BAB 1
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Kebutuhan akan sumber bahan bakar semakin meningkat dari waktu ke waktu seiring dengan meningkatnya pertumbuhan penduduk. Akan tetapi cadangan sumber bahan bakar justru semakin berkurang sehingga dikhawatirkan suatu saat akan habis. Oleh karena itu perlu dilakukan pengembangan terhadap sumber bahan bakar alternatif seperti biodiesel yang dihasilkan dari reaksi transesterifikasi trigliserida dan esterifikasi asam lemak dengan alkohol rantai pendek seperti metanol maupun etanol.
Saat ini, penelitian mengenai bahan bakar alternatif difokuskan pada pengembangan katalis asam heterogen yang mempunyai potensi yang kuat untuk menggantikan penggunaan katalis asam homogen pada reaksi transesterifikasi trigliserida menghasilkan biodiesel (Jacobson, K. 2008). Hal ini didasarkan pada beberapa alasan yaitu pemisahan produk reaksi lebih mudah sehingga bersifat ramah lingkungan, tahan terhadap asam lemak bebas dan air yang terkandung di dalam bahan baku minyak atau lemak tanpa melalui reaksi saponifikasi. Katalis asam heterogen mampu mengkatalisis baik reaksi transesterifikasi trigliserida maupun esterifikasi asam lemak bebas pada bahan baku minyak dengan kualitas rendah (low grade) (Drelinkiewicz, 2014).
Beberapa jenis katalis asam heterogen telah disintesis antara lain katalis yang berasal dari oksida logam (zirkonium, titanium, timah oksida) yang disubstitusi oleh gugus sulfat (Borges dan Diaz, 2012) dan katalis senyawa polimer yang disubstitusi oleh gugus sulfonat seperti amberlit, polistirena-divinilbenzen sulfonat (Russbueldt, 2009), poli-divinilbenzen sulfonat (de Rezende, 2008) maupun katalis yang berasal dari karbohidrat sederhana melalui proses karbonisasi sebagian (incomplete carbonization) kemudian diikuti dengan reaksi sulfonasi (Lou, 2008) serta karbon tersulfonasi (Hara, M. 2010).
Universitas Sumatera Utara
Katalis hibrid antara silika mesopori dengan asam organo sulfonat (seperti asam propilsulfonat dan asam fenilsulfonat) telah menunjukkan efisiensi yang tinggi (Melero, 2009). Katalis hibrid ini mampu meningkatkan performansi dengan aktivitas dan stabilitas yang tinggi baik pada esterifikasi asam lemak bebas maupun transesterifikasi minyak atau lemak. Aktivitas dari katalis ditentukan oleh kekuatan SO3H yang tersubstitusi pada gugus fenil. Meskipun demikian, katalis berbasis silika mengalami penurunan aktivitas selama proses reaksi karena permukaan silika bersifat hidrofilik yang mampu menyerap molekul air (produk reaksi) (Zuo, D. 2013).
Sidabutar, A (2011) telah mencoba menggunakan katalis padat polistirena sulfonat dengan derajat sulfonasi 6,24% pada reaksi transesterifikasi minyak jarak berkadar asam lemak bebas tinggi menghasilkan metil ester sebesar 93%. Namun katalis ini tidak tahan terhadap suhu tinggi dan mudah terdegradasi (Sidabutar, A. 2011).
Pembuatan katalis 1,2-dimetil-1,1,2,2-tetrafenildisilana sulfonat ini menggunakan senyawa 1,2-dimetil-1,1,2,2-tetrafenildisilana yang mengandung gugus siliko organik sehingga dapat digambarkan struktur 1,2-dimetil-1,1,2,2-tetrafenildisilana sulfonat seperti yang ditunjukkan oleh gambar di bawah ini : SO3H
CH3
HO3S
Si Si
SO3H
CH3
SO3H
Gambar 1.1. Struktur 1,2-dimetil-1,1,2,2-tetrafenildisilana Sulfonat Adanya rangka siliko organik bertujuan untuk meningkatkan kestabilan katalis. Zhang, Q (2011) telah berhasil mensintesa katalis sulfonat dengan rantai gabungan antara karbon-silikon yang menunjukkan kestabilan yang tinggi dan kereaktifan secara kimia yang baik pada reaksi esterifikasi maupun transesterifikasi untuk menghasilkan biodiesel. Katalis
Universitas Sumatera Utara
dengan rantai karbon-siliko dapat digunakan berulang kali karena adanya rangka silika dalam katalis gabungan ini (Zhang, Q. 2011). Senyawa dengan basis silikon dapat mengikat lebih banyak cincin benzena untuk disubstitusi oleh gugus sulfonat sehingga derajat sulfonasi menjadi lebih tinggi (Fang, 2013). Dengan meningkatnya jumlah gugus SO3H maka daya pencampuran antara alkohol dengan minyak atau lemak akan semakin besar sehingga tidak perlu menggunakan co-solvent seperti dietil eter dan benzen.
Katalis 1,2-dimetil-1,1,2,2-tetrafenil-disilana sulfonat disintesis dengan mengadopsi prosedur Tricoli (Tricoli, V. 2002) menggunakan agen pensulfonasi (sulfonating agent) asetil sulfat yang dibuat dari reaksi antara asetat anhidrida dengan asam sulfat pekat. Katalis ini memiliki gugus hidrofilik yang sangat mudah larut dalam air (produk reaksi). Oleh karena itu, reaksi transesterifikasi dilakukan pada suhu di atas 1000 C, agar air menguap dan terpisah dari sistem sehingga tidak mengganggu reaksi. Transesterifikasi yang dikatalisis oleh katalis heterogen termasuk salah satu dari “Teknologi Hijau” karena katalis tersebut dapat digunakan kembali dan tidak ada atau sangat sedikit limbah yang dihasilkan pada proses pemurnian produk reaksi (Sarma, 2008).
I.2. Permasalahan
- Apakah reaksi sulfonasi 1,2-dimetil-1,1,2,2-tetrafenildisilana dapat menghasilkan 1,2dimetil-1,1,2,2-tetrafenildisilana sulfonat. - Apakah 1,2-dimetil-1,1,2,2-tetrafenildisilana sulfonat dapat berfungsi sebagai katalis reaksi transesterifikasi crude palm oil ( CPO ) berkadar asam lemak bebas 7,82 % menghasilkan metil ester asam lemak. - Apakah katalis 1,2-dimetil-1,1,2,2-tetrafenildisilana sulfonat memiliki kestabilan yang baik dalam mengkatalisis reaksi transesterifikasi crude palm oil ( CPO ) berkadar asam lemak bebas 7,82 % sehingga dapat digunakan pada reaksi transesterifikasi selanjutnya.
I.3. Pembatasan Masalah Dalam penelitian ini, permasalahan dibatasi pada proses transesterifikasi dengan variasi suhu reaksi dan penggunaan katalis secara berulang-ulang pada reaksi transesterifikasi selanjutnya.
Universitas Sumatera Utara
I.4. TujuanPenelitian
- Untuk
mensintesa
1,2-dimetil-1,1,2,2-tetrafenildisilana
dengan
reaksi
sulfonasi
menghasilkan 1,2-dimetil-1,1,2,2-tetrafenildisilana sulfonat. - Untuk menggunakan 1,2-dimetil-1,1,2,2-tetrafenildisilana sulfonat sebagai katalis pada reaksi transesterifikasi crude palm oil ( CPO ) berkadar asam lemak bebas 7,82 % menjadi metil ester asam lemak. - Untuk mengetahui kestabilan katalis 1,2-dimetil-1,1,2,2-tetrafenildisilana sulfonat untuk mengkatalisis reaksi transesterifikasi crude palm oil ( CPO ) berkadar asam lemak bebas 7,82 %.
I.5. Manfaat Penelitian
- Hasil penelitian ini dapat memberi gambaran informasi ilmiah terhadap industri metil ester asam lemak dengan bahan baku crude palm oil ( CPO ) - Penggunaan katalis 1,2-dimetil-1,1,2,2-tetrafenil disilana sulfonat merupakan salah satu Teknologi Hijau karena dapat diperoleh dan dipergunakan kembali pada reaksi transesterifikasi selanjutnya.
I.6. Lokasi Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Kimia Anorganik FMIPA USU dan Laboratorium Oleopangan PPKS. Karakterisasi produk dengan melting-point apparatus di Laboratorium Kimia Anorganik FMIPA USU, spektroskopi FT-IR dan analisis GC-MS dilakukan di PPKS, Medan.
Universitas Sumatera Utara
1.7. Metodologi Penelitian
1.7.1. Pembuatan 1,2-dimetil-1,1,2,2-tetrafenildisilana Sulfonat
Ke dalam labu leher tiga, dimasukkan larutan 1,2-dimetil-1,1,2,2-tetrafenildisilana dalam diklorometana. Larutan itu dipanaskan, kemudian ditetesi asetil sulfat sambil diaduk. Campuran tersebut direaksikan selama beberapa jam, kemudian hasil reaksi didinginkan pada suhu kamar,kemudian ditambahkan akuades sehingga terbentuk dua lapisan. Lapisan akuades dipisahkan dan dimurnikan, kemudian dikeringkan dalam vakum dan dianalisis dengan FTIR.
1.7.2. Transesterifikasi CPO
Crude palm oil ( CPO ) dicampur dengan metanol, dan 1,2-dimetil-1,1,2,2-tetrafenildisilana sulfonat sebagai katalis dimasukkan dalam autoclave stainless steel. Campuran ini dipanaskan sambil diaduk. Campuran hasil reaksi disentrifugasi sehingga katalis terpisah. Hasil reaksi terdiri dari campuran dua lapisan. Lapisan atas dipisahkan, kemudian diekstraksi dengan n-heksana kemudian dirotari evaporator untuk memisahkan pelarutnya. Dihasilkan campuran metil ester dan gliserida ( trigliserida, digliserida, dan monogliserida ) yang selanjutnya dianalisa dengan kromatografi gas ( GC ).
Universitas Sumatera Utara
