Studi Pembuatan dan Karakterisasi Biodiesel Fuel Dari Minyak Kedelai Melalui Metode Elektrokimia Menggunakan Elektroda Kerja Boron-Doped Diamond

Studi Pembuatan dan Karakterisasi Biodiesel Fuel Dari Minyak Kedelai Melalui Metode Elektrokimia Menggunakan Elektroda Kerja Boron-Doped Diamond

Hartomo Y. Andi, Tribidasari A. Ivandini, Widyastuti Samadi

Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Indonesia, Kampus UI Depok, Jakarta-16464, Indonesia E-mail: [email protected]

Abstrak Penggunaan solar sebagai bahan bakar mesin diesel telah menimbulkan banyak masalah terhadap kesehatan manusia dan lingkungan karena emisi pembakarannya menghasilkan senyawa-senyawa seperti NOx, SOx, dan lain-lain sehingga dikembangkan penelitian untuk mendapatkan bahan bakar yang ramah lingkungan. Metode elektrokimia sederhana digunakan untuk mensintesis Biodiesel Fuel dari minyak kedelai. Metode elektrokimia yang digunakan difasilitasi dengan elektroda kerja boron-doped diamond (BDD) dengan dua sel elektrokimia dipisahkan oleh membran pemisah polimer Nafion . Temperatur reaksi diatur pada suhu ruang (25°C). Reaksi yang dilakukan adalah transesterifikasi trigliserida dengan metanol menghasilkan fatty acid methyl ester (FAME) yang popular sebagai biodiesel. Karakterisasi awal minyak kedelai menunjukkan bahwa kandungan asam lemak bebas, air dan bahan menguap dalam minyak 0,059% dengan angka asam sebesar 0,112 mengindikasikan bahwa kualitas minyak kedelai tergolong baik. Waktu reaksi elektrokimia berlangsung selama 0,5 jam dengan masing-masing garam elektrolit Na2SO4 1 M dan TBAP (tetra butil ammonium perklorat) 0,13 M. Konsentrasi Na2SO4 yang digunakan sebesar 1,5 M untuk 0,5 jam reaksi elektrokimia. Penggunaan TBAP 0,13 M sebagai garam elektrolit menghasilkan persen komposisi FAME tertinggi, yaitu 0,0569%. ®

Study of Synthesis and Characterization Biodiesel Fuel from Soybean Oil through Electrochemical Method Using Boron-Doped Diamond Electrode

Abstract

Diesel usage as fuel for diesel engines has caused many problems for the human health and environment due to exhaust gases such as NOx, SOx, etc, emitted from combustion. Therefore, studies are developed to obtain an environmental friendly fuel. In this work, a simple electrochemical method to synthesize biodiesel fuel from soybean oil was developed. The electrochemical method was applied using a boron-doped diamond film as the working electrode with two-separated compartments of electrochemical cells. Nafion was used as the separating membrane. The reaction temperature was set at room temperature (25oC). Transesterification reaction between triglyceride and methanol through an electrochemical method (Galvanostat technique) was expected to produce ®

Studi pembuatan dan ..., Andi Hartomo Yusuf, FMIPA UI, 2014

fatty acid methyl ester (FAME), widely known as biodiesel. Initial characterization of soybean oil showed that the content of free fatty acids, water, and volatile matters in the oil were 0.059% with the acid number of 0.112, indicated that the quality of soybean oil was respectable. The electrolysis time of 0.5 h was applied for both electrolytes Na2SO4 1 M and TBAP (tetrabutylammonium perchlorate) 0.13 M while the maximum concentration of Na2SO4 is 1,5 M. The use of TBAP 0,13 M as an organic salt electrolyte produced the highest FAME percent composition of 0,0569%.

Keywords: Biodiesel Fuel (FAME); Boron-doped diamond; Electrochemistry; Nafion ; Transesterification. ®

Pendahuluan

Biodiesel merupakan sumber energi berupa bahan bakar yang dapat diperbarui karena bahan baku utamanya bersifat biodegradable, atau dapat terdegradasi (terurai) dengan baik dan bersifat ramah lingkungan. Senyawa utama biodiesel adalah senyawa ester. Biodiesel dapat dibuat dari sumber daya hayati, misalnya minyak lemak nabati atau lemak hewani, melalui reaksi transesterifikasi asam lemak. Penggunaan solar sebagai bahan bakar mesin diesel menghasilkan gas buang dengan kandungan NOx, SOx, senyawaan hidrokarbon serta partikulat-partikulat berbahaya lainnya. Emisi senyawa-senyawa tersebut dari mesin diesel sangat berbahaya jika dibandingkan dengan emisi yang dikeluarkan mesin berbahan bakar bensin karena kadar toksisitas partikulat dalam mesin diesel yang berbahan bakar solar terbilang tinggi, yaitu sekitar 106,7 %. Selain itu, asap buangan dari mesin yang berbahan bakar solar berwarna hitam pekat dan baunya tidak sedap sehingga dapat dipastikan bahwa bahan bakar jenis ini sangat berbahaya bagi lingkungan serta kesehatan makhluk hidup termasuk manusia. Dibandingkan bahan bakar solar, biodiesel memiliki keunggulan, yaitu emisi pembakarannya yang ramah lingkungan karena mudah diserap kembali oleh tumbuhan serta tidak mengandung SOx, NOx, dan partikulat-partikulat berbahaya yang lain. Berbagai metode diteliti untuk dapat menghasilkan biodiesel yang berkualitas baik. Kriteria biodiesel sebagai bahan bakar pengganti solar harus memenuhi persyaratan, antara lain memiliki kemiripan sifat fisik dan kimia dengan bahan bakar solar, misalnya viskositasnya harus sesuai sehingga cocok digunakan untuk mesin diesel. Biodiesel yang paling popular adalah yang dikenal dengan sebutan fatty acid methyl ester (FAME).


Pada penelitian ini sintesis biodiesel dilakukan melalui metode elektrokimia (teknik galvanostat) menggunakan elektroda kerja boron-doped diamond (BDD), elektroda pembanding Ag/AgCl dan elektroda penunjang berupa elektroda platina (Pt). Sebagai pengganti katalis basa, digunakan OH- yang diharapkan dapat dihasilkan dari elektrolisis (reduksi) air. Sebelumnya, sintesis biodiesel dengan metode elektrolisis telah dilaporkan menggunakan elektroda kerja Pt (Guoqing et. al 2009). Diketahui bahwa penggunaan sel elektrokimia dengan dua kompartemen terpisah dapat memberikan hasil reaksi yang lebih baik (Ivandini et. al 2012). Maka, pada penelitian ini sel elektrokimia yang sama akan digunakan untuk sintesis FAME dari bahan baku minyak kedelai dan metanol.

Tinjauan Teoritis

A. Elektrokimia Elektrokimia merupakan ilmu yang mempelajari aspek elektronik dari suatu reaksi kimia. Elemen yang digunakan dalam reaksi elektrokimia dikarakterisasikan dengan banyaknya elektron yang dimiliki. Reaksi elektrokimia terjadi di dalam suatu wadah yang disebut sebagai sel elektrokimia. Sel elektrokimia tersusun atas dua ruang atau bagian, yakni anoda dan katoda. Pada anoda terjadi reaksi oksidasi dan pada katoda terjadi reaksi reduksi. Berbeda dengan sel Galvani, pada sel Elektrolisis membutuhkan input berupa arus listrik. Pada sel Galvani, anoda berfungsi sebagai elektroda dengan muatan negatif, sedangkan katoda merupakan elektroda dengan muatan positif. Lain halnya untuk sel elektrolisis, yang mana anoda berperan sebagai elektroda yang bermuatan positif dan katoda merupakan elektroda yang bermuatan negatif. B. Boron-doped Diamond Boron doped diamond (BDD) merupakan alternatif dari elektroda karbon tradisional yang memiliki keunggulan dalam stabilitas kimia dan dimensional, arus latar yang rendah dan jendela potensial yang sangat lebar bagi stabilitas air (Fujishima et al., 2005). C. Biodiesel (FAME)


Biodiesel merupakan monoalkil ester dari asam-asam lemak rantai panjang yang terkandung dalam minyak nabati atau lemak hewani yang digunakan sebagai bahan bakar mesin diesel. Biodiesel sudah banyak digunakan sebagai bahan bakar pengganti solar. Solar berdampak buruk terhadap lingkungan dan memicu pencemaran lingkungan berupa polusi udara yang sangat parah karena menghasilkan senyawa NOx, SOx, senyawa hidrokarbon berbahaya serta berbagai macam radikal serta partikulat-partikulat lainnya. Biodiesel mengandung rantai alkil pendek (metil atau etil) ester. D. Transesterifikasi Reaksi transesterifikasi sering disebut sebagai reaksi alkoholisis, yaitu reaksi antara trigliserida (minyak lemak nabati) dengan suatu senyawa golongan alkohol yang akan menghasilkan senyawa ester tertentu (dalam hal ini akan dihasilkan FAME) serta gliserol.

Metode Penelitian

A. Alat dan Bahan Reaksi elektrolisis dilakukan dalam dua sel elektrokimia yang dihubungkan dengan membran Nafion. Garam elektrolit yang digunakan adalah natrium sulfat dan TBAP (tetrabutilamonium perklorat). Minyak yang digunakan adalah minyak kedelai. Penggunaan metanol sebagai pemberi gugus metoksi dan penggunaan THF (tetrahidrofuran) sebagai pelarut pendukung (co-solvent). B. Instrumen Dilakukan menggunakan kromatografi gas (GC) Shimadzu 2010 dengan program temperatur tertentu disesuaikan dengan sampel FAME yang diinjeksikan. C. Prosedur Penelitian §

Karakterisasi awal terhadap minyak kedelai:

1. Penentuan massa jenis minyak kedelai


Piknometer 10 mL diisi sampel yang akan diujikan dan dikerjakan pada suhu ruang. Kemudian, direndam selama 30 menit. Didapatkan berat air dengan pengurangan (berat piknometer + sampel) – berat piknometer kosong. Berat jenis minyak kedelai, yakni: {(berat piknometer + minyak)-(berat piknometer kosong)}/berat air 2. Penentuan Kadar Air dan Bahan Mudah Menguap dalam Minyak Kedelai Krus kaca dipanaskan dalam oven pada suhu (130 ± 1)℃ selama kurang lebih 30 menit dan didinginkan dalam desikator selama 20 sampai 30 menit, kemudian krus dan tutupnya ditimbang pada neraca Ohaus (hasil penimbangan merupakan W0). Sebanyak 5 gram minyak kedelai dimasukkan ke dalam krus tersebut, ditutup dan kemudian ditimbang beratnya (didapat berat W1). Krus dipanaskan dalam keadaan terbuka di dalam oven pada suhu (130 ± 1)℃. Pemanasan dilakukan selama 30 menit. Setelah 30 menit, krus ditutup saat masih berada di dalam oven dan memindahkannya segera ke dalam desikator secara hati-hati. Lalu, didiamkan dalam desikator selama 20-30 menit sampai suhunya mencapai suhu ruang. Krus beserta isinya kemudian ditimbang pada neraca Ohaus dan dicatat hasil penimbangannya (didapat W2). Dirumuskan sebagai: {(W1-W2)/(W1-W0)}× 100%. 3. Penentuan angka asam minyak kedelai Dilakukan dengan metode titrasi standar. Sampel (minyak kedelai) dilarutkan sebanyak 2,5 gram dalam 12,5 mL alkohol (metanol) secara kuantitatif dan ditambahkan indikator fenolftalein (PP). Indikator PP dapat dibuat dengan melarutkan 0,5 gram bubuk PP ke dalam 50 mL etanol. Jika telah larut, diencerkan dengan akuabides sampai 100 mL. Proses titrasi dilakukan dengan larutan basa, NaOH 0,1 N sampai dihasilkan warna merah muda yang tidak lagi hilang selama ± 30 detik. Hal yang sama dilakukan untuk larutan blanko, yakni metanol yang dititrasi dengan NaOH 0,1 N. dirumuskan sebagai berikut: {(V NaOH sampelblanko)× N NaOH × BE NaOH}/ berat sampel. 4. Penentuan angka penyabunan minyak kedelai Digunakan larutan KOH dalam alkohol. 25 mL larutan KOH 0,5 N dalam alkohol ditambahkan ke dalam erlenmeyer yang berisi 2 gram sampel minyak kedelai lalu


dikocok sampai campuran homogen. Erlenmeyer (labu bulat) dihubungkan dengan kondensor dan direfluks sampai campuran mendidih selama setengah jam dan suhu dijaga sebesar 65℃. Sampel minyak didinginkan sesaat sebelum titrasi, lalu dilakukan titrasi dengan larutan HCl 0,5 N dan ditambahkan indikator fenolftalein (PP). Dilakukan pula titrasi untuk larutan blanko (tanpa penambahan sampel minyak kedelai). Dirumuskan sebagai berikut: {(Volum HCl blanko-sampel)× N HCl × BE KOH} / massa sampel (gram). 5. Penentuan viskositas kinematik minyak kedelai Sampel minyak kedelai dimasukkan ke dalam viskometer Oswald secara hati-hati. Viskometer berisi sampel minyak kedelai direndam dalam gelas kimia berukuran 1000 mL dan dipanaskan di atas hotplate pada suhu 45 ℃ selama 30 menit. Dengan menggunakan bulp, sampel minyak kedelai disedot sampai berada di atas tanda batas pertama. Waktu alir diukur dari batas pertama sampai batas kedua pada tabung viskometer (pengukuran waktu alir dilakukan sebanyak lima kali). Dirumuskan sebagai berikut: V = c × t, dengan c adalah konstanta viskometer dan t adalah waktu alir. 6. Penentuan bilangan iodida minyak kedelai Sebanyak 0,25 gram sampel minyak kedelai dimasukkan ke erlenmeyer kemudian dilarutkan dengan 5 mL kloroform. Ditambahkan larutan Wijs sebanyak 5 mL dan didiamkan di tempat gelap selama 30 menit. Kemudian ditambahkan 5 mL larutan KI 10% dan dititrasi dengan larutan natrium tiosulfat 0,1 N sampai warna larutan berubah menjadi kuning pucat. Ditambahkan 0,5 mL larutan kanji (larutan kanji dibuat dengan melarutkan pati atau amilum sebanyak 0.5 gram ke dalam 50 mL akuabides yang telah dipanaskan pada suhu 50℃), kemudian titrasi dilanjutkan sampai warna coklat hilang dan kembali menjadi kuning bening. Perlakuan sama untuk blanko tanpa penambahan minyak kedelai ke dalam erlenmeyer. Rumus penentuan bilangan iodida:{(B-S) × N × 126,9} / massa sampel minyak kedelai, satuan: mg/100 g sampel. Nilai B dan S merupakan total volum natrium tiosulfat untuk menitrasi blanko dan sampel serta N adalah normalitas larutan natrium tiosulfat. 7. Penentuan indeks setana minyak kedelai Ditentukan berdasarkan nilai angka penyabunan dan bilangan iodida minyak kedelai, dirumuskan: 46,3 + (5459/x) – 0,225y, dengan x merupakan nilai angka penyabunan dan y adalah bilangan iodida minyak kedelai.


§

Reaksi elektrokimia pembuatan biodiesel (FAME):

Diaduk dengan magnetic stirrer Gambar 1. Skema sel elektrokimia

Sel terdiri dari katoda (kiri) dan anoda (kanan), di katoda terdiri dari campuran antara minyak kedelai (10 mL) ditimbang sesuai dengan berat molekul, metanol 10 mL, THF 10 mL serta garam elektrolit natrium sulfat atau TBAP. Sedangkan di bagian anoda terdiri dari larutan natrium sulfat 1 M dalam akuabides. (konsentrasi THF, metanol, dan garam elektrolit divariasikan, juga untuk waktu reaksi elektrokimia). Variasi dilakukan terhadap waktu reaksi elektrolisis, konsentrasi garam elektrolit (natrium sulfat dan TBAP), variasi konsentrasi metanol serta THF. Mayoritas, reaksi elektrolisis dilakukan dengan menggunakan garam elektrolit Na2SO4. Waktu divariasikan mulai dari 0,5; 1 dan 1,5 jam. Konsentrasi garam elektrolit natrium sulfat divariasikan dari 0,5; 1 dan 1,5 M sedangkan untuk TBAP, 0,1 dan 0,4 M. Setelah didapatkan waktu dan konsentrasi garam elektrolit terbaik, nilai tersebut digunakan untuk variasi konsentrasi metanol dan THF. Setiap sampel FAME hasil reaksi elektrolisis kemudian dipisahkan di dalam corong pisah dan ditambahkan natrium sulfat anhidrat untuk menarik sisa-sisa air.


Hasil Penelitian dan Pembahasan 1. Hasil karakterisasi awal minyak kedelai: Tabel 1. Hasil percobaan penentuan sifat fisika-kimia minyak kedelai

A.

Berat jenis minyak kedelai Berat jenis menunjukkan satuan massa per volum suatu sampel yang digunakan. Berat jenis merupakan perbandingan berat dari suatu volum sampel (senyawa) pada suhu tertentu (dalam hal ini 25℃) dengan berat air pada volum dan suhu yang sama. Hasil penelitian menunjukkan nilai massa jenis minyak kedelai adalah 0,9181 g/mL dengan nilai literatur berkisar antara 0,916 sampai 0,922. Berat jenis dipengaruhi oleh tingkat kejenuhan komponen asam lemak. Berat jenis akan turun dengan semakin kecil berat komponen molekul asam lemaknya.

B.

Kadar air dan bahan mudah menguap Penentuan kadar air dan bahan menguap dalam minyak kedelai bertujuan untuk mengetahui kualitas minyak kedelai yang dipakai. Berdasarkan standar mutu minyak kedelai, persen kadar air dan bahan menguap maksimum sebesar 0,2 %. Persen kadar air dan bahan menguap minyak kedelai sebesar 0,059%. Hasil menunjukkan bahwa, minyak


kedelai yang digunakan untuk produksi FAME tergolong minyak yang kualitasnya baik dikarenakan persen kadar air dan bahan menguap yang tidak terlalu besar. C.

Angka asam minyak kedelai Bilangan asam merupakan ukuran jumlah asam lemak bebas yang terdapat dalam suatu lemak atau minyak dan dinyatakan dalam satuan jumlah mg/g sampel minyak. Bilangan asam berpengaruh terhadap kualitas minyak yang digunakan di mana semakin besar nilai bilangan asam suatu minyak atau lemak, menandakan bahwa kualitas minyak tersebut rendah karena menandakan semakin banyak asam lemak bebas yang terkandung di dalam minyak tersebut. Hasil penelitian menunjukkan, angka asam minyak kedelai sebesar 0,112 mg/g sampel minyak kedelai. Jika dibandingkan dengan minyak sawit curah dan minyak jelantah, angka asam minyak kedelai paling kecil yang menandakan bahwa minyak kedelai ini kualitas atau mutunya paling baik.

D.

Angka penyabunan minyak kedelai Bilangan penyabunan merupakan jumlah milligram KOH yang dibutuhkan untuk menyabunkan satu gram minyak atau lemak. Dalam larutan alkali panas, trigliserida akan mengalami hidrolisis sempurna menghasilkan gliserol dan garam alkali dari asam lemaknya. Garam ini umumnya dikenal sebagai sabun, oleh sebab itu prosesnya disebut penyabunan atau saponifikasi. Hasil penelitian menunjukkan bahwa nilai bilangan penyabunan minyak kedelai sebesar 196,38 mg KOH / gram sampel minyak kedelai. Bilangan penyabunan yang besarnya lebih rendah dari 100 mengindikasikan bahwa asam lemak penyusun trigliserida adalah asam lemak dari rantai panjang. Angka penyabunan yang rendah mengindikasikan bahwa minyak memiliki berat molekul yang besar.

E.

Penentuan viskositas kinematik minyak kedelai Viskositas merupakan istilah lain dari kekentalan. Viskositas dipengaruhi oleh faktor gesekan antara senyawa atau sampel dengan sisi ruang viskometer yang dialirinya. Dari hasil penelitian didapat viskositas kinematik minyak kedelai sebesar 0,5768 mm2/s. Sedangkan, untuk air didapat sebesar 0,032 mm2/s. Disimpulkan bahwa sudah dapat dipastikan minyak kedelai jauh lebih viskos (kental) jika dibandingkan dengan air


(akuades). Dalam hal ini, seberapa banyak volum minyak kedelai yang dimasukkan ke dalam viskometer Oswald juga memengaruhi waktu alir minyak. Semakin banyak zat yang dimasukkan ke dalam viskometer akan semakin sulit zat tersebut untuk turun sampai ke batas bawah viskometer, apalagi untuk minyak kedelai. Jadi, mudahnya, dimasukkan sebanyak kira-kira 1 mL supaya minyak maupun sampel jenis lainnya tidak tertahan. F.

Bilangan iodida minyak kedelai Bilangan iodida merupakan bilangan yang menunjukkan jumlah ikatan rangkap yang terdapat dalam minyak. Bilangan iodida dinyatakan sebagai jumlah gram iod yang dapat diikat oleh 100 gram minyak. Ikatan rangkap yang terdapat dalam minyak akan bereaksi dengan iod membentuk suatu ikatan tunggal atau jenuh. Hasil titrasi menunjukkan perubahan warna coklat ke kuning untuk titrasi pertama, dari kuning ke coklat setelah penambahan kanji dan dari coklat ke bening untuk titrasi kedua dengan Na2S2O3. Didapatkan nilai bilangan iodida untuk minyak kedelai sebesar 177,66 mg / 100 gram sampel minyak kedelai. Penurunan bilangan iod terjadi apabila kandungan asam lemak bebas (berikatan rangkap atau tidak) pada minyak berkurang, hal ini terjadi pada minyak yang sudah dimurnikan, dan begitu pula kebalikannya, ketika minyak mengandung ikatan rangkap yang banyak, maka menimbulkan bilangan iod yang tinggi.

G.

Indeks setana minyak kedelai Berkaitan dengan bilangan penyabunan dan bilangan iodida minyak kedelai yang telah didapat. Bahan bakar dengan indeks (bilangan) setana yang tinggi akan mudah berdetonasi (mengalami ledakan) pada motor diesel. Bilangan setana bahan bakar ringan untuk motor diesel putaran tinggi berkisar di antara 40 sampai 60. Bilangan setana bukan untuk menyatakan kualitas dari bahan bakar mesin diesel, tetapi ditentukan untuk menyatakan kualitas dari penyalaan bahan bakar diesel atau ukuran untuk menyatakan keterlambatan pengapian dari bahan bakar itu sendiri. Dari hasil penelitian, diperoleh nilai indeks setana minyak kedelai sebesar 34,125. Lebih baiknya jika dilakukan juga pengukuran indeks setana untuk biodiesel yang terbentuk dari minyak kedelai ini.


2. Sintesis biodiesel dengan metode elektrokimia A. Standar FAME Terdiri dari metil miristat, metil palmitat, cis-9-oleic acid methyl ester, linolelaidic acid methyl ester, metil linoleat, metil arakidat, dan metil behenat.

Keterangan:

1 2

3-‐6

• • • • • • •

Metil miristat (1) Metil palmitat (2) Cis-9-oleic acid methyl ester (3) Linolelaidic acid methyl ester (4) Metil linoleat (5) Metil arakidat (6) Metil behenat (7)

7

Gambar 2. Kromatogram standar FAME

B.

Mekanisme reaksi elektrokimia dan transesterifikasi minyak kedelai menjadi biodiesel 2 * 1

*


3

4

5

6

Gambar 3. Mekanisme reaksi pembentukan biodiesel (FAME)

Reaksi 1 merupakan proses pemecahan molekul air menjadi ion OH-. Air akan direduksi selama proses reaksi elektrokimia berlangsung pada pemberian arus sebesar -


3 mA. Ion OH- yang terbentuk digunakan sebagai katalis basa dalam reaksi transesterifikasi dan oleh sebab itu tidak dilakukan penambahan senyawa basa kuat ke dalam reaksi karena melalui reaksi elektrokimia (reduksi air) ini katalis yang berperan dalam reaksi adalah dari hasil reduksi air tersebut. Ion OH- tersebut akan bereaksi lebih lanjut dengan metanol yang ditambahkan sebagai pelarut. Gugus H+ pada metanol akan ditarik atau dilewatkan baik oleh katalis OH- dan membran Nafion. Pada reaksi 2, ion metoksi yang bermuatan negatif akan menyerang atom C pada trigliserida yang sifatnya lebih elektropositif dikarenakan terikat sebagai gugus karbonil. Maka, ikatan karbonil terpecah menjadi –O-. Bentuk tersebut tidak stabil sehingga terjadi penataan ulang seperti pada reaksi 3. Dengan begitu, terbentuklah senyawaan FAME dengan hasil sampingan gliserol. C. Efek waktu reaksi elektrolisis

Gambar 4. Grafik variasi waktu reaksi elektrolisis dengan garam elektrolit Na2SO4 dan TBAP


Dari grafik tersebut, disimpulkan bahwa hasil persen total FAME maksimum untuk variasi waktu reaksi elektrokimia minyak kedelai dengan garam elektrolit natrium sulfat 1 M adalah selama 0,5 jam. Penurunan yield FAME dikarenakan jenis minyak yang digunakan untuk reaksi elektrokimia sudah cukup murni dari pengotor, juga karena kandungan air di dalam minyak kedelai yang tergolong sangat sedikit yang menyebabkan reaksi reduksi air kurang berjalan maksimal. Selain itu, Proses pemisahan campuran reaksi menjadi suatu bagian yang penting agar FAME dapat dipisahkan dengan baik. Kandungan air dalam campuran yang berasal baik dari minyak maupun dengan penambahan sejumlah tertentu air memengaruhi besarnya persen komposisi FAME yang dihasilkan. Saat digunakan TBAP, juga didapat persen b/b FAME maksimum saat dilakukan elektrolisis selama 0,5 jam. Terlihat bahwa ketika digunakan TBAP sebagai garam elektrolit, total persen FAME lebih tinggi jika dibandingkan dengan saat digunakan Na2SO4 1 M. Hal ini disebabkan oleh kelarutan TBAP yang lebih tinggi di dalam campuran reaksi sehingga kontaknya dengan permukaan BDD menjadi lebih sering terjadi. D. Variasi konsentrasi garam elektrolit Variasi konsentrasi dilakukan untuk garam elektrolit natrium sulfat dan TBAP. Natrium sulfat dimulai dari 0,5; 1 dan 1,5 M. Sedangkan untuk TBAP, divariasikan yakni 0,1 dan 0,4 M.

Gambar 5. Grafik variasi garam elektrolit natrium sulfat


Dari grafik tersebut, terlihat bahwa persen b/b tertinggi adalah saat digunakan konsentrasi Na2SO4 sebanyak 1,5 M. Menurut hipotesis, hasil ini sesuai, karena semakin banyak konsentrasi natrium sulfat yang digunakan, kontaknya dengan permukaan BDD akan semakin tinggi seiring dengan pengadukan dengan menggunakan magnetic stirrer. Hal ini juga tergantung dari kelarutan garam elektrolit dalam campuran reaksi. Semakin garam elektrolit larut, maka semakin banyak kontak dengan permukaan elektroda BDD sehingga arus terdistribusikan dengan baik sampai di permukaan BDD tersebut. Jadi, total persen (b/b) FAME yang dihasilkan akan mengalami peningkatan. Di samping itu, Terjadinya penurunan total persen (b/b) FAME pada saat digunakan Na2SO4 1 M disebabkan karena reaksi reduksi air untuk membentuk ion OH- yang digunakan sebagai katalis dalam reaksi transesterifikasi trigliserida tidak maksimal disebabkan kandungan air dalam campuran sedikit. Saat penggunaan TBAP, konsentrasi saat dihasilkan persen b/b FAME tertinggi yaitu 0,1 M TBAP. Seharusnya, penggunaan konsentrasi TBAP yang semakin tinggi akan semakin meningkatkan persen b/b FAME. Terjadi penurunan komposisi FAME disebabkan karena reaksi reduksi air yang berjalan kurang sempurna. E. Variasi konsentrasi metanol dan THF

Gambar 6. Grafik pengaruh variasi konsentrasi metanol dan THF terhadap persen b/b FAME


Dari grafik, menunjukkan bahwa terjadi penurunan persen total FAME yang signifikan ketika konsentrasi metanol dinaikkan menjadi 22 M dan persen total FAME mengalami kenaikan kembali pada saat konsentrasi metanol diubah menjadi 24 M. Adanya penurunan persen yield FAME dikarenakan pada konsentrasi metanol 20 M senyawa FAME yang didapat lebih murni dibandingkan saat konsentrasi metanol 22 M dikarenakan kandungan air dengan lapisan organiknya sudah terpisahkan dengan baik. Faktor lain, Na2SO4 anhidrat yang ditambahkan pada saat digunakan variasi konsentrasi metanol 20 M sudah menyerap sisa-sisa air dengan lebih sempurna dibandingkan dengan saat konsentrasi metanol 22 M. Selain itu, pada konsentrasi 22 M metanol terjadi penurunan yield FAME sebab reaksi elektrokimia pembentukan ion OH- masih belum sempurna sehingga perubahan metanol menjadi ion CH3O- yang dikatalisis oleh ion OH- terhambat. Pada variasi konsentrasi THF, diperoleh bahwa pada konsentrasi THF sebesar 12,26 M, persen total b/b FAME yang dihasilkan paling besar dan sesuai dengan hipotesis bahwa semakin besar konsentrasi THF yang digunakan, transfer massa dan kehomogenan campuran akan semakin tinggi sehingga komposisi total FAME akan semakin besar.

Kesimpulan Berdasarkan data karakterisasi awal, menunjukkan bahwa minyak kedelai yang digunakan kualitasnya baik, asam lemak penyusunnya dari golongan rantai pendek. Penggunaan TBAP sebagai garam elektrolit menghasilkan yield FAME paling tinggi, yakni sebesar 0,059% dikarenakan kelarutan TBAP yang tinggi di dalam campuran sehingga kontaknya dengan permukaan elektroda BDD semakin sering dan yield FAME yang dihasilkan menjadi lebih tinggi.


Saran § Karakterisasi terhadap sampel FAME yang didapat , yaitu dengan penentuan berat jenis, kadar air dan bahan menguap, angka asam, angka penyabunan, bilangan iodida, bilangan setana serta viskositas kinematik. § Variasi terhadap arus reaksi elektrokimia dengan waktu, konsentrasi garam elektrolit, konsentrasi metanol dan konsentrasi THF maksimum.

Referensi Guan, G., & Kusakabe, K. (2009). Synthesis of biodiesel fuel using an electrolysis method. Chemical Engineering Journal, 153, 159–163. S. Shibano, T. A. Ivandini, C. Terashima, K. Nakata, Y. Einaga. (2014). Synthesis of Biodiesel using a Two-Compartments Electrochemical Cell, Chem. Lett., 43, 1292-1293. Allen, J. Bard, Larry R. Faulkner. 2001. Electrochemical Methods Fundamentals and Applications. New York: John Wiley & sons Endriana, D. 2007. Sintesis Biodiesel (Metil Ester) dari Minyak Biji Bintaro (Cerbera odollam Gaertn.) Hasil Ekstraksi. FMIPA Universitas Indonesia, Depok: Jawa Barat. Fillipis, P.D et al. 1995. Transesterification Processes for Vegetable Oils: a Simple Control Method of Methyl Ester Content, JAOCS. Vol. 72 (11), 1399-1404 Fujishima, A., Einaga, Y., Rao, T. N., Tryk, D., eds. 2005. Diamond Electrochemistry BKCElsevier, Tokyo Maharani, M.H., Zuliyana. 2010. Pembuatan Metil Ester (Biodiesel) dari Minyak Dedak dan Metanol dengan Proses Esterifikasi dan Transesterifikasi. Universitas Diponegoro. Semarang, Jawa Tengah. Nasikin, M., Arbianti, Rita., Azis, Abdul. 2002. Paditif Peningkat Angka Setana Bahan Solar yang Disintesis dari Minyak Kelapa. Jurusan Teknik Gas dan Petrokimia, Fakultas Teknik Universitas Indonesia, Depok, Jawa Barat. Srivastava, A. & Prasad, R. Triglycerides-based Diesel Fuels, Renewable and Sustainable Energy. Reviews 2000. 4, 111-133 Underwood A.L. 1986. Analisis Kimia Kuantitatif. Edisi kelima, Alih Bahasa: Aloysius Hadyana Pudjaatmaka Ph.D. Penerbit Erlangga. Jakarta


Studi Pembuatan dan Karakterisasi Biodiesel Fuel Dari Minyak Kedelai Melalui Metode Elektrokimia Menggunakan Elektroda Kerja Boron-Doped Diamond

Recommend Documents