PEMANFAATAN CANGKANG BEKICOT (ACHATINA FULICA) SEBAGAI KATALIS UNTUK REAKSI TRANSESTERIFIKASI (Kajian Pengaruh Temperatur Reaksi dan Rasio Mol Metanol: Minyak) Sunardi1, Kholifatu Rosyidah1 dan Toto Betty Octaviana1
Abstrak: Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh temperatur kalsinasi terhadap kristalinitas dan aktivitas katalis CaO dari limbah cangkang bekicot (Achatina fulica) dalam sintesis biodiesel dari minyak sawit. Preparasi katalis dilakukan dengan mengkalsinasi cangkang pada variasi temperatur 700oC, 800oC dan 900oC selama 4 jam untuk mendapatkan senyawa CaO dan dianalisis dengan XRD (X-Ray Difraction) untuk mengetahui karakteristik katalis yang diperoleh. Katalis kemudian digunakan untuk reaksi transesterifikasi untuk mengetahui aktivitas katalitik dari CaO. Hasil yang didapat menunjukkan bahwa katalis terbaik didapatkan pada temperatur kalsinasi 800oC. Kondisi terbaik dicapai pada temperatur reaksi transesterifikasi 60oC dengan rasio mol metanol:minyak 12:1. Kata Kunci: Biodiesel, Cangkang Bekicot, Transesterifikasi, CaO.
PENDAHULUAN
karena dapat merusak kulit, mata,
Katalis adalah suatu zat yang
paru-paru
bila
berfungsi mempercepat laju reaksi
dipisahkan
dari
dengan menurunkan energi aktivasi,
terbuang pada saat pencucian, tidak
namun
dapat digunakan kembali dan akan
tidak
keseimbangan.
menggeser Katalis
letak
homogen
mencemari
tertelan, produk
lingkungan
sehingga
(Widyastuti,
yang banyak digunakan pada reaksi
2007).
transesterifikasi
katalis
penggunaan katalis heterogen, yaitu
basa/alkali seperti kalium hidroksida
katalis yang mempunyai fasa yang
(KOH) dan natrium hidroksida (NaOH)
tidak
(Darnoko, 2000). Produksi biodiesel
produk.
Beberapa
menggunakan
heterogen
yang
adalah
katalis
homogen
Alternatif
sulit
sama
lain
antara
adalah
reaktan jenis
dapat
dan
katalis
digunakan
berlangsung secara cepat, namun
pada reaksi transesterifikasi adalah
diperlukan langkah tambahan untuk
CaO dan MgO.
menghilangkan kotoran katalis dari
Cangkang bekicot merupakan
produk sehingga meningkatkan biaya
salah satu sumber CaO yang murah
produksi akhir (Zabeti et al., 2009).
yang
Kelemahan lain dari katalis homogen
dimanfaatkan
yaitu
heterogen. CaO dapat dihasilkan dari
bersifat
korosif,
berbahaya
1Staff
mempunyai
Pengajar Program Studi Kimia, FMIPA UNLAM Banjarbaru Email:
[email protected]
100
potensi
sebagai
untuk katalis
101
Jurnal Fisika FLUX, Vol. 10 No. 2, Agustus 2013 (100 –109)
CaCO3
melalui
temperatur
pemanasan
tinggi.
bertujuan
Penelitian
untuk
pada
temperatur 700oC, 800oC dan 900oC
ini
selama 4 jam. Fase kristalin dari
mengetahui
sampel
hasil
kalsinasi
dianalisis
karakteristik dan kemampuan katalis
dengan difraktometri sinar-X untuk
CaO dari cangkang bekicot sebagai
mengetahui karakteristik katalis yang
kataliheterogen
diperoleh.
untuk
reaksi
transesterifikasi minyak sawit menjadi biodiesel.
Reaksi Transesterifikasi Reaksi
transesterifikasi
METODOLOGI PENELITIAN
dilakukan dengan menggunakan labu
Alat dan Bahan
leher
Alat-alat yang digunakan antara
tiga
dilengkapi
dengan
pengaduk magnetik dan kondensor dengan
refluks,
plate,
60oC, 65oC dan 70oC. Sebanyak 50
analitik,
ml minyak sawit dimasukkan ke dalam
viskometer, piknometer dan furnace.
labu, kemudian ditambahkan katalis
Bahan-bahan yang digunakan adalah
sebanyak 10% (b/b) katalis CaO
limbah
yang
komersial dan katalis hasil kalsinasi
Banjarbaru,
(CaO700, CaO800 dan CaO900) dengan
Kalimantan Selatan, minyak sawit,
rasio molar metanol dengan minyak
akuades, kalium hidroksida, metanol,
6:1, 9:1, 12:1 dan 15:1. Waktu reaksi
isopropil alkohol, indikator fenolftalein.
ditentukan selama 120 menit dan
alat
distilasi,
termometer,
neraca
cangkang
diperoleh
hot
di
bekicot
daerah
variasi
temperatur
55 oC,
lain difraktometer sinar-X, peralatan
reaksi dihentikan dengan cara labu Preparasi dan Karakterisasi Katalis Cangkang
bekicot
sebanyak
direndam dalam air es. Hasil reaksi transesterifikasi
disentrifuse
untuk
500 gram dibersihkan beberapa kali
memisahkan katalis sedangkan fase
guna menghilangkan protein dan zat-
minyak dan sisa metanol kemudian
zat lain menggunakan air panas.
dipisahkan
Selanjutnya
kemudian
cangkang
dikeringkan
dari dicuci
sisa
metanol,
dengan
akuades
pada temperatur 100 oC selama 24
sampai
jam dan kemudian dihaluskan dan
dihasilkan
diayak sehingga lolos 120 mesh.
kualitas
Katalis CaO diperoleh dengan cara
viskositas, bilangan asam, kadar air
mengkalsinasi
dan densitas.
cangkang
pada
netral.
Biodiesel
kemudian biodiesel
yang
dilakukan yang
uji
meliputi
Sunardi, dkk., Pemanfaatan Cangkang Bekicot …………102
HASIL DAN PEMBAHASAN
masing
Pengaruh Temperatur Kalsinasi terhadap Karakteristik Katalis
memperlihatkan
Proses kalsinasi dilakukan pada
sampel.
Gambar
1
perbandingan
difraktogram cangkang sebelum dan sesudah
kalsinasi
pada
variasi
temperatur 700oC, 800oC dan 900oC
temperatur 700oC, 800oC dan 900oC
untuk mencari katalis terbaik dengan
yang
melihat kristalinitas katalis masing-
CaO700,
selanjutnya
disebut
dengan
dan
CaO900.
CaO800
Gambar 1. Difraktogram (a) cangkang bekicot alami (b) kalsinasi 700oC (c) kalsinasi 800oC (d) kalsinasi 900oC. Hasil
difraktogram
memperlihatkan
memperlihatkan
bahwa
perlakuan
menyebabkan
perubahan
hilangnya puncak-puncak CaCO3 di
kalsinasi
daerah 2θ = 30,44°; 41,86°; 49,10o;
komposisi
56,25°; 63,46°dan 72,26°. Hal ini
sampel. Hal ini juga ditandai dengan
senyawa
kimia
dalam
103
Jurnal Fisika FLUX, Vol. 10 No. 2, Agustus 2013 (100 –109)
timbulnya puncak-puncak baru yang
dikandung
oleh
katalis
berbeda dengan difraktogram pada
CaO800 dan CaO900 relatif sama,
cangkang alami. Puncak baru ini
artinya tidak ada perubahan senyawa
adalah puncak CaO yang ada pada
diantara
daerah 2θ yaitu 32,59o; 37,42° dan
perubahan temperatur kalsinasi.
ketiga
CaO700,
katalis
akibat
53,9o, puncak MgO di daerah 2θ di 42,60o serta puncak SrO di 2θ di
Uji Aktivitas Katalis CaO
50,69o. Intensitas CaO tertinggi ada
Kajian Pengaruh Temperatur Kalsinasi terhadap Aktivitas Katalis
pada katalis CaO800, hal ini sesuai dengan penelitian Empikul et al., (2010)
yang
temperatur
mengatakan
800oC
adalah
bahwa kondisi
optimum pembentukan CaO.
reaksi transesterifikasi menggunakan katalis CaO dari cangkang bekicot dan
CaO
komersial
pembanding.
Analisis pH Analisis pH dilakukan untuk mengetahui
Pada penelitian ini dilakukan
tingkat
kebasaan
dari
ketiga sampel yang dikalsinasi dimana dari hasil pengukuran semua sampel
dilihat pada Tabel 1.
viskositas, densitas, bilangan asam, kadar air dan rendemen. Viskositas Viskositas
CaO700 CaO800 CaO900
dan
hasil
CaO900
berturut-turut
adalah 36,72; 31,2 dan 39,66 mm2/s. Nilai viskositas menggunakan katalis CaO700,
11,67 11,69 11,76
biodiesel
reaksi menggunakan katalis CaO 700, CaO800
Tabel 1. Hasil pengukuran pH katalis Jenis Katalis pH
Beberapa parameter
yang dianalisis antara lain adalah
menunjukkan pH sebesar 11,67; 11,69 dan 11,76. Hasil pengukuran pH dapat
sebagai
CaO800
ini
lebih
kecil
daripada nilai viskositas bahan baku berupa minyak sawit yang memiliki viskositas sebesar 40,39 mm2/s. Hal
Nilai-nilai menunjukkan
yang bahwa
terukur temperatur
ini
berarti
viskositas
adanya yang
penurunan menunjukkan
kalsinasi tidak membuat perubahan
terjadinya pemutusan rantai panjang
signifikan terhadap pH katalis. Hal ini
trigliserida
dikarenakan senyawa-senyawa yang
ester/biodiesel.
menjadi
metil
Sunardi, dkk., Pemanfaatan Cangkang Bekicot …………104
Densitas
KOH/g.
Sama seperti viskositas, pada saat
digunakan
menghasilkan
katalis
produk
CaO 800
metil
ester
Kondisi
bahwa
pada
700oC
dan
ini
temperatur 800oC
dihasilkan
menunjukkan kalsinasi
katalis
mampu
yang
mengurangi
yang memiliki densitas yang terkecil
jumlah bilangan asam bahan baku.
dibandingkan
dan
Sedangkan pada temperatur kalsinasi
CaO900 yaitu sebesar 0,896 g/ml
900oC katalis yang digunakan tidak
sedangkan nilai densitas pada saat
mampu menurunkan bilangan asam
digunakan katalis CaO 700 dan CaO800
bahan baku, hal ini juga terjadi saat
berturut-turut adalah 0,905 dan 0,902
digunakan
g/ml.
besar
Terbentuknya asam lemak bebas ini
disebabkan oleh berat molekul yang
disebabkan oleh reaksi hidrolisis yang
besar, dan berat molekul yang besar
terjadi
ini adalah trigliserida yang belum
berdampak pada kandungan air yang
terkonversi
terdapat dalam biodiesel.
Nilai
Densitas
katalis
CaO 700
densitas
yang
menjadi biodiesel
biodiesel. ini
biodiesel,
CaO.
dan
ini
Kadar Air Kadar air biodiesel ditunjukkan
bahan baku yang memiliki densitas g/ml.
pada
komersial
juga
mengalami penurunan dari densitas
0,913
katalis
Nilai
densitas
pada Tabel 2. Nilai kadar air biodiesel
dipengaruhi oleh faktor gliserol yang
dengan
katalis
CaO700,
CaO800,
terdapat dalam biodiesel.
CaO900 dan CaOkomersial berturut-turut adalah 0,0439%; 0,0039%; 1,038% dan 0,522%. Tingginya kadar air
Bilangan Asam Bilangan
asam
biodiesel
menggunakan
katalis
dengan variasi temperatur kalsinasi
mungkin
cangkang bekicot dapat diamati pada
penyimpanan,
Tabel 2. Bilangan asam biodiesel
dengan uap air.
menunjukkan
dengan
penurunan
jika
karena
CaO 900 pada
biodiesel
sifat
ini saat
bereaksi
Hal ini sesuai biosiesel
yang
dibandingkan dengan bilangan asam
higroskopis. Kondisi ini juga terjadi
bahan
pada
baku
minyak
sawit.
Nilai
saat
menggunakan
katalis
bilangan asam minyak sawit adalah
CaOkomersial. Kadar air yang terukur
sebesar 0,42 mg-KOH/g sedangkan
lebih besar daripada kadar air yang
nilai bilangan asam dengan katalis
menggunakan
CaO700,
CaO700 dan CaO800 adalah 0,14 mg-
Kandungan
yang
air
CaO800.
tinggi
juga
105
Jurnal Fisika FLUX, Vol. 10 No. 2, Agustus 2013 (100 –109)
berasosiasi dengan reaksi hidrolisis
menjadi
asam
lemak
bebas
yang menyebabkan biodiesel berubah
(Mittelbach & Remschmidt, 2004).
Tabel 2. Hasil uji kualitas biodiesel dengan menggunakan katalis hasil kalsinasi Katalis
CaO
Parameter CaO700 CaO800 CaO900 Viskositas 40○C(mm2/s) Densitas (g/cm3)
komersial
Minyak sawit
SNI
36,72
31,02
39,66
5,99
40,39
2,3-6,0
0,905
0,896
0,902
0,863
0,913
0,85-0,89
0,0439
0,0039
1,038
0,5219
0,0579
Maks 0,05
Bilangan asam (mg-KOH/g)
0,14
0,14
0,42
0,42
0,42
Maks 0,8
Rendemen (%)
78
86
82
85
-
-
Kadar air (%)
Kajian Pengaruh Temperatur Reaksi Transesterifikasi Menurut kenaikan
Kusmiati
(2008),
temperatur
akan
meningkatkan
kecepatan
transesterifikasi
karena
reaksi
keseluruhan, hasil uji kualitas biodiesel semakin turun ketika temperatur reaksi melebihi temperatur 60 oC.
Viskositas
semakin
Viskositas terendah pada reaksi
banyak energi yang digunakan antar
transesterifikasi
molekul-molekul
temperatur 60oC dengan nilai 31,02
reaktan
untuk
bertumbukan. Proses
mm2/s. transesterifikasi
Viskositas
diperoleh
biodiesel
saat
ketika
akan
temperatur 55oC masih sangat tinggi
bila
yaitu sebesar 33,84 mm 2/s, namun
temperatur dinaikkan mendekati titik
saat temperatur reaksi naik menjadi
didih
terendah
60oC viskositasnya menurun menjadi
dihasilkan pada saat temperatur reaksi
31,02 mm2/s dan semakin meningkat
60oC, begitu juga dengan densitas,
seiring
kadar air dan bilangan asam. Secara
temperatur reaksi.
berlangsung
metanol.
lebih
cepat
Viskositas
dengan
bertambahnya
Sunardi, dkk., Pemanfaatan Cangkang Bekicot …………106
Tabel 3. Hasil uji kualitas biodiesel dengan variasi temperatur reaksi transesterifikasi Temperatur (oC) 55
60
65
70
Minyak sawit
Viskositas 40○C (mm2/s)
33,84
31,02
31,10
32,71
40,39
2,3-6,0
Densitas (g/cm3)
0,898
0,875
0,894
0,895
0,913
0,85-0,89
Kadar air (%)
0,1996
0,0039
0,2575
0,4
0,0579
Maks 0,05
Bilangan asam (mg-KOH/g)
0,14
0,14
0,28
0,28
0,42
Maks 0,8
Rendemen (%)
78
86
82
80
-
KOH/g.
Berdasarkan
Parameter
. Densitas
SNI
data
yang
pada
didapatkan pada variasi rasio mol reaktan
temperatur reaksi 55oC adalah 0,898
sudah sesuai dengan standar dari SNI
g/ml, kemudian turun menjadi 0,875 g/ml
(maksimum
disaat
dinaikkan
dibandingkan dengan bilangan asam
menjadi 60oC. Hal ini dikarenakan pada
bahan baku (minyak sawit) yang nilainya
kondisi tersebut temperatur 60oC mampu
0,42 mg-KOH/g, bilangan asam biodiesel
memutus senyawa trigliserida menjadi
telah mengalami penurunan.
Densitas
biodiesel
temperatur
reaksi
0,80
mg-KOH/g).
Jika
metil ester. Namun densitas kembali naik lagi
ketika
dinaikkan
temperatur
menjadi
65oC
berturut-turut dan
70oC.
Kadar Pada
temperatur
reaksi
55oC
Naiknya nilai densitas ketika temperatur
kadar air yang terukur adalah sebesar
65oC dan 70oC mengindikasikan bahwa
0,1996%,
biodiesel yang dihasilkan masih memiliki
reaksi dinaikkan menjadi 60oC biodiesel
berat molekul yang besar.
yang dihasilkan memiliki kadar air yang
kemudian
saat
temperatur
sangat kecil yaitu 0,0039%. Dilihat dari kadar air biodiesel pada temperatur 60oC
Bilangan Asam Bilangan
asam
pada
saat
memiliki kualitas yang bagus karena
temperatur reaksi 55oC dan 60oC memiliki
kadar airnya yang sangat kecil. Kadar air
nilai yang sama 0,14 mg-KOH/g, namun
biodiesel
nilainya naik ketika temperatur reaksi
temperatur reaksi 65 dan 70oC yaitu
65oC dan 70oC yaitu sebesar 0,28 mg-
berturut-turut sebesar 0,2575 dan 0,4%.
kembali
naik
lagi
ketika
107
Jurnal Fisika FLUX, Vol. 10 No. 2, Agustus 2013 (100 –109)
Kajian Pengaruh Rasio Mol Metanol: Minyak Secara
stoikiometri,
bergeser ke arah kanan kesetimbangan. Walaupun
reaksi
metanol
demikian terlalu
penambahan
banyak
tidak
akan
pembentukan metil ester terjadi ketika
meningkatkan laju reaksi, bahkan akan
satu mol trigliserida bereaksi dengan
menyebabkan sebagian besar gliserol
tiga
menurut
akan terlarut dalam metanol berlebih
Empikul et al., (2010) jumlah metanol
yang akan menghambat reaksi. Hasil uji
berlebih akan membantu pembentukan
kualitas biodiesel dengan variasi rasio
spesies metoksi pada permukaan CaO
mol metanol minyak disajikan dalam
dan
Tabel 4.
mol
metanol,
juga
dapat
namun
mendorong
reaksi
Tabel 4. Hasil uji kualitas biodiesel dengan variasi rasio mol metanol: minyak Rasio mol metanol: minyak 6:1
9:1
12:1
15:1
Minyak sawit
Viskositas 40○C(mm2/s)
35,60
31,08
31,02
31,72
40,39
2,3-6,0
Densitas (g/cm3)
0,898
0,896
0,875
0,892
0,913
0,85-0,89
Kadar air (%)
0,1575
0,1445
0,0039
0,0802
0,0579
Maks 0,05
Bilangan asam (mg-KOH/g)
0,42
0,42
0,14
0,42
0,42
Maks 0,8
Rendemen (%)
78
80
86
86
-
Parameter
Hasil
yang
diperoleh
dibandingkan pada saat rasio mol
menunjukkan bahwa kualitas biodiesel
metanol:
semakin
dikarenakan
baik
meningkatnya
seiring
rasio
mol
dengan
SNI
minyak
12:1.
penambahan
Hal
ini
metanol
metanol:
yang terlalu banyak akan menurunkan
minyak. Hal ini dapat dilihat dari Tabel
kualitas biodiesel, yang bisa dilihat dari
4, dimana viskositas biodiesel semakin
naiknya nilai viskositas dan densitas
turun dengan peningkatan rasio mol
biodiesel.
yang ditambahkan, begitu juga dengan nilai densitas biodiesel. Namun, disaat rasio
mol
kualitas
metanol: biodiesel
minyak
15:1,
menurun
jika
Viskositas Berdasarkan
data
Tabel
4
terlihat penurunan viskositas dari 35,60
Sunardi, dkk., Pemanfaatan Cangkang Bekicot …………108
mm2/s menjadi 31,08 mm2/s pada saat
biodiesel
rasio
9:1.
mengalami penurunan dari bilangan
Viskositas yang terukur masih besar
asam bahan baku (minyak sawit) yang
jika
memiliki
mol
metanol:
dibandingkan
minyak
dengan
standar
kualitas biodiesel menurut SNI (2,3-6,0 mm2/s).
yang
dihasilkan
bilangan
asam
telah
0,42
mg-
KOH/g.
Viskositas biodiesel paling
rendah dari empat varian rasio mol
Kadar Air
reaktan terjadi ketika rasio mol 12:1 yaitu sebesar 31,02 mm2/s.
Pada kondisi rasio mol reaktan 6:1 kadar air yang terukur adalah 0,1575%, kemudian kadar air menurun
Densitas
disaat rasio mol reaktan 9:1 yaitu
Densitas semua biodiesel sudah
sebesar 0,1445%. Kadar air terkecil
sesuai dengan standar yang ditetapkan
diperoleh pada saat kondisi rasio mol
oleh SNI yaitu berkisar antara 0,85-0,89
reaktan 12:1 yang bernilai 0,0039%,
g/ml. Nilai densitas ini juga lebih rendah
nilai ini memenuhi standar SNI yang
jika
menetapkan
dibandingkan
dengan
densitas
kadar
air
biodiesel
bahan baku minyak sawit yang nilainya
maksimum 0,05%. Berdasarkan uraian
0,913 g/ml. Sama seperti viskositas,
di atas didapatkan bahwa jumlah rasio
penurunan nilai densitas menunjukkan
mol metanol: minyak 12:1 merupakan
telah
kondisi
terjadi
pemutusan
ikatan
terbaik
untuk
pembuatan
trigliserida menjadi metil ester yang
biodiesel dengan menggunakan katalis
memiliki berat molekul yang lebih kecil.
CaO dan bahan baku minyak sawit.
Bilangan Asam
KESIMPULAN
Variasi rasio mol reaktan tidak
Proses
kalsinasi
cangkang
berpengaruh terhadap bilangan asam,
bekicot pada temperatur tinggi mampu
hal ini dapat dilihat dari Tabel 4. Ketika
mengkonversi CaCO3 menjadi CaO
rasio mol reaktan 6:1 nilainya sama
yang
dengan disaat rasio mol reaktan 9:1
heterogen. Berdasarkan hasil penelitian
dan 15:1 yaitu sebesar 0,42 mg-KOH/g.
yang telah dilakukan, temperatur dan
Sedangkan pada saat rasio mol reaktan
rasio mol metanol: minyak berpengaruh
12:1
terhadap reaksi transesterifikasi dimana
adalah
bilangan
asam
sebesar
0,14
yang
terukur
mg-KOH/g.
Secara keseluruhan bilangan asam
berfungsi
temperatur
sebagai
optimum
transesterifikasi
yaitu
dalam 60oC
katalis
reaksi dengan
109
Jurnal Fisika FLUX, Vol. 10 No. 2, Agustus 2013 (100 –109)
rasio mol metanol:minyak sebesar 12:1 dan menggunakan cangkang bekicot hasil kalsinasi pada temperatur 800 oC.
DAFTAR PUSTAKA Darnoko, D., A. Nasution, & G. Bagus. 2005. Produksi Biodiesel dari Crude Palm Oil. Warta PPKS, Medan. Empikul, N.V., P. Krasae, B. Puttasawat, B. Yoosuk, N. Chollacoop, & K.Faungnawakij. 2010. Waste Shells of Mollusk and Egg as Biodiesel Production Catalysts. Bioresource Technology 101:3765–3767. Kusmiyati. 2008. Reaksi Katalitis Esterifikasi Asam Oleat Dan Metanol Menjadi Biodiesel
Dengan Metode Distilasi Reaktif. Reaktor, Vol. 12 No. 2, 78-82 Mittelbach, M. & C. Remschmitdt. 2004. Biodiesel : The Comprehensive Handbook. Edisi ke-1. Boersedruck Ges.m.b. H. vienna, Austria. Widyastuti, L. 2007. Reaksi Metanolisis Minyak Biji Jarak Pagar Menjadi Metil Ester Sebagai Bahan Bakar Pengganti Minyak Diesel Dengan Menggunakan Katalis KOH. Skripsi. Jurusan Kimia Universitas Negeri Semarang. Zabeti, M., W.M.A. Daud, & M. Aroua. 2009. Optimization of the Activity of CaO/Al2O3 Catalyst for Biodiesel Production Using Response Surface Methodology. Applied Catalists A: General;366(1):154–159.
