PENGEMBANGAN MONTMORILLONITE SEBAGAI KATALIS SINTESIS BIODISEL MELALUI ESTERIFIKASI PALM FATTY ACID DISTILLATE TESIS YESSI AGUSTIN NIM :

Transkripsi

1 PENGEMBANGAN MONTMORILLONITE SEBAGAI KATALIS SINTESIS BIODISEL MELALUI ESTERIFIKASI PALM FATTY ACID DISTILLATE TESIS Karya tulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister dari Institut Teknologi Bandung Oleh YESSI AGUSTIN NIM : Program Studi Teknik Kimia INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG JUNI 2007

2

3 ABSTRAK PENGEMBANGAN MONTMORILLONITE SEBAGAI KATALIS SINTESIS BIODISEL MELALUI ESTERIFIKASI PALM FATTY ACID DISTILLATE Oleh Yessi Agustin NIM: Untuk meningkatkan aktivitas katalitiknya, telah dilakukan modifikasi terhadap lempung alam dengan jenis montmorillonite. Modifikasi dilakukan melalui dua metode yang berbeda yaitu pengasaman dengan menggunakan asam sulfat pekat dan pilarisasi dengan ion Keggin. Sampel-sampel yang terdiri dari montmorillonite, H-montmorillonite, dan PILC-montmorillonite kemudian dianalisis dengan menggunakan X-Ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM), analisis luas permukaan yang lebih dikenal dengan nama analisis BET, dan analisis keasaman dengan menggunakan metode titrimetri. Difraktogram sinar X dari ketiga sample tidak menunjukan adanya perbedaan yang signifikan. Akan tetapi, berdasarkan hasil foto SEM, dapat terlihat dengan jelas bahwa agregat-agregat montmorillonite mengecil akibat kedua jalur modifikasi tersebut. Lebih jauh, agregasi yang lebih homogen yang ditunjukan oleh foto SEM untuk sample H-montmorillonite mengimplikasikan bahwa delaminasi oleh asam terjadi secara merata. Luas permukaan montmorillonite ditentukan dengan analisis BET Analisis tersebut menunjukan peningkatan luas permukaan montmorillonite setelah pengasaman maupun setelah pilarisasi. Hasil ini sesuai dengan hasil yang ditunjukan oleh analisis SEM. Akan tetapi rendahnya luas permukaan montmorillonite yang diperoleh setelah pilarisasi pada penelitian ini bila dibandingkan dengan literatur-literatur yang sudah ada, mengindikasikan bahwa hanya sebagian dari montmorillonite tersebut yang berhasil dipilarisasi. Hal ini pula yang menjelaskan tidak ditemukannya pergeseran puncak pada 2θ kurang dari 10 0 pada difraktogram PILC-montmorillonite. Analisis keasaman mengindikasikan bahwa pengasaman dapat meningkatkan keasaman montmorillonite lebih dari dua kali lipat, sementara itu PILC-montmorillonite tidak menunjukan perbedaan yang signifikan. Peningkatan keasaman dan atau luas permukaan pada montmorillonite termodifikasi menyebabkan peningkatan aktivitas katalitiknya. Peningkatan tertinggi dicapai oleh H-montmorillonite dengan kenaikan konversi hingga 12% dari montmorillonite yang tidak dimodifikasi. Akan tetapi bila dibandingkan dengan katalis asam sulfat, konversi yang dicapai oleh montmorillonite hasil modifikasi masih relatif rendah. Hal ini kemungkinan disebabkan oleh halangan ruang pada mikropori montmorilonite dan hanya asam bronsted yang berkontribusi dalam mengkatalisis reaksi esterifikasi. Kata Kunci: montmorillonite, SEM, XRD, BET i

4 ABSTRACT MODIFICATION OF MONTMORLLONITE AS CATALYST IN BIODIESEL SYNTHESIS VIA ESTERIFICATION OF PALM FATTY ACID DISTILLATE By Yessi Agustin NIM: In order to increase the catalytic activities, a natural montmorillonite clay has been modified. The modification was carried out in two different methods, i.e. acidification in concentrated sulphuric acid solution and pillarization with Keggin ion. The existing samples (montmorillonite, H-montmorillonite and PILCmontmorillonite) were then analyzed by using X-Ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM), surface area analysis known as BET analysis, and acidity analysis based on titrimetry method. The X-Ray diffractograms indicated no significant difference found between those three different samples. However, from the SEM images, it was clearly observed that the aggregates of montmorillonite decreased by both types of modification. Furthermore, a relative homogeneous aggregation showed by H-montmorllonite SEM image implied the acid delaminating occurred homogeneously. Surface area determination was carried out by using BET analysis. This analysis results in increasing of the surface area of montmorillonite after the acid treatment as well as the pillarization. This result was relevant to that showed by the SEM image. However, the surface area achieved by the pillarization which was too low compared to other literatures indicated that only a part of the existing montmorilonite was successfully pillared. It also explained the absent of peak shift at 2θ less than 10 0 in the PILC-montmorillonite diffractogram. The acidity analysis indicated that acid treatment can increase the montmorillonite acidity more than twice, while no significant difference obtained from PILCmontmorillonite. The increase of acidity and or surface area in modified montmorillonites caused the increase of their catalytic activity. The highest increment was achieved by H-montmorillonite for about 12 % compared to unmodified montmorilonite. However, the conversion achieved by modified montmorillonites was relatively lower than sulphuric acid catalyst. This fact is due to the steric effect in microphores of montmorillonite and only Bronsted acids have contribution in esterification catalysis. Keywords: montmorillonite, SEM, XRD, BET ii

5 PENGEMBANGAN MONTMORILLONITE SEBAGAI KATALIS SINTESIS BIODISEL MELALUI ESTERIFIKASI PALM FATTY ACID DISTILLATE Oleh YESSI AGUSTIN NIM: Departemen Teknik Kimia Institut teknologi Bandung Menyetujui Pembimbing Juni 2007 (Dr. Tjokorde Walmiki Samadhi) iii

6 PEDOMAN PENGGUNAAN TESIS Tesis S2 yang tidak dipublikasikan terdaftar dan tersedia di Perpustakaan Institut Teknologi Bandung, dan terbuka untuk umum dengan ketentuan bahwa hak cipta ada pada pengarang dengan mengikuti aturan HaKI yang berlaku di Institut Teknologi Bandung. Referensi kepustakaan diperkenankan dicatat, tetapi pengutipan atau peringkasan hanya dapat dilakukan seizin pengarang dan harus disertai dengan kebiasaan ilmiah untuk menyebutkan sumbernya. Memperbanyak atau menerbitkan sebagian atau seluruh tesis haruslah seizin Direktur Program Pascasarjana, Institut Teknologi Bandung. iv

7 Kupersembahkan kepada Papa, Mama, Indra, Adek, Dian, Ayu dan orang-orang yang telah membuat hidup ini penuh makna v

8 KATA PENGANTAR Puji Syukur kepada Allah SWT penulis ucapkan karea atas rahmat dan hidayah-nya lah penulisan laporan penelitian ini dapat diselesaikan. Laporan penelitian ini dilaksanakan untuk memenuhi pogram dari mata kuliah TK-70Z1. Penulis juga ingin memberikan penghargaan yang sebesar-besarnya pada pihak-pihak di bawah ini atas bantuan saran dan dukungan yang bermanfaat bagi penyelesaian tugas ini 1. Dr. Tjokorde Walmiki Samadhi selaku Dosen Pembimbing yang senantiasa memberikan arahan tentang penelitian yang dilakukan 2. Dr. IGBN Makertiharta serta Dr. Tirto Prakoso atas saran dan diskusi yang brmanfaat 3. Prof. Dr. Herri Susanto selaku Koordinator TK-70Z1 4. Keluarga Besar Penulis atas dukungan moril dan materil yang diberikan. 5. Teman-teman S2 TK 2005 dan 2006 atas dukungan dan saran yang bermanfaat. 6. Rekan-Rekan Laboratorium Teknologi Keramik 7. Para staf dan teknisi Departemen Teknik Kimia 8. Semua pihak yang telah ikut membantu secara langsung maupun tidak langsung dalam penulisan makalah ini. Penulis menyadari bahwa makalah ini masih jauh dari kesempurnaan. Oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun. Akhir kata penulis ucapkan terima kasih dan semoga makalah ini bermanfaat. Bandung, Juni 2007 vi

9 DAFTAR ISI Halaman ABSTRAK... i ABSTRACT... ii LEMBAR PENGESAHAN...iii PEDOMAN PENGGUNAAN TESIS... iv HALAMAN PERUNTUKAN... v KATA PENGANTAR... vi DAFTAR ISI... vii DAFTAR TABEL... ix DAFTAR GAMBAR... x Bab I Pendahuluan... 1 I.1 Latar Belakang Penelitian... 1 I.2 Rumusan Masalah... 3 I.3 Tujuan Penelitian... 3 I.4 Ruang Lingkup Penelitian... 3 Bab II Tinjauan Pustaka... 5 II.1 Biodiesel... 5 II.1.1 Sejarah Biodiesel... 5 II.1.2 Sintesis Biodiesel... 6 II.1.3 Katalis Heterogen untuk Sintesis Biodiesel... 8 II.2 Lempung Sebagai Katalis Asam Heterogen... 9 II.2.1 Klasifikasi Lempung dan Penggunaannya... 9 II.2.2 Karakteristik Lempung II.2.3 Pengaktifan Lempung II Metode Pengasaman II Metode Pilarisasi II.2.4 Karakterisasi Katalis Berbasis Lempung II Analisis Luas Permukaan Katalis vii

10 II Analisis X Ray Diffraction (XRD) II Scanning Electron Microscopy (SEM) II Kekuatan Asam Katalis II Uji Aktifitas Katalis Bab III Metodologi Penelitian III.1 Metodologi III.1.1 Pemisahan Montmorillonite dari Bentonite Alam III.1.2 Pengaktifan Montmorillonite dengan H 2 SO III.1.3 Pilarisasi Montmorillonite dengan Logam Al III.1.4 Pengujian Karakteristik Katalis Lempung III.1.5 Penentuan Angka Asam PFAD dan Biodiesel III.1.6 Uji Aktifitas Katalis terhadap Reaksi Esterifikasi PFAD III.2 Peralatan dan Bahan III.2.1 Peralatan III.2.2 Bahan Bab IV Hasil dan Pembahasan IV.1 Analisis XRD IV.2 Analisis SEM IV.3 Analisis BET (luas permukaan) IV.4 Uji Keasaman IV.5 Uji Aktifitas Bab V Kesimpulan DAFTAR PUSTAKA viii

11 DAFTAR TABEL Halaman Tabel II.1 Perbandingan sifat ester metil minyak sawit dengan solar... 6 Tabel IV.1 Analisis luas permukaan montmorillonite (BET) Tabel IV.2 Uji keasaman montmorillonite Tabel IV.3 Uji aktivitas montmorillonite ix

12 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar II.1 Reaksi transesterifikasi dan esterifikasi pada sintesis biodisel... 7 Gambar II.2 Struktur kristal silika... 9 Gambar II.3 Struktur kristal alumina Gambar II.4 Struktur molekul kandite Gambar II.5 Struktur molekul smectite Gambar II.6 Struktur molekul illite Gambar II.7 Struktur ruang montmorillonite Gambar II.8 Tahapan proses pilarisasi Gambar II.9 Struktur skematik lempung terpilarisasi Gambar II.10 Reaksi esterifikasi asam lemak bebas Gambar III.1 Reaktor untuk proses esterifikasi Gambar IV.1 Difraktogram XRD (a) montmorillonite, (b) H montmorillonite, (c) PILC-montmorillonite Gambar IV.2 Fotograf SEM, baris pertama dengan perbesaran 3500 kali, dan barisan kedua dengan perbesaran 1500 kali, untuk (a) montmorillonite, (b) H-montmorillonite, (c) PILC-montmorillonite Gambar IV.3 Mekanisme reaksi esterifikasi x

13 1