BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Katalis - sinta.unud.ac.id II TINJAUAN... · Jumlah asam atau basa yang teradsorpsi secara kimia pada permukaan padatan menunjukkan banyaknya gugus aktif

5

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Katalis

Katalis adalah suatu senyawa kimia yang menyebabkan reaksi menjadi lebih

cepat untuk mencapai kesetimbangan tanpa mengalami perubahan kimiawi diakhir

reaksi. Katalis tidak mengubah nilai kesetimbangan dan berperan dalam

menurunkan energi aktivasi. Dalam penurunan energi aktivasi ini, maka energi

minimum yang dibutuhkan untuk terjadinya tumbukan berkurang sehingga

terjadinya reaksi berjalan cepat (Gates, 1992). Katalis pada umumnya mempunyai

sifat-sifat sebagai berikut: aktivitas, stabilitas, selektivitas, umur, regenerasi dan

kekuatan mekanik. Secara umum katalis mempunyai 2 fungsi yaitu mempercepat

reaksi menuju kesetimbangan atau fungsi aktivitas dan meningkatkan hasil reaksi

yang dikehendaki atau fungsi selektivitas (Nasikin dan Susanto, 2010)

Katalis sebagai suatu substansi kimia mampu mempercepat laju reaksi

kimia yang secara termodinamika dapat berlangsung. Hal ini disebabkan karena

kemampuannya mengadakan interaksi dengan paling sedikit satu molekul reaktan

untuk menghasilkan senyawa antara yang lebih aktif. Interaksi ini akan dapat

meningkatkan ketepatan orientasi tumbukan, meningkatkan konsentrasi akibat

lokalisasi reaktan, sehingga meningkatkan jumlah tumbukan dan membuka alur

reaksi dengan energi pengaktifan yang lebih rendah (Gates, 1992). Menurut Istadi

(2011) katalis dapat dibagi ke dalam 3 komponen yakni situs aktif, penyangga atau

pengemban dan promotor. Situs aktif berperan dalam reaksi kimia yang diharapkan,

penyangga berperan dalam memodifikasi komponen aktif, menyediakan

6

permukaan yang luas, dan meningkatkan stabilitas katalis, sementara itu promotor

berperan dalam meningkatkan atau membatasi aktivitas katalis serta berperan

dalam struktur katalis.

2.1.1 Penggolongan Katalis

Katalis dapat digolongkan ke dalam 2 jenis, yaitu katalis homogen dan

katalis heterogen. Dalam reaksi dengan katalis homogen, katalis berada dalam fase

yang sama dengan reaktan. Biasanya, semua reaktan dan katalis berada dalam satu

fasa tunggal cair atau gas. Produksi biodiesel dengan katalis homogen secara umum

menggunakan katalis H2SO4, NaOH dan KOH (Busca, 2014). Dalam reaksi dengan

katalis heterogen, katalis dan reaktan berada dalam fase yang berbeda. Katalis

heterogen cenderung lebih mudah untuk dipisahkan dan digunakan kembali dari

campuran reaksi karena fasa yang digunakan berbeda dengan produk reaksinya.

Katalis heterogen juga lebih mudah dibuat dan mudah diletakkan pada reaktor

karena fasa yang berbeda dengan pereaktannya. Biasanya katalis heterogen yang

digunakan berupa fase padat (Istadi, 2011).

Adanya beda fasa pada katalis dan pereaktan menjadikan mekanisme reaksi

menjadi sangat kompleks. Fenomena antarmuka menjadi sesuatu yang sangat

penting dan berperan. Laju reaksi dikendalikan oleh fenomena-fenomena adsorbsi,

absorbsi dan desorbsi. Reaksi cairan atau gas dengan adanya katalis padat adalah

contoh yang khas (Busca, 2014).

2.1.2 Karakteristik Katalis Padat

Kinerja katalis dipengaruhi oleh beberapa parameter yakni aktivitas,

selektivitas, deaktivasi, aliran fluida dan stabilitas katalis. Kinerja katalis juga

dipengaruhi oleh karakteristik dari katalis itu sendiri. Karakter-karakter yang

7

mempengaruhi kinerja katalis diantaranya pemilihan komponen aktif atau situs

aktif, luas permukaan katalis, serta sifat kebasaan dan keasaman permukaan.

Aktivitas dan selektivitas dicapai sebagai keadaan optimum dengan menentukan

material dan metode preparasi yang sesuai (Nasikin dan Susanto, 2010).

Pada katalis heterogen padat diyakini bahwa tidak seluruh permukaannya

bereaksi. Hanya situs tertentu pada permukaan katalis yang berperan dalam reaksi,

situs-situs tersebut disebut dengan situs aktif. Situs aktif dapat berupa atom tak

berikatan yang dihasilkan dari ketidakseragaman permukaan atau atom dengan sifat

kimia yang memungkinkan interaksi dengan atom atau molekul yang teradsorbsi

reaktan. Suatu reaksi dengan katalis heterogen padat dari reagen A menjadi produk

B berlangsung sesuai langkah-langkah dalam Gambar 2.1.

Gambar 2.1 Mekanisme reaksi katalitik pada materi padat (Busca, 2014)

(1) Transpor reaktan A dari cairan bulk ke mulut pori permukaan luar pelet katalis,

(2) Difusi reaktan A dari mulut pori melalui pori katalis untuk mengisi permukaan

dalamnya, (3) Adsorpsi reaktan A pada permukaan katalis, (4) Reaksi A pada

permukaan katalis menghasilkan produk B, (5) Desorpsi produk B dari permukaan

katalis, (6) Difusi produk B dari bagian depan pori ke mulut pori permukaan luar

katalis, (7) Transfer produk B dari mulut pori pada permukaan luar katalis ke cairan

Mulut Pori

Partikel Katalis

Pori Katalis

Cairan Bulk

8

bulk (Busca, 2014). Mekanisme tersebut sangat terkait dengan fenomena adsorpsi.

Setidaknya satu dari reaktan teradsorpsi pada permukaan katalis. Mekanisme

adsorpsi dapat dibedakan menjadi dua, yaitu adsorpsi secara fisika (fisisorpsi) dan

secara kimia (kemisorpsi). Pada proses fisisorpsi, interaksi yang terjadi antara

adsorbat dan adsorben adalah gaya van der Waals. Molekul yang terikat lebih lemah

dan energi yang dilepaskan relatif rendah, sekitar 20 kJ/mol. Sedangkan pada proses

kemisorpsi, interaksi adsorbat dan adsorben tersedia melalui pembentukan ikatan

yang lebih kuat. (Atkins, 1999).

Permukaan katalis mencakup permukaan eksternal dan internal pori-pori.

Untuk material yang sangat berpori, luas permukaan internal pori-pori jauh lebih

tinggi daripada luas permukaan eksternal. Distribusi ukuran pori katalis

dipengaruhi oleh kondisi preparasi dan jumlah masukan komponen aktif. Biasanya

terdapat distribusi ukuran pori yang luas pada katalis, akan tetapi, katalis juga dapat

dirancang untuk memiliki distribusi ukuran pori yang sangat kecil. Pada katalis,

situs-situs aktif tersebar di seluruh matriks berpori. Dalam kondisi temperatur dan

tekanan yang sesuai, gas secara bertahap dapat terserap pada permukaan padat dan

akhirnya menyebabkan cakupan menyeluruh (Busca, 2014).

Permukaan katalis dapat memiliki karakteristik asam maupun basa. Teori

Brønsted-Lowry mendefinisikan asam sebagai zat atau materi pemberi proton,

sedangkan basa didefinisikan sebagai zat atau materi penerima proton. Sementara

itu, Lewis mendefinisikan asam sebagai zat atau materi akseptor pasangan elektron

dan basa didefinisikan sebagai zat atau materi pendonor pasangan eletron (Lufaso,

2014). Definisi asam-basa dapat digunakan untuk menerangkan fenomena asam-

basa yang ditunjukkan sebagai karakteristik permukaan katalis. Hal ini perlu untuk

9

menerangkan gugus aktif pada material tersebut, baik berupa gugus asam maupun

basa. Penentuan letak gugus aktif ini sangat rumit, namun konsep sederhana yang

dapat dilakukan adalah dengan menghubungkan sifat permukaan dengan adanya

ikatan terhadap asam maupun basa yang teradsorpsi (Yang, 2003). Pengertian

keasaman atau kebasaan permukaan padatan meliputi aspek kekuatan asam atau

basa dan jumlah gugus asam atau basanya serta pusat asam atau basa dari berbagai

macam padatan. Jumlah basa pada permukaan biasanya dinyatakan sebagai

banyaknya senyawa asam yang dapat teradsorpsi dalam suatu berat sampel per

satuan luas permukaan padatan, sementara itu jumlah asam pada permukaan berarti

sebaliknya. Jumlah asam atau basa yang teradsorpsi secara kimia pada permukaan

padatan menunjukkan banyaknya gugus aktif pada permukaan padatan

(Trisunaryanti, 1986).

2.2 Abu Sekam Padi dan Modifikasinya

2.2.1 Abu Sekam Padi

Sekam padi adalah bagian terluar atau bagian kulit dari tanaman padi.

Setiap ton padi dapat memproduksi sebesar 200 kg sekam padi, yang mana dengan

pembakaran sempurna dapat dihasilkan 40 kg abu sekam padi. Abu sekam padi

memiliki komposisi utama berupa silika (87-99%) dan juga sebagian kecil garam-

garam anorganik (Della, et al., 2002). Sekam padi yang digunakan dalam penelitian

ini memiliki kandungan utama silika.

10

Sekitar 70 juta ton abu sekam padi yang dapat diproduksi dunia setiap

tahunnya. Abu sekam padi banyak digunakan dalam pondasi pada bahan bangunan

dan juga digunakan sebagai adsorben untuk menjerap zat pewarna organik. Abu

sekam padi memiliki kandungan silika yang tinggi sehingga berpotensi sebagai

penghasil silikat dan silika (An et al., 2011 dan Wang et al., 2011).

Abu sekam padi memiliki luas permukaan yang tinggi yaitu sebesar 13,243

m2/g dan merupakan material yang sangat berpori. Karakteristik tersebut membuat

abu sekam padi sebagai material pengemban atau penyangga katalis yang baik

(Hindryawati et al., 2014). Dalam penelitian Akbar (2009) silika tidak

menunjukkan aktivitas katalitik dalam transesterifikasi trigliserida, akan tetapi

dengan mengembankan kation alkali pada material yang mengandung silika

diketahui dapat menyediakan situs aktif basa yang dapat mengkatalisis reaksi

tersebut.

2.2.2 Litium

Litium adalah logam alkali yang paling ringan, memiliki nomor atom 3 dan

nomor massa sebesar 6,94. Litium memiliki bilangan oksidasi 0 dan +1. Meski

tergolong logam alkali, unsur ini dan persenyawaanya tidak serupa dengan logam

alkali lainnya. Besarnya densitas muatan ionik dan kecendrungannya membentuk

ion monopositif sangat mempengaruhi kestabilan senyawa litium. Begitu juga jenis

ikatan yang dibentuk oleh litium dengan atom lain, ion, ataupun radikal. Besarnya

densitas muatan dari ion litium merupakan faktor penting dalam konfigurasi litium

(William, 1973).

Secara kimia, logam litium bersifat sangat reaktif, unsur ini bereaksi dengan

unsur non-logam selain gas inert, sebagian besar metaloid, dan sebagian besar

11

logam pada kondisi yang sesuai. Salah satu sifat yang menarik adalah logam ini

memiliki kerapatan yang amat kecil yaitu 0,534 g cm-3, kira-kira setengah kerapatan

air pada temperatur ruangan. Pada temperatur normal litium memiliki kerapatan

terendah dibanding unsur non-gas lainnya. Logam ini lebih keras dan memiliki titik

leleh yang lebih tinggi dibandingkan logam alkali lainnya (William, 1973).

Hindriyawati et al. (2014) dalam penelitiannya telah menemukan bahwa

logam alkali litium berperan sebagai situs aktif katalis dalam abu sekam padi.

Sementara itu, Chen et al. (2013) menyebutkan bahwa abu sekam padi merupakan

material yang kaya dengan silika. Modifikasi abu sekam padi dengan litium bersifat

lebih tahan air dan udara dibandingkan abu sekam padi yang dimodifikasi logam

alkali lainnya. Chen et al. (2011) dan Chen et al. (2012) sebelumnya juga telah

meneliti bahwa apabila silika direaksikan dengan litium pada temperatur diatas 515-

565oC akan menghasilkan senyawa Li2SiO3 (Chen et al., 2011) dan pada temperatur

yang diatas 565-764oC menghasilkan pula Li4SiO4 (Chen et al., 2012). Kedua

senyawa telah digunakan dalam mengkatalisis reaksi transesterifikasi biodiesel

dengan memberikan hasil konversi yang tinggi (Chen et al., 2013).

2.2.3 Metode Keramik (Solid State Reaction)

Metode keramik (Solid state reaction) merupakan reaksi langsung antara

satu reagen starter dengan reagen lainnya (biasanya padatan bubuk) pada

temperatur tinggi berkisar 700oC-1600oC. Temperatur yang tinggi menyediakan

energi yang diperlukan untuk melakukan reaksi. Produk hasil metode keramik

merupakan senyawaan yang stabil secara termodinamik. Biasanya reaktan dalam

bentuk bubuk dicampurkan dan dipanaskan dalam waktu lama. Metode ini dapat

12

diterapkan dalam mempreparasi sejumlah material diantaranya campuran oksida

logam, sulfida, nitrida, dan aluminosilikat (Lufaso, 2014)

2.3 Karakterisasi Katalis

Dalam pembuatan katalis, perlu dilakukan pengujian untuk mengetahui

struktur dan karakteristiknya. Pengujian katalis ini disebut dengan karakterisasi.

Pemilihan metode karakterisasi merupakan hal yang amat penting untuk

mengidentifikasi sifat-sifat katalis. Pemilihan metode karakterisasi katalis dapat

ditinjau dari keperluan atau kepentingannya secara ilmiah dan teknis, biaya

karakterisasi, dan kemudahan akses peralatan (Istadi, 2011).

2.3.1 Karakterisasi Luas Permukaan dengan Surface Area Analyzer (SAA)

Surface Area Analyzer (SAA) merupakan salah satu alat dalam karakterisasi

material katalis. Alat ini berfungsi untuk menentukan luas permukaan material,

distribusi pori dari material dan isotherm adsorpsi suatu gas pada suatu material.

Prinsip kerjanya menggunakan mekanisme adsorpsi gas, umumnya nitrogen, argon

dan helium, pada permukaan suatu bahan padat yang akan dikarakterisasi pada

temperatur konstan seringkali pada suhu didih dari gas tersebut. Alat tersebut pada

dasarnya hanya mengukur jumlah gas yang dapat diserap oleh suatu permukaan

padatan pada tekanan dan temperatur tertentu (Busca, 2014).

Penentuan luas permukaan ini dilakukan dengan pendekatan isoterm

adsorpsi BET (Brunauer-Emmet-Teller). Dalam eksperimen, penentuan luas

permukaan dilakukan dengan mengalirkan gas nitrogen ke permukaan padatan pada

temperatur tertentu. Luas permukaan dapat ditentukan dari perbandingan

volume/jumlah partikel teradsorpsi yang membentuk lapisan tunggal (Vm) seperti

persamaan berikut:

13

𝑉

𝑉𝑚=

𝐶 . 𝑥

(1 − 𝑥)(1 − 𝑥 + 𝐶𝑥)

dengan x = P/Po, P adalah tekanan gas yang teradsorpsi, Po adalah tekanan gas yang

membentuk lapisan tunggal, dan C adalah konstanta adsorpsi-desorpsi (C=

Kadsorpsi/Kdesorpsi). Persamaan diatas dapat disesuaikan dengan hasil eksperimen

yang menghasilkan data berupa P atau V dengan cara membuat resiprok kedua sisi

persamaan tersebut kemudian mengalikan kedua sisi dengan Vm dan (1-x)/x,

sehingga didapat persamaan sebagai berikut:

𝑥

1 − 𝑥

1

𝑉=

1

𝐶. 𝑉𝑚+

(𝐶 − 1)𝑥

𝐶. 𝑉𝑚

Persamaan akhir tersebut dapat diterapkan pada plot (x/1-x)1/V terhadap x,

sehingga Vm dan C dapat ditentukan. Melalui dua nilai tersebut, luas permukaan

dapat ditentukan (Busca, 2014).

Luas permukaan (surface area) merupakan sifat yang penting dalam aplikasi

katalis. Istilah tekstur (texture) merujuk pada struktur pori partikel secara umum

meliputi luas permukaan, distribusi ukuran pori, dan bentuk pori. Dari beberapa

sifat kaitannya dengan tekstur tersebut, luas permukaan spesifik (specific surface

area, Sg, m2g-1) merupakan parameter yang paling penting kaitannya dengan

permukaan katalis di dalam desain katalis heterogen. Luas permukaan total

merupakan kriteria krusial untuk katalis padat karena sangat menentukan jumlah

situs aktif di dalam katalis kaitanya dengan aktivitas katalis (Istadi, 2011).

2.3.2 Karakterisasi Gugus Fungsi dengan FTIR

Spektrofotometer inframerah merupakan alat untuk mendeteksi gugus

fungsional, mengidentifikasi senyawa, dan menganalisis campuran. Spektroskopi

FTIR (Fourier Transform Infrared) merupakan spektroskopi inframerah yang

14

dilengkapi dengan transformasi Fourier untuk deteksi dan analisis hasil

spektrumnya. Inti spektroskopi FTIR adalah interferometer Michelson yaitu alat

untuk menganalisis frekuensi dalam sinyal gabungan. Prinsip dasar adsorpsi radiasi

inframerah adalah bila sinar inframerah dilewatkan melalui cuplikan senyawa

organik, maka sejumlah frekuensi diserap dan frekuensi lainnya diteruskan atau

ditransmisikan tanpa diserap. Jika menggambarkan antara persen absorbansi atau

persen transmitansi dengan frekuensi, maka akan dihasilkan suatu spektrum

inframerah (Sastroamidjojo, 1991).

Spektrum inframerah tersebut dihasilkan dari pentrasmisian cahaya yang

melewati sampel, pengukuran intensitas cahaya dengan detektor dan dibandingkan

dengan intensitas tanpa sampel sebagai fungsi panjang gelombang. Spektrum

inframerah yang diperoleh kemudian diplot sebagai intensitas fungsi energi,

panjang gelombang (µm) atau bilangan gelombang (cm-1). Daerah yang sering

dianalisis spektrofotometer inframerah adalah dalam kisaran 4000-500 cm-1 atau

lebih rendah (Tan, 1982).

Serapan inframerah berkaitan dengan getaran molekul atau atom. Atom-

atom yang terikat oleh ikatan kovalen dalam suatu senyawa mengalami getaran

(vibrasi) atau osilasi. Bila molekul menyerap radiasi inframerah, energi yang

diserap menyebabkan kenaikan dalam amplitude getaran atom-atom yang terikat

itu. Jadi, molekul ini berada dalam keadaan vibrasi tereksitasi (energi yang terserap

ini akan dibuang dalam keadaan panas bila molekul itu kembali ke keadaan dasar).

Keadaan vibrasi dari ikatan terjadi pada keadaan tetap, atau terkuantitas tingkat-

tingkat energi. Panjang gelombang dari absorpsi oleh suatu tipe ikatan tertentu

bergantung pada macam getaran dari ikatan tersebut. Oleh karena itu, tipe ikatan

15

yang berlainan (C-H, C-C, O-H, dan sebagainya) menyerap radiasi inframerah pada

panjang gelombang karakteristik yang berlainan (Fessenden, 1994).

Tipe getaran dibedakan menjadi dua bagian, yaitu (1) getaran ulur atau

deformasi, dimana atomnya berosilasi pada arah sumbu ikatan tanpa mengubah

sudut ikatan dan (2) getaran tekuk, dimana gerakan atom-atomnya menghasilkan

perubahan sudut ikatan. Oleh karena itu, getaran ulur terjadi pada frekuensi yang

lebih tinggi daripada getaran tekuk (Tan, 1982).

Analisa gugus fungsi suatu sampel dapat dilakukan dengan membandingkan

pita serapan spektra inframerah terhadap tabel korelasi dan menggunakan spektrum

senyawa pembanding yang sudah pernah diteliti sebelumnya (Silverstein, 1984).

2.3.3 Karakterisasi Komposisi Unsur Li:Si dengan LIBS

Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) adalah suatu teknik

analisis sampel secara kualitatif dan kuantitatif yang cepat, tidak merusak

(nondestructive test) dan hampir tanpa preparasi sampel. Saat laser difokuskan pada

permuaan sampel, sebagian kecil (orde µg) dari sampel di ablasikan dan terbentuk

plasma yang berisikan elektron-elektron, atom-atom netral, atom-atom tereksitasi

dan ion-ion. Elektron-elektron dalam atom yang tereksitasi akan bertransisi ke

keadaan dasar (ground state) dengan melepaskan atau mengemisikan energi dalam

bentuk photon. Photon ditangkap oleh spektrometer dan ditampilkan sebagai

intensitas fungsi panjang gelombang. Nilai panjang gelombang dalam spektrum

sesuai dengan jenis unsurnya dan digunakan untuk analisis kualitatif, sedangkan

besarnya intensitas emisi sebanding dengan konsentrasi suatu unsur dalam bahan

dan digunakan untuk analisis kuantitatif (Cremers, et al., 2006). Rangkaian

peralatan eksperimental dari LIBS umumnya terdiri dari laser berdurasi pendek,

16

lensa pemfokus, optik pengumpul (Collecting Optic) untuk radiasi yang

dipancarkan, analyzer panjang gelombang (spektrograf) dan detektor (CCD),

semua dikendalikan oleh komputer, seperti diilustrasikan oleh Gambar 2.2.

Gambar 2.2 Skema Instrumentasi LIBS

2.3.4. Karakterisasi Sifat Asam-Basa Permukaan dengan Titrasi Asam-Basa

Titrasi asam-basa merupakan salah satu prosedur yang digunakan untuk

menentukan konsentrasi dari suatu asam atau basa. Dalam titrasi digunakan larutan

standar telah diketahui secara akurat konsentrasinya yang disebut dengan larutan

baku. Ketika larutan yang sudah diketahui konsentrasinya direaksikan dengan

larutan yang tidak diketahui konsentrasinya maka akan dicapai suatu kondisi

dimana jumlah asam setara dengan jumlah basa, keadaan ini dikenal sebagai titik

ekivalen. Keadaan ekivalen dapat diketahui dengan menggunakan larutan indikator

(Winarto, 2013).

Permukaan material dapat bersifat asam atau basa akibat adanya gugus-

gugus tertentu di permukaan. Untuk menentukan karakteristik asam atau basa dapat

diterapkan pendekatan yang sederhana yakni dengan menghubungkan sifat

permukaan dengan adanya ikatan terhadap asam maupun basa yang teradsorp.

17

Jumlah asam atau basa pada permukaan dapat dinyatakan sebagai banyaknya

molekul atau jumlah basa yang dapat teradsorp dalam suatu berat sampel per satuan

luas permukaan padatan (Yang, 2003).

2.4 Biodiesel dan Produksinya

Biodiesel adalah monoalkil ester dari berbagai macam asam-asam lemak

rantai panjang yang terkandung dalam minyak nabati maupun hewani untuk

digunakan sebagai bahan bakar mesin diesel. Biodiesel diperoleh dari reaksi

transesterifikasi molekul trigliserida atau lemak yang besar dan bercabang menjadi

metil ester yang lebih kecil dan merupakan rantai lurus (Knothe et al., 2002).

Minyak dan lemak merupakan trigliserida karena miyak dan lemak membentuk

ester dari tiga molekul asam lemak yang terikat pada molekul gliserol (Ketaren,

2005).

2.4.1 Minyak Biji Malapari

Tumbuhan malapari berperan dalam menyediakan dua sumber energi, yaitu

kayunya sebagai bahan bakar yang memiliki kalori sebesar 19,2 MJ/kg, dan bijinya

mengandung minyak nabati dengan kandungan minyak sebesar 27 – 39% dari berat

keringnya. Tanaman ini sudah terkenal di India sebagai sumber kayu bakar dan

minyak lemak non-pangan untuk bahan bakar lampu (Soerawidjaja, 2005).

18

Gambar 2.3 (atas) Buah Malapari dan Bijinya (bawah) Pohon Malapari

Minyak malapari dapat diperoleh melalui ekstraksi padat-cair. Ekstraksi

yang dilakukan menggunakan metoda sokhletasi, yakni sejenis ekstraksi dengan

pelarut organik yang dilakukan secara berulang-ulang dan menjaga jumlah pelarut

relatif konstan, dengan menggunakan alat sokhlet. Minyak nabati merupakan suatu

senyawa trigliserida dengan rantai karbon jenuh maupun tidak jenuh. Minyak nabati

umumnya larut baik dalam pelarut organik, seperti benzen dan n-heksana. Untuk

mendapatkan minyak nabati dari bagian tumbuhan dapat dilakukan metode

sokhletasi dengan menggunakan n-heksana (Bobade et al., 2012). Minyak yang

baru diekstraksi berwarna kekuning-kuningan hingga kecoklatan dan akan segera

berwarna gelap setelah disimpan. Minyak ini biasanya berbau tidak sedap dan

19

berasa pahit (Meher et al., 2004). Komposisi asam lemak dalam minyak malapari

terdapat pada Tabel 2.1.

Tabel 2.1 Tabel komposisi asam lemak minyak biji malapari (Bala et al., 2011)

Asam Lemak Rumus Molekul Komposisi (%)

Asam Palmitat (16:0) C16H32O6 7,18

Asam Stearat (18:0) C18H36O2 3,32

Asam Lignoserat (24:0) C24H48O2 1,09

Asam Behenat (22:0) C22H44O2 2,48

Asam Oleat (18:1) C18H34O2 43,99

Asam Linoleat (18:2) C18H32O2 17,38

Asam Linolenat (18:3) C18H30O2 3,51

Asam Arakhidat (20:0) C20H40O2 0,78

Asam Erusat (22:1) C22H42O2 15,90

Asam 11-Eikosanoat (20:1) C20H38O2 3,43

Berdasarkan penelitian Bobade et al. (2012), diketahui bahwa karakteristik

biodiesel dari minyak biji malapari pada umumnya memiliki berat jenis sebesar

0,86 g/cm3, viskositas kinematik pada temperatur 40oC sebesar 4,78 cSt, bilangan

dan asam sebesar 0,42 mgKOH/g. Karakteristik di atas mengindikasikan bahwa

biodiesel minyak biji malapari merupakan pilihan yang baik sebagai energi

terbarukan (renewable energy).

2.4.2 Reaksi Transesterifikasi

Transesterifikasi adalah tahap konversi dari trigliserida menjadi alkil ester

oleh alkohol-alkohol rantai pendek. Diantara alkohol-alkohol yang dapat digunakan

sebagai sumber gugus alkil, alkohol jenis metanol adalah yang paling umum

digunakan karena harganya ekonomis dan reaktifitasnya paling tinggi. Reaksi

transesterifikasi bertujuan untuk mereaksikan trigliserida dalam minyak nabati atau

lemak hewani dengan metanol menghasilkan metil ester asam lemak atau biodiesel

dan gliserol (gliserin) sebagai produk samping (Knothe et al., 2002). Secara umum,

katalis yang digunakan pada proses transesterifikasi adalah basa alkali karena reaksi

20

dapat berlangsung lebih cepat dan temperatur reaksi yang diperlukan juga lebih

rendah dibanding katalis asam (Lam et al., 2010). Katalis basa yang sering

digunakan adalah NaOH atau KOH. Tanpa adanya katalis reaksi ini akan berjalan

lambat. Reaksi transesterifikasi trigliserida menjadi metil ester digambarkan pada

Gambar 2.3 (a), tahapannya digambarkan oleh Gambar 2.3 (b), sementara itu

mekanismenya digambarkan oleh Gambar 2.3 (c).

(a)

(b)

21

(c)

Gambar 2.4. Reaksi Transesterifikasi Trigliserida oleh Metanol

menjadi Metil Ester (Lam et al., 2010)

Transesterifikasi minyak nabati menjadi biodiesel merupakan suatu proses

bertahap dan reversible. Untuk mencegah kembalinya reaksi ke arah reaktan,

seringkali digunakan alkohol berlebih. Proses ini dipengaruhi oleh beberapa

parameter antara lain: (1) homogenisasi reaksi, (2) rasio molar, (3) temperatur

reaksi, (4) waktu reaksi, (5) tekanan reaksi, (6) jenis katalis (Lam et al., 2010)

2.4.3 Analisis Komponen Metil Ester Biodiesel dengan GC-MS

Kromatografi gas-spektroskopi massa atau Gas Chromatography-Mass

Spectrometry (GC-MS) merupakan gabungan dari kromatografi gas yang

22

menghasilkan pemisahan dari komponen-komponen dalam campuran dan

spektroskopi massa yang merupakan alat untuk mengetahui berat senyawa dari

setiap puncak kromatogram. Pada metode ini komponen-komponen dalam sampel

dipisahkan oleh kromatografi gas dan hasil pemisahan dideteksi oleh spektroskopi

massa. Metode ini digunakan untuk mengidentifikasi sampel campuran dari

beberapa komponen. Puncak-puncak kromatogram memberikan informasi jumlah

komponen yang ada dalam sampel dan spektra dari spektroskopi massa

memberikan informasi penting dalam proses identifikasi senyawa

(Sastrohamidjojo, 1988).

Prinsip dari GC-MS adalah menguapkan senyawa organik dan mengionkan

uapnya. Molekul-molekul organik ditembak dengan berkas elektron dan diubah

menjadi ion-ion bermuatan positif (ion molekul) yang dapat dipecah menjadi ion-

ion yang lebih kecil. Molekul organik mengalami proses pelepasan satu eletron

menghasilkan ion radikal yang mengandung satu elekton tidak berpasangan. Ion-

ion radikal ini akan dipisahkan dalam medan magnet dan akan menimbulkan arus

ion pada kolektor. Spektra massa merupakan gambar antaran limpahan relatif lawan

perbandingan massa/muatan (m/z) (Sastrohamidjojo, 1988).

Kromatografi gas-spektoskopi massa ini biasa digunakan untuk analisis

kualitatif senyawa organik yang pada umumnya bersifat dapat diuapkan (Cresswell

et al., 1982). Transesterifikasi minyak nabati akan mengubah asam-asam lemak

pada minyak menjadi metil esternya. Setiap metil ester dari asam lemak bersesuaian

akan memiliki karakter yang khas dan metil ester dari minyak dengan kandungan

terbesar akan dapat diidentifikasi dan dijadikan acuan keberhasilan pembuatan

biodiesel.