23
Bab IV Hasil dan Pembahasan
IV.1 Penyiapan Sampel Kualitas minyak kastor yang digunakan sangat mempengaruhi pelaksanaan reaksi transesterifikasi. Parameter kualitas minyak kastor yang dapat menjadi acuan adalah angka asam, angka penyabunan dan angka iodine. Parameter kualitas minyak kastor yang paling menentukan adalah angka asam, karena turut menentukan berapa banyak jumlah katalis basa yang perlu ditambahkan dalam reaksi transesterifikasi Dalam penelitian ini parameter diatas tidak ditentukan, mengingat fokus penelitian adalah sintesis metil asetil risinoleat yang dapat digunakan sebagai aditif.
IV.2
Sintesis Metil Risinoleat
IV.2.1 Proses transesterifikasi minyak jarak (minyak kastor) Reaksi transesterifikasi minyak kastor merupakan salah satu cara untuk mendapatkan alkil ester. Konversi minyak kastor yang komponen utamanya adalah trigliserida risinoleat akan menghasilkan alkil risinoleat. Pada prinsipnya pengubahan minyak menjadi alkil ester dapat menurunkan viskositas minyak yang tinggi. Viskositas yang tinggi merupakan salah satu alasan mengkonversi minyak menjadi alkil ester sebelum digunakan sebagai bahan bakar. Viskositas yang tinggi dapat
menyebabkan kerusakan pada mesin dan menghambat proses
atomisasi. konfigurasi alat reaksi transesterifikasi diperlihatkan dalam Gambar IV.1.
24
Gambar IV. 1 Rangkaian alat transesterifikasi
Katalis yang digunakan dalam penelitian ini adalah kalium metoksida (KOCH3). Kalium metoksida dibuat dengan cara melarutkan kalium hidroksida ke dalam metanol. Kalium metoksida dicampurkan dengan minyak jarak yang telah dipanaskan pada suhu 50oC. Reaksi dibiarkan berlangsung selama 2 jam pada suhu 60oC dan diringi dengan pengadukan yang konstan. produk yang dihasilkan didinginkan pada suhu kamar dalam corong pisah.
IV.2.2 Proses pemurnian metil risinoleat Metil risinoleat yang diperoleh dimurnikan dari keberadaan alkohol sisa, minyak kastor yang tidak habis bereaksi dan katalis basa dan gliserol dari alkil ester yang terbentuk.
IV.2.2.1 Pemisahan alkohol sisa Pemurnian alkil risinoleat dari alkohol sisa dilakukan dengan cara diuapkan sampai temperatur ± 60oC. Pemisahan ini dilakukan berdasarkan perbedaan temperatur didih metanol dengan campuran reaksi. Alkohol yang digunakan memiliki temperatur didih yang lebih rendah sehingga pemisahan dengan cara ini dapat dilakukan. Pemisahan alkohol sisa perlu dilakukan untuk menghentikan reaksi transesterifikasi.
25
IV.2.2.2 Pemisahan gliserol
Reaksi transesterifikasi minyak kastor ini tidak seperti reaksi transesterifikasi minyak lainnya. Pada umumnya hasil reaksi transesterifikasi minyak membentuk dua lapisan setelah pendinginan. Hal seperti ini sulit terjadi pada hasil reaksi transesterifikasi minyak kastor. Hasil reaksi transesterifikasi minyak kastor akan membentuk dua lapisan setelah pendinginan yang sangat lama hingga dapat mencapai rata-rata dua belas hari untuk dapat berpisah dengan baik. Dalam penelitian ini, pemisahan gliserin dari alkil ester dilakukan dengan mengunakan aquadest (T = ± 60°C ). Penggunaan air pencuci panas untuk menghasilkan pemisahan lebih cepat dibandingkan dengan air pencuci yang bertemperatur ruang ( T = 25°C ). Selain gliserin, minyak kastor yang tidak habis bereaksi dan katalis basa diperkirakan terlarut di dalam air pencuci.. Namun karena sifat kepolaran yang dimiliki oleh gugus –OH pada alkil risinoleat dengan air, maka pemisahan campuran ini tetap membutuhkan waktu yang lama. Oleh karena itu, untuk mempercepat pemurnian alkil risinoleat dilakukan proses sentrifuga. Cara ini membuat proses pemurnian alkil risinoleat lebih menghemat waktu dibandingkan dengan menggunakan proses pengendapan saja. Sentrifuga digunakan dengan mempertimbangkan adanya perbedaan densitas antara campuran gliserin dan air dengan alkil risinoleat. Hasil pemisahan dengan alat ini ditunjukan dalam Gambar IV.2 berikut :
Gambar IV. 2 Hasil sentrifuga Hasil centrifuga diuji kualitatif dengan
kromatografi lapis tipis menunjukan
adanya noktah baru seperti ditunjukan oleh gambar IV.3 dibawah ini
26
Sebelum
Setelah
Gambar IV. 3 KLT sebelum dan sesudah transesterifikasi minyak kastor
Spektrum IR hasil transesterifikasi menunjukan bahwa adanya gugus hidroksi, ester dan alkena seperti yang ditunjukan oleh Gambar IV.4 di bawah ini :
Gambar IV. 4 Spektrum inframerah metil risinoleat
27
Spektrum IR diatas menunjukan adanya serapan yang kuat pada bilangan gelombang 3350-3400 cm-1 yang merupakan serapan spesifik untuk gugus hidroksi yang terikat pada C12 rantai alifatik risinoleat. Selain itu, pada bilangan gelombang 1750 cm-1 tampak adanya intensitas absorpsi yang tajam dari gugus karbonil (C=O) dari ester yang merupakan produk transesterifikasi. Hal ini menunjukan proses transesterifikasi minyak kastor telah berjalan dengan baik. Serapan-serapan utama analisis IR ditunjukan oleh Tabel IV.1 dibawah ini. Tabel IV. 1 Puncak serapan terhadap gugus fungsi dari metil risinoleat Bilangan Gelombang (cm-1)
Gugus Fungsi
Intensitas
-OH
Tajam dan tunggal
-CH ulur
Tajam
-C=O
Tajam, Tunggal
O-C=O
Sedang
3419,79 2924,09/ 2852,72 1741 1244,09
IV.3 Sintesis Metil Asetil Risinoleat Sintesis metil asetil risinoleat dilakukan dalam beberapa tahap yang diawali dengan preparasi anhidrida asetat dan proses asetilasi. Preparasi anhidrida asetat di dalam etil asetat dilakukan untuk mengaktifkan gugus karbonil pada anhidrida asetat sehingga saat pencampuran dengan metil risinoleat akan terjadi reaksi substitusi gugus hidroksi menjadi gugus asetil. Selama perlakuan, struktur kimia metil risinoleat dari biodiesel berubah, dimana gugus –OH dari metil risinoleat bereaksi dengan anhidrida asetat dan asam perklorat sebagai katalis membentuk suatu ester dengan mekanisme reaksi seperti pada Gambar IV.5 sebagai berikut :
28
O OH O
+ (CH3CO)2O
HClO4 Etil asetat, 5oC
O O O O
Gambar IV. 5 Mekanisme reaksi asetilasi metil risinoleat
Proses asetilasi mengakibatkan terjadinya perubahan fisik dan kimia biodiesel (metil risinoleat). Secara fisik perubahan itu ditunjukan oleh pudarnya warna campuran menjadi lebih pucat dari warna semula.
a
b
Gambar IV. 6 Biodiesel yang mengandung Metil asetil risinoleat (a) dan Metil risinoleat (b)
Spektrum Infra Red (IR) yang menunjukan hasil proses asetilasi untuk metil risinoleat (biodiesel) dapat dilihat pada Gambar IV.7. Dari gambar tersebut tampak bahwa serapan terhadap gugus hidroksi (-OH) pada bilangan gelombang 3100-3300cm-1 tidak muncul.
29
Gambar IV. 7 Spektrum serapan metil asetil risinoleat oleh IR
Sebaliknya timbul serapan yang lebih tajam untuk gugus O - C=O pada sekitar bilangan gelombang 1442 cm-1 dan gugus C=O pada bilangan gelombang 1739 dibandingkan dengan serapan gugus tersebut pada metil risinoleat (Gambar IV.4). Hal ini menunjukan bahwa ada penambahan jumlah gugus O-C=O dan C=O pada proses asetilasi. Serapan terhadap gugus ikatan rangkap C=C alkena ditengah pada bilangan gelombang 1200 – 1400 cm-1 masih terlihat jelas sama halnya dengan serapan pada metil risinoleat seperti pada Tabel IV.2 di bawah ini. Tabel IV. 2 Puncak serapan terhadap gugus fungsi dari metil asetil risinoleat Bilangan Gelombang
Gugus Fungsi
Intensitas
(cm-1) 2927,94
-CH ulur
Tajam l
2856,58
-CH ulur
Tajam
1739
-C=O
Tajam, Tunggal
30
1244,09
O-C=O
Sedang
Untuk memastikan pembentukan metil asetil risinoleat dilakukan analisis Kromatografi Lapis Tipis (KLT) terhadap hasil sintesis. Hasil dari proses ini menunjukan bahwa munculnya noktah baru pada jalur elusi metil asetil risinoleat jika dibandingkan dengan noktah pada jalur elusi metil risinoleat seperti terlihat pada gambar IV.8 di bawah ini:
Sebelum Setelah
Gambar IV. 8 KLT hasil sebelum dan sesudah proses asetilasi biodiesel
Hasil dari proses asetilasi diukur waktu retensinya menggunakan instrument GC dengan kromatogram pada Gambar IV.9 sebagai berikut :
Gambar IV. 9 Kromatogram GC hasil proses asetilasi
31
Untuk mendukung analisis dilanjutkan dengan kromatografi kolom sehingga diperoleh 15 fraksi yang selanjutnya dianalisis dengan instrumen GC-MS. Hasil analisis GC-MS mengindikasikan bahwa pada fraksi ke-5 merupakan metil asetil risinoleat yang memiliki kromatogram seperti pada Gambar IV.10 dibawah ini :
Gambar IV. 10 Kromatogram GC metil asetil risinoleat
Waktu retensi metil asetil risinoleat dalam pelarut heksana adalah 29.109 dengan spektrum MS seperti terlihat pada Gambar IV.11 dibawah ini :
Gambar IV. 11 Spektrum MS metil asetil risinoleat
32
Spektrum MS menunjukan bahwa adanya beberapa sinyal pokok yang mengindikasikan sebagai metil asetil risinoleat yakni : 354, 295, 197 dan 157. Semua perubahan-perubahan pada metil risinoleat disebabkan oleh produk asetilasi terbentuk, yakni berupa suatu ester metil asetil risinoleat. Hasil ini membuktikan bahwa proses asetilasi telah berlangsung dengan baik dan tidak mengubah dan mengganggu gugus fungsi yang lain.
IV.4 Tahap pemurnian Metil Asetil Risinoleat Proses
pemurnian
metil
asetil
risinoleat
dilakukan
dengan
pencucian
menggunakan aquadest. Hal ini dilakukan memanfaatkan sifat ketidaklarutan metil asetil risinoleat dalam air sehingga air hanya akan melarutkan sisa-sisa asam, etil asetat dan anhidrida asetat yang tidak habis bereaksi. Pencucian dilakukan hingga beberapa kali hingga pH air cucian bersifat netral. Metil asetil risinoleat yang merupakan produk utama dalam sintesis ini seharusnya memiliki rendemen 87-90 %, akan tetapi dalam penelitian ini hanya diperoleh 74,45 %. Perbedaan angka ini dapat disebabkan oleh rendahnya kemurnian minyak kastor yang digunakan.
IV.5 Penurunan Titik Awan Analisis penurunan titik awan dilakukan menggunakan biodiesel yang disintesis dari kelapa sawit sebagai standar. Biodiesel kelapa sawit dicampurkan dengan metil asetil risinoleat yang berfungsi sebagai aditif dengan komposisi 0%; 1%;2%; 3%; 4%; dan 5 %. Pembatasan penambahan aditif hingga 5 % dilakukan dengan alasan efesiensi dalam proses produksi skala besar.
33
Gambar IV. 12 Alat pengukur titik awan
Pengukuran titik awan biodiesel dengan penambahan aditif seperti pada komposisi diatas yang dilakukan berdasarkan ASTM D 2500-91 dengan alat seperti pada Gambar IV.12 dan diperoleh hasil seperti pada Tabel IV.3 dibawah ini: Tabel IV. 3 Nilai titik awan biodiesel dengan penambahan aditif metil asetil risinoleat pada beberapa komposisi Komposisi aditif (%)
Titik awan (oC)
1
0
16
2
1
14,5
3
2
13
4
3
12
5
4
11
6
5
10,5
No
Titik awan biodiesel kelapa sawit berubah sekitar 1,5 – 5,5 oC untuk penambahan metil asetil risinoleat. Gejala ini menunjukan bahwa dengan adanya gugus bercabang pada metil asetil risinoleat dapat menurunkan titik awan dengan cara menghambat pembentukan lilin kristal pada biodiesel
21
. Kurva penurunan titik
34
awan akibat penambahan metil asetil risinoleat dapat dilihat pada Gambar IV.13 dibawah ini:
Gambar IV. 13 Kurva Perubahan titik awan terhadap penambahan metil asetil risinoleat.
