SINTESIS KATALIS K-CaO UNTUK TRANSESTERIFIKASI CPO MENJADI

BIODIESEL VARIASI BERAT KATALIS

REPOSITORY

OLEH:

RIVALDO

NIM. 16030767

PROGRAM STUDI S1 KIMIA

JURUSAN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS RIAU

PEKANBARU

2020

1

SINTESIS KATALIS K-CaO UNTUK TRANSESTERIFIKASI CPO

MENJADI BIODIESEL VARIASI BERAT KATALIS

Rivaldo1*

, Nurhayati2

1Mahasiswa Program Studi S1 Kimia

2Dosen Bidang Kimia Fisika Jurusan Kimia

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Kampus Binawidya Pekanbaru, 28293, Indonesia

* rivaldo234567@gmail.com

ABSTRACT

The manufacture of biodiesel is usually used a transesterification reaction using an

alkaline catalyst. The alkaline catalyst used in this study was K-CaO catalyst derived

from shells of blood clams (Anadara granosa) using the sol-gel method with a ratio

between KOH: CKD: Ethylene glycol 0.5: 6: 12 calcined at 700, 800 and 900 oC. The

catalyst was characterized using XRD to determine the type of mineral in a material.

The types of minerals contained in the catalyst were calcite, portlandite and lime. The

catalyst was tested in biodiesel synthesis with variations in the weight of the catalyst (1,

2, 3, and 4 %). The maximum biodiesel yield was 92.48 %, that is, at the maximum

condition of K-CaO-700 catalyst with a catalyst weight of 2 %. The characteristics of

the biodiesel produced in this study were water content, density, viscosity, carbon

residue, acid number, soap number, iodium number and cetane number. The

characteristics of biodiesel was selected range of SNI 7182-2015 except for carbon

residue and cetane numbers.

Keywords : biodiesel, catalyst, transesterification

ABSTRAK

Pembuatan biodiesel biasanya digunakan reaksi transesterifikasi menggunakan katalis

basa. Katalis basa yang digunakan pada penelitian ini yaitu katalis K-CaO yang berasal

dari cangkang kerang darah (Anadara granosa) menggunakan metode sol-gel dengan

perbandingan antara KOH : CKD : Etilen glikol 0,5 : 6 : 12 yang dikalsinasi pada suhu

700, 800 dan 900 oC. Katalis dikarakterisasi menggunakan XRD untuk menentukan

jenis mineral suatu material. Jenis mineral yang terdapat pada katalis adalah calcite,

portlandite dan lime. Katalis diuji dalam sintesis biodiesel dengan variasi berat katalis

(1, 2, 3, dan 4 %). Hasil biodiesel maksimum diperoleh 92,48 % yaitu pada kondisi

maksimum katalis K-CaO-700 dengan berat katalis 2 %. Karakteristik biodiesel yang

dihasilkan pada penelitian ini yaitu kandungan air, densitas, viskositas, residu karbon,

bilangan asam, bilangan penyabunan, bilangan iodium dan angka setana. karakteristik

biodiesel sudah memenuhi SNI 7182-2015 kecuali residu karbon dan angka setana.

Kata kunci: biodiesel, katalis, transesterifikasi

2

PENDAHULUAN

Bioenergi adalah energi alternatif

yang berasal dari bahan baku bersifat

renewable, salah satu jenis bioenergi

adalah biodiesel. Menurut peraturan

menteri nomor 32 tahun 2008 biodiesel

(B100) adalah produk Fatty Acid Methyl

Ester (FAME) atau Mono Alkyl Ester

yang dihasilkan dari bahan baku hayati

yang diproses secara esterifikasi. Bahan

baku yang digunakan sebagai sumber

trigliserida dalam proses produksi

biodiesel seperti crude palm oil (CPO),

minyak goreng bekas, minyak jarak

(Oko dan Mohammad, 2019) dan

minyak biji karet. Biodiesel dapat

diproduksi melalui reaksi esterifikasi

ataupun reaksi transesterifikasi.

Reaksi transesterifikasi sudah umum

digunakan dalam pembuatan biodiesel,

katalis yang sering digunakan pada

proses transesterifiikasi adalah katalis

basa homogen seperti KOH dan NaOH.

Kekurangan katalis ini sulit dipisahkan

antara katalis dengan produk biodiesel,

tidak ekonomis dan mencemari

lingkungan (Zuhra et al., 2015). Pada

penelitian yang dilakukan Gafur (2015),

katalis CaO dari CaCO3 cangkang

kerang darah (CKD) yang dikalsinasi

pada suhu 900 o

C selama 10 jam

menghasilkan biodiesel sebesar 84,89 %

dengan kondisi rasio mol minyak :

metanol 1:9, suhu reaksi 60 o

C dan

waktu reaksi 3 jam. Katalis CaO

dimodifikasi dengan menambahkan ion

kalium yang bertujuan untuk

meningkatkan kebasaannya sehingga

diharapkan sifat katalitiknya meningkat .

Peneltian mengenai katalis CaO yang

dimodifikasi menggunakan ion kalium

sudah banyak dilakukan seperti

penambahan CH3COOK menghasilkan

biodiesel 91,22 %, dengan katalis berasal

dari CaO komersial dengan bahan baku

nya minyak almond (Fadhil et al.,2018),

Afandi (2015) katalis CaO yang

diimpregnasi KOH dengan

menggunakan minyak goreng bekas

sebagai sumber trigliserida

menghasilkan biodiesel sebesar 82,53 %

dengan tingkat kemurnian 98,46 %.

Penelitian Gafur (2015) memiliki

kekurangan yaitu kemurnian yang

rendah dan Afandi (2015) memiliki

kekurangan hasil biodiesel yang rendah.

Pada penelitian Gupta dan Madhu (2016)

sintesis biodiesel dengan menggunakan

katalis CaO/CaN dan CaO/SS dengan

menambahkan etilen glikol (12 mL), Ca

(NO3)2. 4H2O (6 g) dan NaOH (1 g),

yang dikalsinasi pada suhu 700 oC

selama 3 jam dengan kondisi reaksi berat

katalis 8 %, waktu reaksi 6 jam, suhu

reaksi 65 oC dan rasio mol minyak

metanol 1:12 menghasilkan biodiesel

sebesar 96 %.

Pada penelitian ini dilakukan

sintesis katalis K-CaO dari CKD sebagai

bahan dasar pembuatan katalis

menggunakan metode sol-gel dengan

perbandingan KOH : CKD : EG (etilen

glikol) 0,5 : 6 : 12. Penelitian ini

merupakan modifikasi dari penelitian

yang dilakukan oleh Gupta dan Madhu

(2016) yang menggunakan perbandingan

NaOH : CaO : EG (etilen glikol) 1 : 6 :

12.

3

METODE PENELITIAN

a. Alat dan Bahan

Alat yang digunakan dalam penelitian

ini adalah mortar, ayakan 200 mesh (W.S

Tyler Incorporated U.S.A), oven

(Gallenkemp), furnace (vulcanTM

seri

A130), labu leher tiga lengkap dengan

kondensor, hotplate, magnetic stirrer,

instrument X-Ray Diffraction (XRD), X-

Ray Fluoresence (XRF), Fourier

Transform Infrared (FTIR), pompa air,

termometer alkohol, viskometer

Ostwald, piknometer 5 mL, desikator,

neraca analitik dan peralatan gelas

penelitian lainnya..

Bahan-bahan yang digunakan dalam

penelitian ini adalah crude palm oil

(CPO) yang diambil di PT. Wilmar Kota

Dumai, cangkang kerang darah

(Anadara granosa), metanol (Merck),

etilen glikol (Merck), isopropil alkohol,

indikator phenolphtalein, potassium

hydrogen pthalate, potassium hydroxide

(KOH), kertas saring Whatman 42, akua

DM dan cuka (asam asetat 2 %).

b. Perlakuan awal CPO

Sampel CPO yang digunakan pada

penelitian ini diperoleh dari PT. Wilmar

Nabati Indonesia, Dumai. CPO yang

disimpan di dalam jeregen didiamkan

hingga terbentuk 2 fasa yaitu fasa padat

dan fasa cair. CPO fasa cair dan fasa

padat dipisahkan secara perlahan-lahan

dan CPO fasa cair yang akan digunakan

dalam penelitian ini. CPO cair yang

digunakan dipisahkan dengan kertas

saring dan dicuci menggunakan akuades

(suhu 50-60 oC) dengan perbandingan

berat 1:1. Kemudian untuk mengurangi

kandungan air CPO setelah dicuci, CPO

dipanaskan pada suhu 100±5 oC sampai

CPO terlihat lebih jernih.

c. Sintesis katalis

Cangkang kerang darah (Anadara

granosa) dikumpulkan dari rumah

makan seafood yang ada disekitar kota

Pekanbaru. CKD yang digunakan

merupakan limbah kerang darah yang

sudah direbus dan isinya dikeluarkan

dari cangkangnya untuk membuat

makanan olahan. CKD direndam

menggunakan cuka (asam asetat 2%)

selama semalaman untuk mendenaturasi

protein, mengurangi ketebalan dan

kekuatan cangkang, serta membersihkan

populasi mikrobiologi dari cangkang.

Sebelum dibersihkan menggunakan air

untuk membuang kotoran dan pasir yang

masih tersisa. Setelah itu, cangkang

kerang dicuci menggunakan akuades

hingga bersih dan dioven selama 24 jam.

Cangkang yang sudah kering ditumbuk

dan digerus menggunakan mortar martir

dan diayak lolos 200 mesh. Bubuk CKD

yang lolos 200 mesh dibuat sol-gel

menggunakan KOH dan etilen glikol

dengan perbandingan KOH : CKD : EG

(etilen glikol) 0,5 : 6 : 12. KOH

dimasukan sebanyak 0,5 gram kedalam

gelas beker, kemudian 6 gram bubuk

CKD ditambahkan dan 12 mL etilen

glikol di masukkan kedalam campuran

tersebut. Campuran di stirer selama 10

menit dengan kecepatan 300 rpm. Hasil

campuran yang diperoleh didiamkan

selama 5 jam, disaring dan dicuci

menggunakan akua DM. Katalis

4

dikeringkan pada suhu ±105 oC, lalu

dikalsinasi suhu 700, 800 dan 900 ℃

selama 3 jam. Katalis yang diperoleh

diberi kode K-CaO-700, K-CaO-800,

dan K-CaO-900. katalis CaO tanpa K

dibuat menggunakan metode sol-gel dan

dikalsinasi suhu 700, 800 dan 900 oC.

d. Sintesis biodiesel

Sebanyak 100 g CPO dipanaskan

pada suhu ±105 oC dan diaduk

menggunakan magnetic stirrer selama

30 menit. CPO didinginkan hingga

mencapai suhu 50 oC. Pada labu leher

tiga, campuran 1 % katalis (sebelum

digunakan, katalis dipanaskan di dalam

oven suhu ±105 oC minimal 10 menit)

dan 23,8213 g metanol (rasio mol

minyak:metanol 1:6) direfluks selama 1

jam. CPO (suhu 50 oC) ditambahkan ke

dalam campuran katalis-metanol dan

diaduk selama 3 jam dengan kecepatan

pengadukan 500 rpm pada suhu 60 oC.

Campuran dimasukkan ke dalam gelas

beker dan dibiarkan semalam untuk

memisahkan katalis. Hasil biodiesel

disaring menggunakan kertas saring

biasa hingga didapatkan crude biodiesel.

Pengulangan dilakukan untuk variasi

berat katalis 2, 3 dan 4 %.

e. Pencucian biodiesel

Biodiesel dicuci mengunakan akua

DM suhu 50-60 oC dengan perbandingan

berat biodiesel:akua DM 1:1. Campuran

kemudian dikocok selama ± 1 menit

untuk melarutkan metanol dan sabun

yang masih larut di dalam biodiesel.

Campuran didiamkan selama lebih

kurang 24 jam dan akan membentuk dua

lapisan, lapisan atas yang berwarna

terang adalah biodiesel, sedangkan

lapisan bawah yang berwarna putih susu

adalah emulsi yang merupakan sabun

dan metanol yang bercampur dengan air

pencuci. Biodiesel dipisahkan dari

emulsi lalu setelah terpisah disaring

mengunakan kertas saring Whatman 42

dan dipanaskan pada suhu di atas titik

didih air (105 ºC) hingga gelembung air

tidak terlihat lagi. Berat biodiesel setelah

pemanasan ditimbang dan dapat dihitung

persentase biodiesel yang dihasilkan.

Selain itu, hasil maksimum biodiesel

dikarakterisasi berdasarkan standar mutu

biodiesel SNI 7182-2015 meliputi

kandungan air, berat jenis, viskositas,

residu karbon, bilangan asam, bilangan

iodium, bilangan penyabunan dan angka

setana.

HASIL DAN PEMBAHASAN

a. Penentuan jenis mineral

menggunakan X-Ray Diffraction

(XRD)

Hasil analisis XRD katalis K-CaO

dengan menggunakan metode sol-gel

yang dikalsinasi pada suhu 700, 800 dan

900 oC selama 3 jam dapat dilihat pada

Gambar 1. Berdasarkan Gambar 1.

dapat dilihat bahwa pada katalis K-CaO-

700 di dominasi oleh puncak CaCO3

diantaranya yaitu pada theta 23,042;

29,395; 31,410; 43,157; 47,105; 48,493.

Pada katalis K-CaO-800 di dominasi

oleh puncak CaCO3 diantaranya yaitu

pada theta 29,379; 34,109; 35,987;

39,406; 43,171 dan pada K-CaO-900 di

5

dominasi puncak Ca(OH)2 diantaranya

adalah pada theta 18,005; 28,662;

32,157; 34,039; 47,09; 50,739; 53,818;

62,506; 64,135;71,68.

Menurut Fanny et al (2012)

munculnya puncak-puncak CaCO3

(calcite) akibat dekomposisi CaCO3

yang tidak sempurna menjadi CaO dan

CO2 selama proses kalsinasi sehingga

terbentuk CaCO3 dalam fasa calcite (fasa

stabil). Kouzu et al (2008) menyatakan

bahwa katalis yang mengandung mineral

portlandite (Ca(OH)2) disebabkan oleh

adanya kontak antara permukaan

padatan CaO dengan uap air dari udara

bebas. Kemungkinan lain yang

menyebabkan munculnya mineral

porlandite pada penelitian ini disebabkan

karena cangkang kerang mempunyai

lapisan yang sangat keras sehingga

kalsinasi pada suhu dan waktu tersebut

masih belum menghasilkan perubahan

sempurna CaCO3 menjadi CaO. Menurut

Setiowati (2014) penyebab tidak

munculnya puncak CaO (lime)

disebabkan oleh CaO yang terbentuk

bereaksi dengan uap air dari udara bebas.

Gambar 1. Pola XRD katalis (a) K-CaO-700, (b) K-CaO-800 dan (c) K-CaO-900

b. Pengaruh berat katalis terhadap

hasil biodiesel

Pengaruh berat katalis terhadap hasil

biodiesel dapat dilihat pada Gambar 2.

Berdasarkan Gambar 2 tersebut dapat

dilihat bahwa kondisi maksimum berat

maksimum yaitu pada katalis K-CaO-

700 dengan berat katalis 2 % diperoleh

hasil biodiesel 92,48 %. Penambahan

katalis yang melewati kondisi

maksimumnya dapat mengakibatkan

6

terjadinya aglomerasi pada katalis

sehingga sisi aktif katalis yang

digunakan sebagai tempat

berlangsungnya reaksi akan tertutup. Sisi

aktif katalis yang tertutup akan

menyebabkan reaktan yang bereaksi

akan semakin sedikit sehingga biodiesel

yang terbentuk akan semakin berkurang.

Biodiesel yang didapatkan dengan

menggunakan katalis K-CaO-900 lebih

sedikit dibandingakn menggunakan

katalis K-CaO-700 dan K-CaO-800. Hal

ini disebabkan karena kandungan CaO

dan K2O semakin berkurang dengan

bertambahnya suhu, sehingga

menurunkan aktivitas katalitiknya.

Penyebabnya terjadinya penurunan

kandungan CaO dan K2O disebabkan

karena terjadinya sintering pada katalis

K-CaO.

Gambar 2. Pengaruh berat katalis terhadap yield biodiesel

Hasil biodiesel maksimum di

karakterisasi menurut SNI 7182-2015

meliputi kandungan air, berat jenis,

viskositas, residu karbon, bilangan asam,

bilangan penyabunan, bilangan iodium

dan angka setana. Hasil karakteristik

biodiesel penelitian ini yaitu kandungan

air 0,019 %, densitas 878 kg/m3,

viskositas 6,05 mm2/s, residu karbon

0,91 %, bilangan asam 0,51 mg KOH/g,

bilangan penyabunan 394,26 mg KOH/g,

bilangan iodium 56,86 g-I2/100 g dan

angka setana 47,35. Secara umum,

karakteristik biodiesel sudah memenuhi

SNI 7182-2015 kecuali residu karbon

dan angka setana.

KESIMPULAN

Berdasarkan penelitian ini dapat

diambil kesimpulan bahwa reaksi

transesterifikasi CPO menjadi biodiesel

menggunakan katalis K-CaO

menggunakan metode sol-gel diperoleh

hasil biodiesel sebesr 92,48% dengan

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1 2 3 4

Yie

ld b

iod

iese

l (%

)

Berat Katalis (%b/b)

K-CaO-700

K-CaO-800

K-CaO-900

7

menggunakan katalis K-CaO-700 dan

berat katalis 2%. Hasil karakteristik

biodiesel pada penelitian ini sudah

memenuhi SNI 7182-2015 kecuali residu

karbon dan angka setana.

DAFTAR PUSTAKA

Afandi, T. 2015. Impregnasi KOH pada

cangkang kerang darah (Anadara

granosa) yang dikalsinasi suhu

900oC sebagai katalis heterogen

dalam produksi biodiesel. Skripsi.

Universitas Riau, Pekanbaru.

Fadhil, A. B., Al-Tikrity, E. T. B and

Khalaf, A. M. 2018.

Transesterification of non-edible

oils over kalium acetate

impregnated CaO solid base

catalyst. Fuel. 1(1) : 81-93.

Fanny, W. A., Subagjo dan Prakoso, T.

2012. Pengembangan Katalis

Kalsium Oksida Untuk Sintesis

Biodiesel. Jurnal Teknik Kimia

Indonesia. 11(2): 66-73.

Gapur, A. 2015. Sintesis Biodiesel

Melalui Reaksi Transesterifikasi

CPO Menggunakan Katalis CaO

dari Cangkang Kerang Darah

Kalsinasi 900 oC. Skripsi. FMIPA

Universitas Riau, Pekanbaru.

Gupta, J and Madhu, A. 2016.

Preparation and characterization

of CaO nanoparticle for biodiesel

production. 2nd

International

Conference of Emerging

Technologies : Micro to Nano.1-

10.

Kouzu, M., Kasuno, T., Tajika, M.,

Sugimoto Y, Yamanaka and

Hidaka, J. 2008. Calcium Oxide

as a Solid Base Catalyst for

Transesterification of Soybean

Oil and Its Application to

Biodiesel Production. Fuel. 87

(12): 2798-2806.

Oko, S and Andri, K. 2019. Modification

of CaO catalyst with

impregnation method using KOH

in biodiesel synthesis from waste

cooking oil. Journal of

Engineering Design and

Technology. 19(2): 62-67.

Peraturan menteri nomor 32. 2008.

Penyediaan, Pemanfaatan dan

Tata Niaga Bahan Bakar Nabati

(Biofuel) Sebagai Bahan Bakar

Lain.

Setiowati, R. 2014. Produksi Biodisel

dari Minyak Goreng Bekas

Menggunakan Katalis CaO

Cangkang Kerang Darah

Kalsinasi 900 °C. Skripsi.

Jurusan Kimia FMIPA

Universitas Riau, Pekanbaru.

Zuhra, H. H., Hasfita , F dan Rinaldi, W.

2015. Preparasi katalis abu kulit

kerang untuk transesterifikasi

minyak nyamplung menjadi

biodiesel. Agritech. 35(1) : 69-

77.