REAKSI DEKARBOKSILASI MINYAK JARAK PAGAR UNTUK PEMBUATAN HIDROKARBON SETARA FRAKSI DIESEL DENGAN PENAMBAHAN Ca(OH) 2

Seminar Nasional Teknik Kimia Indonesia – SNTKI 2009

ISBN 978-979-98300-1-2

Bandung, 19-20 Oktober 2009

REAKSI DEKARBOKSILASI MINYAK JARAK PAGAR UNTUK PEMBUATAN HIDROKARBON SETARA FRAKSI DIESEL DENGAN PENAMBAHAN Ca(OH)2 Setiadi Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, UI Kampus Baru UI Depok

Andres Suranto Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, UI Kampus Baru UI Depok

Abstrak Reaksi dekarboksilasi minyak jarak pagar dengan penambahan Ca(OH)2 berlebih untuk pembuatan hidrokarbon setara fraksi diesel telah dilakukan dalam penelitian ini. Reaksi dilakukan di dalam reaktor batch berbentuk silinder dengan panjang dan diameter berturut-turut 30 cm dan 3 cm pada tekanan 1 atm (kondisi atmosferik). Variasi komposisi umpan (excess Ca(OH)2 0 – 200 % mol), temperatur reaksi saponifikasi (100 - 200 oC) dan temperatur reaksi dekarboksilasi (400 475 oC) dilakukan untuk mendapatkan kondisi yang optimum sehingga dihasilkan produk dengan konversi dan yield yang tinggi. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa reaksi dengan umpan excess Ca(OH)2 100% mol, temperatur reaksi saponifikasi 200 oC dan temperatur reaksi dekarboksilasi 475 oC memberikan konversi terbesar yaitu 65,44%. Produk cair dianalisa menggunakan FTIR, menunjukkan adanya gugus keton namun tidak dijumpai adanya gugus karboksil. Hal ini menunjukkan bahwa reaksi dekarboksilasi telah berhasil dilakukan. Analisa GC–MS menunjukkan yield hidrokarbon setara fraksi diesel sebesar 38,18%. Analisa sifat fisik yang meliputi densitas dan viskositas menunjukkan bahwa produk yang dihasilkan telah memenuhi standar yang ditetapkan oleh Dirjen Migas (densitas 0,84 gr/ml, viskositas kinematik 4,27 cSt). Kata kunci: dekarboksilasi, minyak jarak pagar, Ca(OH)2, saponifikasi

Abstract Decarboxylation reaction of Jatropha curcas oil with Ca(OH)2 excess for hydrocarbon-diesel-like fuel production was conducted in this research. The reaction was carried out in cylindrical batch reactor with length and diameter 30 cm and 3 cm respectively at pressure 1 atm (atmospheric pressure). Variation of feed composition (excess Ca(OH)2 0 – 200 % mol), saponification temperature (100 - 200 oC) and decarboxylation temperature (400 – 475 oC) was committed to achieve optimum condition resulting product with high conversion and yield. Reaction with excess Ca(OH)2 100% mol, saponification and decarboxylation temperature 200 oC and 475 oC respectively, gave the biggest conversion of 65,44%. Liquid product analized with FTIR showed that ketone group was found but not carboxyl. It indicated that the decarboxylation reaction was succeesful. The GC–MS showed that the yield of hydrocarbon-diesel-like fuel was 38,18%. The physical analysis of density and viscosity showed that product has fulfilled Dirjen Migas’s standard (density 0,84 gr/ml, kinematic viscosity 4,27 cSt). Keywords: decarboxylation, Jatropha curcas oil, Ca(OH)2, saponification.

1. Pendahuluan Adanya kekhawatiran akan kelangkaan bahan bakar minyak mendorong masyarakat dunia untuk mencari bahan bakar alternatif. Salah satunya adalah dengan penggunaan bahan

bakar nabati. Bahan bakar nabati perlu dikembangkan karena merupakan sumber energi terbarukan. Minyak jarak pagar merupakan salah satu bahan bakar nabati yang prospektif untuk dikembangkan. Jarak pagar relatif mudah

ETU15-1


ISBN 978-979-98300-1-2


ditanam, toleransinya tinggi terhadap berbagai jenis tanah dan iklim serta produksi minyaknya tinggi. Penggunaan minyak nabati sebagai bahan bakar khususnya diesel dapat melalui beberapa cara yaitu: penggunaan minyak nabati secara langsung, melalui pencampuran dengan pelarut dan mikroemulsi, reaksi transesterifikasi dan pirolisis/perengkahan. Penggunaan minyak nabati secara langsung memiliki beberapa kekurangan, antara lain minyak nabati memiliki viskositas yang lebih tinggi, volatilitas yang rendah dan adanya kereaktivan rantai hidrokarbon tak jenuh. Penggunaan mikroemulsi dan beberapa pelarut sebagai campuran minyak nabati dapat menurunkan viskositas, namun dapat menyebabkan masalah pada performa mesin seperti deposit karbon dan kontaminasi pelumas. Reaksi transesterifikasi juga dapat menurunkan viskositas, namun masih memiliki bilangan asam yang tinggi bila dibandingkan dengan diesel komersial (Demirbas, 2003; Ma dan Hanna, 1999). Dibandingkan dengan beberapa cara di atas, pirolisis/perengkahan kelihatannya merupakan cara yang paling sederhana dan efisien. Pirolisis dapat menghasilkan hidrokarbon yang mirip dengan bahan bakar minyak seperti gasoline dan diesel. Seperti yang dilakukan Lima et al yang melakukan pirolisis minyak nabati untuk mendapatkan hidrokarbon setara diesel. Dan juga Chang CC yang mendapatkan Hidrokarbon mirip crude oil dari pirolisis minyak nabati dan sabun minyak nabati (Chang dan Wan, 1047; Lima dkk, 2004). Reaksi dekarboksilasi berhubungan dengan pirolisis, dimana rantai hidrokarbon dipatahkan dan gugus karboksil dihilangkan. Reaksi dekarboksilasi dapat dilakukan dengan bantuan katalis logam seperti yang dilakukan oleh Snare et al, yaitu dengan katalis Pd/C untuk mendapatkan hidrokarbon C17 dari reaksi dekarboksilasi asam stearat (Snare dkk, 2006). Reaksi dekarboksilasi dapat juga dilakukan dengan menggunakan soda lime, yang senyawa penyusunnya terdiri dari kalsium hidroksida, natrium hidroksida, kalium hidroksida, dan air (The Decarboxylaton, n.d.). Karena senyawa penyusun soda lime sebagian besar adalah kalsium hidroksida, maka dalam penelitian ini dilakukan reaksi dekarboksilasi minyak jarak pagar menggunakan kalsium hidroksida berlebih. Penggunaan kalsium hidroksida berlebih ini dimaksudkan agar pertama-tama terjadi reaksi saponifikasi antara minyak jarak pagar dengan kalsium hidroksida membentuk garam lemak (garam kalsium). Selanjutnya dengan kalsium hidroksida

yang berlebih, akan terjadi reaksi dekarboksilasi antara garam lemak dan kalsium hidroksida. Masalah yang akan dikaji dalam penelitian ini adalah bagaimana keefektivan reaksi dekarboksilasi antara minyak jarak pagar dengan Ca(OH)2 berlebih sehingga dihasilkan produk hidrokarbon setara fraksi diesel. Tujuan dari penelitian ini yaitu untuk menentukan variabel kondisi operasi yang optimum dalam reaksi dekarboksilasi campuran minyak jarak pagar dan Ca(OH)2 sehingga didapatkan produk hidrokarbon setara fraksi diesel dengan konversi dan yield setinggitingginya. Penelitian ini dibatasi dengan beberapa parameter berikut: bahan baku yang digunakan adalah minyak jarak pagar, senyawa basa yang ditambahkan adalah Ca(OH)2, reaksi dilakukan pada tekanan atmosferik dan rentang temperatur antara 400-475 oC, dan reaksi dilakukan di dalam reaktor batch dengan panjang 30 cm dan diameter 3 cm. Dari hasil reaksi dekarboksilasi ini akan dihasilkan produk cair yang merupakan hidrokarbon rantai lurus dengan panjang rantai atom karbon antara 13-19. Hidrokarbon ini termasuk dalam fraksi diesel. 2. Teori Dasar Reaksi Saponifikasi Reaksi saponifikasi adalah hidrolisis suatu ester dalam kondisi basa untuk membentuk alkohol dan garam dari suatu asam karboksilat. Reaksi saponifikasi pada umumnya mengacu pada reaksi antara logam alkali (basa) dengan suatu minyak atau lemak untuk membentuk sabun. Dalam penelitian ini, akan direaksikan minyak jarak pagar yang senyawa penyusunnya berupa trigliserida, dengan basa kuat Ca(OH)2. Reaksi saponifikasi ini bertujuan untuk membentuk sabun (garam lemak) yang digunakan sebagai umpan untuk reaksi dekarboksilasi. Reaksi saponifikasi yang terjadi adalah sebagai berikut:

Gambar 1. Reaksi Saponifikasi Trigliserida dengan Kalsium Hidroksida Selain trigliserida, dalam minyak jarak pagar juga terkandung sejumlah kecil asam lemak bebas (free fatty acid/FFA). Asam lemak

ETU15-2


ISBN 978-979-98300-1-2


bebas ini juga akan bereaksi dengan kalsium hidroksida menghasilkan garam kalsium dan air menurut reaksi berikut ini:

Gambar 4. Reaksi Dekarboksilasi Garam Natrium dengan Soda Lime Gambar 2. Reaksi Asam Lemak dengan Kalsium Hidroksida Garam kalsium hasil reaksi ini juga digunakan sebagai umpan untuk reaksi dekarboksilasi. Reaksi Dekarboksilasi Menggunakan Soda Lime Dekarboksilasi adalah penghilangan gugus karboksil (-COO-) dari suatu senyawa kimia dengan menghasilkan karbondioksida (CO2). Dekarboksilasi dapat dilakukan secara termal, fotokimia, ataupun secara katalitik dengan bantuan katalis. Baik asam rantai terbuka maupun aromatik dapat mengalami reaksi dekarboksilasi. Soda lime adalah campuran dari beberapa bahan kimia yang biasa digunakan di dalam lingkungan pernafasan tertutup. Soda lime dibuat dengan mencampurkan kalsium hidroksida ke dalam larutan natrium hidroksida yang terkonsentrasi dan kemudian memanaskannya sehingga terbentuk butir/bubuk putih. Komponen utama penyusun soda lime adalah:  Kalsium hidroksida, Ca(OH)2 (sekitar 75%)  Natrium hidroksida, NaOH (sekitar 3%)  Kalium hidroksida, KOH (sekitar 1%)  Air, H2O (sekitar 20%) Dalam dekarboksilasi menggunakan soda lime, gugus –COOH dari asam karboksilat maupun gugus –COONa dari garam asam karboksilat dihilangkan dan diganti dengan atom hidrogen.

Reaksi ini juga dapat dilakukan untuk asam karboksilat, namun asam karboksilat tersebut harus dalam bentuk padatan. Sebagai contoh, benzena dapat dibuat dengan mereaksikan soda lime dengan padatan asam benzoat.

Gambar 5. Reaksi Dekarboksilasi Asam Benzoat dengan Soda Lime Reaksi di atas dapat dibayangkan menjadi dua tahap reaksi. Pertama adalah reaksi antara asam benzoat dengan soda lime untuk menghasilkan natrium benzoat. Dan tahap selanjutnya adalah reaksi dekarboksilasi antara natrium benzoat dengan soda lime untuk membentuk benzena (The Decarboxylaton, n.d.). Reaksi Dekarboksilasi Menggunakan Kalsium Hidroksida Penyusun utama soda lime adalah kalsium hidroksida. Oleh karena itu dalam penelitian ini akan dilakukan uji reaksi dekarboksilasi menggunakan kalsium hidroksida tanpa ada campuran dengan natrium hidroksida maupun kalium hidroksida. Sebagai umpan reaksi ini adalah garam lemak (sabun) hasil reaksi saponifikasi minyak jarak pagar dengan Ca(OH)2. Selanjutnya garam lemak tersebut akan mengalami reaksi dekarboksilasi dengan Ca(OH)2 yang dibuat berlebih. Dalam reaksi dekarboksilasi ini akan dihasilkan hidrokarbon rantai lurus dengan panjang atom karbon antara C13 – C19 yang merupakan fraksi diesel. Reaksi dekarboksilasi yang terjadi adalah:

Gambar 3. Reaksi Dekarboksilasi Contoh: padatan garam natrium dari asam lemak dicampur dengan soda lime kemudian campuran tersebut dipanaskan, akan dihasilkan gas metana.

ETU15-3

Gambar 6. Reaksi Dekarboksilasi Garam Kalsium dengan Kalsium Hidroksida


ISBN 978-979-98300-1-2


Reaksi dekarboksilasi ini dilakukan di dalam reaktor tanpa keberadaan oksigen (O2). Oleh karena itu, sebelum terjadinya reaksi, ke dalam reaktor dialirkan gas nitrogen untuk menghilangkan udara dari dalam reaktor. Gas nitrogen merupakan gas yang sukar bereaksi (inert) sehingga tidak akan mengganggu jalannya reaksi dekarboksilasi. Jika di dalam reaktor terdapat oksigen, dimungkinkan akan terjadi reaksi yang tidak diharapkan yaitu terbentuknya hidrokarbon rantai panjang akibat bergabungnya dua alkil dari garam lemak seperti ditunjukkan dalam reaksi berikut ini:

3) Tabung reaksi 4) Glass beaker 200 ml 5) Selang silikon Reaktor yang digunakan berupa reaktor batch, terbuat dari stainless steel dengan ukuran diameter 3 cm dan panjang 30 cm. Sedangkan pemanas yang digunakan berupa pemanas listrik dengan daya maksimum 800 watt. Untuk mengetahui temperatur sistem reaksi, maka ditempatkan termokopel pada bagian tengah pemanas.

Gambar 7. Reaksi Garam Kalsium dengan Oksigen 3. Eksperimental Umpan yang akan digunakan pada penelitian ini adalah minyak jarak pagar dan Ca(OH)2. Minyak jarak pagar dan Ca(OH)2, setelah ditimbang kemudian dicampurkan dan diaduk hingga homogen di dalam beaker glass. Campuran inilah yang akan diumpankan ke dalam reaktor untuk terjadinya reaksi saponifikasi dan reaksi dekarboksilasi. Dalam penelitian ini akan dilakukan beberapa variasi umpan untuk mendapatkan kondisi yang optimum untuk menghasilkan yield yang tinggi. Variasi yang dilakukan adalah komposisi umpan stoikiometrik, komposisi umpan excess Ca(OH)2 50%, 100%, 150% dan 200% mol. Rasio berat minyak dengan Ca(OH)2 dapat dilihat pada tabel berikut: Tabel 1. Rasio Berat Minyak dengan Ca(OH)2 Variasi Umpan Rasio berat minyak dengan Ca(OH)2 Stoikiometrik 3,92 Excess Ca(OH)2 50%

2,61

Excess Ca(OH)2 100% Excess Ca(OH)2 150% Excess Ca(OH)2 200%

1,96 1,57 1,31

Gambar 8. Reaktor yang Digunakan untuk Uji Reaksi Dekarboksilasi Prosedur penyusunan reaktor adalah sebagai berikut: 1) Mengisi reaktor dengan umpan (campuran minyak jarak pagar dan Ca(OH)2) 2) Menutup reaktor dan kencangkan bautbautnya. 3) Memasang reaktor ke sistem atau pada tempatnya. 4) Menyambungkan pipa nitrogen ke reaktor. 5) Memasang selang silikon sebagai tempat keluarnya produk. 6) Memasang tabung reaksi sebagai wadah untuk menampung produk cair reaksi. Untuk lebih jelasnya skema susunan reaktor dapat dilihat pada gambar berikut:

Perhitungan di atas dilakukan dengan asumsi berat molekul minyak jarak sebesar 870,8 gram/mol dan berat molekul Ca(OH)2 sebesar 74 gram/mol. Alat yang digunakan dalam uji reaksi dekarboksilasi ini adalah: 1) Reaktor 2) Pemanas/furnace

ETU15-4

Gambar 9. Skema Susunan Reaktor


ISBN 978-979-98300-1-2


Dalam uji reaksi dekarboksilasi ini, selain variasi umpan dilakukan juga variasi temperatur yaitu temperatur reaksi saponifikasi dan temperatur reaksi dekarboksilasi. Variasi temperatur dilakukan untuk mengetahui kondisi operasi yang optimum untuk menghasilkan yield yang tinggi. Variasi yang dilakukan adalah sebagai berikut:  Temperatur reaksi saponifikasi: 100, 150 dan 200 oC.  Temperatur reaksi dekarboksilasi: 400, 425, 450 dan 475 oC. Prosedur percobaan reaksi dekarboksilasi dapat dijelaskan sebagai berikut: 1) Mengisi reaktor dengan umpan. 2) Menyusun reaktor seperti terlihat pada gambar 9. 3) Mengalirkan gas nitrogen ke dalam sistem reaktor pada tekanan 1,0 bar untuk membersihkan reaktor dari udara luar. 4) Set suhu reaktor pada 100-200oC dan ditahan selama 20 menit untuk terjadinya reaksi saponifikasi. 5) Set suhu reaktor pada 400-475oC dan ditahan selama 90 menit untuk terjadinya reaksi dekarboksilasi. 6) Produk reaksi yang keluar ditampung dan kemudian ditimbang. 7) Mengalirkan gas nitrogen ke dalam sistem reaktor pada tekanan 2,5 bar untuk mengeluarkan produk yang masih tersisa di dalam reaktor.

Sedangkan dalam analisis sifat fisik akan diukur dua parameter penting yaitu densitas dan viskositas. Selanjutnya nilai densitas dan viskositas ini akan dibandingkan dengan nilai densitas dan viskositas diesel komersial. Sistem reaktor yang digunakan dalam penelitian ini ditunjukkan dalam gambar 10.

Gambar 10. Sistem Reaktor Rencana diagram alir penelitian ini adalah sebagai berikut:

Analisis Produk Hasil Reaksi Ada tiga analisis yang akan dilakukan terhadap produk hasil reaksi, yaitu analisis jenis ikatan, analisis komposisi, dan analisis sifat fisik. Analisis jenis ikatan menggunakan FTIR. Analisis ini dilakukan untuk melihat dengan jelas gugus fungsi apa saja yang dimiliki oleh sampel yang dihasilkan dari proses reaksi dekarboksilasi, dan kemudian akan dibandingkan dengan gugus fungsi yang terdapat dalam minyak jarak pagar dan diesel komersal. Dari analisis ini dapat diketahui tingkat reaksi dekarboksilasi yang terjadi, yang dapat dilihat dari jumlah ikatan ester (gugus karboksil) yang terlepas dari kerangka ikatan. Analisis komposisi menggunakan GCFID. Analisis ini bertujuan untuk mengetahui secara kuantitatif senyawa-senyawa penyusun produk reaksi dekarboksilasi. Dengan demikian dapat diketahui yield dari hidrokarbon setara fraksi diesel. Bahan bakar fraksi diesel merupakan hidrokarbon dengan panjang rantai atom karbon C12-C20.

ETU15-5

Mulai

Persiapan: 1) Persiapan Umpan (Minyak Jarak Pagar dan Ca(OH)2) 2) Persiapan Sarana Reaktor Uji

Uji Reaksi Dekarboksilasi

Produk Reaksi Dekarboksilasi

Analisa: 1. Analisa Jenis Ikatan (FTIR) 2. Analisa Komposisi (GC) 3. Analisa Sifat Fisik

Selesai Gambar 11. Prosedur Penelitian


ISBN 978-979-98300-1-2


4. Hasil dan Pembahasan Produk Cair Reaksi Dekarboksilasi Produk cair reaksi dekarboksilasi berwarna kuning agak kecoklatan, terdiri atas 3 komponen yang terpisah secara jelas, yaitu hidrokarbon, air dan gliserol.

Produk Reaksi dengan Variasi Temperatur Saponifikasi

Gambar 12. Produk Cair Reaksi Dekarboksilasi

Gambar 14. Pengaruh Temperatur Saponifikasi terhadap Konversi

Air dan gliserol dapat dibedakan dari hidrokarbon karena keduanya tidak larut dalam hidrokarbon dan berada di bagian bawah botol disebabkan densitasnya yang lebih tinggi. Keberadaan air ini dapat diprediksi melalui reaksi yang ditunjukkan pada gambar 2. Sedangkan keberadaan gliserol telah ditunjukkan melalui reaksi pada gambar 1. Produk Reaksi dengan Variasi Komposisi Umpan Dalam variasi ini, temperatur reaksi saponifikasi dan temperatur reaksi dekarboksilasi dibuat tetap, yaitu 200oC untuk reaksi saponifikasi dan 450oC untuk reaksi dekarboksilasi. Berdasarkan gambar 13, penambahan Ca(OH)2 pada umpan meningkatkan konversi sampai excess Ca(OH)2 100% mol. Namun, penambahan Ca(OH)2 lebih lanjut ternyata menurunkan konversi. Pengaruh komposisi umpan ini ternyata kurang begitu signifikan karena konversi yang diperoleh tidak berbeda jauh. Komposisi umpan terbaik adalah excess Ca(OH)2 100% mol yang memberikan konversi sebesar 56,33%.

Dalam variasi temperatur saponifikasi, komposisi umpan dibuat tetap yaitu excess Ca(OH)2 100% mol, sedangkan temperatur reaksi dekarboksilasi 450oC. Berdasarkan gambar 14, semakin besar temperatur reaksi saponifikasi konversi juga semakin besar. Konversi terbesar diperoleh pada temperatur saponifikasi 200 oC yaitu 56,33 %. Konversi yang diperoleh dari variasi temperatur saponifikasi ini tidak jauh berbeda. Kenaikan konversinya hanya berkisar 2%. Hal ini menunjukkan bahwa variasi temperatur reaksi saponifikasi ini pengaruhnya tidak terlalu signifikan.

Produk reaksi dengan variasi temperatur dekarboksilasi Dalam variasi temperatur reaksi dekarboksilasi, komposisi umpan yang digunakan adalah excess Ca(OH)2 100% mol, sedangkan temperatur reaksi saponifikasi 200oC. Dari gambar 15, ditunjukkan bahwa semakin tinggi temperatur reaksi dekarboksilasi, konversi yang diperoleh juga semakin besar. Hal ini menunjukkan bahwa pada temperatur yang lebih tinggi reaksi dekarboksilasi berlangsung lebih sempurna. Seperti terlihat pada gambar 15, pengaruh temperatur dekarboksilasi sangat signifikan terhadap konversi yang diperoleh. Konversi terbesar diperoleh pada temperatur 475 o C yaitu 65,44 %.

Gambar 13. Pengaruh Komposisi Umpan terhadap Konversi

ETU15-6


ISBN 978-979-98300-1-2


Gambar 16.2 menunjukkan spektra FTIR hasil reaksi dekarboksilasi. Dari gambar tersebut, spektra FTIR produk hasil reaksi dekarboksilasi berbeda dengan spektra FTIR minyak jarak pagar. Hal ini membuktikan telah terjadi reaksi yang menyebabkan perubahan senyawa yang terkandung di dalamnya. Gugus fungsi yang terdapat dalam produk dekarboksilasi adalah C–H uluran, C=O keton, dan C–H tekukan. Gugus C=O dan C–O ester tidak terlihat pada spektra ini. Hal ini menunjukkan telah terjadi reaksi dekarboksilasi yang menghilangkan gugus karboksil (ester). Asam lemak penyusun trigliserida minyak jarak sebagian besar berupa asam lemak tak jenuh/memiliki ikatan rangkap. Namun dalam analisa FTIR ini tidak teridentifikasi adanya ikatan rangkap. Oleh karena itu dapat diprediksi telah terjadi reaksi hidrogenasi yang menjenuhkan ikatan rangkap tersebut. Gambar 16.3 menunjukkan spektra FTIR diesel komersial. Spektra FTIR ini menunjukkan adanya gugus C–H uluran dan C–H tekukan. Senyawa alkena tidak terlihat dalam spektra ini. Tidak adanya gugus yang lain seperti gugus karboksil dan keton menunjukkan bahwa penyusun utama diesel komersial adalah senyawa alkana. Spektra FTIR hasil dekarboksilasi memiliki kemiripan dengan spektra FTIR diesel komersial karena gugus fungsi yang dominan adalah gugus C–H. Perbedaannya hanya terdapat pada gugus keton yang dimiliki oleh hasil reaksi dekarboksilasi.

Gambar 15. Pengaruh Temperatur Dekarboksilasi terhadap Konversi Analisa FTIR

1

2

Analisa GC-FID Dalam analisa GC-FID ini produk yang dianalisa adalah produk yang memiliki konversi terbesar. Tabel 2 menunjukkan komposisi senyawa hidrokarbon yang terkandung dalam produk cair reaksi dekarboksilasi.

3

Gambar 16. Spektra FTIR (1) Minyak Jarak Pagar, (2) Hasil Reaksi Dekarboksilasi dan (3) Diesel Komersial. Gambar 16.1 menunjukkan Spektra FTIR minyak jarak pagar. Berdasarkan gambar tersebut, gugus fungsi yang terdapat dalam minyak jarak pagar adalah gugus C–H uluran, C=O ester, C–O dan C–H tekukan. Gugus-gugus fungsi ini menunjukkan bahwa kandungan utama minyak jarak pagar adalah ester.

ETU15-7

Tabel 2. Persentase Senyawa Hidrokarbon dalam Produk Cair Reaksi Dekarboksilasi Senyawa Kandungan (% berat) Heptana (C7) 0,74 Oktana (C8) 1,07 Nonana (C9) 1,01 Dekana (C10) 1,13 Undekana (C11) 1,58 Dodekana (C12) 4,29 Tridekana (C13) 2,72 Tetradekana (C14) 3,32 Pentadekana (C15) 4,83 Heksadekana (C16) 3,87 Heptadekana (C17) 6,71 Oktadekana (C18) 12,44


ISBN 978-979-98300-1-2


Nonadekana (C19) Eikosana (C20) Heneikosana (C21) Dokosana (C22) Trikosana (C23) Tetrakosana (C24) Pentakosana (C25) Heksakosana (C26) Heptakosana (C27) Oktakosana (C28) Total

5,92 14,24 3,92 7,77 3,73 4,31 8,01 4,37 2,53 1,48 100,00

Hasil analisa GC-FID menunjukkan bahwa produk cair reaksi dekarboksilasi terdiri atas senyawa hidrokarbon dengan panjang rantai atom karbon C7-C28. Padahal asam lemak penyusun trigliserida minyak jarak pagar yang merupakan sumber senyawa hidrokarbon, hanya memiliki panjang rantai atom karbon C14-C20. Dengan demikian, dapat diprediksi telah terjadi perengkahan dan penggabungan alkil asam lemak. Perengkahan akan membuat senyawa hidrokarbon menjadi lebih pendek sedangkan penggabungan alkil menyebabkan rantai karbon bertambah. Dengan menganggap bahwa fraksi diesel terdiri atas hidrokarbon C12-C20, dari hasil analisa GC-FID ini diperoleh % berat fraksi diesel dalam produk cair reaksi dekarboksilasi sebesar 58,34%. Dengan memperhitungkan konversi produk cair reaksi dekarboksilasi sebesar 65,44%, maka yield hidrokarbon setara fraksi diesel yang diperoleh adalah 38, 18% menurut perhitungan berikut ini: 58,34% x 65,44% = 38,18%

(1)

Analisa Sifat Fisik Analisa sifat fisik meliputi pengukuran densitas dan viskositas. Dari pengukuran ini diperoleh densitas produk cair reaksi dekarboksilasi sebesar 0,84 gr/ml atau 840 kg/m3. Densitas hasil reaksi dekarboksilasi ini telah memenuhi standar yang telah ditetapkan oleh Dirjen Migas, yang menetapkan densitas solar super adalah 820 – 860 kg/m3. Sedangkan dari pengukuran viskositas, diperoleh viskositas produk cair reaksi dekarboksilasi sebesar 4,27 cSt. Viskositas ini telah memenuhi standar yang ditetapkan oleh Dirjen Migas yang menetapkan viskositas solar super sebesar 2,0 – 4,5 cSt.

Komposisi umpan terbaik untuk reaksi dekarboksilasi campuran minyak jarak pagar dengan Ca(OH)2 adalah excess Ca(OH)2 100%. Variasi komposisi umpan pengaruhnya tidak begitu signifikan terhadap konversi produk cair yang diperoleh. Semakin tinggi temperatur reaksi saponifikasi dan temperatur reaksi dekarboksilasi konversi hasil reaksi dekarboksilasi yang diperoleh semakin banyak. Pengaruh variasi temperatur saponifikasi tidak begitu signifikan terhadap konversi produk cair yang diperoleh. Namun variasi temperatur dekarboksilasi memberikan pengaruh yang sangat signifikan. Analisa FTIR menunjukkan bahwa reaksi dekarboksilasi telah berhasil dilakukan karena produk cair reaksi dekarboksilasi tidak mengandung adanya gugus karboksilat dan ikatan rangkap. Analisis sifat fisik menunjukkan bahwa densitas dan viskositas produk cair reaksi dekarboksilasi telah memenuhi standar yang ditetapkan oleh Dirjen Migas. Daftar Acuan [1] Chang, CC & Wan SW. (1947). China’s Motor Fuels from Tung Oil. Journal of Ind. Eng. Chem., 39, 1543–1548. [2] Demirbas, Ayhan. (2003). Biodiesel fuels from vegetable oils via catalytic and noncatalytic supercritical alcohol transesterifications and other methods: a survey. Journal of Energy Conversion and Management, 44, 2093–2109. [3] Lima, Daniela G. et al,. (2004). Diesel-like fuel obtained by pyrolysis of vegetable oils. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 71, 987–996. [4] Ma, Fangrui., & Hanna, Millord A. (1999). Biodiesel production: a review. Journal of Bioresource Technology, 70, 1 – 15. [5] Snare, Mathias, et,al., (2006). Heterogeneous Catalytic Deoxygenation of Stearic Acid for Production of Biodiesel. Journal of Ind. Eng. Chem. Res, 45, 5708 – 5715. [6] The Decarboxylation of Carboxylic Acids and Their Salts. (n.d.). http://www.chemguide.co.uk. diakses tanggal 10 April 2008.

5. Kesimpulan Penelitian ini menunjukkan bahwa hidrokarbon setara fraksi diesel dapat diperoleh melalui reaksi dekarboksilasi campuran minyak jarak pagar dengan Ca(OH)2 berlebih.

ETU15-8

REAKSI DEKARBOKSILASI MINYAK JARAK PAGAR UNTUK PEMBUATAN HIDROKARBON SETARA FRAKSI DIESEL DENGAN PENAMBAHAN Ca(OH) 2

Recommend Documents