ZEOLIT ALAM

KONVERSI MINYAK SAWIT MENJADI BIOGASOLINE MENGGUNAKANKATALIS Ni/ZEOLIT ALAM Skripsi disajikan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains Program Studi Kimia

oleh Puji Eka Rahayu 4350408002

JURUSAN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG 2012

i  

PERNYATAAN Saya menyatakan bahwa skripsi ini bebas plagiat, dan apabila di kemudian hari terbukti terdapat plagiat dalam skripsi ini, maka saya bersedia menerima sanksi sesuai ketentuan peraturan perundang-undangan.

Semarang, 04 November 2012

Puji Eka Rahayu 4350408002

ii  

PERSETUJUAN PEMBIMBING Skripsi ini telah disetujui oleh pembimbing untuk diajukan ke Sidang Panitia Ujian Skripsi Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Negeri Semarang.

Semarang, 04 November 2012

Pembimbing I

Pembimbing II

Drs. Sigit Priatmoko, M.Si

Sri Kadarwati, S.Si., M.Si NIP. 198111142003122003

NIP. 196504291991031001

iii  

PENGESAHAN Skripsi yang berjudul Konversi Minyak Sawit menjadi Biogasoline Menggunakan Katalis Ni/ Zeolit Alam disusun oleh Nama

: Puji Eka Rahayu

NIM

: 4350408002

telah dipertahankan di hadapan sidang Panitia Ujian Skripsi FMIPA Universitas Negeri Semarang pada tanggal

Panitia: Ketua

Sekretaris

Prof. Dr. Wiyanto, M.Si. NIP. 196310121988031001

Dra. Woro Sumarni, M.Si. NIP. 196507231993032001

Ketua Penguji

Dr. Kasmadi Imam S, M.S. NIP. 195111151979031001 Anggota Penguji/ Pembimbing Utama

Anggota Penguji/ Pembimbing Pendamping

Drs. Sigit Priatmoko, M.Si NIP. 196504291991031001

Sri Kadarwati, S.Si., M.Si NIP. 198111142003122003

iv  

MOTTO DAN PERSEMBAHAN MOTTO: Jangan Pernah Berkata Tidak Bisa Sebelum Mencoba Melakukannya. Sukses Bukanlah Tujuan Hidupku, Tetapi Sukses Adalah Jalan Hidupku.

Tugas Akhir II ini kupersembahkan untuk: Bapak dan Ibuku tersayang Teman-teman seperjuangan Kimia Angkatan 2008 dan Ni & Ni-Mo lovers Semua orang yang menyayangiku

v  

PRAKATA Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan kasih dan kemurahan-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan TA II yang berjudul ”Perengkahan Katalitik Minyak Jelantah Menjadi Biogasoline Menggunakan Padatan Ni-Mo/Zeolit Alam”. Selama menyusun TA II ini, penulis telah banyak menerima bantuan, kerjasama, dan sumbangan pemikiran dari berbagai pihak. Oleh karena itu, dalam kesempatan ini penulis sampaikan ucapan terima kasih kepada: 1. Rektor Universitas Negeri Semarang. 2. Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Semarang. 3. Ketua Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Semarang. 4. Ketua Prodi Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Semarang. 5. Drs. Sigit Priatmoko, M.Si sebagai Pembimbing I yang telah memberikan petunjuk, arahan, dan bimbingan dalam penyusunan Skripsi ini. 6. Sri Kadarwati, S.Si., M.Si sebagai Pembimbing II yang telah memberikan arahan, nasihat, dan motivasi dalam penyusunan Skripsi ini. 7. Dr. Kasmadi Imam S, M.S sebagai Penguji yang telah memberi saran kepada penulis, sehingga dapat menyelesaikan Skripsi ini. 8. Bapak dan Ibu Dosen Jurusan Kimia yang telah memberikan bekal dalam penyusunan Skripsi ini.

vi  

9. Kedua orang tua tersayang, Bapak Sutrisno dan Ibu Pasini atas kasih sayang, nasihat, pengertian, dan motivasi yang diberikan kepada penulis. 10. Mas Huda, Mbak Dian, Mbak Fitri dan seluruh laboran serta teknisi laboratorium Kimia UNNES atas bantuan yang diberikan selama pelaksanaan penelitian. 11. Teman-teman seperjuangan Kimia 2008 atas motivasi dan kebersamaannya selama ini. 12. Semua pihak yang telah membantu dalam penyelesaian Skripsi ini yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu. Semoga Skripsi ini dapat bermanfaat bagi pembaca dan semua pihak yang membutuhkan.

Semarang, 06 November 2012

Penulis

vii  

ABSTRAK

Rahayu, Puji Eka. 2012. Konversi Minyak Sawit menjadi Biogasoline Menggunakan Katalis Ni/Zeolit Alam. Skripsi, Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Semarang. Pembimbing Utama Drs. Sigit Priatmoko, M. Si. dan Pembimbing Pendamping Sri Kadarwati, S.Si., M.Si.

Kata Kunci: biogasoline; minyak sawit; perengkahan; Ni/ZA Kajian tentang konversi minyak sawit menjadi fraksi bahan bakar yang setara biogasoline menggunakan katalis Ni/ZA telah dipelajari. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui kadar Ni total pada zeolit alam yang dapat memberikan aktivitas dan karakter terbaik pada reaksi perengkahan MEPO menjadi biogasoline, mengetahui laju alir gas hidrogen, dan untuk mengetahui senyawa yang diduga terdapat dalam biogasoline dengan katalis dan laju alir optimum. Katalis dipreparasi dengan metode impregnasi dengan kadar logam Ni 1%, 2%, dan 3% berat zeolit. Karakterisasi terhadap katalis meliputi: penentuan kadar logam Ni yang teremban dengan SSA, jumlah situs asam dengan metode gravimetri, kristalinitas dan ukuran partikel katalis dengan XRD, serta luas permukaan katalis dengan metode BET. Katalis dengan karakter terbaik adalah Ni-1%/ZA. Minyak sawit yang digunakan sebagai umpan sebelumnya diesterkan terlebih dahuulu dengan metanol dan KOH, kemudian direngkah dengan kolom reaktor flow fixed bed yang dioperasikan pada suhu 450oC. Hasil analisis produk dengan GC menunjukkan fraksi kondensasi produk biogasoline mencapai 100% pada laju alir gas hidrogen 20 mL/menit. Adapun senyawa yang terdapat dalam produk biogasoline yang dihasilkan antara lain: 2-metil pentana, 3-metilpentana, n-heksana, 2-metil-1-pentena, 2,2-dimetil heksana (isooktana), 2,2,4-trimetil pentana, 4-metil-1-heksena, 2,2,3,3-tetrametil butana, 2,2,4-trimetil pentana, 2,2dimetil heksana.

viii  

DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL .......................................................................................... i PERNYATAAN .................................................................................................. ii PERSETUJUAN PEMBIMBING .................................................................... iii PENGESAHAN .................................................................................................. iv MOTO DAN PERSEMBAHAN ....................................................................... v PRAKATA .......................................................................................................... vi ABSTRAK .......................................................................................................... viii DAFTAR ISI ....................................................................................................... ix DAFTAR TABEL .............................................................................................. xii DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xiii DAFTAR LAMPIRAN ...................................................................................... xv BAB 1.

PENDAHULUAN ....................................................................................... 1 1.1 1.2 1.3 1.4

2.

Latar Belakang ....................................................................................... Permasalahan ......................................................................................... Tujuan Penelitian ................................................................................... Manfaat Penelitian .................................................................................

TINJAUAN PUSTAKA .............................................................................. 9 2.1 Minyak Sawit dan MEPO ...................................................................... 2.2 Biogasolin (Bio-bensin) .......................................................................... 2.3 Katalis .................................................................................................... 2.3.1. Zeolit ............................................................................................ 2.3.2. Logam Ni ..................................................................................... 2.3.3. Katalis Ni/Zeolit ........................................................................... 2.4 Perengkahan .......................................................................................... ix

 

1 6 7 7

8 11 11 12 14 16 19

2.5 Penelitian-Penelitian Terkait ................................................................... 23 3.

METODE PENELITIAN ........................................................................... 26 3.1 Lokasi Penelitian .................................................................................. .. 3.2 Variabel Penelitian ................................................................................. 3.2.1. Variabel Bebas ............................................................................. 3.2.2. Variabel Terikat ........................................................................... 3.2.3. Variabel Terkendali .................................................................... 3.3 Rancangan Penelitian ............................................................................. 3.3.1 Alat dan Bahan ............................................................................ 3.3.1.1. Alat Penelitian ............................................................... 3.3.1.2. Bahan Penelitian ............................................................ 3.4 Prosedur Kerja Kerja .............................................................................. 3.4.1. Perlakuan Awal Zeolit Alam ............................................. 3.4.2. Aktivasi dengan Perlakuan HF, HCl, dan NH4Cl .............. 3.4.3. Sintesis sampel padatan Ni/Zeolit Alam ........................... 3.4.4. Kalsinasi, Oksidasi,dan Reduksi Katalis ........................... 3.4.5. Karakterisasi Katalis .......................................................... 3.4.5.1. Penentuan kristalinitas katalis ............................. 3.4.5.2. Keasaman padatan ............................................... 3.4.5.3. Penentuan kadar Ni dalam katalis ....................... 3.4.5.4. Penentuan Porositas Katalis ................................. 3.4.6. Preparasi Umpan Reaksi Perengkahan .............................. 3.4.7. Uji Aktivitas Katalis dalam Perengkahan Katalitik ...........

4.

26 26 26 26 27 27 27 27 28 28 28 28 29 29 30 30 31 32 32 34 34

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ......................................... 37 4.1 Hasil Penelitian ...................................................................................... 38 4.1.1 Preparasi Katalis ......................................................................... 38 4.1.1.1 Perlakuan Awal Zeolit Alam ............................................ 38 4.1.1.2 Aktivasi Zeolit Alam dengan HF, HCl, Dan NH4Cl ........ 38 4.1.1.3 Impregnasi Logam Ni dalam H-Zeolit Alam .................... 39 4.1.1.4 Kalsinasi, Oksidasi, dan Reduksi Katalis ......................... 40 4.1.2 Karakterisasi Katalis ................................................................... 41 4.1.2.1 Luas Permukaan Spesifik, Rerata Jejari Pori, dan Volume Total Pori Katalis Ni/ZA .................................................. 41 4.1.2.2 Penentuan Jumlah Situs Asam Katalis Ni/ZA .................. 42 4.1.2.3 Distribusi Logam Ni dalam Katalis Ni/ZA........................ 43 4.1.2.4 Pengaruh Pengembanan Logam Ni Terhadap Kristalinitas Katalis Ni /ZA ................................................................... 43 x

 

4.1.3.1 Preparasi Umpan Reaksi Perengkahan.................................................. 45 4.1.3.2 Uji Aktivitas Katalis dan Pengaruh Laju Alir Gas Hidrogen serta Jumlah Logam Ni yang Diembankan pada Zeolit terhadap Reaksi Perengkahan Katalitik Minyak Sawit………………………………........................... 45 4.2 Pembahasan ............................................................................................ 50 4.2.1 Preparasi Katalis ......................................................................... 50 4.2.1.1 Perlakuan Awal Zeolit Alam ............................................ 50 4.2.1.2 Aktivasi Zeolit Alam Dengan HF, HCl, dan NH4Cl ........ 48 4.2.1.3 Impregnasi Logam Ni dalam H-Zeolit Alam .................... 52 4.2.1.4 Kalsinasi, Oksidasi, dan Reduksi Katalis ......................... 54 4.2.2 Karakterisasi Katalis ................................................................... 54 4.2.2.1 Luas Permukaan Spesifik, Rerata Jejari Pori, Dan Volume Total Pori Katalis Ni/ZA ................................................... 54 4.2.2.2 Penentuan Jumlah Situs Asam Katalis Ni/ZA .................. 56 4.2.2.3 Distribusi Logam Ni dalam Katalis Ni /ZA....................... 57 4.2.2.4 Pengaruh Pengembanan Logam Ni terhadap Kristalinitas Katalis Ni/ZA .................................................................... 57 4.2.3 Uji Aktivitas Katalis ................................................................... 59 4.2.3.1 Preparasi Umpan Reaksi Perengkahan ............................. 59 4.2.3.2 Hubungn antara luas permukaan, rerata jejari pori, dan volume pori dengan uji aktivitas…………………………...61 4.2.3.3 Hubungan antara persen Ni dengan uji aktivitas…………..64 4.2.3.4 Hubungan antara jumlah situs asam dengan uji aktivitas ...64 4.2.3.5 Hubungan antara laju alir gas hidrogen dengan uji aktivitas67 4.2.3.6 Hubungan karakteristik katalis dengan % fraksi kondensat biogasoline……………………………………………………….69 4.2.3.7 Hasil GC dan GCMS………………………………………72 5. PENUTUP .................................................................................................... .. 75 5.1 Simpulan ................................................................................................ .. 75 5.2 Saran ...................................................................................................... .. 76 DAFTAR PUSTAKA .................................................................................. .. 77 LAMPIRAN ................................................................................................. .. 81

xi  

DAFTAR TABEL

Tabel

Halaman

2.1. Komposisi beberapa asam lemak dalam tiga jenis minyak sawit ............... 9 2.2. Harga work function beberapa logam transisi ............................................. 17 4.1. Hasil penentuan luas permukaan spesifik, rerata jejari pori, dan volume total pori katalis menggunakan metode BET .............................................. 42 4.2. Hasil Penentuan Jumlah Situs Asam dalam Katalis Ni/ZA ......................... 42 4.3. Distribusi logam Ni dalam katalis Ni/ZA .................................................... 43 4.4. Data 2 theta, intensitas tiga puncak tertinggi, dan ukuran kristal dalam ZA, H-ZA dan Ni-1%/ZA .................................................................................. 42 4.5. Fraksi biogasoline hasil perengkahan katalitik minyak sawit dengan katalis Ni/ZA dengan variasi laju alir gas hidrogen dan jumlah logam Ni yang diembankan pada zeolit ................................................................. 47 4.6. Fraksi biogasoline hasil perengkahan katalitik minyak sawit pada laju alir 10 mL/menit .......................................................................................... 47 4.7. Fraksi biogasoline hasil perengkahan katalitik minyak sawit pada laju alir 20 mL/menit .......................................................................................... 47 4.8. Fraksi biogasoline hasil perengkahan katalitik minyak sawit pada laju alir 30 mL/menit .......................................................................................... 47 4.9. Fraksi biogasoline hasil perengkahan katalitik minyak sawit dengan katalis Ni-1%/ZA ......................................................................................... 48

xii  

4.10. Fraksi biogasoline hasil perengkahan katalitik minyak sawit dengan katalis Ni-2%/ZA ......................................................................................... 48 4.11. Fraksi biogasoline hasil perengkahan katalitik minyak sawit dengan katalis Ni-3%/ZA ......................................................................................... 48 4.12. Hasil analisis GCMS biogasoline pada kondisi optimum secara kuantitatif ..................................................................................................... 48 4.13. Hasil analisis GCMS biogasoline pada kondisi optimum secara kuanlitatif……………………………………………………………….. 49

xiii  

DAFTAR GAMBAR

Gambar

Halaman

2.1. Situs Asam Bronsted dan Lewis dalam Zeolit..…………………………… 13 2.2. Struktur Zeolit Mordenit .............................................................................. .. 13 2.3. Mekanisme katalisis heterogen pada reaksi hidrogenasi ikatan rangkap pada alkena ........................................................................................................... .. 16 2.4. Jalur reaksi konversi trigliserida menjadi alkana......................................... .. 20 2.5. Reaksi hidrogenolisis ester .......................................................................... .. 20 2.6. Reaksi pembentukan ion karbonium dan radikal terstabilkan……………. 21 2.7. Interaksi reaktan dengan ion karbonium dan radikal pada permukaan katalis ........................................................................................................... 22 2.8. Tahap terminasi ........................................................................................... 23 3.1. Rangkaian reaktor perengkahan minyak sawit menjadi biogasoline .......... 37 4.1. Hasil impregnasi logam Ni pada Zeolit Alam ............................................. 39 4.2. Perbandingan warna antara ZA, H-ZA, Ni-0,5%/ZA, Ni-1%/ZA, Ni-2%/ZA, dan Ni-3%/ZA .......................................................................... 41 4.3. Perbandingan difraktogram ZA, H-ZA dan Ni-1%/ZA............................... 44 4.4. Perbedaan Warna Minyak Goreng Sebelum dan Sesudah Hasil Esterifkasi ................................................................................................... 45 4.5. Perbedaan antara kokas dan katalis awal ..................................................... 46 4.6. Reaksi Dealuminasi dalam Zeolit dengan Bantuan HCl ............................. 51 4.7. Perbandingan gliserol, minyak sawit, metil ester, dan sisa uji aktivitas.. 59 4.8. Reaksi esterifikasi minyak menggunakan basa KOH................................. 60

xiv  

4.9. Hubungan luas permukaan dengan % fraksi pada laju alir gas hidrogen 10 mL/menit ................................................................................................ 62 4.10. Hubungan luas permukaan dengan % fraksi pada laju alir gas hidrogen 20 mL/menit ................................................................................................ 62 4.11. Hubungan luas permukaan dengan % fraksi pada laju alir gas hidrogen 30 mL/menit ................................................................................................ 63 4.12. Hubungan antara jumlah situs asam total, situs asam permukaan dan situs asam rungga pada katalis dengan % fraksi pada laju alir gas hidrogen 10 mL/menit ................................................................................................ 65 4.13. Hubungan antara jumlah situs asam total, situs asam permukaan dan situs asam rungga pada katalis dengan % fraksi pada laju alir gas hidrogen 20 mL/menit ............................................................................................... 66 4.14. Hubungan antara jumlah situs asam total, situs asam permukaan dan situs asam rungga pada katalis dengan % fraksi pada laju alir gas hidrogen 30 mL/menit ............................................................................................... 66 4.15. Hubungan antara laju alir dengan % fraksi biogasoline terkondensasi 68 4.16. Hubungan karakteristik katalis dengan % Fraksi kondensat Biogasoline pada laju alir gas hidrogen 10 mL/menit……………………………………... 69 4.17. Hubungan karakteristik katalis dengan % Fraksi kondensat Biogasoline pada laju alir gas hidrogen 20 mL/menit……………………………….…….. 70 4.18. Hubungan karakteristik katalis dengan % Fraksi kondensat Biogasoline pada laju alir gas hidrogen 30 mL/menit……………………………………… 70 4.19. Ilustrasi ukuran pori katalis Ni-1%/ZA, Ni2%/ZA dan Ni-3%/ZA………. 72 4.20. Reaksi perengkahan trigliserida menjadi karbondioksida, alkana dan alkena……………………………………………………………………… 73 4.21. Reaksi perengkahan C15H32 menjadi etena, propena dan oktana………….. 74

xv  

DAFTAR LAMPIRAN Lampiran

Halaman

1.

Diagram Alir Prosedur Penelitian ............................................................ 81

2.

Data dan Perhitungan Keasaman Katalis ................................................. 87

3.

Hasil Analisis XRD................................................................................... 90

4.

Hasil Analisis BET ZA, H-ZA, Ni-1%/ZA, Ni-2%/ZA, dan Ni-3%/ZA.. 93

5.

Perhitungan % Fraksi Produk Biogasoline ............................................... 94

6.

Hasil Analisis GC Metil Ester Minyak Sawit ........................................... 96

7.

Hasil Analisis GC Produk Biogasoline ..................................................... 98

8.

Hasil Analisis GCMS ................................................................................ 116

9.

Dokumentasi Penelitian ............................................................................ 117

xvi  

 

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Penggunaan bahan bakar yang semakin meningkat menyebabkan persediaan minyak bumi di Indonesia, bahkan di dunia, mengalami penurunan sehingga harga produk olahan dari minyak bumi terutama bensin juga meningkat.Peningkatan harga bahan bakar bensin mencapai puncaknya pada tahun 2008 yaitu mencapai sebesar Rp 10.000,00 per liter. Selain itu, konsumsi bahan bakar dalam negeri menurut statistik juga meningkat sebesar 9,9% per tahun. Peningkatan ini sangat tinggi bila dibandingkan dengan peningkatan ratarata yang terjadi di negara-negara Asia Tenggara yang hanya sebesar 4,2% per tahun (Purwono et al., 2006). Dengan demikian, perlu adanya eksplorasi energi terbarukan. Disisi lain, Indonesia merupakan salah satu negara penghasil minyak sawit terbesar di dunia disamping Malaysia dan Nigeria. Selama ini minyak sawit di Indonesia digunakan sebagai minyak goreng dan sebagian diekspor ke luar negeri.Selain itu, lahan untuk menanam kelapa sawit pun masih terbuka lebar. Oleh karena itu, perlu dilakukan pemanfaatan minyak sawit sebagai bahan baku untuk pembuatan biogasoline

yang salah satu

caranya adalah dengan

perengkahan katalitik. Menurut penelitian yang dilakukan oleh Nurjannah et al. (2010), perengkahan katalitik asam oleat dapat menghasilkan gasoline, kerosine, dan diesel oil.Pada Tabel 2.1 ditampilkan komposisi asam lemak terbesar

1

  2  

penyusun minyak sawit adalah asam oleat dengan persentase 38% sampai 50%.Dengan demikian minyak sawit berpotensi untuk dikonversi secara katalitik untuk menghasilkan biogasoline. Perengkahan katalitik adalah suatu cara untuk memecah hidrokarbon kompleks menjadi molekul yang lebih sederhana dan dapat meningkatkan kualitas dan kuantitas produk, serta menurunkan jumlah residu yang dihasilkan (Widayat, 2009). Dalam penelitian ini, umpan yang berupa minyak sawit yang sudah diesterkan (metyl ester palm oil/MEPO) direngkah menjadi produk-produk minyak yang lebih ringan dengan adanya hidrogen dan bantuan katalis pada temperatur tinggi. Katalis yang sering digunakan dalam perengkahan merupakan katalis heterogen karena dalam prosesnya katalis ini lebih menguntungkan. Selain lebih stabil dalam temperatur tinggi, katalis heterogen juga lebih mudah dalam pemisahan dan pengambilan kembali dari produk. Pada umumnya, katalis heterogen terdiri atas material aktif dan bahan penyangga (metal-supported catalyst), misalnya logam aktif yang diembankan pada zeolit. Menurut Liu et al.(2006), selain sebagai pengemban, zeolit di dalam sistem metal-supported catalyst juga mempunyai aktivitas katalitik yang tinggi, menyebabkan katalis tidak mudah menggumpal, mempunyai porositas yang luas, serta stabil terhadap temperatur tinggi. Selain itu, keberadaan zeolit di Indonesia cukup melimpah dan relatif murah. Oleh karena itu, penggunaan zeolit sebagai pengemban katalis dapat menurunkan biaya produksi.

   

  3  

Porositas katalis sangat berpengaruh pada aktivitas katalis.Untuk mendapatkan hasil sesuai dengan yang diharapkan, perlu adaya kesesuaian antara katalis dan umpan.Ni/zeolit merupakan salah satu katalis dengan sistem metalsupported catalyst yang bersifat porous.Menurut penelitian yang telah dilakukan oleh Farouq (2003), katalis dengan pori pada daerah mesopori dengan rasio Si/Al dan luas permukaan yang tinggi akan sangat efektif dalam reaksi pemutusan rantai karbon yang panjang dalam minyak sawit untuk menghasilkan senyawa bahan bakar fraksi diesel bahkan hingga fraksi gasoline. Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh Sutarno et al (2003) jika rasio Si/Al pada suatu padatan semakin tinggi maka luas permukaan padatan akan semakin besar dan ukuran porinya semakin kecil. Menurut penelitian yang dilakukan oleh Witantoet al., (2010), jejari pori zeolit alam teraktivasi 91,2 A dengan volume total jejari pori 1,2 cc/gram, dan luas permukaan 26 m2/gram. Rodiansono (2009) mengatakan bahwa untuk Ni/Zeolit dengan zeolit yang sama (berasal dari PT Primazeolita, Yogyakarta) mempunyai luas permukaan 27,23 m2/gram, rerata jejari pori 15,22 A, dan volume jejari pori 0,1799 cc/gram.dengan demikian pori katalis dengan pengemban zeolit alam yang berasal dari PT Primazeolita sesuai dengan penelitian Farouq (2003), karena pori katalis yang dibentuk berada pada daerah mesopori, sehingga dapat digunakan untuk reaksi perengkahan minyak sawit menjadi biogasoline. Sifat lain yang penting dalam perengkahan adalah jumlah situs asam total. Keasaman zeolit dapat ditingkatkan dengan mengembankan logam-logam transisi yang memiliki orbital d belum terisi penuh seperti logam Ni. Menurut Triyono

   

  4  

(2002), adanya orbital dyang belum terisi penuh dalam logam Ni dapat meningkatkan daya adsorpsi logam terhadap reaktan. Selain itu, penggunaaan katalis Ni memberikan keuntungan yaitu gas-gas hasil reaksi (C5 dan dry gas) tidak teradsorpsi oleh lapisan nikel, sehingga reaksi tidak terhambat (Campbell, 1998 dalam Purwono et al., 2006). Kadar Ni sangat menentukan jumlah situs aktif yang dimiliki oleh katalis.Kadar total logam yang diembankan dalam zeolit dalam proses perengkahan secara umum adalah 1% (Trisunaryanti et al., 2005), karena jika logam yang diembankan terlalu sedikit atau terlalu banyak maka distribusi logam pada zeolit akan berpengaruh pada struktur katalis. Adanya perubahan struktur ini tentu saja akan mempengaruhi jumlah situs aktif katalis.Pengembanan logam Ni yangterlalu

banyak memungkinkan terjadinya penggumpalan sehingga akan

terbentuk agregat begitu pula sebaliknya jika logam Ni yang diembankan terlalu sedikit maka logam Ni tidak akan mencukupi untuk menempel pada zeolit, sehingga letak antarlogam Ni menjadi sangat jarang. Terbentuknya agregat dan distribusi logam yang tidak merata tentunya akan mempengaruhi jumlah situs aktif

dari

katalis

yang

terbentuk

sehingga

akan

berpengaruh

pada

produkbiogasoline yang akan dihasilkan. Trisunaryanti et al., (2005) melaporkan bahwa semakin banyak jumlah logam Ni dalam katalis Ni-Mo/zeolit akan menyebabkan penurunan keasaman, meskipun masih lebih tinggi daripada keasaman zeolit alam sebelum penambahan Ni. Oleh karena itu, adanya variasi kadar Ni bertujuan untuk mengetahui jumlah Ni pada zeolit yang dapat memberikan karakter dan aktivitas terbaik.

   

  5  

Jenis gas yang digunakan dalam uji aktivitas katalis juga sangat berpengaruh terhadap produkbiogasoline yang dihasilkan karena setiap gas mempunyai fungsi yang berbeda-beda. Hal ini didukung dengan hasil penelitian Handoko(2002, 2006) yang melaporkan bahwa proses konversi katalitik metil ester jelantah dengan katalis Ni/zeolit menggunakan nitrogen sebagai gas pembawa ternyata hanya menghasilkan senyawa fraksi gasoline 27,5 % dan senyawa fraksi solar 36,08 %. Hasil yang telah dicapai tersebut perlu dievaluasi mengenai gas pembawa yaitu nitrogen yang bersifat inert.Dalam penelitian ini, gas hidrogen digunakan sebagai gas pembawa sekaligus berfungsi sebagai reaktan.Didukung oleh hasil penelitian yang dilakukan oleh Liu et al., (2006) bahwa dengan melibatkan gas hidrogen pada pembuatan Fluid Catalytic Cracking (FCC) gasoline menggunakan katalis Ni-Mo/USY mampu meningkatkan konversi dari 22,3% olefin menjadi 62,1% olefin. Pengaruh laju alir gas hidrogen terhadap konversi biogasoline dipelajari dengan menvariasikan laju alir gas hidrogen, yaitu 10, 20, dan 30 mL/menit dengan rasio umpan dan katalis serta suhu tetap.Pengaruh laju alir gas hidrogen ini diamati untuk setiap produk yang dihasilkan dalam waktu 60 menit.Penelitian tentang pengaruh laju alir gas hidrogen sebelumnya telah dipelajari oleh Kadarwati et al., (2010) yang menyatakan bahwa variasi laju alir gas hidrogen berhubungan terhadap konversi produk (%) yang dihasilkan. Hal ini dijelaskan bahwa untuk terjadi reaksi diperlukan tumbukan dengan energi tertentu agar reaktan teradsorpsi dengan sempurna. Pada laju alir gas hidrogen lambat interaksi reaktan dengan permukaan katalis relatif lama karena dengan laju alir gas

   

  6  

hidrogen lambat, interaksi reaktan dengan permukaan katalis tidak terganggu oleh kecepatan aliran dari gas tersebut. Interaksi antara reaktan dan permukaan katalis yang relatif lama menyebabkan molekul reaktan teradsorpsi kuat, sehingga aktivitas katalis menjadi lebih maksimal dalam proses reaksi tersebut. Berdasarkan uraian di atas, maka penelitian yang mengarah pada pembuatan bahan bakarbiogasoline (bio-bensin) dengan katalis Ni/ZA dengan variasi kadar logam Ni dan laju gas hidrogen saat proses hidrocracking terjadi menjadi sangat penting. Biogasoline mempunyai sifat murah, biodegradable, renewable, ramah lingkungan, tidak (banyak) menghasilkan polutan seperti SOx, NOx, Pb, jelaga, dan lain-lain.

1.2 Permasalahan Berdasarkan hal-hal yang diungkapkan tersebut, maka dapat dirumuskan permasalahan sebagai berikut: a. Berapakah kadar Ni total yang dapat diembankan pada zeolit alam yang menghasilkan aktivitas katalitik terbaik untuk perengkahan minyak sawit menjadibiogasoline? b. Bagaimanakah karakteristik katalis Ni/zeolit alam yang telah dipreparasi yang meliputi kristalinitas, luas permukaan pori, volume pori, rerata jejari pori, keasaman total, dan kandungan logam Ni yang terdapat pada katalis Ni/Zeolit Alam? c. Berapakah persentase fraksi biogasoline yang dihasilkan dari perengkahan katalitik minyak sawit dengan laju alir gas hidrogen 10 mL/menit, 20

   

  7  

mL/menit, dan 30 mL/menit dengan katalis Ni-1%/ZA, Ni-2%/ZA, dan Ni3%/ZA? d. Senyawa apa saja yang diduga terdapat dalam biogasoline yang diperoleh dari hasil penelitian padakondisi optimum?

1.3 Tujuan Penelitian Adapun tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut: a. Mengetahui kadar total Ni yang dapat diembankan dalam zeolit sebagai katalis Ni/zeolit alam yang dapat menghasilkan aktivitas katalitik terbaik untuk perengkahan minyak sawit menjadibiogasoline. b. Mengetahui karakteristik Ni/zeolit alam yang telah dipreparasi. c. Mengetahui persentase fraksi biogasoline yang dihasilkan dari perengkahan katalitik minyak sawit dengan laju alir gas 10 mL/menit, 20 mL/menit, dan 30 mL/menit dengan katalis Ni-1%/ZA, Ni-2%/ZA, dan Ni-3%/ZA. d. Mengetahui senyawa apa saja yang diduga terdapat dalam biogasoline yang telah diperoleh pada kondisi optimum.

1.4 Manfaat Penelitian Manfaat yang diharapkan dalam penelitian ini adalah : a. Memberikan informasi tentang kadar total Ni yang dapat diembankan dalam zeolit sebagai katalis Ni/zeolit alam yang dapat menghasilkan aktivitas katalitik terbaik untuk perengkahan minyak sawit menjadibiogasoline.

   

  8  

b. Memberikan informasi tentangkarakteristik Ni/zeolit alam yang telah dipreparasi. c. Memberikan informasi tentang persentase fraksi biogasoline yang dihasilkan dari perengkahan katalitik minyak sawit dengan laju alir gas 10 mL/menit, 20 mL/menit, dan 30 mL/menit dengan katalis Ni-1%/ZA, Ni-2%/ZA, dan Ni3%/ZA. d. Memberikan informasi tentangsenyawa apa saja yang diduga terdapat dalam biogasoline yang telah diperoleh pada kondisi optimum.

 

   

 

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Minyak Sawit dan MEPO Minyak sawit adalah minyak yang dihasilkan dari buah kelapa sawit. Seperti jenis minyak yang lain, minyak sawit tersusun atas unsur C, H, dan O. Minyak sawit ini terdiri atas fraksi padat dan cair dengan perbandingan yang seimbang. Penyusun fraksi padat terdiri atas asam lemak jenuh, antara lain asam miristat (1%), asam palmitat (45%), dan asam stearat (4%), sedangkan fraksi cair mengandung asam lemak tak jenuh yang terdiri atas asam oleat (39%) dan asam linoleat (11%). Komposisi tersebut ternyata agak berbeda jika dibandingkan dengan minyak inti sawit dan minyak kelapa.Secara lebih terinci, komposisi asam lemak jenuh dan asam lemak tak jenuh yang terdapat dalam ketiga jenis minyak nabati tersebut disajikan pada Tabel 2.1. Tabel 2.1. Komposisi beberapa asam lemak dalam tiga jenis minyak nabati Asam lemak

Jumlah atom Minyak sawit Minyak inti C (%) sawit (%) Asam lemak jenuh Oktanoat 8 2-4 Dekanoat 10 3-7 Laurat 12 1 41-55 Miristat 14 1-2 14-19 Palmitat 16 32-47 6-10 Stearat 18 4-10 1-4 Asam lemak tidak jenuh Oleat 18 38-50 10-20 Linoleat 18 5-14 1-5 Linolenat 18 1 1-5 Sumber: Tim Penulis PS (2000)

9

Minyak kelapa (%) 8 7 48 17 9 2 6 3 -

  10  

Berdasarkan Tabel 2.1 minyak sawit memiliki persentase asam palmitat dan asam oleat terbesar dibandingkan minyak inti sawit dan minyak kelapa sehingga jika dilakukan proses cracking menjadi biogasolineakan lebih mengutungkan karena akan diperoleh produk yang lebih banyak. Hal ini mengacu pada penelitian yang dilakukan oleh Wijanarko et al., (2006) yang meneliti tentang produksi biogasoline dari minyak sawit melalui perengkahan katalitik dengan katalis γ-alumina. Jika dianalogikan dengan proses pengilangan minyak bumi, minyak sawit dapat menghasilkan produk-produk turunan yang setara dengan hasil pengolahan minyak bumi seperti minyak solar, minyak tanah, maupun bensin. Minyak sawit sampel yang digunakan dalam penelitian ini adalah minyak sawit dengan fraksi cair, kemudian diolah menjadi metil esterterlebih dahulu.Caranya adalah dengan mereaksikan minyak sawit dengan metanol dan KOH.Minyak sawit dipilih dalam penelitian ini karena minyak sawit mempunyai rantai atom karbon yang lebih panjang dibandingkan minyak kelapa dan minyak inti sawit,terutama pada bagian asam lemak jenuhnya sebagaimana yang ditunjukkan pada Tabel 2.1.Jika

yang dipilih minyak yang lebih banyak

mengandung asam lemak tak jenuh, maka akan diperlukan gas hidrogen lebih banyak karena ikatan rangkap pada asam lemak tak jenuh dibandingkan dengan ikatan tunggal pada asam lemak jenuh.

 

lebih reaktif

  11  

2.2 Biogasolin (bio-bensin) Gasolin atau yang sering kita sebut bensin sangat penting, terutama di zaman modern dengan mobilitas manusia yang sangat tinggi. Pentingnya bensin bagi perekonomian suatu negara sama seperti fungsi darah bagi tubuh manusia. Tanpa bensin (tanpa energi), dunia yang kita ketahui sekarang seperti berhenti berdenyut.Biogasolin (bio-bensin) merupakan jenis gasolin (bensin) yang terbuat dari sumber daya alam yang dapat diperbaharui.Salah satu sumber daya alam yang dimaksud disini adalah minyak sawit. Fraksi bensin tersusun atas hidrokarbon rantai lurus dengan rumus kimia CnH2n+2, mulai dari C5 sampai dengan C11.Di Indonesia terdapat beberapa bahan bakar jenis bensin yang mempunyai nilai mutu pembakaran berbeda.Nilai mutu jenis BBM bensin ditentukan berdasarkan nilai RON (research octane number). Premium mempunyai nilai RON sebesar 88, pertamax sebesar 92, dan pertamax plus sebesar 95 (Prihandana et al., 2007). Jenis biogasolin yang dimaksud di sini adalah jenis premium dengan proses konversi, yaitu proses untuk mengubah ukuran dan struktur senyawa hidrokarbon. Salah satu caranya adalah dengan cara perengkahan termal dan terkatalisis (thermal and catalytic cracking).

2.3 Katalis Di dalam suatu proses produksi, selalu dikehendaki untuk memperoleh hasil yang sebanyak-banyaknya dalam waktu yang sesingkat-singkatnya untuk menekan biaya produksi. Hal ini dapat dicapai salah satunya adalah dengan

 

  12  

menggunakan katalis. Katalis sendiri dikelompokkan menjadi dua yaitu katalis homogen dan heterogen. Di dalam sistem katalis homogen, reaktan dan katalis terdistribusi secara homogen di dalam medium reaksi sehingga laju reaksi dapat dinyatakan langsung sebagai fungsi dari konsentrasi. Di dalam proses reaksi heterogen, reaktan-reaktan sistem reaksi tidak berada di dalam fasa yang sama (padat-cair, padat-gas, cairgas, atau padat-cair-gas) sehingga tidak terjadi distribusi katalis, yang biasanya berfasa padat, secara baik di dalam medium reaksi yang berfasa fluida. Namun, mayoritas katalis yang digunakan berfasa padat untuk reaktan atau umpan berfasa cair atau gas. Karena untuk terjadinya efek katalisis harus terjadi kontak antara katalis dan reaktan maka katalis heterogen juga dapat disebut sebagai katalis kontak (Triyono, 2002). Katalis yang digunakan pada penelitian ini merupakan katalis heterogen karena mempunyai fasa padat sedangkan umpannya berfasa gas. Katalis ini dibuat dengan mengembankan logam Ni pada zeolit. Keuntungan dari katalis ini adalah memiliki aktivitas katalis yang tinggi, harga relatif murah, tahan terhadap temperatur tinggi, serta mudah dalam pemisahannya dari produk.

2.3.1 Zeolit Zeolit ditemukan oleh seorang ahli mineral dari Swedia yang bernama Baron Axel Frederick Crontedt pada tahun 1756. Mineral zeolit berbentuk kristal yang terdapat di dalam rongga batuan basalt. Zeolit berasal dari kata zein dan lithos yang berarti batu api atau boiling stone. Zeolit merupakan kelompok

 

  13  

mineral alumina silikat terhidrasi yang secara umum memiliki rumus empiris Mx.Dy.(Alx+2y.Six+2y.O2n).mH2O, dengan notasi M dan D adalah K, Na, atau kation monovalen lainnya serta kation divalen, x dan y adalah bilangan tertentu, n adalah muatan dari ion logam, dan m merupakan jumlah molekul air kristal yang selalu berubah-ubah. Zeolit merupakan mineral yang bermuatan negatifyang dapat dinetralkan oleh logam-logam alkali atau alkali tanah seperti Na+, K+, Ca2+, dan Mg2+. Kation-kation ini akan menduduki kisi-kisi permukaan di dalam struktur zeolit yang dapat dipertukarkan (Susanti dan Panjaitan, 2010). Zeolit mempunyaiukuran pori antara 2 sampai 8 Angstrom bergantung pada jenis mineralnya. Kemampuan zeolit sebagai katalis berkaitan dengan tersedianya pusatpusat aktif dalam saluran antarzeolit. Pusat-pusat aktif tersebut terbentuk karena adanya gugus fungsi asam tipe Bronsted maupun Lewis. Situs asam Bronsted dan Lewis ditunjukkan pada Gambar 2.1,sedangkan struktur zeolit modernit ditunjukkan pada Gambar 2.2. H + H+ O O (‐)  O  O O (‐) O Si Si Al Al Si

Situs asam Bronsted

O

Si

O * (+) O (‐) O O Al Al Si Si 

Situs asam Lewis

Gambar 2.1. Situs Asam Bronsted dan Lewis dalam Zeolit (Handokoet al., 2009)

Gambar 2.2. Struktur Zeolit Mordenit (Handokoet al., 2009)

 

  14  

Menurut penelitian yang dilakukan oleh Wijanarko et al., (2006), dengan adanya keasaman Bronsted dan Lewis zeolit mampu merengkah minyak kelapa sawit menjadi fraksi biogasoline. Situs asam Bronsted berperan untuk merengkah ikatan rangkap (asam oleat) sedangkan situs asam Lewis berperan untuk merengkah ikatan tunggal (asam palmitat) pada struktur trigliserida pada minyak sawit tersebut. Perbandingan kedua jenis asam ini tergantung pada proses aktivasi zeolit dan kondisi reaksi. Pusat-pusat aktif yang bersifat asam ini selanjutnya dapat mengikat molekul-molekul basa secara kimiawi.

2.3.2

Logam Ni Dalam prosespenyediaan sumber energi, baik berupa bahan bakar fosil

maupunyang berasal dari bahan baku terbarukan biasanya memerlukan beberapa tahapan proses agar bahan bakar yang diperoleh memiliki karakteristik tertentu yang memenuhi sifat yang diperlukan. Logam-logam seperti platina, nikel, molibdenum, dan palladium merupakan jenis katalis yang sering digunakan untuk reaksi hidrogenasi. Namun karena harga platina dan paladium yang sangat mahal, maka menggunakan nikel akan lebih menguntungkan (Hart, 2004 dalam Mulyaningsih, 2012) karena prosescrackingmembutuhkan metode yang dapat menekan biaya produksi serta menghasilkan produk yang sebanyak-banyaknya. Logam Ni sudah digunakan secara luas dalam industri petroleum. Selain harganya relatif terjangkau, logam ini memiliki daya adsorpsi terhadap reaktan yang kuat, tetapi tidak mengadsorpsi produk C5 dan dry gas.Katalis nikel mampu mengadsorpsi gas hidrogen pada permukaannya saja dan mengaktifkan ikatan

 

  15  

hidrogen-hidrogennya, sehingga gas hidrogen menjadi lebih mudah bereaksi. Semakin luas permukaan logam katalis, maka akan semakin banyak gas hidrogen yang diserap (Gambar 2.3). Demikian pula dengan semakin besar luas permukaan, maka kontak yang terjadi antara zat-zat yang bereaksi juga bertambah banyak, sehingga kecepatan reaksi juga bertambah besar pula (Hart, 2004 dalam Mulyaningsih, 2012). Sifat logam juga ditentukan oleh elektron-elektron yang mengisi orbital d yang kosong ini.Logam Ni dengan nomor atom 28 memiliki konfigurasi elektron [18Ar] 3d8 4s2. Konfigurasi elektronik tersebut menunjukkan bahwa Ni memiliki orbital atom 3d yang belum penuh. Adanya orbital d yang belum terisi penuh mengakibatkan logam Ni memiliki sifat katalitik aktif serta daya adsorpsi yang kuat terhadap reaktan. Nikel merupakan logam transisi yang bersifat keras dan ulet, mudah ditempa, sedikit ferromagnetis dan memiliki jari-jari atom 135 pm, serta unit sel nikel adalah kubus berpusat muka dengan parameter kisi 0,352 nm.

 

  16  

Molekul alkena teradsorbsi pada permukaan nikel

Molekul hidrogen teradsorbsi dan putus menjadi

nikel Atom hidrogen membentuk sebuah ikatan dengan karbon

Molekul hidrogen yang lain juga teradsorbsi dan putus menjadi atom

Molekul terlepas dari permukaan katalis

Salah satu ujung molekul lepas dari permukaan katalis

Menyediakan ruang pada permukaan katalis untuk adsorbsi selanjutnya

Gambar 2.3. Mekanisme katalisis heterogen pada reaksi hidrogenasi ikatan rangkap pada alkena (Rifan, 2008)

2.3.3 Katalis Ni/zeolit Umumnya, logam transisi diembankan pada padatan yang memiliki luas permukaan besar untuk menjamin meratanya distribusi logam sehingga mengefektifkan terjadinya interaksi logam katalis dan gas pada saat proses katalisis terjadi. Dari beberapa logam yang ada, logam nikel adalah salah satu logam yang secara ekonomis menguntungkan bagi dunia industri yang menggunakan proses hydrocracking karena harganya yang relatif murah

 

  17  

dibandingkan logam lain seperti Pt dan Cu. Selain itu, logam nikel juga mempunyai harga work functionnomor 2 setelah Pt, sehingga harga work function dari Ni lebih besar daripada Cu, Pd, dan logam-logam transisi lain. Tabel 2.2 berikut menunjukkan harga work functionbeberapa logam transisi. Tabel 2.2. Harga work function beberapa logam transisi Unsur Work function (kJ/mol) Pt 519 Ni 485 Pd 481 Fe 452 Rh 448 Ag 435 W 435 Cu 431 Co Ru Re Os Ir Au Katalis teremban logam dapat dibuat dengan proses presipitasi logam pada pengemban berpori dari suatu larutan garam logam, dilanjutkan dengan kalsinasi dengan pengaliran gas nitrogen, oksidasi dengan pengaliran gas oksigen, sertareduksi dengan adanya hidrogen. Proses kalsinasi, oksidasi, dan reduksi dilakukan untuk menghasilkan interaksi yang kuat antara logam dan pengemban (Schwarz, 1995). Rangkaian proses tersebut akan menyebabkan distribusi logam katalis yang merata pada permukaan pengemban. Selain itu, proses kalsinasi, oksidasi, dan reduksi mempengaruhi dispersi logam dalam pengemban. Preparasi logam pada pengemban dan sifat dasar pengemban dapat mempengaruhi struktur fisik dan sifat kimia deposit metal (Le Page, 1987). Bijang

 

  18  

et al.,(2002) mengungkapkan bahwa perubahan yang signifikan terhadap sifat katalitik suatu logam dapat terjadi dengan variasi komposisi pengemban dari preparasi pengembanan logam yang berbeda. Oleh karena itu pada penelitian ini dilakukan variasi kadar logam Ni yang diembankan pada zeolit, sehingga sifat dari masing-masing katalis yang diperoleh menjadi berbeda-beda. Salah satu penelitian dengan katalis Ni/zeolit yang telah dilakukan adalah penelitian Handoko, et al., (2009) mengatakan bahwa pada umumnya penggunaan zeolit sebagai katalis untuk mengarahkan terjadinya reaksi perengkahan (cracking) dan pengguanaan katalis sistem logam pengemban (Ni/zeolit) dalam penelitian tersebut dimaksudkan untuk mengarahkan dua macam reaksi, yaitu reaksi adisi dan perengkahan. Penggunaan logam aktif

seperti Ni tersebut

didasarkan pada keberadaan orbital d yang belum terisi penuh elektron sehingga orbital d dan orbital s yang berdekatan akan mengalami degenerasi sehingga berada dalam tingkat energi yang sama. Pada keadaan degenerasi maka orbital elektron tersebut akan memiliki probabilitas yang lebih tinggi dalam menyediakan situs asam Lewis, dimana situs tersebut merupakan bagian penting yang mampu mengadsorpsi umpan pada permukaan katalis logam. Sementara digunakan zeolit sebagai pengemban logam aktif didasarkan pada kerangka yang dimilikinya dan keberadaan situs Bronsted. Pada penelitian tersebut katalis Ni/Zeolit digunakan untuk hidrogenasi katalitik 1-oktadekena. Bijang, et al., (2002) mengemukakan bahwa kadar Ni yang diembankan pada zeolit Y berpengaruh pada selektivitas katalis dalam mengkonversi minyak bumi menjadi bensin. Hal ini dibuktikan dengan kinerja katalis NiY-2,8 relatif lebih efisien dibandingkan katalis NiY-2,1

 

  19  

dan katalis NiY-3, yang terlihat pada perolehan selektivitas terhadap fraksi solar yang lebih rendah dan selektivitas terhadap fraksi bensin yang lebih tinggi. Penelitian serupa dilakukan oleh Li et al., dalam Fatimah (2002) dengan melakukan preparasi pengembanan nikel pada Ultra Stable Y (USY) dan menggunakannya pada reaksi hidrodesulfurisasi dibenzotiofen. Aktivitas yang meningkat diperoleh dari pengembanan nikel pada USY.

2.4 Perengkahan Menurut Gates (1991) mekanisme perengkahan senyawa rantai panjang seperti alkana pada permukaan katalis asam berlangsung melalui mekanisme pembentukan ion karbonium, sedangkan reaksi perengkahan tanpa menggunakan katalis akan melalui mekanisme pembentukan radikal bebas. Perengkahan (cracking) adalah proses pemecahan molekul-molekul hidrokarbon besar menjadi molekul-molekul yang lebih kecil (rantai karbon lebih pendek) dengan pemanasan. Istilah ini terutama diterapkan pada fraksi minyak tanah yang diperoleh dalam kilang minyak bumi untuk menghasilkan hidrokarbon yang lebih pendek dan alkena (Parlan dan Wahyudi, 2003 dalam Mulyaningsih, 2012). Sebagai contoh adalah perengkahan trigliserida menjadi alkana seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.4.

 

  20  

O R C

CH2 O O O HC C O R C CH 2 O

R'

CH2

R'

CH3 + CO + H 2 O

R'

CH 3 + CO 2

H2 3H3

R

katalis

CH 3 + H2O

H2 CH3

katalis

CH2

CH3

C

(propana)

Gambar 2.4. Jalur reaksi konversi trigliserida menjadi alkana (Hubberet al.,2007) Gugus asam karboksilat memiliki sifat inert (lamban) terhadap kebanyakan zat pereduksi seperti hidrogen dan katalis. Kelambanan ini dapat direaktifkan dengan mengubah asam karboksilat menjadi ester dan kemudian ester tersebut dapat direduksi menjadi alkohol (Fessenden dan Fessenden, 1999). Alkohol dan senyawa asam organik akan mengalami reaksi esterifiksi. Ester dapat pula direduksi melalui reaksi hidrogenasi katalitik, suatu reaksi yang kadangkadang disebut hidrogenolisis ester, menghasilkan sepasang alkohol (sekurangnya satu adalah alkohol primer) (Fessenden dan Fessenden, 1999). Di bawah ini dijelaskan reaksi hidrogenolisis ester sesuai Gambar 2.5. O RC Alkohol Primer

OR

katalis + H2

RCH2OH

+

HOR'

Alkohol Lain

Gambar 2.5. Reaksi hidrogenolisis ester (Fessenden dan Fessenden, 1999) Berikut adalah penjelasan tentang proses pemutusan rantai panjang hidrokarbon pada minyak kelapa sawit menjadi hidrokarbon rantai pendek. Alkohol primer yang diperoleh dari reaksi higrogenolisis yang ditunjukkan pada

 

  21  

Gambar 5 akan bereaksi dengan katalis Ni/zeolit. Proses ini akan membentuk ion karbonium sebagaimana yang disajikan pada Gambar 2.6. R

CH2

OH

R

CH2

Ni2+ .. O ..

.. O ..

:O:

H+ .. O ..

.. O ..

Al

Si :O: :O:

R

.. O ..

Al

Si

:O: :O: :O: :O:

:O:

Si

:O: :O: :O: :O:

:O:

CH ..

.. O .. Al

O ..

O .. Al

Ni2+ .. O ..

OH

R .. O ..

.. O .. Si

:O: :O:

Al

.. O .. Si

:O: :O: :O: :O:

+ CH2 O ..

O .. Al

Si

:O: :O: :O: :O:

:O:

Gambar 2.6. Reaksi pembentukan ion karbonium dan radikal terstabilkan (Handokoet al., 2009) Tahap berikutnya adalah penyerangan ion karbonium dan radikal terhadap molekul reaktan yang berupa metil ester minyak sawit. Dalam tahap ini terjadi kontak atau interaksi antara molekul reaktan dan permukaan katalis sehingga terjadi reaksi perengkahan metil ester minyak sawit menjadi molekul hidrokarbon yang lebih pendek. Selain itu, pada tahap ini akan terbentuk radikal dan ion karbonium baru yang ditunjukkan pada Gambar 2.7.

 

  22  

O R

CH2

CH2

(CH2)n R

C

O

CH3

O H

CH .. Ni2+

.. O ..

.. O .. Al

:O:

Si :O: :O:

Al

O

(CH2)n

.. O .. Si

:O: :O: :O: :O:

.

.

CH2 CH2

.. O .. Al

:O:

C

O

CH3

O ..

O .. Al

(CH2)n

+ CH2

Si

:O: :O: :O: :O:

R

R

:O:

.. O ..

.. O .. Si

:O: :O:

CH3 + CH2

Ni2+ .. O ..

CH2

CH3

O CH3

.. O ..

.. O ..

R C

R

CH2

Al

.. O .. Si

:O: :O: :O: :O:

(CH2)n

C

O

CH3

O ..

O .. Al

O CH2

Si

:O: :O: :O: :O:

:O:

Gambar 2.7. Interaksi reaktan dengan ion karbonium dan radikal pada permukaan katalis (Handokoet al., 2009) Setelah terjadi reaksi perengkahan maka reaktan dan katalis akan mengalami tahap terminasi. Tahap terminasi terjadi apabila terjadi penggabungan radikal terstabilkan (pada situs asam Lewis) dan terjadi pembentukan ikatan rangkap (pada situs asam Bronsted) yang ditunjukkan pada Gambar 2.8.

 

  23  

O CH3

O

C

.

(CH2)n

.

CH2 CH2

R

Ni2+ .. O ..

.. O ..

:O:

Si :O: :O:

CH

(CH2)n

H .. O ..

.. O ..

Al

O

+ CH2

Al

.. O .. Si

:O:

O R CH2

CH2

(CH2)n

C

CH3

Si

:O: :O: :O: :O:

:O: :O: :O: :O:

O

O ..

O .. Al

C

O

O

CH2

CH3

CH2

(CH2)n

C

O

CH3

Ni2+ .. O ..

.. O .. Al

:O:

Si :O: :O:

.. O ..

.. O .. Al

:O: :O: :O: :O:

H+

.. O .. Si

O ..

O .. Al

:O: :O: :O: :O:

Si :O:

Gambar 2.8. Tahap terminasi (Handokoet al., 2009)

2.4 Penelitian–Penelitian Terkait Hingga saat ini minyak sawit dan minyak jarak menjadi perhatian utama bagi para peneliti dalam menghasilkan biodiesel, akan tetapi sebaliknya tidak banyak peneliti yang melakukan penelitian untuk mendapatkan biogasoline. Pengembangan penelitian di Indonesia untuk mendapatkan biogasoline relatif belum mendapatkan perhatian dari para peneliti.Mengingat jumlah kendaraan yang berbahan bakar gasoline (bensin) cukup banyak sehingga sangat perlu untuk dilakukan penelitian untuk mendapat biogasoline. Sang (2004) dalam Nurjannah et al., 2010menjelaskan bahwa konversi katalitik minyak sawit menggunakan katalis komposit zeolit mikro-meso

 

  24  

poridalam reaktor sistem fixed bed yang dioperasikan pada temperatur 450 oC menghasilkan produk gasoline 48 % (w/w) dari 99 % berat minyak sawit terkonversi. Handoko et al., (2006) menjelaskan bahwa reaksi katalitik jelantah dengan katalis Ni/H5-NZA dan reaktor sistem flow fixed-bed dihasilkan senyawa fraksi bahan bakar cair dalam rentang fraksi bahan bakar solar dan bensin (gasoline). Katalis Ni-1/H5-NZA menunjukkan selektivitas yang tinggi dalam menghasilkan jenis produk senyawa fraksi bahan bakar cair dengan persentase yang tinggi. Farouq et al. (2003) melaporkan HZMS-5, zeolit β, dan USY merupakan katalis yang digunakan pada proses perengkahan. Dari ketiga katalis tersebut HZMS-5 yang menghasilkan konversi dan yield produk yang terbesar. Konversi katalitik minyak sawit menjadi berbagai jenis hidrokarbon dimana pada suhu 350oC dengan katalis HZSM-5, konversi yang dihasilkan 99% yield gasoline 28,3% dan pada kondisi yang sama untuk katalis zeolit β konversinya 82% yield gasoline 22%, katalis USY konversi yang diperoleh 53% dan yield gasoline 7,3%. Setiadi dan Fitria (2006) telah melakukan sintesis hidrokarbon fraksi bensin dari minyak sawit menggunakan katalis B2O3/Zeolit. Pada uji aktivitas katalis diperoleh temperatur optimum untuk reaksi perengkahan katalitik minyak kelapa sawit adalah 450oC dengan yield bensin sebesar 52,5 %. Wijanarko et al. (2006) menjelaskan bahwa perengkahan minyak sawit dapat menghasilkan produk-produk turunan yang setara dengan hasil pengolahan minyak bumi, seperti kerosene, solar, maupun gasoline. Dalam unit pengolahan minyak bumi aromatik (aromatic crude oil) seperti arabian heavy oil, bensin

 

  25  

dihasilkan dari reaksi perengkahan katalitik menggunakan katalis asam γ-alumina. Katalis γ-alumina yang memiliki keasaman Bronsted dan Lewis diharapkan mampu merengkah minyak kelapa sawit menjadi bensin.Inti asam Bronsted berperan untuk merengkah ikatan rangkap (asam oleat) sedangkan inti asam Lewis berperan untuk merengkah ikatan tunggal (asam palmitat) pada struktur trigliesrida minyak kelapa sawit. Murdijanto et al., (2010) menjelaskan bahwa reaksi hidrocracking minyak nabati dengan katalis Ni/Al2O3 menjadi biodiesel menghasilkan produk yang lebih ramah lingkungan karena menghasilkan emisi gas buang yang jauh lebih baik dibandingkan dengan diesel/solar, yaitu bebas sulfur, bilangan asap (smoke number) yang rendah, memiliki angka setana yang tinggi, pembakaran lebih sempurna, memiliki sifat pelumasan terhadap piston mesin dan dapat terurai (biodegradable) sehingga tidak beracun. Berdasarkan beberapa hasil penelitian diatas maka pada penelitian ini digunakan minyak sawit sebagai umpan yang diuapkan pada temperatur 350oC karena kandungan asam lemak yang tinggi seperti asam oleat, sehingga memungkinkan untuk direngkah menjadi fraksi biogasoline dengan katalis Ni/Zeolit yang dioperasikan pada suhu 450oC dengan variasi laju alir gas hidrogen 10, 20, dan 30 mL/menit.

 

 

 

BAB 3 METODE PENELITIAN 4.1

Lokasi Penelitian Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Kimia Universitas Negeri

Semarang dengan melibatkan beberapa laboratorium lain. Preparasi dan uji aktivitas katalis dilakukan di Laboratorium Kimia Fisik Universitas Negeri Semarang. Uji karakteristik katalis dilakukan di Laboratorium Analitik dan Anorganik Universitas Gadjah Mada,sertaLaboratorium Kimia Instrumen Universitas Negeri Semarang. Ujiterhadap produk biogasoline dengan Gas Chromatography (GC) di Laboratorium Kimia Instrumen Universitas Negeri Semarang, sedangkan uji dengan Gas Chromatography Mass Spectroscopy(GCMS) di Laboratorium Kimia Organik Universitas Gajah Mada.

4.2

Variabel Penelitian

4.2.1 Variabel Bebas Variabel bebas adalah variabel yang nilainya divariasi. Dalam penelitian ini variabel bebas adalah : (i)kadar Ni yang diembankan (1%, 2%, 3%) pada zeolit alam, dan (ii) variasi laju alir gas hidrogen 10 mL/menit, 20 mL/menit, dan 30 mL/menit.

4.2.2 Variabel terikat Variabel terikat adalah variabel yang menjadi titik pusat penelitian. Dalam penelitian ini, sebagai variabel terikat adalah: (i) karakteristik padatan Ni/Zeolit

37

  27  

alam (luas permukaan, ukuran pori, volume pori, dan keasaman), (ii) persen konversi, dan (iii) persen fraksi biogasoline yang dihasilkan dari proses perengkahan katalitik.

4.2.3 Variabel terkendali Variabelterkendali adalahfaktor yangmempengaruhi hasil reaksi, tetapi dapat dikendalikan. Variabel terkendali dalam penelitian ini adalah lama waktu reaksi yaitu 1 jam, jenis zeolit yang digunakan (PT Prima Zeolita), jenis gas hidrogen, oksigen dan nitrogen yang digunakan (PT Samator Gas), dan jenis minyak sawit (MEPO) yang digunakan, serta rasio antara MEPO dan katalis 10 gram: 1 gram dengan suhu reaktor katalis 450oC.

4.3

Rancangan Penelitian

4.3.1 Alat dan Bahan 4.3.1.1 Alat Penelitian Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah :Alat-alat gelas, Thermometer, Pengayak 100 mesh, Lumpang porselin, Oven GCA Corp, Furnace, Reaktor kalsinasi dan oksidasi, Neraca analitik Metter Toledo, Desikator, Spektrofotometer Serapan Atom (SSA) Perkin Elmer Analyst-100, Gas Sorption Analyzer

NOVA

1200e,

Gas

Chromatography(GC)Agilent

6820,

Gas

Chromatography-Mass Spectroscopy (GC-MS) Shimadzu QP-2010s, dan X-Ray Difraction (XRD) Shimadzu XRD-6000.

   

  28  

4.3.1.2 Bahan Penelitian Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah :NH4Cl 99,8% (E. Merck), HF 49% (E. Merck), HCl 37% (E. Merck), Nikel Nitrat Heksahidrat Ni(NO3)2.6H2O p.a 99% (E. Merck), NH3 25% (E. Merck), AgNO399,8%(E. Merck), Gas hidrogen, Oksigen, dan Nitrogen (PT. Samator Gas), Air bebas ion, Minyak sawit yang sudah diesterkan (MEPO)

4.4

Prosedur Kerja

4.4.1 Perlakuan awal zeolit alam Zeolit alam dari PT Prima Zeolita direndam dalam air bebas ion sambil diaduk dengan pengaduk magnet selama sehari semalam (24 jam) pada temperatur kamar (25oC).Campuran tersebut kemudian disaring dan endapan yang diperoleh dikeringkan dalam oven pada temperatur 120ºC selama 12 jam.

4.4.2 Aktivasi zeolit dengan perlakuan HF, HCl, dan NH4Cl Zeolit alam 50 g direndam dalam larutan HF 1 % selama 30 menit, kemudian dicuci dengan akuades. Dan dikeringkan dalam oven pada temperatur 120ºC selama 24 jam.Sampel lalu direndam dalam larutan HCl 6M selama 30 menit pada temperatur 50ºC sambil diaduk dengan pengaduk magnet, kemudian -

disaring dan dicuci berulang kali sampai tidak ada ion Cl (dapat dideteksi oleh larutan AgNO3).Sampel dikeringkan pada temperatur 130ºC selama 3 jam dalam oven.Sampel ini direndam dalam larutan NH4Cl 1N pada temperatur 90oCselama 3 jam perhari dalam 1 minggu sambil diaduk, kemudian disaring, dicuci (sampai

   

  29  

ion Cl- hilang), dikeringkan dan dihaluskan.Sampel dihaluskan dengan ukuran lolos pengayak 100 mesh. Sampel ini digunakan sebagai katalis dan diberi nama zeolit alam aktif (sampel ZA).

4.4.3 Sintesis sampel padatan Ni /zeolit alam Sampel

ZA

direndam

dalam

larutan

Nikel

Nitrat

Heksahidrat

Ni(NO3)2.6H2O p.a dengan massa masing-masing 1,98 gram, 3,96 gram, dan 5,89 gram dengan air 100 mL per katalis, lalu direfluks pada temperatur 60ºC selama 6 jam, kemudian diuapkan dan dicuci berulangkali, dikeringkan dalam oven 120ºC (diperoleh sampel Ni/ZA).

4.4.4 Kalsinasi, oksidasi, dan reduksi sampel katalis Sampel katalis yang diperoleh, dimasukkan dalam reaktor, dikalsinasi pada 500ºC sambil dialiri gas nitrogen selama 5 jam.Sampel kemudiandioksidasi dengan aliran gas oksigen dan reduksi dengan gas hidrogen pada temperatur 400ºC selama 2 jam. (proses ini dimaksudkan untuk menghilangkan pengotorpengotor organik dan air sehingga mulut pori zeolit terbuka dan luas permukaan spesifiknya meningkat, proses reduksi untuk mereduksi logam-logam yang diembankan pada zeolit sehingga bermuatan nol).

4.4.5 Karakterisasi katalis Sampel katalis yang diperoleh kemudian dilakukan karakterisasi yang meliputi kristalinitas katalis dengan menggunakan XRD, keasaman dengan

   

  30  

metode gravimetri, kadar logam Ni dengan AAS, dan luas permukaan katalis dengan Gas Sorption Analyzer NOVA1200.

4.4.5.1 Penentuan kristalinitas katalis Untuk mengetahui kristalinitas katalis, dan ukuran partikel, katalis dikarakterisasi dengan XRD. Dalam analisis XRD, kristal katalis mendifraksi sinar-X yang dikirimkan dari sumber dan diterima oleh detektor. Pola difraksi diplotkan berdasarkan intensitas puncak yang menyatakan peta parameter kisi kristal atau indeks Miller (hkl) sebagai fungsi 2θ, dengan θmenyatakan sudut difraksi berdasarkan persamaan Bragg. nλ= 2d sin θ

(1)

dengan d dalah jarak antar bidang kristal dengan indeks Miller (hkl), θ adalah sudut Bragg, n adalah bilangan bulat, dan λ adalah panjang gelombang (Abdullah dan Khairurrijal, 2010). Penetuan ukuran kristal dapat dilakukan dengan metode Scherrer. Ukuran kristalin ditentukan dengan pelebaran puncak difraksi sinar X yang muncul. Metode Scherrer sebenarnya bukan memprediksi ukuran partikel, melainkan ukuran kristal dalam material. Jika satu partikel mengandung sejumlah kristal kecil (kristalin) maka informasi yang diberikan bukan ukuran partikel, melainkan ukuran kristalin. Untuk partikel berukuran nanometer, biasanya satu partikel hanya mengandung satu kristal. Adapun cara perhitungannya adalah sebagai berikut:

   

  31  

(2)

D=

(Abdullah dan Khairurrijal, 2010)

4.4.5.2 Keasaman Padatan Penentuan jumlah situs asam katalis secara kuantitatif dengan metode gravimetri menggunakan NH3 sebagai basa adsorbatnya. Sejumlah gram sampel dalam porselin telah diketahui beratnya (W0) dipanaskan sampai temperatur 120oC selama 2 jam. Kemudian didinginkan dalam desikator, ditimbang hingga berat tetap (W1). Sampel dalam porselin ditempatkan dalam desikator kembali dan desikator divakumkan, lalu sampel dalam porselin dialiri gas NH3 yang berasal dari NH3 25% yang dipanaskan pada temperatur 60oC sehingga kelihatan uap di dalam desikator (kondisi penuh). Kemudian didinginkan selama 24 jam. Setelah itu ditimbang hingga diperoleh berat (W2). Setelah itu diangin-anginkan selama 15 menit dan ditimbang berulang-ulang tiap 15 menit hingga diperoleh berat tetap. Berat NH3 yang teradsorpsi dalam sampel adalah sebagai berikut: W NH3 (ads)=

W W

W

W M NH

x 1000 mmol/gram

(3)

Keterangan: W1=berat porselin setelah diberi sampel dan dipanaskan W2=berat krus setelah dialiri NH3 W0=porselin kosong Banyaknya jumlah uap NH3 yang teradsorp menunjukkan banyaknya jumlah asam total zeolit, sedangkan untuk mengetahui jumlah asam di permukaan

   

  32  

zeolit, digunakan uap basa piridin dengan metode dan cara perhitungan yang sama dengan NH3.

4.4.5.3 Penentuan Kadar Ni dalam Katalis Untuk penentuan kandungan logam Ni, dapat ditentukan dengan spektrofotometer serapan atom (SSA). Analisis dilakukan secara berurutan terhadap larutan blanko, standar, dan cuplikan. Penyiapan standar dilakukan dengan cara mengencerkan larutan standar Ni (II) 1000mg/L. Dari larutan tersebut dibuat larutan standar dengan konsentrasi 4, 8, 12, 16 dan 20 mg/L. Penyiapan larutan cuplikan yaitu dengan menimbang 1 g sampel kemudian dimasukkan ke dalam krus teflon yang sudah dibasahi dengan aquaregia. Ke dalam krus teflon ditambahkan sedikit demi sedikit 8 mL larutan HF 48%, selanjutnya ditambahkan 2 mL aquaregia. Larutan kemudian dipindahkan ke dalam labu ukur plastik 100 mL, lalu ditambahkan aquabides sampai tanda batas.Satu mL larutan cuplikan diencerkan lagi sebanyak 100 kali. Hal sama dilakukan pada sampel yang lainnya, kemudian masing-masing sampel ditentukan absorbansinya dengan SSA.

4.4.5.4 Penentuan Porositas Katalis Luas permukaan, volume total pori, dan distribusi ukuran pori didasarkan pada fenomena adsorpsi molekul gas di permukaan zat padat yang berlangsung pada temperatur konstan. Alat yang digunakan adalah Gas Sorption Analyzer NOVA 1000. Sampel ditimbang dan dimasukkan ke dalam wadah sampel. Sampel dipanaskan pada temperatur 200oC dengan dilakukan pengusiran gas-gas lain

   

  33  

menggunakan gas nitrogen selama 45 menit. Sampel didinginkan menggunakan nitrogen cair sehingga temperatur sampel mencapai 77 K. Tekanan gas nitrogen diubah sehingga jumlah gas nitrogen yang terkondensasi dapat ditentukan. Dengan diperolehnya data tersebut, maka volume total pori, luas permukaan sampel, dan rerata jari pori dapat ditentukan. Analisis luas permukaannya mengikuti persamaan Brunauer, Emmet, dan Teller (BET), yaitu : .

.

(4)

Keterangan: Nav = Bilangan avogadro (6,023x1023 molekul/mol) Ap = Luas proyeksi N2 (16,2Å2) BMN2 = Berat molekul N2 Analisis jejari pori katalis mengikuti persamaan Brunauer, Emmet, dan Teller (BET), yaitu: (5)

Keterangan: rp

= Jejari pori katalis

Vp

= Volume pori

S

= Luas permukaan

Analisis volume total pori mengikuti persamaan Brunauer, Emmet, dan Teller (BET), yaitu: .

Keterangan: Vm

.

= Volume molar dari nitrogen cair (34,7 cm3/mol)

Vads = Volume nitrogen yang teradsorpsi Pa

= Tekanan pengukuran  

 

(6)

  34  

T

= Temperatur pengukuran

4.4.6 Preparasi Umpan Reaksi Perengkahan Minyak sawit disaring menggunakan kertas saring untuk menghilangkan pengotor-pengotor yang ada. Minyak sawit diesterifikasi dengan prosedur yang telah dikembangkan oleh

Hapsari (2010). Minyak sawit bersih kemudian

dipanaskan pada temperatur 90oC pada labu leher tiga. Secara terpisah basa KOH (1% berat minyak) dicampurkan dengan metanol (perbandingan mentanol:minyak adalah 1:4) dengan pengaduk magnet. Setelah minyak sawit mencapai temperatur 90oC, KOH dan metanol yang sudah larut kemudian dimasukkan ke dalam labu leher tiga dan diaduk selama satu jam pada temperatur 90oC. Gliserol dan metil ester dipisahkan dengan corong pisah. Metil ester minyak sawit dicuci dengan aquades berulang kali sampai netral (dicek dengan pH meter) kemudian metil ester minyak sawit dipanaskan untuk menguapkan sisa-sisa air yang ada (pada suhu ± 120oC). Catatan : titik didih metil ester 250oC.

4.4.7 Uji Aktivitas Katalis dalam Perengkahan Katalitik Rangkaianalat perengkahan katalitik (Gambar 3.1) disiapkan terlebih dahulu. Labu leher tiga ditimbang sebelum dan sesudah diisi dengan metil ester minyak sawit, demikian pula tempat produk dan katalis yang akan digunakan. Metil ester minyak sawit dipanaskan pada temperatur 350oC dalam labu leher tiga yang telah disetting dengan temperatur kontrol sehingga terbentuk uap. Uap

   

  35  

kemudian dialirkan ke reaktor berkatalis sehingga terjadi perengkahan metil ester minyak sawit dalam fase uap ((i) variasi kadar Ni yang diembankan pada zeolit alam 1%, 2%, dan 3% (ii) variasi laju alir gas hidrogen (10 mL/menit, 20 mL/ menit, dan 30 mL/menit). Uap hasil perengkahan kemudian dialirkan ke kondensator sehingga didapatkan produk dalam fase cair (biogasoline), produk tersebut kemudian ditimbang bersama dengan tempat produknya. Produk biogasoline yang dihasilkan kemudian dikarakterisasi dengan GC Agilent 6820untuk mengidentifikasi fraksi setara biogasoline yang terbentuk, sedangkan senyawa apa saja yang terkandung dalam biogasoline dianalisis dengan GC-MS shimadzu QP-2010.

Gambar 3.1. Rangkaian reaktor perengkahan minyak sawit menjadi biogasoline (Rodiansono et al., 2007) R1,R2,R3 T1, T2 1 2 3

= = = = =

Regulator Listrik Termometer Statif Pemanas Tempat Katalis

7 8 9 10 11

   

= = = = =

Tempat Produk Air Es + Garam Dapur Termometer Digital Tempat MEPO/Umpan Aliran Gas H2 dan Umpan

  36  

(Gas) 4 5

= =

6

=

Katalis 12 Reaktor Uji 13 Katalis Pendingin Ulir 14

 

   

= =

Flowmeter Gas H2 Regulator

=

Tabung Gas H2

 

BAB 4 HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

Penelitian tentang konversi katalitik minyak sawit menjadi biogasoline menggunakan katalis Ni/Zeolit Alam telah dilakukan di Laboratorium Kimia Fisik Jurusan Kimia Universitas Negeri Semarang. Penelitian yang dilakukan meliputi preparasi dan karakterisasi katalis hasil impregnasi logam Ni ke dalam zeolit alam dengan kadar yang berbeda, yaitu 1%, 2%, dan 3%, serta uji aktivitas katalis pada reaksi perengkahan minyak sawit menjadi biogasoline dengan variasi laju alir gas hidrogen, yaitu 10 mL/menit, 20 mL/menit, dan 30 mL/menit.Kemampuan katalis dalam reaksi perengkahan minyak sawit menjadi biogasoline dipengaruhi olehkarakteristik katalis, dan kadar logam Ni yang terembankan pada katalis serta laju alir gas hidrogen. Untuk mengetahuikualitas dan karakteristik ketiga katalis yang telah dibuat, dilakukan karakterisasi katalis yang meliputi kristalinitas, keasaman, kadar/persentase logam Ni yang teremban, dan porositas katalis. Umpanyang digunakan dalam penelitian ini adalah minyak

sawit curah yang diesterkan

terlebih dahulu. Produk hasil rengkahan dari minyak sawit ini kemudian dianalisis dengan menggunakan GC dan GCMS pada produk perengkahan optimumnya.

37

  38  

4.1

Hasil Penelitian

4.1.1

Preparasi Katalis

4.1.1.1 Perlakuan Awal Zeolit Alam Sebelum diaktivasi, zeolit awal Wonosari diberi perlakuan awal yaitu direndam dengan aquades sambil diaduk dengan mixer selama 24 jam pada temperatur kamar, kemudian disaring dan endapan zeolit dikeringkan di dalam oven. Hasilnya menunjukkan bahwa setelah pencucian warna aquades menjadi keruh dan setelah pengeringan zeolit yang awalnya berwarna agak gelap menjadi bersih yaitu berwarna putih kehijauan.

4.1.1.2 Aktivasi Zeolit Alam dengan HF, HCl, dan NH4Cl Zeolit alam yang telah dicuci menggunakan aquades kemudian diayak dan diaktivasi menggunakan larutan asam yaitu HF 1%. Aktivasi dengan HF 1% ini bertujun untuk mengilangkan pengotor-pengotor dalam zeolit yang belum hilang saat pencucian dengan aquades dan menghilangkan Si di luar framework, sedangkan perendaman menggunakan HCl 6 M larutan yang awalnya jernih berubah menjadi kuning yang mengindikasikan telah terjadinya dealuminasi dan terlarutnya logam Fe dalam zeolit sedangkan adanya Cl- setelah perendaman diidentifikasi dengan menggunakan AgNO3 yang ditunjukkan dengan adanya endapan putih AgCl pada air bekas perendaman zeolit alam tersebut. Zeolit alam sebelum diaktivasi berwarna kehijau-hijauan dan setelah perendaman dengan menggunakan HF 1% dan HCl 6M yang diikuti dengan proses pengeringan menjadi berwarna lebih putih.

   

  39  

Selaiin perlakuan n asam, zeolit juga diakttivasi mengggunakan garram NH4Cl 1N. Perendaaman dengaan larutan N NH4Cl ini dimaksudkan d n untuk mennggantikan k kation-kation n penyeimbaang dalam zeolit seperti Na+ dan Caa2+ dengan NH N 4+. Zeolit di dalam oven k kemudian d dikeringkan o sehinggga terbentuuk H-Zeolit atau yang d disebut denggan zeolit alaam aktif denngan melepasskan NH3.

4 4.1.1.3 Imp pregnasi Loggam Ni dallam H-Zeoliit Alam Setellah zeolit allam diaktivaasi, H-Zeolit diimpregnnasi dengan logam Ni. D Dalam imprregnasi ini, kadar k logam m yang diem mbankan pada zeolit alam m berbedab beda, yaitu 1%, 2%, daan 3%.Tujuaan dari variaasi kadar loggam yang diembankan d p pada zeolit alam ini adalah untuuk mengetaahui jumlahh optimum logam Ni t teerembanka an yang dappat memberikkan karakterr dan aktivittas terbaik pada p reaksi p perengkahan n metil ester menjadi bioogasoline. Untu uk mengemb bankan logam m Ni pada zeolit alam yang haruss dilakukan a adalah samppel H-ZA diirendam dallam larutan nikel nitrat pada tempeeratur 90oC s selama 6 jaam kemudiann diuapkan dan dikerinngkan sehinggga dihasilkkan sampel N Ni/ZA. Setelah pengerringan di dalam d oven n ketiga kaatalis berwaarna putih b bersih.Berik kut adalah gaambar dari saalah satu kattalis tersebutt.

Gambar.4.1. Hasil impregnasi logam m Ni pada Zeolit Alam

  40  

4.1.1.4 Kalsinasi, Oksidasi, dan Reduksi Katalis Setelah dilakukan aktivasi serta impregnasi dengan logam Ni pada zeolit alam, dilakukan proses kalsinasi, oksidasi, dan reduksi secara berurutan. Kalsinasi katalis dilakukan dengan pemanasan pada temperatur 500oC dengan aliran gas N2 selama 5 jam dengan tujuan untuk memperbaiki dispersi logam. Oksidasi katalis dilakukan pada temperatur 400oC selama 2 jam dengan aliran gas O2 untuk mengubah kompleks logam menjadi oksida logam. Proses reduksi dilakukan pada 400oC dengan aliran gas H2 selama 2 jam dengan tujuan untuk mengubah ion logam menjadi atom logam (Trisunaryanti et al., 2005). Setelah proses kalsinasi, oksidasi, dan reduksi ketiga katalis ini mempunyai warna yang berbeda-beda. Untuk katalis Ni-1%/ZA berwarna abu-abu, antara satu bagian dengan bagian lain warnanya sama. Untuk katalis Ni-2%/ZA warna katalis lebih hitam dan terlihat kasar meskipun sama-sama sudah lolos pengayak 100 mesh, sedangkan untuk katalis Ni-3%/ZA warna katalis tidak merata, sebagian ada yang abu-abu dan sebagian ada yang agak orange kecoklatan (hampir sama seperti ketika setelah dioksidasi) dengan tekstur halus seperti katalis Ni-1%/ZA.Gambar 4.2 menunjukkan perbedaan secara fisik antara ZA, H-ZA, Ni-1%/ZA, Ni-2%/ZA, dan Ni-3%/ZA.

   

  41  

G Gambar 4.2.. Perbandinggan warna anntara ZA, H--ZA, Ni-0,5% %/ZA, Ni-1% %/ZA, Ni2%/ZA, daan Ni-3%/ZA A.

4 4.1.2

Karakterisasi Katalis

4 4.1.2.1 Lua as Permukaaan Spesifikk, Rerata Jejjari Pori, daan Volume Total Pori Kattalis Ni/ZA Dalam reaksi kaatalitik agar dapat terjad di reaksi perrengkahan, maka m harus t terjadi kontaak antara molekul m umppan metil esster minyak sawit yang berukuran c cukup besarr dan situs aktif a katalis. Semakin besar luas peermukaan kaatalis maka p peluang terjjadinya reak ksi perengkaahan akan semakin s bessar. Selain itu, dengan u ukuran jari-j -jari pori yaang besar m memberi kesempatan lebbih baik bag gi molekul u umpan untukk dapat masuuk sampai kke dalam porri. Hasil karaakterisasi terrhadap luas p permukaan s spesifik, reraata jejari pori, dan volum me total porri katalis sellengkapnya d disajikan pad da Tabel 4.11 berikut ini.

  42  

Tabel 4.1. Hasil Penentuan Luas Permukaan Spesifik, Rerata Jejari Pori, dan Volume Total Pori Katalis Menggunakan Metode BET Sampel Zeolit Alam H-Zeolit Alam Ni-1%/Zeolit Alam Ni-2%/Zeolit Alam Ni-3%/Zeolit Alam

Luas Permukaan Spesifik (m2/g) 35,08 44,55 119,07 90,56 58,52

Rerata Jejari Pori (Å) 40,09 52,11 20,74 31,11 28,91

Volume Pori (cc/g) 70,33 x 10-3 116,1 x 10-3 123,4 x 10-3 141,0 x 10-3 84,72 x 10-3

Berdasarkan Tabel 4.1 dapat diketahui bahwa katalis yang telah dipreparasi sesuai dengan penelitian yang dilakukan oleh Farouq (2003), sehingga cocok digunakan dalam reaksi perengkahan minyak sawit menjadi biogasoline.

4.1.2.2 Penentuan Jumlah Situs Asam Katalis Ni/ZA Kinerja katalis sangat dipengaruhi oleh keasaman katalis. Apabila jumlah situs aktif besar, maka daya adsorpsi terhadap reaktan juga menjadi besar, maka akan semakin banyak umpan yang terengkah menjadi biogasoline. Untuk mengetahui jumlah situs asam dalam katalis dilakukan adsorpsi basa adsorbat pada katalis. Jumlah situs asam dengan amoniak sebagai basa adsorbatnya merupakan jumlah situs asam total dengan asumsi bahwa NH3 dengan ukuran molekul yang kecil dapat masuk sampai

ke dalam pori-pori katalis. Hasil

pengukuran keasaman katalis disajikan pada Tabel 4.2. Tabel 4.2. Hasil Penentuan Jumlah Situs Asam dalam Katalis Ni/ZA Sampel ZA H-ZA Ni-1%/ZA Ni-2%/ZA Ni-3%/ZA

Keasaman total Keasaman (mol/gram) permukaan(mol/gram) 0,942 x 10-4 0,723 x 10-4 1,270 x 10-4 0,476 x 10-4 -4 21,780 x 10 5,210 x 10-4 -4 11,090 x 10 6,501 x 10-4 -4 16,560 x 10 4,550 x 10-4  

 

Keasaman dalam rongga (mol/gram) 0,219 x 10-4 0,794 x 10-4 16,570 x 10-4 4,589 x 10-4 12,010 x 10-4

  43  

4.1.2.3 Distribusi Logam Ni dalam Katalis Ni/ZA Telah dikemukakan bahwa kualitas katalis antara lain ditentukan oleh kualitas dispersi logam dalam zeolit, sedangkan kualitas dispersi dipengaruhi oleh jumlah logam tersebut (Trisunaryanti et al., 2005). Oleh karena itu, uji untuk mengetahui besarnya distribusi logam Ni dalam katalis yang telah dipreparasi menjadi sangat penting. Distribusi logam Ni dalam katalis disajikan pada Tabel 4.3 berikut ini. Tabel 4.3. Distribusi Logam Ni dalam Katalis Ni /ZA Sampel Ni-1%/ZA Ni-2%/ZA Ni-3%/ZA

Hasil pengukuran (ppm) 188,8 397,6 588,8

Ni yang diembankan

Ni yang teremban

% efisiensi

0,4 0,8 1,2

0,3776 0,7952 1,1776

94,40 99,40 98,13

4.1.2.4 Pengaruh Pengembanan Logam Ni terhadap Kristalinitas Katalis Ni /ZA Pengaruh pengembanan logam Ni terhadap kristalinitas katalis Ni/ZA dapat diketahui dari hasil analisis dengan XRD. Akan tetapi katalis yang dianalisis kristalinitasnya hanya katalis dengan luas permukaan optimum dan kontrol, yaitu ZA, H-ZA, dan Ni-1%/ZA.Adapun perbandingan difraktogram antara ketiganya ditunjukkan pada Gambar 4.3.

   

  44  

Gambar 4.3. Perbandingan difraktogram ZA, H-ZA dan Ni-1%/ZA

Selain berdasarkan difraktogram tersebut kristalinitas dan ukuran kristaldari katalis tersebut juga dapat diamati melalui tiga puncak tertinggi dari masing-masing padatan pada Tabel 4.4. Tabel 4.4.Data 2 Theta, Intensitas Tiga Puncak Tertinggi, dan ukuran kristal dalam ZA, H-ZA, dan Ni-1%/ZA Katalis

2 Theta

ZA

25,9507 22,5913 28,0000 22,2885 25,6798 9,7753 25,7326 22,3701 27,7600

H-ZA Ni-1%/ZA

Harga d (A) 3,43069 3,93268 3,18409 3,98541 3,46627 9,04085 3,45927 3,97106 3,21107

Intensitas 325 225 189 559 507 490 475 357 313

   

Ukuran kristal (nm) 33,56818037 8,456650621 3,058039752 3,297730047 27,25501471 4,066829273 29,38311995 4,32153017 5,316597673

Rata-rata ukuran kristal (nm) 15,02762 11,53986 12,97708

  45  

4 4.1.3. 1 Prep eparasi Umppan Reaksi Perengkahan P n Ump pan dalam reaksi r perenngkahan ini adalah hassil esterifikaasi minyak c curah. Miny yak curah yanng ada diesteerifikasi mennggunakan metanol m dan basa KOH s selama 1 jam m. Hasilnyaa minyak terrpisah menjaadi dua bagiian yaitu gliiserol yang b berwarna cokelat gelapp dan metil ester yanng berwarnna kuning dan d encer. P Perbedaan w warna miny yak goreng awal, glisserol, dan sserta hasil esterifkasi d ditunjukkan pada Gambar 4.4.

Gambaar 4.4. Perbeedaan Warnaa Minyak Gooreng Sebeluum dan Sesuudah Hasill Esterifkasi

4 4.1.3.3 Uji Aktivitas dan d Pengarruh Laju Alir A Gas Hiidrogen sertta Jumlah Loggam

Ni

yang y

Diem mbankan

pada p

Zeollit

terhadap ap

Reaksi

Perrengkahan Katalitik K Min nyak Sawit Uji aktivitas a Kaatalis Ni/ZA padaminyaak sawityangg sudah mennjadi metil e ester yang kemudian direngkah d m menggunakann katalis yaang telah dipreparasi. d D Dalam peren ngkahan minnyak sawit inni dilakukann variasi laju alir gas hidrrogen yaitu 10 mL/menit, dan 20 mL/menit, dan 30 mL L/menit. Mettil ester min nyak sawit d diuapkan paada suhu 3500oC dan suhuu pada reaktoor katalis tetaap, yaitu 450 0oC.

  46  

Konvversi total prroduk hasil perengkahann ditentukann dari besarnnya produk y yang terkonv versi dari metil m ester miinyak sawit. Penentuan kkonversi totaal ini dapat d diketahui

b berdasarkan

kromatoggram

produ uk

perengkkahan.

Produk

hasil

p perengkahan n katalitik minyak ssawit dalam m penelitiaan ini adalah fraksi b biogasoliney yang dibataasi hanya seenyawa hidrrokarbon yanng mempunyai jumlah a atom karbon n C5-C11. Daalam penelitian ini produuk gas serta kokas k hasil reaksi r tidak d ditentukan. Pengamatann menunjukkkan bahwa warna w katalis berubah warna w dari a abu-abu menjadi agak kehitaman yyang diperkkirakan terdaapat kokas yang y dapat d dilihat pada Gambar 4.5 dibawah inii.

Gambar 4.5.Perbedaa 4 an antara kokkas dan kataalis awal Frakssi C5-C11 yaang dihasilkkan dari reaaksi perengkkahan katalittik minyak s sawit menjaadi biogasollineyang diaanalisis denggan GC disaajikan pada Tabel 4.5 b berikut ini.

  47  

Tabel 4.5. Fraksi biogasoline hasil perengkahan katalitik minyak sawit dengan katalis Ni/ZA dengan variasi laju alir gas hidrogen dan jumlah logam Ni yang diembankan pada zeolit Katalis Ni-1%/ZA Ni-2%/ZA Ni-3%/ZA

Laju alir

% Fraksi (produk kondensat) 29,57 100,00 58,51 99,94 91,26 98,65 29,86 28,43 52,86

10 mL/menit 20 mL/menit 30 mL/menit 10 mL/menit 20 mL/menit 30 mL/menit 10 mL/menit 20 mL/menit 30 mL/menit

% fraksi berat/berat 2,12 4,78 3,32 2,13 4,17 3,02 1,52 2,97 3,33

Tabel 4.6. Fraksi kondensatbiogasoline hasil perengkahan katalitik minyak sawit pada laju alir 10 mL/menit. Katalis Ni-1%/ZA Ni-2%/ZA Ni-3%/ZA

Laju alir gas hidrogen 10 mL/menit 10 mL/menit 10 mL/menit

Fraksi biogasoline(produk kondensat) 29,57 99,94 29,86

Tabel 4.7. Fraksi kondensatbiogasoline hasil perengkahan katalitik minyak sawit pada laju alir 20 mL/menit. Katalis Ni-1%/ZA Ni-2%/ZA Ni-3%/ZA

Laju alir gas hidrogen 20 mL/menit 20 mL/menit 20 mL/menit

Fraksi biogasoline(produk kondensat) 100,00 91,26 28,43

Tabel 4.8.Fraksi kondensatbiogasoline hasil perengkahan katalitik minyak sawit pada laju alir 30 mL/menit. Katalis Ni-1%/ZA Ni-2%/ZA Ni-3%/ZA

Laju alir gas hidrogen 30 mL/menit 30 mL/menit 30 mL/menit

Fraksi biogasoline(produk kondensat) 58,51 98,65 52,86

   

  48  

Tabel 4.9. Fraksi kondensatbiogasoline hasil perengkahan katalitik minyak sawit dengan Ni-1%/ZA Katalis Ni-1%/ZA Ni-1%/ZA Ni-1%/ZA

Laju alir gas hidrogen 10 mL/menit 20 mL/menit 30 mL/menit

Fraksi biogasoline(produk kondensat) 29,57 100,00 58,51

Tabel 4.10. Fraksi kondensatbiogasoline hasil perengkahan katalitik minyak sawitdengan Ni-2%/ZA Katalis Ni-2%/ZA Ni-2%/ZA Ni-2%/ZA

Laju alir gas hidrogen 10 mL/menit 20 mL/menit 30 mL/menit

Fraksi biogasoline(produk kondensat) 99,94 91,26 98,65

Tabel 4.11. Fraksi kondensatbiogasoline hasil perengkahan katalitik minyak sawitdengan Ni-3%/ZA Katalis Ni-3%/ZA Ni-3%/ZA Ni-3%/ZA

Laju alir gas hidrogen 10 mL/menit 20 mL/menit 30 mL/menit

Fraksi biogasoline(produk kondensat) 29,86 28,43 52,86

Pada Tabel 4.5 diatas ditunjukkan bahwa terdapat satu katalis yang dapat menghasilkan biogasoline dengan fraksi 100%, yaitu Ni-1%/ZA yang dilakukan pada laju alir gas hidrogen 20 mL/menit. Fraksi C5-C11 yang dihasilkan dari reaksi perengkahan katalitik minyak sawit menjadi biogasolinepada kondisi optimum disajikan dalam Tabel 4.12. Tabel 4.12. Hasil analisis GCMS biogasolineterkondensasi pada kondisi optimum secara kuantitatif Hidrokarbon C1-C4 C5-C11 >C11

% Area Produk 0 100 -

   

  49  

Tabel 4.13. Hasil analisis GCMS biogasolineterkondensasipada kondisi optimum secara kualitatif Waktu Retensi 2,583 2,642 2,717 2,908 3,192 3,267 3,483 3,533 3,883

MR 86 86 86 86 84 114 114 114 98 114 114 114

Senyawa 2-metilpentana 3-metilpentana n-heksana 3-metil pentana 2-metil-1-pentena 2,2-dimetil heksana 2,2-dimetil heksana (isooktana), 2,2,4-trimetil pentana 4-metil-1-heksena 2,2,3,3-tetrametil butana 2,2,4-trimetil pentana (isobutil trimetil metana)

   

  50  

4.2.

Pembahasan

4.2.1

Preparasi Katalis

4.2.2.1 Perlakuan Awal Zeolit Alam Perlakuan ini bertujuan untuk menghilangkan pengotor-pengotor yang ada pada zeolit alam seperti debu, batu-batu kecil, dan daun-daun kecil. Hasilnya zeolit alam bebas dari pengotor-pengotor tersebut karena terpisah pada waktu pencucian, penyaringan, dan pengayakan. Sehingga zeolit yang awalnya berwarna agak gelap menjadi bersih yaitu berwarna putih kehijauan.

4.2.2.2 Aktivasi Zeolit Alam Dengan HF, HCl, dan NH4Cl Untuk meningkatkan kinerja dari zeolit maka zeolit perlu diaktivasi. Aktivasi dengan perendaman HF 1% bertujuan untuk menghilangkan pengotorpengotor dalam zeolit yang belum hilang saat pencucian dengan aquades serta menghilangkan Si di luar framework, sedangkan perendaman larutan HCl 6M digunakan untuk dealuminasi dari framework dan melarutkan logam-logam Fe yang terdapat dalam zeolit. Zeolit alam yang telah direndam dengan menggunakan HF 1% dan HCl 6M, menjadi berwarna lebih putih setelah proses pengeringan. Hal ini mengindikasikan bahwa Fe3+ di dalam framework zeolit telah dapat dihilangkan. Aluminium dari dalam frameworkjuga akan keluar dari framework membentuk AlCl3. Hal ini dapat menaikkan rasio Si/Al dalam framework sehingga meningkatkan keasaman, stabilitas termal, dan selektivitas dari zeolit(Handoko, 2002). Reaksi dealuminasi dalam zeolit alam disajikan menurut reaksi pada Gambar 4.6.

   

  51  

M

n+

(

Si

O

Si

Si

O

O H

Al

O

Si

)n + 4nHCl

n

(

Si

OH

O

H O

Si

Si

HO Si

)

+ nAlCl3 + MCln

Gambar 4.6. Reaksi Dealuminasi dalam Zeolit dengan Bantuan HCl (Handoko, 2002) Zeolit alam sebelum diaktivasi mempunyai kandungan Fe3+ yang tinggi. Dengan perendaman menggunakan HCl 6M, Fe3+ dalam framework zeolit bereraksi dengan HCl membentuk FeCl3 yang berwarna kuning. Pelarutan ion Fe3+ dari framework zeolit bertujuan untuk menghilangkan pengotor yang berupa ion logam Fe karena dalam zeolit alam mengandung banyak logam Fe yang dapat dilihat dari warna hijau-coklat muda zeolit alam . Dengan adanya ion tersebut akan mengganggu proses impregnasi logam Ni. Apabila dalam zeolit masih mengandung banyak kation penyeimbang dan ion-ion logam (misalnya Fe3+, Na+, Ca2+), maka energi yang diperlukan untuk mengganti ion tersebut dengan logam Ni tidak seragam sehingga logam Ni tidak terdistribusi secara merata di permukaan zeolit. Selama perendaman dengan menggunakan HCl, zeolit menjadi bersifat asam. Sisa-sisa ion Cl- dalam zeolit kemudian dinetralkan dengan pencucian aquades. Pencucian ini dilakukan sedemikain rupa hingga tidak terdapat ion Cldalam larutan. Cara untuk mendeteksi ada atau tidaknya ion Cl- menggunakan larutan Ag(NO)3. Apabila ke dalam larutan ditambahkan Ag(NO)3, ion Cl- yang larut dalam aquades akan membentuk endapan AgCl yang berwarna putih.

   

  52  

Dengan cara ini dapat diketahui dengan jelas apakah zeolit tersebut sudah netral. Langkah selanjutnya adalah perendaman dengan NH4Cl yang dimaksudkan untuk menggantikan kation-kation penyeimbang dalam zeolit seperti Na+ dan Ca2+ dengan NH4+. Tahap ini melibatkan proses pertukaran kation penyeimbang dengan NH4+ untuk membentuk NH4-Zeolit. Ketika NH4-Zeolit Alam dipanaskan, maka NH3 yang memiliki titik didih rendah (-33oC) akan menguap dan hanya meninggalkan H+ pada zeolit alam (H-Zeolit Alam). Dengan demikian ion logam seperti Fe3+, Na+, Ca2+ dan ion logam lainnya tergantikan oleh H+. Aktivasi tahap ini dimaksudkan untuk membentuk situs asam Bronsted dengan adanya proton H+. Dengan adanya H+ sebagai situs asam Bronsted, situs asam zeolit menjadi naik dan lebih mudah untuk memodifikasinya. Pertukaran kation-kation penyeimbang dengan H+ bertujuan agar ketika zeolit dimodifikasi dengan pengembanan logam Ni, energi untuk pertukaran kation dengan logam Ni energinya seragam/sama sehingga memudahkan logam Ni untuk terdistribusi secara merata dalam zeolit. Dengan distribusi logam Ni yang merata maka situs asam dalam katalis akan meningkat karena logam Ni bertindak sebagai asam Lewis di dalam katalis.

4.2.2.3 Impregnasi Logam Ni dalam H-Zeolit Alam Dalam penelitian ini zeolit alam yang sudah diaktivasi dengan beberapa perlakuan diimpregnasi dengam logam nikel yang berfungsi untuk meningkatkan jumlah situs asam/situs aktif. Hal ini dikarenakan adanya orbital d yang belum terisi penuh oleh elektron.

   

  53  

Jumlahlogam yang diembankan berbeda-beda, yaitu 1%, 2%, dan 3%karena ion-ion logam dengan konsentrasi rendah lebih leluasa untuk bergerak masuk ke dalam pori dibandingkan dengan konsentrasi ion logam yang besar, sehingga penaataa logam Ni pada permukaan zeolit lebih teratur (terdistribusi merata), sedangkan jika logam Ni yang diembankan besar, maka dapat terbentuk agregat (ada penumpukan dibagian zeolit yang satu dan terjadi kekosongan logam Ni pada bagian zeolit yang lainnya). Semakin besar konsentrasi ion logam dalam larutan akan cenderung menutupi bagian mulut pori. Hal ini mengakibatkan ionion logam tidak dapat masuk sampai ke dalam pori secara merata. Dalam impregnasi ini larutan ion logam dibuat tidak terlalu encer dan tidak terlalu pekat (± 50mL, dengan ketentuan 30mL untuk melarutkan garam Ni, dan sisanya untuk membilas gelas kimia untuk membersihkan larutan Ni yang menempel pada beker glass)Larutan ion logam dicampur dengan H-ZA hingga berbentuk seperti bubur (H-ZA terendam larutan ion logam) untuk memaksimalkan impregnasi logam ke dalam zeolit. Kemudian setelah diimpregnasi pelarut yang tersisa diuapkan dengan cara dipanaskan dan dioven pada temperatur 120oC. Berdasarkan Tabel 4.3 ditunjukkan bahwa logam Ni yang teremban pada katalis Ni-1%/ZA, Ni-2%/ZA, dan Ni-3%/ZA tidak mencapai keseluruhan teremban. Pada katalis Ni-1%/ZA logam yang diembankan pada zeolit sebesar 0,4 gram, tetapi yang teremban hanya sekitar 0,3776 gram. Pada katalis Ni-2%/ZA dari 0,8 gram logam Ni yang diembankan hanya teremban 0,7952 gram dan pada katalis Ni-3%/ZA diembankan 1,2 gram yang teremban 1,1776 gram. Hal ni karena cara pengembanan yang dilakukan dengan cara impregnasi, sehingga

   

  54  

dimungkinkan logam tidak masuk ke struktur kristal zeolit, sehingga hanya dipermukaan saja.

4.2.2.4 Kalsinasi, Oksidasi, dan Reduksi Katalis Setelah dilakukan aktivasi serta impregnasi logam Ni yang berwarna hijau dalam zeolit alam, dilakukan proses kalsinasi, oksidasi, dan reduksi. Kalsinasi katalis bertujuan untuk merenggangkan ruang antarpori sehingga gas N2 dapat menembus pori-pori kecil yang ditempati oleh kotoran-kotoran organik dan dapat mendesaknya keluar dari zeolit. Selain itu, proses kalsinasi juga berfungsi untuk memperbaiki dispersi logam pada permukaan zeolit. Oksidasi katalis dilakukan dengan aliran gas O2 untuk mengubah ion logam menjadi oksida logam. Hal ini dilakukan untuk membantu menghilangkan ligan H2O dalam ion kompleks logam yang masih cukup kuat menempel dalam pori katalis, sedangkan proses reduksi dilakukan pada untuk mengubah ion logam menjadi atom logam (bermuatan netral/nol) (Trisunaryanyi et al., 2005). Setelah dilakukan kalsinasi, oksidasi, dan reduksi katalis Ni/ZA yang semula berwarna putih berubah menjadi keabu-abuan.

4.2.2

Karakterisasi Katalis

4.2.2.1 Luas Permukaan Spesifik, Rerata Jejari Pori, dan Volume Total Pori Katalis Ni/ZA Tabel 4.1. menunjukkan bahwa luas permukaan dan volume pori katalis Ni-1%/ZA lebih besar bila dibandingkan dengan Ni-2%/ZA dan Ni-3%/ZA, sedangkan rerata jejari porinya paling kecil dibandingkan katalis-katalis lain yang

   

  55  

telah dipreparasi. Hal ini menunjukkan bahwa secara fisik katalis Ni-1%/ZA yang telah dipreparasi lebih unggul karena memiliki luas permukaan paling besar daripada Ni-2%/ZA, dan Ni-3%/ZA. Pada zeolit yang diembankan logam Ni 2% dan 3% luas permukaan katalis lebih kecil dibandingkan katalis yang mengandung logam Ni 1%. Hal ini karena pada kedua katalis tersebut (Ni-2%/ZA dan Ni3%/ZA) menggumpal, sehingga terbentuk agregat. Sedangkan luas permukaan yang diharapkan pada katalis yang dibuat adalah katalis dengan luas permukaan besar, volume pori besar dan rerata jari kecil, karena dengan adanya luas permukaan besar dan volume jari besar memungkinkan adanya situs aktif yang lebih banyak, sehingga memicu terjadinya reaksi antara umpan dan katalis yang lebih banyak, begitu pula jika rerata jari kecil maka jarak antarlogam Ni semakin kecil, sehingga menambah jumlah situs aktif dari katalis. Karena adanya logam Ni dapat membentuk pori baru. Dengan luas permukaan katalis yang lebih besar, kontak yang terjadi antara reaktan dan permukaan katalis juga besar sehingga reaksi antara umpan dan katalis semakin banyak, sehingga produknya semakin banyak. Dalam reaksi perengkahan metil ester minyak sawit, reaktan yang masuk ke dalam katalis adalah molekul meruah yang berukuran besar. Oleh karena itu, volume pori katalis yang besar memberikan kesempatan yang lebih besar kepada reaktan untuk dapat masuk ke dalam pori katalis sehingga jumlah molekul reaktan yang adsorpsi pada permukaan katalis akan meningkat sehingga reaksi akan lebih cepat.Semakin banyak umpan yang teradsorpsi maka akan semakin banyak reaksi yang terjadi, sehingga produk yang dihasilkan semakin banyak.

   

  56  

Penelitian ini laju alir gas hidrogen juga divariasi, diantaranya 10mL/menit, 20mL/menit, dan 30mL/menit.Jika laju alir gas hidrogen pelan, maka tumbukan antara umpan dan katalis semakin banyak terjadi, sedangkan jika laju alir gas hidrogennya cepat, maka gas hidrogen belum sampai bereaksi dengan umpan dan katalis, tetapi hanya melewati umpan dan katalis saja.

4.2.2.2 Penentuan Jumlah Situs Asam Katalis Ni /ZA Berdasarkan data yang ditunjukkan pada Tabel 4.2.semua katalis yang telah dipreparasi mempunyai jumlah situs asam lebih banyak dibandingkan zeolit alam asal dan H-zeolit alamnya.Hal ini disebabkan karena adanya pengembanan logam Ni dalam katalis. Adanya pengembanan logam Ni yang tersebar secara merata menyebabkan kenaikan keasaman katalis karena logam Ni mempunyai orbital d yang belum terisi penuh sehingga efektif untuk menerima pasangan elektron dari basa adsorbat. Berdasarkan Tabel 4.2 jumlah situs asam total dan keasaman dalam rongga yang palingtinggi adalah pada katalis Ni-1%/ZA yaitu sebesar 21,78 x 10-4mol/gram dan 16,570 x 10-4 serta keasaman permukaan tertinggi adalah Ni-2%/ZA. Menurut Satarno, et al., (2003), semakin tinggi keasaman suatu padatan (katalis), semakin tinggi pula rasio Si/Al nya dan semakin besar pula luas permukaan katalis tersebut karena dengan semakin tinggi rasio Si/Al, maka keteraturan kristal mesopori akan semakin meningkat. Pada reaksi perengkahan katalitik ini, aktivitas terbaik diperoleh oleh katalis Ni1%/ZA.Hal ini menunjukkan bahwa dalam reaksi perengkahan ini tidak hanya situs aktif dipermukaan saja yang berperan, melainkan juga situs aktif di dalam

   

  57  

rongga juga.Pada umumnya reaksi perengkahan dapat berlangsung dengan keasaman total antara 0,9 mmol/gram sampai 3 mmol/gram (Rodiansono et al., 2007: Trisunaryanti et al., 2005).

4.2.2.3 Distribusi Logam Ni dalam Katalis Ni/ZA Katalis yang dipreparasi dalam penelitian ini terdiri atas tiga macam, yaitu katalis dengan kadar Ni 1%, 2%, dan 3%. Berdasarkan Tabel 4.3.dapat diketahui bahwa semakin banyak logam Ni yang diembankan pada zeolit, maka konsentrasi logam Ni yang teremban pada zeolit juga akanmeningkat.Hal ini karena jika jumlah logam Ni yang diembankan semakin banyak, maka yang menempel pada zeolit juga akan meningkat. Berdasarkan data yang ditunjukkan pada Tabel 4.3 dapat dilihat bahwa efisiensi pengembanan logam Ni pada Ni-1%/ZA logam Ni yang teremban adalah 94,4%, Ni-2%/ZA sebesar 99,4%, dan untuk Ni-3%/ZA logam Ni yang teremban adalah sebesar 98,13%. Berdasarkan data tersebut efisiensi yang paling besar adalah Ni-2%/ZA.

4.2.2.4 Pengaruh Pengembanan Logam Ni terhadap Kristalinitas Katalis Ni /ZA Pada Gambar 4.1 menunjukkan hasil difraktogram dari ZA, H-ZA, dan Ni1%/ZA. Berdasarkan Gambar 4.1 dapat diketahui bahwa kristalinitas zeolit setelah diembankan logam Ni masih tinggi seperti sebelum diembankan logam Ni. Hal ini ditunjukkan oleh data 2 theta dari ketiga gambar tersebut.Hanya saja

   

  58  

ada beberapa penurunan dan kenaikan puncak 2 theta yang menunjukkan adanya logam Ni yang teremban pada katalis Ni-1%/ZA. Dengan demikian dapat dikatakan bahwa adanya pengembanan logam Ni tidak menurunkan kristalinitas zeolit. Kristalinitas pengemban zeolit sangat penting dalam mempengaruhi sifat katalis. Apabila kristalinitas tinggi maka dapat diketahui bahwa pengemban tersebut bebas dari pengotor serta sifat-sifat fisiknya tidak terganggu (sifat katalitik tinggi, stabil pada suhu tinggi, dan porositas yang luas). Tiga puncak terkuat dari zeolit alam pada Tabel 4.4, yaitu pada 2 25,9507 (d = 3,43069), 2

= 22,5913 (d = 3,93268), dan 2

=

= 28,0000 (d =

3,18409), serta tiga puncak terkuat H-zeolit alam 2 = 22,2885 (d = 3,98541), 2 = 25,6798 (d = 3,46627), dan 2

= 9,7753 (d = 9,04085) menurut penelitian

Udaibah (2007) merupakan puncak karakteristik dari mordenit. Begitu pula pada Ni-1%/ZA juga menunjukkan puncak karakteristik dari mordenit. Hal ini ditunjukkan dari tiga puncak terkuat pada sampel katalis tersebut, yaitu pada 2 = 25,7326 (d = 3,45927), 2

= 22,3701 (d = 3,97106), dan 2

3,21107), sedangkan logam Ni ditunjukkan pada sudut 2

= 27,7600 (d = = 38,4240 (d =

2,34088), 2 = 40,4075 (d = 2,23043), 2 = 41,6900 (d = 2,16473), 2 = 53,4468 (d = 1,71301), 2 = 53,7788 (d = 1,70319), 2 = 70,0880 (d = 1,34151), 2 = 84,1550 (d = 1,34151), 2 = 84,7960 (d = 1,14947), 2 = 86,6860 (d = 1,12770). Berdasarkan data 2 tersebut dapat diketahui bahwa satelah diaktivasi salah satu puncak terkuat dari zeolit menurun, dan setelah diembankan logam Ni, kristalinitasnya kembali seperti semula, yang menunjukkan karakteristik dari

   

  59  

m modernit. Dengan D dem minkian, logaam Ni dapaat meningkaatkan kristallinitas dari z zeolit alam (Sutarno, ( et al., a 2003). Kristtalinitas suuatu kataliss juga meenentukan ukuran kriistal yang d dibentuknya a. Hal ini dap pat dilihat paada Tabel 4.4 4, yang manna pada saat zeolit alam b belum diaktivasi mempuunyai ukuran kristal yanng lebih bessar dibandinggkan zeolit y yang sudah h diaktivasi, dan setelaah diembank kan logam Ni ukuran kristalnya pada situs aktif, m meningkat lagi. Ukurann kristal tentuunya akan berpengaruh b a jejari p pori dan luaas permukaaan pada kataalis yang terrbentuk. Meenurut Ningrrum et al., ( (2009) jika pada p zeolit diembankan d logam, mak ka ukuran kriistalnya akann menurun, l luas permukkaannya akkan meningkkat dan reaaksi reaktann dengan kaatalis akan b bertambah serta persen konversi k hiddrogenasi meeningkat.

4 4.2.3

Ujii Aktivitas Katalis K

4 4.2.3.1. Preeparasi Umppan Reaksi P Perengkahan Min nyak sawit curah yangg awalnya berwarna kkuning keruuh, setelah d diesterifikas si minyak meenjadi berwaarna kuning bening. b

G Gambar 4.7.. Perbandinggan gliserol, minyak saw wit, metil esteer, dan sisa uji u aktivitas

  60  

Minyak sawit curahini diesterifikasi menggunakan metanol dan basa KOH. Hal ini bertujuan untuk mengurangi densitas dari minyak sawit agar lebih mudah diuapkan dan direngkah. Terbukti setelah dilakukan esterifikasi selama 1 jam, minyak menjadi lebih encer karena adanya pemutusan ikatan dengan gliserol dan dengan metoksida membentuk metil ester minyak sawit. Gambar 4.8 menyajikan reaksi esterifikasi minyak sawit menggunakan basa KOH yang diadopsi dari hasil penelitian Hue dalam Silaen (2010). KOH

+

CH3OH

OCH3

+

H20

K O

O R'

C O

OCH2

R'

C

OCH2

+ CH2

O O

C

OCH3 K

R'

C O

OCH2

R'

C

OCH2

O-

CH2

R'

O

C

R'

OCH3 O

O R'

C O

OCH2

R'

C

OCH2 CH2

OO

C

R'

C O

OCH2

R'

C

OCH2

R'

CH2

O +

R'

C

OCH3

O-

OCH3 O

O R'

C O

OCH2

R'

C

OCH2 CH2

+ K+ + H2O

R'

C O

OCH2

R'

C

OCH2 CH2

O-

+

KOH

OH

Gambar 4.8. Reaksi esterifikasi minyak menggunakan basa KOH Tahap awal reaksi esterifikasi adalah pembuatan metoksida dari basa KOH dan metanol yang selanjutnya direaksikan dengan minyak sawit bersih pada

   

  61  

temperatur 60oC. Atom O dari metoksida ini akan menyerang atom C trigliserida yang memiliki ikatan rangkap sehingga metoksida terikat pada atom C trigliserida. Karena senyawa ini tidak stabil maka tahap berikutnya adalah penyusunan ulang elektron-elektron yang ada. Dalam penyusunan ulang elektron ini, terjadi pemutusan ikatan antara gliserol dan metil ester. Karena gliserol menjadi bermuatan negatif, maka gliserol akan menarik satu atom H dari H2O dan membentuk gliserol yang stabil sedangkan sisa atom O dan H dari H2O berikatan dengan atom K yang terlepas dari metoksida membentuk katalis basa KOH kembali. Demikian reaksi ini berlangsung terus menerus hingga semua asam lemak lepas dari gliserol dan membentuk metil ester minyak sawit.

4.2.3.2. Hubungn antara luas permukaan, rerata jejari pori, dan volume pori dengan uji aktivitas Dalam proses perengkahan katalitik ini, luas permukaan, rerata jejari pori dan volume pori erat kaitanya dengan uji akti.vitas. Menurut Sutarno, (2003) katalis dengan luas permukaan besar akan mempunyai rerata jejari pori kecil dan mempunyai rasio Si/Al besar, sehingga jumlah situs aktifnya juga banyak. Hubungan antara luas permukaan dengan hasil uji aktivitas yang telah dianalisis dengan GC ditunjukkan pada gambar 4.9, 4.10, dan 4.11 berikut ini.

   

  62  

Luas Permukaan Rerata Jejari Pori Volume Pori % Fraksi Kondensasi v=10 mL/menit

150

A, R, V, dan % Fraksi Kondensasi

140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 Ni-1%/ZA

Ni-2%/ZA

Ni-3%/ZA

Sampel Katalis

Gambar 4.9. Hubungan luas permukaan dengan % fraksi kondensat biogasoline pada laju alir gas hidrogen 10 mL/menit Luas Permukaan Rerata Jejari Pori Volume Pori % Fraksi Kondensasi v=20 mL/mnt

150

A, R, V, dan % Fraksi Kondensasi

140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 Ni-1%/ZA

Ni-2%/ZA

Ni-3%/ZA

Sampel Katalis

Gambar 4.10. Hubungan luas permukaan dengan % fraksi kondensat biogasoline pada laju alir gas hidrogen 20 mL/menit

   

  63  

Luas Permukaan Rerata Jejari Pori Volume Pori % Fraksi Kondensasi v=30 mL/mnt

150

A, R, V, dan % Fraksi Kondensasi

140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 Ni-1%/ZA

Ni-2%/ZA

Ni-3%/ZA

Sampel Katalis

Gambar 4.11.Hubungan luas permukaan dengan % fraksi kondensat biogasoline pada laju alir gas hidrogen 30 mL/menit Berdasarkan Gambar 4.9, 4.10, dan 4.11 dapat diketahui bahwa meskipun luas permukaan Ni-1%/ZA paling besar dibandingkan katalis Ni-2%/ZA dan Ni3%/ZA, tapi rerata jejari pori Ni-2% berukuran medium dibandingkan katalis yang lain, dan zeolit alam baik yang sudah diaktivasi maupun yang belum diaktivasi. Sedangkan volume pori dari katalis Ni-2%/ZA paling besar, sehingga kemungkinan pori pada katalis ini membentuk cekungan yang tidak begitu dalam, akan tetapi melebar. Hal ini menyebabkan bertambah banyaknya situs aktif pada permukaan katalis, sehingga memungkinkan terjadinya reaksi antara umpan dengan situs aktif tersebut dan senyawa yang dibentuk juga lebih bervariasi. Oleh karena itu, dengan katalis Ni-2% memiliki persen fraksi yang lebih tinggi dibandingkan dengan yang lainnya.

   

  64  

4.2.3.3. Hubungan antara persen Ni dengan uji aktivitas Jumlah persen Ni yang diembankan pada zeolit alam tentunya akan sangat menentukan jumlah situs aktif dari katalis yang dipreparasi. Karena dengan adanya pengembanan Ni dapat meningkatkan situs asam dari katalis (Trisunaryanti et al.,2005). Berdasarkan Tabel 4.3 dapat diketahui bahwa efisiensi logam Ni yang teremban pada katalis dari yang diembankan nilainya bervariasi, walaupun ketiganya di atas 90% semua, tetapi efisiensi terbesar dimiliki oleh Ni2%/ZA. Hal inilah yang mempengaruhi % fraksi biogasoline yang dihasilkan. Dengan katalis Ni-2%/ZA, walaupun laju alir gas hidrogen divariasi, tetapi % fraksi biogasoline relatif hanya berselisih sedikit. Jika dibandingkan dengan kedua katalis (Ni-1%/ZA dan Ni-3%/ZA) yang telah dipreparasi lainnya, dengan variasi laju % fraksi mengalami kenaikan dan penurunan yang sangat drastis, maka katalis Ni-2%/ZA ini dapat dikatakan relatif stabil dengan adanya perubahan laju alir gas hidrogen.

4.2.3.4. Hubungan antara jumlah situs asam dengan uji aktivitas Situs asam sangat menentukan jumlah situs aktif dalam katalis.Dengan peningkatan keasaman, manandakan rasio Si/Al dalam katalis meningkat pula, begitu pula situs aktifnya.Besarnya situs asam dari suatu katalis dapat ditentukan dengan cara gravimetri, yaitu dengan amonia untuk menentukan keasaman total dan dengan piridin untuk menentukan keasaman permukaan. Berdasarkan pengukuran dengan metode gravimetri diperoleh data pada Tabel 4.2.nilai tersebut

   

  65  

diperoleh dari berat katalis yang kemudian ditentukan keasamannya dengan persamaan: W NH3 (ads)=

W W

W

W M NH

x 1000 mmol/gram

Keterangan: W1=berat porselin setelah diberi sampel dan dipanaskan W2=berat krus setelah dialiri NH3 W0=porselin kosong Berikut disajikan Gambar hubungan antara jumlah situs asam total, situs asam permukaan dan situs asam rungga pada katalis dengan % fraksi biogasoline yang

Keasaman n % Fraksi Kondensasi

dihasilkan.

keasam an total keasam an perm ukaan keasam an rongga % F raksi K ondensasi v= 10 m L/m enit

100

80

60

40

20

0 N i-1% /ZA

N i-2% /ZA

N i-3% /ZA

S am pel K atalis

Gambar 4.12. Hubungan antara jumlah situs asam total, situs asam permukaan dan situs asam rongga pada katalis dengan % fraksi kondensat biogasoline pada laju alir gas hidrogen 10 mL/menit

   

  66  

keasaman total keasaman permukaan keasaman rongga % Fraksi Kondensasi v= 20 mL/menit

150

Keasaman n % Fraksi Kondensasi

140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 Ni-1%/ZA

Ni-2%/ZA

Ni-3%/ZA

Sampel Katalis

Gambar 4.13. Hubungan antara jumlah situs asam total, situs asam permukaan dan situs asam rongga pada katalis dengan % fraksi kondensat biogasoline pada laju alir gas hidrogen 20 mL/menit

keasaman total keasaman permukaan keasaman rongga % Fraksi Kondensasi v= 30 mL/menit

150

Keasaman n % Fraksi Kondensasi

140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 Ni-1%/ZA

Ni-2%/ZA

Ni-3%/ZA

Sampel Katalis

Gambar 4.14. Hubungan antara jumlah situs asam total, situs asam permukaan dan situs asam rongga pada katalis dengan % fraksikondensat biogasoline pada laju alir gas hidrogen 30 mL/menit

   

  67  

Berdasarkan Tabel 4.2 dan Gambar 4.12, 4.13, dan 4.14 dapat dilihat bahwa keasaman total terbesar memang dimiliki oleh Ni-1%/ZA, tetapi sebagian besar berada di daerah rongga, sedangkan yang berada dipermukaan hanya sedikit, begitu pula katalis Ni-3% juga mempunyai keasaman total dan keasaman rongga lebih tinggi dari katalis Ni-2%/ZA, tetapi % fraksi biogasoline yang dihasilkan relatif kecil. Hal ini karena pada katalis Ni-2%/ZA memiliki keasaman permukaan paling tinggi dibandingkan yang lainnya, sedangkan umpan yang berupa metil ester dari minyak sawit berukuran besar dan meruah, sehingga reaksi hanya mungkin terjadi dipermukaan saja, karena metil ester tidak memungkinkan untuk memasuki rongga katalis. Dengan demikian dapat dikatakan bahwa keasaman permukaan lebih berpengaruh terhadap % fraksi biogasoline dibandingkan dengan keasaman total maupun keasaman rongga.

4.2.3.5. Hubungan antara laju alir gas hidrogen dengan uji aktivitas Dalam penelitian ini hasil uji aktivitas fraksi biogasoline terkondensasi dianalisis dengan GC.Hal ini karena pada analisis dengan terdapat dua fraksi, yaitu fraksi gas dan fraksi terkondensasi. Fraksi gas yang dimungkinkan CO2 dan senyawa rantai karbon pendek akan menguap bersama udara sekitar, sedangkan fraksi terkondensasi tertampung pada tempat produk. Berdasarkan hasil uji aktivitas ini akan diperoleh hasil GC yang berisi waktu retensi dan luas area produk yang kemudian dapat dicari persen fraksi biogasoline tersebut. Adapaun persamaan untuk mencari persen biogasoline tersebut adalah sebagai berikut. 100%

% fraksi =

   

  68  

Hubungan antara laju alir gas hidrogen dengan biogasoline yang dihasilkan pada hasil perengkahan katalitik ini disajikan pada Gambar 4.15 berikut ini.

D laju 10 m L/m enit C laju 20 m L/m enit B laju 30 m L/m enit

% Fraksi Kondensasi Biogasoline

110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 N i-1% /Z A

N i-2% /Z A

N i-3% /Z A

S am pel K atalis

Gambar 4.15. Hubungan antara laju alir dengan % fraksi biogasoline terkondensasi Berdasarkan Gambar 4.15 di atas dapat dilihat bahwa dengan katalis Ni1%/ZA, laju alir optimumnya adalah 20 mL/menit, dengan % fraksi biogasoline sebesar 100%. Pada katalis Ni-2%/ZA laju alir optimumnya adalah 10 mL/menit, dengan persen fraksi 99,94%, dan dengan katalis Ni-3%/ZA, laju alir optimumnya adalah 30 mL/menit. Dengan demikian dapat dikatakan bahwa setiap katalis dengan persen Ni berbeda akan menghasilkan laju alir optimum berbeda pula. Hal ini karena dalam reaksi perengkahan minyak sawit ini gas hidrogen selain sebagai reaktan juga berfungsi sebagai gas pembawa, sehingga jika laju alirnya terlalu besar/terlalu cepat maka kemungkinan terjadinya interaksi antara umpan dengan katalis relatif sedikit dan singkat, sehingga umpan belum sampai terengkah sudah terbawa oleh gas, dan mengalir menuju tempat produk, begitu pula jika laju alir

   

  69  

gas hidrogen terlalu pelan maka kemungkinan terjadinya interaksi antara unpan dengan katalis besar, tetapi karena lajunya terlalu lambat maka produk belum sampai tempat produk, reaksi sudah dihentikan, sehingga hasil reaksinya juga tidak akan baik.

4.2.3.6. Hubungan karakteristik katalis dengan % fraksi kondensat biogasoline Karakteristik katalis Ni/ZA ternyata berpengaruh besar terhadap % fraksi kondensat biogasoline. Adapun hubungan antara karakteriktik katalis dengan % fraksi kondensat biogasoline tersebut dapat dilihat pada Gambar 4.16, 4.17, dan

A,R,V,Keasaman dan % Fraksi Kondensasi

4.18 dibawah ini:

Luas Permukaan Rerata Jejari Pori Volume Pori Keasaman Total Keasaman Permukaan % Fraksi Kondensasi v=10 mL/menit Keasaman Rongga

150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Ni-1%/ZA

Ni-2%/ZA

Ni-3%/ZA

Sampel Katalis

Gambar 4.16. Hubungan karakteristik katalis dengan % Fraksi kondensat Biogasoline pada laju alir gas hidrogen 10 mL/menit

   

 

  70  

Luas Permukaan Rerata Jejari Pori Volume Pori Keasaman Total Keasaman Permukaan Keasaman Rongga % Fraksi Kondensasi v=20 mL/menit

A,R,V,Keasaman dan % Fraksi Kondensasi

150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Ni-1%/ZA

Ni-2%/ZA

Ni-3%/ZA

Sampel Katalis

Gambar 4.17. Hubungan karakteristik katalis dengan % Fraksi kondensat Biogasoline pada laju alir gas hidrogen 20 mL/menit

Luas Permukaan Rerata Jejari Pori Volume Pori Keasaman Total Keasaman Permukaan Keasaman Rongga % Fraksi Kondensasi v=30 mL/menit

A,R,V,Keasaman dan % Fraksi Kondensasi

150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Ni-1%/ZA

Ni-2%/ZA

Ni-3%/ZA

Sampel Katalis

Gambar 4.18. Hubungan karakteristik katalis dengan % Fraksi kondensat Biogasoline pada laju alir gas hidrogen 30 mL/menit

   

  71  

Pada Gambar 4.16, 4.17 dan 4.18 ditunjukkan bahwa dengan adanya luas permukaan katalis yang besar ternyata tidak berarti akan menghasilkan % fraksi kondensasi biogasolineterbaik, tetapi justru relatif tidak stabil dengan adanya perubahan laju alir gas hidrogen. Hal ini dikarenakan pada katalis dengan luas permukaan terbesar (Ni-1%/ZA) mempunyai rerata jejari yang kecil dan volume pori medium, sehingga dapat digambarkan bahwa bentuk pori dari katalis ini kecil dan dalam. Dengan demikian keasaman permukaan katalis Ni-1%/ZA lebih kecil dibandingkan katalis Ni-2%/ZA, meskipun katalis Ni-2%/ZA mempunyai luas permukaan yang tidak terlalu besar, tetapi dengan adanya rerata jejari yang agak besar dengan volume pori yang besar, maka dimungkinkan bentuk pori dari katalis ini melebar dan tidak terlalu dalam, sehingga menyebabkan keasamannya pun lebih besar dibandingkan katalis Ni-1%/ZA begitu pula situs aktifnya. Adanya keasaman yang besar dipermukaan menyebabkan molekul umpan yang berupa metil ester lebih mudah teradsorpsi pada permukaan katalis. Itulah sebabnya katalis Ni-2%/ZA relatif stabil dalam menghasilkan % fraksi kondensasi biogasoline meskipun laju alir gas hidrogennya berubah. Pada katalis Ni-3%/ZA menghasilkan % fraksi kondensasi biogasoline yang lebih kecil dibandingkan katalis Ni-1%/ZA dan katalis Ni-2%/ZA karena pada katalis Ni-3%/ZA mempunyai luas permukaan yang kecil dengan rerata jejari dan volume pori kecil, serta keasaman terbesar berada di dalam rongga, sehingga situs yang berada dipermukaan hanya sedikit. Oleh karena itu diperoleh % fraksi yang sedikuit pula. Adapun gambaran bentuk pori dari ke-tiga katalis tersebut adalah sebagai berikut:

   

  72  

Katalis Ni-1%/ZA

Katalis Ni-2%/ZA

Katalis Ni-3%/ZA

Gambar 4.19. Ilustrasi ukuran pori katalis Ni-1%/ZA, Ni2%/ZA dan Ni-3%/ZA Dengan adanya rejari pori yang lebih besar, maka situs aktif di permukaan katalis juga akan semakin banyak. Dari beberapa karakrteristik katalis tersebut yang paling berpegaruh terhadap % fraksi biogasoline adalah keasaman permukaan, karena semakin besar nilai keasaman permukaan katalis tersebut, maka akan semakin banyak jumlah situs aktifnya sedangkan keasaman di dalam rongga katalis tidak begitu berpengaruh karena molekul reaktan yang besar dan meruah tidak dapat memasuki rongga katalis.

4.2.3.7. Hasil GC dan GCMS Pada hasil GC diperoleh 9 produk dengan peak yang berbeda-beda.Dari hasil GC ini % fraksi terbesar diperoleh oleh katalis Ni-1%/ZA dengan laju alir 20 mL/menit.Berdasarkan hasil GC yang ditunjukkan pada Tabel 4.5 maka dilakukan analisis selanjutnya dengan GCMS pada produk dengan kondisi optimum. Berdasarkan Tabel 4.6 dapat diketahui bahwa hasil perengkahan dengan katalis Ni/Zeolit Alam ini menghasilkan beberapa produk, diantaranya adalah 2-metil pentana, 3-metilpentana, n-heksana, 2-metil-1-pentena, 2,2-dimetil heksana, 2,2,4trimetil pentana, 4-metil-1-heksena, 2,2,3,3-tetrametil butana, 2,2,4-trimetil pentana. Hal ini sesuai dengan reaksi yang dijelaskan oleh Handoko et al., 2009

   

  73  

pada Gambar 2.6, 2.7, dan 2.8. yang menjelaskan bahwa pada reaksi perengkahan akan terbentuk alkana dan senyawa ester. Akan tetapi pada reaksi ini tidak dihasilkan senyawa ester dikarenakan senyawa tersebut bereaksi atau berinteraksi lagi dengan gugus aktif dari katalis Ni/Zeolit, sehingga menghasilkan alkana lagi dan beberapa gas lain seperti CO2, CO, dan gas H2O yang kemudian menguap baik selama reaksi perengkahan terjadi maupun setelah reaksi perengkahan terjadi. Hal ini sesuai dangan reaksi yang ditunjukkan oleh Hubber et al., 2007 pada Gambar 2.4.Sedangkan reaksi yang mungkin terjadi dalam perengkahan minyak sawit menjadi biogasolinemenurut Snare et al., 2007 ini adalah sebagai berikut: O C O C (CH2 )7 CH CH(CH2 ) CH 7 3 O C O C (CH2 )7 CH CHCH 2CH CH(CH2 )4CH3 + KOH +3CH3OH O C O C (CH2 )7 CH CH CH2CH CHCH2CH CHCH2CH3

CH3(CH2 )7

(CH2 )7 C O OCH3

CH3(CH2 )4

C2H5

CH2

(CH2 )7 C

H2

CH2

CH2

(CH2 )7 C

O OCH3 H2

H2

C8 H18 + CO2 + CH3 + C 3 H8 + C6 H12 + C 7 H14

Gambar 4.20. Reaksi perengkahan trigliserida menjadi karbondioksida, alkana dan alkena (Snare et al., 2007 termodifikasi)

   

O OCH3

  74  

Menurut Clark (2003) senyawa hidrokarbon C15H32 dapat dipecah dengan menggunakan zeolit melalui catalytic cracking.Proses pemutusan rantai panjang hidrokarbon pada minyak kelapa sawit menjadi hidrokarbon rantai pendek diduga melalui reaksi perengkahan sebagai berikut:

Gambar 4.21. Reaksi perengkahan C15H32 menjadi etena, propena dan oktana (Clark, 2003)

 

   

 

BAB 5 PENUTUP

5.1

Simpulan Berdasarkan hasil penelitian dan pembahasan, maka dapat diambil

kesimpulan sebagai berikut: 1.

Kadar total Ni yang dapat diembankan pada zeolit alam yang menghasilkan aktivitas katalitik terbaik untuk perengkahan minyak sawit menjadi biogasoline adalah 2%.

2.

Katalis Ni/Zeolit Alam yang telah dipreparasi mempunyai struktur kristalyang sama bagusnya dengan zeolit awal dengan luas permukaan Ni1%/ZA 119,07 m2/g, Ni-2%/ZA 90,56 m2/g, dan Ni-3%/ZA 58,52 m2/g, keasaman total masing-masing katalis 21,780 x 10-4 mol/g, 11,090 x 10-4 mol/g, 16,560 x 10-4 mol/g, dan keasaman permukaan katalis 5, 210 x 10-4 mol/g, 6,501 x 10-4 mol/g, dan 4,550 x 10-4 mol/g. Sedangkan efisiensi kandungan logam Ni dalam ketiga katalis sebesar 94,40 %, 99,40 %, dan 98,13 %.

3.

Persentase produk kondensasi fraksi biogasolinedengan katalis Ni-1%/ZA pada laju gas hidrogen 10-30 mL/menit antara lain 29,57%, 100%, dan 58,51%, dengan katalis Ni-2%/ZA, 99,94%, 99,94%, dan 98,65%, serta dengan Ni-3%/ZA yaitu 29,86%, 28,43%, dan 52,86%.

4.

Senyawa-senyawa kimia penyusun produk biogasoline dengan rantai hidrokarbon C5-C11yang dihasilkan adalah2-metil pentana, 3-metilpentana, n-heksana, 2-metil-1-pentena, 2,2-dimetil heksana, 2,2,4-trimetil pentana, 4-metil-1-heksena, 2,2,3,3-tetrametil butana, 2,2-dimetil heksana.

77

  76  

5.2

Saran Berdasarkan hasil penelitian yang dilakukan, penulis dapat memberikan

saran sebagai berikut:Perlu dilakukannya modifikasi alat reaksi perengkahan minyak sawit supaya jumlah produk yang dihasilkan lebih banyak, sehingga dapat dilakukan uji fisik terhadap produk biogasoline yang dihasilkan supaya karakteristikdari biogasoline

yang dihasilkan dapat diketahui sehingga dapat

dibandingkan dengan SNI premiun.

   

 

DAFTAR PUSTAKA

Abdulah, Mikrajuddin., Khairurijal. 2010. Karakterisasi Nanomaterial Teori, Penerapan, dan Pengolahan Data. Bandung: CV. Rezeki Putera Bandung: 45-47; 95-97. Bijang, Catherina M., Yateman Arryanto., Wega Trisunaryanti. 2002. Pengaruh Logam Nikel terhadap Aktivitas Katalis Ni/Zeolit Y dalam Reaksi Hidrorengkah Minyak Bumi.Teknosains, 15(1): 57-69. Clark, Jim. 2003. Cracking alkanes.http://www.chemguide.co.uk/crackingalkanes.htm diunduh tanggal 19-20 Oktober 2009. Farouq A.Twaiq, Asmawati Noor M. Zabidi, Abdul Rahman Mohamed and SubhashBhatia. 2003. Catalytic Conversion of Palm Oil Over Meso PorousAluminosilicate MCM 41 for The Production of Liquid Hydrocarbon Fuel, FuelProcessing Technology. Elsevier Science B.V., Publisher, 84(1-3): 105 – 120. Fatimah, Is. 2002. Optimasi Laju Alir Gas H Dan Perbandingan Berat Katalis Terhadap Umpan Serta Kajian Kinetika Pada Hydrocracking Isopropil Benzena Menggunakan Katalis Ni/Zeolit Y. LOGIKA. ISSN:1410-2315, 7(8): 40-50. Fessenden, Ralp J. dan Joan S. Fessenden.1999. Kimia Organik Edisi Ketiga Jilid 2.Translated by Aloysius Hadyana Pudjaatmaka. Jakarta: Erlangga: 268; 414. Gates, Bruce C. 1991. Catalytic Chemistry. America: United States of America: 19-23. Handoko, D. S. P., 2002. Pengaruh Perlakuan Asam, Hidotermal, dan Impregnasi Logam Kromium pada Zeolit Alam dalam Preparasi Katalis. Jurnal ILMU DASAR,3(2): 103-109. Handoko, D. S. P., 2006. Mekanisme Reaksi Konversi Katalitik Jelantah menjadi Senyawa Fraksi Bahan Bakar Cair dengan Katalis Ni/H5-NZA dan Reaktor Flow Fixed-Bed.Jurnal ILMU DASAR, 7(1): 42-51.

77

  78  

Handoko, D. S. P., 2009. Aktivitas Katalis Ni/Zeolit Pada Konversi Katalitik Metil Ester Minyak Goreng Jelantah (MEWCO) Pada Temperatur 450 OC menjadi Senyawa Fraksi Bahan Bakar.Jurnal ILMU DASAR, 8(1): 1-13. Handoko, D. S. P., Triyono., Narsito., dan Tutik Dwi Wahyuningsih. 2009. Pengaruh Temperatur terhadap Kinerja Katalis Ni/Zeolit pada Reaksi Hidrogenasi Katalitik 1-Oktadekena.Reaktor: 12 (4): 218-225. Hapsari, Yanuar Rita. 2010. Konversi Jelantah Menjadi Biodiesel dan Uji Unjuk Kerjanya. Skripsi. Semarang: Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Semarang: 36-38. Hart, MP., Brown, D.R.J. 2004. Mol.catal. A: Chem: 212; 315-321. Hubber, G. W., Paul O., dan Avelino C. 2007. Processing Biomass in Conventional oil refineries: Production of High Quality Diesel by Hydrocracking Vegetable Oil in Heavy Vacuum Oil Mixtures. Elsevier B. V. Applied Catalysis A. 329: 120-129. Kadarwati, Sri., Eko Budi Susatyo., Dhian Ekowati. 2010. Aktivitas katalis Cr/zeolit pada reaksi konversi minyak jelantah menjadi bahan bakar cair. Sainteknol: 8(1): 9-16. Le Page. 1987. Applied Heterogenous Catalysis. Edition Technip: Paris: 127. Liu, J., Cao, Z., Xu, X. 2006. Hydro – upgrading of FCC Gasoline on Ni-MoP/USY Catalyst. Buletin of the Catalysis Society of India: 87-93. Mulyaningsih, Dani. 2012. Uji Aktivitas Katalis Moni/Bentonit Hasil Preparasi Pada Reaksi Hidrogenasi Perengkahan Katalitik Asam Oleat. Skripsi Bandung: Jurusan Pendidikan Kimia UPI: 8-12. Murdijanto, Dora N., Agus Setiabudi., Ratnaningsih Eko. 2010. Sintesis, Karakterisasi dan Uji Aktivitas Katalis Ni/Al2O3 pada Reaksi Hydrocracking Minyak Nabati.Jurnal Sains dan Teknologi Kimia.ISSN 2087-7412, 1(1): 30-37. Ningrum, Nining Sidini., Suganal., Hermanu Prijono. 2009. Pengkajian Pengaruh Penambahan Nikel dan Krom pada Katalis Berbasis Besi untuk Pencairan Batubara.Jurnal Teknologi Mineral dan Batubara:5(3):131-137

   

  79  

Nurjannah., Irmawati., Achmad Roesyadi., Danawati. 2010. Perengkahan Katalitik Asam Oleat Untuk Menghasilkan Biofuel Menggunakan HZSM-5 Sintesis.Laporan Penelitian Program Kreativitas Mahasiswa DP2M Dikti. Surabaya: Jurusan Teknik Kimia FTI ITS: 1-8. Prihandana, Rama., Kartika Noerwijari., Praptiningsih Gamawati., Adinurani., Dwi Setyaningsih., Sigit Setiadi., dan Roy Hendroko. 2007. Bioetanol Ubi Kayu Bahan Bakar Masa Depan. Jakarta: Penebar Swadaya: 1-20. Purwono, Suryo., Wega Trisunaryanti., Siti Salamah., Wahid Hasim., Arenal. 2006. Hydrocracking aspal buton dengan katalisator nikel-paladium, Ni-Pd dalam penggemban zeolit. FORUM TEKNIK.ISSN: 0216-7565, 30(2): 106-119. Rifan.Hardian. 2008. Studi Pendahuluan Konversi Trigliserida RBDPO menjadi Alkana Cair sebagai Bahan Bakar Alternatif melalui Proses Hidrogenasi Katalitik.Skripsi. Bandung: Jurusan Pendidikan Kimia UPI: 20. Rodiansono., Trisunaryanti, W., dan Triyono. 2007. Pembuatan, Karakterisasi dan Uji aktivitas Katalis NiMo/Z dan NiMo/Z-Nb2O5 Pada Reaksi Hidrorengkah Fraksi Sampah Plastik Menjadi Fraksi Bensin. Berkala MIPA, 17(2): 43-54. Radiansono.,Chairul Irawan., Dwi Rasy Mujiyanti. 2009. Preparasi dan Karakterisasi Katalis Ni, Co yang Diembankan pada Zeolit-Zcp-50 Menggunakan Metode Matrik Polimer. Sains dan Terapan Kimia. 2 (1): 1 – 13. Schwarz. 1995. Methods for Preparation of Catalytic Materials. Chemical Review. 95: 477-510. Setiadi dan Fitria, R. M. 2006. Proses Katalitik Sintesis Hidrokarbon Fraksi Bensin dari Minyak Sawit Menggunakan Katalis B2O3/Zeolit.Seminar Nasional MKICS, Universitas Indonesia, 26-27 Juni 2006: 1-5. Silaen, Sabar. 2010. Pengaruh Tipe Katalis KOH dan CaO pada Pemuatan Biodiesel Turunan Minyak Kacang Tanah Melalui Transesterifikasi Dengan Lama Reaksi 3 Jam pada Suhu 65oC Menggunakan Eter Sebagai Cosolvent. Tesis. Program Pasca Sarjana FMIPA : USU.

   

  80  

Snare, M., I. Kubickova., P. Maki-Arvela., D. Chichova., K. Era¨nen., D.Yu. Murzin. 2007. Catalytic deoxygenation of unsaturated renewable feedstocks for production of diesel fuel hydrocarbons. Elsevier: 933-945. Susanti, D. P. dan Panjaitan, S. 2010. Manfaat Zeolit dan Rock Phosphat Dalam Pengomposan Limbah Pasar. Prosiding PPI Standarisasi, Banjarmasin, 4 Agustus 2010: 1-12. Sutarno., Yateman Arryanto., Stefani Wigati. 2003. Pengaruh Rasio Mol Si/Al Larutan Prekursor pada Karakter Struktur MCM-41 dari Abu Layang. Indonesi Indonesian Journal of Chemistry, 3(2): 126-13. Tim Penyusun PS. 2000. Usaha budidaya, pemanfaatan hasil, dan aspek pemasaran Kelapa sawit. Jakarta: Penebar Swadaya: 157-158. Trisunaryanti, W., Triwahyuni, E., dan Sudiono, S. 2005. Preparasi, Modifikasi dan Karakterisasi Katalis Ni-Mo/Zeolit Alam dan Mo-Ni/Zeolit Alam. TEKNOIN, 10(4): 269-282. Triyono. 2002. Kimia Katalis. Yogyakarta: Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Gadjah Mada: 101. Widayat, Luqman Buchori. 2009. Pembuatan Biodiesel Dari Minyak Goreng Bekas Dengan Proses Catalytic Cracking. Seminar Nasional Teknik Kimia Indonesia-SNTKI 2009, ISBN 978-979-98300-1-2: 1-8. Wijanarko, Anondho.,Dani Ahmad Mawardi., Dan Mohammad Nasikin. 2006. Produksi Biogasoline dari Minyak Sawit melalui Reaksi Perengkahan Katalitik dengan Katalis γ-Alumina.MAKARA, TEKNOLOGI, 10(2): 5160. Witanto, Esis., Wega Trisunaryanti., dan Triyono. 2010. Preparasi dan Karakterisasi Katalis Ni-Mo/Zeolit Alam Aktif. Seminar Nasional VI SDM Teknoologi Nuklir Yogyakarta, 18 November 2010, ISSN 1978-0176: 739-746.

 

   

 

Lampiran 8. Hasil Analisis GCMS  A.

Hasil Analisis GCMS Biogasoline pada Temperatur Optimum Secara Kuantitatif 

 

Hidrokarbon  C1‐C4 C5‐C11 >C11

 

% Area Produk 0 100 ‐

          B.                

Hasil Analisis GCMS Biogasoline pada Temperatur Optimum Secara Kualitatif 

Waktu Retensi  2,583  2,642  2,717  2,908  3,192  3,267  3,483  3,533  3,883 

MR  86 86  86  86  84  114  114  114 98 114  114  114 

Senyawa  2‐metilpentana 3‐metilpentana  n‐heksana  3‐metil pentana  2‐metil‐1‐pentena  2,2‐dimetil heksana  2,2‐dimetil heksana (isooktana), 2,2,4‐trimetil  pentana 4‐metil‐1‐heksena 2,2,3,3‐tetrametil butana  2,2,4‐trimetil  pentana  (isobutil  trimetil  metana) 

           

81 

  82  

        L Lampiran 9. D Dokumentasii Penelitian    

 

Peren ndaman HCl 6 6M 

Impregnaasi Logam Ni   

 

  Perbandingaan antara min nyak sawit, gliserol, mepo o awal, dan m mepo setelah digunakan  untuk runningg   

  83  

      

    Kaatalis Ni/ZA ssetelah diokssidasi 

K Katalis Ni/ZA A setelah di ovven                               Perbandingan waarna katalis (ZZA,            H‐ZA, Nii‐1%/ZA, Ni‐1 1%/ZA,    dan Ni‐3%/ZA)   

Mepo dan beb M berapa produ uk  perrengkahan 

Analisis keassaman padatan (katalis)