dan radikal sekunder. Radikal sekunder ini
akan mengahasilkan olefin dan radikal primer yang dapat dilihat pada Gambar 6.
CH3 — RCH2(CH2)5CH3 CH4 + RCH2(CH2)3C•HCH2CH3
R — CH2 — CH2 — C•H2 + H2C=CHCH2CH3
Gambar 6. Reaksi metil radikal dengan molekul netral (Sadeghbeigi, 2000).
b. Perengkahan Katalitik
Perengkahan katalitik merupakan dekomposisi termal suatu hidrokarbon
dengan kehadiran katalis. Bensin yang dihasilkan dengan proses perengkahan
katalis lebih kaya senyawa isoparafin, aromatik, dan naften daripada perengkahan
termal karena katalis memiliki selektivitas terhadap bentuk. Pada perengkahan
katalitik terjadi melalui pembentukan ion karbonium. Ion karbonium dapat
dibentuk melalui serangan langsung proton dari situs katalis bronsted (asam)
seperti pada persamaan reaksi berikut (Speight, 1991).
Menurut Handoko et al. (2009), mekanisme perengkahan katalitik dengan
menggunakan katalis Ni/zeolit, dimana umpan berupa gugus fungsi metil datang
21
membentuk ikatan dengan logam Ni dan H+, terbentuklah radikal terstabilkan
yaitu ikatan antara atom C dengan atom Ni serta terbentuk ion karbonium pada
H+, dijelaskan pada Gambar 7.
:O:
Al Si
H+
:O:
:O:
:O:
:O: O
:
O:
Al AlSi Si
:O: :O: :O: :O: :O: :O: :O: :O: :O: :O: :O: :O:
Ni2+
R C
H
H
C
H
H
R'+
:O:
Al Si
:O:
:O:
:O:
:O: O
:
O:
Al AlSi Si
:O: :O: :O: :O: :O: :O: :O: :O: :O: :O: :O: :O:
Ni2+
R' CH
:
R CH2+
Gambar 7. Pembentukan radikal terstabilkan dan ion karbonium (Handoko et al.
2009)
Proses berikutnya radikal tersabilkan menyerang umpan yang datang,
kemudian menyerang ikatan C-C pada umpan yang datang tersebut dan
membentuk 2 radikal terstabilkan. Ion karbonium juga menyerang umpan yang
lain akan tetapi ion karbonium menyerang ikatan C-H pada umpan tersebut dan
22
membentuk ikatan ion karbonium dengan rantai C panjang pada umpan seperti
yang terdapat pada Gambar 8.
:O:
Al Si
:O:
:O:
:O:
:O: O
:
O:
Al AlSi Si
:O: :O: :O: :O: :O: :O: :O: :O: :O: :O: :O: :O:
Ni2+
R' CH:
R CH2+
R'' CH2
CH2
CH2 R' R'' CH
2 C
H
H
CH2
CH2 R'
-
:O:
Al Si
:O:
:O:
:O:
:O: O
:
O:
Al AlSi Si
:O: :O: :O: :O: :O: :O: :O: :O: :O: :O: :O: :O:
Ni2+
-
R' CH3
R'' CH2
CH2 CH
2 R'
R' C
H
R''CH2
C CH2
+
R CH3
H
H
:O:
Al Si
:O:
:O:
:O:
:O: O
:
O:
Al AlSi Si
:O: :O: :O: :O: :O: :O: :O: :O: :O: :O: :O: :O:
Ni2+
-
R'' CH2
CH2 CH
3 R'
. .
. .
R' C
H
CH3
+
R''CH2
CH2
Gambar 8. Interaksi reaktan dengan ion karbonium dan radikal (Handoko et al.
2009)
23
Tahap selanjutnya adalah terminasi, terjadi apabila adanya penggabungan
radikal terstabilkan (pada situs asam Lewis) dan terjadi pembentukan ikatan
rangkap (pada situs asam Bronsted) lalu terbentuk kembali katalis Ni/zeolit yang
ditunjukan pada Gambar 9.
:O:
Al Si
:O:
:O:
:O:
:O: O
:
O:
Al AlSi Si
:O: :O: :O: :O: :O: :O: :O: :O: :O: :O: :O: :O:
Ni2+
-
R'' CH2
CH2 CH
3 R'. .
R' C
H
C+
H
H
H
:O:
Al Si
:O:
:O:
:O:
:O: O
:
O:
Al AlSi Si
:O: :O: :O: :O: :O: :O: :O: :O: :O: :O: :O: :O:
Ni2+
-
R'' CH CH2 R' CH CH
2
H
CH2 R'
Gambar 9. Pembentukan kembali katalis zeolit dari ion karbonium (Handoko et
al. 2009)
Kestabilan karbonium meningkat seiring dengan urutan karbonium tersier
> sekunder > primer > metil. Hal ini menyebabkan karbonium primer memiliki
kecenderungan untuk berisomerisasi menjadi karbonium sekunder atau tersier
24
melalui penataan ulang yang melibatkan baik pergeseran hidrogen maupun
pergeseran metil. Peningkatan stabilitas ion tersier menyebabkan tingginya
percabangan yang terkait dengan perengkahan katalitik. Setelah terbentuk, ion
karbonium bisa membentuk sejumlah reaksi yang berbeda. Sifat dan kekuatan
situs asam katalis mempengaruhi sejauh mana masing-masing reaksi ini terjadi
(Sadeghbeigi, 2000).
Polimer dengan ikatan jenuh (rantai tunggal) akan lebih mudah diprotonasi
dengan sisi asam katalis untuk membentuk ion karbonium bila didukung dengan
temperatur tinggi, sehingga keberadaan katalis akan membantu meningkatkan
hasil konversi per satuan waktu dibandingkan tanpa katalis. Bila pembentukan
senyawa hidrokarbon tak jenuh dengan berat molekul besar (poliaromatik)
meningkat, maka laju pembentukan kokas menjadi lebih cepat. Kokas merupakan
racun pada katalis, dimana keberadaannya disebabkan karena terbentuknya ikatan
yang cukup kuat pada permukaan katalis sehingga mengurangi sisi aktif katalis
(Sibarani, 2012).
2.5 Biofuel
Biofuel merupakan bahan bakar yang sumbernya berasal dari bahan
organik yang juga disebut non-fosil energi. Saat ini, biofuel dapat ditemukan
dalam bentuk padatan, cair, dan gas yang dihasilkan dari material organik baik
langsung dari tanaman ataupun secara tidak langsung dari proses industrial,
komersial, domestik atau sisa-sisa hasil pertanian. Biofuel yang berasal dari
tumbuhan biasanya disebut dengan bahan bakar nabati. Bahan bakar nabati (BBN)
adalah semua bahan bakar yang berasal dari minyak nabati. BBN dapat berupa
biodiesel, biokerosen, dan biogasolin (Supraniningsih, 2012).
25
2.5.1 Biodiesel
Biodiesel merupakan jenis bahan bakar yang termasuk ke dalam bahan
bakar nabati (BBN). Bahan bakunya bisa berasal dari berbagai sumber daya alam
yang dapat diperbaharui. Bahan bakar nabati ini berasal dari minyak nabati yang
di konversi melalui reaksi kimia, sehingga secara kimia sifatnya sudah berubah
dari sifat aslinya. Biodesel merupakan salah satu jenis bahan bakar cair yang
berasal dari pengolahan tumbuhan yang diproses melalui reaksi transesterifikasi
(Musanif et al. 2006).
Biodiesel merupakan bahan bakar nabati yang berasal dari minyak nabati,
baik minyak baru maupun minyak hasil penggorengan melalui reaksi esterifikasi.
Reaksi ini merupakan reaksi bolak-balik antara molekul trigliserida dengan
metanol yang menghasilkan alkil ester dan gliserol. Rantai hidrokarbon pada
biodiesel umumnya terdiri dari 16-20 atom karbon. Sifat kimia biodiesel yakni
mudah terbakar dengan sempurna, dan akan meningkatkan pembakaran apabila di
campurkan dengan minyak diesel dari minyak bumi (Supraniningsih, 2012).
Transesterifikasi adalah reaksi reversible, dimana trigliserida berubah
secara sempurna menjadi digliserida, monogliserida, dan terakhir menjadi
gliserin. Reaksi transesterifikasi mengubah trigliserida (96-98% minyak) dan
alkohol menjadi ester, dengan sisa gliserin sebagai produk sampingnya. Hasilnya
molekul-molekul trigliserida yang panjang dan bercabang diubah menjadi ester
yang lebih kecil yang memiliki ukuran dan sifat yang serupa dengan minyak solar.
Alkohol yang digunakan adalah alkohol dengan rantai pendek, seperti metanol,
etanol dan butanol (Encinar et al. 1999). Berikut ini mutu biodiesel yang mengacu
pada Standar Nasional Indonesia (SNI) 7182-2015 tentang biodiesel pada Tabel 6.
26
Tabel 6. Standar mutu biodiesel (SNI 7182: 2015, 2015)
No Parameter Uji Satuan min/maks Persyaratan
1 Massa Jenis pada 40°C kg/m3
850-890
2 Viskositas kinematik pada
40°C
mm2/s (cSt) 2,3-6,0
3 Angka Setana min 51
4 Titik Nyala °C, min 100
5 Titik kabut °C, maks 18
6 Korosi lempeng tembaga
(3 jam pada 50°C)
- Nomor 1
7 Residu Karbon % massa, maks 0,05
8 Air dan sedimen % volume, maks 0,05
9 Temperatur distilasi 90% °C, maks 360
10 Abu tersulfatkan % massa, maks 0,02
11 Belerang mg/kg, maks 50
12 Fosfor mg/kg, maks 4
13 Angka asam mg-KOH/g, maks 0,5
14 Gliserol bebas % -massa, maks 0,02
15 Gliserol Total % -massa, maks 0,24
Tabel 6 menunjukan bahwa biodiesel yang dihasilkan harus memiliki
kualitas sesuai dengan Standar Nasional Indonesia (SNI) yang telah ditetapkan.
Biodiesel yang tidak memenuhi Standar Nasional Indonesia (SNI) dapat merusak
kendaraan maupun lingkungan sekitar akibat gas buang yang tidak sempurna,
sehingga akan berdamak pada kesehatan makhluk hidup.
2.5.2 Biogasolin
Gasolin atau yang sering disebut bensin merupakan bahan yang sangat
penting terutama di zaman modern dengan mobilitas manusia yang sangat tinggi.
Pentingnya bensin bagi perekonomian suatu negara sama seperti fungsi darah bagi
tubuh manusia. Tanpa bensin (tanpa energi), dunia yang kita ketahui sekarang
seperti berhenti berdenyut. Biogasolin (bio-bensin) merupakan jenis gasolin
27
(bensin) yang terbuat dari sumber daya alam yang dapat diperbaharui. Salah satu
sumber daya alam yang dimaksud disini adalah minyak sawit.
Fraksi bensin tersusun atas hidrokarbon rantai lurus dengan rumus kimia
CnH2n+2, mulai dari C5 sampai dengan C11. Beberapa bahan bakar jenis bensin di
Indonesia mempunyai nilai mutu pembakaran yang berbeda. Nilai mutu jenis
BBM bensin ditentukan berdasarkan nilai RON (research octane number).
Premium mempunyai nilai RON sebesar 88, pertamax sebesar 92, dan pertamax
plus sebesar 95. Jenis biogasolin yang dimaksud di sini adalah jenis premium
dengan proses konversi, yaitu proses untuk mengubah ukuran dan struktur
senyawa hidrokarbon. Salah satu caranya adalah dengan cara perengkahan termal
dan terkatalisis (thermal and catalytic cracking) (Prihandana, 2007).
2.5.3 Kerosin
Minyak tanah atau disebut juga kerosin (parafin) adalah cairan
hidrokarbon yang tak berwarna dan mudah terbakar yang diperoleh dari hasil
distilasi bertingkat dari petroleum pada 150 dan 275°C (rantai karbon C12-C15).
Minyak tanah banyak digunakan untuk lampu minyak dan kompor, namun
sekarang banyak digunakan sebagai bahan bakar mesin jet (Avtur, Jet-A, Jet-
B,JP-4 atau JP-8). Kerosin dikenal sebagai RP-1 digunakan sebagai bahan bakar
roket. Pada proses pembakarannya menggunakan oksigen cair (Arnelli dan
Hanani, 2006).
2.6 Gas Chromatography-Mass Spectrometry (GC-MS)
28
GC-MS merupakan metode pemisahan senyawa organik yang
menggunakan dua metode analisis senyawa yaitu kromatografi gas (GC) untuk
menganalisis jumlah senyawa secara kualitatif dan spektrofometri massa (MS)
untuk menganalisis struktur molekul senyawa analit. Kromatografi gas adalah
metode analisis, dimana sampel terpisahkan secara fisik menjadi bentuk molekul
yang lebih kecil (hasil pemisahan berupa kromatogram). Spektometri massa
adalah metode analisis dimana sampel yang akan dianalisis diubah menjadi
ionnya dan massa dari ion tersebut dapat diukur berupa spektrum massa
(Sastrohamidjojo, 1988). Adapun skema instrumen GCMS dapat dilihat pada
Gambar 10.
Gambar 10. Skema instrument GC-MS (Soh et al. 2015)
Skema GC-MS pada Gambar 10 memperlihatkan prinsip kerja instrumen
GC-MS yaitu sampel yang diinjeksikan ke dalam kromatografi gas akan diubah
menjadi fasa uap dan dialirkan melewati kolom kapiler dengan bantuan gas
pembawa. GC-MS biasanya digunakan untuk analisis kualitatif senyawa organik
yang pada umumnya bersifat mudah menguap atau dapat diuapkan. Pemisahan
yang dihasilkan dari tiap jenis senyawa yang dianalisis bersifat khas untuk tiap
jenis senyawa
29
2.7 X-Ray Diffraction (XRD)
Sinar-X pertama kali ditemukan oleh Wilhelm Rontgen pada tahun 1895.
Sinar-X merupakan gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang (λ ≈
100 nm) yang lebih pendek dibanding gelombang cahaya (λ = 400-800 nm).
Panjang gelombang sinar-X ini merupakan dasar digunakannya teknik difraksi
sinar-X (X-Ray Diffraction) untuk mengetahui struktur mikroskopis suatu bahan
(Smallman dan Ngan, 2007).
Teknik X-Ray Diffraction (XRD) berperan penting dalam proses analisis
padatan kristalin. XRD adalah metode karakterisasi yang digunakan untuk
mengetahui ciri utama kristal, seperti parameter kisi dan tipe struktur. Selain itu,
juga dimanfaatkan untuk mengetahui rincian lain seperti susunan berbagai jenis
atom dalam kristal, kehadiran cacat, orientasi, dan cacat kristal (Smallman dan
Ngan, 2007)
Data yang diperoleh dari metode karakterisasi XRD adalah sudut
hamburan (sudut Bragg) dan intensitas. Berdasarkan teori difraksi, sudut difraksi
bergantung kepada lebar celah kisi sehingga mempengaruhi pola difraksi,
sedangkan intensitas cahaya difraksi bergantung dari berapa banyak kisi kristal
yang memiliki orientasi yang sama. Penggunaan metode ini dapat menentukan
sistem kristal, parameter kisi, derajat kristalinitas dan fase yang terdapat dalam
suatu sampel (Cullity dan Stock, 2001). Skema kerja XRD disajikan pada Gambar
11.
30
Gambar 11. Diagram Sinar X (Beiser, 1965)
Gambar 11 memperlihatkan bahwa jika suatu bahan ditembakkan dengan
elektron dengan kecepatan dan tegangan yang tinggi dalam suatu tabung vakum.
Elektron yang berasal dari filamen (anoda) dipercepat dan menumbuk target
(katoda) yang berada dalam tabung sinar-X sehingga elektron tersebut mengalami
perlambatan (Cullity dan Stock, 2001).
2.8 Surface Area Analyzer (SAA)
Surface Area Analyzer (SAA) merupakan salah satu alat utama dalam
karakterisasi material yang memerlukan sampel dalam jumlah yang kecil,
biasanya berkisar 0,1 sampai 0,01 gram. Alat ini khususnya berfungsi untuk
menentukan luas permukaan material, distribusi pori dari material dan isoterm
adsorpsi suatu gas pada suatu bahan (Gregg et al. 1967). Komponen SAA
ditunjukkan pada Gambar 12.
31
Gambar 12. Surface Area Analyzer (Matshitse, 2010)
Gambar 12 menunjukan prinsip SAA yaitu mengukur luas permukaan
padatan yang dilakukan dengan cara adsorpsi fisik (physisorption) gas yaitu
menentukan jumlah molekul gas yang dibutuhkan untuk menutupi permukaan
padatan dengan satu lapisan zat (monolayer) yang diserap pada degassing port.
Menurut Neimark et al. (2008) SAA atau BET dapat digunakan untuk melakukan
pengukuran luas permukaan dan volume pori dengan metode adsorpsi fisika dari
molekul-molekul gas. Luas permukaan total, Stotal, dan luas permukaan spesifik
yang dinyatakan dengan persamaan:
St =
(2)
S =
(3)
Keterangan:
N = Bilangan Avogadro (6,02 x 1023
)
s = Penampang adsorpsi (cross section)
V = Volume molar gas adsorben
m = Massa molar dari spesies yang teradsorp
33
(mengabsorpsi) energi dan terjadilah transisi diantara tingkat vibrasi (ground
state) dan tingkat vibrasi tereksitasi (excited state). Sebagian radiasi sinar infra
merah tersebut diserap (diadsorpsi) oleh molekul dan sebagian lagi diteruskan
(ditransmisikan) melalui molekul tersebut. Pengabsorpsian energi pada berbagai
frekuensi dapat dideteksi oleh spektrofotometer inframerah yang memplot jumlah
radiasi inframerah yang diteruskan melalui cuplikan sebagai fungsi frekuensi
(atau panjang gelombang) radiasi. Plot tersebut adalah spektrum inframerah yang
memberikan informasi penting tentang gugus fungsional suatu molekul
(Kristianingrum, 2014).
34
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat
Penelitian ini dilakukan di Pusat Laboratorium Terpadu UIN Syarif
Hidayatullah Jakarta, LIPI Serpong, dan Institut Teknologi Bandung (ITB) pada
bulan September 2018 sampai Maret 2019.
3.2 Alat dan Bahan
3.2.1 Alat
Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah satu set reaktor
catalytic cracking, Gas Cromatography Mass Spectroscopy (GC-MS) Agilent
Technologies-5973, X-Ray Difraction (XRD) Rigaku MiniFlex 600, Fourier
Transform Infra Red (FTIR) Shimadzu, Surface Area Analyzer (SAA)
Micromeritics Tristar II, viskometer, oven, furnace, piknometer, termometer, dan
alat-alat gelas.
3.2.2 Bahan
Bahan-bahan yang digunakan adalah minyak jelantah yang diperoleh dari
Hosen’s Culinary, zeolit alam yang diperoleh dari PT.Winatama Lampung
berjenis klinoptilolit, Ni(NO3)2.6H2O p.a; aquadest teknis; AgNO3 (Merck);
metanol p.a; KOH p.a; dan NH4Cl (Merck).
35
3.3 Prosedur Penelitian
3.3.1 Skema Kerja
Gambar 14. Skema Kerja Penelitian
36
3.3.2 Pembuatan Crude Biodiesel (Aziz, 2007)
Minyak jelantah sebanyak 200 mL dicampurkan kedalam larutan kalium
metoksida (2,5 gram KOH + 50 mL metanol). Kemudian direfluks dengan laju
pengadukan diatur sebesar 500 rpm. Reaksi dibiarkan selama 60 menit dan
suhunya dijaga konstan (<60°C). Hasil reaksi dimasukkan ke dalam corong
pemisah, kemudian dibiarkan selama 24 jam sampai terjadi pemisahan yang
sempurna. Lapisan atas merupakan crude biodiesel dan lapisan bawah crude
gliserol.
3.3.3 Aktivasi Zeolit Alam Lampung (Dyer et al. 2000)
Zeolit alam direndam dalam akuades sambil diaduk selama 3 hari (tiap
hari selama 8 jam) pada suhu kamar. Endapan disaring dan dikeringkan dalam
oven pada suhu 120°C selama 2 jam. Selanjutnya zeolit direfluks dalam larutan
NH4Cl 1 M selama 3 jam pada 90°C. Setelah selesai, zeolit disaring, dicuci
dengan akuades dan diuji kandungan ion kloridanya (Cl-) menggunakan larutan
perak nitrat (AgNO3) hingga tidak terdapat endapan putih AgCl. Kemudian zeolit
dikeringkan dalam oven pada suhu 120°C. Setelah dingin, zeolit diletakkan dalam
cawan porselin dan dikalsinasi selama 3 jam, pada suhur 450°C dalam furnace.
Selanjutnya didinginkan dan diperoleh zeolit aktif (H-zeolit).
3.3.4 Proses Impregnasi Logam pada Zeolit (Rahayu et al., 2013)
Impregnasi logam Ni pada permukaan H-zeolit dilakukan dengan metode
impregnasi basah. H-zeolit sebanyak 14,42; 13,25 dan 12,09 gram (Lampiran 1)
direndam dalam prekursor nikel nitrat heksahidrat (Ni(NO3)2.6H2O) dengan massa
masing-masing 0,58; 1,75; dan 2,91 gram (Lampiran 1) dengan air 20 mL per
37
katalis. Kemudian direndam dengan akuades selama 6 jam, lalu diuapkan dan
dikeringkan dalam oven 120°C. Sampel katalis yang diperoleh dikalsinasi pada
suhu 500oC selama 5 jam (diperoleh sampel NiO/zeolit). Selanjutnya
dikarakterisasi menggunakan instrument XRD (X-Ray Difractometer), SAA
(Surface Area Analyzer) dan FTIR (Fourier Transform Infra Red). Katalis
NiO/zeolit yang dihasilkan kemudian diuji keaktifannya pada catalytic cracking
crude biodiesel.
3.3.5 Karakterisasi Katalis
3.3.5.1 Karakterisasi H-Zeolit dan NiO/Zeolit dengan XRD (ASTM D3906-
03)
H-zeolit dan NiO/zeolit yang telah dihaluskan dimasukkan ke pemegang
sampel secara tepat. Kemudian permukaan dihomogenkan atau diratakan dan
diletakkan pada posisi yang tepat. Pengukuran dilakukan pada sudut 2θ antara
5000-80000 deg, kecepatan scan 2000 deg/min, dan tegangan 40 kV sesuai
dengan sistem operasi komputer, kemudian spektrum XRD yang diperoleh
tercatat. Setiap pengukuran sampel membutuhkan waktu sekitar 45 menit.
Spektrum XRD yang diperoleh dievaluasi dengan data standar XRD dari JCPDS
(Joint Committe of Powder Diffraction Standar).
3.3.5.2 Karakterisasi H-Zeolit dan NiO/Zeolit dengan SAA (ASTM D3663-03)
Preparasi sampel untuk analisis luas permukaan biasanya mengharuskan
bahan dipeletkan terlebih dahulu agar tidak menghasilkan debu yang dapat
merusak alat. Kemudian ditimbang tube kosong dan sampel sebesar 0,0625 gram
dimasukkan ke dalam tube kosong tersebut. Persiapan utama dari sampel sebelum
dianalisis adalah dengan menghilangkan gas-gas yang terjerap (degassing).
38
Degassing dilakukan selama 3 jam dengan suhu 300°C dan dialirkan gas N2 200
KPa, kemudian didinginkan. Setelah sampel selesai degassing, maka dapat
langsung dianalisis.
Sebelum dianalisis, perlu ditimbang berat sampel setelah degassing agar
diketahui berat sampel sebenarnya setelah dibersihkan dari gas-gas yang terjerap.
Kemudian container pendingin diisi dengan gas cair N2 yang dialirkan dengan gas
N2 200 KPa dan gas H2 20 KPa serta mengatur kondisi analisa.
3.3.5.3 Karakterisasi NiO/Zeolit dengan FTIR (ASTM D6348-12e1)
Analisis FTIR menggunakan teknik KBr pellet, yaitu padatan sampel
katalis Ni/zeolit digerus dalam mortar kecil bersama padatan dengan kristal KBr
kering dalam jumlah sedikit sekali (0,5-2 mg cuplikan + 100 mg KBr kering).
Campuran tersebut kemudian dipress dengan alat penekan hidrolitik hingga
menjadi pellet yang transparan. KBr harus kering dan akan lebih baik bila
penumbukan dilakukann di bawah lampu IR untuk mencegah terjadinya
kondensasi uap dari atmosfer. Tablet cuplikan tipis tersebut kemudian dinetralkan
di tempat sel spektrofotometer IR dengan lubang mengarah ke dalam radiasi Ka.
Serbuk KBr sebagai blanko diletakan dalam pan yang berbeda dan ditempatkan
pada ruang pengukuran sampel. Pengukuran dilakukan pada kisaran bilangan
gelombang yang diatur mulai 400-4000 cm-1
.
3.3.6 Uji Aktifitas Katalis pada Catalytic Cracking (Aziz et al. 2019)
Sebanyak 15 mL crude biodiesel dan 1,05 gram katalis (7 % dari bobot
sampel) dimasukkan ke dalam reaktor catalytic cracking. Pemanas reaktor
dijalankan hingga mencapai suhu 375°C selama 3 jam. Produk diuji komposisinya
39
dengan GC-MS untuk menentukan konversi dan selektivitas biofuel (Ashokkumar
et al. 2018). Rumus yang digunakan adalah:
(4)
(5)
3.3.7 Analisis Senyawa Kimia Biofuel dengan GC-MS (Whetstine et al. 2003)
Biofuel dianalisis dengan menggunakan GC-MS Shimadzu QP 2010.
Sebanyak 1 µl sampel cair diinjeksikan dengan injector ke dalam kolom melalui
injection port. Sampel akan berinteraksi dengan fase diam (DB5-MS UI, panjang
30 m, diameter 0,25 mm, dan ketebalan 0,25 µm) dalam kolom dengan suhu
280°C, tekanan 49,72 KPa, dan laju alir 104,2 mL/min dari 50-600 m/z selama 42
menit, kemudian fase gerak (helium) akan membawa sampel sampai ke detektor
dan menghasilkan kromatogram melalui sistem operasi komputer. Data yang
dihasilkan kemudian dibandingkan dengan standar yang ada dalam library
sehingga dapat ditentukan senyawa kimianya.
40
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Komposisi Senyawa Penyusun Crude Biodiesel
Crude biodiesel yang dihasilkan dari reaksi transesterifikasi dianalisis
menggunakan GC-MS untuk mengetahui komponen kimia yang terkandung
didalamnya. Hasil analisis dengan GC-MS dapat disusun komposisi asam lemak
yang terkandung dalam crude biodiesel pada Tabel 7.
Tabel 7. Komposisi asam lemak pada crude biodiesel
Peak Waktu Retensi
(Menit) Komponen Penyusun
Komposisi %
(b/b)
1 13,003 Metil Kaprilat (C8:0) 0,11
2 17,867 Metil Kaprat (C10:0) 0,08
3 22,212 Metil Laurat (C12:0) 0,64
4 26,121 Metil Tridekanoat (C13:0) 3,09
5 27,932 Metil Pentadekanoat (C15:0) 0,13
6 29,292 Metil Sapienat (C16:1) 1,15
7 29,664 Metil Palmitat (C16:0) 12,51
8 31,301 Metil 14-metilheksadekanoat
(C18:0) 0,29
9 32,390 Metil Linoleat (C18:2) 37,55
10 32,497 Metil Oleat (C18:1) 27,51
11 32,889 Metil Stearat (C18:0) 13,79
12 35,456 Metil Oleat (C18:1) 0,69
13 35,829 Metil Arakhidat (C20:0) 1,13
14 38,285 Gliseril Palmitat (C19:0) 0,37
15 38,551 Metil Bahenat (C22:0) 0,19
16 40,741 Metil Oktadekanoat 2,3-
dihidroksilpropil (C21:1) 0,58
17 41,344 Metil Trikosanoat (C23:0) 0,18
41
Tabel 7 memperlihatkan bahwa metil ester asam lemak yang terkandung
dalam crude biodiesel sebagian besar adalah metil asam lemak tidak jenuh yaitu
metil linoleat 37,55% (b/b) dan metil oleat 27,51% (b/b). Hal ini didukung oleh
penelitian Aziz et al. (2011) yang melakukan penelitian tentang pembuatan
produk biodiesel dari minyak jelantah dengan cara esterifikasi dan
transesterifikasi. Komposisi senyawa biodiesel terbesar yaitu metil oleat sebesar
42,04% dan metil linoleat sebesar 13,17%.
4.2 Karakteristik Katalis
4.2.1 Hasil Karakteristik Katalis dengan XRD
Karakterisasi H-zeolit dan NiO/zeolit dilakukan menggunakan instrumen
XRD yang bertujuan untuk menentukan kristanilitas serta mengetahui jenis dari
zeolit yang digunakan. JCPDS (Joint Committe of Powder Diffraction Standar)
digunakan sebagai pembanding terhadap hasil analisis XRD yang memiliki
puncak-puncak khas. Pola difraksi katalis dengan menggunakan aplikasi match
dapat dilihat pada Gambar 15.
Gambar 15 dibawah ini menunjukan beberapa peak yang merupakan
puncak dari klinoptilolit. Terdapat 4 puncak tajam yang memiliki intensitas
tertinggi, yaitu pada 2θ di daerah 9,84; 22,38; 22,72; dan 29,94°. Puncak khas
tersebut sesuai dengan JCPDS No. 71-1425 yang menunjukan bahwa struktur
zeolit alam Lampung dengan sistem kristal monoclinic termasuk jenis
clinoptilolite (Na6[Al6Si30O72]24H2O) yang memiliki indeks miller (020), (131),
(421), dan (331) pada 2θ di daerah 9,80; 22,28; 22,68; dan 29,90°.
42
Gambar 15. Pola difraksi H/zeolit dan katalis NiO/zeolit
Hasil ini diperkuat oleh penelitian lain Suminta (2003) mengatakan bahwa
puncak difraktogram XRD zeolit alam berjenis klinoptilolit yang berasal dari
zeolit alam Lampung berada pada daerah 2θ di 9,87 dan 11,18°. Yolanda (2018)
dalam penelitiannya juga menyatakan bahwa karakteristik khas zeolit alam
Lampung teraktivasi dapat diamati pada 2θ yaitu 22,38°. Razzak et al. (2013) juga
melaporkan bahwa puncak difraktogram XRD pada daerah 2θ di 22,39° dapat
diperkirakan sebagai puncak karakter untuk zeolit alam Lampung. Berdasarkan
43
data dan penelitian diatas dapat disimpulkan bahwa zeolit yang digunakan
merupakan jenis clinoptilolite.
Selain dihasilkan pola difrasi H-zeolit, dihasilkan pula pola difraksi
NiO/zeolit dengan peak yang ditunjukkan pada Tabel 8.
Tabel 8. Data peak dan intensitas tertinggi NiO/zeolit
No NiO 1%/Zeolit NiO 3%/Zeolit NiO 5%/Zeolit
hkl 2θ Intensitas 2θ Intensitas 2θ Intensitas
1 37,00 59,7 37,32 72,6 37,23 173,4 111
2 43,29 76,9 43,12 93,4 43,15 223,1 200
3 62,38 39,4 63,05 47,9 62,85 114,4 202
Tabel 8 memperlihatkan bahwa katalis NiO/zeolit tidak kehilangan
kristalinitas dengan pengembanan logam NiO. Hasil ini sesuai dengan JCPDS
no.47-1049 dengan tiga puncak tertinggi untuk NiO adalah pada 2θ 37,2, 43,27
dan 62,87° dan memiliki indeks miller (hkl) yaitu (111), (200) dan (220). Gambar
15 dan Tabel 8 memperlihatkan adanya kecenderungan bahwa logam yang
diembankan berlebih menyebabkan pergeseran pola difraksi. Hal ini karena logam
yang diembankan akan mengalami proses termal lebih banyak yang dapat
mempengaruhi dispersi logam serta distribusinya di dalam katalis. Menurut
Irvantino (2013) munculnya puncak baru, pergeseran puncak, serta kenaikan
intensitas puncak mengindikasikan adanya distribusi oksida logam NiO pada
permukaan katalis setelah proses pengembanan.
Katalis NiO/zeolit 5% muncul peak baru pada 2θ di daerah 37,23; 43,15;
dan 62,65° dengan intensitas yang lebih besar dibanding dengan katalis NiO/zeolit
1 dan 3%, hal ini menandakan bahwa NiO/zeolit telah terimpreg kedalam zeolit.
Pada katalis NiO/zeolit 1 dan 3% terlihat bahwa adanya penurunan intensitas pada
beberapa puncak difraktogram dibandingkan dengan difraktogram NiO/zeolit 5%,
44
namun penurunan ini tidak mempengaruhi kristalinitas dari katalis secara
signifikan karena puncak-puncak difraktogram NiO/zeolit 1 dan 3% masih tajam
yang mengindikasikan bahwa material tersebut merupakan kristalin. Kristalinitas
sangat penting dalam mempengaruhi sifat katalis. Apabila kristalinitas tinggi,
maka penyangga tersebut bebas pengotor serta sifat-sifat fisiknya tidak terganggu
(Rahayu, 2013).
4.2.2 Hasil Karakteristik Katalis dengan FTIR
Analisis FTIR dilakukan untuk mengetahui perubahan gugus fungsional
pada zeolit sebelum dan setelah diimpregnasi dengan logam NiO. Spektrum H-
zeolit dan NiO/zeolit dianalisis pada rentang bilangan gelombang 400-4000 cm-1
.
Zeolit secara umum mempunyai daerah serapan inframerah yang karakteristik
disekitar panjang gelombang 300-1200 cm-1
. Pita serapan katalis dan spektrum
hasil FTIR dapat dilihat pada Gambar 16 dan Lampiran 4.
Gambar 16. Spektrum H-Zeolit dan NiO/Zeolit
45
Gambar 16 dan Lampiran 4 memperlihatkan serapan 671,23 cm-1
pada
NiO/zeolit 1% menandakan bahwa oksida logam NiO telah terimpreg ke dalam
pori-pori zeolit, hal ini dibuktikan dengan munculnya peak baru pada serapan
tersebut yang tidak ada di H-zeolit. Oksida logam NiO juga terimpreg pada
NiO/zeolit 3 dan 5%, hal ini dapat diamati dengan adanya sedikit pergeseran pada
posisi pita serapan yang diakibatkan oleh impregnasi logam NiO yang hanya
terdapat pada permukaan eksternal kerangka zeolit terutama untuk pita pada
kisaran 400–1070 cm-1
. Rahmani et al. (2015) melaporkan bahwa memasukan
kation logam transisi ke dalam struktur zeolit hanya menyebabkan sedikit
perubahan pada posisi pita serapan terutama untuk pita yang terletak di sisi kanan.
Daerah serapan sekitar 900-1000 cm-1
menunjukkan adanya vibrasi ulur asimetri
dari Si―O dari kerangka alumino silikat. Serapan pada daerah ini ditunjukkan
oleh semua zeolit hasil sintesis. Vibrasi ulur simetri Si―O muncul pada daerah
serapan sekitar 600–700 cm-1
yang merupakan situs asam Lewis
Salah satu karakter zeolit adalah memiliki double ring yang ditunjukkan
dengan munculnya serapan pada daerah 550–600 cm-1
. Pada struktur zeolit
terdapat jalinan internal dan jalinan eksternal. Double ring ini merupakan jalinan
eksternal antara lapisan zeolit satu dengan lainnya. Vibrasi tekuk dari Si-O-Si
pada kerangka aluminosilikat pada zeolit muncul pada daerah serapan sekitar 400
cm-1
. Adanya vibrasi ulur dan vibrasi tekuk dari Si—O menunjukkan telah
terbentuknya kerangka aluminosilikat pada sampel tersebut (Saraswati, 2015).
Pada penelitian ini situs asam Lewis muncul di serapan gelombang
1431,18 cm-1
pada katalis H-zeolit sebelum diimpregnasi. Menurut Savitri et al.
(2016) pada bilangan gelombang 1400-1700 cm-1
diidentifikasi terdapat situs
46
asam Bronsted dan Lewis. Situs asam Lewis muncul pada daerah serapan 1437
cm-1
, sedangkan tipe Bronsted muncul pada daerah 1645, 1527, dan 1569 cm-1
.
Situs Bronsted akan mendonorkan proton atau ion H+, sedangkan Lewis akan
menangkap atau menerima elektron.
Situs Bronsted ditunjukan dengan adanya vibrasi tekuk O-H dari molekul
Si-OH yang teradsorpsi secara fisik pada daerah serapan sekitar 1645-1870 cm-1
.
Vibrasi ulur O-H dari H2O dengan serapan yang kuat dan melebar pada daerah
serapan sekitar 2500-3600 cm-1
juga diidentifikasi sebagai situs Bronsted (Amri
dan Utomo, 2017). Bertambahnya situs asam dan basa setelah impregnasi
mununjukan bahwa aktivitas katalis meningkat. Situs asam ini merupakan situs
yang berfungsi sebagai sisi aktif zeolit (Trisunaryanti et al. 2005).
4.2.3 Hasil Karakterisasi Katalis dengan SAA
Katalis H-zeolit dan NiO/zeolit dikarakterisasi dengan SAA yang
bertujuan untuk mengetahui luas permukaan katalis berdasarkan data adsorpsi-
desorpsi isoterm gas N2. Luas permukaan juga dipengaruhi suhu, yaitu ketika
sampel diperlakukan proses hidrotermal selama 3 jam yang menyebabkan zeolit
semakin mengkristal, sehingga volume pori akan meningkat dan luas
permukaannya akan semakin meningkat pula. Kalsinasi juga merupakan faktor
yang mempengaruhi besar luas permukaan. Kalsinasi yang sempurna akan
meninggalkan pori yang terbuka sehingga luas permukaannya meningkat (Muhriz
et al. 2013). Hasil luas permukaan katalis disajikan pada Tabel 9.
47
Tabel 9. Luas Permukaan H-zeolit dan NiO/zeolit
Katalis Luas Permukaan (m2/g)
H-zeolit 46,166
NiO/zeolit 1% 49,410
NiO/zeolit 3% 39,333
NiO/zeolit 5% 38,509
Peningkatan luas permukaan pada NiO/zeolit 1% yang diperlihatkan Tabel
10 menunjukan bahwa oksida logam NiO masuk kedalam pori zeolit (Savitri et al.
2016). Luas permukaan katalis yang tinggi akan memberikan luas kontak yang
besar antara molekul reaktan dengan katalis. Besarnya kontak tersebut secara
langsung akan mempengaruhi proses katalisis secara keseluruhan. Molekul
reaktan akan bergerak bebas sebelum mengalami adsorpsi pada permukaan katalis
kemudian teraktivasi dan bereaksi menghasilkan produk (Rodiansono et al. 2007).
Aktivasi katalis dapat meningkatkan rasio Si/Al, sehingga meningkatkan
keasaman dan luas permukaan pada katalis. Variasi jumlah logam Ni yang
diembankan mempengaruhi jumlah keasaman suatu katalis, baik itu keasaman
total maupun keasaman permukaan. Begitu pula dengan luas permukaan katalis
dapat ditingkatkan dengan pengembanan logam transisi pada zeolit (Augustine,
1996).
Penurunan luas permukaan pada NiO 3 dan 5% disebabkan karena logam
NiO tidak masuk kedalam rongga pori, melainkan hanya terdistribusi pada
permukaan eksternal zeolit alam yang dikarenakan jumlah oksida logam NiO
yang semakin banyak, sehingga akan terjadi aglomerasi dan menutupi pori zeolit
(Muhriz et al. 2013).
48
4.3 Hasil Uji Aktivitas Katalis
Biofuel hasil dari proses perengkahan crude biodiesel mengandung
hidrokarbon dengan jumlah rantai C yang beragam, dimana distribusi produk
dikelompokkan berdasarkan ikatan karbon yaitu ikatan karbon C5–C11 yang
diidentifikasi sebagai gasolin, ikatan karbon C12–C15 diidentifikasi sebagai kerosin
serta ikatan karbon C16-C20 yang diidentifikasi sebagai diesel (Dewanto et al.
2013).
Produk hasil proses perengkahan crude biodiesel dengan katalis NiO/zeolit
masing-masing 1, 3, dan 5% pada suhu 375°C, waktu 3 jam, konsentrasi katalis
7% dan ukuran katalis 180 μm dianalisis senyawa kimianya menggunakan GC-
MS untuk mengetahui jenis dan komposisi senyawa yang terkandung di dalam
produk. Crude biodiesel yang digunakan terlebih dahulu dianalisis menggunakan
GC-MS (Tabel 7), setelah itu produk yang dihasilkan dari proses perengkahan
antara crude biodiesel dengan katalis H-zeolit dan NiO/zeolit dianalisis
menggunakan GC-MS juga. Hasil data analisis produk dapat dilihat pada Tabel
10.
Tabel 10 dibawah menunjukan komposisi senyawa yang terkandung dalam
biofuel pada keempat katalis terdiri dari C7-C20. Dapat diketahui bahwa
kandungan biofuel tertinggi berada pada fraksi kerosin. Senyawa yang dihasilkan
berupa alkana dan alkena, sehingga dapat diketahui adanya proses pemutusan
rantai C panjang pada crude biodiesel menghasilkan rantai C yang lebih pendek.
49
Tabel 10. Hasil Analisis Produk setelah catalytic cracking menggunakan katalis
NiO/zeolit
No Waktu
Retensi
Nama
Senyawa
Rumus
Kimia
Komposisi (%) Jenis
Biofuel H-
Zeolit
NiO/zeol
it 1%
NiO/zeol
it 3%
NiO/zeol
it 5%
1 3,1964 Heptana C7H16 0,38 0,54 0,42 0,39 Gasolin
2 4,896 Octana C8H18 0,70 1,10 0,65 0,65 Gasolin
3 7,224 Nonana C9H20 0,52 0,98 - 0,50 Gasolin
4 9,826 Decana C10H22 0,60 0,86 - 0,46 Gasolin
5 26,897 Amylsikl
oheksana C11H22 0,87 0,96 0,72 0,69 Gasolin
6 12,448 Undecan
a C11H24 0,76 1,17 0,61 0,51 Gasolin
8
22,906 Siklopent
ana 1-
Heksil-3-
Metil
C12H24 - 0,52 - - Kerosin
9 14,974 Dodecan
a C12H26 0,87 1,00 0,16 0,49 Kerosin
10 Tridecen
a C13H26 - 0,35 - - Kerosin
11 17,369 Tridecan
a C13H28 1,00 1,35 - 0,73 Kerosin
12 19,453 Tetradec
ena C14H28 0,52 - 0,48 0,39 Kerosin
13 19,632 Tetradec
ana C14H30 0,71 1,06 - - Kerosin
14 21,780 Pentadec
ana C15H32 6,20 12,80 6,55 5,38 Kerosin
15 25,790 Heksade
cena C16H32 - 0,59 0,49 0,91 Diesel
16 23,792 Heksade
cana C16H34 0,34 0,50 - 1,39 Diesel
17 25,598 Heptadec
ena C17H34 0,74 0,65 0,52 1,41 Diesel
18 25,710 Heptadec
ana C17H36 1,99 3,52 - - Diesel
19 26,008 Octadece
na C18H36 0,35 - 0,24 - Diesel
20 25,785 Eicosana C20H42 0,39 - - - Diesel
Pengukuran kemampuan katalis melalui konversi produk hasil
perengkahan dan pengukuran selektivitas katalis terhadap reaksi dilakukan untuk
50
mengetahui seberapa baik katalis bekerja. Selektivitas katalis ditunjukkan oleh
seberapa besar jenis produk cair yang dapat diperoleh (gasolin, kerosin dan
diesel). Dalam penelitian ini, selektivitas katalis dihitung berdasarkan % area
gasolin, kerosin dan diesel pada kromatogram GC-MS dengan menggunakan
persamaan 5. Hasil perhitungan konversi dan selektivitas (Lampiran 7) dapat
dilihat pada Tabel 11.
Tabel 11. Hasil Konversi dan Selektivitas Berbagai Katalis
No Katalis Konversi Selektivitas
Gasolin Kerosin Diesel Total
1 H-zeolit 62,76% 6,10% 14,81% 4,27% 26,99%
2 NiO/zeolit 1% 60,79% 9,73% 29,64% 9,18% 48,50%
3 NiO/zeolit 3% 46,19% 5,19% 15,55% 2,70% 23,45%
4 NiO/zeolit 5% 51,74% 6,18% 13,50% 7,16% 26,85%
Hasil perhitungan pada Tabel 11 memperlihatkan bahwa penggunaan
katalis dapat meningkatkan selektivitas produk gasolin, kerosin dan diesel yang
diinginkan. Hal ini ditunjukkan dengan terjadinya pemotongan hidrokarbon rantai
panjang menjadi rantai pendek (alkana dan alkena) yang merupakan fraksi gasolin
(C5-C11), kerosin (C12-C15) dan diesel (C16-C20) yang terbentuk pada akhir reaksi.
Selektivitas terbaik dari hasil catalytic cracking crude biodiesel adalah NiO/zeolit
1%. Penyebaran logam pada permukaan katalis NiO/zeolit 1% lebih tersebar
merata sehingga luas permukaannya semakin besar. Hal ini didukung oleh luas
permukaan katalis NiO/zeolit 1% lebih besar yaitu 49,410 m2/g dibandingkan
katalis yang lainnya sehingga interaksi katalis dengan reaktan lebih banyak.
Penggunaan logam lebih dari 1% menyebabkan penyebaran logam tidak merata
dan diduga terjadi penumpukan pada salah satu sisi aktif yang dapat menurunkan
aktivitas serta selektivitas dari katalis tersebut (Muhriz et al. 2013).
51
Logam oksida NiO berperan selektif untuk merengkah crude biodiesel
menjadi produk alkana dan alkena. Hal ini didukung dengan penelitian Rahayu et
al. (2013) yang menyatakan bahwa logam Ni yang terbaik untuk merengkah
hidrokarbon rantai panjang menjadi produk olefin berfraksi gasolin, kerosin dan
diesel adalah pada konsentrasi logam Ni terkecil yaitu 1%. Gheit et al. (2008)
juga menemukan bahwa logam Ni akan menempatkan dirinya pada permukaan
paling luar pengemban. Logam ini akan masuk ke dalam pengemban, kemudian
bersinggungan menjadi agregat yang lebih besar dan membentuk pori eksternal.
Pori eksternal yang terbentuk menyebabkan data rerata jejari pori meningkat. Pori
eksternal yang terbentuk ini akan berpotensi menyumbang situs asam pada
permukaan eksternal katalis sehingga nilai keasaman permukaan akan meningkat.
Konversi dipengaruhi oleh situs asam yang terdapat pada struktur katalis.
Pada panjang gelombang 1431,18 cm-1
yang merupakan vibrasi ulur asimetri O-
Si-OH dihasilkan pada katalis H-zeolit yang diidentifikasi sebagai situs asam
Lewis (Savitri et al. 2016), dimana pada katalis NiO/zeolit 1, 3, dan 5% tidak
muncul pada daerah serapan tersebut.
Konversi dan selektivitas yang dihasilkan juga dipengaruhi oleh luas
permukaan katalis. Katalis NiO/zeolit 3% hasil konversi rata-rata cenderung lebih
rendah daripada katalis H-zeolit, NiO/zeolit 1 dan 5%, hal ini disebabkan luas
permukaan yang lebih kecil. Semakin besar luas permukaan suatu katalis, maka
fasa aktif yang tersebar semakin banyak sehingga akan meningkatkan aktivitas
katalis dan meningkatkan aktivitas produk (Putera, 2008).
Reaksi perengkahan merupakan reaksi yang dikatalisasi dengan katalis
asam, dimana mempunyai situs asam Bronsted (donor proton) dan situs asam
52
Lewis (akseptor proton) sehingga berjalan dengan lebih baik jika keasaman
meningkat sampai kadar tertentu (Setiadi dan Mailisa, 2006). Mekanisme
perengkahan katalitik dengan menggunakan katalis NiO/zeolit, dimana umpan
berupa gugus fungsi metil datang membentuk ikatan dengan logam Ni dan H+,
terbentuklah radikal terstabilkan yaitu ikatan antara atom C dengan atom Ni serta
terbentuk ion karbonium pada H+. Reaksi yang terjadi pada proses perengkahan
ditunjukan pada Gambar 17.
CH3 O C
O
CH3
OH C
O
CH3
+-
+-
OHCH
2+
+
+-
+-
+
Metil Linoleat
Asam Linoleat
Nonanol 3-Nonena
1-Nonena
NiO
Zeolit
NiO
Zeolit
NiO NiO
Zeolit Zeolit
CH3
CH2+
CH3
CH3
3-Nonena
+-
NiO
Zeolit
2
Nonana
Gambar 17. Reaksi perengkahan senyawa metil ester
53
Reaksi perengkahan senyawa metil ester linoleat pada Gambar 17
didahului dengan tahap inisiasi, yaitu pembentukan ion karbonium (Gambar 7)
yang kemudian akan berinteraksi dengan reaktan pada tahap propagasi, sehingga
diperoleh senyawa hidrokarbon yang lebih pendek (Gambar 8). Produk yang
terbentuk akan terpisah dengan zeolit pada tahap terminasi (Gambar 9). Pada
penelitian ini terbentuk produk samping yaitu senyawa asam lemak, hal ini terjadi
pada fraksi yang lebih dari C12 dimungkinkan masih adanya atom C yang masih
panjang dan belum terputus ketika proses perengkahan katalitik karena adanya
beberapa faktor yang mempengaruhi proses perengkahan katalitik diantaranya
suhu yang digunakan belum optimum sehingga panas tidak merata dan pemutusan
rantai C panjang menjadi rantai C pendek tidak berjalan optimal (Augustine,
1996).
54
BAB V
PENUTUP
5.1 Simpulan
Kesimpulan dari penelitian ini adalah:
1. Karakteristik katalis menunjukan peak khas dari NiO/zeolit di 2θ pada
daerah 37,23; 43,15; dan 62,65°. Adanya peregangan Ni-O yang
ditunjukan dengan pergeseran pada daerah serapan 400-1070 cm-1
. Luas
permukaan NiO/zeolit 1% yaitu 49,410 m2/g.
2. Katalis NiO/zeolit 1% memberikan hasil terbaik dengan konversi 60,79%
dan selektivitas gasolin 9,73; kerosin 29,64; dan diesel 9,18%.
5.2 Saran
Diharapkan penelitian serupa ataupun penelitian lanjut melakukan teknik
aktivasi zeolit yang berbeda dengan peneliti karena salah satu faktor keberhasilan
catalytic cracking berasal dari aktivasinya. Optimasi suhu dan waktu pada uji
aktivitas catalytic cracking dibutuhkan untuk mengetahui suhu dan waktu terbaik
dalam menghasilkan konversi dan selektivitas biofuel terbaik.
55
DAFTAR PUSTAKA
Ackley MW, Rege SU, Himanshu S. 2003. Application of Natural Zeolites in the
Purification and Separation of Gases. Microporous and Mesoporous
Materials. 61(1): 25-42.
Akimkhan M. 2012. Structural and Ion-Exchange Properties of Natural Zeolite.
London: Licensee InTech Openscience.
American Standarts Testing and Material (ASTM). 1982. Standart Test Method
for Surface Area of Catalyst and Catalyst Carriers. Annual Book of ASTM
Standarts D3663-03. Philadelphia.
American Standarts Testing and Material (ASTM). 2012. Standart Test Method
for Determination of Gaseous Compounds by Extractive Direct Interface
Fourier Transform Infrared (FTIR) Spectroscopy. Annual Book of ASTM
Standarts D6348-12e1. Philadelphia.
American Standarts Testing and Material (ASTM). 1982. Standart Test Method
for Determination of Relative X-ray Diffraction Intensities Zeolite
Containing Materials. Annual Book of ASTM Standarts D3906-03.
Philadelphia.
Amri S, dan Utomo PM. 2017. Preparasi dan Karakterisasi Komposit ZnO-Zeolit
untuk Fotodegradasi Zat Warna Congo Red. Jurnal Kimia Dasar. 6(2): 29-
36.
Arnelli, dan Hanani A. 2006. Perbaikan Mutu Fraksi Kerosin melalui Proses
Adsorpsi oleh Karbon Aktif. Kimia Sains Dan Aplikasi. 9(2):30-34.
Ashokkumar S, Ganesan V, Ramaswamy KK, Balasubramanian V. 2018.
Bimetallic Co-Ni/TiO2 Catalyst for Selective Hydrogenation of
Cinnamaldehyde. India: Springer Nature.
Augustine RL. 1996. Heterogenous Catalysis for the Synthetic Chemist. New
York: Marcel Dekker Inc
Aziz I. 2007. Pembuatan biodiesel dari minyak goreng bekas dalam reaktor tangki
berpengaduk. Valensi. 1(1): 19-23.
Aziz I, Nurbayti S, Ulum B. 2011. Pembuatan Biodiesel dari Minyak Goreng
Bekas dengan Cara Esterifikasi dan Transesterifikasi. Valensi. 2(3): 443-
448.
Aziz I, Tafdila MA, Nurbayti S, Adhani L, Pertama W. 2019. Upgrading Crude
Biodiesel dari Minyak Goreng Bekas menggunakan katalis H-Zeolit.
Valensi. 5(1): 79-78.
Badan Standarisasi Nasional. 2015. SNI 7182:2015. Biodiesel. Badan Standar
Nasional: Jakarta.
Beiser A. 1965. Concepts of modern physics. American Journal of Physics. 33(8):
667
Bekkum HV, Cejka J, Corma A, Schuth F. 2007. Introduction to Zeolite Science
and Practise. Belanda: Elsevier Science.
56
Bogdanov B, Georgiev D, Angelova K, Yaneva K. 2009. Natural Zeolites.
Proceeding of International Science Conference; 4-5 Juni 2009; Stara
Zogara, Bulgaria. 359: Clinoptilolite Review. 45-59.
Busca G. 2014. Heterogeneous Catalytic Materials: Solid State Chemistry.
Belanda Utara: Newnes.
Chheda JN, Huber GW, Dumesic JA. (2007). Liquid-Phase Catalytic Processing
of Biomass-Derived Oxygenated Hydrocarbons to Fuels and Chemicals.
Angewandte Chemie International Edition. 46(1): 7164–7183.
Cullity BD, dan Stock SR. 2001. Elements of X-ray diffraction. Edisi ketiga. New
York: Prentice Hall.
Dewanto FG, Londok JJMF, Tuturoong RAF, Kaunang WB. 2013. Pengaruh
Pemukan Anorganik dan Organik terhadap Produksi Tanaman Jagung
sebagai Sumber Pakan. Zootek Journal. 32(5): 1-8.
Dixon JB, dan Weed SB. 1989. Minerals in Soil Environments. Soil Science
Society of America. 1(2): 706.
Dyer A, Las T, Zubair M. 2000. The Use of Natural Zeolites for Radioactive
Waste Treatment: Studies on Leaching from Zeolite/Cement Composites.
Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry. 243(3): 839–841.
Efiyanti L, dan Santi D. 2016. Pengaruh Katalis NiO dan NiOMoO Terhadap
Perengkahan Minyak Cangkang Biji Jambu Mete. Jurnal Penelitian Hasil
Hutan. 34(3): 189-197
Encinar JM, Gonzalez JF, Sabio E, Ramiro MJ. 1999. Properties of Biodiesel
from Cunara Cardunculus L. Oil. Ind. Eng. Chem. Res. 38(1): 2927-2931.
Fessenden JR, dan Fessenden SJ. 1981. Kimia Organik. Jilid 2. Edisi ketiga.
Jakarta: Erlangga.
Gates B. 1992. Catalytic Chemistry. USA: John Wiley & Sons.
Gheit AKA, Awadallah AE, El-Kossy SM, dan Mahmoud ALH. 2008. Effect of
Pd or Ir on The Catalytic Performance of Mo/H-ZSM-5 During the Non-
Oxidative Conversion of Natural Gas to Petrochemicals. International
Journal of Renewable and Sustainable Energy. 17(6): 337–343.
Gregg SJ, Sing KSW, Salzberg HW. 1967. Adsorption Surface Area and Porosity.
Journal of The Electrochemical Society. 114(11): 279.
Guo F, dan Fang Z. 2011. Biodiesel Production with Solid Catalysts. Biodiesel-
Feedstocks and Processing Technologies. 11(5): 339-354.
Guisnet M, dan Gilson JP. 2002. Zeolite for Cleaner Technologies. Edisi Pertama.
London: Imperial College Press.
Haag WO. 1984. Heterogeneous Catalysis. Texas A&M: University Press: Texas
A&M.
Handoko DSP, Triyono, Narsito, Tutik DW. 2009. Pengaruh Temperatur terhadap
Kinerja Katalis Ni/Zeolit pada Reaksi Hidrogenasi Katalitik 1-Oktadekena.
Reaktor. 4(12): 218–225.
57
Hart H. 2004. Kimia Organik. Edisi Kesebelas. Amerika Serikat: Michigan State
University.
Hasanah U. 1995. Impregnasi Nikel pada Karbon Aktif sebagai Katalis
Hidrogenasi [Tesis]. Yogyakarta: Pasca Sarjana UGM Yogyakarta.
Irvantino B. 2013. Preparasi Katalis Ni/Zeolit Alam dengan Metode Sonokimia
untuk Perengkahan Katalitik Polipropilen dan Polietilen. [Skripsi].
Semarang: Universitas Negeri Semarang.
Istadi. 2011. Teknologi Katalis untuk Konversi Energi Fundamental dan Aplikasi.
Yogyakarta: Graha Ilmu.
Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral. 2015. Rencana Strategis
Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral Tahun 2015-2019. Jakarta:
Kementerian ESDM.
King CJ. 1982. Separation Processes. New Delhi: Mc.Graw Hill Publishing
Book.
Kristianingrum S. 2014. Handout Spektroskopi Infra Merah. Yogyakarta: Jurusan
Pendidikan Kimia Universitas Negeri Yogyakarta.
Kuncahyo I dan Sunardi. 2007. Uji Aktivitas Antioksidan Ekstrak Belimbing
Wuluh (Averroha blimbi, L.) terhadap 1,1-Diphenyl-2-Picrylhidrazyl
(DPPH). Seminar Nasional Teknologi; 24 November 2007; Yogyakarta,
Indonesia. 360: ISSN. 1978-9777.
Lestari DY. 2010. Kajian Modifikasi dan Karakterisasi Zeolit Alam dari Berbagai
Negara. Prosiding Seminar Nasional Kimia dan Pendidikan Kimia 2010
“Profesionalisme Peneliti dan Pendidik dalam Riset dan Pembelajaran
yang Berkualitas dan Berkarakter”; 30 Oktober 2010; Yogyakarta,
Indonesia. 360: ISBN. 1674-1680.
Liu J, CaQ Z, Xu X. 2006. Hydro-Upgrding of FCC Gasoline on Ni-Mo-P/USY
Catalyst. Bulletin of the Catalysis Society of Inda. 5(1): 87–93.
Matshitse R. 2010. Brunauer-Emmett-Teller (BET) surface area analysis. Afrika
Selatan: Rhodes University.
Muhriz M, Subagjo A, Pardoyo. 2013. Pembuatan Zeolit Nanopartikel dengan
Metode High Energy Milling. Sains dan Mat. 5(19): 11–17.
Musanif J, Wildan AA, David MN. 2006. Biogas Skala Rumah Tangga. Jakarta:
Departemen Pertanian.
Nasikin M, dan Susanto BH. 2010. Katalis Heterogen. Jakarta: UI Press.
Neimark AV, Kenneth SW, Mathias T. 2008. Handbook of Heterogenous
Catalysts 2nd Edition. New York: John Willey & Sons.
Oxtoby DW, Gillis HP, Nachtarieb NB. 2003. Prinsip-prinsip Kimia Modern.
Edisi keempat. Jakarta: Erlangga.
Payra P, dan Dutta PK. 2003. Zeolites: A Primer. Handbook of Zeolite Science
and Technology. 2(2): 1-19.
58
Prihandana R. 2007. Bioenergi Ubi Kayu Bahan Bakar Masa Depan. Jakarta:
Agromedia Pustaka.
Putera DD. 2008. Sintesis fotokatalisis CuO/ZnO untuk konversi metanol menjadi
hidrogen. [Skripsi]. Bandung: Institut Teknologi Bandung.
Rahayu PE, Priatmoko S, Kadarwati S. 2013. Konversi Minyak Sawit menjadi
Biogasoline menggunakan Katalis Ni/Zeolit Alam. Indonesian Journal of
Chemical Science. 2(2):102-107.
Rahmani F, Haghighi M, Amini M. 2015. The beneficial utilization of natural
zeolite in preparation of Cr/clinoptilolite nanocatalyst used in CO2-oxidative
dehydrogenation of ethane to ethylene. Journal of Industrial and
Engineering Chemistry. 2563(5):1–14.
Razzak MT, Las T, Priyambodo. 2013. The Characterization of Indonesian’s
Natural Zeolite For Water Filtration System. Valensi. 3(2): 129–137.
Rianto LB, Amalia S, Khalifah SN. 2012. Pengaruh Impregnasi Logam Titanium
pada Zeolit Alam Lampung terhadap Luas Permukaan Zeolit. Alchemy.
2(1): 58–67.
Rideal EK. 1968. Principles of Catalysis. London: Academic Press.
Rifan H. 2008. Studi Pendahuluan Konversi Trigliserida RBDPO menjadi Alkana
Cair sebagai Bahan Bakar Alternatif melalui Proses Hidrogenasi Katalitik
[Skripsi]. Bandung: Jurusan Pendidikan Kimia UPI.
Rodiansono, Trisunaryanti W, Triyono. 2007. Pembuatan, Karakterisasi dan Uji
Aktivitas Katalis NiMo/Z dan NiMo/Z-Nb2O5 pada Reaksi Hidrorengkah
Fraksi Sampah Plastik menjadi Fraksi Bensin. [Tesis]. Yogyakarta: UGM.
Rohman MMK, dan Maharani DK. 2014. Sintesis dan karakterisasi padatan
silika-alumina dengan variasi suhu kalsinasi sebagai pendukung katalis
campuran oksida logam Cu/Zn. UNESA Journal of Chemistry. 3(2): 35-39.
Sadeghbeigi R. 2000. Fluid Catalytic Cracking Handbook. Edisi Kedua. Texas:
Gulf Publishing Company.
Saraswati I. 2015. Zeolte-A Synthesis from Glass. Jurnal Sains dan Matematika.
23(4): 112-115
Sastrohamidjojo H. 1988. Interpretasi Spektramassa. Yogyakarta: Gajah Mada
University Press.
Savitri, Nugraha AS, dan Aziz I. 2016. Pembuatan Katalis Asam (Ni/y-Al2O3) dan
Katalis Basa (Mg/y-Al2O3) untuk Aplikasi Pembuatan Biodiesel dari Bahan
Baku Minyak Jelantah. Jurnal Kimia Valensi. 2(1): 1-10
Setiadi, dan Mailisa FR. 2006. Proses Katalitik Sintesis Hidrokarbon Fraksi
Bensin dari Minyak Sawit Menggunakan Katalis B2O3/Zeolit. Seminar
Nasional MKICS; 5 Oktober 2006; Depok, Indonesia. 360: Universitas
Indonesia. 48-55.
Sibarani KL. 2012. Preparasi, Karaktersasi, dan Uji Aktivitas Katalis Ni-Cr/Zeolit
Alam Pada Proses Perengkahan Limbah Plastik Menjadi Fraksi Bensin
[Skripsi]. Jakarta: Universitas Indonesia.
59
Silverstein RM. 2005. Spectrometric Identification Of Organic Compounds.
Seventh edition. New York (USA): State University of New York.
Smallman RE, Ngan AHW. 2007. Physical Metallurgy and Advanced Materials
Engineering. Amerika Serikat: Butterworth-Heinemann.
Soh AC, Mohamad UK, Radzi NFM, Ishak AJ, Hassan MK, Ahmad SA, Khamis
S. 2015. Selection Of Feature Analysis Electronic Nose Signals Based On
The Correlation Between Gas Sensor And Herbal Phytochemical.
Australian Journal Of Basic and Applied Science. 1(1): 360-367.
Somorgai, dan Gabor A. 1994. Introduction to Surface Chemistry and Catalysis.
Kanada: John Willey and Sons, Inc.
Speight JG. 1991. The Chemistry and Technology of Petroleum. New York:
Marcel Dekker Inc.
Sterrfield CN. 1991. Heterogenous Catalysis in Industrial Practice. New York:
Mc. Graw. Hill, Inc.
Subagjo. 1992. Dasar–dasar Katalisis dan Katalis. Jakarta: Warta Insinyur Kimia
ITB.
Subagjo. 1993. Zeolit: Struktur dan Sifat-Sifatnya. Bandung: Warta Insinyur
Kimia ITB.
Subagjo. 2010. Katalis Heterogen. Bandung: Fakultas Teknologi Industri- ITB.
Suminta S. 2003. Simulasi Pola Difraksi Sinar-X Berbagai Jenis Mineral Zeolit
Alam dengan Program Rietan. Jurnal Zeolit Indonesia. 2(1): 45-54.
Supraniningsih J. 2012. Pengembangan Kelapa Sawit sebagai Biofuel dan
Produksi Minyak Sawit Serta Hambatannya. Jakarta: Erlangga.
Tahid. 1994. Spektroskopi Inframerah Transformasi Fourier Nomor II Tahun
VIII. Bandung: Warta Kimia Analisis.
Tamunaidu P, dan Bhatia S. 2007. Catalytic Cracking of Palm Oil for the
Production of Biofuels: Optimization Studies. Bioresource Technology. 98:
3593-3601.
Topsoe H, Clausen BS, Massoth FE, Springer V. 1996. A review of:
Hydrotreating Catalysis Science and Technology. Fuel Science and
Technology International. 14(10): 1465–1465.
Trisunaryanti W, Endang T, Sri S. 2005. Preparation, Characterizations and
Modification of Ni-Pd/Natural Zeolite Catalyst. Indo. J. Chem. 5(1): 48-53.
Triyono. 2002. Kimia Katalis. Yogyakarta: FMIPA UGM.
Whetstine MC, Karagul Y, Avsar YK, Drake M. 2003. Identification and
Qualification of Character Aroma Components in Fresh Chevre-style Goat
Cheese. J. Food Science. 68(8): 2441-2447.
Wright PA, Pearce GM. 2010. Structural Chemistry of Zeolites. Zeolites and
Catalysis. 1(1): 171–207.
60
Yolanda T. 2018. Catalytic Cracking Minyak Jarak Pagar (Jatropa curcas L)
Menjadi Biofuel Menggunakan Katalis Zeolit Alam [Skripsi]. Jakarta: UIN
Syarif Hidayatullah.
Zahro A, Amalia S, Adi TK, dan Aini N. 2014. Sintesis dan Karakterisasi Zeolit
Y dari Abu Ampas Tebu Variasi Rasio Molar SiO2/Al2O3 dengan Metode
Sol Gel Hidrotermal. Alchemy. 3(2): 108-117.
61
LAMPIRAN
Lampiran 1. Perhitungan Banyaknya Garam Nikel Nitrat Heksahidrat saat
Diembankan pada Zeolit Alam Aktif
1. Perhitungan
NiO 1%
NiO/Zeolit = 15 gram
NiO =
( )
( ) ( )
( )
( )
62
NiO 3%
NiO/Zeolit = 15 gram
NiO =
( )
( ) ( )
( )
( )
63
NiO 5%
NiO/Zeolit = 15 gram
NiO =
( )
( ) ( )
( )
( )
2. Rangkuman Katalis
NO Senyawa Konsentrasi
1 3 5
1 Ni(NO3)2.6H2O 0,58 1,75 2,91
2 Zeolit 14,42 13,25 12,09
64
Lampiran 2. Hasil Analisis crude biodiesel dengan GCMS
65
Lampiran 3. Hasil Analisis XRD
H-Zeolit
NiO/zeolit 1%
66
NiO/zeolit 3%
NiO/zeolit 5%
67
Lampiran 4. Hasil Analisis FTIR
Puncak Serapan
Frekuensi Gugus
Fungsi
Keasaman
Katalis
H-zeolit NiO
1% NiO 3% NiO 5% Referensi
468,7 464,84 466,77 476,42 - Vibrasi
Tekuk
(Si-O-
Si)
Situs
asam
Lewis
Juni et al.
2012
524,64 - 522,71 - 600-550 Double
Ring
- Saraswati,
2015 605,65 603,72 590,22 599,86
- 671,23 - - 700-600 Vibrasi
ulur
simetri
Si-O
Situs
asam
Lewis
Rahmani
et al. 2015;
Zahro et
al. 2014
723,31 - 719,45 717,52
790,81 788,89 788,45 788,89 -
1058,92 1072,42 1070,49 1062,78 1060-950 Vibrasi
ulur
asimetri
Si-O
Situs
asam
Lewis
Saraswati,
2015
1431,18 - - - 1400,41 Vibrasi
ulur
asimetri
O-Si-
OH
Situs
asam
Lewis
Rohman
dan
Maharani.,
2014;
Savitri et
al. 2016
1627,92 1629,85 1627,92 1627,92 1870-
1645
Vibrasi
tekuk
OH dari
Si-OH
Situs
Bronsted
Silverstain,
2015;
Savitri et al. 2016
1867,09 1867,09 1869,02 1869,02
2513,25 2488,17 2470,81 2451,53 3600-
2500
Vibrasi
ulur OH
dari H2O
Situs
Bronsted
Amri dan
Utomo,
2017 3387 3369,64 3360 3390,86
3630,03 3630.03 3618,46 3616,53
68
Lampiran 5. Hasil Analisis SAA
H-Zeolit
69
NiO/zeolit 1%
70
NiO/zeolit 3%
71
NiO/zeolit 5%
72
Lampiran 6. Hasil Analisis Biofuel dengan GCMS
1. Kromatogram
H-Zeolit
NiO/zeolit 1%
73
NiO/zeolit 3%
NiO/zeolit 5%
74
2. Peak Table
H-Zeolit
75
NiO/Zeolit 1%
76
NiO/Zeolit 3%
77
NiO/zeolit 5%
78
Lampiran 7. Perhitungan Konversi dan Selektivitas
H-zeolit
Konversi
Selektivitas
Gasolin
Kerosin
Diesel
Biofuel
( )
( )
79
NiO/zeolit 1%
Konversi
Selektivitas
Gasolin
Kerosin
Diesel
Biofuel
( )
( )
80
NiO/zeolit 3%
Konversi
Selektivitas
Gasolin
Kerosin
Diesel
Biofuel
( )
( )
81
NiO/zeolit 5%
Konversi
Selektivitas
Gasolin
Kerosin
Diesel
Biofuel
( )
( )
