PEMANFAATAN KATALIS Al 3+ -BENTONIT UNTUK REAKSI ESTERIFIKASI ASAM PALMITAT MENJADI METIL PALMITAT SKRIPSI

ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga

PEMANFAATAN KATALIS Al3+-BENTONIT UNTUK REAKSI ESTERIFIKASI ASAM PALMITAT MENJADI METIL PALMITAT

SKRIPSI

SITI MARIYAM

DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS AIRLANGGA 2012

i Skripsi

Pemanfaatan Katalis Al3+-bentonit untuk Reaksi Esterifikasi Asam Palmitat Menjadi Metil Palmitat

Siti Mariyam


PEMANFAATAN KATALIS Al3+-BENTONIT UNTUK REAKSI ESTERIFIKASI ASAM PALMITAT MENJADI METIL PALMITAT

SKRIPSI

Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar Sarjana Sains Bidang Kimia Pada Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga Oleh : SITI MARIYAM NIM. 080810530 Tanggal Lulus : 18 Juli 2012

Disetujui oleh :

Pembimbing I

Pembimbing II

Dr. Nanik Siti Aminah, M.Si NIP. 19670514 199102 2 001

Abdulloh, S.Si., M.Si NIP. 19710423 199702 1 001

ii Skripsi


Siti Mariyam


LEMBAR PENGESAHAN NASKAH SKRIPSI

Judul Penyusun NIM Pembimbing I Pembimbing II Tanggal seminar

: PEMANFAATAN KATALIS Al3+-BENTONIT UNTUK REAKSI ESTERIFIKASI ASAM PALMITAT MENJADI METIL PALMITAT : Siti Mariyam : 080810530 : Dr. Nanik Siti Aminah, M.Si : Abdulloh, S.Si., M.Si : 18 Juli 2012

Disetujui Oleh : Pembimbing I,

Pembimbing II,

Dr. Nanik Siti Aminah, M.Si NIP. 19670514 199102 2 001

Abdulloh, S.Si., M.Si NIP. 19710423 199702 1 001

Mengetahui, Ketua Program Studi S-1 Kimia/Ketua Departemen Kimia Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga

Dr. Alfinda Novi Kristanti, DEA NIP. 19671115 199102 2 001

iii Skripsi


Siti Mariyam


PEDOMAN PENGGUNAAN SKRIPSI Skripsi ini tidak dipublikasikan, namun tersedia di perpustakaan dalam lingkungan Universitas Airlangga, diperkenankan dipakai sebagai referensi kepustakaan, tetapi pengutipan harus seijin penyusun, dan harus menyebutkan sumbernya sesuai dengan kebiasaan ilmiah. Dokumen skripsi ini merupakan hak milik Universitas Airlangga

iv Skripsi


Siti Mariyam


KATA PENGANTAR Puji syukur ke hadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya sehingga penyusun dapat menyelesaikan penulisan naskah skripsi yang berjudul “Pemanfaatan Katalis Al3+-bentonit untuk Reaksi Esterifikasi Asam Palmitat Menjadi Metil Palmitat“. Naskah skripsi ini dibuat dalam rangka memenuhi persyaratan akademis pendidikan sarjana sains dalam bidang kimia Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga. Penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Dr. Nanik Siti Aminah, M.Si dan Abdulloh, S.Si, M.Si selaku dosen pembimbing I dan II yang telah memberikan bimbingan dan arahan kepada penulis hingga selesainya naskah skripsi ini. 2. Dr. Mulyadi Tanjung, M.Si dan Drs. Yusuf Syah, MS selaku dosen penguji I dan II yang telah memberikan kritik dan saran kepada penulis hingga selesainya naskah skripsi ini. 3. Drs. Handoko darmokoesoemo, DEA., selaku dosen wali yang telah mengajarkan dan memberikan bimbingan selama perkuliahan. 4. Bapak dan Ibu dosen kimia yang telah mendidik dan memberikan dukungan selama perkuliahan 5. Ummi, bapak, dan saudaraku tercinta (muzdalifah, Sieb Ali, Syarofah, Nur Fadilah, Siti Halimah) yang telah memberikan segala dorongan berupa doa, bantuan materiil dan semangat. Hanya Allah saja yang bisa membalasnya. 6. Sahabat serta saudara terbaikku selama menempuh kuliah, A`yunil

v Skripsi


Siti Mariyam


Hisbiyah dan Vridayani Anggie yang selalu memberikan semangat, bantuan serta masukan yang sangat membangun dalam hal apapun. 7. Teman-teman terbaikku Deby, Bela, Avi, Riza, Faiz, Rista, Afiyan, dan Physic Lovers, terima kasih untuk masukan dan dukungan selama ini. 8. Irfan Supriyono, terima kasih untuk kata motivasi “Semangat dan Sabar” yang selalu diberikan kepada penulis. 9. Rekan-rekan mahasiswa Kimia FST 2008 yang telah memberikan banyak cerita dan kebersamaan selama kuliah di Universitas Airlangga. 10. Karyawan dan karyawati FSAINTEK UNAIR dan petugas laboratorium, serta pihak-pihak lain yang telah banyak yang membantu namun tidak sempat disebutkan satu-persatu. Penulis menyadari bahwa masih terdapat banyak kekurangan dalam penyusunan naskah skripsi ini, oleh karena itu penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun untuk kesempurnaan penulisan naskah skripsi ini agar bermanfaat bagi semua pihak.

Surabaya, Juli 2012 Penulis

vi Skripsi


Siti Mariyam


Mariyam, S., 2012, Pemanfaatan Katalis Al3+-bentonit untuk Reaksi Esterifikasi Asam Palmitat Menjadi Metil Palmitat, Skripsi ini di bawah bimbingan Dr. Nanik Siti Aminah, M.Si. dan Abdulloh, S.Si., M.Si., Departmen Kimia, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga, Surabaya ABSTRAK Asam palmitat merupakan salah satu dari sekian banyak asam lemak yang berasal dari minyak nabati dan hewani. Salah satu turunan asam palmitat adalah metil palmitat.Penelitian ini bertujuan untuk menggunakan Al3+-bentonit pada reaksi esterifikasi asam palmitat menjadi metil palmitat. Penelitian ini diawali dengan membuat katalis Al3+-bentonit dari bentonit komersial dan bentonit alam kemudian dikarakterisasi menggunakan XRD, BET dan FT-IR. Katalis Al3+bentonit diaplikasikan untuk reaksi esterifikasi asam palmitat menjadi metil palmitat untuk mendapatkan konversinya pada rentang waktu 0.5; 1; 2; 3; 4; 5; 6; dan 7 jam dengan pemanasan 65°C. Nilai maksimum konversi metil palmitat menggunakan katalis Al3+-bentonit komersial dan katalis Al3+-bentonit alam Turen-Malang berturut-turut adalah 59,14% dan 82.23%. Hasil analisis GC-MS menunjukkan spektra MS untuk produk metil palmitat. . Kata kunci : metil palmitat, esterifikasi, Al3+-bentonit

vii Skripsi


Siti Mariyam


Mariyam, S., 2012, Palmitic Acid Esterification into Methyl Palmitic Using Al³⁺-Bentonite Catalyst, This study is under guidance of Dr. Nanik Siti Aminah, M.Si. and Abdulloh, S.Si., M.Si., Chemistry Department, Science and Technology Faculty, Airlangga University, Surabaya ABSTRACT Palmitic acid is one of many fatty acids derived from vegetable and animal oils. One of the palmitic acid derivative is methyl palmitate. This research is purposed to use Al3+-bentonite in esterification of palmitic acid into methyl palmitate. Besides that, this research is to find out the conversion of methyl palmitate using Al3+-bentonite was compared using commercial bentonite and natural bentonite. This research was started with made Al3+-bentonite from commercial bentonite and natural bentonite followed by characterizations using XRD and FT-IR. Al3+-bentonite were applied in esterification of palmitic acid into methyl palmitic to find its convertion in 0,5; 1; 2; 3; 4; 5; 6; and 7 hour with heating at 65°C. Furthermore, the total conversion value of methyl palmitate was determined. The maximum conversion value of methyl palmitate with Al3+bentonite commercial were 59,14% and 82,23% with natural Al3+-bentonite. The result of GC-MS analysis gave MS spectra some products of esterification. Keywords : methyl palmitate, esterification, Al3+-bentonite

viii Skripsi


Siti Mariyam


DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL ...................................................................................... i LEMBAR PERNYATAAN ............................................................................ ii LEMBAR PENGESAHAN ............................................................................. iii LEMBAR PENGGUNAAN SKRIPSI ............................................................ iv KATA PENGANTAR .................................................................................... v ABSTRAK ..................................................................................................... vii ABSTRACK ................................................................................................... viii DAFTAR ISI .................................................................................................. ix DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... xi DAFTAR TABEL .......................................................................................... xii DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................... xiii BAB I.

PENDAHULUAN............................................................................ 1.1 Latar Belakang Masalah .................................................... 1.2 Rumusan Masalah ............................................................. 1.3 Tujuan Penelitian .............................................................. 1.4 Manfaat Penelitian.............................................................

1 1 3 4 4

BAB II.

TINJAUAN PUSTAKA................................................................ 2.1 Asam Palmitat ................................................................... 2.2 Metil Palmitat.................................................................... 2.3 Bentonit ............................................................................ 2.4 Pertukaran Kation (cation exchange) ................................. 2.5 Esterifikasi ........................................................................ 2.6 Katalis ............................................................................... 2.7 Adsorpsi............... ............................................................ 2.8 Karakteristik Metil Palmitat............................................... 2.8.1 Bilangan Asam .................................................... 2.9 Difraksi Sinar-X ............................................................ 2.10 Fourier Transform-Infrared (FT-IR) ................................. 2.11 Kromatografi Gas-Spektrometri Massa ..............................

5 5 5 6 10 11 12 13 14 14 15 17 20

BAB III.

METODE PENELITIAN... ........................................................... 3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ............................................ 3.2 Alat dan Bahan ............................................................ 3.2.1 Alat-alat ............................................................ 3.2.2 Bahan-bahan ........................................................ 3.3 Diagram Alir Penelitian ..................................................... 3.3.1 Pembuatan Katalis Al3+-bentonit ............................... 3.3.2 Pembuatan Metil Palmitat ......................................... 3.4 Metode Penelitian ............................................................ 3.4.1 Pembuatan larutan KOH 0,1 N............................. 3.4.2 Pembuatan larutan Baku Asam Oksalat ................

23 23 23 23 23 24 24 25 26 26 26

ix Skripsi


Siti Mariyam


3.4.3 3.4.4 3.4.5 3.4.6

Pembuatan larutan AlCl3 0,5 M ............................ Pembuatan Phenolphtalein 1% ........................... Pembuatan katalis Al3+-bentonit........................... Karakterisasi katalis Al3+-bentonit ....................... 3.4.6.1 Analisis Difraksi Sinar-X (XRD).............. 3.4.6.2 Penentuan Situs Asam Al3+-bentonit......... 3.4.6.3 Analisis FT-IR ......................................... 3.4.6.4 Analisis BET ............................................ Pembuatan Metil Palmitat .................................... 3.4.7.1 Analisis Bilangan Asam ........................... 3.4.7.2 Analisis GC-MS .......................................

26 26 27 27 27 27 28 29 29 29 30

HASIL DAN PEMBAHASAN................ ...................................... 4.1 Pencucian bentonit Turen Malang ..................................... 4.2 Pembuatan katalis Al3+-bentonit ........................................ 4.3 Karakterisasi katalis Al3+-bentonit ..................................... 4.3.1 Struktur Al3+-bentonit ............................................... 4.3.2 Situs Asam Al3+-bentonit .......................................... 4.3.3 Luas permukaan Al3+-bentonit .................................. 4.4 Aktivitas katalis Al3+-bentonit pada esterifikasi asam palmitat..................... ......................................................... 4.4.1 Konversi metil palmitat............................................. 4.4.2 karakterisasi metil palmitat menggunakan GCMS .....

31 31 32 33 33 35 38

3.4.7

BAB IV.

BAB V

39 40 42

KESIMPULAN DAN SARAN ...................................................... 45 5.1 Kesimpulan................... ..................................................... 45 5.2 Saran.................................................... ............................... 45

DAFTAR PUSTAKA............................................................................... ......... 47 LAMPIRAN.............................................................................................. ......... 51

x Skripsi


Siti Mariyam


DAFTAR GAMBAR No.

Judul

2.1 2.2 2.3 2.4

Struktur 3 dimensi asam palmitat................................... Struktur 3 dimensi metil palmitat.................................. Struktur tiga dimensi montmorillonit............................. Struktur dua lapisan kation montmorillonit dengan interlayer dan air............................................................. Reaksi esterifikasi dengan katalis asam......................... Difraksi Bragg sinar-X................................................... Spesies piridin yang terbentuk melalui interaksi dengan katalis................................................................. Spektrum FT-IR Al3+-bentonit....................................... Pola fragmentasi asam palmitat..................................... Pola fragmentasi metil palmitat...................................... Lempung bentonit Turen Malang................................... Katalis Al3+-bentonit alam dan Al3+-bentonit komersial Spektrum XRD bentonit alam dan Al3+-bentonit alam Spektrum XRD bentonit komersial dan Al3+-bentonit komersial......................................................................... Spesies piridin-Bronsted, piridin yang berikatan hidrogen dengan OH-bentonit, piridin-Lewis................ Spektrum FT-IR Al3+-bentonit alam............................... Spektrum FT-IR Al3+-bentonit komersial....................... Hasil esterifikasi (metil palmitat)................................... Grafik perbandingan konversi metil palmitat................ KromatogramGC metil palmitat menggunakan Al3+bentonit alam................................................................. Spektrum massa produk metil palmitat.......................... KromatogramGC metil palmitat menggunakan Al3+bentonit komersial.................................................... Spektrum massa produk metil palmitat menggunakan Al3+-bentonit komersial.................................................. Pola fragmentasi metil palmitat......................................

2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 4.10 4.11 4.12 4.13 4.14

Halaman 5 6 8 10 12 16 19 19 22 22 31 33 34 35 37 38 38 40 41 43 43 44 44 45

xi Skripsi


Siti Mariyam


DAFTAR TABEL No.

Judul

Halaman

2.1 4.1 4.2 4.3

Sifat-sifat Na-bentonit dan Ca-bentonit ........................ Data XRD bentonit......................................................... Hasil analisa luas permukaan bentonit........................... Hasil perhitungan bilangan asam dan nilai konversi metil palmitat.................................................................

9 35 39 41

xii Skripsi


Siti Mariyam


DAFTAR LAMPIRAN Lampiran

Judul Lampiran

Lampiran 1 Lampiran 2 Lampiran 3 Lampiran 4 Lampiran 5 Lampiran 6 Lampiran 7 Lampiran 8 Lampiran 9 Lampiran 10 Lampiran 11 Lampiran 12

Difraktogram XRD Bentonit alam Turen-Malang Difraktogram XRD Bentonit komersial Difraktogram XRD Al3+-bentonit alam Turen-Malang Difraktogram XRD Al3+-bentonit Komersial Spektrum FT-IR Bentonit alam Spektrum FT-IR Bentonit komersial Spektrum FT-IR Al3+-bentonit alam Turen-Malang Spektrum FT-IR Al3+-bentonit komersial Perhitungan jumlah situs asam Br Ønsted dan Lewis Perhitungan bilangan asam metil palmitat Kromatogram dan Spektrum massa metil palmitat Hasil BET bentonit

xiii Skripsi


Siti Mariyam


BAB I PENDAHULUAN

1.1

Latar Belakang Asam palmitat merupakan salah satu dari sekian banyak asam lemak yang

berasal dari minyak nabati dan hewani. Minyak kelapa mengandung 92% asam palmitat, minyak kelapa sawit mengandung 50% asam palmitat dan minyak jarak pagar mengandung asam palmitat sekitar 19,5% (Akintayo, 2004). Salah satu turunan asam palmitat adalah metil palmitat. Senyawa ini banyak dimanfaatkan di bidang industri, yaitu kosmetik, parfum, bumbu masakan, dan biodiesel. Metil palmitat dapat disintesis melalui reaksi esterifikasi menggunakan katalis asam. Katalis asam yang digunakan dapat berada dalam satu fasa (katalis asam homogen) atau berbeda fasa (katalis asam heterogen). Pemakaian katalis heterogen di industri lebih disukai daripada katalis homogen, karena katalis heterogen mudah dipisahkan dari produk, tidak membutuhkan proses netralisasi di akhir reaksi, dapat dipakai berulang-ulang dan ramah lingkungan. Sedangkan katalis homogen susah dipisahkan dari produk, membutuhkan proses netralisasi di akhir reaksi, sehingga tidak bisa digunakan kembali dan berpotensi mencemari lingkungan. (Carmo, et al 2009). Salah satu katalis heterogen yang dapat dimanfaatkan untuk reaksi esterifikasi adalah bentonit. Bentonit merupakan tanah liat yang memiliki kandungan utama berupa mineral monmorilonit (80%). Struktur monmorilonit terdiri dari tiga lapisan yaitu satu lapisan alumina berbentuk oktahedral pada

1 Skripsi


Siti Mariyam


bagian tengah diapit oleh dua buah lapisan silika berbentuk tetrahedral (Syuhada, 2009). Sebagai katalis, bentonit memiliki karakter keasaman, yaitu Lewis dan BrØnsted (Reddy, 2002). Beberapa studi penggunaan bentonit sebagai katalis yang telah dilaporkan adalah: reaksi esterifikasi asam fenilasetat dengan fenol menghasilkan fenil asetat dengan konversi 67% selama 6 jam (Akintayo, 2004), reaksi esterifikasi anhidrida suksinat dengan p-kresol dalam (p-kresol) suksinat dengan konversi 75% selama 8 jam (Reddy, 2004), reaksi esterifikasi asam suksinat dengan iso butanol menjadi di-(iso-butil) suksinat dengan konversi 96% selama 8 jam (Reddy, 2005) dan reaksi esterifikasi asam propanoat dengan p-kresol menjadi p-kresil propanoat dengan konversi 88% selama 8 jam (Reddy, 2007). Lempung bentonit di Indonesia terbesar di Pulau Jawa, Sumatera, sebagian Kalimantan dan Sulawesi, dengan cadangan diperkirakan lebih dari 380 juta ton. Di Pulau Jawa, bentonit banyak tersebar di wilayah Jawa Timur khususnya daerah Pacitan, Malang dan Ponorogo. Berdasarkan uraian tersebut, maka pada penelitian ini akan dilakukan modifikasi bentonit Turen Malang untuk reaksi esterifikasi asam palmitat menjadi metil palmitat. Modifikasi yang dilakukan antara lain dengan pertukaran kation pada ruang antar lembaran aluminasilikat (cation exchange). Pertukaran kation dilakukan dengan menggunakan larutan Al3+. Kation Al3+ dipilih karena kation ini memiliki densitas muatan cation exchange yang paling besar diantara kation yang lain sehingga berpengaruh terhadap daya polarisasi dan jumlah situs asam. Untuk mengetahui efektifitas pemanfaatan katalis Al3+-bentonit

Skripsi


hasil modifikasi

Siti Mariyam


bentonit alam Turen, maka perlu dibandingkan kinerja katalis tersebut dengan katalis yang sama hasil modifikasi bentonit komersial. Bentonit yang telah dimodifikasi harus dikarakterisasi meliputi struktur, kandungan situs asam serta luas permukaannya untuk mengetahui kualitas dari bentonit tersebut. Apabila bentonit yang telah dimodifikasi memiliki karakteristik yang baik, maka bentonit tersebut dapat dilakukan uji pada reaksi esterifikasi asam palmitat menjadi metil palmitat.

1.2

Rumusan Masalah Dari latar belakang yang telah diuraikan maka dapat dirumuskan

permasalahan sebagai berikut : 1. Bagaimana karakteristik yang meliputi struktur, kandungan situs asam serta luas permukaan pada katalis Al3+-bentonit alam Turen Malang dan Al3+bentonit komersial? 2. Apakah Al3+-bentonit alam Turen Malang dan Al3+-bentonit komersial dapat dimanfaatkan sebagai katalis pada reaksi esterifikasi asam palmitat menjadi metil palmitat? 3. Berapakah konversi yang diperoleh pada reaksi esterifikasi asam palmitat menjadi metil palmitat dengan menggunakan katalis Al3+-bentonit alam Turen Malang dan Al3+-bentonit komersial?

Skripsi


Siti Mariyam


1.3

Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut :

1. Mengetahui karakteristik yang meliputi struktur, situs asam, dan luas permukaan pada katalis Al3+-bentonit alam Turen Malang dan Al3+-bentonit komersial. 2. Memanfaatkan Al3+-bentonit alam Turen Malang dan Al3+-bentonit komersial sebagai katalis dalam reaksi esterifikasi asam palmitat menjadi metil palmitat. 3. Mengetahui konversi yang diperoleh pada reaksi esterifikasi asam palmitat menjadi metil palmitat dengan menggunakan katalis Al3+-bentonit alam Turen Malang dan Al3+-bentonit komersial.

1.4

Manfaat Penelitian Memberikan informasi mengenai pemanfaatan Al3+- bentonit alam Turen

Malang dan Al3+-bentonit komersial sebagai katalis untuk reaksi esterifikasi asam palmitat sebagai pengganti katalis homogen sehingga dapat digunakan sebagai bahan dasar dalam berbagai industri seperti industri kosmetik, parfum, bumbu masakan dan biodiesel.

Skripsi


Siti Mariyam


BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1

Asam Palmitat Asam palmitat merupakan asam lemak jenuh yang tersusun dari 16 atom

karbon CH3(CH2)14COOH. Pada suhu ruang, asam palmitat berwujud padat berwarna putih. Asam palmitat memiliki massa molar sebesar 256,42 g/mol dan memiliki densitas 0,853 g/cm3 pada suhu 62°C. Titik leleh dari asam palmitat adalah 62,9°C, sedangkan titik didihnya sebesar 351-352°C. Asam palmitat tidak larut dalam air. Dalam industri, asam palmitat banyak dimanfaatkan dalam bidang kosmetika dan pewarnaan. Dari segi gizi, asam palmitat merupakan sumber kalori penting namun memiliki daya antioksidan yang rendah. (Merck, 2001)

Gambar 2.1 Struktur 3 dimensi asam palmitat

2.2

Metil Palmitat Metil palmitat merupakan suatu alkil ester yang memiliki rumus molekul

CH3(CH2)14COOCH3. Metil palmitat memiliki massa molar sebesar 270,46 g/mol. Titik leleh dari metil palmitat adalah 30°C, sedangkan titik didihnya pada suhu 415-418°C. Metil palmitat tidak larut dalam air dan memiliki densitas sebesar 0,852 g/cm3. Dibandingkan dengan asam palmitat, metil palmitat memiliki 5 Skripsi


Siti Mariyam


manfaat yang lebih beragam. Senyawa ini banyak dimanfaatkan di bidang industri, yaitu kosmetik, parfum, bumbu masakan, dan biodiesel. (Merck, 2001).

Gambar 2.2 Struktur 3 dimensi metil palmitat

2.3

Bentonit Bentonit adalah istilah pada lempung yang mengandung

80%

montmorilonit dalam dunia perdagangan. Lempung bentonit di Indonesia terbesar di Pulau Jawa, Sumatera, sebagian Kalimantan dan Sulawesi, dengan cadangan diperkirakan lebih dari 380 juta ton. Bentonit mempunyai kemampuan mengembang yang tinggi karena adanya ruang anterlamellar yang dapat dimasuki oleh air. Ruangan ini terbentuk dari unit-unit lapisan silika-alumina-silika, atom oksigen dan hidroksil yang bertumpuk secara paralel (Tan, 1991) Struktur montmorillonit terdiri dari dua tipe struktur smektit yaitu struktur menurut (1) Hoffman dan Endell dan (2) Edelman dan Favajee. Kedua hipotesis tersebut menunjukkan kesamaan dalam hal struktur sel unit yang dianggap simetris. Satu lembar oktahedral aluminium diapit oleh dua lembar tetrahedral silika. Lapisan-lapisan kristal bertumpuk dalam pola acak, sedang beberapa dari mineral tersebut bahkan berbentuk serat dengan ikatan yang menahan lapisanlapisan bersama secara nisbi lemah.

Skripsi


Siti Mariyam


Perbedaan antara Hoffman dan Endell dengan struktur Edelman dan Favajee terletak pada susunan jaringan tetrahedral silikanya. Edelman dan Favajee berpendapat bahwa ada suatu susunan alternatif dari tetrahedral silika dengan ikatan Si-O-Si bersudut 180 °C, dengan bidang dasar yang terdiri atas gugusgugus OH yang terikat pada silika dalam tetrahedron (Tan, 1991). Bentonit mempunyai muatan negatif pada permukaannya, sehingga memungkinkan terjadinya reaksi pertukaran ion. Muatan negatif pada permukaan bentonit dapat menarik kation-kation dengan gaya elektrostatik. Reaksi pertukaran kation merupakan reaksi stoikiometri untuk mempertahankan elektronetralitas tanah. Reaksi pertukaran kation dalam bentonit dapat terjadi karena substitusi isomorfous atom Al dalam lembar oktahedral. Pertukaran kation hanya bisa dilakukan pada kation yang terletak diantara lapisan supaya tidak mempengaruhi struktur silika-alumina (Yulianto, 2008). Masuknya kation ke dalam ruang antarlapis struktur lempung pada dasarnya merupakan ion penyeimbang (counterion) muatan negatif. Kation tersebut dapat dipertukarkan dengan kation lain yang mempunyai ikatan lebih kuat. Kekuatan pertukaran ion adalah Na + < K+ < Ca2+ < Mg2+ < NH4+ , yang berarti kation NH4+ dapat menukar ion-ion Na+ , K+ , Ca2+, dan Mg2+ (Grim, 1968) Penggantian atom valensi positif rendah terhadap atom valensi lebih tinggi mengakibatkan terjadinya kekurangan muatan positif atau terjadi kelebihan muatan negatif. Kelebihan muatan negatif pada lapisan ini menyebabkan adanya adsorpsi permukaan lapisan terhadap kation. Muatan yang terbentuk bisa disetimbangkan melalui adsorpsi kation yang masuk ke dalam ruang interlamellar.

Skripsi


Siti Mariyam


Kation dengan valensi lebih rendah diadsorpsi kurang kuat dan tidak efisien dari pada kation dengan valensi lebih besar. Tetapi hal ini tidak bisa terjadi pada ion Hidrogen karena sifat-sifat hidrasinya yang tidak tentu (Foth, 1988)

Gambar 2.3 Struktur tiga dimensi montmorillonit ( Itälä, 2009)

Bentonit diklasifikasikan menjadi dua kelompok yaitu natrium bentonit dan kalsium bentonit. Pengelompokan ini berdasarkan jenis kation yang mudah dipertukarkan. Natrium bentonit merupakan jenis bentonit dimana kation Na + mudah dipertukarkan (Onal et al., 2000). Natrium bentonit mengandung lebih banyak ion Na+ dibandingkan ion Ca2+ dan Mg2+. Bentonit ini dapat mengembang hingga 8-15 kali apabila dicelupkan ke dalam air. Sedangkan kalsium bentonit memiliki kandungan Ca2+ dan Mg2+ lebih banyak dari Na+ serta mudah dipertukarkan. Bentonit jenis ini memiliki sifat sedikit menyerap sehingga apabila didispersikan dalam air akan cepat mengendap (Syuhada, 2009). Sifat-sifat Nabentonit dan Ca-bentonit dapat dilihat pada tabel 2.1

Skripsi


Siti Mariyam


Tabel 2.1 Sifat-sifat Na-bentonit dan Ca-bentonit (Sukandarrumidi, 1990) Sifat Fisik

Ca-bentonit

Na-bentonit

Kekuatan dalam keadaan basah

Tinggi

Sedang

Perkembangan daya ikat

Cepat

Sedang

Kekuatan tekan

Sedang

Tinggi

Panas

Rendah

Tinggi

Kering

Rendah

Tinggi

Rendah

Tinggi

Tidak baik

Sangat baik

Sangat baik

Sedang

Mudah

Sukar

Keawetan : Daya tahan terhadap penyusutan Daya mengembang Kemantapan

terhadap

panas

pada

temperatur cetak Daya mengalirkan listrik

Bentonit memiliki banyak manfaat antara lain, natrium bentonit digunakan sebagai lumpur pembilas pada kegiatan pemboran, penyumbat kebocoran bendungan dan kolam, serta dalam industri minyak sawit. Sedangkan kalsium bentonit digunakan sebagai bahan pemucat warna pada proses pemurnian minyak goreng, katalis pada industri kimia, zat pemutih, zat penyerap, dan sebagai filter pada industri kertas dan polimer (Syuhada, 2009). Sebagai katalis, bentonit memiliki karakter keasaman BrØnsted, Lewis atau keduanya. Keasaman Lewis dikarenakan kation Al3+ dan Fe3+ yang terletak pada tepi kristal. Keasaman Lewis dapat ditingkatkan dengan pertukaran kation

Skripsi


Siti Mariyam


pada interlayer dengan kation lain seperti Al3+, Fe3+, NH4+, dan H3O+ (Reddy, 2007). Keasaman BrØnsted dipengaruhi oleh jumlah air didalam kristal. Bila bentonit dipanaskan pada suhu 100ºC, maka sebagian besar air pada interlayer akan hilang sampai tersisa kira-kira 5% total air dalam bentonit. Pada keadaan ini keasaman Bronsted akan meningkat. Bila dipanaskan lagi pada temperatur yang lebih tinggi (sekitar 200-400ºC), maka air pada interlayer akan hilang semuanya sehingga keasaman BrØnsted akan menurun sedangkan keasaman Lewis akan meningkat. Pemanasan yang lebih tinggi lagi (sekitar 450ºC dan diatasnya) akan menyebabkan dehidroksilasi pada lapisan aluminasilikat sehingga menghasilkan padatan amorf (Yahiaoui et al., 2003).

Gambar 2.4 Struktur dua lapisan kation montmorillonit dengan interlayer dan air (Itälä, 2009) 2.4

Pertukaran Kation (cation exchange) Pertukaran kation merupakan proses dimana kation dari larutan bertukar

dengan kation yang berada pada interlayer dari bentonit. Interlayer pada bentonit terdiri dari kation-kation yang mudah dipertukarkan. Substitusi isomorf pada permukaan bentonit misalkan Si4+ dengan Al3+ pada lapisan tetrahedral, Al3+ oleh

Skripsi


Siti Mariyam


Mg2+ pada lapisan octahedral, menyebabkan kelebihan muatan negatif pada permukaannya. Muatan negatif ini dapat diseimbangkan dengan melakukan adsorpsi kation ke dalam interlayer dari bentonit atau dengan mensubstitusi balik menggunakan kation yang bermuatan lebih (Kloprogge, 1998). Kation-kation yang dapat dipertukarkan dengan kation yang berada pada interlayer antara lain kation logam maupun kation nonlogam, misalnya H 3O+, NH4+, Al3+, dan Fe3+. Syarat kation yang dapat dipertukarkan dengan kation lain adalah memiliki ikatan yang kuat (Reddy, 2002).

2.5

Esterifikasi Esterifikasi adalah suatu reaksi ionik yang merupakan gabungan dari

reaksi adisi dan reaksi penataan ulang eliminasi. Esterifikasi juga dapat didefinisikan sebagai reaksi antara asam karboksilat dan alkohol (Gandhi, 2007). Esterifikasi dapat dilakukan dengan menggunakan katalis enzim (lipase) dan asam anorganik (asam sulfat dan asam klorida), dengan berbagai variasi alkohol biasanya metanol, etanol, propanol, butanol, dan amil alkohol. Di antara alkohol tersebut yang paling sering digunakan adalah metanol karena harganya murah dan merupakan alkohol yang paling sederhana (Ozgulsun, 2008). Esterifikasi dengan katalis basa umumnya jauh lebih cepat dibandingkan dengan esterifikasi dengan katalis asam, sehingga katalis basa sering digunakan dalam skala komersial. Pada reaksi esterifikasi, kadar asam lemak harus diusahakan seminim mungkin sampai 1%, kadar asam lemak bebas akan mengurangi keaktifan katalis basa dan juga asam lemak bebas akan bereaksi

Skripsi


Siti Mariyam


dengan sebagian katalis basa tersebut membentuk sabun (Tiwari et al, 2007). Keuntungan dalam menggunakan katalis basa yaitu reaksi dapat berlangsung lebih cepat. Akan tetapi, kelemahan dari katalis basa yaitu tidak dapat digunakan secara langsung pada minyak yang mempunyai kandungan asam lemak bebas yang tinggi (Tiwari et al, 2007). O

O

+

R

C

O

H

R

O R

O

H

C

H O

C

OH2

-H2O

R'-O-H R

C

O

+

-H R'

R

C

O

R'

Ester Gambar 2.5 Reaksi Esterifikasi dengan katalis asam

2.6

Katalis Fungsi dari katalis adalah untuk mempercepat reaksi dengan menurunkan

energi aktivasi reaksi tetapi tidak merubah letak kesetimbangan. Reaksi esterifikasi yang dijalankan tanpa menggunakan katalis membutuhkan suhu 25°C untuk menjalankan reaksi. Katalis yang sering digunakan adalah asam, basa, dan penukar ion. Dengan katalis basa, reaksi dapat berjalan pada suhu kamar, sedang dengan katalis asam suhu yang dibutuhkan yaitu 100 °C (Kirk, 1992). Katalis yang digunakan dapat berupa katalis homogen atau heterogen. Katalis homogen adalah katalis yang mempunyai fase yang sama dengan reaktan dan produk, sedangkan katalis heterogen adalah katalis yang fasenya berbeda dengan reaktan dan produknya (Widyastuti, 2007). KOH dan NaOH dalam alkohol adalah jenis katalis homogen yang paling sering digunakan.

Skripsi


Siti Mariyam


Penggunaan katalis homogen memiliki beberapa kelemahan diantaranya sulit dipisahkan dari produk dan tidak ramah lingkungan. Katalis homogen tidak dapat digunakan kembali sehingga dapat menimbulkan polusi tanah serta proses penggunaan katalis homogen memerlukan biaya yang tidak murah. Berbeda dengan katalis homogen, katalis heterogen lebih ramah lingkungan, serta dapat digunakan kembali setelah beberapa kali pemakaian. Disamping itu, penggunaan katalis heterogen cukup murah dibandingkan dengan katalis homogen (Mäki, et al., 2004). Oleh karena itu, katalis heterogen kini mulai diaplikasikan oleh beberapa industri karena mudah dipisahkan dari produk dengan filtrasi, dan dapat digunakan kembali dalam jangka waktu yang cukup lama (Yadav & Thathagar, 2002).

2.7

Adsorpsi Adsorpsi adalah suatu fenomena permukaan dimana molekul-molekul gas

atau cairan menempel pada permukaan zat lain (biasanya padatan) dan membentuk lapisan tipis yang menutupi permukaan tersebut ( Hampel dan Hawley, 1982). Pengertian ini berbeda dengan absorbsi, yaitu proses transfer massa dimana absorbat terserap ke dalam seluruh bagian volume dari absorben (Maludzinska, 1990). Ditinjau dari gaya yang terjadi selama proses, adsorpsi dapat dibedakan menjadi dua jenis yaitu adsorpsi fisika dan adsorpsi kimia. Adsorpsi fisika adalah proses adsorpsi yang melibatkan gaya-gaya van der waals yang merupakan hasil interaksi dipol-dipol pada jarak pendek. Peranannya hanya penting pada jarak

Skripsi


Siti Mariyam


dekat oleh karena gaya ini menurun secara drastis dengan jarak. Sedangkan adsorpsi kimia atau “kemisorpsi” melibatkan suatu ikatan kimia. Ikatan yang terlibat biasanya adalah ikatan hidrogen, ikatan elektrostatik dan reaksi koordinsai. Pada umumnya adsorpsi dinyatakan dengan isoterm adsorpsinya, yaitu menunjukkan hubungan hubungan konsentrasi-konsentrasi dari bahan teradsorpsi pada suatu suhu tetap.

2.8

Karakteristik metil palmitat Untuk mengetahui kualitas metil palmitat yang dihasilkan, maka dilakukan

analisis terhadap karakteristik metil palmitat menggunakan metode ASTM 2.8.1 Bilangan Asam Bilangan asam merupakan bilangan yang menyatakan jumlah miligram NaOH yang dibutuhkan untuk menetralkan asam lemak bebas dari suatu minyak atau lemak. Bilangan asam dapat digunakan untuk mengetahui jumlah asam lemak bebas pada minyak atau lemak (Sudarmaji, 1997). Bilangan asam dapat dihitung menggunakan rumus : Bilangan Asam =

V x N x Mr G

Keterangan : N = Volume NaOH untuk titrasi (mL) Mr = Massa molekul relatif NaOH G = Berat sampel (g)

2.9

Skripsi

Difraksi Sinar-X


Siti Mariyam


Sinar-X dihasilkan dalam tabung sinar-X. Elektron keluar dari katoda lalu dipercepat oleh sumber tegangan tinggi di dalam vakum anoda berupa logam. Elektron yang berasal dari katoda, selanjutnya menumbuk logam. Tumbukan ini mengakibatkan elektron dalam (misalnya kulit K) atom logam tersebut terlepas. Atom tertinggal dalam keadaan tereksitasi yang bukan keadaan stabil. Maka terjadilah pengisian kekosongan kulit oleh elektron dari kulit yang lebih luar. Perpindahan ini disertai dengan pancaran radiasi dengan panjang gelombang tertentu. Pancaran ini merupakan spektrum yang terdiri dari Kα dan Kβ. Spektrum Kα memiliki intensitas yang lebih besar daripada Kβ. Selanjutnya, kedua spektrum ini masuk pada monokromator dan dihasilkan sinar-X monokromatik (berasal dari spektrum Kα) yang diperlukan untuk difraksi (Sudarningsih, 2008). Pada tahun 1912 fisikawan Jerman Von Laue menyatakan bahwa kristal terdiri dari barisan atom-atom yang teratur sedangkan sinar-X adalah gelombang yang memiliki panjang gelombang mendekati jarak antar atom pada kristal, maka kristal tersebut mendifraksikan sinar-X. Letak dan intensitas dari sinar difraksi ditentukan oleh geometri kristal serta letak dari komponen-komponen atom penyusun kristal (Ladd, et.al, 1986). Pernyataan yang disampaikan oleh Von Laue ini kemudian dikembangkan oleh fisikawan Inggris W.L Bragg. Pada tahun 1913 Bragg menyatakan bahwa berkas sinar-X monokromatik yang jatuh pada kristal, akan didifraksikan kesegala arah. Namun demikian, keteraturan letak atom-atom membuat gelombang hambur memiliki interferensi pada arah tertentu, yaitu interferensi konstruktif dan

Skripsi


Siti Mariyam


destruktif. Radiasi yang didifraksikan oleh atom kristal harus berada pada fase dan interferensi konstruktif yang ditunjukkan oleh gambar 2.6

Gambar 2.6 Difraksi Bragg sinar-X

Sinar-X jatuh pada kristal dengan panjang gelombang nλ dengan sudut θ tehadap permukaan himpunan bidang Bragg yang jarak antar bidangnya d. Ketentuan terjadinya interferensi konstruktif yaitu, sinar yang terdifraksi harus sejajar dan beda jarak jalannya tepat λ, 2λ, 3λ dan seterusnya. Berkas sinar-X yang didifraksikan oleh atom A dan atom B yang memenuhi persamaan berikut ini yang dikenal dengan Persamaan Bragg 2d sin θ = n λ Ketentuan; n adalah sudut difraksi, λ adalah panjang gelombang, d adalah jarak antar bidang dan n adalah orde refleksi (1,2,3,4,...). Difraksi sinar-X merupakan teknik non-magnetik yang dapat memberi informasi tentang jenis mineral yang terdapat dari material. Ada dua metode difraksi sinar-X yang digunakan, yaitu metode kristal tunggal (X-ray single crystal) dan metode bubuk (X-ray powder). Metode kristal tunggal digunakan dalam identifikasi kualitatif sampel kristal sempurna yang berukuran 0,3 mm.

Skripsi


Siti Mariyam


Metode ini juga digunakan untuk elusidasi struktur senyawa baru, baik bahan alam maupun molekul sintetik. Metode bubuk (X-ray powder) banyak digunakan dalam identifikasi kualitatif pada senyawa-senyawa kristalin atau senyawasenyawa yang memiliki fase kristalin. Setiap kristal memiliki pola serbuk yang unik yang dapat digunakan sebagai fingerprint untuk tujuan identifikasi. Oleh karena itu, suatu zat padat dapat diidentifikasi berdasarkan pola serbuknya. Metode bubuk (X-ray powder) banyak digunakan untuk analisis, karena memiliki sumber referensi yang digunakan untuk mengidentifikasi kristal yang belum diketahui. Sumber referensi ini adalah Powder diffraction File (Joint Committee on Powder Diffraction Standards, Swarthmore, USA) yang dikenal dengan data ASTM. Data ini memuat kira-kira 3500 material (kristal) (West, 1984).

2.10 Fourier Transform-Infrared (FT-IR) FT-IR merupakan pengembangan instrumen spektrometer IR yang dapat digunakan untuk mengidentifikasi adanya gugus fungsi. Prinsip kerja FT-IR hampir sama dengan IR, hanya berbeda pada sistem optiknya. Pada sistem optik FT-IR dipakai radiasi LASER yang berguna sebagai radiasi yang diinterferensikan dengan radiasi IR agar sinyal radiasi IR diterima oleh detektor secara utuh dan lebih baik. Dasar pemikiran FT-IR adalah deret persamaan gelombang elektronik yang dirumuskan oleh Jean Baptiste Fourier (1768-1830) sebagai : a0 + a1 cos ωt + a2 cos 2ωt + …+ b1 sin ωt + b2 sin 2ωt dimana a dan b merupakan suatu bilangan, t adalah waktu, ω adalah frekuensi sudut (radian/detik) (Mulja dan Suharman, 1995).

Skripsi


Siti Mariyam


Komponen

dasar

instrumen

FT-IR

antara

lain

sumber

radiasi,

interferometer, tempat sampel (sample compartment), detektor, dan komputer (alat pembacaan). Sumber radiasi berasal dari radiasi inframerah yang selanjutnya menuju interferometer. Dalam interferometer radiasi inframerah ini akan berinterferensi dengan sinar LASER. Selanjutnya berkas sinar meninggalkan interferometer dan masuk pada pada tempat sampel. Berkas cahaya ini ditransmisikan dan dipantulkan kembali oleh permukaan sampel. Pada tempat sampel inilah berkas sinar dengan frekuensi spesifik diabsorpsi. Selanjutnya berkas sinar masuk pada detektor dan sinyal interferogram diukur. Sinyal yang terukur kemudian dikirim ke komputer yang mana di dalamnya telah terdapat Fourier transformation. Salah satu aplikasi dari analisis FT-IR adalah penentuan situs asam Bronsted-Lewis

pada

Bentonit,

Zeolit,

asam

heteropoli,

dan

lain

sebagainya.Metode yang digunakan untuk penentuan keasaman ini adalah metode serapan piridin.Terdapat dua spesies asam yang terbentuk dari interaksi piridin dengan katalis. Spesies piridin-Brønsted (A) yang merupakan ion piridinium yang terbentuk karena adanya ikatan hidrogen antara N (piridin) dengan –OH dari mineral lempung dan terjadi transfer H+ dari sisi asam Brønsted, sedangkan spesies priridin-Lewis (C) terbentuk karena ikatan antara elektron yang tidak berpasangan pada atom nitrogen molekul piridin dengan sisi asam Lewis pada permukaan bentonit seperti Al atau Zn (Fatimah, 2009).Spesies-spesies piridin yang terbentuk melalui interaksi dengan katalis terdapat pada Gambar 2.7

Skripsi


Siti Mariyam


(A)

N

N

H

H

O

M

N

O

M

(B)

Al

(C)

Gambar 2.7. Spesies (A) piridin-Bronsted, (B) piridin yang berikatan hidrogen dengan OH-bentonit, (C) piridin-Lewis Menurut Parry (1963), daerah di sekitar 1440-1465 cm-1 telah menandakan adanya ikatan koordinasi antara sisi asam Lewis dengan piridin sedangkan sisi asam Bronsted muncul pada 1540 cm-1, 1640 cm-1 , dan 1485 cm-1. Menurut Tyagi et al. (2006) dalam Fatimah et al. (2008), sisi asam Lewis akan muncul di sekitar 1450-1455 cm-1, sedangkan sisi asam Bronsted muncul pada 1640 cm-1. Sedangkan menurut Nagendrapa et al (2008), Spektrum FT-IR Al3+-bentonit terdapat situs asam Lewis muncul pada bilangan gelombang 1450, 1490, 1590 dan 1620. Sedangkan situs asam Bronsted muncul pada bilangan gelombang 1540 dan 1640.

Gambar 2.8 Spektrum FT-IR Al3+-bentonit (Nagendrapa, 2008) 2.11

Kromatografi Gas-Spektrometri Massa Kromatografi gas-spektrometri massa merupakan metode instrumentasi

yang terdiri dari instrumen kromatografi gas dan spektrometer massa.

Skripsi


Siti Mariyam


Kromatografi gas digunakan untuk memisahkan komponen-komponen dalam campuran organik yang mudah menguap, sedangkan spektrometer massa digunakan untuk menganalisis setiap komponen dalam campuran organik tersebut sehingga dapat diketahui berat molekul serta pola fragmentasi dari senyawa organik tersebut (Shriner, 1998). Cara Kerja dari kromatografi gas-spektrometer massa ini yaitu larutan sampel dimasukkan pada sistem inlet alat kromatografi gas dengan cara penyuntikan menggunakan mikropipet. Agar tidak menimbulkan puncak-puncak berekor yang lebar, penyuntikan sampel harus dalam waktu yang sesingkatsingkatnya (Gritter, 1991). Jumlah sampel yang dapat dianalisis dengan instrument kromatografi gas hanya beberapa milligram hingga 200 mg. Jumlah sampel yang dimasukkan tidak boleh terlalu banyak karena dapat memberikan kromatogram yang tailing sehingga dapat mengakibatkan kesalahan analisis. Kemudian sampel diuapkan dan dialirkan menuju kolom kromatografi oleh gas pembawa inert seperti helium. Sampel yang telah terpisah kemudian masuk pada sistem spektrometer massa untuk dianalisis lebih lanjut, yaitu diubah menjadi ionionnya. Hasil dari analisis dengan menggunakan instrumen kromatografi gasspektrometer massa ini akan didapatkan dua data, yaitu kromatogram dari senyawa (hasil GC) serta spektrum massa (hasil MS) (Shriner, 1998). Kromatografi gas merupakan salah satu tipe kromatografi dimana fase pembawanya adalah gas seperti nitrogen atau helium sedangkan fase diamnya adalah padatan atau cairan yang inert. Sampel biasanya berwujud cairan pada temperatur kamar, tetapi dengan cepat dapat diubah menjadi gas sesaat setelah

Skripsi


Siti Mariyam


dimasukkan pada instrumen ini. Kolom kromatografi gas memiliki temperatur yang cukup tinggi untuk menjaga sampel tetap berada dalam fase gas selama dilakukan pemisahan pada kolom. Sampel yang telah terpisah dapat terdeteksi setelah melalui detektor. Detektor terhubung dengan recorder yang merekam kromatogram dari kromatografi gas (Fritz and Schenk, 1987). Komponen dasar pada instrumen kromatografi gas antara lain wadah gas murni bertekanan tinggi yang dilengkapi dengan pengatur tekanan, sistem pemasukan cuplikan atau injektor, tanur bertermostat, kolom dengan kemasan yang cocok, detektor (Gritter, 1991). Komponen dasar pada alat spektrometer massa antara lain sistem inlet sampel, sumber ion, sistem percepatan ion, pompa vakum, magnet, tabung analisator massa ion, serta sistem pengumpul (Fessenden and Fessenden, 1986). Pola fragmentasi asam palmitat dapat dilihat pada gambar 2.8, sedangkan metil palmitat pada gambar 2.9. Dari pola fragmentasi asam palmitat tersebut, puncakpuncak yang relatif tinggi terbentuk pada m/z 60 yang dihasilkan dari ion HOOCCH2•⁺ dan puncak asam palmitat terbentuk pada m/z 256. Sedangkan pada metil palmitat, puncak kelimpahan tertinggi terbentuk pada m/z 74 yang dihasilkan dari CH3OC(OH)CH2 •⁺ karena adanya McLafferty rearrangment dan puncak metil palmitat terbentuk pada m/z 270 (Silverstein et al, 1986).

Skripsi


Siti Mariyam


Gambar 2.9 Pola fragmentasi asam palmitat

Gambar 2.10 Pola fragmentasi metil palmitat

Skripsi


Siti Mariyam


BAB III METODE PENELITIAN

3.1

Tempat dan Waktu Penelitian Penelitian ini dilaksanakan mulai bulan Januari 2012 sampai dengan bulan

Juni 2012. Tempat penelitian dilakukan di Laboratorium Kimia Fisik, Departemen Kimia, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga Surabaya sebagai tempat perlakuan awal bentonit yakni preparasi katalis Al3+-Bentonit dan tempat pembuatan reaksi esterifikasi metil palmitat, Analisis akan dilakukan pada beberapa laboratorium di Indonesia.

3.2

Alat dan Bahan

3.2.1 Alat-alat Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah furnace, timbangan digital, seperangkat refluks, pengaduk magnetik, oven, krus porselen, hot plate, termometer, sentrifuge, rotatory vacum evaporator, ayakan dengan ukuran 200 mesh, desikator, termometer dan alat-alat gelas yang lazim digunakan di laboratorium, FT-IR, XRD, BET, dan GC-MS. 3.2.2 Bahan-bahan Asam palmitat, Bentonit alam Turen malang, Bentonit komersial SigmaAldrich, AlCl3 hidrat, AgNO3, CH3OH 99 %, asam oksalat, KOH, indikator phenolpthalein, n-heksana, C2H5OH, piridin, akuadem.

23

Skripsi


Siti Mariyam


3.3

Diagram Alir Penelitian

3.3.1 Pembuatan katalis Al3+-bentonit

Larutan AlCl3 0,5 M +5

g bentonit sintetik diaduk dalam 200 ml AlCl3 0,5 M selama 4 jam + disaring + dicuci dengan akuades hingga bebas ion ClAl3+-bentonit bebas Cldipanaskan pada suhu 120ºC selama 24 jam Padatan Al3+-bentonit dihaluskan dengan mortar Serbuk Al3+-bentonit Kalsinasi pada suhu 150ºC selama 3 jam

Katalis Al3+-bentonit Karakterisasi dengan XRD, FT-IR, BET, Situs asam Katalis Al3+-bentonit yang terkarakterisasi

Skripsi


Siti Mariyam


3.3.2 Reaksi esterifikasi asam palmitat Al3+-bentonit

metanol 99% Direfluks selama 30 menit

Katalis teraktivasi

asam palmitat

direfluks (pada suhu 65°C) metil palmitat + katalis disentrifugasi dievaporasi

metil palmitat

bentonit

Karakterisasi - GC-MS - bilangan asam

Metil-palmitat yang terkarakterisasi

Skripsi


Siti Mariyam


3.4 Metode Penelitian 3.4.1 Pembuatan larutan KOH 0,1N Sebanyak 3,30 g KOH ditimbang kemudian dilarutkan dengan akuades sebanyak 500 mL. Setelah itu campuran diaduk hingga terbentuk larutan yang homogen (Bassett, 1994). 3.4.2 Pembuatan larutan baku asam oksalat Sebanyak 0,6307 g asam oksalat ditimbang dengan teliti, kemudian dimasukkan ke dalam gelas beaker 100 mL. Setelah itu asam oksalat dilarutkan dengan menggunakan akuades sedikit demi sedikit dalam gelas beker. Selanjutnya, campuran dipindahkan secara kuantitatif ke dalam labu ukur 100 mL dan ditambahkan akuades hingga tanda batas. Campuran dikocok hingga terbentuk larutan yang homogen (Bassett, 1994) 3.4.3 Pembuatan larutan AlCl3 0,5 M Sebanyak 22,596 g serbuk AlCl3 dilarutkan ke dalam 200 mL akuades secara kuantitatif. Mula-mula, sebagian serbuk dicampur terlebih dahulu di dalam gelas beaker 200 mL dengan akuades 100 mL. Setelah larut, sisa serbuk ditambahkan kemudian diaduk sampai larut sempurna (Bassett, 1994) 3.4.4 Pembuatan Phenolpthalein 1% Sebanyak 1,00 g phenolpthalein ditimbang dengan teliti, kemudian dimasukkan ke dalam gelas piala 250 mL dan dilarutkan menggunakan 60 mL alkohol 70%. Setelah itu campuran diencerkan dengan akuades sampai volumenya 100 mL (Bassett, 1994)

Skripsi


Siti Mariyam


3.4.5 Pembuatan katalis Al3+-bentonit Sebanyak 5 g bentonit dicampurkan dengan larutan AlCl3 0,5 M dalam 200 mL akuadem. Kemudian distirer selama 4 jam dan disaring. Endapan bentonit dicuci dengan akuadem sampai bebas anion Cl- (dilakukan uji kualitatif dengan AgNO3). Bentonit yang telah bebas dari Cl- dipanaskan pada suhu 120 °C selama 4 jam kemudian hasilnya dihaluskan hingga berbentuk serbuk dengan menggunakan mortar. Setelah ditumbuk, serbuk bentonit kemudian dikalsinasi pada suhu 150°C selama 4 jam. Kemudian bentonit yang telah jadi disimpan dalam desikator dan dianalisis menggunakan XRD dan FT-IR (Reddy, 2009).

3.4.6 Karakterisasi Katalis Al3+-Bentonit 3.4.6.1 Analisis difraksi sinar-X (XRD) Analisis difraksi sinar-X dilakukan untuk mengetahui struktur Al3+bentonit. Data yang diperoleh dari analisis dengan difraksi sinar-X ini disajikan dalam bentuk grafik yang absis dan ordinatnya menyatakan sudut difraksi dan intensitas difraksi. Perubahan struktur bentonit dapat ditentukan dengan cara membandingkan besarnya sudut difraksi dan intensitas difraksi dari difraktogram antara struktur bentonit. 3.4.6.2 Penentuan situs asam Al3+-bentonit Sebanyak 0,5 g Al3+-bentonit dimasukkan dalam kurs porselein, ditimbang bersama kurs porselein kemudian dipanaskan pada suhu 110°C selama 1 jam. Setelah itu, didinginkan dalam desikator yang telah vakum. Ke dalam desikator tersebut, dialiri 10 mL larutan piridin kemudian desikator dipanaskan dengan

Skripsi


Siti Mariyam


menggunakan hotplate selama 24 jam. Bentonit dan kurs porselein yang telah dialiri gas piridin tersebut kemudian ditimbang. Untuk menghilangkan gas piridin yang terserap secara fisik, maka perlu dioven kembali pada suhu 110°C selama 15 menit kemudian ditimbang lagi. Besarnya situs asam dapat diketahui dari selisih berat Al3+-bentonit sebelum dialiri gas piridin dan setelah dialiri gas piridin.

3.4.6.3 Analisis FTIR ( Fourier Transform Infra Red) Analisis FTIR dilakukan untuk mengetahui sisi asam Lewis dan Br Ønsted atau keduanya dari katalis Al3+-bentonit yang telah dibuat baik sebelum maupun sesudah dimodifikasi. Sebelumnya, Katalis bentonit s sebanyak 0,5 g ditempatkan dalam cawan porselen yang telah dikeringkan dan diketahui berat konstannya, kemudian dimasukkan dalam desikator dan divakumkan. Sebanyak 5 ml piridin dalam gelas beker diuapkan dalam labu desikator dan dibiarkan selama 3 hari. Selanjutnya Al3+-bentonit dioven pada suhu 110ºC selama 1 jam untuk menghilangkan gas piridin yang terserap secara fisik. Kemudian Al2+-bentonit yang telah dioven ditimbang dan dianalisis dengan FT-IR. Ketika sinar Infra merah dilewatkan ke sampel organik, maka akan ada sejumlah frekuensi yang diserap dan ada pula yang diteruskan atau ditransmisikan tanpa diserap. Untuk mengetahui situs asam Lewis dan BrØnsted menggunakan persamaan Emeis (1993) sebagai berikut :

Dengan B = Luas puncak pita BrØnsted atau Lewis (cm-1) K = Koefisien asam Lewis 1,42 atau BrØnsted 1,88 (cm.mmol-1)

Skripsi


Siti Mariyam


L = Luas disk sampel (0,785 cm2) G = Berat sampel (gram) 3.4.6.4 Analisis BET (Brunauer-Emmett-Teller) Analisis BET dilakukan untuk mengetahui luas permukaan katalis Al3+bentonit sebelum dan sesudah dimodifikasi. Pada analisis BET ini, diperlukan gas Nitrogen untuk mengusir gas-gas lain yang mengganggu selama proses analisis.

3.4.7 Pembuatan metil palmitat Sebanyak 12,1 mL metanol dicampurkan dengan Al3+ bentonit sebanyak 0,25 g ke dalam labu leher tiga dan direfluks sambil diaduk menggunakan pengaduk magnetik selama 30 menit dengan dipanaskan pada suhu 65°C sebagai tahap aktivasi katalis. Setelah 30 menit, sebanyak 2,699 g asam palmitat dimasukkan ke dalam labu leher tiga dan diaduk, proses ini dilakukan secara berkesinambungan selama ½, 1, 2, 3, 4, 5, 6, dan 7 jam pada suhu 65°C. Selanjutnya campuran dipisahkan dengan cara sentrifugasi selama 15 menit. Kemudian filtrat diuapkan dengan rotatory vacum evaporator untuk menghilangkan metanol. Konversi asam palmitat menjadi metil palmitat dapat ditentukan secara kuantitatif berdasarkan perubahan bilangan asam dan secara kualitatif ditentukan dengan analisis spektroskopi GC-MS (Reddy, 2005) 3.4.7.1 Analisis Bilangan Asam Sebanyak 0,1 g senyawa metil palmitat yang telah dibuat dimasukkan ke dalam erlenmeyer kemudian ditambahkan 5 ml etanol dan 5 ml n-heksana dititrasi menggunakan larutan KOH 0,1 N dengan menggunakan indikator PP sampai

Skripsi


Siti Mariyam


berwarna merah rosa. Bilangan asam diperoleh dengan memasukkan data ke dalam rumus :

3.3.7.2 Analisis GC-MS Analisis GC-MS dilakukan untuk mengetahui massa molar dari senyawa metil palmitat. Data yang diperoleh dari analisis dengan GC-MS ini disajikan dalam bentuk spektra yang absis dan ordinatnya menyatakan massa molar senyawa dan % kelimpahan. Dengan membandingkan jumlah massa molar dan % kelimpahan yang tertinggi dari spektra metil palmitat maka dapat ditentukan hasil esterifikasi asam palmitat menggunakan katalis Al3+-bentonit. Analisis senyawa metil palmitat menggunakan GC-MS tipe QP2010S SHIMADZU dengan kolom Rastek Rxi-5MS yang memiliki panjang 30 meter. Gas pembawa yang digunakan adalah Helium dan temperatur injeksi sebesar 300°C sesuai dengan lampiran 18.

Skripsi


Siti Mariyam


BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1

Pencucian bentonit Turen Malang Proses pencucian bentonit alam dilakukan untuk memisahkan bentonit dari

pengotornya. Pencucian ini dilakukan dengan cara menambahkan aquadem ke dalam bentonit sambil diaduk selama satu jam. Setelah itu didiamkan hingga terbentuk tiga lapisan. Lapisan bawah adalah pengotor bentonit berupa pasir dan kerikil. Lapisan kedua adalah mineral bentonit yang akan diambil dan lapisan paling atas adalah lapisan akuadem dan garam-garam yang terlarut di dalamnya. Setelah terbentuk tiga lapisan, lapisan yang paling atas didekantir secara perlahan agar mineral bentonit tidak ikut terbuang, kemudian lapisan kedua dituangkan pada tabung reaksi kecil. Setelah itu, disentrifugasi untuk memisahkan bentonit dengan pengotor yang mungkin ikut tertuang. Setelah terpisah, bentonit tersebut dituang ke dalam cawan porselen kemudian dioven pada suhu 120°C selama 4 jam. Bentonit alam Turen Malang tergolong ke dalam jenis Ca-bentonit karena ditemukan di daerah gunung kapur yang banyak mengandung kalsium.

Gambar 4.1 Lempung bentonit Turen Malang 31 Skripsi


Siti Mariyam


4.2

Pembuatan Katalis Al3+-bentonit Pada penelitian ini bentonit komersial dan bentonit Turen Malang

dimodifikasi menjadi Al3+-bentonit dengan harapan dapat meningkatkan situs asam sehingga katalis bentonit dapat digunakan dalam reaksi esterifikasi. Proses pembuatan katalis Al3+-bentonit dilakukan dengan cara merendam bentonit dengan larutan AlCl3 selama 4 jam sambil direfluks dan diaduk. Pengadukan dilakukan untuk mempercepat masuknya Al3+ ke dalam interlayer bentonit. Dalam pembuatan Al3+-bentonit juga dilakukan penghilangan ion-ion Cl- dengan mencuci

Al3+-bentonit

berulang-ulang

menggunakan

akuadem.

Tujuan

menghilangkan ion-ion Cl- adalah untuk meningkatkan kualitas dari katalis serta untuk mendukung distribusi homogen kation antar lapisan sehingga jarak antar lapisan bentonit meningkat (Supeno, 2007). Uji kualitatif yang digunakan untuk mengetahui bahwa ion Cl- telah hilang adalah uji filtrat Al3+-bentonit dengan AgNO3. Jika setelah penambahan AgNO3 tidak terbentuk AgCl (endapan berwarna putih) maka ion Cl- sudah hilang. Reaksi yang terjadi antara larutan AlCl3 dengan bentonit adalah sebagai berikut : [Al(H2O)3]3+ → [Al(H2O)2OH]2+ + H+ Selanjutnya dilakukan pemanasan dalam oven pada suhu 120°C yang bertujuan untuk menghilangkan air pada interlayer. Menurut Yahiaoui et al. (2003), pemanasan pada temperatur ini menyebabkan situs asam Bronsted meningkat karena masih adanya air yang tersisa pada satu lapisan bentonit atau sekitar 5% dari total air pada seluruh lapisan bentonit. Kemudian Al3+-bentonit dihaluskan dan diayak dengan ayakan 200 mesh.

Skripsi


Siti Mariyam


A

B

Gambar 4.2 (A) katalis Al3+-bentonit alam, (B) katalis Al3+-bentonit komersial

4.3

Karakterisasi katalis Al3+-bentonit

4.3.1 Struktur Al3+-bentonit Analisis struktur Al3+-bentonit dilakukan untuk mengetahui perubahan susunan atom pada bentonit

yang telah dimodifikasi dengan analisis

menggunakan XRD. Dari analisis tersebut, dapat dibandingkan harga 2θ, jarak difraktogram bentonit sebelum dan sesudah dimodifikasi yang dapat dilihat pada difraktogram dari XRD bentonit alam dan komersial dapat dilihat pada lampiran 1 dan 2. Difraktogram XRD pada Al3+-bentonit alam dan komersial dapat dilihat pada lampiran 3 dan 4. Perbandingan pola difraksi antara bentonit alam dan Al3+bentonit alam dapat diamati pada gambar 4.3 sedangkan bentonit komersial dan Al3+-bentonit komersial dapat diamati pada gambar 4.4 Dari analisis XRD yang ditampilkan pada tabel 4.1 dapat dilihat bahwa terjadi perubahan d001 menjadi lebih besar. Untuk bentonit komersial terjadi perubahan sebesar 2,47757 sedangkan bentonit alam sebesar 0,24239. Pergeseran

Skripsi


Siti Mariyam


d001 ini mengindikasikan bahwa terjadi perubahan kation dalam interlayer bentonit (Yahiaoui et al., 2003). Dalam hal ini perubahan kation terjadi karena adanya proses cation exchange spesi Al3+ ke dalam interlayer bentonit. Menurut Goenadi (1982) dalam Sekewael (2008), montmorilonit yang telah mengalami pemanasan pada atau di atas temperatur 100ºC yang memberikan ciri khas pada mineral ini yaitu jarak dasar d001 sebesar 12,0-15,0 Å. Untuk sudut 2θ terjadi pergeseran ke arah yang lebih kecil yaitu untuk Al3+-bentonit komersial sebesar 5,87478° dan untuk Al3+-bentonit alam sebesar 5,64893°. Pergeseran ini terjadi karena adanya penataan ulang susunan atom-atom akibat cation exchange. Selain itu menurunnya sudut 2θ juga menunjukkan bahwa tingkat kristalinitas lapisan monmorilonit dalam bentonit rendah. 400 350 300 250 200 150 100 50 0 -50 400 350 300 250 200 150 100 50 0 -50

A

0

10

20

30

40

50

B

0

10

20

30

40

50

2 teta

Gambar 4.3 Spektrum XRD (A) bentonit alam, (B) Al3+-bentonit alam

Skripsi


Siti Mariyam

Y Axis Title

400 350 300 250 200 150 100 50 0 -50

Y Axis Title


400 350 300 250 200 150 100 50 0 -50

A

0

10

20

30

40

50

X Axis Title B

0

10

20

30

40

50

X Axis Title

Gambar 4.4 Spektrum XRD (A) bentonit komersial, (B) Al3+-bentonit komersial Kandungan utama bentonit yaitu montmorillonit yang dapat dilihat refleksinya pada tabel 4.1 Tabel 4.1 Data XRD bentonit Parameter

Jarak dasar d (Å) Sudut (2θ)

Bentonit Komersial

Al3+bentonit Komersial

Bentonit alam

Al3+bentonit alam

12,55385

15,03142

15,38949

15,63188

7,03554

5,87478

5,73797

5,64893

4.3.2 Situs Asam Al3+-bentonit Karakterisasi Al3+-bentonit dengan FT-IR bertujuan untuk mengetahui tingkat keasaman dari layer bentonit. Tingkat keasaman dari bentonit dapat ditentukan dengan metode serapan piridin. Sebelum dilakukan serapan piridin

Skripsi


Siti Mariyam


bentonit diaktivasi pada temperatur 100°C selama 30 menit (Reddy et al, 1009). Serapan piridin dilakukan selama 3 hari dalam desikator yang telah divakumkan. Untuk mendapatkan nilai dari situs asam bentonit, maka perlu dilakukan analisis FT-IR. Sebelumnya, masing-masing 0,5 gram bentonit alam, komersial, Al3+-bentonit alam, dan Al3+-bentonit komersial ditimbang terlebih dahulu hingga konstan. Kemudian diletakkan dalam labu desikator dan dialiri 5 mL gas piridin. Tujuan dialiri gas piridin adalah untuk menentukan jumlah situs asam Lewis dan BrØnsted yang terdapat pada bentonit sebelum dan sesudah modifikasi. Hasil analisis FT-IR dapat digunakan untuk mengetahui apakah katalis yang terbentuk mengandung situs asam Lewis atau BrØnsted atau mengandung keduanya. Masing-masing spektrum FT-IR dari bentonit alam dan komersial serta Al3+-bentonit alam dan komersial ditampilkan pada lampiran 5, 6,7 dan 8. Menurut Tyagi et al.(2006) vibrasi yang menunjukkan adanya gugus piridin muncul pada daerah 1400-1700 cm-1. Menurut Reddy (2008), bilangan gelombang untuk asam BrØnsted muncul di sekitar 1540 dan 1640, sedangkan bilangan gelombang asam Lewis muncul di sekitar 1450, 1490, 1590, dan 1620 cm-1. Pada hasil FT-IR, situs asam Lewis pada bentonit komersial muncul pada bilangan gelombang 1493,08 cm-1 sedangkan situs asam brØnsted mucul pada bilangan gelombang 1639,86 cm-1. Sedangkan untuk Al3+-bentonit komersial, situs asam Lewis muncul pada bilangan gelombang1492,03 cm-1 dan situs asam BrØnsted muncul pada bilangan gelombang 1543 cm-1. Hasil FT-IR untuk bentonit alam menunjukkan bahwa situs asam Lewis muncul pada bilangan

Skripsi


Siti Mariyam


gelombang 1491,25 cm-1 dan situs asam Br Ønsted muncul pada bilangan gelombang 1644,87. Sedangkan untuk Al3+-bentonit alam, terlihat bahwa situs asam Lewis muncul pada bilangan gelombang 1489,71 dan situs asam Br Ønsted muncul pada bilangan gelombang 1549,40 cm-1. Dari hasil FT-IR katalis Al3+-bentonit alam muncul pita serapan pada 1441,32 cm-1 dan pada katalis Al3+-bentonit komersial muncul pita serapan pada 1444,08 cm-1 yang menunjukkan adanya spesi piridin asam Lewis, misalnya Al3+. Di samping itu, untuk Al3+-bentonit alam juga muncul bilangan gelombang 1635,56 cm-1 dan untuk Al3+-bentonit komersial muncul pada bilangan gelombang 1634,55 cm-1 yang mengindikasikan adanya regangan ion piridinium. Ion piridinium menunjukkan adanya gugus hidroksil yang bersifat asam bronsted. Spesies-spesies piridin yang terbentuk melalui interaksi dengan katalis terdapat pada Gambar 4.5

(A)

N

N

H

H

O

M

N

O

(B)

M

Al

(C)

Gambar 4.5. Spesies (A) piridin-Bronsted, (B) piridin yang berikatan hidrogen dengan OH-bentonit, (C) piridin-Lewis Hasil spektra yang diperoleh pada penelitian ini sesuai dengan penelitian Parry (1963) dan Tyagi et al. (2006) dalam Fatimah et al. (2008). Dari spektrum FT-IR menunjukkan bahwa situs asam Bronsted lebih besar dibandingkan situs asam Lewis. Hal ini dapat dibuktikan dari lebih tingginya absorbansi bilangan gelombang situs asam Bronsted dibandingkan situs asam Lewis.

Skripsi


Siti Mariyam


1633.56 cm-1

1441.32 cm-1

Gambar 4.6 Spektrum FT-IR Al3+-bentonit alam 1634.55 cm-1

1444.08 cm-1

Gambar 4.7 Spektrum FT-IR Al3+-bentonit komersial Melalui suatu proses perhitungan yang dijelaskan pada Lampiran 9 didapatkan jumlah situs asam BrØnsted dan Lewis pada bentonit komersial sebanyak 0,31923 mmol/gram, pada Al3+-bentonit komersial sebanyak 1,0663 mmol/gram, pada bentonit alam sebanyak 0,66859 mmol/gram, dan pada Al3+bentonit alam sebanyak 0,95489 mmol/gram. 4.3.3 Luas permukaan katalis Al3+-bentonit Luas permukaan katalis Al3+-bentonit sebelum dan sesudah modifikasi dapat ditentukan melalui analisis BET. Metode ini digunakan untuk permukaan yang datar (tidak ada lekukan) dan tidak ada batas dalam setiap layer yang dapat digunakan dalam menjelaskan luas permukaan. Metode ini digunakan berdasarkan asumsi bahwa pada setiap permukaan mempunyai tingkat energi yang homogen (energi adsorpsi tidak mengalami perubahan dengan adanya adsorpsi di layer yang

Skripsi


Siti Mariyam


sama) dan tidak ada interaksi selama molekul teradsorpsi. Analisis ini dilakukan dengan cara degessing keempat sampel yakni bentonit alam, bentonit komersial, Al3+-bentonit alam dan Al3+-bentonit komersial selama 2 jam pada suhu 100°C. Kemudian, sampel dimasukkan ke Quantachrome NOVA 100 surface area analyser dan dianalisis menggunakan metode adsorpsi N2. Hasil analisis luas permukaan bentonit ditunjukkan pada tabel 4.2. Tabel 4.2 Hasil analisa luas permukaan bentonit Sampel Luas permukaan (m2/g) Bentonit alam 3+

83,781

Al -bentonit alam

91,266

Bentonit komersial

23,744

3+

Al -bentonit komersial

36,836

Dari data tersebut menunjukkan bahwa, terdapat pertambahan luas permukaan pada bentonit alam maupun komersial. Luas permukaan bentonit alam bertambah sebesar 7,485 m2/g. Sedangkan luas permukaan bentonit komersial bertambah sebesar 13,092 m2/g. Hal ini dikarenakan terjadinya proses cation exchange pada permukaan bentonit, sehingga luas permukaan pada masingmasing katalis bertambah. 4.4

Aktivitas Katalis Al3+-bentonit Pada Esterifikasi Asam Palmitat Uji aktivitas katalis Al3+-bentonit dapat dilakukan pada reaksi esterifikasi

asam palmitat menjadi metil palmitat. Pembuatan metil palmitat diawali dengan mereaksikan metanol dengan katalis Al3+-bentonit pada labu leher tiga. Langkah ini sebagai tahap awal dari aktivasi katalis Al3+-bentonit. Setelah 30 menit, asam

Skripsi


Siti Mariyam


palmitat direaksikan dengan metanol dan katalis yang telah diaktivasi selama ½, 1, 2, 3, 4, 5, 6, dan 7 jam pada suhu 65°C sambil diaduk. Selanjutnya, hasil reaksi disentrifugasi untuk memisahkan metil palmitat dari katalis Al3+-bentonit. Metil palmitat hasil esterifikasi berbentuk padatan putih kemudian dievaporasi, dengan tujuan menguapkan pelarut yang masih tersisa. Hasil metil palmitat tersebut kemudian dianalisis secara kualitatif menggunakan GC-MS dan secara kuantitatif dengan menghitung konversi yang dihasilkan melalui penentuan bilangan asam.

Gambar 4.8 Hasil esterifikasi (metil palmitat) 4.4.1 Konversi Metil Palmitat Konversi asam palmitat dapat ditentukan melalui pengukuran bilangan asam. Titrasi bilangan asam dilakukan untuk mengetahui jumlah asam palmitat yang tersisa setelah reaksi esterifikasi. Besar kecilnya kandungan asam palmitat yang tersisa dapat mempengaruhi kualitas dari metil palmitat yang nantinya akan dimanfaatkan di berbagai bidang industri. Nilai bilangan asam yang begitu besar akan berpengaruh buruk pada produk yang diinginkan. Bilangan asam metil palmitat dapat diukur dengan cara melakukan titrasi metil palmitat yang terbentuk dengan larutan KOH 0,1 N. Titrasi dilakukan

Skripsi


Siti Mariyam


dengan cara melarutkan 0,1 gram metil palmitat kemudian ditambahkan masingmasing 5 mL etanol dan n-heksana dan ditambahkan dengan indikator pp. Setelah itu dititrasi dengan KOH hingga warna campuran berubah menjadi merah jambu. Hasil perhitungan bilangan asam dan konversi metil palmitat menggunakan katalis dapat dilihat pada tabel 4.3. Tabel 4.3 Hasil perhitungan bilangan asam dan nilai konversi metil palmitat Penggunaan katalis pada reaksi esterifikasi Asam Palmitat

No

Skripsi

Waktu (jam)

Bentonit alam Turen Malang Bilangan Asam (0,1 KOH/mg)

Bentonit komersial Konversi

(%)

Bilangan Asam (0,1 KOH/mg)

Konversi

(%)

1

0,5

122.9873

44.31

213.3921

2.04

2

1

109.6017

49.69

207.9457

4.54

3

2

92.3663

57.6

194.5149

10.71

4

3

77.5523

64.4

169.3063

22.28

5

4

66.06

69.67

135.7678

36.67

6

5

55.2047

74.66

110.5756

49.4

7

6

46.6563

78.14

97.2360

55.36

8

7

36.7316

82.23

87.1961

59.14


Siti Mariyam


90 80

Konversi (%)

70

60 50 40 30

bentonit alam

20

bentonit sintetis

10 0 0

2

4

6

8

Waktu (Jam)

Gambar 4.9 Grafik perbandingan konversi metil palmitat Apabila diubah ke dalam bentuk grafik, maka dapat dibandingkan konversi metil palmitat yang dihasilkan dengan menggunakan katalis Al3+bentonit alam dan komersial yang dapat dilihat pada gambar 4.9. Dari grafik tersebut terlihat bahwa terdapat perbedaan yang signifikan dari konversi metil palmitat menggunakan

Al3+-bentonit sintetis dan bentonit alam. Reaksi

esterifikasi asam palmitat menggunakan bentonit alam menghasilkan konversi yang lebih besar. Hal ini dikarenakan karakteristik bentonit alam Turen Malang lebih baik dibandingkan bentonit komersial. Bentonit komersial yang digunakan mengandung campuran mineral-mineral yang dapat mengganggu dalam komersial metil palmitat. Di samping itu, bentonit alam Turen Malang memiliki luas permukaan yang lebih besar dibandingkan dengan bentonit komersial, sehingga ruang interlayer semakin besar dan memudahkan pertukaran ion. 4.4.2

Skripsi

Karakterisasi Metil Palmitat menggunakan GC-MS


Siti Mariyam


Analisis GC-MS dilakukan untuk mengetahui produk metil palmitat yang terbentuk. Dari analisis GC-MS didapatkan kromatogram GC dan spektra MS. Kromatogram menunjukkan waktu retensi (tr) dan luas puncak area dari masingmasing puncak sedangkan spektrum massa menunjukkan berat molekul dan fragmentasi senyawa yang dihasilkan. Analisis GC-MS senyawa metil palmitat ini menggunakan jenis kolom kapiler dengan fase diam innowax (polietilen glikol) yang bersifat nonpolar. Kolom ini banyak digunakan dalam analisis senyawa aromatis, alkohol, minyak atsiri serta pelarut-pelarut. Pada kromatogram gambar 4.10, terdapat 2 puncak. Puncak 1 merupakan puncak metil palmitat yang memiliki waktu retensi sebesar 18,536 menit dengan luas area sebesar 5,70%, Hal ini membuktikan bahwa, katalis Al3+-bentonit alam dapat digunakan dalam reaksi esterifikasi asam palmitat menjadi metil palmitat.

Metil palmitat

Gambar 4.10 KromatogramGC metil palmitat menggunakan Al3+-bentonit alam

Metil palmitat

Gambar 4.11 . Spektrum massa produk metil palmitat

Skripsi


Siti Mariyam


Pada kromatogram gambar 4.12, terdapat 3 puncak. Puncak 2 merupakan puncak metil palmitat yang memiliki waktu retensisebesar 19.313 menit dengan luas area sebesar 52.59 %, Hal ini membuktikan bahwa, katalis Al3+-bentonit komersial juga dapat digunakan dalam reaksi esterifikasi asam palmitat menjadi metil palmitat.

Metil palmitat

Gambar 4.12 KromatogramGC metil palmitat menggunakan Al3+-bentonit komersial

Metil palmitat

Gambar 4.13 Spektrum massa produk metil palmitat menggunakan Al3+-bentonit komersial Spektra massa pada gambar 4.12 dan 4.13 memiliki berat molekul 270 sebagaimana berat molekul dari metil palmitat. Puncak dasar dengan m/z = 74 merupakan puncak yang khas dari senyawa metil palmitat karena adanya McLafferty rearrangment. (Silverstein, 1986). Fragmentasi metil palmitat terdapat pada gambar 4.14

Skripsi


Siti Mariyam


O

m/z = 270 OCH 3

- C3H7 O

m/z = 227 OCH3

-CH2 O

m/z = 227 OCH3

- C 2H 4 O

m/z = 199 OCH3

-CH2 O

m/z = 185 OCH3

-CH2 O

m/z = 171

OCH3

-CH2 O

m/z = 143

OCH3

-CH2 O

m/z = 129 OCH3

-C3 H6 O

m/z = 87 OCH3

OH

m/z = 74 H2 C

C

O

CH3

-CH3O O

m/z = 43 C

CH3

Gambar 4.14. Fragmentasi metil palmitat

Skripsi


Siti Mariyam


BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan 1. Katalis Al3+-bentonit alam dan Al3+-komersial memiliki tingkat kristalinitas yang rendah dengan nilai d spacing masing-masing sebesar 15,63188 Å dan 15,03142 Å, nilai total situs asam BrØnsted dan Lewis untuk katalis Al3+bentonit alam dan Al3+-komersial berturut-turut sebesar 0,95489 mmol/gram dan 1,0663 mmol/gram, serta memiliki luas permukaan yang besar yaitu untuk katalis Al3+-bentonit alam sebesar 91,266 m2/g dan Al3+-komersial sebesar 36,836 m2/g . 2. Katalis Al3+-bentonit alam dan Al3+-komersial dapat digunakan sebagai katalis dalam reaksi esterifikasi asam palmitat. Hal ini dibuktikan dengan terbentuknya senyawa metil palmitat. 3. Nilai konversi total Metil palmitat selama 7 jam menggunakan katalis Al3+bentonit komersial sebesar 59,14 % sedangkan menggunakan katalis Al3+bentonit alam sebesar 82,23%. 5.2 Saran 1.

Perlu dilakukan peningkatan jumlah asam Lewis dan Bronsted sebagai situs aktif katalis dalam menghasilkan suatu metil ester, sehingga didapatkan prosentase konversi metil ester yang besar.

46 Skripsi


Siti Mariyam


2.

Perlu dilakukan pengubahan metode preparasi katalis bentonit agar diperoleh d spacing yang lebih besar sehingga diperoleh nilai konversi metil palmitat yang besar.

Skripsi


Siti Mariyam


DAFTAR PUSTAKA Akintayo, E.T., 2004, Characteristics and Composition of Parkia Biglobbossa and Jatropha Curcas Oils and cakes. Bioresource Technology. Vol 92, p. 307-310 Bassett, J. 1994. Buku Ajaran Vogel Kimia Analisis Kuantitatif Anorganik. Edisi Keempat. Penerbit Kedokteran EGC. Jakarta. Effendi Carmo, C., Souza, K.C., Carlos, E.F., Longo, E., Zamian, J.R., and Geraldo, N.R., 2009, Production of Biodiesel by Esterification of Palmitic Acid Over Mesoporus Aluminosilicate Al-MCM-41, J. Am. Oil Chem. Vol 88, p. 461-468 Amalia, Firda., 2010, Cation exchanged bentonit Turen-Malang dengan AlCl3 sebagai katalis pada pembuatan biodiesel dari minyak jarak pagar, Skripsi, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga, Surabaya ASTM International, 2002, Anual Book of ASTM Standards D 56-D 2596, Section Five, Petroleum Products, Lubricants (I) and Fossil Fuels, USA Chrikst, D.E., Krasotkine, I.S., Cheremisina, O.V., Steleskaya, M.I., and Ivanov. V., 2002, Determination of the Surface Area of Minerals by Sorption of Methylene Blue and Thermal Desorption of Argon, Russian Journal of Applied Chemistry. 76, 663-665 Ewing, G.W., 1985, Instrumental Methods of Chemical Analysis, McGraw-Hill Book Co., Singapore. Fessenden, R. J: Fessenden, J.S., 1995, Kimia Organik II, Edisi Ketiga, alih bahasa Pudjaatmaka, Erlangga, Jakarta. Foth, H.D., 1988, Dasar-dasar Ilmu Tanah,Gajahmada University Press, Yogyakarta Fritz, J.S. and Schenk, G.H., 1987, Quantitative Analytical Chemistry, Fifth Edition, Prentice-Hall Inc., New Jersey. Gandhi, N.N., 1997, Application of Lipase, J. Am. Oil Chem. Soc., 74, 6, 621634 Grim, R.E., 1968, Clay Mineralogy, McGraw-Hill Book Company, New York. Gritter, Roy J., Bobbit, James M., and Schwarting, A.E., 1991, Pengantar Kromatografi, Edisi Kedua, terjemahan oleh Kosasih Padmawinata, ITB, Bandung. Itälä, Aku., 2009, Chemical Evolution of Bentonite Buffer in a Final Repository of Spent Nuclear Fuel during the Thermal Phase, Julkaisija Utgivare Publisher. 48 Skripsi


Siti Mariyam


Kirk, R. E.,and Othmer, D. F., 1992. Encyclopedia of Chemical Technology. The Interscience Encyclopedia Inc. New York Ladd, M.F.C. and Lee, W.H., 1986, Introduction to Physical Chemistry, Cambridge University Press, New York. Mäki-Arvela, P., Kumar, N., Nieminen, S., Salmi, T., and Murzin, D. Y., 2004, Cyclization of Citronellal Over Zeolites and Mesoporous Materials for Production of Isopulegol, J. Catal., 225 155-169 Maryadele J., et al. (editor), 2001, The Merck Indeks an Encyclopedia of Chemicals, drugs, and Biologicals, 13th edition, Merck and Co., Inc. USA Mulja, H.M. dan Suharman, 1995, Analisis Instrumental, Airlangga University Press, Surabaya. Norman, Zuckerman., Inorganic Reaction and Methods, Volume 16, VCH Publisher, New York Nuryono, Wawan., 2010, Modifikasi bentonit Punung Pacitan Menjadi Fe3+bentonit sebagai Katalis Pada Pembuatan Biodiesel dari Minyak Jarak pagar, Skripsi, Departemen Kimia, FSAINTEK, Universitas Airlangga, Surabaya Ozgulsum, A., F. Karaosmanoglu, dan M. Tuter, 2000, Esterification Reaction of Oleic Acid With a Fusel Oil Fraction for Production of Lubricating Oil, J. Am. Oil Chem. Soc., 77, 1, 105-109 Pusch, R. and Yong, R.N., 2006, Microstructure of Smectite Clays and Engineering Performance, Taylor and Francis Group, New York. Reddy, Ravindra .C., Iyengar, Pushpa, Nagendrappa, Gopalpur., dan Prakash, Jai, B.S., 2004. Esterification of dicarbolxyclic acids ti diesters over M n+montmorillonite clay catalyst. Catalyst Letter, Vol. 101. 87-91 Reddy. C.R., Iyengar, P., Nagendrappa. G., and Prakash J.B.S.,2005, Esterification of Succinic Anhydride to di-(p-crecyl) succinate Over Mn+-montmorillonite Clay Catalyst. Journal of Molecular Catalyst A : Chemical. Vol. 229. 31-57 Reddy. C.R., Iyengar, P., Nagendrappa. G., and Prakash J.B.S., 2007, Surface Acidity Study of Mn+-montmorillonite Clay Catalyst by FT-IR Spectroscopy : Correlation with Esterification Activity. Catalyst Communications. Vol 8. 241-246 Reddy, ravindra.Bhat, Y.S. Nagendrappa, Gopalpur, dan Prakash, Jai, B.S., 2008, BrØnsted and Lewis acidity of modified montmorillonite clay determined by FT-IR, Catalyst Today. Sekewael, Serly J., 2008, Karakterisasi Sifat Fisikokimia Komposit Besi OksidaMontmorilonit Hasil Interkalasi Silikat Lempung Montmorilonit, Indonesia

Skripsi


Siti Mariyam


Chinica Acta Vol. 1. No. 1 Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Pengetahuan Alam, Universitas Pattimura Kampus Poka, Ambon, Hal: 26 Shriner, R.L., Herman, C.K.F., Morril, T.C., Curtin, D.Y., and Fuson, R.C., 1998, The Systematic Identification of Organic Compounds, Seventh Edition, John Wiley & Sons, Inc., New York, Page: 119, 474-475 Silverstein, R.M., Bassler, G. C., dan Morril, T. C., 1986, Penyidikan Spektrometrik Senyawa Organik, Edisi keempat, a.b. A. J Hartono, Erlangga, Jakarta Sridala, R., Lingaiah, N., Prabhavathi, D., Prasad, R.B.N., Suryanarayana, I., and Prasad, P.S., 2004, Esterification of Palmitic Acid with Methanol Over Tungsten Oxide Supported on Zirconia Solid Acid Catalyst: Effect of Methode of Preparation of the catalyst on its Structural Stability and Reactivity, Journal of Applied Catalyst. Vol 276, p 163-168 Sudarmadji, S., 1997, Prosedur Analisis Bahan Makanan dan Pertanian, Liberty, Yogyakarta Sudarningsih dan Fahruddin, 2008, Penggunaan Metode Difraksi Sinar-X dalam Menganalisa Kandungan Mineral pada Batuan Ultra Basa Kalimantan Selatan, J. Fisika FLUX, Vol.5 No. 2 (165-173) Syukur, 1997, Pengaruh perlakuan pemanasan pada bentonit terhadap luas permukaannya, Skripsi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Airlangga, Surabaya Tan, K.H., 1991, “Dasar-dasar Kimia Tanah”. Terj. Didiek Hadjar Goenardi, edisi 11, gajah Mada University Press, Yogyakarta. 100-107 Tiwari, A.K, A. Kumar and H. Raheman, 2007. Biodiesel Production from Jatropha Oil (Jatropha Curcas) with High Free Fatty Acids : Amn Optimized Process, J. Biombioe, Vol. 31, p. 569-575 West, A.R., 1984, Solid State Chemistry and Its Application, John Wiley & Sons Ltd, New York, Page: 116, 122-123, 146 Widyastuti, L., 2007, Reaksi Metanolisis Minyak Biji jarak PagarnMenjadi Metil EsterSebagai Bahan Bakar Pengganti Minyak Diesel dengan Menggunakan Katalis KOH, Tugas Akhir II, Jurusan Kimia FMIPA, Universitas Negeri Semarang, 30-33 Yadav, G.D. and Thatagar, M. B. 2002. Esterification of Maleic Acid with Ethanol Over Cation-Exchange Resin Catalyst. React. Funct. Polym, 52, 99-110 Yan, Y., U.T. Bomscheuer, G. Standler, S. Lutz-Wahl, M. Reuss, dan R.D. Schmid, 2001, Production of Sugar Fatty Acid Ester by Enzimatic Esterification in a Stirred-Tank Membrane Reactor : Optimization of Parameters by Response Surface Methodology, J. Am. Oil. Chem. Soc, 78, 2, 147-152.

Skripsi


Siti Mariyam


Yulianto, Agus., 2008, Pembuatan Lempung Terpilar Al13 dari Lempung Alam Turen malang untuk Adsorbsi Ion Pb 2+, Skripsi, Departemen Kimia, FSAINTEK, Universitas Airlangga, Surabaya

Lampiran 1 : Difraktogram XRD Bentonit alam Turen-Malang

Skripsi


Siti Mariyam


Skripsi


Siti Mariyam


Lampiran 2 : Difraktogram XRD Bentonit komersial

Skripsi


Siti Mariyam


Skripsi


Siti Mariyam


Lampiran 3 : Difraktogram XRD Al3+-bentonit alam Turen-Malang

Skripsi


Siti Mariyam


Skripsi


Siti Mariyam


Lampiran 4 : Difraktogram XRD Al3+-bentonit Komersial

Skripsi


Siti Mariyam


Skripsi


Siti Mariyam


Lampiran 5 : Spektrum FT-IR Bentonit alam

Skripsi


Siti Mariyam


Lampiran 6 : Spektrum FT-IR Bentonit komersial

Skripsi


Siti Mariyam


Lampiran 7 : Spektrum FT-IR Al3+-bentonit alam Turen-Malang

Skripsi


Siti Mariyam


Lampiran 8 : Spektrum FT-IR Al3+-bentonit komersial

Skripsi


Siti Mariyam


Lampiran 9 : Perhitungan jumlah situs asam Br Ønsted dan Lewis Jumlah situs asam BrØnsted dan Lewis yang terkandung dalam bentonit dapat dihitung menggunakan persamaan : 𝑚6 Jumlah situs asam = 𝑀𝑟 𝑝𝑖𝑟𝑖𝑑𝑖𝑛 𝑥 𝑚5 Data yang diperoleh dari hasil penimbangan adalah sebagai berikut : M1 M2 M3 M4 M5 M6 Sampel (gram) (gram) (gram) (gram) (gram) (gram) Bentonit alam 21,076 21,532 21,656 21,5567 0,4557 0,0241 9 6 1 Al3+-bentonit 21,519 21,961 22,151 21,9949 0,4422 0,0334 alam 3 5 4 Bentonit 22,031 22,498 22,749 22,5106 0,4673 0,0118

Skripsi


Siti Mariyam


komersial Al3+-bentonit komersial

5 18,412 1

8 18,880 4

0 18,998 8

18,9199

0,4683

0,0395

Keterangan : M1 = berat cawan kosong M2 = berat cawan kosong + bentonit M3 = berat cawan kosong + bentonit + piridin M4 = berat cawan kosng + bentonit + piridin setelah dipanaskan 115°C M5 = berat bentonit = M2 – M1 M6 = berat piridin yang teradsorp = M4 – M2 1. Jumlah situs asam Bentonit alam Turen-Malang =

0,0241 79,1 𝑥 0,4557

= 1,0663 x 10-3 mol/gram = 1,0663 mmol/gram 2. Jumlah situs asam Al3+-bentonit alam Turen-Malang =

0,0334 79,1 𝑥 0,4422

= 9,5489 x 10-4 mol/gram = 0,9548 mmol/gram

3. Jumlah situs asam bentonit komersial =

0,0118

79,1 𝑥 0,4673

= 3,1923 x 10-4 mol/gram = 0,31923 mmol/gram 4. Jumlah situs asam Al3+-bentonit komersial =

0,0118 79,1 𝑥 0,4673

= 9,5489 x 10-4 mol/gram = 0,95489 mmol/gram

Skripsi


Siti Mariyam


Lampiran 10 : Perhitungan bilangan asam metil palmitat

Perhitungan berikut menggunakan microsoft excel : Untuk menghitung jumlah bilangan asam menggunakan persamaan :

Sedangkan untuk menghitung nilai konversi menggunakan persamaan : Konversi = 𝑏𝑖𝑙𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛

𝑏𝑖𝑙𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛

𝑎𝑠𝑎𝑚 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑡𝑒𝑟𝑏𝑒𝑛𝑡𝑢𝑘

𝑎𝑠𝑎𝑚 𝑚𝑢𝑙𝑎 2−𝑏𝑖𝑙𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑎𝑠𝑎𝑚 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑡𝑒𝑟𝑏𝑒𝑛𝑡𝑢𝑘

𝑥 100%

Data perhitungan bilangan asam dan konversi menggunakan katalis Al3+-bentonit komersial

Skripsi

No

Waktu (jam)

Bilangan asam rata-rata (0,1 KOH/mg)

Konversi (%)

1

0

217.8378

0

2

0.5

213.3921

2.04

3

1

207.9457

4.54

4

2

194.5149

10.71

5

3

169.3063

22.28

6

4

135.7678

37.67


Siti Mariyam


7

5

110.5756

49.24

8

6

97.2360

55.36

9

7

87.1961

59.97

Data perhitungan bilangan asam dan konversi menggunakan katalis Al3+-bentonit komersial

Skripsi

No

Waktu (jam)

Bilangan asam rata-rata (0,1 KOH/mg)

Konversi (%)

1

0

217.8378

0

2

0.5

121.3184

44.31

3

1

109.6017

49.69

4

2

92.3663

57.60

5

3

77.5523

64.40

6

4

66.0600

69.67

7

5

55.2047

74.66

8

6

46.6563

78.14

9

7

36.9487

82.23


Siti Mariyam


Lampiran 11 : Kromatogram dan Spektrum massa metil palmitat

Skripsi


Siti Mariyam


Lampiran 12 : Hasil BET Bentonit

Skripsi


Siti Mariyam


74

Skripsi


Siti Mariyam


75

Skripsi


Siti Mariyam


Skripsi


Siti Mariyam

PEMANFAATAN KATALIS Al 3+ -BENTONIT UNTUK REAKSI ESTERIFIKASI ASAM PALMITAT MENJADI METIL PALMITAT SKRIPSI

Recommend Documents