UNIVERSITAS INDONESIA

UNIVERSITAS INDONESIA

HIDROGENASI MINYAK JARAK MENGGUNAKAN KATALIS NiO/γ-Al2O3 PADA TEKANAN RENDAH DENGAN VARIASI TEMPERATUR OPERASI SEBAGAI BAHAN BAKU PEMBUATAN GEMUK PELUMAS

SKRIPSI

ANDRE RIDUAN 0806332742

FAKULTAS TEKNIK PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA DEPOK JUNI 2012

Hidrogenasi minyak..., Andre Riduan, FT UI, 2012

UNIVERSITAS INDONESIA

HIDROGENASI MINYAK JARAK MENGGUNAKAN KATALIS NiO/γ-Al2O3 PADA TEKANAN RENDAH DENGAN VARIASI TEMPERATUR OPERASI SEBAGAI BAHAN BAKU PEMBUATAN GEMUK PELUMAS

SKRIPSI Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik

ANDRE RIDUAN 0806332742

FAKULTAS TEKNIK PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA DEPOK JUNI 2012 i Hidrogenasi minyak..., Andre Riduan, FT UI, 2012

HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS

Makalah seminar ini adalah hasil karya saya sendiri, dan semua sumber baik yang dikutip maupun dirujuk telah saya nyatakan dengan benar.

ii Hidrogenasi minyak..., Andre Riduan, FT UI, 2012

HALAMAN PENGESAHAN

Skripsi ini diajukan oleh Nama NPM Program Studi Judul Skripsi

: : : :

Andre Riduan 0806332742 Teknik Kimia Hidrogenasi Minyak Jarak Menggunakan Katalis NiO/γ-Al2O3 Pada Tekanan Rendah Dengan Variasi Temperatur Operasi Sebagai Bahan Baku Pembuatan Gemuk Pelumas

Telah berhasil dipertahankan di hadapan Dewan penguji dan diterima sebagai bagian persyaratan yang diperlukan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Indonesia

Ditetapkan di

: Departemen Teknik Kimia, Universitas Indonesia, Depok

Tanggal

: 28 Juni 2012

iii Hidrogenasi minyak..., Andre Riduan, FT UI, 2012

KATA PENGANTAR

Puji syukur saya panjatkan kepada Tuhan Yesus, atas berkat dan kasihNya, saya dapat menyelesaikan makalah skripsi ini dengan baik. Penulisan skripsi ini dilakukan dalam rangka memenuhi kelulusan mata kuliah Skripsi Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia. Karena berkat penyertaan-Nya, penulis dapat menyelesaikan makalah skripsi dengan judul “Hidrogenasi Minyak Jarak Menggunakan Katalis NiO/γ-Al2O3 Pada Tekanan Rendah Dengan Variasi Temperatur Sebagai Bahan Baku Pembuatan Gemuk Pelumas”. Pada kesempatan ini, penulis juga mengucapkan terima kasih kepada: 1. Prof. Dr. Ir. Widodo W. Purwanto, DEA selaku Ketua Departemen Teknik Kimia FT UI. 2. Dr. Ir. Sukirno, M.Eng. selaku Dosen Pembimbing 3. Orang tua dan keluarga saya yang telah memberikan bantuan dukungan material maupun moral; dan 4. Teman-teman satu penelitian, Hendri, Fikri Aulia R., Ray A. Putra, Ariyani Raidah, dan Adinda Astri. 5. Mang Ijal, Kang Jajat, dan Mas Eko sebagai laboran di Departemen Teknik Kimia yang banyak membantu dalam penelitian ini. 6. Segenap teman-teman yang membantu saya, serta memberi semangat kepada saya, terutama teman-teman Departemen Teknik Kimia UI 2008, semoga kita sukses setelah lulus nanti. Akhir kata, saya berharap Tuhan berkenan membalas segala kebaikan semua pihak yang telah membantu. Semoga skripsi ini membawa manfaat bagi pengembangan ilmu.

Depok, Juli 2012 Penulis

iv Hidrogenasi minyak..., Andre Riduan, FT UI, 2012

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI TUGAS AKHIR UNTUK KEPENTINGAN AKADEMISI Sebagai sivitas akademik Universitas Indonesia, saya yang bertanda tangan di bawah ini: Nama NPM Program Studi Departemen Fakultas Jenis Karya

: Andre Riduan : 0806332742 : Teknik Kimia : Teknik Kimia : Teknik : Skripsi

demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada Universitas Indonesia Hak Bebas Royalti Noneksklusif (Non-exclusive Royalty Free Right) atas karya ilmiah saya yang berjudul: Hidrogenasi Minyak Jarak Menggunakan Katalis NiO/γ-Al2O3 Pada Tekanan Rendah Dengan Variasi Temperatur Sebagai Bahan Baku Pembuatan Gemuk Pelumas beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti Noneksklusif ini, Univeristas Indonesia berhak menyimpan, mengalih media/formatkan, mengelola dalam bentuk pangkalan data (database), merawat, mempublikasikan tugas akhir saya tanpa meminta izin dari saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis atau pencipta dan sebagai pemilik Hak Cipta. Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya,

Dibuat di : Depok Pada tanggal : 3 Juli 2012

v Hidrogenasi minyak..., Andre Riduan, FT UI, 2012

ABSTRAK

Nama NPM Program Studi Judul Skripsi

: : : :

Andre Riduan 0806332742 Teknik Kimia Hidrogenasi Minyak Jarak Menggunakan Katalis NiO/γ-Al2O3 Pada Tekanan Rendah Dengan Variasi Temperatur Operasi Sebagai Bahan Baku Pembuatan Gemuk Pelumas

Kebutuhan akan gemuk pelumas membuat permintaan gemuk pelumas semakin tinggi. Bahan penting penyusun gemuk pelumas adalah pengental yang terbuat dari asam lemak. Asam lemak yang banyak digunakan adalah asam 12-hidroksi stearat (12-HSA) yang kebutuhannya saat ini masih diimpor. Asam 12-HSA dapat disintesis dari asam risinoleat yang berasal dari minyak jarak. Dalam penelitian ini minyak jarak akan dihidrogenasi untuk mendapatkan minyak jarak terhidrogenasi yang merupakan bahan baku pembuatan 12-HSA. Hidrogenasi dilakukan dengan katalis NiO/γ-Al2O3 sebanyak 0,1% pada tekanan 3 dan 4 bar selama 4 jam dengan variasi temperatur 140-220 °C. Hasil dikarakterisasi dengan analisis titik tuang dan bilangan iod. Hasilnya, bilangan iod terendah didapat pada tekanan 4 bar dan temperatur 220 °C, yaitu 53,6 g I2/100 g, dengan titik tuang tertinggi -4 °C pada kondisi operasi yang sama.

Kata kunci: Gemuk pelumas, asam risinoleat, 12-HSA, hydrogenated castor oil, hidrogenasi, katalis heterogen, NiO/γ-Al2O3, titik tuang, bilangan iod.

vi Hidrogenasi minyak..., Andre Riduan, FT UI, 2012

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL........................................................................................................... i HALAMAN PERNYATAAN OROSINALITAS .............................................................. ii HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................................. iii KATA PENGANTAR ........................................................................................................ iv HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI TUGAS AKHIR UNTUK KEPENTINGAN AKADEMISI .......................................................................... v ABSTRAK .......................................................................................................................... vi DAFTAR ISI ....................................................................................................................... vii DAFTAR GAMBAR .......................................................................................................... ix DAFTAR TABEL ............................................................................................................... x 1. PENDAHULUAN .......................................................................................................... 1 1.1 Latar Belakang .......................................................................................................... 1 1.2 Perumusan Masalah ................................................................................................. 3 1.3 Tujuan Penelitian ..................................................................................................... 3 1.4 Manfaat Penelitian ................................................................................................... 4 1.5 Batasan Penelitian .................................................................................................... 4 1.6 Sistematika Penelitian .............................................................................................. 4 2. TINJAUAN PUSTAKA ................................................................................................ 6 2.1 Gemuk Pelumas ........................................................................................................ 6 2.2 Minyak Jarak Kepyar (Castor Oil) ........................................................................... 7 2.3 Minyak Jarak Kepyar Terhidrogenasi (Hydrogenated Castor Oil) .......................... 10 2.4 Hidrogenasi Minyak Jarak Kepyar ........................................................................... 11 2.4.1 Termodinamika Reaksi ................................................................................... 14 2.4.2 Katalis ............................................................................................................. 16 2.4.2.1 Pembagian Katalis .............................................................................. 18 2.4.2.2 Komponen Katalis .............................................................................. 19 2.4.2.3 Katalis Hidrogenasi Minyak Jarak Kepyar ........................................ 20 2.4.3 Gas Hidrogen .................................................................................................. 21 2.4.4 State of The Art ............................................................................................... 22 2.5. Metode Karakterisasi ............................................................................................... 24 2.5.1 Analisis Bilangan Iod (Iod Value) .................................................................. 24 2.5.2 Analisis Titik Tuang (Pour Point) .................................................................. 25 3. METODE PENELITIAN ............................................................................................. 26 3.1 Diagram Alir Penelitian ............................................................................................ 26 3.2 Peralatan dan Bahan .................................................................................................. 26 3.3 Prosedur Percobaan ................................................................................................... 28 3.4 Prosedur Karakterisasi .............................................................................................. 28 3.4.1 Sifat Kimia: Bilangan Iod ............................................................................... 29 3.4.2 Sifat Fisik: Titik Tuang (Pour Point) .............................................................. 29 3.5 Prosedur Pengolahan Data ........................................................................................ 30

vii Hidrogenasi minyak..., Andre Riduan, FT UI, 2012

4. HASIL DAN PEMBAHASAN ..................................................................................... 31 4.1 Penjelasan Umum...................................................................................................... 31 4.2 Sifat Kimia Hasil Hidrogenasi .................................................................................. 32 4.3 Sifat Fisik Hasil Hidrogenasi .................................................................................... 35 4.4 Konversi Reaksi ........................................................................................................ 37 5. KESIMPULAN .............................................................................................................. 39 DAFTAR REFERENSI ...................................................................................................... 40 LAMPIRAN ....................................................................................................................... 43

viii Hidrogenasi minyak..., Andre Riduan, FT UI, 2012

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Alur Reaksi Minyak Jarak Menjadi Turunannya ......................................... 10 Gambar 2.2. Mekanisme Reaksi Hidrogenasi pada Alkena .............................................. 12 Gambar 2.3. Perubahan Energi Dihubungkan dengan Tiap Langkah Reaksi Katalis ................................................................................................................................. 17 Gambar 3.1. Diagram Penelitian ....................................................................................... 26 Gambar 4.1. Diagram Hubungan Temperatur Terhadap Bilangan Iod ............................. 34 Gambar 4.2. Diagram Hubungan Temperatur terhadap Bilangan Iod Dibandingkan dengan Percobaan Sebelumnya ................................................................... 35 Gambar 4.3. Minyak Hasil Hidrogenasi Pada Tekanan 3 dan 4 bar ................................. 36 Gambar 4.4. Diagram Hubungan Temperatur Terhadap Titik Tuang .............................. 37 Gambar 4.5. Diagram Hubungan Temperatur Terhadap Konversi ................................... 38

ix Hidrogenasi minyak..., Andre Riduan, FT UI, 2012

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Kandungan Asam Lemak Minyak Biji Jarak ..................................................... 9 Tabel 2.2. Beberapa Sifat Fisik dan Kimia Minyak Jarak .................................................. 9 Tabel 2.3. Beberapa Sifat Fisik dan Kimia Minyak Jarak Terhidrogenasi ......................... 11 Tabel 2.4. Nilai Entalpi Pembentukan Standar Senyawa dalam Reaksi Hidrogenasi ........ 14 Tabel 2.6. Sifat Fisik dan Kimia Gas Hidrogen .................................................................. 21 Tabel 4.1. Bilangan Iod Hasil Penelitian ............................................................................ 33 Tabel 4.2. Bilangan Iod Pada Hidrogenasi Atmosferik ...................................................... 35 Tabel 4.3. Titik Tuang Minyak Hasil Penelitian ................................................................. 37 Tabel 4.4. Konversi Reaksi Hidrogenasi ............................................................................ 39

x Hidrogenasi minyak..., Andre Riduan, FT UI, 2012

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Kemajuan industri tidak dapat dilepaskan dengan keberadaan mesin-mesin sebagai alat yang mendukung. Sebagian besar mesin terbuat dari logam yang dapat terkorosi atau rusak ketika bergesekan. Untuk mencegahnya digunakan bahan yang saat ini dikenal sebagai pelumas. Salah satu pelumas yang penting dalam proses industri adalah gemuk (grease). Gemuk memiliki sifat dasar yang kental dan memiliki kegunaan mengurangi gesekan, mencegah korosi, sebagai penyekat dari kotoran atau air, mencegah kebocoran, konsistensi dan struktur tidak berubah, dan tidak mengeras pada temperatur rendah. Aplikasinya yang luas menjadikan gemuk pelumas merupakan komponen yang harus selalu ada dalam suatu industri, bahkan penggunaannya di Indonesia saat ini diperkirakan mencapai sekitar 35 ribu ton per tahun (Barus, 2010). Gemuk tersusun atas base oil (minyak dasar), thickener (pengental), dan zat aditif. Keberadaan pengental menyebabkan gemuk berbeda dengan dengan pelumas biasa, sifat gemuk menjadi jauh lebih kental dibanding dengan pelumas pada umumnya. Pengental untuk gemuk umumnya terbuat dari sabun, yaitu gabungan dari asam lemak dan alkali. Asam lemak yang digunakan merupakan asam lemak yang berasal dari minyak nabati. Saat ini, asam lemak yang paling sering digunakan sebagai bahan pengental adalah asam 12-hidroksi sterat (12HSA), senyawa ini dapat disintesis dari asam risinoleat (asam 12-hidroksi-cis-9oktadekenoat) yang terdapat pada tanaman jarak kepyar (Ricinus communis L). Dalam minyak jarak kepyar (castor oil) terkandung sekitar 85-95% asam risinoleat (Pena, et al., 2009). Komposisi pengental pada gemuk dapat mencapai 7-15%, bila dalam tanaman jarak kepyar terdapat 54% minyak (Bailey, 1950), maka diperlukan 4537 sampai 9722 ton biji jarak kepyar per tahun untuk memenuhi kebutuhan pengental gemuk dalam negeri. Produksi tananaman jarak kepyar di Indonesia sendiri sampai tahun 2012 belum tercatat di Kementrian

1

Universitas Indonesia


2

Pertanian maupun Kementrian Perdagangan. Hal ini dapat diartikan bahwa produksi tanaman ini belum dikembangan dengan baik di negeri ini. Untuk mendapatkan 12-HSA, minyak jarak kepyar terlebih dahulu dihidrogenasi sehingga trigliserida asam risinoleat yang ada menjadi jenuh membentuk trigliserida 12-HSA. Proses hidrogenasi inilah yang menjadi hal penting dalam sintesis 12-HSA. Hidrogenasi minyak jarak kepyar akan menghasilkan minyak jarak kepyar terhidrogenasi (hydrogenated castor oil) yang selanjutnya akan disaponifikasi dan netralisasi untuk kemudian dimurnikan menjadi 12-HSA yang selanjutnya digunakan sebagai bahan baku pengental dari gemuk. Sangat disayangkan bahwa saat ini kebutuhan 12-HSA masih diimpor. Padahal Indonesia mempunyai potensi yang besar untuk mengembangkan industri pembuatan 12-HSA tersebut. Banyak daerah di Indonesia cocok bagi pertumbuhan minyak jarak kepyar (Wijarnako et al., 2004). Budidaya tanaman jarak kepyar sendiri masih sangat sedikit dibandingkan dengan produk-produk pertanian lainnya. Dengan adanya industri khusus di Indonesia untuk membuat 12-HSA, maka nilai ekonomis tanaman jarak kepyar akan naik dan secara langsung akan meningkatkan pendapatan petani serta penurunan nilai impor. Hingga saat ini, pengembangan dalam pembuatan senyawa 12-HSA sudah cukup banyak (Sreenivasan et al., 1956; Kamath et al., 1957; Triveda dan Vasish, 1997; Maskaev et al., 2004; Widiyarti dan Rahayu, 2009). Namun, dalam penelitian ini akan difokuskan hidrogenasi menggunakan katalis nikel oksida dengan support gamma alumina (NiO/γAl2O3) pada tekanan rendah dengan variasi temperatur dan waktu tertentu sehingga didapatkan hasil minyak jarak kepyar yang terhidrogenasi yang optimum dan berkualitas baik. Pemilihan katalis nikel oksida didasarkan karena kereaktifan katalis ini terhadap reaksi hidrogenasi. Nikel oksida mampu membentuk ikatan kimia dengan hidrogen pada sifat ikatan yang tidak terlalu kuat dan tidak terlalu lemah sehingga produk reaksi masih siap didesorpsi. Selain itu, katalis ini juga telah digunakan secara luas dalam berbagai reaksi hidrogenasi dan harganya tidak terlalu mahal dibanding katalis lain seperti tembaga (Cu) atau palladium (Pd). (Hasibuan, 2009).



3

Pada penelitian ini, minyak jarak kepyar yang ada dihidrogenasi menggunakan metode

yang sudah dikembangkan sebelumnya

sehingga

menghasilkan trigliserida dari 12-HSA yang bersifat jenuh. Penelitian ini menggunakan minyak jarak kepyar sebagai bahan baku dan NiO/γ-Al2O3 sebagai katalis yang dipreparasi secara khusus dengan metode presipitasi dengan judul penelitian “Pengaruh Garam Prekursor Terhadap Aktivitas Katalis NiO/γ-Al2O3 yang Digunakan dalam Reaksi Hidrogenasi Minyak Jarak” (Hendri, 2012). Keberhasilan reaksi dianalisis menggunakan dua parameter, yaitu titik tuang (sifat fisik) serta bilangan iod (sifat kimia) (Ketaren, 1986). Penelitian ini akan menghasilkan minyak jarak kepyar terhidrogenasi yang menjadi bahan baku pembuatan gemuk pelumas berbasis tanaman jarak kepyar. Dengan metode hidrogenasi ini diharapkan akan mempelopori perkembangan industri pengolahan minyak jarak kepyar sehingga kebutuhan dalam negeri dapat dipenuhi dan meningkatkan nilai ekonomi dari tanaman jarak kepyar.

1.2. Perumusan Masalah Hidrogenasi minyak jarak kepyar menghasilkan senyawa trigliserida yang memiliki ikatan jenuh. Kejenuhan ini akan membawa perubahan pada sifat fisik dan kimia minyak jarak kepyar tersebut yang nantinya berguna sebagai bahan baku membuat pengental gemuk pelumas. Industri saat ini melakukan proses hidrogenasi minyak jarak kepyar pada tekanan tinggi dengan menggunakan katalis komersil Nikel Raney. Pada penelitian ini, hidrogenasi akan dilakukan dengan menggunakan katalis NiO/γ-Al2O3 dan dilakukan pada tekanan rendah.

1.3. Tujuan Penelitian Mendapatkan minyak jarak kepyar terhidrogenasi dengan sifat yang mendekati produk komersial sebagai bahan baku pembuatan gemuk pelumas pada kondisi tekanan rendah, dengan memvariasikan temperatur pada waktu dan konsentrasi katalis NiO/γ-Al2O3 tertentu.



4

1.4. Manfaaat Penelitian Penelitian ini bermanfaat sebagai salah satu usaha untuk pemanfaatkan minyak jarak kepyar di Indonesia yang hasilnya memiliki nilai ekonomi yang lebih tinggi. Dengan penelitian ini diharapkan didapat kondisi tekanan hidrogenasi minyak jarak kepyar yang rendah dengan kondisi temperatur, waktu, dan konsentrasi katalis digunakan sehingga dapat membuat proses pengolahan minyak jarak kepyar menjadi lebih ekonomis yang dapat dengan mudah diaplikasikan di Indonesia.

1.5. Batasan Penelitian Penelitian ini dibatasi dengan; Minyak jarak kepyar yang digunakan adalah minyak yang telah mengalami perlakuan khusus (Crude Castor Oil Refined Bleached Deodorized). Katalis yang digunakan adalah katalis NiO/γ-Al2O3 yang dipersiapakan secara khusus dengan metode presipitasi dengan judul penelitian “Pengaruh Garam Prekursor Terhadap Aktivitas Katalis NiO/γ-Al2O3 yang Digunakan dalam Reaksi Hidrogenasi Minyak Jarak” (Hendri, 2012).

1.6. Sistematika Penulisan Sistematika penulisan dalam skripsi ini adalah sebagai berikut: BAB 1 PENDAHULUAN Bab ini berisi tentang pendahuluan secara umum yang mencakup latar belakang masalah, perumusan masalah, tujuan penelitian, batasan masalah, dan sistematika penulisan. BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA Bab ini berisi tentang informasi dan teori-teori yang mendukung penelitian mengenai gemuk pelumas, minyak jarak kepyar, hidrogenasi minyak, katalis yang dipakai, dan metode analisis yang digunakan. BAB 3 METODE PENELITIAN Bab ini berisi metodologi yang dipakai dalam penelitian yang mencakup tahapan-tahapan penelitian. Bagian ini juga menjelaskan diagram alir



5

penelitian, prosedur percobaan, jenis bahan dan alat yang dipakai serta susunan dan fungsinya dalam percobaan. BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN Bab ini berisi hasil penelitian berupa data hasil penelitian dan analisis sifat kimia (bilangan iod) dan sifat fisik (titik tuang) hasil penelitian yang sudah dilaksanakan. BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN Bab ini berisi kesimpulan-kesimpulan dari hasil maupun analisis-analisis penelitian yang dilakukan.



BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Gemuk Pelumas (Grease) Gemuk pelumas atau grease adalah padatan atau semi padatan campuran pelumas dengan bahan pengental yang berfungsi mengurangi gesekan dan keausan anatara dua bidang atau permukaan yang saling bersinggungan atau bergesekan. Gemuk juga berfungsi sebagai media pembawa panas keluar serta untuk mencegah karat pada bagian mesin. Sifat-sifat gemuk yang baik adalah mengurangi gesekan, mencegah korosi, sebagai penyekat dari kotoran atau air, mencegah kebocoran, konsistensi dan struktur tidak berubah, tidak mengeras pada suhu rendah, sifat yang sesuai dengan penyekat elastomer dan mempunyai toleransi pencemar pada tingkat tertentu. Gemuk berdasarkan tujuan pemakaiannya dibagi atas gemuk pelumas untuk industri otomotif, sistem transportasi dan industri non otomotif seperti pangan. Pemakaian gemuk untuk masing-masing tujuan ini dibedakan oleh sifat dan karakteristik gemuk. Untuk tujuan industri pangan misalnya, karakteristik gemuk yang digunakan lebih khusus dibanding dengan karakteristik gemuk yang digunakan pada industri otomotif. Industri pangan mempunyai persyaratan tambahan, tidak hanya aspek pelumasannya saja tetapi juga memperhatikan aspek keamanan pangannya. Gemuk tersusun atas beberapa komponen, yaitu: 1. Minyak dasar (Base oil), dengan komposisi 75-95% Beberapa tipe minyak dasar dalam pembuatan gemuk adalah minyak bumi dari jenis paraffin, minyak nabati (minyak sawit, minyak jarak, dll.), serta minyak sintesis (senyawa kompleks hidrokarbon). 2. Bahan pengental (Thickener), dengan komposis 5-20% Beberapa pengental yang umum digunakan adalah pengental organik sintetik atau zat anorganik gel (poliurea, sabun logam sederhana, dan sabun logam kompleks), serta sabun yang terbentuk dari asam lemak atapun ester yang berasal dari minyak nabati.

6



7

3. Aditif, dengan komposisi 0-15% Aditif berfungsi untuk meningkatkan performa gemuk. Penambahan aditif perlu diperhatikan terutama sifat biodegrability-nya terhadap lingkungan. Kemampuan gemuk sebagai bahan lubrikan tergantung pada base oil, bahan pengental serta aditifnya. Bahan pengental, ibarat busa, menyerap minyak dan nantinya melepaskannya ke komponen yang dilumasi. Sebagian molekul bahan pengental terserap ke permukaan logam yang dilumasi untuk mencegah terjadinya kontak antar logam-logam. Sifat gemuk tersebut diperkuat dengan adanya aditif. Aditif ini merupakan suatu bahan yang berfungsi sebagai “vitamin” bagi grease yang kegunaannya antara lain sebagai anti korosi, anti aus, anti oksidan, dan mempertahankan kekentalan (viscosity index improver) dari gemuk itu sendiri (Stachowiak, 2000). Bahan pengental menjadi salah satu komponen yang sangat penting dalam pembuatan gemuk pelumas. Keberadaannya yang menyebabkan gemuk pelumas berbeda dari pelumas biasa yang bersifat lebih encer. Bahan pengental tersebut terbuat dari sabun dan alkali. Sabun yang digunakan dapat berasal dari asam karboksilat atau asam lemak, asam yang paling banyak digunakan saat ini adalah asam 12-hidroksi stearat (12-HSA). Senyawa 12-HSA dapat disintesis dari minyak jarak kepyar (castor oil) melalui proses hidrogenasi asam risinoleat. Tanaman jarak kepyar dapat tumbuh dengan baik di wilayah Indonesia. Namun sampai saat ini di Indonesia belum ada industri yang memproduksi asam 12-HSA tersebut sehingga kebutuhannya masih diimpor dari luar negeri, terutama dari India. Studi tentang hidrogenasi minyak jarak kepyar ini diperlukan sebagai awal dari pembuatan asam 12-hidroksi stearat tersebut.

2.2. Minyak Jarak Kepyar (Castor Oil) Tanaman jarak kepyar (Ricinus communis L.) adalah salah satu tanaman yang sudah lama dikenal di Indonesia. Minyak jarak kepyar atau sering juga disebut castor oil mempunyai sifat sangat beracun, sehingga tidak dapat digunakan sebagai minyak makan. Pada zaman pemerintahan Belanda minyak jarak kepyar dijadikan sebagai komoditi ekspor untuk bahan dasar pelumas. Masa penjajahan Jepang, minyak jarak kepyar digunakan sebagai bahan pelumasan



8

unuk peralatan perang. Pada perkembangannya, penggunaan minyak jarak kepyar digantikan oleh pelumas sintetik dari minyak bumi dengan harganya yang lebih murah. Namun sifat pelumas sintetik yang tidak ramah lingkungan, membuat masyarakat dunia kembali melirik penggunaan minyak jarak kepyar. Minyak jarak kepyar dapat digunakan dalam berbagai kegiatan industri seperti untuk industri plastik, nilon, pelumas, tekstil, cat, lilin, kosmetik dan sebagainya. Dengan besarnya manfaat yang bisa didapat dari minyak jarak kepyar sangat disayangkan bila pembudidayaan tanaman tersebut di Indonesia sangat minim. India sendiri sudah dapat memproduksi 324.000 ton minyak jarak kepyar pada tahun 2000 (Ogunniyi, 2006), sedangkan sampai tahun 2012, data mengenai produksi tanaman jarak kepyar di Indonesia masih sulit didapatkan bahkan di Kementrian Pertanian dan Kementrian Perdanganan sekalipun. Seperti halnya minyak pada umumnya, minyak jarak kepyar merupakan trigliserida dari berbagai asam lemak. Asam risinoleat merupakan asam lemak utama yang ada dalam minyak jarak kepyar, komposisinya dapat mencapai 95% dari total asam lemak dalam minyak jarak kepyar itu sendiri. Tabel 2.1 berikut ini menampilkan komposisi asam lemak yang ada dalam suatu minyak jarak kepyar, dan dilanjutkan dengan beberapa sifat fisik dan kimia dari minyak jarak kepyar pada Tabel 2.2.

Tabel 2.1. Kandungan asam lemak minyak biji jarak kepyar Asam Lemak

Jumlah (%)

Asam Risinoleat

C18:1 – OH

Asam Oleat

C18:1

2-6

Asam Linoleat

C18:2

1-5

Asam Linolenat

C18:3

0,5-1

Asam Palmitat

C16:0

0,5-1

Asam Stearat

C18:0

0,5-1

Asam Dihidroksi Stearat

C18:0 – 2OH

0,3-0,5

Lain-lain

-

0,2-0,5

85-95

Sumber: Pena, et al., 2009



9

Tabel 2.2. Beberapa sifat fisik dan kimia minyak jarak kepyar Karakteristik

Nilai

Bentuk

Cairan kuning bersifat sedikit kental

Massa jenis 20/20°C

0,957 – 0,963

Titik leleh

- 10°C

Titik api

322°C

Bilangan asam

0,4 – 4,0

Bilangan penyabunan

176-181

Bilangan iod (wijs)

82-88 Sumber: Pena, et al., 2009

Dengan kandungan asam risinoleat yang mencapai 85-95%, sangat wajar bila minyak jarak kepyar diidentikkan dengan asam tersebut. Produk-produk potensial yang dapat dihasilkan sebagai produk turunan minyak jarak kepyar (terutama asam risinoleat) dapat diperoleh melalui berbagai tipe reaksi yang dapat berlangsung berdasarkan pada tiga sifat utama yang terdapat dalam struktur molekulnya yakni lingkar ester, ikatan rangkap dan ikatan hidroksilnya (Tim Studi LPPM-ITB, 2003). Berikut disajikan skema alur reaksi minyak jarak kepyar menjadi turunannya.



10

Gambar 2.1. Alur Rekasi Minyak Jarak Kepyar Menjadi Turunannya Sumber: Tim Studi LPPM-ITB, 2003

Castor oil atau minyak jarak kepyar merupakan asam lemak tak jenuh yang larut dalam alkohol murni, tidak larut dalam air tetapi larut dalam senyawa organik seperti petroleum aliphatic. Selain itu minyak jarak kepyar juga memiliki titik tuang yang rendah dan memiliki indeks ketahanan beban (load wear indeks) yang tinggi. (Rahmiyati, 2011)

2.3. Minyak Jarak Kepyar Terhidrogenasi (Hydrogenated Castor Oil) Seperti yang sudah dijelaskan sebelumnya, minyak jarak kepyar memiliki banyak manfaat, salah satunya bila ikatan rangkap yang ada dalam asam lemak minyak

ini

dihidrogenasi.

Minyak

jarak

kepyar

setelah

dihidrogenasi



11

menghasilkan minyak dengan ikatan rangkap yang sudah berubah menjadi ikatan tunggal atau bersifat jenuh. Kelebihan yang didapat dari perubahan sifat kimia tersebut adalah perubahan sifat fisik dari minyak tersebut, setelah dihidrogenasi, Minyak jarak kepyar setelah dihidrogenasi memiliki sifat fisik dan kimia yang berbeda dibandingkan sebelum dihidrogenasi. Hal ini terutama dikarenakan putusnya ikatan rangkap dalam minyak tersebut. Sifat fisik dan kimia minyak jarak kepyar terhidrogenasi komersil adalah sebagai berikut:

Tabel 2.3. Beberapa sifat fisik dan kimia minyak jarak kepyar terhidrogenasi Karakteristik

Nilai

Bentuk

Serbuk lilin berwarna putih

Massa jenis 25/25 °C

1,0 ± 0,03

Titik leleh

Min. 82 °C

Titik api

335°C

Bilangan asam

Maks. 5

Bilangan penyabunan

175-182

Bilangan iod (wijs)

Maks. 5 Sumber: http://shipraagrichem.com/HCO.html

Pemanfaatan minyak jarak kepyar terhidrogenasi sebagian besar dimurnikan kembali untuk mendapatkan asam 12-hidroksi stearat (12-HSA). Asam ini sendiri memiliki banyak kegunaan, terutama dalam industri pembuatan gemuk, pelumasan plastik, dan sebagai bahan baku untuk sintesis bahan kimia yang lebih kompleks. Industri lain yang memanfaatkannya antara lain industri kosmetik, cat, dan karet.

2.4. Hidrogenasi Minyak Jarak Kepyar Dalam industri pengolahan minyak dan lemak, reaksi hidrogenasi sudah umum digunakan untuk menambahkan hidrogen pada ikatan rangkap dari asam lemak sehingga akan mengurangi ketidakjenuhan minyak atau lemak. Proses hidrogenasi, terutama bertujuan untuk membuat minyak atau lemak menjadi



12

bersifat plastis. Juga dengan hilangnya ikatan rangkap, akan menjadikan minyak atau lemak tersebut tahan terhadap proses oksidasi. Berikut ini merupakan persamaan reaksi hidrogenasi dengan bantuan katalis.

... (2.1)

Dengan adanya katalis, maka reaksi tidak serta merta hanya melibatkan asam lemak tidak jenuh dengan gas hidrogen. Walapun katalis tidak ikut bereaksi, namun katalis berpengaruh pada meknisme reaksi yang terjadi dalam proses. Berikut ini adalah mekanisme reaksi hidrogenasi suatu senyawa alkena dengan bantuan katalis.

Gambar 2.2. Mekanisme Reaksi Hidrogenasi pada Alken Sumber: http://www.b3.menlh.go. id/3r/article.php

Bukti eksperimen mendukung teori bahwa mula-mula hidrogen diadsorpsi pada permukaan logam, kemudian ikatan sigma H2 terputuskan dan terbentuk ikatan logam-H. Alkena juga teradsorpsi pada permukaan logam, dengan ikatan pi-nya berantaraksi dengan orbital kosong (dari) logam itu. Molekul alkena bergerak-gerak pada permukaan logam sampai menabrak atom hidrogen yang



13

terikat pada logam, menjalani reaksi, dan kemudian pergi sebagai produk hidrogenasi (lihat Gambar 2.2). Efek keseluruhan katalis adalah menyediakan suatu permukaan pada mana reaksi dapat terjadi dan melemahkan ikatan-ikatan dalam H2 dan dalam alkena. Akibatnya adalah penurunan energi aktivasi untuk reaksi itu (Fessenden, 1982). Untuk reaksi hidrogenasi minyak jarak kepyar, semua ikatan rangkap dalam minyak jarak kepyar dapat dijenuhkan, namun karena sebagian besar kandungan minyak jarak kepyar adalah asam risinoleat, maka mekanisme reaksi lebih difokuskan pada asam lemak tersebut. Dalam minyak jarak kepyar, asam risinoleat terdapat dalam bentuk trigliserida, yaitu dengan strukur sebagai berikut:

Gambar 2.3. Struktur Kimia Trigliserida Asam Risinoleat Sumber: http://www.groshea.com/pdf/white%20papers/beanbookchemistry.pdf

Setelah dihidrogenasi, senyawa trigliserida tersebut akan menjadi:

Gambar 2.4. Struktur Kimia Trigliserida Asam 12-Hidroksi Stearat Sumber: http://www.groshea.com/pdf/white%20papers/beanbookchemistry.pdf



14

Trigliserida inilah yang merupakan komponen terbesar dalam minyak jarak kepyar terhidrogenasi. Pada subbab berikutnya akan dijelaskan mengenai hidrogenasi minyak jarak kepyar ini, yaitu termodinamika reaksi, katalis, gas hidrogen, serta state of the art dari penelitian mengenai hidrogenasi minyak jarak kepyar ini. 2.4.1. Termodinamika Reaksi Reaksi hidrogenasi merupakan reaksi eksotermis, hal ini dikarenakan perubahan entalpi (∆H) reaksi yang bernilai negatif. Perubahan entalpi pembentukan standar

merupakan jumlah

kalor

yang diperlukan untuk

pembentukan 1 mol senyawa dari unsur-unsurnya yang stabil pada keadaan standar, yakni 298 K dan 1 atm. Perubahan entalpi reaksi standar dihitung menselisihkan jumlah entalpi pembentukan standar dari produk-produk yang terbentuk terhadap jumlah entalpi pembentukan standar dari reaktan-reaktan. Berikut merupakan persamaan yang menggambarkan perubahan entalpi reaksi standar.

... (2.2) Di mana ΔHreaction, ΣpΔHf dan ΣrΔHf masing-masing adalah perubahan entalpi reaksi standar, perubahan entalpi produk standar, dan perubahan entalpi reaktan standar. Berikut merupakan perubahan entalpi pembentukan standar dari senyawa yang terlibat dalam reaksi hidrogenasi minyak jarak kepyar.

Tabel 2.4. Nilai Entalpi Pembentukan Standar Senyawa dalam Reaksi Hidrogenasi Senyawa

∆Hf°289 (kJ/mol)

Rumus Molekul

Asam Risinoleat

C18H34O3

-719,95

Gas Hidrogen

H2

0

Asam 12-HSA

C18H36O3

-837,17



15

Berdasarkan nilai pada Tabel 2.5., maka didapat nilai perubahan entalpi standar untuk reaksi hidrogenasi, yaitu:

... (2.3) Berdasarkan perhitungan nilai perubahan entalpi reaksi standar (∆H reaksi) pada persamaan (2.5), dapat diketahui bahwa reaksi hidrogenasi minyak jarak kepyar bersifat eksoterm dengan besar perubahan entalpi reaksi sebesar -117,76 kJ/mol. Selain itu menurut O’Brien (1998), berikut ini merupakan faktor-faktor penting yang memengaruhi terjadinya reaksi hidrogenasi. Temperatur Seperti reaksi kimia lainnya, kenaikan temperatur hidrogenasi akan mempercepat laju reaksi. Peningkatan temperatur mengurangi kelarutan gas hidrogen dalam asam, sementara laju reaksi meningkat. Hal ini menyebabkan jumlah hidrogen yang diserap oleh katalis meningkat. Meningkatnya jumlah hidrogen yang diserap katalis ini akan meningkatkan selektivitas pembentukan isomer. Penurunan satu nilai iodin mampu meningkatkan temperatur reaksi hingga batas optimum 1,6–1,7 °C (2,9–3,0 °F). Kenaikan temperatur akan menaikkan laju reaksi hingga batas optimum tertentu. Pada titik ini, pendinginan diperlukan agar proses hidrogenasi dapat terus berlangsung. Suhu optimum hidrogenasi bervariasi untuk setiap produk, untuk minyak dan asam lemak suhu maksimum berkisar antara 230–260 °C (450 – 500 °F). Tekanan Kebanyakan lemak (edible fat) dan minyak terbentuk pada tekanan hidrogenasi dengan range 0,8 – 4 atm. Pada tekanan yang rendah, gas hidrogen yang terlarut dalam minyak tidak menutupi permukaan katalis, hidrogen yang di serap katalis sedikit sedangkan pada tekanan yang lebih tinggi gas hidrogen yang diserap lebih banyak sehingga laju reaksi meningkat.



16

Pengadukan Fungsi utama dari pengadukan adalah untuk mensuplai hidrogen terlarut ke permukaan katalis. Pendistribusian masa reaksi dilakukan dengan pengadukan supaya distribusi pemanasan dan pendiginan suhu dapat dikontrol. Sehingga suspensi katalis kedalam lemak dan minyak menjadi seragam. Agitasi memberikan dampak yang signifikan terhadap selektivitas dan isomerisasi. Suplai katalis dan hidrogen selama pengadukan akan menurunkan selektivitas dan isomerisasi sehingga laju reaksi meningkat. Jumlah Katalis Laju hidrogenasi akan meningkat seiring meningkatnya konsentrasi katalis hingga titik tertentu, disebabkan kenaikan aktifitas permukaan katalis. Permukaan katalis menyerap cepat hidrogen, hingga batas tertentu. Baik selektivitas dan pembentukan isomer trans meningkat dengan kenaikan tingkat katalis. Pemilihan Katalis Pemilihan katalis yang tepat membantu proses hidrogenasi dan berpengaruh kuat pada laju reaksi, selektivitas dan geometrik isomer lemak dan minyak. Katalis terdiri dari katalis homogen dan heterogen. Katalis homogen biasanya berupa cairan dan digunakan untuk enzim. Sedangkan katalis heterogen berbentuk logam bubuk yang diabsorpsikan pada suatu inert yang digunakan sebagai katalis hidrogenasi. Logam yang dipilih tergantung pada senyawa yang akan direduksi. Racun Katalis Racun katalis memberikan pengaruh yang signifikan terhadap produk. Racun yang terbawa bersama umpan secara efektif mengurangi konsentrasi katalis, dapat menurunkan selektivitas, laju reaksi dan isomerisasi.

2.4.2. Katalis Seperti yang sudah dituliskan di atas, salah satu faktor penting terjadinya hidrogenasi adalah adanya katalis. Katalis merupakan zat yang ditambahkan pada suatu reaksi yang berguna untuk meningkatkan laju reaksi kimia dalam mencapai kesetimbangan reaksi namun tidak terlibat secara permanen pada suatu reaksi. Hal ini dibuktikan, ketika reaksi telah selesai, massa katalis yang ditambahkan pada



17

awal reaksi akan sama dengan massa katalis pada akhir reaksi. Katalis berfungsi untuk mempercepat laju reaksi dengan menurunkan energi aktivasi dari suatu reaksi di mana katalis menyediakan jalur pilihan dengan energi aktivasi katalis yang lebih rendah. Dalam hal ini, katalis berfungsi menurunkan energi yang dibutuhkan untuk menghasilkan produk. Fungsi katalis lainnya adalah meningkatkan selektivitas suatu reaktan untuk membentuk produk yang sesuai dengan yang diinginkan serta meningkatkan konversi produk. Selain itu, katalis mampu memungkinkan reaksi berlangsung pada temperatur yang lebih rendah sebagai akibat dari penurunan energi aktivasi yang dibutuhkan dalam reaksi tersebut. Gambar 2.5. merupakan ilustrasi pengaruh katalis terhadap energi aktivasi dan laju reaksi. Pada gambar tampak bahwa kemampuan katalis untuk meningkatkan kecepatan reaksi terjadi dalam beberapa langkah, sehinggan mengakibatkan penurunan energi aktivasi. Reaksi katalisis meliputi: adsorpsi, pembentukan dan pemutusan kompleks teraktivasi, dan desorbsi (Satterfield, 1991).

Gambar 2.5. Perubahan energi dihubungkan dengan tiap langkah reaksi katalisis Sumber: Satterfield, 1991



18

2.4.2.1. Pembagian Katalis Dalam proses kimia, reaksi dapat berlangsung pada lebih dari satu fasa. Berdasarkan fasa rekatan dan katalis, katalis dapat dibagi menjadi tiga jenis, yaitu katalis homogen, katalis heterogen, dan katalis enzim.

Katalis Homogen Katalis homogen adalah katalis yang mempunyai fasa yang sama dengan reaktan dan produknya. Katalis homogen biasanya berupa molekul atau ion yang terbentuk dalam kompleks yang teraktivasi dengan ∆G yang berkurang. (Heslop, 1961) Keuntungan dari katalis homogen adalah kespesifikannya dan tidak dibutuhkannya suhu dan tekanan yang tinggi dalam reaksi. Kerugian dari katalis ini adalah sulitnya katalis untuk dipisahkan dari produknya. Katalis dapat terdegradasi dan harganya relatif tinggi.

Katalis Heterogen Katalis heterogen adalah katalis yang fasanya berbeda dengan fasa zat yang bereaksi maupun zat hasil reaksi sehingga proses pemisahan produk akhir dengan katalisnya mudah dilakukan. Kehadiran dari katalis heterogen ini merupakan salah satu jalan keluar yang terbaik untuk menghadapi kekurangan katalis homogen dalam proses separasinya. Sebagian besar katalis heterogen membutuhkan luas permukaan yang besar sebagai tempat pemasangan atau dispersi dari komponen aktifnya. Kelemahan dari jenis katalis heterogen ini dibandingkan dengan katalis homogen adalah reaktivitas keseluruhan dari sistem katalis yang lebih rendah karena keberadaan katalis terbatas pada luas area tertentu dari support yang berisi komponen aktif katalis, walaupun luas area support yang digunakan cukup besar dan keseluruhan areanya aktif dan dapat diakses..

Katalis Enzim Enzim adalah molekul protein dalam ukuran koloid, yakni diantara molekul homogen dan katalis makroskopik heterogen. Biasanya enzim ini



19

merupakan pemicu untuk reaksi biokimia. Katalis ini sangat selektif dan efisien untuk reaksi tertentu, salah satu contohnya adalah enzim katalase dapat mendekomposisi hidrogen peroksida 109 lebih cepat dari pada katalis inorganik lainnya. (Richardson, 1989)

2.4.2.2. Komponen Katalis Beberapa bahan katalis terdiri atas satu unsur, namun saat ini banyak dari bahan katalis yang terdiri atas tiga komponen yang berbeda, yakni komponen aktif, support (penyangga), dan promotor (stabilizer). Berikut merupakan penjelasan komponen-komponen katalis:

Komponen aktif Komponen aktif merupakan bagian dari katalis yang ikut berperan dalam reaksi kimia. Komponen aktif bertanggung jawab dalam keberlangsung reaksi kimia yang diinginkan. Seleksi dari komponen aktif merupakan tahap pertama desain katalis. Klasifikasi dari komponen aktif katalis didasarkan pada jenis dari konduktivitas listrik. Pada dasarnya, tidak ada hubungan antara konduktivitas listrik dengan katalis, namun keduanya bergantung pada konfigurasi elektron atom. Logam, semikonduktor, dan isolator mempunyai latar belakang teoritis dan eksperimen yang berguna dalam mendapatkan model katalis.

Penyangga (Support) Penyangga

mempunyai

banyak

fungsi

yang

terpenting

adalah

memperbesar luas permukaan dari komponen aktif. Hal ini dimaksudkan untuk menjaga luas area yang cukup untuk komponen aktif. Support juga berfungsi untuk menjaga kestabilan properti mekanik. Selain itu, support juga merupakan fungsi ganda dari komponen aktif dan modifikasi dari komponen aktif. Support digunakan sebagai penyedia luas permukaan yang besar bagi komponen aktif yang bertujuan untuk memperluas kontak antara inti aktif dan reaktan, tanpa mengurangi aktivitas intrinsik fasa aktif (Liherlinah, 2009). Seleksi penyangga didasarkan pada karakteristik yang diinginkan. Pada penambahan efek kimia, terdapat sifat fisika tertentu yang cukup penting, yaitu:



20

1. Inert terhadap reaksi yang tidak diinginkan 2. Sifat mekanis yang diinginkan 3. Stabilitas dibawah kondisi reaksi dan regenerasi 4. Luas permukaan (biasanya luas permukaan yang tinggi) 5. Porositas, termasuk ukuran pori rata-rata dan distribusi ukuran pori 6. Ekonomis Kemampuan loading adalah penting unttuk mendukung peran penyangga dalam pengaturan dispersi komponen aktif. Porositas sangat diperlukan untuk area permukaan yang tinggi, bentuk pori dan distribusi ukuran juga menjadi faktor yang penting. Alumina dan silika merupakan material yang baik dalam hal ini. Support (penyangga) harus memiliki titik lebur yang tinggi, minimal lebih besar dari titik lebur komponen aktif.

Promotor Promotor ditambahkan pada katalis untuk meningkatkan aktivitas, selektivitas, atau stabilitas katalis. Biasanya promotor ditambahkan pada pembuatan katalis dalam jumlah yang sedikit. Penambahan promotor bertujuan untuk membantu penyangga agar menghalangi atau mencegah aktivitas yang tidak diinginkan, seperti pembentukan kokas. (Fransisca, 2012)

2.4.2.3. Katalis Hidrogenasi Minyak Jarak Kepyar Katalis yang umum digunakan untuk proses hidrogenasi adalah nikel (Ni) dengan support aluminium (Al) atau yang lebih sering dikenal dengan katalis Nikel Raney. Pemilihan katalis nikel didasarkan pada kereaktifan katalis ini terhadap reaksi hidrogenasi. Nikel mampu membentuk ikatan kimia dengan hidrogen dengan sifat ikatan yang tidak terlalu kuat dan tidak terlalu lemah sehingga produk reaksi masih siap didesorpsi. Selain itu, katalis nikel juga telah digunakan secara luas dalam berbagai reaksi hidrogenasi dan harganya tidak terlalu mahal dibanding katalis lain seperti tembaga (Cu) atau palladium (Pd) (Hasibuan, 2009). Pada penelitian ini, akan digunakan katalis NiO (nikel oksida) hasil preparasi penelitian dengan judul “Pengaruh Garam Prekursor Terhadap



21

Aktivitas Katalis NiO/γ-Al2O3 yang Digunakan dalam Reaksi Hidrogenasi Minyak Jarak” (Hendri, 2012). Pada percobaan ini akan juga digunakan support gamma alumina (γ-Al2O3). Keberadaan γ-Al2O3 berguna untuk menyediakan luas permukaan yang besar untuk terjadinya reaksi ini. γ-Al2O3 digunakan karena trukturnya relatif stabil, terutama pada temperatur tinggi. Gamma alumina (γAl2O3) merupakan alumina transisi yang berbentuk padatan amorphous. Luas permukaan salah satu γ-Al2O3 berdasarkan

literatur sebesar (150-300 m2/g),

volume pori yang besar (0,51 cm3/g) dan diameter pori yang besar pula (3-12 nm). Selain itu γ-Al2O3 stabil dalam proses katalisis dan pada suhu tinggi, mudah dibentuk dalam proses pembuatannya dan tidak mahal. Gamma alumina (γ-Al2O3) terbentuk melalui pemanasan Al(OH)3 pada suhu 500-800 °C. Pemanasan Al(OH)3 menyebabkan Al(OH)3 terdekomposisi menjadi suatu oksida dengan sistem mikropori dan luas permukaan yang besar (Jannah, 2008). Pada penelitian ini, katalis yang digunakan adalah NiO/γ-Al2O3 dengan loading 10% dan menggunakan garam prekursor nikel klorida. Katalis ini berbentuk padatan serbuk yang memiliki luas permukaan 87,8 m2/g), hasil karakterisasi katalis dapat dilihat pada lampiran (Hendri, 2012)

2.4.3. Gas Hidrogen Hidrogen ditemukan oleh Lavoiser pada tahun 1783, berasal dari bahasa Yunani (hydro = air dan genes = membentuk atau menghasilkan) yang berarti unsur pembentuk air. Hidrogen merupakan unsur yang paling ringan dengan persentase keberadaannya di lingkungan mencapai 75%. Karakteristik gas ini, tidak berwarna, tidak berbau, sangat reaktif dan dapat terbakar oleh oksidator terutama oksigen. Pada konsentrasi rendah sekitar 4%, hidrogen di udara dapat menimbulkan ledakan. Pada suhu ruang, hidrogen dapat terbakar secara spontan bila bereaksi dengan klorin dan fluorin. (Rahmiyati, 2012) Hidrogen mudah larut dalam berbagai senyawa alkali tanah dan transisi, terutama dengan karbon. Reaksi pembentukan senyawa yang terjadi antara karbon dan hidrogen disebut proses hidrogenasi. Pada proses hidrogenasi, ikatan karbon diputuskan oleh hidrogen, hingga ikatan rangkap karbon menjadi jenuh. Adapun sifat–sifat hidrogen seperti pada Tabel 2.5.



22

Tabel 2.5. Sifat fisika dan kimia hidrogen Karakteristik

Nilai

Berat Molekul

2,0158

Titik lebur

-239,9 °C

Titik didih (1 atm)

-252,7 °C

Temperatur kritis

239,9 °C

Tekanan kritis

12,8 atm

Kapasitas kalor

28,836 J/mol∙K Sumber: Rahmiyati, 2012

2.4.4. State of The Art Penelitian mengenai reaksi hidrogenasi minyak jarak kepyar sudah lama dilakukan oleh banyak pihak. Berikut ini merupakan beberapa penelitian mengenai hidrogenasi minyak jarak kepyar yang melibatkan katalis nikel. Hidrogenasi Minyak Jarak Kepyar Pada Tekanan Atmosferik Dengan Variasi Temperatur (Studies on Castor Oil II. Hidrogenation of Castor Oil). Penelitian yang dilakukan oleh Sreenivasan et al. (1956) adalah hidrogenasi minyak jarak kepyar pada tekanan atmosferik dengan variasi temperatur, persen katalis raney nikel, dry reduced nikel, katalis nikel 1% dan variasi waktu 4-8 jam dengan perbedaan rentang waktu selama 2 jam. Variasi temperatur dilakukan pada temperatur 80-220 °C dengan rentang temperatur sebesar 20 °C. Uji karakteristik yang dilakukan meliputi uji bilangan iod, hidroksil dan titik lebur. Kesimpulan dari penelitian yang dilakukan adalah produk dengan nilai iod rendah (< 10,0), diperoleh pada kondisi hidrogenasi: tekanan atmosferik, temperatur 220 °C, menggunakan katalis 1,0% Raney Nickel. Hidrogenasi Minyak Jarak Kepyar Pada Tekanan Rendah (Low Pressure Hydrogenation of Castor Oil). Penelitian yang dilakukan oleh Trivedi et al. (1988) merupakan hidrogenasi minyak jarak kepyar pada tekanan rendah dan temperatur rendah menggunakan katalis nikel. Tujuan penelitian ini adalah untuk mendapatkan produk wax (lilin) jenuh pada asam hidroksistearat dengan uji



23

karakteristik bilangan iod, bilangan hidroksil dan slip point. Pada penelitian ini dilakukan juga perbandingan penggunaan fresh catalyst (0,5-0,8%) dan recycle catalyst dengan variasi waktu hidrogenasi 1-6 jam. Perbandingan konsentrasi antara fresh catalyst dan recycle catalyst yang digunakan adalah 0.6:0.2; 0.4:0.4 dan 0.2:0.6. Variasi temperatur dilakukan pada 125-200 °C dan variasi tekanan hidrogen dilakukan pada range 1-5 kg/cm2. Kesimpulan dari penelitian yang dilakukan adalah kondisi optimum hidrogenasi dengan fresh catalyst diperoleh pada temperatur 130 °C dan konsentrasi 0,8% fresh catalyst pada lama waktu hidrogenasi 5 jam. Uji karakteristik pada penambahan fresh catalyst 0,5% menunjukkan karakeristik produk yang baik hingga waktu 6 jam sedangkan untuk 0,8% fresh catalyst pada waktu 6 jam, terjadi proses dehidrasi. Hidrogenasi Minyak Jarak Kepyar Pada Tekanan Tinggi dan Temperatur Rendah (Preparation of 12 Hydroxystearic Acid, The Raw Material For Plastic Grease). Penelitian yang dilakukan oleh Maskaev et al. (2004) ini dilakukan untuk melihat pengaruh tekanan, temperatur, konsentrasi katalis dan laju pengadukan pada hidrogenasi serta pengaruh lama waktu hidrogenasi terhadap produk yang dihasilkan. Kesimpulan dari penelitian yang dilakukan adalah dengan variabel yang tetap pada temperatur 130 °C dengan jumlah katalis 2%, tekanan hidrogen sebesar 12,5 atm dan laju pengadukan 1500 rpm menghasilkan produk 8-12 g I2/100 gram. Penelitian yang dilakukan oleh Sreenivasan et al. (1957) membuktikan bahwa hidrogenasi minyak jarak kepyar dapat dilakukan pada kondisi tekanan atmosferik dengan konsentrasi 1% katalis nikel. Penggunaan katalis dibawah konsentrasi 1% membuat proses hidrogenasi berlangsung lambat begitu juga yang terjadi pada temperatur 80-100 °C. Pada temperatur 80-100 °C terjadi penurunan bilangan iod dan hidroksil namun tidak terjadi kenaikan titik lebur produk. Temperatur optimum pada penelitian ini berada pada temperatur 140-220 °C untuk dapat terjadinya hidrogenasi.

Pada penelitian Trivedi et al. (1988)

menyebutkan bahwa hidrogenasi dapat dilakukan dengan tekanan (2 kg/cm2 = 2,03325 atm) dan temperatur rendah (130 °C) dengan penambahan katalis sebesar 0,8%. Temperatur rendah (130 °C) ternyata juga dapat digunakan pada hidrogenasi dengan tekanan tinggi (7-12,5 atm) seperti pada penelitian yang



24

dilakukan oleh Maskaev et al. (2004). Atas dasar ketiga hal diatas maka, pada penelitian ini kondisi operasi yang dipilih untuk hidrogenasi adalah pada tekanan 3-4 bar dan range temperatur 140 sampai 220 °C dengan konsentrasi katalis 0,1%.

2.5. Metode Karakterisasi Ada bebagai macam cara mengkarakterisasi minyak atau lemak dengan tujuan dan maksud yang diharapkan. Pada percobaan hidrogenasi ini dapat menggunakan 2 jenis karakterisasi, yaitu analisis yang bersifat fisika (titik lebur) dan analisis yang bersifat kimia (bilangan iod). Kedua jenis analisis tersebut digunakan untuk mengetahui banyaknya ikatan jenuh yang terdapat dalam minyak hasil

hidrogenasi

dibandingkan

dengan

minyak

jarak

kepyar

sebelum

dihidrogenasis. 2.5.1. Analisis Bilangan Iod (Iod Value) Bilangan iod dapat menunjukkan seberapa banyak asam lemak tidak jenuh (ikatan rangkap) yang terdapat dalam minyak atau lemak. Bilangan iod didefinisikan sebagai jumlah (gram) iod yang dapat diikat oleh 100 gram minyak atau lemak (g I2/100 g). Asam lemak tidak jenuh dapat mengalami reaksi adisi dengan halogen pada ikatan rangkapnya. Gliserida dengan tingkat ketidakjenuhan tinggi akan mengikat iod dalam jumlah yang lebih besar. Makin tinggi bilangan iod, maka makin tinggi derajad ketidakjenuhan minyak atau lemak tersebut. Penentuan angka iod pada penelitian ini menggunakan cara atau metode Wijs. Pereaksi Wijs merupakan larutan iod monoklorida dalam asetat glasial. Iod monoklorida akan bereaksi dengan ikatan rangkap, dan jumlah iodium yang bereaksi dapat ditemtukan dengan cara mentitrasi iodium sisa dengan larutan standar natrium tiosulfat (Na2S2O3), setelah terlebih dahulu ditambahkan kalium iodida (KI). KI pada tahapan ini berguna untuk mengubah ICl menjadi I2. Berikut ini adalah tahapan reaksi yang terjadi dalam analisis bilangan iod. Minyak yang memiliki ikatan rangkap akan mengikat ICl dari larutan wijs:

– CH = CH – + ICl → – CHCl – CHI –

... (2.4)



25

Kelebihan ICl yang tidak bereaksi akan bereaksi dengan KI:

ICl + KI → KCl + I2

... (2.5)

Kemudian, I2 yang terbentuk dititrasi dengan larutan standar Na2S2O3: 2Na2S2O3 + I2 → 2NaI + Na2S4O6

... (2.6)

Sebelum mencapai titik akhir titrasi (saat larutan berwarna kuning cerah), ditambahakn indikator kanji. Titrasi berakhir saat larutan yang dititrasi berwarna bening.

2.5.2. Analisis Titik Tuang (Pour Point) Menurut Krischenbauer (1960) asam lemak selalu menunjukkan kenaikan titik cair dengan semakin panjangnya rantai karbon. Asam lemak yang memiliki derajat ketidakjenuhan semakin tinggi memilki titik cair yang semakin rendah. Asam lemak yang berstruktur trans mempunyai titik cair yang lebih tinggi dari pada asam lemak yang berstruktur cis. Minyak atau lemak nabati umumnya merupakan fasa cair sehingga harus dibekukan terlebih dahulu dalam lemari es. Sama halnya dengan titik cair, titik tuang atau pour point memiliki analogi yang sama. Bedanya, pour point adalah kondisi saat suatu minyak atau lemak mulai dapat dituang atau bergerak setelah didinginkan melebihi titik bekunya. Tahapan yang dilakukan adalah dengan memasukkan sampel minyak hasil hidrogenasi, termasuk minyak jarak kepyar sebelum dihidrogenasi ke dalam lemari es di dalam tabung raksi kimia (dengan massa yang sama). Setelah satu hari, kondisi fisik minyak akan seperti padatan. Satu per satu sampel dimabil, tabung dimirngkan kemudian diukur temperaturnyaya saat mulai tertuang/ bergerak dengan menggunakan termokopel. Semua sampel harus melalui perlakuan yang sama persis untuk mendapatkan data yang diharapkan.



BAB 3 METODELOGI PENELITAN

3.1. Diagram Alir Penelitian Penelitian dilakukan di Laboratorium Dasar Proses dan Operasi, Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia. Diagram alir penelitian terdapat dalam Gambar 3.1 di bawah ini. Minyak Jarak Kepyar (Castor Oil)

Uji Bilangan Iod

Uji Titik Tuang

H2

Reaktor

NiO/γ-Al2O3

(3 dan 4 atm) Dengan variasi temperatur 140-220 °C

Reaksi Hidrogenasi dalam Reaktor (4 jam)

Produk Hidrogenasi (Hydrogenated castor oil)

Uji Bilangan Iod

Uji Titik Tuang

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian

3.2. Peralatan dan Bahan Berikut ini peralatan dan bahan yang digunakan selama penelitian:

26



27

Proses Hidrogenasi Peralatan

:

1. Reaktor hidrogenasi 2. Gelas ukur 1000 ml 3. Botol sampel Bahan

: 1. Minyak jarak kepyar 2. Katalis NiO/γAl2O3 3. Gas Hidrogen

Analisis Bilangan Iod Peralatan

:

1. Erlenmeyer 250 ml 2. Pipet hisap 3. Buret 50 ml 4. Magnetic stirrer 4. Gelas ukur 50 dan 100 ml Bahan

: 1. Minyak jarak kepyar sebelum dan sesudah reaksi hidrogenasi 2. Kloroform, CHCl3 3. Pereaksi wijs 4. Kalium iodida, KI 5. Natrium tiosulfat, Na2S2O3 5. Aquadest 6. Indikator kanji (starch)

Analisis Titik Lebur Peralatan

:

1. Tabung reaksi dan tempat meletakkannya. 3. Termokopel Bahan

: 1. Minyak jarak kepyar sebelum dan sesudah reaksi hidrogenasi



28

3.3. Prosedur Percobaan

Variabel Penelitian Variabel bebas

: temperatur operasi (140, 160, 180, 200, dan 220 ºC)

Variabel terikat

: tekanan (3 dan 4 bar)

Variabel terkontrol

: yield (hasil berupa minyak jarak kepyar terhidrogenasi)

Proses hidrogenasi dilakukan pada tekanan atmosfer, yaitu 3 dan 4 atm, dengan prosedur kerja sebagai berikut: 1. Minyak jarak kepyar (Crude Castor Oil Refined Bleached Deodorized) 300 ml dan katalis sebanyak 0.1% berat dimasukkan dalam reaktor, yaitu sebanyak . 2. Memanaskan reaktor hingga temperatur yang diinginkan, yaitu bervariasi antara 140 sampai 220 °C dengan kenaikan 20 °C. 3. Hidrogen diumpankan ke dalam reaktor secara kontinu hingga tekanan yang diinginkan tercapai, yaitu 3 dan 4 bar. 4. Hidrogenasi dilakukan selama 4 jam setelah kondisi temperatur dan tekanan operasi yang diinginkan tercapai. 5. Setelah 4 jam, didinginkan hingga temperatur dalam reaktor 60 °C. Setelah itu, sampel diambil dan disimpan dalam wadah tertutup. 6. Sampel didinginkan dan disimpan dalam ruangan kedap udara untuk menjamin kemurnian hasil hidrogenasi tersebut.

3.4. Prosedur Karakterisasi Setelah proses hidrogenasi minyak jarak kepyar, sampel yang didapat selanjutnya dikarakterisasi untuk mengetahui seberapa banyak ikatan rangkap yang terhidrogenasi menjadi ikatan tunggal atau jenuh. Karakterisasi yang dilakukan adalah analisis bilangan iod untuk melihat perubahan sifat kimia dan analisis titik tuang untuk melihat perubahan sifat fisik.



29

3.4.1. Sifat Kimia

: Bilangan Iod

Berikut ini adalah tahapan analisis suatu minyak untuk mengetahui bilangan iod dari senyawa tersebut: 1. Hasil hidrogenasi diambil sebanyak ±0.2 g dalam erlenmeyer yang tertutup. Kemudian ditambahkan 20 ml kloroform (CHCl3) sebagai pelarut. 2. Selanjutnya ditambahkan 25 ml larutan wijs dengan pipet dengan kelebihan volume pereaksi 50-60%. 3. Pembuatan dengan cara yang sama untuk larutan blanko. 4. Erlenmeyer disimpan di tempat gelap pada temperatur sekitar 25 oC selama 30 menit selama kurang lebih 1 jam sampai reaksi selesai. 5. Menambahkan 20 ml larutan kalium iodide 15% dan 100 ml air. Botol ditutup dan dikocok dengan hati-hati. 6. Mentitrasi dengan larutan natrium thoisulfat 0.1 N dengan indikator larutan kanji hingga larutan tidak berwarna atau bening. 7. Mencatat volume titrasi, untuk sampel dan juga larutan blanko.

3.4.2. Sifat Fisik

: Titik Tuang (Pour Point)

Berikut ini adalah tahapan analisis sifat fisik, yaitu titik tuang 1. Memasukkan minyak ke dalam tabung reaksi dan timbang sebanyak ±10 g. 2. Setelah semua sampel ditimbang, masukkan tabung reaksi tersebut ke dalam lemari pendingin (freezer) selama 1 hari hingga sampel membeku. 3. Setelah satu hari, sampel dikeluarkan satu per satu untuk diuji titik tuangnya. Tiap sampel diambil dengan alat pemegang tabung reaksi, kemudian dimiringkan. 4. Ditunggu hingga temperatur minyak naik karena pengaruh lingkungan. Setelah mulai bergerak, temperaturnya diukur dengan menggunakan termokopel. 5. Pastikan semua sampel mendapatkan perlakuan yang sama dan pada kondisi yang sama juga.



30

3.5. Prosedur Pengolahan Data Percobaan yang dilakukan akan mendapatkan data keluaran berupa bilangan iod. Bilangan iod ini merupakan indikator adanya ikatan rangkap atau tidak jenuh dalam minyak hasil hidrogenasi ini.

Menghitung bilangan iod dengan persamaan berikut.

... (3.1)

Dengan,

B

= jumlah ml Na2S2O3 untuk titrasi blanko

S

= jumlah ml Na2S2O3 untuk titrasi contoh

N

= normalitas larutan Na2S2O3

G

= bobot contoh (gram)

12.69 = (Ar Iodium / 10)

Hasil perhitungan selanjutnya ditabelkan dan dibuat grafik antara temperatur dan bilangan iod pada tekanan tertentu. Kondisi terbaik didapat apabila bilangan iod yang didapat lebih kecil dibandingkan yang lainnya dan titik lebur tinggi.



BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Penjelasan Umum Proses hidrogenasi yang dilakukan pada penelitian ini menggunakan reaktor yang dimodifikasi untuk reaksi hidrogenasi. Pada reaktor tersebut terdapat pemanas, pengatur temperatur pemanas, pengaduk, termokopel sebagai pencatat suhu dalam reaktor, pressure gauge untuk mengetahui tekanan dalam reaktor, pressure valve untuk mengatur tekanan dalam reaktor, dan juga tempat masuknya hidrogen dalam reaktor. Minyak dan katalis dimasukkan dalam reaktor, kemudian suhu dinaikkan sampai mendekati suhu yang diharapkan, setelah itu, gas hidrogen dimasukkan sesuai tekanan yang diinginkan. Setelah itu, pressure valve dibuka sebagain sehingga terdapat gas dari dalam reaktor yang keluar, laju alir diamati dan dibuat tetap untuk setiap reaksi. Pada saat proses hidrogenasi, laju alir gas yang tercatat sebesar 30 ml/30 detik atau 1 ml/detik. Namun, pada kenyataannya, laju alir tersebut tidak tetap sebesar 1 ml/detik, saat di akhir sebelum reaksi, laju alir yang tercatat lebih kecil dibandingkan yang dicatat pada saat awal reaksi. Hal ini dapat disebabkan karena terkonsumsinya hidrogen untuk rekasi sedangkan laju alir hidrogen yang masuk reaktor tetap. Setelah waktu hidrogenasi selesai, yaitu 4 jam, pemanas dimatikan dan laju alir hidrogen dihentikan. Pressure valve dibuka untuk menghilangkan hidrogen yang masih berada di reaktor. Selanjutnya menunggu suhu dalam reaktor turun hingga 60 °C, setelah itu reaktor dibuka dan sampel hasil hidrogenasi tersebut langsung dimasukkan ke dalam botol sempel kemudian dipisahkan dengan katalisnya. Hasil hidrogenasi harus segera dimasukkan ke dalam botol sampel agar minyak hasil hidrogenasi tersebut tetap terjaga kemurnian hasil hidrogenasinya. Demikian dilakukan prosedur yang sama untuk setiap sampel. Berdasarkan metode penelitian yang dilakukan, reaksi hidrogenasi dapat berlangsung dengan baik. Berikutnya botol sampel disimpan pada kondisi suhu ruangan sebelum dilakukan karakterisasi.

31



32

4.2. Sifat Kimia Hasil Hidrogenasi Sifat kimia yang menjadi perhatian dari penelitian ini adalah ikatan rangkap yang ada dalam minyak jarak kepyar hasil hidrogenasi. Minyak jarak kepyar tanpa hidrogenasi memiliki banyak ikatan rangkap terutama dalam asam risinoleat (C18:1–OH) dengan 1 ikatan rangkap, yang memiliki komposisi sekitar 85-95% dari minyak jarak kepyar itu sendiri. Bilangan iod menunjukkan banyaknya ikatan rangkap dalam suatu senyawa, terutama minyak dan lemak, yaitu banyaknya iodine yang dapat diserap dalam 100 gram minyak/lemak (g I2/100 g). Semakin besar nilai bilangan iod, semakin banyak ikatan rangkap dalam senyawa tersebut, begitu juga sebaliknya. Sehingga, dalam penelitian ini jelas ingin didapatkan bilangan iod yang jauh lebih kecil dibandingkan minyak jarak kepyar itu sendiri. Seperti yang sudah dituliskan dalam tinjauan pustaka, bahwa bilangan iod minyak jarak kepyar yang sudah terhidrogenasi (hydrogenated castor oil) komersil sebesar kurang dari 5 g I2/100 g. Berikut ini merupakan bilangan iod hasil penelitian yang sudah dilakukan. Perhitungan dan data-data lain dapat dilihat dalam lampiran.

Tabel 4.1. Bilangan Iod Hasil Penelitian Tekanan 3 bar

Tekanan 4 bar

Temperatur Operasi

Bilangan Iod

Temperatur Operasi

Bilangan Iod

(°C)

(g I2/100 g)

(°C)

(g I2/100 g)

140

64,2

140

63,0

160

62,6

160

61,5

180

61,0

180

59,4

200

57,6

200

55,9

220

56,9

220

53,6



33

66 Bilangan Iod (g I2 / 100 g)

64 62 60 58 56

3 bar

54

4 bar

52 50 48 140

160

180

200

220

Temperatur Operasi (°C)

Gambar 4.1. Diagram Hubungan Temperatur terhadap Bilangan Iod

Berdasarkan data di atas, tampak bahwa bilangan iod minyak jarak kepyar hasil hidrogenasi berkurang drastis mulai dari temperatur paling rendah dalam penelitian, yaitu 140 °C. Penurunan mencapai 17,0 saat pertama kali reaksi dilakukan dalam kondisi tekanan 3 bar. Berdasarkan data ini, diharapkan dengan naiknya temperatur operasi akan membuat semakin banyak ikatan rangkap yang bereaksi

menjadi

ikatan tunggal/jenuh, dan

mendapatkan hasil

seperti

hydrogenated castor oil komersil. Hal ini sangat mungkin terjadi karena itu merupakan sifat dari semua reaksi kimia, meskipun reaksi hidrogenasi ini bersifat eksotermis, di mana penurunan temperatur reaksi akan menaikkan laju reaksi. Kenaikan temperatur akan menyebabkan berkurangnya laju reaksi bila temperatur operasi sudah mencapai temperatur maksimum. Berdasarkan literatur, hampir semua minyak memiliki temperatur maksimum sekitar 250 °C, termasuk minyak jarak kepyar. Namun berdasarkan hasil pengamatan, hipotesis yang diajukan ternyata tidak terbukti pada percobaan ini. Kenaikan temperatur operasi tidak membuat penuruan bilangan iod yang signifikan, bahkan cenderung tidak berubah. Penelitian dilanjutkan dengan menaikkan tekanan operasi menjadi 4 bar. Hasil awal yang didapat menunjukkan nilai yang tidak jauh berbeda dari hasil pada 3 bar. Pada temperatur 140 °C, penurunan bilangan iod cukup besar, yaitu



34

18,2, sedikit lebih besar dibandingkan pada tekanan 3 bar sebelumnya. Dinaikkannya tekanan operasi diharapkan membuat laju reaksi semakin besar sehingga semakin banyak ikatan rangkap yang berubah menjadi tunggal. Namun, karakterisasi dengan melihat bilangan iod minyak tidak menunjukkan hal tersebut. Bilangan iod memang berubah, namun hanya sedikit setiap penambahan 20 °C, sama halnya seperti pada tekanan operasi 3 bar. Pada Gambar 4.1. tampak perubahan bilangan iod yang terjadi tidak terlalu signifikan dengan kenaikan temperatur operasi. Nilai yang berdekatan mengindikasikan bahwa kenaikan tekanan sebesar 1 bar tidak terlalu berpengaruh terhadap reaksi hidrogenasi yang terjadi. Berikut ini, hasil hidrogenasi ini dibandingkan dengan penelitian lain, yaitu penelitian yang dilakukan Sreenivasan et al. (1956). Kondisi operasi yang diamati pada penelitian tersebut adalah ketika hidrogenasi dilakukan pada tekanan atmosferik, dengan temperatur dan waktu hidrogenasi yang sama seperti pada penelitian ini. Berikut ini data pada penelitian tersebut:

Tabel 4.2. Bilangan Iod Pada Hidrogenasi Atmosferik Raney Nickel 0,1% Temperature

Iod

(°C)

Value

140

-

160

Raney Nickel 1,0%

Dry Reduced Nickel 1,0%

Iod

Temperature

Iod

Value

(°C)

Value

140

55,7

140

60,7

72,5

160

38,3

160

-

180

69,4

180

52,5

180

17,9

200

67,2

200

50,4

200

-

220

58

220

44,6

220

65,6

Temperature

Sreenivasan et al. (1956)



35

80 Bilangan Iod (g I2/ 100 g)

70 Raney Nickel 0.1%, atmosferik

60 50

Raney Nickel 1.0%, atmosferik

40 30

Dry Reduced Nickel 1.0%, atmosferik

20

NiO/γ-Al2O3 0.1%, 3 bar

10 NiO/γ-Al2O3 0.1%, 4 bar

0 140

160

180

200

220


Gambar 4.2. Diagram Hubungan Temperatur terhadap Bilangan Iod Dibandingkan dengan Percobaan Sebelumnya

Berdasarkan Tabel 4.2 dan Gambar 4.2, tampak bahwa bilangan iod hasil hidrogenasi penelitian ini berada di antara variasi yang dilakukan oleh penelitian sebelumnya. Dengan konsentrasi katalis yang hanya 0,1%, penelitian yang dilakukan saat ini cukup memberikan nilai penurunan bilangan iod yang baik. Pada penelitian sebelumnya, penggunaan katalis Raney Nickel 1,0% memang memberikan nilai bilangan iod yang lebih kecil, namun tidak jauh dibandingkan pada penelitian ini. Berdasarkan penjelasan di atas, tampak bahwa kenaikan tekanan operasi memang menaikkan tingkat keberhasilan penurunan bilangan iod. Namun, kenaikan konsentrasi katalis juga sangat memengaruhi penurunan bilangan iod tersebut.

4.3. Sifat Fisik Hasil Hidrogenasi Pembahasan selanjutnya adalah mengenai sifat fisik minyak jarak kepyar hasil hidrogenasi. Sifat fisik suatu minyak atau lemak sebagian besar dipengaruhi panjangnya rantai atom karbon dan ada tidaknya ikatan rangkap. Semakin panjang rantai karbon, semakin plastis penampakan fisik lemak tersebut, dan sama halnya dengan semakin berkurangnya ikatan rangkap yang ada. Titik tuang dapat



36

memperlihatkan sifat fisik minyak tersebut. Semakin tingginya titik tuang memperlihatkan bahwa lemak tersebut semakin plastis. Dalam penelitian ini, penampakan fisik lemak hasil hidrogenasi tidak terlalu terlihat dengan jelas, bahkan sepertinya sama saja dibandingkan sebelum hidrogenasi. Berikut ini adalah gambar minyak hasil hidrogenasi dan data titik tuang yang didapatkan pada tekanan 3 dan 4 bar.

Gambar 4.3. Minyak hasil hidrogenasi pada 3 bar (kiri) dan 4 bar (kanan)

Tampak bahwa dari penampakan secara fisik perubahan tidak terlalu terlihat, kecuali warna minyak yang sedikit lebih gelap untuk minyak hasil hidrogenasi pada temperatur yang lebih tinggi, akan tetapi masih dalam fasa cair seperti minyak jarak kepyar sebelum dihidrogenasi.

Tabel 4.3. Titik Tuang Minyak Hasil Penelitian Tekanan 3 bar

Tekanan 4 bar

Temperatur Operasi

Titik Tuang

Temperatur Operasi

Titik Tuang

(°C)

(°C)

(°C)

(°C)

140

-8

140

-8

160

-8

160

-7

180

-7

180

-7

200

-6

200

-5

220

-6

220

-4



37

Berdasarkan data yang ditampilkan di atas, terlihat bahwa kenaikan temperatur titik tuang tidak begitu jauh. Namun pada tekanan operasi 3 dan 4 bar, memiliki kecenderungan yang sama, yaitu naikknya titik tuang. Hal ini memperlihatkan bahwa hidrogenasi memang terjadi, namun dengan konversi kecil. Kenaikan titik tuang ini tidak tampak pada kondisi temperatur ruang. Berikut ini merupakan diagram hubungan antara temperatur operasi terhadap titik tuang minyak tersebut.

0 -1

140

160

180

200

220

Titik Tuang (°C)

-2 -3 -4

3 bar

-5

4 bar

-6 -7 -8 -9


Gambar 4.4. Diagram Hubungan Temperatur terhadap Titik Tuang

4.4. Konversi Reaksi Berdasarkan bilangan iod yang ada, dapat dibuat konversi dari reaksi hidrogenasi ini. Hidrogenasi yang berlangsung dengan sempurna, yaitu semua ikatan rangkap terhidrogenasi, akan menghasilkan bilangan iod 0 g I2/100 g. Sedangkan bila tidak terjadi hidrogenasi sama sekali, bilangan iod minyak tersebut tidak berubah, yaitu sebesar 81,2 g I2/100 g. Dengan pengertian ini, maka didapat konversi reaksi untuk setiap kondisi hidrogenasi adalah sebagai berikut:



38

Tabel 4.4. Konversi Reaksi Hidrogenasi Tekanan 3 bar

Tekanan 4 bar

Temperatur Operasi

Konversi

Temperatur Operasi

Konversi

(°C)

(%)

(°C)

(%)

140

21,0

140

22,4

160

22,9

160

24,3

180

25,0

180

26,9

200

29,0

200

31,1

220

30,0

220

34,0

40 35

Konversi (%)

30 25 20 3 bar

15

4 bar

10 5 0 140

160

180

200

220


Gambar 4.5. Diagram Hubungan Temperatur terhadap Konversi

Berdasarkan data-data dan penjelasan hasil penelitian di atas, tampak bahwa hidrogenasi minyak jarak kepyar pada tekanan rendah (3 dan 4 bar) dengan variasi temperatur 140 sampai 220 °C belum menghasilkan hydrogenated castor oil yang diharapkan sesuai dengan produk yang ada saat ini. Hal ini salah satunya disebabkan masih kurang aktifnya katalis yang digunakan. Namun penelitian yang lanjut mengenai topik ini tetap perlu dilanjutkan agar diperoleh produk yang diingkan tersebut dengan kondisi operasi dan katalis yang lebih murah dibandingkan produksi komersil saat ini.



BAB 5 KESIMPULAN

Berdasarkan

hasil

penelitian

dan

analisis,

didapatkan

beberapa

kesimpulan, yaitu: 1. Hidrogenasi minyak jarak kepyar dengan katalis NiO/γ-Al2O3 pada tekanan 3 bar menghasilkan bilangan iod terkecil 56,9 g I2/100g pada temperatur 220 °C. 2. Pada tekanan 4 bar, bilangan iod terkecil adalah 53,6 juga pada temperatur 220 °C. 3. Hidrogenasi minyak jarak kepyar dengan katalis NiO/γ-Al2O3 pada tekanan 3 bar menghasilkan konversi paling besar 30,0% pada temperatur 220 °C. 4. Pada tekanan 4 bar, konversi terbesar adalah 34,0 % juga pada temperatur 220 °C. 5. Titik tuang minyak jarak kepyar setelah dihidrogenasi mengalami sedikit kenaikan seiring dengan kenaikan tekanan dan temperatur operasi, walaupun secara kasat mata tidak terdapat perbedaan. Titik tuang tertinggi dimiliki minyak hasil hidrogenasi pada tekanan 4 bar dan temperatur operasi 220 °C. 6. Dibandingkan produk sejenis yang berada di pasaran, minyak jarak hasil hidrogenasi ini masih berada cukup jauh dari spesifikasi yang diinginkan.

39



40

DAFTAR REFERENSI

Bailey, A. E. 1950. Industrial Oil and Fat Product. Interscholastic Publishing Inc: New York, 120-121. Barus, A. Minyak Pelumas, Kebutuhan Dasar. http://centraldemokrasi.com/berita/13032011/minyak-pelumas-kebutuhandasar/ diakses tanggal 20 Mei 2011 Departemen Pertanian. Jarak. http://database.deptan.go.id/bdsp/hasil_ind.asp. diakses tanggal 19 Mei 2011 Chatwall, G, 1985, Spectroscopy Atomic and Molecule, Himalaya Publishing House: Bombay, 55-57. Fessenden, R. J. and Fessenden, J.S. 1982. Organic Chemistry ed. 2. Willard Grant Press/PWS Publ: Massachusets, 134-136. Fransisca. 2012. Sintesis Green Diesel Dari Minyak Jarak Melalui Reaksi Deoksigenasi

Menggunakan

Katalis

Nano

NiO/Al2O3.

Universitas

Indonesia: Depok Harmita, 2006, Analisis Fisika Kimia, Departemen Farmasi FMIPA-UI: Jakarta, halaman 45-46. Hasibuan, H A. 2009. Perolehan Kembali Nikel dari Katalis Nikel Terpakai (Spent Catalyst) Pasca Proses Hidrogenasi Minyak Sawit Dengan Proses Pelindian (Leaching) Asam Sulfat. Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara: Medan, 34-37. Hendri. 2012. Pengaruh Garam Prekursor Terhadap Aktivitas Katalis NiO/γAl2O3 yang Digunakan dalam Reaksi Hidrogenasi Minyak Jarak. Universitas Indonesia: Depok. Heslop, R.B., Robinson, P.L. 1961. Inorganic Chemistry. N. Elsevier Publishing Company.



41

Ketaren, S. 1986. Pengantar Teknologi Minyak dan Lemak Pangan. Penerbit Universitas Indonesia: Jakarta, 45-48. Krischenbauer. 1960. Fat and Oil, An Outline of Their Chemistry and Technology. Reinhold Publishing Co: New York, 76-77. Liherlinah. 2009. Sintesis Nanokatalis Cu/ZuO/Al2O3 dengan untuk Mengubah Metanol Menjadi Hidrogen. Institut Teknologi Bandung: Bandung. Nasikin. M & Susanto.H.B 2010, Katalisis Heterogen. Penerbit Universitas Indonesia: Depok. Ogunniyi, D. S. 2006. Castor Oil: A vital industrial raw material. Bioresource Technology, 97, 1086-1091. O’Brien D, Richard 1998, Fat & Oil - Formulating & Processing for Application. Technomic Publishing Co, Inc: Texas. Pena, R., Romero, R., Martinez, S. L., Ramos, M. J., Martinez, A., and Nativadad, R. 2009. Transesterification of Castor Oil: Effect of Catalyst and CoSolvent. Ind. Eng. Chem. Res, 48, 1186-1189. Proteins, N.K. Ltd. 2012. Hydogenated Castor Oil (HCO) Flakes/Powder. http://shipraagrichem.com/HCO.html diakses tanggal 31 Mei 2012. Rahmiyati. 2011. Pembuatan Asam 12-Hidroksistearat Melalui Hidrogenasi Minyak Jarak. Universitas Indonesia: Depok. Richardson JT. 1989. Principles of Catalyst Development. Plenium Press New York: London. Satterfield CN. 1991. Heterogenous Catalyst in Industrial Practice. Mc Graw Hill: New York. Sreenivasan, B., Kamath, N. R., and Kane, J. G. 1957. Studies on castor oil. II. Hydrogenation of castor oil. Journal of the American Oil Chemists' Society, 34(6), 302-307. Stachowiak G., Batchelor A.W. 2000, Engineering Tribology. Butterworth Heinemann: New York.



42

Tim Studi LPPM-ITB. 2003. Pengembangan Teknologi Pembuatan Castor Oil Sebagai Bahan Baku Industri Pelumas. Institut Teknologi Bandung: Bandung. Trivedi, R. and Vasishtha, A. 1997. Effect of agitation in the hydrogenation of castor oil. Journal of the American Oil Chemists' Society, 74(8), 957-962. Widiyarti, G. dan Rahayu, W. S. 2009. Preparasi dan Uji Aktivitas Katalis Ni/Kielsguhr pada Hidrogenasi Minyak Jarak. Jurnal Sains Materi Indonesia 10(3), 250-254. Wijanarko, A., Abadi, A., dan Santoso, B. 2004. Perancangan Awal Pabrik Polyurethane Berbasis Minyak Jarak di Indonesia. Jurnal Teknologi, Edisi No. 2, Tahun XVIII, 109-119.



43

Lampiran A Data dan Perhitungan Analisis Bilangan Iod

Rumus yang digunakan untuk mendapatkan Bilangan Iod:

Dengan,

B

= jumlah ml Na2S2O3 untuk titrasi blanko

S

= jumlah ml Na2S2O3 untuk titrasi sampel

N

= normalitas larutan Na2S2O3

G

= bobot sampel (gram)

12.69 = (Ar Iodium / 10)

Volume Titrasi Blanko

: 47.3 ml

Normalitas Na2S2O3

: 0.1 N

Tabel A.1. Volume Hasil Titrasi dan Bilangan Iod Minyak Jarak Sebelum Dihidrogenasi Nama Sampel

Minyak Jarak (Castor oil)

Massa minyak

Volume

Bilangan

Rata-

contoh (gram)

Titrasi (ml)

Iod

Rata

1

0.2321

28.5

80.9186

2

0.2615

26.6

81.0413

3

0.2251

28.8

81.7436

Titrasi

81.2345

Tabel A.2. Volume Hasil Titrasi dan Bilangan Iod Minyak Jarak Pada Tekanan 3 bar Massa minyak

Volume

Bilangan

Rata-

contoh (gram)

Titrasi (ml)

Iod

Rata

1

0.2301

31.8

63.4224

2

0.2033

32.9

64.9168

Nama Sampel

Titrasi

sampel 1.1 (140°C, 3 bar)

64.1696



44

sampel 1.2

1

0.2123

32.8

62.7626

(160°C, 3 bar)

2

0.2254

32.2

62.4929

sampel 1.3

1

0.2274

32.3

61.3852

(180°C, 3 bar)

2

0.2138

33.1

60.5416

sampel 1.4

1

0.2563

31.6

57.9293

(200°C, 3 bar)

2

0.2304

32.9

57.2812

sampel 1.5

1

0.2408

32.5

56.9152

(220°C, 3 bar)

2

0.2367

32.7

56.8288

62.6277

60.9634

57.6053

56.8720

Tabel A.3. Volume Hasil Titrasi dan Bilangan Iod Minyak Jarak Pada Tekanan 4 bar Nama Sampel

Massa minyak

Volume

Bilangan

Rata-

contoh (gram)

Titrasi (ml)

Iod

Rata

sampel 2.1

1

0.1956

33.6

62.9309

(140°C, 4 bar)

2

0.219

32.4

63.1602

sampel 2.2

1

0.2106

33.1

61.4615

(160°C, 4 bar)

2

0.2268

32.3

61.5476

sampel 2.3

1

0.1926

34.3

59.2990

(180°C, 4 bar)

2

0.2114

33.4

59.4280

sampel 2.4

1

0.1948

34.8

55.3721

(200°C, 4 bar)

2

0.2246

33.3

56.5004

sampel 2.5

1

0.2227

33.9

53.5635

(220°C, 4 bar)

2

0.2292

33.6

53.7055

63.0456

61.5046

59.3636

55.9363

53.6345



45

Lampiran B Hasil Karakterisasi Katalis NiO/γ-Al2O3 10%, Turunan Klorida

Tabel B.1 Identifikasi puncak XRD untuk katalis 10% NiO/ γ-Al2O3 turunan klorida 2θ

Intensitas

Identifikasi

Ukuran Kristal (nm)

37,2735

67

NiO (111) dan γ-Al2O3 (311)

43,48

41

NiO (200)

45,72

43

γ-Al2O3 (400)

3,392

65,48

31

66,9725

100

γ-Al2O3 (440)

5,161

4,102

Luas permukaan (m2/g) Klorida

10%

87,8142



UNIVERSITAS INDONESIA

Recommend Documents