maritsa nauva-fst.pdf

PILARISASI BENTONIT SEBAGAI KATALIS BASA UNTUK

KONVERSI GLISEROL MENJADI GLISEROL KARBONAT

SKRIPSI

MARITSA NAUVA

PROGRAM STUDI KIMIA

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH

JAKARTA

2015 M/1436 H

iii

ABSTRAK

Maritsa Nauva. Pilarisasi Bentonit Sebagai Katalis Basa Untuk KonversiGliserol Menjadi Gliserol Karbonat. Dibimbing oleh Dr. Eng. Nino Rinaldi danNanda Saridewi, M.Si

Salah satu upaya untuk meningkatkan nilai ekonomis gliserol adalahmengkonversi gliserol menjadi gliserol karbonat melalui reaksi sikloadisi CO2 danreaksi transesterifikasi yang membutuhkan katalis basa. Penelitian ini bertujuanuntuk memanfaatkan katalis berbasis bentonit yaitu Mg/bentonit, Al/bentonit, Al-Mg/Bentonit dengan rasio 0,1 : 0,3 : 0,5 : 0,8sebagai katalis basa yang memilikiselektifitas dan aktifitas untuk konversi gliserol menjadi gliserol karbonat. Metodepenelitian pada katalis dilakukan dengan metode pilarisasi dan katalisdikarakterisasi menggunakan XRD, SAA, FTIR, TGA, GC-MS. Hasil preparasisemua katalis berhasil dilakukan dengan terjadinya perubahan sifat fisika dankimia seperti peningkatan luas permukaan, perubahan jarak antar lapis,peningkatan sifat kebasaan dan stabilitas termal. Hasil uji aktivitas katalisdidapatkan umumnya senyawa propilen glikol dan propilen karbonat, namungliserol karbonat sebagai produk yang diinginkan tidak ditemukan. Hal inimenunjukan katalis bentonit terpilar Al dan Mg kurang aktif untuk mengkonversigliserol menjadi gliserol karbonat karena diduga kapasitas kebasaan belum cukuptinggi.

Kata kunci :Bentonit, Gliserol , Kebasaan, Pilarisasi, Transesterifikasi

iv

ABSTRACT

Maritsa Nauva. Pillarization Bentonite As Catalyst Bases for ConversionGlycerol to Glycerol Carbonate. Supervised by Dr. Eng. Nino Rinaldi andNanda Saridewi, M.Si

One to increase the economic value of glycerol to convert glycerol into glycerolcarbonate through reaction cycloaddition of CO2 and transesterification reactionsrequire a base catalyst. This research aims to utilize bentonite as an base catalystnamely Mg-bentonite, Al-bentonite, Al / Mg-Bentonite with a ratio of 0.1: 0.3:0.5: 0.8 has selectivity and activity for the conversion of glycerol to glycerolcarbonate. Methods in catalyst research conducted by pillarization methods andcatalysts were characterized using XRD, SAA, FTIR, TGA, GC-MS. The resultsof all the catalyst preparation successfully done with the change of physical andchemical properties such as increased surface area, change the distance betweenlayers, increase alkalinity properties and thermal stability. The test resultsobtained catalyst activity generally compounds propylene glycol and propylenecarbonate, but glycerol carbonate as the desired product was not found. Thisshows pillared bentonite catalyst Al and Mg are less active to convert glycerolinto glycerol carbonate alkalinity capacity for allegedly not high enough.

Keywords: Bentonite, Glycerol, Basicity, Pillarization, Transesterification

v

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas rahmat dan

karuniaNya. Shalawat serta salam tak lupa penulis panjatkan kehadirat Nabi

Muhammad SAW karena berkat jasa beliaulah manusia dibawa dari zaman

jahiliyah ke zaman yang terang benderang oleh ilmu pengetahuan.

Alhamdulillah penulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi yang

berjudul “ Pilarisasi Bentonit Sebagai Katalis Basa Untuk Konversi Gliserol

Menjadi Gliserol Karbonat”. Skripsi ini disusun untuk memenuhi syarat

kelulusan di Program Studi Kimia, Fakultas Sains dan Tekhnologi, Universitas

Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta.

Skripsi ini tidak mungkin selesai tanpa pihak-pihak yang terus

memberikan bimbingan serta dukungannya. Oleh sebab itu penulis mengucapkan

banyak terima kasih kepada:

1. Dr. Eng.Nino Rinaldi selaku dosen pembimbing I yang telah memberikan

pengetahuan, bimbingan, dan pengarahan selama proses penulisan skripsi

ini.

2. Nanda Saridewi, M.Si selaku dosen pembimbing II yang telah

memberikan ilmunya dan kemudahan dalam penulisan.

3. Yusraini D.I.S, M.Si selaku Ketua Program Studi Kimia Fakultas Sains

dan Teknologi UIN Syarif Hidayatullah Jakarta.

4. Dr. Agus Salim, M.Si selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi UIN

Syarif Hidayatullah Jakarta.

vi

5. Abah dan Umah yang selalu mendoakan, memberikan kasih sayang,

nasihat yang manfaat dan memantapkan hati penulis serta dukungan moril

lainnya maupun materil.

6. Kakak-kakak ku Makhsus Bil Majdi, Anik Murobbi Nufus, Adik-adikku

Arsiliyya Rifda, Saifiddaullah Shofiyullah, Nabhan Istofa Bairukh,

Shilviyya Daniyya Maula yang telah menjadi penyemangat selama proses

penulisan skripsi.

7. Teman-teman Mahasiswa/i Program Studi Kimia Angkatan 2011 yang

selalu mendukung dan memotivasi penulis.

8. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu.

Penulis menyadari dalam penyusunan skripsi ini tidak lepas dari

kekurangan. Oleh karena itu, kritik dan saran yang membangun sangat

penulis harapkan. Semoga skripsi ini memiliki suatu nilai manfaat.

Jakarta , April 2015

Penulis

vii

DAFTAR ISI

Halaman

KATA PENGANTAR ............................................................................... v

DAFTAR ISI.............................................................................................. vii

DAFTAR GAMBAR ................................................................................. x

DAFTAR TABEL ..................................................................................... xi

DAFTAR LAMPIRAN ............................................................................. xii

BAB I PENDAHULUAN .......................................................................... 1

1.1. Latar Belakang ..................................................................................... 1

1.2. Rumusan Masalah ................................................................................ 4

1.3. Hipotesis............................................................................................... 4

1.4. Tujuan Penelitian ................................................................................. 5

1.5. Manfaat Penelitian ............................................................................... 5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA............................................................... 6

2.1. Bentonit ................................................................................................ 6

2.1.1. Sifat Fisik dan Kimia Bentonit................................................... 7

2.1.2. Komposisi Bentonit.................................................................... 8

2.1.3. Aplikasi Bentonit ....................................................................... 8

2.2. Gliserol................................................................................................. 10

2.3. Gliserol Karbonat ................................................................................. 11

2.4. Preparasi Katalis................................................................................... 13

2.4.1. Presipitasi ................................................................................... 13

viii

2.4.2. Impregnasi................................................................................... 13

2.4.3. Pilarisasi ...................................................................................... 14

2.4.3.1. Jenis-Jenis Agen Pemilar ............................................................... 18

2.5. Adsorpsi CO2 ....................................................................................... 19

2.6. Karakterisasi Katalis ............................................................................ 20

2.7. X-Ray Diffraction Spectrofotometry (XRD). ...................................... 21

2.8. Thermo Gravimetric Analyzer (TGA)................................................. 22

2.9. Surface Area Analyzer ( SAA)............................................................ 23

2.10. Gas Cromatografy Mass Spectrometry (GCMS)............................... 26

2.11 Fourier Transform Infra Red(FTIR).................................................. 27

BAB III METODE PENELITIAN .......................................................... 30

3.1. Waktu dan Tempat Penelitian .............................................................. 30

3.2. Alat dan Bahan..................................................................................... 30

3.3. Prosedur Kerja...................................................................................... 31

3.3.1. Preparasi Bentonit Terpilar Satu Logam................................... 31

3.3.1.1. Preparasi Larutan Polikation Al dan Mg ...................... 31

3.3.1.2. Preparasi Suspensi Bentonit.......................................... 31

3.3.1.3. Pilarisasi Bentonit dengan Polikation Al dan Mg......... 32

3.3.2. Preparasi Bentonit Terpilar Campuran Logam ......................... 32

3.3.2.1. Preparasi Larutan Polikation Al dan Mg rasio............. 32

3.3.2.2. Preparasi Suspensi Bentonit......................................... 33

3.3.2.3. Pilarisasi Bentonit dengan Polikation Al dan Mgrasio 0,1:0,3:0,5: 0,8..................................................... 34

3.3.3. Karakterisasi Bentonit dan Bentonit Terpilar ............................ 34

ix

3.3.3.1. Karakterisasi dengan TGA.................................................. 34

3.3.3.2. Karakterisasi dengan XRD.................................................. 35

3.3.3.3. Karakterisasi dengan SAA .................................................. 35

3.3.3.4. Karakterisasi dengan FTIR ................................................. 36

3.3.3.4.1. Adsorpsi CO2 terhadap Katalis ............................... 36

3.3.3.4.2. Analisis FTIR .......................................................... 36

3.3.4. Uji Aktivitas dan Analisis GC/MS pada Konversi Gliserolmenjadi Gliserol Karbonat.................................................... 37

3.3.4.1. Uji Aktivitas pada Konversi Gliserol menjadi GliserolKarbonat............................................................................... 37

3.3.4.2. Analisis GC/MS .................................................................. 37

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .................................................. 39

4.1. Analisis Kstabilan dengan TGA......................................................... 39

4.2. Analisis Luas Permukaan dengan SAA ............................................ 41

4.3. Analisis Lapisan Interlayer dengan XRD .......................................... 43

4.4. Analisis Kebasaan dengan FTIR......................................................... 47

4.5. Uji Aktivitas Produk Gliserol Karbonat dengan GC-MS ................... 50

BAB V SIMPULAN DAN SARAN .......................................................... 56

5.1. Simpulan .............................................................................................. 56

5.2. Saran..................................................................................................... 56

DAFTAR PUSTAKA ................................................................................ 57

x

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 1. Struktur Montmorilonit ............................................................ 6

Gambar 2. Bentuk Fisik Bentonit............................................................... 7

Gambar 3. Reaksi Transesterifikasi Trigelisrida Menjadi Biodiesel ........ 10

Gambar 4. Struktur Gliserol Karbonat ....................................................... 11

Gambar 5. Mekanisme Pilarisasi................................................................ 15

Gambar 6. Skema dasar XRD .................................................................... 22

Gambar 7. Skema dari TGA....................................................................... 23

Gambar 8. Skema dari Alat SAA............................................................... 25

Gambar 9. Prinsip Kerja FTIR................................................................... 28

Gambar 10. Pola XRD dari bentonit, Al/Bentonit, Mg/Bentonit................ 44

Gambar 11. Pola XRD dari Bentonit, Al-Mg/Bentonit berbagai rasio ....... 45

Gambar 12. Skema reaksi sikloadisi dan transesterifikasi .......................... 53

xi

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 1. Komposisi Bentonit ...................................................................... 8

Tabel 2. Jenis-Jenis Agen Pemilar .............................................................. 18

Tabel 3. JumlahMgCl2.6H2O , AlCl3.6H2O, NaOH dan Aquades .............. 31

Tabel 4. JumlahMgCl2.6H2O dan Aquades masing-masing katalis............ 33

Tabel 5. Nilai TGA Katalis Bentonit dan Bentonit Terpilar Logam........... 39

Tabel 6. Hasil SAA pada Katalis ................................................................ 42

Tabel 7. Pergeseran lapisan antar layer pada Katalis .................................. . 46

Tabel 8. Hasil Adsorpsi CO2 pada Sampel ................................................. 48

Tabel 9. Hasil produk gliserol karbonat menggunakan GC-MS................. 50

xii

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

Lampiran 1. Spesifikasi Bentonit ................................................................ 62

Lampiran 2. Perhitungan Bahan Untuk Pilarisasi Bentonit ....................... 63

Lampiran 3. Hasil analisis TGA katalis bentonit dan bentonit terpilar...... 66

Lampiran 4. Hasil Analisis FTIR katalis bentonit dan bentonit terpilar .... 70

Lampiran 5. Hasil Analisis GC/MS ........................................................... 71

Lampiran 6. Hasil Perhitungan Analisa GC/MS........................................ 75

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Pemanfaatan energi alternatif biodiesel merupakan salah satu usaha yang

sangat bermanfaat dan menjanjikan untuk menggantikan ketergantungan manusia

terhadap sumber energi fosil karena melihat bahwa potensi sumber energi fosil

terbatas dan akan habis. Bahan bakar biodiesel memiliki banyak kelebihan

daripada bahan bakar fosil, yaitu bersifat dapat diperbaharui, dapat terdegradasi

secara alami, menghasilkan emisi gas buang yang ramah lingkungan, tidak

beracun dan biodiesel berpotensi besar untuk dikembangkan di Indonesia (Wang,

2011)

Peningkatan produksi biodiesel ini memberikan dampak negatif pada produk

sampingnya yaitu gliserol yang akan tersedia berlimpah dan memerlukan

penanganan khusus. Seperti diketahui bahwa proses produksi biodiesel berupa

alkil ester yang umumnya dibuat melalui reaksi transesterifikasi lemak nabati

dengan metanol ditambah katalis dan menghasilkan produk samping gliserol

dengan volume 10% dari volume trigliserida yang dipakai (Dasari et al., 2005).

Dengan demikian, solusi yang tepat yaitu meningkatkan nilai ekonomis gliserol

dengan mengkonversi gliserol menjadi senyawa turunannya yang mempunyai

nilai tambah seperti gliserol karbonat. Hal ini disebabkan karena gliserol karbonat

memiliki kegunaan cukup beragam diantaranya, bio pelumas, elektrolit, dan

2

merupakan zat antara dari polikarbonat, poliester, poliuretan, dan poliamida

(Damayanti, 2012).

Proses konversi gliserol menjadi gliserol karbonat melalui reaksi sikloadisi

CO2 dan reaksi transesterifikasi menggunakan katalis basa yang bersifat heterogen

dengan alasan proses pemisahan dan pendaurulangan mudah seperti katalis CaO,

MgO, KF, logam sulfat anhidrat, CeO2/Al2O3, mineral lempung terpilar, zeolit,

mineral alumina silikat yang aktif sebagai katalis. Namun selektifitas katalis dan

konversi gliserol masih rendah (Vieville et al, 1998).

Indonesia memiliki sumber daya alam mineral yang tersebar dibeberapa

propinsi dengan jumlah yang cukup besar berupa lempung. Salah satu lempung

yang banyak menarik perhatian adalah bentonit. Hal ini karena bentonit

mempunyai kemampuan untuk swelling, memiliki ruang antar lapis (interlayer)

atau memiliki pori lebih besar dan strukturnya fleksibel sehingga dapat dilakukan

rekayasa pori membentuk bentonit terpilar dengan ukuran mikropori atau

mesopori yang dapat digunakan sebagai adsorben, katalis, penukar ion, reagen

penghilang warna dan lain-lain tergantung pada sifat spesifik yang terdapat pada

bentonit (Vaccari, 1998).

Karakteristik bentonit sebagai katalis memiliki kelemahan yaitu stabilitas

termal dan hidrotermal yang rendah (dibawah 600–700 oC), dan luas permukaan

yang rendah (Ocelli et al, 2000). Untuk meningkatkan sifat katalitik pada bentonit

maka dilakukan modifikasi struktur bentonit melalui proses pilarisasi yaitu proses

distribusi logam pada bentonit melalui interkalasi agen pemilar berupa kation

hidroksi logam ke dalam antar lapis silika pada struktur lempung. Melalui

3

pemanasan pada kalsinasi, kation hidroksi logam pada antar lapis struktur akan

mengalami dehidrasi dan dehidroksilasi yang menghasilkan oksida logam pada

antar lapis silikat sehingga memiliki stabilitas termal yang tinggi dan

menghasilkan ruang interlayer dalam dimensi molekular (Galambos et al, 2010).

Sifat fisik dan kimia katalis pada bentonit dapat dipengaruhi oleh

polikation yang digunakan. Berdasarkan penelitian terdahulu bahwa banyak

polikation ukuran besar yang dapat digunakan sebagai pilar diantaranya beberapa

jenis logam besar yang sudah biasa digunakan sebagai pilar, antara lain : Al, Fe,

Ti, La, Mg, Ce, Cr, Zr maupun Ga yang menghasilkan bentonit terpilarisasi

dengan karakteristik sifat yang berbeda-beda (Nezahat, 2013) Contohnya Zr-PILC

kaya akan pusat asam bronsted dan meningkatkan kestabilan termal (Tomul,

2010) sedangkan Al-PILC kaya akan asam lewis dan Bronsted, dapat

menghasilkan perubahan basal spacing d001 pada struktur mineral lempung

sebesar 18 Ao serta mampu meningkatkan kestabilan termal sampai suhu di atas

500 oC ( Gill, 2010), Mg-PILC dapat menjadi katalis padat dalam reaksi

transesterifikasi ( Dossin, 2006 ), Mg-Al Hidrotalsit dapat efektif menjadi katalis

basa padat dalam reaksi hidrogenolisis gliserol (Zhenle, 2011) dan beberapa

logam lain yang memiliki sifat fisik dan kimia yang spesifik ( Peng et al , 2008).

Pada penelitian ini digunakan polikation Al, Mg, dan Al-Mg dengan beberapa

rasio yang diharapkan dapat meningkatkan sifat basa dari katalis bentonit

sehingga memberikan katalis padatan yang lebih baik terhadap aktivitas

katalitiknya pada konversi gliserol menjadi gliserol karbonat.

4

1.2. Rumusan Masalah

Rumusan masalah dalam penelitian ini adalah:

1. Apakah sifat fisika dan kimia bentonit dapat dimodifikasi dengan menggunakan

logam Mg dan Al melalui metode pilarisasi ?

2. Apakah bentonit yang terpilarisasi Al dan Mg dapat meningkatkan sifat

kebasaan?

3. Bagaimana aktivitas katalis bentonit yang terpilarisasi Mg, Al, Al-Mg rasio 0,1:

0,3 : 0,5 : 0,8 dalam mengkonversi gliserol menjadi gliserol karbonat ?

1.3. Hipotesis

Hipotesis dari penelitian ini adalah:

1. Sifat fisika dan kimia bentonit dapat dimodifikasi dengan penambahan logam

tertentu melalui metode pilarisasi.

2. Penggunaan logam Al dan Mg pada suatu katalis dapat meningkatkan sifat

kebasaan pada katalis tersebut.

3. Adanya aktivitas bentonit yang terpilarisasi Mg, Al, Al-Mg rasio 0,1: 0,3 : 0,5 :

0,8 dalam mengkonversi gliserol menjadi gliserol karbonat.

5

1.4. Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah:

1. Melakukan preparasi katalis Mg/bentonit, Al/bentonit, Al-Mg/Bentonit rasio

0,1: 0,3 : 0,5 : 0,8 sebagai katalis basa dengan teknik pilarisasi.

2. Mengetahui sifat fisik dan kimia seperti sifat kebasaan, luas permukaan,

stabilitas termal, perubahan jarak ruang basal dari katalis Mg/Bentonit,

Al/bentonit, Al-Mg/Bentonit rasio 0,1: 0,3 : 0,5 : 0,8.

3. Mengetahui aktivitas katalis terhadap proses konversi gliserol menjadi

gliserol karbonat.

1.5. Manfaat Penelitian

Penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat dan kontribusi bagi

masyarakat Indonesia, diantaranya:

1. Untuk memberikan informasi sifat kimia dan sifat fisika dari pilarisasi

polikation Al dan Mg dalam bentonit untuk meningkatkan sebagai katalis.

2. Untuk menyediakan katalis basa berbasis bentonit yang efektif dan efisien

sehingga dapat digunakan secara kontinyu untuk proses konversi gliserol

menjadi gliserol karbonat dalam skala industri.

3. Meningkatkan pemanfaatan sumber daya alam khususnya mineral bentonit.

6

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Bentonit

Bentonit merupakan istilah yang digunakan di dalam dunia perdagangan

untuk sejenis mineral yang mengandung lebih dari 85% montmorilonit,sisanya

antara lain kaolin, illite,gipsum, fieldspar, abu vulkanik, pasir kuarsa. Bentonit

mempunyai rumus kimia Al2O3.4SiO2.XHO yaitu senyawa silikat dan alumina

yang mengandung air terikat secara kimia (Sukandarrumidi, 1999).

Struktur montmorilonit terdiri atas tiga lembar yaitu satu lembar alumino

(AlO62-) berbentuk oktahedral pada bagian tengah yang diapit oleh dua buah

lembar silanol (SiO42-) berbentuk tetrahedral. Diantara lapisan-lapisan silikat

tersebut terdapat ruang antarlapisan yang berisi kation monovalen maupun

bivalen yang dapat dipertukarkan seperti Na+, Ca2+, dan Mg2+ (Syuhada et al,

2009). Struktur montmorilonit seperti pada gambar di bawah ini.

Gambar 1. Struktur Montmorilonit (Syuhada et al, 2009)

7

2.1.1. Sifat Fisik dan Kimia Bentonit

Keadaan kering bentonit mempunyai sifat fisik berupa partikel butiran yang

halus berbentuk rekahan-rekahan atau serpihan yang khas seperti tekstur pecah

kaca (concoidal fracture), kilap lilin, lunak, plastis,terasa seperti sabun, mudah

menyerap air, dan dapat melakukan pertukaran ion, berwarna kuning muda

hingga abu-abu, bila lapuk berwarna coklat kekuningan, kuning merah atau

coklat,kehijauan tergantung dari jenis dan jumlah fragmen mineralnya. Bila diraba

terasa licin, dan bila dimasukan ke dalam air akan menghisap air.

Bentuk fisik dari bentonit diperlihatkan pada gambar berikut :

Gambar 2. Bentuk fisik bentonit

Sifat fisik lainnya berupa massa jenis 2,2-2,8 Kg/m3; indeks bias 1,547-

1,557;massa molekul relatif sebesar 549,07 g/mol dan titik lebur 1330-1430oC.

Ukuran partikel koloid bentonit sangat kecil dan mempunyai kapasitas penukar

ion yang tinggi dengan pertukaran ion terutama diduduki oleh ion-ion Ca2+ dan

Mg2+ (Supeno, 2007).

8

2.1.2. Komposisi Bentonit

Unsur-unsur kimia yang terkandung dalam bentonit diperlihatkan pada

tabel berikut :

Tabel 1. Komposisi Bentonit (Supeno, 2007).

Komposisi

kimia

Na-Bentonit (%) Ca-Bentonit (%)

SiO2 61,3-61,4 62,12

Al2O3 19,8 17,33

Fe2O3 3,9 5,30

CaO 0,6 3,68

MgO 1,3 3,30

Na2O 2,2 0,50

K2O 0,4 0,55

H2O 7,2 7,22

2.1.3. Aplikasi Bentonit

Bentonit setelah selesai di aktivasi dan di olah maka bentonit tersebut dapat

digunakan dalam beberapa aplikasi sebagai berikut:

1. Bentonit sebagai bahan penyerap (adsorben) atau bahan pemucat pada industri

minyak kelapa sawit

Proses penyerapan zat warna (pigmen) merupakan proses yang sering

digunakan seperti penyerapan zat warna pada minyak hewani, minyak nabati,

minyak bumi dan lain-lain.

9

2. Bentonit sebagai katalis

Penggunaan lempung sebagai katalis telah lama diperkenalkan, yaitu pada

proses perengkahan minyak bumi dengan menggunakan mineral monmorillonit

yang telah diasamkan. Namun, penggunaan lempung sebagai katalis memiliki

kelemahan, yaitu tidak tahan terhadap suhu tinggi.

3. Bentonit sebagai bahan penukar ion

Pemanfaatan bentonit sebagai penukar ion didasarkan pada sifat permukaan

bentonit yang bermuatan negatif sehingga ion-ion dapat terikat secara

elektrostatik pada permukaan bentonit.

4. Bentonit sebagai lumpur bor

Penggunaan utama bentonit adalah pada industri lumpur boryaitu sebagai

lumpur terpilar dalam pengeboran minyak bumi, gas bumi serta panas bumi.

Aktivasi bentonit untuk lumpur bor adalah merupakan suatu perlakuan untuk

mengubah Ca-bentonit menjadi Na-bentonit dengan penambahan bahan

alkali.Bahan alkali yang umum digunakan adalah natrium karbonat dan natrium

hidroksida.

5. Bentonit untuk pembuatan tambahan makanan ternak

Digunakan dalam pembuatan tambahan makanan ternak, bentonit harus

memenuhi persyaratan sebagai berikut :

- Kandungan bentonit < 30 %

- Ukuran butiran bentonit adalah 200 mesh

- Memiliki daya serap > 60 %

- Memiliki kandungan mineral monmorilonit sebesar 70 %

10

6. Bentonit untuk industri kosmetik

Digunakan dalam industri kosmetik, bentonit harus memenuhi persyaratan

sebagai berikut : (Supeno,2007)

- Mengandung mineral magnesium silikat (Ca-bentonit)

- Mempunyai pH netral

- Kandungan air dalam bentonit adalah < 5 %

- Ukuran buturin adalah 325 mesh.

2.2.Gliserol

Gliserol adalah produk samping yang melimpah dari proses reaksi

pembuatan biodiesel. Untuk 10 kg biodiesel yang diproduksi, limbah gliserol yang

dihasilkan adalah sebesar 1 kg. Banyak dilakukan penelitian mengenai konversi

gliserol menjadi bahan kimia bernilai tambah seperti asetaldehid, akrolein,

formaldehid, asetol, gliserol karbonat (Kapil, 2005). Reaksi kimia dalam

pembuatan biodiesel sebagai berikut:

Gambar 3. Reaksi Transesterifikasi Trigliserida Menjadi Biodiesel

11

2.3. Gliserol Karbonat

Gliserol karbonat (4-hidroksimetil-1 ,3dioksilan-2-one) adalah cairan polar

bening, bertitik didih tinggi dan tidak beracun. Gliserol karbonat merupakan

senyawa bifungsional karena memiliki gugus hidroksilmetil dan karbonil

sekaligus sehingga dapat mensubstitusi penggunaan pelarut kimia toksik.

Gambar 4. Struktur Gliserol karbonat (4-hidroksimetil-1 ,3dioksilan-2-one)

Gliserol karbonat digunakan sebagai pelarut pada industri plastik dan resin

seperti selulosa asetat, nilon, poliakrilonitril. Gliserol karbonat digunakan sebagai

reaktan pada industri polikarbonat dan poliuretan, sebagai bio pelumas karena

dapat melindungi permukaan logam dan tahan terhadap oksidasi dan tekanan

(Tjahjono, 2010). Selain itu kegunaan gliserol karbonat sebagai pelarut polar

aprotik, elektrolit dalam materai sekunder, dan intermediet dalam produksi bahan

kimia dan farmasi ( Mizuno et al, 2010).

Gliserol karbonat dapat diperoleh melalui reaksi karboksilasi gliserol

dengan urea (Claude et al, 2000). Proses karboksilasi menggunakan urea akan

menghasilkan gas amonia yang justru akan mengganggu seleksi reaksi sehingga

diperlukan pemisahan gas in-situ dan proses superkritikal gliserol dengan karbon

12

dioksida (Vieville et al, 1998). Selain itu, pembuatan gliserol karbonat dari

gliserol adalah dengan karboksilasi (kopling langsung) dengan CO2, tetapi secara

termodinamika reaksi ini masih sulit diwujudkan. Untuk meningkatkan konversi

gliserol karbonat kemudian dikembangkan reaksi tidak langsung yaitu reaksi

sikloadisi CO2dan reaksi transesterifikasi dengan propilen oksida sebagai agen

pengkopling. Penambahan propilen oksida dan halida logam alkali NaI atau KI

terbukti dapat menurunkan limitasi termodinamika sehingga konversi gliserol

yang diperoleh lebih tinggi (Ma, 2012).

Proses reaksi konversi gliserol menjadi gliserol karbonat sangat

dipengaruhi oleh kondisi reaksi seperti konsentrasi reaktan dan pemilihan

katalis.Penggunaan katalisis akan menghasilkan selektifitas mekanisme reaksi dan

perolehan yang berbeda.Penggunaan katalis basa kimia akan membantu alkil

karbonat menyerang sembarang gugus hidroksil gliserol (Tjahjono, 2010).

Beberapa katalis heterogen dan homogen seperti CeO2/Al2O3,

CeO2/Nb2O5, n-Bu2SnO telah digunakan untuk mempercepat reaksi, namun

selektifitas dan konversi gliserol karbonat masih rendah. Maka digunakan katalis

basa dan untuk mendapatkannya digunakan mineral liat bentonit yang

dimodifikasi logam seperti Mg, Ca,Li,Na,Al,Zn, Cu sehingga akan meningkatkan

sifat kebasaan (Dibenedetto et al,2011).

13

2.4. Preparasi Katalis

2.4.1. Presipitasi

Prosedur presipitasi adalah mengontakkan larutan garam logam dengan

larutan alkali, amonium hidroksida atau natrium karbonat untuk mengendapkan

logam hidroksida atau logam karbonat. Dasar pemilihan senyawa yang akan

digunakan dalam metode presipitasi berdasarkan pada kemudahan perolehannya

dan sifat kelarutannya dalam air. Presipitasi memiliki tujuan untuk mencapai

reaksi antara sumber inti aktif dan penyangga seperti dibawah ini:

Larutan garam + Penyangga logam hidroksida/karbonat di permukaan

penyangga (Nasikin, 2010).

2.4.2. Impregnasi

Metode impregnasi biasanya sudah sering digunakan dalam memasukkan

prekursor logam ke dalam suatu pengemban atau penyangga. Logam yang

digunakan harus dilarutkan dalam pelarut yang tepat bisa berupa air, larutan

amonia atau fosforit encer.

Preparasi katalis dengan metode impregnasi dibagi menjadi dua, yaitu:

a. Impregnasi Basah

Metode ini penyangga dibasahi dengan sejumlah larutan yang mengandung

senyawa logam yang sesuai dengan volume pori-pori penyangga, setelah itu

dikeringkan. Keuntungan cara ini adalah proses pembuatannya sederhana,murah,

dan pemuatan logam dapat dilakukan berulang kali. Sedangkan kelemahannya

14

adalah jumlah logam yang terimpregnasi sangat tergantung pada kelarutan

senyawa logam tersebut.

b. Impregnasi Rendam

Metode ini penyangga dicelupkan dalam suatu larutan senyawa logam.

Larutan diaduk selama beberapa waktu tertentu, disaring, dan hasilnya

dikeringkan. Sedangkan cairan induknya dapat dimanfaatkan kembali. Cara ini

sering digunakan pada jenis prekursor yang berinteraksi dengan penyangga.

(Nasikin, 2010).

2.4.3. Pilarisasi

Tingginya daya mengembang dan menyusut dari bentonit menyebabkan

mineral ini dapat disisipi ion logam. Penyisipan ini dikenal dengan metode

pilarisasi. Pilarisasi merupakan interkalasi agen pemilar ke dalam struktur

material berlapis. Interkalasi merupakan suatu proses penyisipan ataom-atom atau

molekul-molekul ke dalam antaralapis material berlapis dengan tidak merusak

struktur lapisan tersebut. Atom-atom atau molekul-molekul yang akan disisipkan

disebut interkalat sedangkan lapisan yang merupakan tempat interkalat disebut

interkalan. Dengan masuknya interkalat ke dalam interkalan maka susunan yang

dimiliki interkalan mengalami perubahan. Perubahan terjadi karena lapisan

terdekat terhalangi oleh interkalat karena memiliki ukuran molekul lebih besar

dari molekul asalnya (Arfaoui et al, 2007).

15

Proses pemilaran bentonit dapat dilihat pada Gambar 5.

Keterangan

= Logam

Gambar 5. Mekanisme Pilarisasi ( Yuliani, 2010)

Mekanisme pemilaran pada Gambar 5 dilakukan melalui pertukaran kation

antar kation polihidroksi logam dengan kation lain seperti Na+, K+, Ca2+ yang

terdapat dalam bentonit. Selanjutnya dikalsinasi untuk membentuk pilar oksida

logam. Perubahan jarak antar lapis silikat akibat masuknya agenpemilar

polihidroksi kation akan menyebabkan perubahan karakteristik seperti basal

spacing, luaspermukaan spesifik, distribusi ukuran pori, dan gambar morfologi

struktur permukaan.

Beberapa faktor yang berpengaruh padapilarisasi yaitu konsentrasi ion

logam, derajat hidrolisis (OH/Metal), rasio metal/clay, suhu dan waktu

pilarisasiserta suhu dan waktu kalsinasi (Sychev et al, 2000).

16

Tahap-tahap yang dilakukan pada preparasi pilarisasi bentonit terdapat tiga

tahap diantaranya preparasi larutan polikation, preparasi suspensi bentonit dan

pilarisasi bentonit dengan larutan polikation.Pembuatan larutan polikation satu

logam yaitu mencampurkan logam dalam aquades sedangkan pembuatan larutan

polikation dua logam yaitu mencampurkan larutan logam Mg ke dalam larutan

logam Aldalam aquades dengan berbagai rasio. Kemudian dilakukan penambahan

larutan basa (NaOH) ke dalam larutan campuran logam tersebut secara perlahan-

lahan menggunakan pompa peristaltik disertai pengadukan yang cepat

menggunakan magnetic stirrer. Tujuannya adalah agar terjadi reaksi yang optimal

antara ion-ion logam dengan ion OH- yang pada akhirnya akan membentuk

kompleks polikation tipe keggin. Salah satu bentuk ion tipe kegginialah

[Al3O4OH)24(H2O)12]7+. Ion keggin tersebut berasal dari polihidroksi ion logam

alumunium. Ion keggin bersifat stabil. Kstabilannya tersebut menyebabkan proses

penyisipan logam-logam pemilar ke dalam ruang antar lembaran alumina-silikat

pada bentonit semakin mudah (Larosa, 2007).

Larutan polikation di aging selama ± 12 jam dalam suhu kamar agar

terbentuk larutan polikation yang sempurna dan homogen. Selanjutnya proses

pilarisasi bentonit dengan larutan polikation yaitu larutan polikation tersebut

dimasukkan ke dalam larutan suspensi 1 % bentonit. Larutan tersebut diaduk

kembali selama 24 jam pada suhu kamar agar proses pilarisasi dapat berlangsung

maksimal. Larutan campuran di cuci dengan akuades hangat (600C) untuk

menghilangkan ion-ion pengotor, salah satunya ion klorida. Sehingga kualitas

bentonit terpilar yang diperoleh baik. Ion klorida tersebut harus dihilangkan

17

karena ion tersebut dapat meningkatkan keasaman dari bentonit yang telah

dipilarisasi dengan polihidroksi ion logam, sementara proses pilarisasi katalis

yang dilakukan bertujuan mendapatkan katalis yang memiliki kebasaan bentonit.

Identifikasi menggunakan pereaksi AgNO3. Reaksi yang terjadi adalah sebagai

berikut.

AgNO3 + Cl- AgCl (s)(Putih) + NO3- (Harjadi, 1989)

Bentonit terpilar yang telah bebas dari Cl- dikeringkan dalam oven. Perlakuan

tersebut bertujuan menghilangkan akuades yang masih melekat. Pengeringan yang

baik akan menghasilkan struktur lempung terpilar yang baik dengan mesoporitas

yang tinggi. Pengeringan juga mendukung distribusi homogen pilar antar lapisan,

sehingga jarak antar lapisan lempung meningkat. Perlakuan selanjutnya adalah

penggerusan hingga halus. Tujuannya agar diperoleh ukuran partikel bentonit

terpilar yang seragam(Larosa, 2007).

Proses selanjutnya adalah kalsinasi. Kalsinasi bertujuan menambahkan

energi pada proses interaksi antara logam dan bentonit, sehingga keduanya akan

membentuk ikatan yang kuat. Hal ini terjadi karena pada proses pertukaran ion,

ikatan antar logam dengan lapisan-lapisan alumina–silikat pada bentonit masih

lemah. Sehingga dikhawatirkan jika digunakan pada reaksi yang menggunakan

reaktan gas, maka logam-logam tersebut akan lepas. Tujuan lainnya adalah

memberikan kesempatan pada logam untuk bergerak pada tempat-tempat yang

masih kosong pada bentonit. Selama proses kalsinasi, berlangsung reaksi

dehidrasi dan dehidroksilasi terhadapa prekursor pemilar bermuatan yang akan

menghasilkan partikel-partikel oksida yang netral. Persamaan reaksi dalam

18

kesetimbangan elektrik diperoleh dengan melepaskan proton selama konversi

pada temperatur tinggi. Reaksi adalah sebagai berikut.

[Al13O4(OH)24(H2O)12] 6,5 Al2O3 + 20,5 H2O + 7 H+ ( Larosa, 2007)

Bentonit yang telah dipilarisasi memiliki keadaan fisik yang berbeda

dengan bentonit awal, terutama dari struktur dan warnanya. Struktur bentonit yang

telah dipilarisasi dengan kedua logam lebih kasar dibandingkan dengan bentonit

awal.

2.4.3.1.Jenis-Jenis Agen Pemilar

Jenis-jenis agen pemilar seperti dibawah ini.

Table 2. Jenis-jenis agen pemilar (Supeno, 2007)

Kelas Contoh

Kation-kation organik Alkil ammoniumDialkil ammonium

Kompleks organologam Co(en)33+

Kompleks M (2,2 bipiridin)Kompleks M (O-penentrolin)Si(acac)3

3+

Fe3O(OCOCH3)6CH3COOH+

Senyawa-senyawa kluster logam Nb6Cl12n+, Ta6Cl12

n+, Mo8Cl84+

Kation-kation polioksida AL13O4(OH)24(H2O)127+

Zr4(OH)8(H2O)168+

(TiO)8(OH)124+

Crn(OH)m(3n-m)+

Garam Fe-hidrolisis

Sol-sol oksida Sol TiO2-,TiO2-SiO2

Si2Al4O6(OH)8 atau imogolit

Pilar-pilar oksida campuran Fe/AlFe/Cr, Fe/ZrLa/AlGaAl12O4(OH)24(H2O)12

7+

19

Pinnavia (1985) telah melaporkan interaksi smektit menggunakan kompleks

organometalik, dimana stabilitas struktur mencapai suhu 450oC. Kation logam

hidroksida polinuklear menghasilkan spasi/jarak yang lebih tinggi, mencapai 15

A, sehingga memiliki stabilitas pada suhu tinggi. Prinsipnya, berbagai ion

bermuatan positif digunakan sebagai agen pemilar (Pinnavaia, 1985).

2.5. Absorpsi CO2

Bentonit dan Al-Mg/Bentonit mengandung sisi permukaan yang terdiri dari sisi

permukaan yang rendah (kelompok OH-), medium (sepasang Mg2+-O2-) dan kuat

(daerah anion O2-). CO2 adalah molekul amfoter yang dapat menyerap diatas

permukaan ion oksigen menjadi spesies karbonat dan dapat menyerap kelompok

hidroksil menjadi hidrogen spesies karbonat. Selain itu, CO2 berperan sebagai

basa lewis dan menyerap ion logam yang membentuk karboksilat.

Ada 3 tipe spesies CO2 yang diserap oleh sampel katalis yang diukur dengan

FTIR. Pertama, Karbonat Unidentat dengan kekuatan basa tinggi (daerah anion

O2-), memiliki pita simetris O=C-O pada daerah 1360-1400 cm-1 dan pita

asimetris pada daerah 1510-1560 cm-1. Kedua, Karbonat Bidentat dengan

kekuatan basa medium (sepasang Mg2+-O2-), memiliki pita simetris O=C-O pada

daerah 1320-1340 cm-1 dan pita asimetris pada daerah 1610-1630 cm-1. Ketiga,

Bikarbonat dengan kekuatan basa rendah (daerah OH-)memiliki pita simetris

O=C-O pada daerah 1480 cm-1,pita asimetris pada daerah 1650 cm-1 dan pada pita

C-OH bending pada daerah 1220 cm-1 (Rabindran, 2011).

20

2.6. Karakterisasi Katalis

Katalis yang telah dibuat perlu diuji apakah struktur katalis tersebut sudah

sesuai dengan struktur yang diinginkan. Struktur katalis ini secara saintifik

didesain berdasarkan kinerja yang diharapkan pada saat penggunaan katalis. Jika

sudah sesuai maka proses pembuatan katalis adalah berhasil, namun sebaliknya

jika tidak sesuai maka katalis tersebut perlu penanganan lebih lanjut atau merubah

teknik proses pembuatannya. Pengujian katalis ini biasa disebut karakterisasi.

Bagian yang paling penting dalam karakterisasi katalis adalah pemilihan metode

karakterisasi katalis yang tepat. Oleh karena itu, di bab ini teknik dasar

karakterisasi katalis dijelaskan secara singkat dan jelas. Pada dasarnya semua

metode karakterisasi katalis adalah bermanfaat. Metode karakterisasi katalis

dipilih sedemikian rupa berpedoman pada beberapa hal berikut yang menjadi

pertimbangan:

1. Sesuai pengaplikasiannya untuk katalis nyata

2. Kemudahan akses bahan dan peralatan

3. Luas cakupan pengaplikasiannya

4. Lebih informatif untuk aspek-aspek katalis.

Teknik karakterisasi katalis dapat dibagi menjadi beberapa macam

berdasarkan sifat-sifat yang akan diteliti, antara lain:

1. Sifat – sifat partikel, meliputi: luas permukaan (surface area), porositas

ataudistribusi ukuran pori (adsorpsi uap pada suhu rendah, Hg porosimetry, dan

incipient wetness), densitas, ukuran partikel, sifat-sifat mekanis, dan difusifitas.

21

2. Sifat-sifat permukaan (surface), meliputi: struktur dan morfologi (SEM, TEM,

XRD, EXAFS, XPS, IR, Raman, UV-Vis), dispersi (chemisorption), dan

keasaman (TPD).

3. Sifat-sifat bulk, meliputi: komposisi elemental (XRF, AAS), sifat-sifat senyawa

atau struktur fasa (XRD, Raman, IR, DTA, TPR, TPO, TEM), struktur molekul

(IR, Raman, UV-Vis, XAFS, NMR, dan EPR), serta reaktifitas bulk (XRD,

UV-Vis, TGA, DTA, TPR, dan TPO) (Nasikin, 2010).

2.7.X-Ray Diffraction (XRD)

Karakterisasi XRD untuk mengidentifikasi fasa bulk suatu katalis,

menentukan sifat kristal atau kristalinitas dari suatu katalis dan untuk menentukan

perubahan jarak antar lapis dari katalis. Kebanyakan dari katalis adalah berbentuk

padatan kristal seperti oksida logam, zeolite, dan logam yang berpenyangga.

Namun demikian, metode ini tidak cocok atau tidak mampu menampilkan sifat-

sifat yang diperlukan untuk katalis-katalis yang bersifat bukan kristal (Moore,

1997).

Mekanisme kerja dari analisis XRD adalah kristal katalis memantulkan sinar

X yang dikirimkan dari sumber dan diterima oleh detektor. Dengan melalui sudut

kedatangan sinar X maka spektrum pantulan adalah spesifik yang berhubungan

langsung dengan lattice spacing dari kristal yang dianalisis. Pola difraksi di-

plotkan berdasarkan intensitas peak yang menyatakan peta parameter kisi kristal

atau indeks Miller (hkl) sebagai fungsi 2θ (Robert, 2012 ).

22

Proses pengubahan θ, detektor akan mencatat puncak intensitas yang

bersesuaian dengan orde n yang divisualisasikan dalam difraktogram. Skema

dasar XRD seperti gambar dibawah ini.

Gambar 6. Skema Dasar XRD(Robert, 2012 ).

2.8.Thermo Gravimetric Analyzer (TGA)

TGA merupakan instrumen untuk menentukan komposisi material dan

memprediksi stabilitas termalnya pada temperatur mencapai 1000oC. Teknik ini

dapat mengkarakterisasi material yang menunjukkan kehilangan atau pertambahan

berat akibat dekomposisi, oksidasi, atau dehidrasi.Teknik ini sesuai untuk

berbagai macam material padat termasuk material organik maupun inorganik.

Metode TGA yang banyak diterapkan didasarkan pada pengukuran bobot

yang terus menerus terhadap suatu neraca sensitif (disebut neraca panas) ketika

suhu sampel dinaikkan dalam udara atau dalam dalam atmosfer yang inert. TGA

ini dinyatakan sebagai TGA nonisotermal. Data dicatat sebagai termogram bobot

versus temperatur. Hilangnya bobot bisa timbul dari evaporasi lembab yang

tersisa atau pelarut, tetapi pada suhu-suhu yang lebih tinggi terjadi dari terurainya

polimer. Selain memberikan informasi mengenai stabilitas panas, TGA bisa

23

dipakai untuk mengkarakterisasi polimer melalui hilangnya suatu entitas yang

diketahui (Perkin, 2010).Skema kerja dari TGA seperti gambar di bawah ini:

Gambar 7. Skema kerja dari TGA(Perkin, 2010).

2.9.Surface Area Analyzer (SAA)

Luas permukaan merupakan jumlah pori disetiap satuan luas dari sampel

dan luas permukaan spesifiknya merupakan luas permukaan per gram. Luas

permukaan dipengaruhi oleh ukuran partikel/pori, bentuk pori dan susunan pori

dalam partikel (Istiana, 2003).

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

karakterisasi material yang memerlukan sampel dalam jumlah yang kecil biasanya

berkisar 0,1 sampai 0, 01 gram . Alat ini khususnya berfungsi untuk menentukan

luas permukaan material, distribusi pori dari material dan isotherm adsorpsi suatu

gas pada suatu bahan. Surface Area bekerja berdasarkan metode BETyaitu

23














23














24

adsorpsi dan desorpsi isotermis gas nitrogen (N2) oleh sampel padatan pada

kondisi temperatur nitrogen cair sebagai lapisan tunggal (monolayer).

Alat surface area analyzer ini terdiri dari dua bagian utama yaitu:

Degasser dan Analyzer. Degasser berfungsi untuk memberikan perlakuan awal

pada bahan uji sebelum dianalisis. Fungsinya adalah untuk menghilangkan gas-gas

yang terjerap pada permukaan padatan dengan cara memanaskan dalam kondisi

vakum. Biasanya degassing dilakukan selama lebih dari 6 jam dengan suhu

berkisar antara 200-300oC tergantung dari karakteristik bahan uji.

Prinsip kerja SAA menggunakan mekanisme adsorpsi gas pada

permukaan suatu bahan padat yang akan dikarakterisasi pada suhu konstan,

biasanya suhu didih dari gas tersebut. Gas yang umum digunakan adalah nitrogen,

argon dan helium, Alat tersebut pada dasarnya hanya mengukur jumlah gas yang

dapat dijerap oleh suatu permukaan padatan pada tekanan dan suhu tertentu.

Secara sederhana, jika diketahui berapa volume gas spesifik yang dapat dijerap

oleh suatu permukaan padatan pada suhu dan tekanan tertentu dan juga diketahui

secara teoritis luas permukaan dari satu molekul gas yang dijerap, maka luas

permukaan total padatan tersebut dapat dihitung.

Sampel selesai proses degassing, maka dapat langsung dianalisis. Sebelum

analisis sampel perlu ditimbang beratnya setelah degas. Supaya benar–benar

diketahui berat sampel sebenarnya setelah dibersihkan dari gas–gas yang terjerap.

Kemudian yang perlu dilakukan sebelum menjalankan analisis adalah mengisi

kontainer pendingin dengan gas cair. Kemudian mengeset kondisi analisis. Waktu

analisis bisa berkisar antara 1 jam sampai lebih dari 3 hari untuk satu sampel. Jika

25

hanya ingin mengetahui luas permukaan maka kita hanya membutuhkan 3 – 5 titik

isotherm sehingga proses analisis menjadi singkat. Namun jika kita ingin

mengetahui distribusi pori khususnya material yang mengandung pori ukuran

mikro (< 20A) maka memerlukan 2 – 3 hari untuk satu kali analisis dengan

menggunakan gas nitrogen sebagai adsorbennya. Sebenarnya waktu analisis bisa

dipersingkat jika kita menggunakan jenis gas lain misalnya CO2 (Czanderna,

1975).Contoh Skema dari alat SAA seperti gambar di bawah ini:

Gambar 8. Skema dari Alat SAA

Gambar A adalah port untuk keperluan degassing. Gambar B adalah port

analisis. Gambar C adalah kontainer untuk menampung zat pendingin. Sedangkan

gambar D adalah panel yang menunjukkan layout dari proses analisis dilengkapi

indikator – indikator lampu yang dapat menandakan setiap valve dalam posisi

dibuka atau ditutup (Robert, 2012).

26

2.10. Gas Cromatografy Mass Spectrometry (GC/MS)

Metode analisis GC/MS (Gas Cromatografy Mass Spektroscopy) adalah

dengan membaca spektra yang terdapat pada kedua metode yang digabung

tersebut. Pada spektra GC jika terdapat bahwa dari sampel mengandung banyak

senyawa, yaitu terlihat dari banyaknya puncak (peak) dalam spektra GC tersebut.

Berdasarkan data waktu retensi yang sudah diketahui dari literatur, bisa diketahui

senyawa apa saja yang ada dalam sampel.

Memasukkan senyawa yang diduga tersebut ke dalam instrumen

spektroskopi massa. Hal ini dapat dilakukan karena salah satu kegunaan dari

kromatografi gas adalah untuk memisahkan senyawa-senyawa dari suatu sampel.

Setelah itu, didapat hasil dari spektra spektroskopi massa pada grafik yang

berbeda.

Informasi yang diperoleh dari kedua teknik ini yang digabung dalam

instrumen GC/MS adalah tak lain hasil dari masing-masing spektra. Untuk spektra

GC, informasi terpenting yang didapat adalah waktu retensi untuk tiap-tiap

senyawa dalam sampel. Sedangkan untuk spektra MS, bisa diperoleh informasi

mengenai massa molekul relatif dari senyawa sampel tersbut.

Tahap-tahap suatu rancangan penelitian GC/MS:

1. Sample preparation

2. Derivatisation

3. Injeksi

27

Menginjeksikan campuran larutan ke kolom GC lewat heated injection port.

GC/MS kurang cocok untuk analisis senyawa labil pada suhu tinggi karena akan

terdekomposisi pada awal pemisahan.

4. GC separation

Campuran dibawa gas pembawa (biasanya Helium) dengan laju alir tertentu

melewati kolom GC yang dipanaskan dalam pemanas. Kolom GC memiliki cairan

pelapis (fasa diam) yang inert.

5. MS detektor

Aspek kualitatif : lebih dari 275.000 spektra massa dari senyawa yang tidak

diketahui dapat teridentifikasi dengan referensi komputerisasi.

Aspek kuantitatif : dengan membandingkan kurva standar dari senyawa yang

diketahui dapat diketahui kuantitas dari senyawa yang tidak diketahui.

6. Scanning

Spektra massa dicatat secara reguler dalam interval 0,5-1 detik selama

pemisahan GC dan disimpan dalam sistem instrumen data untuk digunakan dalam

analisis. Spektra massa berupa fingerprint ini dapat dibandingkan dengan acuan

(Fowlis, 1998).

2.11. Fourier Transform Infra Red(FTIR)

Spektoskopi FTIR adalah teknik pengukuran untuk mengumpulkan spektrum

inframerah. Energi yang diserap pada sampel pada berbagai frekuensi sinar

inframerah direkam, kemudian diteruskan ke interferometer. Sinar pengukuran

sampel diubah menjadi interferogram (Selli, 1999).

28

Perhitungan secara matematika Fourier Transfrom untuk sinyal tersebut akan

menghasilkan spektrum yang identik pada spektroskopi inframerah. Prinsip kerja

FTIR seperti gambar dibawah ini:

Gambar 9. Prinsip Kerja FTIR (Peng, 2008)

FTIR terdiri dari 5 bagian utama, yaitu

a. Sumber sinar, yang terbuat dari filamen Nerst atau globar yang dipanaskan

menggunakan listrik hingga temperatur 1000-1800oC.

b. Beam Splitter berupa material transparan dengan indeks relatif , sehingga

menghasilkan 50 % radiasi akan direfleksikan dan 50 % radiasi akan

diteruskan.

c. Interferometer, merupakan bagian utama dari FTIR yang berfungsi untuk

membentuk interferogram yang akan diteruskan menuju detektor.

d. Daerah cuplikan, dimana berkas acuan dan cuplikan masuk ke dalam

daerah cuplikan dan amsing-masing menembus sel acuan dan cuplikan

secara bersesuaian.

29

e. Detektor, merupakan piranti yang mengukur energi pancarana yang lewat

akibat panas yang dihasilkan. Detektor yang sering digunakan adalah

termokopel dan balometer.

Mekanisme yang terjadi pada alat FTIR dapat dijelaskan sebagai berikut.

Sinar yang datang dari sumber sinar akan diteruskan, kemudian akan dipecah oleh

pemecah sinar menjadi dua bagian sinar yang saling tegak lurus. Sinar ini

kemudian dipantulakn oleh dua cermin yaitu cermin diam dan cermin bergerak.

Sinar hasil pantulan kedua cermin akan dipantulkan kembali menuju pemecah

sinar untuk saling berinteraksi. Dari pemecah sinar, sebagian sinar akan diarahkan

menuju cuplikan dan sebagian menuju sumber. Gerakan cermin yang maju

mundur akan menyebabkan sinar yang sampai pada detektor akan berfluktuasi.

Sinar akan saling menguatkan ketika kedua cermin memiliki jarak yang sama

terhadap detektor, dan akan saling melemahkan jika kedua cermin memiliki jarak

yang berbeda. Fluktuasi sinar yang sampai pada detektor ini akan menghasilkan

sinyal pada detektor yang disebut interferogram. Interferogram ini akan diubah

menjadi spektra IR dengan bantuan komputer berdasarkan operasi matematika

(Peng, 2008).

30

BAB III

METODELOGI PENELITIAN

3.1. Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian ini dilaksanakan selama 5 bulan mulai dari bulan November 2014

sampai Maret 2014. Penelitian ini akan dilakukan di Pusat Penelitian Kimia,

Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI) Puspiptek Serpong-Tangerang.

3.2.Alat dan Bahan

Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah peralatan gelas, kertas

saring, alumunium foil, termometer alkohol, lemari asam, magnetik stirrer, neraca

analitik Mettler Toledo AB-204S, hot plate-stirer Cimarec, spatula, oven Quincy

Lab, Furnace Philips Harris Ltd, pompa peristaltic Bio Rad Econo Pump,Gas

Chromatography-Mass spectroscopy (GC-MS) Agilent, Spektofotometer X-Ray

Diffraction (XRD) Philips Expert Pro, Fourier Transform Infrared Red (FTIR)

Shimadazu, Surface Area Analyzer (SAA) Micromeritics Tristar II, TGA Linseis

Q50 V20.13 Build 39.

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah Bentonit alam Sigma-

Aldrich, AlCl3 Merck, MgCl2.6H2O Merck,NaOH Merck, AgNO3 0,0111

M,Kalium Iodida, Propilen Oksida, Etanol,Gliserol p.a dan Gliserol dari limbah

biodiesel dan aquades.

31

3.3. Prosedur Kerja

3.3.1. Preparasi Bentonit Terpilar Satu Logam

3.3.1.1.Preparasi Larutan Polikation Al dan Mg

Gelas beaker ukuran 1 L disiapkan lalu ditambahkan x ml (Tabel 3) H2O

kemudian ditambahkan sebanyak x gram (Tabel 3) larutan polikation secara

perlahan-lahan sambil dilakukan pengadukan dengan magnetic stirer. Disediakan

500 ml gelas beaker lalu ditambahkan x ml (Tabel 3) H2O kemudiaan

ditambahkan sebanyak x gram (Tabel 3) NaOH. Selanjutnya, Larutan polikation

Al dibuat dengan menambahkan x ml (Tabel 3) larutan NaOH 0,2 M secara

perlahan-lahan ke dalamx ml (Tabel 3) AlCl3 0,1 M dengan menggunakan pompa

peristatik sambil diaduk cepat. Selanjutnya larutan diaduk ± 12 jam.

Tabel 3. Jumlah MgCl2.6H2O , AlCl3, NaOHdan Akuades masing-masing katalis

Katalis Larutan Polikation NaOH/AkuadesAlCl3/ Akuades MgCl2.6H2O/ Akuades

Al /Bentonit 4 gram/ 300 ml - 2,4 gram/ 300 mlMg/Bentonit - 10,16 gram/ 500 ml 4 gram/ 500 ml

3.3.1.2. Preparasi Suspensi Bentonit

3 gram bentonit dilarutkan ke dalam 300 ml H2O, kemudian dipanaskan

dengan suhu 60oC sambil diaduk selama 2 jam untuk memperoleh suspensi 1,0 %.

32

3.3.1.3. Pilarisasi Bentonit dengan Polikation Al dan Mg

Hasil preparasi larutan polikationik sebanyak 600 ml pada sub bab 3.3.1.1.

ditambahkan secara perlahan-lahan ke dalam suspensi bentonit 1,0 % dan di aduk

selama 24 jam pada suhu kamar. Kemudian dimatikan dan didiamkan.

Endapan kemudian dicuci dengan akuades, untuk menghilangkan ion Cl-

dan di uji dengan AgNO3 sampai tidak terbentuk endapan. Jika larutan sudah

terbatas dari ion Cl-, larutan kemudian disaring dan dilanjutkan dengan

pengeringan dalam oven selama 24 jam. Hasil dari pengeringan diangkat

kemudian dihaluskan dan dimasukkan dalam botol sampel kemudian ditimbang.

Selanjutnya, hasil dari pengeringan yang sudah di botol sampel kemudian

dikalsinasikan sebagian dengan suhu 400oC selama 5 jam dan kemudian diangkat

lalu dimasukkan dalam botol sampel kemudian di timbang kembali.

3.3.2. Preparasi Bentonit Terpilar Campuran Logam

3.3.2.1.Preparasi Larutan Polikation Al dan Mg berbagai rasio

Gelas beaker ukuran 1 L disiapkan lalu ditambahkan 500 ml H2O

kemudian ditambahkan sebanyak 6,667 gram AlCl3 secara perlahan-lahan sambil

dilakukan pengadukan dengan magnetic stirer. Disediakan gelas beaker lalu

ditambahkan x ml (Tabel 4) H2O kemudiaan ditambahkan sebanyak x gram

(Tabel 4) MgCl2.6H2O sambil dilakukan pengadukan dengan magnetic stirer.

jumlah MgCl2.6H2O dan Akuades masing-masing katalis berbeda, seperti pada

Tabel 4 di bawah ini.

33

Tabel 4. Jumlah MgCl2.6H2O dan Akuades masing-masing katalis

Percampuran polikation Al dan Mg selanjutnya dilakukan dengan cara

ditambahkan polikation Mg secara perlahan-lahan terhadap gelas beaker yang

berisi polikation Al sambil dilakukan pengadukan dengan magnetic stirer,

kemudian didiamkan selama ± 2 jam.

4 gram NaOH kedalam 500 mL akuades. Larutan NaOH tersebut

dimasukan kedalam larutan polikation Al-Mg menggunakan pompa peristaltik

dibawah kondisi high stirring. Perlakuan high stirring dilakukan ± 12 jam pada

kondisi suhu ruang.

3.3.2.2. Preparasi Suspensi Bentonit

5 gram bentonit dilarutkan ke dalam 500 ml H2O, kemudian dipanaskan

dengan suhu 60oC sambil diaduk selama 2 jam untuk memperoleh suspensi 1,0 %.

Katalis MgCl26H2O

Akuades

Al-Mg/BentonitRasio 0,1 1,1303 g 55,6 mlAl-Mg/BentonitRasio 0,3 4,3563 g 214,284 mlAl-Mg/BentonitRasio 0,5 10,165 g 500 mlAl-Mg/BentonitRasio 0,8 40,66 g 2000 ml

34

3.3.2.2.Pilarisasi Bentonit dengan Polikation Al dan Mg Rasio 0,1:0,3:0,5: 0,8

Hasil preparasi larutan polikationik ditambahkan secara perlahan-lahan ke

dalam suspensi bentonit 1,0 % dan di aduk selama 24 jam pada suhu kamar.

Kemudian dimatikan dan didiamkan.

Endapan kemudian dicuci dengan akuades, untuk menghilangkan ion Cl-

dan di uji dengan AgNO3 sampai tidak terbentuk endapan. Jika larutan sudah

terbatas dari ion Cl-, larutan kemudian disaring dan dilanjutkan dengan

pengeringan dalam oven selama 24 jam. Hasil dari pengeringan diangkat

kemudian dihaluskan dan dimasukkan dalam botol sampel kemudian ditimbang.

Selanjutnya, hasil dari pengeringan yang sudah di botol sampel kemudian

dikalsinasikan sebagian dengan suhu 400oC selama 5 jam dan kemudian diangkat

lalu dimasukkan dalam botol sampel kemudian di timbang kembali.

3.3.3. Karakterisasi Bentonit dan Bentonit Terpilar

Bentonit yang sudah terpilar kemudian dikarakterisasi untuk mengetahui

peningkatan sifat fisika dan kimianya menggunakan beberapa instrumen yaitu :

TGA, SAA, XRD dan FTIR.

3.3.3.1.Karakterisasi dengan TGA (Perkin Elmer, 2010)

TGA terdiri dari sebuah sample pan yang didukung oleh sebuah balance.

Pan tersebut ditempatkan dalam suatu furnace dan dipanaskan atau didinginkan

selama eksperimen. Massa dari sampel dipantau selama eksperimen. Sampel

dialiri oleh suatu gas inert atau gas reaktif yang mengalir melalui sampel dan

keluar melalui exhaust. Pertama, dialirkan gas nitrogen dengan flowrate 40

ml/menit ke dalam furnace TG dan dialirkan gas selanjutnya gas oksigen dengan

35

flowrate 60 ml/menit. Kemudian sampel dengan berat 30- 40 mg dimasukkan

kedalam wadah platina yang berada didalam furnace. Temperatur dinaikkan

dengan rate 10o C/menit dan selama 100 menit hingga suhu 1000oC. Pengurangan

fraksi massa sampel selama eksperimen dicatat.

3.3.3.2.Karakterisasi dengan XRD ( Herdianita et al., 1999)

Analisis XRD dilakukan dengan memasukkan sampel bentonit yang

dicetak pada cetakan alumunium yang merupakan cetakan standar untuk analisis

XRD berukuran 20 x 10 mm dan tebal 1 mm. Pengukuran pola difraksi pada 2θantara 2- 10 derajat dengan kondisi pengoperasian adalah pada 40 kV dan 30 mA

dengan menggunakan radiasi CuKα.

3.3.3.3.Karakterisasi dengan SAA ( Robert, 2012)

Sampel ditimbang biasanya berkisar 0.1 sampai 0.5 gram kemudian

ditimbang tube kosong, selanjutnya sampel dimasukkan kedalam tube kosong.

Persiapan utama dari sampel sebelum dianalisis adalah dengan menghilangkan

gas – gas yang terjerap (degassing). Biasanya degassing dilakukan selama 2 jam

dengan suhu 200℃ sambil dialirkan gas N2 200 Kpa, kemudian

didinginkan.Setelah sampel selesai didegas, maka dapat langsung dianalisis.

Analisis sebelumnya perlu ditimbang berat sampel setelah degas. Supaya

benar – benar diketahui berat sampel sebenarnya setelah dibersihkan dari gas –

gas yang terjerap. Kemudian yang perlu dilakukan sebelum menjalankan analisis

biasanya adalah mengisi kontainer pendingin (tabung dewar) dengan gas cair

36

N2dan dialirkan dengan gas N2 200 Kpa dan gas H2 20 Psi. Kemudian mengatur

kondisi alalisa. Waktu analisis bisa berkisar ± 5 jam untuk satu sampel.

3.3.3.4. Karakterisasi dengan FTIR ( Sastrohamidjojo, 2005)

3.3.3.4.1. Adsopsi CO2 terhadap Katalis

Sampel katalis dipreparasi dengan cara adsorpsi CO2. Sampel katalis

sebanyak 0,5 gram dipanaskan dengan suhu 1200C dan dialirkan gas N2 2 kg/cm2

selama 1 jam. Selanjutnya dimatikan suhunya dan dibiarkan gas N2 2 kg/cm2 tetap

mengalir sampai tempat sampel katalis tidak panas. Kemudian dihentikan aliran

gas N2 2 kg/cm2 dan dialirkan gas CO2 2 bar selama 30 menit. Selanjutnya

dialirkan gas N2 2 kg/cm2 selama 15 menit.

Sampel dianalisis menggunakan FTIR (Shimadzu) untuk mengetahui

gugus fungsi CO2 yang teradsorpsi dalam sampel katalis, sehingga dapat

ditentukan jumlah kebasaan sampel katalis dari molekul CO2 yang berikatan

dengan gugus –OH (Situs basa) pada katalis. Ada 3 jenis ikatan CO2 berdasarkan

kekuatannya. Unidentat karbonat > Bidentat karbonat > Bikarbonat. Unidentat

karbonat simetrik pada 1360-1400 cm-1 dan unidentat karbonat asimetrik pada

1510-1560 cm-1. Bidentat karbonat simetrik pada 1320-1340 cm-1 dan

bidentatkarbonat asimetrik pada 1610-1630 cm-1, Bikarbonat pada 1220 cm-1

,1650 cm-1, 1480 cm-1 .

3.3.3.4.2. Analisis FTIR

Analisis FTIR menggunakan teknik KBr pelet yaitu, padatan sampel

bentonit digerus dalam mortal kecil bersama padatan dengan kristal KBr kering

37

dalam jumlah sedikit sekali (0,5 – 2 Mg cuplikan + 100 mg KBr kering ).

Campuran tersebut kemudian dipress dengan alat penekan hidrolitik hingga

menjadi pelet yang transparan. KBr harus kering dan akan lebih baik bila

penumbukaan dilakukan di bawah lampu IR untuk mencegah terjadinya

kondensasi uap dari atmosfer. Tablet cuplikan tipis tersebut kemudian dinetralkan

di tempat sel spektrofotometer IR dengan lubang mengarah ke dalam radiasiKa.

Serbuk KBr sebagai blanko diletakkan dalam pan yang berbeda dan ditempatkan

pada ruang pengukuran. Pengukaran blanko dilakukan terlebih dahulu sebelum

pengukuran sampel. Pengukuran dilakukan pada kisaran bilangan gelombang

yang diatur mulai 300-4500 cm-1.

3.3.4. Uji Aktivitas dan Analisis GC/MS pada Konversi Gliserol menjadi

Gliserol Karbonat (Ma, 2012)

3.3.4.1. Uji Aktivitas pada Konversi Gliserol menjadi Gliserol Karbonat.

Reaksi dilakukan menggunakan reaktor autoclave stainless steel 22 ml

yang dilengkapi dengan pengaduk magnetik stirrer. Katalis bentonit terpilar (0,1

gram) dan gliserol (1 gram) ditambahkan kedalam reaktor. Setelah ditutup dengan

rapat CO2 dialirkan kedalam reaktor (2 MPa). Reaksi dilakukan pada temperatur

85-115 0C selama 6 jam.

3.3.4.2. Analisis GC/MS

Analisis komponen sampel katalis bentonit yang telah mengalami proses

reaksi dilakukan dengan Agilent Techonologies 6890 Gas Chromatograph 5973

Mass Selective Detector dengan system pengolahan data Chemstation, yang

38

dilengkapi dengan kolom kapiler HP Ultra 2 ( 17 m x 0,25 mm id. Dan ketebalan

film 0,25µm). Kondisi suhu kolom mula-mula 65oC , dinaikkan sampai mencapai

suhu 150oC dengan laju 30C/menit, dinaikkan kembali sampai mencapai suhu

300oC dengan laju 30C/menit. Gas pembawa yang digunakan adalah helium

dengan laju alir 0,6 µL/menit dan nisbah pemisahan 10 : 1, injector dijaga pada

suhu 3000C. Hasil analisis GC-MS dilakukan perhitungan % Konversi, % Yield,

% Selektifitas. Seperti rumus dibawah ini:

% Konversi = %Gliserol mula − mula −% Gliserol Tersisa...... (1)

% Yield =%% x 100%....................................(2)

% Selektifitas =%% ..............................................(3)

39

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

Preparasi katalis bentonit terpilar logam yang mampu meningkatkan

kemampuan kerja dari bentonit dapat dilakukan dengan metode pilarisasi (Lubis,

2007). Logam-logam yang digunakan dalam penelitian ini sebagai pemilar antara

lain logam Mg dan Al. Kedua logam tersebut merupakan logam yang memiliki

potensi untuk meningkatkan sifat kebasaan yang tinggi (Rabindran, 2011).

Bentonit terpilarisasi satu logam seperti katalis Mg/Bentonit dan

Al/Bentonit dan dua logam seperti katalis Al-Mg/Bentonit rasio 0,1 ; Al-

Mg/Bentonit rasio 0,3; Al-Mg/Bentonit rasio 0,5 ; Al-Mg/Bentonit rasio 0,8.

4.1. Analisis Kestabilan Termal dengan TGA

Analisis sampel katalis dengan TGA (Thermogravimetry Analysis)

memiliki tujuan untuk mengetahui titik dekomposisi katalis yang ditandai dengan

perubahan masa akibat panas sehingga dapat diketahui stabilitas termal

(ketahanan terhadap panas) dari katalis bentonit dan bentonit terpilar logam untuk

penentuan suhu kalsinasi yang akan digunakan (Bakkara, 2013).

Tabel 5. Nilai TGA Katalis Bentonit dan Bentonit Terpilar LogamSampel Katalis Titik Dekomposisi (oC)

BentonitAl/bentonit

650800

Mg/bentonit 650Al-Mg/bentonit rasio 0,1 650Al-Mg/bentonit rasio 0,3 650Al-Mg/bentonit rasio 0,5 650Al-Mg/bentonit rasio 0,8 650

40

Hasil pengujian TGA katalis seperti pada Tabel 5 dapat dilihat bahwa

pelepasan molekul air yang terikat secara fisika dari struktur bentonit awal terjadi

pada suhu 150℃ seperti terlihat pada Lampiran 3.1. Setelah dilakukan pilarisasi

dengan logam Al dan Mg maka pelepasan molekul air yang terikat secara fisika

dari struktur Al/bentonit pada suhu 200℃ dan Mg/Bentonit pada suhu 150℃seperti pada Lampiran 3.2 dan Lampiran 3.3. Hal ini disebabkan karena logam Al

memiliki kemampuan melepaskan molekul airnya pada suhu yang lebih tinggi

dibandingkan logam lain (Hutson, 1999). Selanjutnya, terjadi penurunan lagi yang

merupakan perubahan fase sempurna sehingga diketahui Bentonit, Al/bentonit

dan Mg/Bentonit memiliki kestabilan termal dengan rentang suhu berturut-turut

pada 150-600℃, 200-600℃ dan 150-600℃.

Pemanasan 650℃ terjadi perubahan fase oksida menjadi fase logam yang

menunjukan struktur bentonit dan Mg/Bentonit sudah rusak. Hal ini menunjukan

kekuatan struktur bentonit dan Mg/Bentonit hanya bertahan sampai suhu 650℃seperti yang terlihat pada Lampiran 3.3. Berbeda halnya dengan Al/Bentonit pada

suhu 600℃ logam Al sedikit tertahan seperti terlihat pada Lampiran 3.2 dan

muncul puncak baru pada suhu 800℃ yang menyebabkan bobot bentonit terpilar

logam Al turun secara signifikan sehingga dapat diketahui struktur Al/Bentonit

sudah rusak dan kekuatan struktur Al/bentonit dapat bertahan sampai 800℃. Hal

ini membuktikan bahwa dengan penambahan logam Al terhadap bentonit

memberikan ketahanan pada sifat fisik dari bentonit sehingga mengakibatkan

tingkat kestabilan Al/bentonit lebih tinggi dibandingkan bentonit awal (Lubis,

2007) sedangkan dengan penambahan logam Mg terhadap bentonit tidak terjadi

41

perubahan hampir sama dengan bentonit awal. Hal ini diduga bahwa logam Mg

pada Mg/Bentonit hanya bisa bertukar ion tidak bisa terjadinya pilarisasi

(Rabindan, 2011).

Hasil TGA untuk Al-Mg/Bentonit dengan berbagai rasio belum melihat

perbedaan karena efeknya sama, tingkat kestabilan termal dan ketahanan katalis

nya sama seperti yang dilihat pada Tabel 5. Hal ini menunjukan bahwa tidak ada

pengaruh dari konsentrasi pada penambahan logam Al dan Mg pada bentonit

awal. Dari penelitian ini dapat diketahui bahwa katalis Al/Bentonit memiliki

kestabilan termal yang cukup tinggi dibandingkan katalis yang lain dengan

memiliki titik dekomposisi pada suhu 800℃.

Analisis termal pada TGA meliputi tiga tahap yaitu hilangnya molekul air

secara fisika, hilangnya senyawa volatil dan terdegradasinya senyawa

(Setiawan,2010). Perubahan fase sempurna sekitar pada suhu150-600℃ yang

menunjukan fase kestabilan termal katalis. Selanjutnya bobot bentonit terpilar

logam turun secara signifikan yang menunjukan bahwa banyak molekul-molekul

yang terdapat dalam bentonit terlepas, dan terdapat juga bagian dari pemilar yang

terlepas atau keluar dari ruang antar lapis alumina-silikat bentonit (Suwazan,

2014). Berdasarkan hasil tersebut, maka suhu kalsinasi yang digunakan adalah

sebesar 400℃ karena kestabilan termal katalis pada rentang suhu 150 oC - 650 oC.

4.2. Analisis Luas Permukaan dengan SAA

Katalis dikarakterisasi dengan SAA (Surface Area Analyzer) dengan

metode BET bertujuan untuk mengetahui luas permukaan. Indikasi

keberhasilannya proses pilarisasi katalis dengan adanya peningkatan luas

42

permukaan dalam hasil karakterisasi nya. Hasil karakterisasi SAA dapat dilihat

pada Tabel 6 di bawah ini.

Tabel 6. Hasil SAA pada KatalisKatalis Luas

Permukaan(m2/g)

Bentonit 21,2512Mg/Bentonit 34,2016Al/Bentonit 198,4133Al-Mg/Bentonit rasio 0,1 199,4358Al-Mg/Bentonit rasio 0,3 191,6939Al-Mg/Bentonit rasio 0,5 191,6489Al-Mg/Bentonit rasio 0,8 188,7867

Tabel 6 menunjukan bentonit awal mempunyai luas permukaan spesifik

21,2512 m2/g kemudian dilakukan pilarisasi dengan logam Mg terjadi

peningkatan luas permukaan menjadi 34,2016 m2/g sedangkan setelah dilakukan

pilarisasi dengan logam Al terjadi peningkatan yang signifikan sehingga luas

permukaan menjadi 198,4133 m2/g. Hal ini menunjukan adanya ikatan pilar

yang telah terikat stabil di dalam interlayer Al-Bentonit. Al3+ berperan sebagai

penukar kation dan sebagai penyangga pada interlayer bentonit sedangkan Mg2+

hanya berperan sebagai penukar kation (Rosadalima,2012). Selain itu, diduga Al3+

merupakan polikation yang dapat membentuk pilar dengan baik sedangkan Mg2+

bukan polikation yang dapat membentuk pilar karena hanya terjadi ikatan Mg2+

yang ada dalam molekul bentonit tersebut (Zhenle, 2011).

Tabel 6 menunjukan Al-Mg/ Bentonit rasio 0,1 ; Al-Mg/ Bentonit rasio 0,3

; Al-Mg/ Bentonit rasio 0,5 ; Al-Mg/ Bentonit rasio 0,8 berturut-turut 199, 4358

m2/g ; 191,6939 m2/g ; 191,6489 m2/g ; 188,7867 m2/g. Katalis Al/Mg dengan

berbagai rasio mempengaruhi perubahan nilai luas permukaan sangat signifikan

43

karena distribusi polikation Al merata pada interlayer (Yuliani, 2010).

Selanjutnya pada Al-Mg/ Bentonit dengan rasio 0,1 terjadi peningkatan luas

permukaan yang sangat besar, Hal ini diduga karena komposisi Al dan Mg pada

katalis memiliki komposisi yang sesuai dan optimal untuk membentuk pilar yang

sangat baik. Namun, jika diperhatikan lebih lanjut pada katalis Al-Mg/ Bentonit

dengan rasio 0,3 ; rasio 0,5 ; rasio 0,8 terjadi penurunan luas permukaan, hal ini

disebabkan oleh jumlah logam Mg yang semakin banyak mempengaruhi jumlah

konsentrasi Al yang akan menjadi pilar dalam katalis tersebut karena logam Mg

dapat mengganggu ikatan pada Al yang dapat meningkatkan luas permukaan

katalis dengan membentuk pilar pada Al (Borgna, 2004). Oleh karena itu,

Semakin banyak logam Mg yang ditambahkan pada pemukaan bentonit maka

akan semakin kecil luas permukaan dari katalis tersebut.

Hasil analisis SAA pada Tabel 6 diketahui luas permukaan bentonit

terpilar maupun hasil modifikasinya mempuyai nilai yang jauh lebih besar

dibandingkan bentonit awal. Peningkatan luas permukaan spesifik yang sangat

signifikan ini menunjukan bahwa proses pilarisasi bentonit terpilar telah berhasil

dilakukan.

Meningkatkan luas permukaaan spesifik bertujuan untuk mempermudah

gliserol masuk kedalam katalis untuk bereaksi karena reaksi yang terjadi didalam

permukaaan material katalis. Sehingga luas permukaan spesifik pada bentonit

yang telah dipilarisasi semakin besar yang berarti kontak antara gliserol dengan

katalis semakin banyak, maka reaksi yang terjadi akan semakin cepat dan banyak

juga (Robert, 2012).

44

4.3. Analisis Lapisan Interlayer dengan XRD

Analisis jarak lapisan interlayer terhadap sampel bentonit dan bentonit

terpilar dilakukan dengan menggunakan metode XRD pada refleksi d001 dan 2θ

antara 2 – 10 o . Hasil analisis XRD menunjukan bahwa terjadi pergeseran puncak

ke arah kiri (peningkatanjarak ruang basal) dari bentonit awal ke bentonit yang

telah terpilarisasi. Pergeseran puncak ke arah kiri menandakan kenaikan jarak

ruang basal alumina silikat pada bentonit, dikarenakan masuknya polihidroksi

kation ke dalam lapisan bentonit (Supeno, 2009).

Gambar 10. Pola XRD dari bentonit, Al/Bentonit, Mg/Bentonit

Pola difraksi XRD pada Gambar 10 memperlihatkan dengan jelas, bahwa

pilarisasi terjadi pada Al/Bentonit. Hal ini ditunjukan dengan bergesernya d001dan

2θ dari 7,30o menjadi 4,63o. Pada Mg/Bentonit tidak terjadi pergeseran 2θdan

45

puncak Mg/Bentonit yang tajam dan melebar mengidentifikasikan bahwa tidak

terjadi pilarisasi, karena Mg hanya mengalami pertukaran ion.

Gambar 11. Pola XRD dari Bentonit, Al-Mg/Bentonit rasio 0,1, Al- Mg/Bentonitrasio 0,3 ; Al-Mg/Bentonit rasio 0,5 ; Al-Mg/Bentonit rasio 0,8

Pola difraksi XRD pada Gambar 11 menunjukan Al-Mg/Bentonit berbagai

rasio telah terjadi pilarisasi dengan bergesernya 2θ. Selain itu, struktur berlapis

( 2θ < 10) terlihat dengan jelas dan intesitasnya besar. Hal ini

mengidentifikasikan bahwa kristalinitas katalis cukup besar dan ruang antar

lapisan bentonit yang dihasilkan relatif besar. Sementara pada (10θ < 30) terlihat

tetap dan nilai intensitasnya yang sama menunjukan semua katalis dapat

mempertahankan struktur lapis nya (Nezahat, 2013).

Perubahan jarak ruang basal pada bentonit dan bentonitterpilar dapat

dilihat dari hasil analisis difraktogram seperti yang ditampilkan pada Tabel 7.

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Inten

sity /

a.u.

2-Theta / deg.

Bent Al-BentAl-Mg-0.1 Al-Mg-0.3Al-Mg-0.5 Al-Mg-0.8

46

Tabel 7. Pergeseran lapisan antar layer pada katalis

Sampel 2θ d (Å)

Bentonit 7,30 12,09

Mg/Bentonit 5,03 14,96

Al/Bentonit 4,63 19,06

Al-Mg/Bentonit rasio 0,1 4,50 19,61




Tabel 7 bentonit awal mempunyai jarak ruang basal sebesar 12,45 Å,

sedangkan bentonit yang telah dilakukan pilarisasi dengan Mg yaitu Mg/Bentonit

mengalami peningkatan menjadi 14,96 Å , hal tersebut menunjukkan adanya

kenaikan jarak ruang basal namun peningkatannya sangat kecil. Hal ini

memperkuat alasan tidak terjadi pilarisasi pada Mg/Bentonit karena kemampuan

logam Mg hanya untuk pertukaran kation bukan membentuk pilar. Akan tetapi

Al/Bentonit mengalami perubahan nilai jarak ruang basal yang sangat besar

menjadi 19,06 Å hal ini disebabkan proses pilarisasi sempurna karena larutan

pemilar membuat ukuran molekul besar (Borgna, 2004).

Bentonit dengan Al-Mg/Bentonit rasio 0,1; Al-Mg/Bentonit rasio 0,3 Al-

Mg/Bentonit rasio 0,5 ; Al-Mg/Bentonit rasio 0,8 berturut-turut mempunyai

12,09 Å ; 19,61 Å ; 18,42 Å ; 18,38 Å ; 18,31 Å menunjukan katalis mengalami

peningkatan yang sangat signifikan dari katalis bentonit awal.Berdasarkan Tabel 7

didapatkan hasil bahwa kenaikan jarak ruang basal yang terbesar adalah Al-

Mg/Bentonit rasio 0,1dengan kenaikan sebesar 7,52 Å. Selanjutnya, Al-

47

Mg/Bentonit rasio 0,3 ; Al-Mg/Bentonit rasio 0,5 ; Al-Mg/Bentonit rasio 0,8

berturut-turut sebesar 6,33 Å , 6,29 Å , 6,22 Å. Hal ini menunjukan bahwa Mg

menurunkan nilai jarak ruang basal ini disebabkan karena adanya hambatan difusi

oleh jumlah molekul salah satu pemilar yang telalu banyak. Penghambatan terjadi

karena terbentuk polimer kation polihidroksi logam dengan ukuran besar atau

banyaknya jumlah molekul pemilar sebelum memasuki ruang antar lapis lempung

(Vicente et al, 1996; Gillet al,2000).

Penurunan dan peningkatan jarak ruang basal pada katalis Al-Mg/Bentonit

berbagai rasio dipengaruhi oleh pemilar yaitu logam Mg dan Al yang diberikan

terhadap masing-masing katalis. Pada Tabel 7 dapat dilihat semakin banyak

logam Mg yang diberikan maka akan semakin kecil nilai jarak ruang basal dari

masing-masing katalis. Peningkatan jarak ruang basalmerupakan salah satu

indikator keberhasilan proses pilarisasi karena terjadinya interkalasi agen pemilar

ke dalam antar lapis silikat pada bentonit (Yuliana, 2010). Hal ini dapat

disimpulkan bahwa proses pilarisasi dalam penelitian ini telah berhasil dilakukan.

Data XRD didukung juga dari data dari hasil SAA karena peningkatan

jarak ruang basal akan diikuti dengan peningkatan luas permukaan, peningkatan

porositas dan volume total (Supeno, 2007). Jika terjadi interkalasi maka terjadi

peningkatan jarak ruang basal dan peningkatan luas permukaan (Suwazan, 2010).

4.4. Analisis Kebasaan dengan FTIR

Penentuan kekuatan basa katalis bentonit dan bentonit terpilar secara

kualitatif menggunakan spektroskopi inframerah (FTIR) pada daerah bilangan

gelombang 4000-400 cm-1.

48

Uji kekuatan basa sampel dilakukan dengan adsorpsi CO2. Jumlah CO2

yang teradsorpsi diamati dengan menggunakan teknik spektroskopi inframerah

pada daerah 1200-1600 cm-1 (Borga, 2004). Ada 3 jenis ikatan CO2 berdasarkan

kekuatannya. Unidentat karbonat > Bidentat karbonat > Bikarbonat. Unidentat

karbonat simetrik pada daerah 1360-1400 cm-1 dan unidentat karbonat asimetrik

pada daerah 1510-1560 cm-1. Bidentat karbonat simetrik pada daerah 1320-1340

cm-1 dan bidentatkarbonat asimetrik pada daerah 1610-1630 cm-1, bikarbonat pada

daerah 1220 cm-1 ,1650 cm-1, 1480 cm-1 (Cosimo, 1998) sehingga dengan

absorpsi CO2 dapat diketahui kekuatan basa dari masing-masing katalis. Seperti

yang terlihat pada Tabel 8.

Tabel 8. Hasil Adsorpsi CO2 pada Sampel

Sampel Katalis Spektrum Gugus DaerahBentonit

Mg/Bentonit

Karbonat bidentat asimetrisBikarbonatKarbonat unidentat simetrisKarbonat unidentat asimetrisKarbonat unidentat asimetrisKarbonat bidentat asimetris

1633 cm-1

1116 cm-1

1388 cm-1

1510 cm-1

1552 cm-1

1633 cm-1

Al/Bentonit Karbonat unidentat simetrisKarbonat bidentat asimetrisBikarbonat

1392 cm-1

1624 cm-1

1116 cm-1

Al-Mg/Bentonit rasio 0,1 Karbonat bidentat asimetrisBikarbonat

1627 cm-1

1116 cm-1

Al-Mg/Bentonit rasio 0,3 Karbonat unidentat simetrisKarbonat bidentat asimetrisKarbonat bidentat asimetrisBikarbonat

1386 cm-1

1633 cm-1

1627 cm-1

1116 cm-1

Al-Mg/Bentonit rasio 0,5 Karbonat unidentat simetrisKarbonat bidentat asimetris

1390 cm-1

1629 cm-1

Al-Mg/Bentonit rasio 0,8 Karbonat unidentat simetrisKarbonat bidentat asimetrisKarbonat bidentat asimetris

1392 cm-1

1625 cm-1

1631 cm-1

49

Hasil karakterisasi dengan metode FTIR untuk semua katalis pada Tabel

8terlihat bentonit awal memiliki gugus karbonat bidentat asimetris pada daerah

1633 cm-1 dan bikarbonat pada daerah 1116 cm-1. Setelah dilakukan pilarisasi

terjadi peningkatan kekuatan basa seperti pada Mg/Bentonit memiliki gugus

karbonat unidentat simetris pada daerah 1388 cm-1dan 1510 cm-1, 1552 cm-1selain

itu memiliki gugus karbonat karbonat bidentat pada daerah 1633 cm-1.Data

tersebut menunjukan bahwa Mg/Bentonit memiliki kekuatan basa yang paling

tinggi dibandingkan katalis yang lain. Hal ini disebabkan karena logam Mg

termasuk salah satu logam yang bersifat basa (Zhenle, 2011).

Tabel 8 menunjukan bahwa Al/Bentonit memiliki gugus karbonat

unidentat simetris pada daerah 1392 cm-1 , karbonat bidentat asimetris pada daerah

1624 cm-1 , bikarbonat pada daerah1116 cm-1. Hal tersebut terlihat Al/Bentonit

memiliki kekuatan basa yang rendah jika dibandingkan dengan Mg/Bentonit. Hal

ini disebabkan karena logam Al bersifat amfoter yang dapat bersifat asam dan

bersifat basa sehingga jika ada penambahan CO2 yang bersifat basa maka Al akan

terpengaruh menjadi bersifat basa (Rabindran, 2011).

Hasil karakterisasi Al-Mg/Bentonit rasio 0,1; Al-Mg/Bentonit rasio 0,3;

Al-Mg/Bentonit rasio 0,5; Al-Mg/Bentonit rasio 0,8 pada Tabel 8dapat dilihat

bahwa masing-masing katalis menghasilkan berbagi tipe karbonat yang berbeda-

beda. Pada Al-Mg/Bentonit rasio 0,1 terlihat kekuatan basa sangat lemah dengan

adanya gugus karbonat bidentat asimetris didaerah 1627 cm-1 dan bikarbonat

didaerah 1116 cm-1. Hal ini diduga disebabkan karena semakin besar jumlah atom

50

Al pada katalis Al-Mg/Bentonit mengakibatkan semakin berkurang kekuatan basa

pada sampel.

Al-Mg/Bentonit rasio 0,3; Al-Mg/Bentonit rasio 0,5; Al-Mg/Bentonit rasio

0,8 dapat dilihat pada Tabel 8 yang menunjukan bahwa semakin kecil konsentrasi

Al maka terjadi peningkatan kembali kekuatan basa suatu katalis. Hal ini

disebabkan karena logam Al memiliki sedikit kekuatan basa sehingga terjadi

kompetisi terhadap logam Mg yang memiliki kekuatan basa yang tinggi (Borgna,

2004).

4.5. Uji Aktivitas Produk Gliserol Karbonat dengan GC-MS

Uji aktivitas bentonit dilakukan dengan menggunakan GC-MS untuk

mengetahui kandungan gliserol karbonat yang dihasilkan. Dalam penelitian ini

reaksi yang terjadi adalah reaksi sikloadisi CO2 dan transesterifikasi.

Tabel 9. Hasil produk gliserol karbonat menggunakan GC-MS

Keterangan ; a Gliserol Karbonat, b Propilen Glikol, c Propilen Karbonat.

Katalis Konversi(%)

Selektifitas(%)

Yield (%)

GKa PGb PKc ProdukLain

Al/Bentonit 32,46 0,68 nd 22,30 3,04 7,12Mg/Bentonit 0 0 nd 0 0 0Al-Mg/Bentonit rasio 0.1 31,85 0,84 nd 27 1,23 3,62Al-Mg/Bentonit rasio 0.3 35,08 0,60 nd 21,14 0 13,94Al-Mg/Bentonit rasio 0.5 31,32 0,59 nd 18,78 0 12,54Al-Mg/Bentonit rasio 0.8 17,27 0,50 nd 8,78 2,15 6,34Al-Mg/Bentonit rasio 0,8(Limbah)

70,23 0,94 nd 66,58 0 3,66

51

Tabel 9 menunjukan bahwa hasil analisis GC-MS pada kondisi operasi

yang dilakukan, Gliserol telah mengalami proses reaksi sikloadisi dan reaksi

transesterifikasi dengan bantuan katalis berupa Al/Bentonit, Mg/Bentonit. Al-Mg/

Bentonit rasio 0,1 ; Al-Mg/Bentonit rasio 0,3 ; Al-Mg/ Bentonit rasio 0,5 ; Al-

Mg/ Bentonit rasio 0,8 sehingga gliserol terkonversi menjadi propilen glikol,

propilen karbonat dan senyawa lainnya. Namun, dari semua katalis tidak

menghasilkan produk gliserol karbonat sebagai produk yang diinginkan.

Aktifitas katalis yang digunakan dalam penelitian ini dapat diartikan tidak

membantu proses konversi gliserol membentuk gliserol karbonat. Hal ini di duga

karena variasi logam Al yang berperan menjadi pilar dan logam Mg yang tidak

membentuk pilar berperan untuk meningkatkan kebasaan namun pada katalis ini

tidak sesuai komposisinya sehingga tidak memiliki kapasitas kebasaan tinggi yang

sesuai untuk reaksi transesterifikasi. Jika logam Al berlebih maka akan

menyebabkan tidak terjadinya reaksi karena dalam reaksi ini membutuhkan sifat

kebasaan yang tinggi. Begitu sebaliknya, jika logam Mg berlebih maka akan

meningkatkan kebasaan akan tetapi dapat menarik logam Al untuk membentuk

pilar sempurna sehingga proses reaksi tidak akan terjadi.

Kinetika reaksi transesterifikasi antara gliserol dengan propilen karbonat

sebagai zat antara menggunakan katalis tidak hanya dipengaruhi oleh kebasaan

permukaan baik situs basa bronsted maupun situs basa lewis tetapi juga

dipengaruhi oleh sifat fisikokimia pada bentonit seperti luas permukaan spesifik,

jarak antar ruang basal. Hal ini juga diperkuat oleh penelitian yang dilakukan oleh

Peter et al. (2012) dan Igbokwe et al. (2011) Dari penelitian tersebut diketahui

52

bahwa peningkatan sifat fisikokimiawi pada bentonit setelah proses pilarisasi

mengakibatkan peningkatan konversi gliserol menjadi produk yang diinginkan.

Oleh karena itu, meskipun kebasaan permukaan dibutuhkan dalam mekanisme

reaksi tetapi efek karakter fisikokimiawi material turut memberikan peranan

dalam aplikasi bentonit terpilar sebagai katalis heterogen (Wang et al, 2004).

Reaksi transesterifikasi sangat cepat dan membutuhkan sifat kebasaan atau

anion OH- yang terkandung dalam katalis yang berfungsi sebagai pemutus ikatan

H+ pada gliserol, ketika ikatan H lepas, atom C dari gliserol akan terikat dengan

atom C yang lain. Kemudian H yang terlepas akan berikatan dengan OH dari

katalis bentonit yang termodifikasi. Untuk katalis bentonit yang termodifikasi

yang tidak memiliki sifat kebasaan yang tinggi reaksi tersebut sulit terjadi karena

reaksi tidak mempunyai kandungan anion OH- yang cukup (Robert, 2012).

Mekanisme reaksi pembentukan gliserol karbonat dari gliserol dalam

penelitian ini sesuai dengan penelitian sebelumnya oleh Ma (2012) yang

menggunakan agen pengkopling propilen oksida dan halida logam alkali KI untuk

menurunkan limitasi termodinamika sehingga dapat meningkatkan konversi

gliserol karbonat. Akan tetapi, Hasil dalam penelitian ini tidak sesuai dengan

pernyataannya. Dalam penelitian ini gliserol karbonat tidak terbentuk Hal ini

diduga setelah proses reaksi sikloadisi CO2 dengan propilen oksida membentuk

propilen karbonat sebagai intermediet. Suatu reaksi membutuhkan katalis yang

memiliki sifat kebasaan yang tinggi untuk berlanjutnya reaksi transesterifikasi

dari propilen oksida dengan gliserol sehingga membentuk gliserol karbonat dan

propilen glikol. Jika sifat kebasaan belum cukup tinggi maka hanya akan

53

terbentuk propilen glikol (Hiroyuki, 2002) Hal ini memperkuat alasan bahwa

katalis dalam pnelitian ini katalis kurang aktif untuk mengkonversi gliserol

menjadi gliserol karbonathanya selektif membentuk propilen glikol

Mekanisme reaksi yang terjadi pada saat pengujian aktivitas sebagai

berikut ini.

(Tahap 1- Reaksi sikloadisi)

( Tahap 2 - Reaksi Transesterifikasi)

Keterangan; PO (Propylene Oxide), PC (Propylene Carbonate), GC (Glyserol Carbonate) ,PG (Propylene Glycol)

Gambar 12. Skema reaksi sikloadisi dan transesterifikasi (Melendez, 2007)

Katalis ini cukup selektif untuk membentuk produk propilen glikol seperti

pada Tabel 9 yang menunjukan propilen glikol yang terbentuk dari masing-

masing katalis Al/bentonit, Mg/Bentonit, Al-Mg/Bentonit rasio 0,1; Al-

Mg/Bentonit rasio 0,3; Al-Mg/Bentonit rasio 0,5; Al-Mg/Bentonit rasio 0,8

53





berikut ini.









53





berikut ini.









54

berturut-turut 22,30 ; 0 ; 27 ; 21,14 ; 18,78 ; 8,78. Besarnya produk propilen

glikol yang dihasilkan tergantung masing-masing katalis. Katalis yang mampu

mengkonversi gliserol menjadi propilen glikol paling tinggi adalah Al-

Mg/Bentonit rasio 0,1. Sedangkan setelah ada penambahan Mg yang semakin

banyak maka terjadi penurunan produk propilen glikol yang dihasilkan.

Hasil dari propilen glikol pada Tabel 9 dapat memperkuat alasan dari

hasil penelitian ini bahwa katalis dengan penambahan logam Mg mampu

meningkatkan kekuatan basa sedangkan Al dapat membentuk pilar dengan baik.

Dapat diperkirakan logam Mg yang seharusnya berikatan dengan OH pada lapisan

interlayer sehingga kekuatan basa meningkat tetapi logam Mg berikatan dengan

logam Al yang membentuk pilar sehingga terlepas gugus OH dan akibatnya dapat

mempengaruhi proses reaksi dari suatu katalis.

Tabel 9 menunjukan % konversi gliserol dan % yield produk pada

Mg/Bentonit adalah 0 %. Hal ini disebabkan karena Mg/Bentonit tidak terjadi

pilarisasi sehingga reaksi tidak terjadi diantara ruang lapisnya. Data tersebut

didukung oleh hasil analisis SAA, XRD. Meskipun hasil analisis yang diperkuat

dengan spektrum inframerah pada Lampiran 4 (Analisis FTIR Mg/Bentonit ) yang

menunjukan bahwa Mg/Bentonit teridentifikasi memiliki sifat kebasaan yang

lebih tinggi dibandingkan katalis yang lain.

Tabel 9 dapat diketahui % konversi gliserol yang paling besar dari semua

katalis adalah Al-Mg/Bentonit rasio 0,3 dengan konversi 35,08 % hal ini

disebabkan karena Al dalam penelitian ini berfungsi sebagai pilar sedangkan Mg

berfungsi untuk meningkatkan kebasaan. Dari variasi konsentrasi yang dilakukan,

55

katalis dengan Al-Mg/Bentonit rasio 0,3 memiliki % konversi gliserol yang lebih

baik dibandingkan katalis yang lain karena Al memiliki komposisi yang lebih

tinggi sebagai pilar, sementara ketersediaan Mg yang berfungsi menghasilkan

kebasaan yang lebih baik dari katalis Al-Mg/Bentonit yang lain.Sedangkan %

konversi gliserol pada Al-Mg/Bentonit 0,8 sangat kecil sebesar 17,27 % . Hal ini

disebabkan Al yang berfungsi sebagai pilar memiliki komposisi yang kecil

meskipun ketersediaan Mg sangat banyak. Hal ini dapat disimpulkan semakin

banyak Al dan semakin baik ketersediaan Mg maka katalis akan semakin besar

menghasilkan % konversi dan % yield produk. Karena semakin banyak

terbentuknya pilar maka semakin baik aktivitas katalitik katalis (Gill, 2010).

Akan tetapi, secara umum dapat dilihat bahwa preparasi katalis Al dan Mg pada

bentonit dengan metode pilarisasi dapat memodifikasi sifat kebasaan dari bentonit

awal, Namun variasi logam Al dan Mg ini memiliki sifat kebasaan yang kurang

tinggi dengan kemampuan mendonorkan elektron nya dalam reaksi pembentukan

gliserol karbonat.

56

BAB V

SIMPULAN DAN SARAN

5. 1. Simpulan

Dari penelitian yang dilakukan, maka dapat diambil simpulan sebagaiberikut.

1. Preparasi bentonit dengan metode pilarisasi menggunakan Al dan Mg

dapat dilakukan dimana merubah sifat fisika dan kimia yaitu luas

permukaan, jarak ruang basal,stabilitas termal, sifat kebasaan.

2. Logam Mg dapat meningkatkan sifat kebasaan pada bentonit tapi tidak

membentuk pilar, sementara logam Al dapat membentuk pilar.

3. Hasil uji aktivitas katalis didapatkan umumnya senyawa propilen glikol

dan propilen karbonat, namun gliserol karbonat sebagai produk yang

diinginkan tidak ditemukan. Hal ini menunjukan katalis bentonit terpilar

Al dan Mg kurang aktif untuk mengkonversi gliserol menjadi gliserol

karbonat karena diduga kapasitas kebasaan belum cukup tinggi.

5.2. Saran

Saran pada penelitian selanjutnya, adalah:

1. Analisis kuantitas kebasaan katalis dapat dilakukan dengan

menggunakan metode chemabsorpstion.

2. Katalis dapat dimodifikasi dengan mencari variasi logam alkali lain

yang mempunyai sifat kebasaan yang tinggi, Khusunya untuk proses

konversi gliserol menjadi gliserol karbonat di bidang industri.

57

DAFTAR PUSTAKA

Arfaoui, S., Frini-Srasra, N., and Srasra, E. 2007.Modelling of The Adsorption ofThe Chromium Ion by Modified Clay , Desalination 222, 474-481.

Aresta, M ., Dibenetto, A ,.Nocito, F., Pastore, C. 2006. A study on thecarboxylation of glycerol to glycerol carbonate with carbon dixide : the roleof catalyst, solvent and reaction condition. Journal of molecular catalysis .257, 149-153.

Astuti, Jumaeri dan Lestari. 2007. Preparasi dan Karakterisasi Zeolit Dari AbuLayang Batu Bara secara Alkali Hidrotermal. Reaktor, 11, 38-44.

Ayudianingsih, U.,Khairun Nisa, K ., Swandaru .,Yuni, R ., Nanik, F.2006.Pemanfaatan Bentonit Sebagai Katalis Padat dalam Optimasi dan EfesiensiSintesis-Tokoferol (Vitamin E). Jurnal Universitas Airlangga. 2-21-1.

Bakkara, L. 2013. Karakteristik Bentonit terpilar Alumunium, Ferrium, Kromium,dan Zirkonium. Skripsi. Bogor : Institut Pertanian Bogor.

Canizares, P., Valverde, J.L., Sun Kou, M.R., Molina, C.B., 1999. Synthesis andCharacterization of PILC with single and mixed oxide pillars prepared fromtwo different bentonites. A comparative study. Microporous andMesoporous Material, Journal of Elsevier, 29, 267-281.

Chen, S., 1999.From layer Compounds to Catalytic Materials.Catalysis Today, 49,hal. 303-312.

Claude, S., Zephirin M., Jeong W.Y. and A. Gaset. 2000. Method for PreparingGlyserol carbonate.U.S. Patent No. 602550.

Cosimo, J.I., Diez, V.K., Xu, M. Structure and surface and catalytic properties ofMg-Al Basic Oxides. Journal of Catalysis 178, 499-510.

Crompton, T.R. 1989. Analysis of Polymers : An Introduction. New York :Pergamon Press

Czanderna (ed). 1975. Methods of Surface Analysis, New York : Journal ofElsevier.

Damayanti, O ., Yuanita G., dan Achmad R. 2012. Pembuatan Gliserol KarbonatDari Gliserol Dengan Katalis Berbasis Nikel. Jurnal Teknik ITS. 1 (1),2301-9271.

58

Dasari, M.A., Kiatsimkul, P.P., Sutterlin, W.R., and Suppes, G.J . 2005. Lowpressure hydrogenolysis of glycerol to propylene glycol. Applied CatalysisA: General 281(1-2): 225-231.

Dibenedetto, A., Angelini, A., Ethiraj, J., Fragale, C., and Nocito, F.2011.Tetrahedron, 67.

Dossin, T.F., Reyniers, M.F,. Berger,R.J,. Marin, G.B,. 2006. Applied Catalysis AGeneral. 6 (7), 136-148.

Felycia, E., Aning, A., Suryadi, I., Anastasia, L. 2011. KOH/bentonite catalystsfor transesterification of palm oil to biodiesel. Applied Clay science 53, 341-346.

Fowlis, Ian A.,1998. Gas Chromatography Analytical Chemistry by OpenLearning. John Wiley & Sons Ltd: Chichester.

Galambos, M., Kufcakova, J., Rosskopfova, O.,Rajec, P. 2010. Adsorption ofCesium and Strontium on Natrified Bentonites. Journal of Radioanalyticaland Nuclear Chemistry, 283 (3), 803-813.

Gill, A., Sophia, A,. Korili, Raquel T,. Miguel, A.V. 2010. A review oncharacterization of pillared clays by specific techniques. Journal of Elsevier.

Gil, A., Vicente, M.A and Korili, S.A. 2000. Main Factor Controlling the Textureof Zirconia and Alumina Pillared Clays, Microporous and MesoporousMaterial, 34.115-125.Goenadi, D.H, 1982, Dasar-dasar Kimia Tanah,S.

Harjadi, W. 1989. Ilmu Kimia Analitik Dasar. Jakarta: PT. Gramedia PustakaUtama.

Haerudin,H., Rinaldi, N.,Fisli, A. 2002. Characterization of modified bentoniteusing alumunium polycation. Pusat Penelitian Kimia – LIPI. IndonesianJournal of Chemistry, 2 (3), 173-176.

Herdianita, N.R., Ong, H.L., Subroto, E.A., Priadi, B. 1999. PengukuranKristalinitas Silika Berdasarkan Metode Difraktometer Sinar- X. Proc. ITB,31 (1), 1-8.

Hutson, N.D., Hoekstra, M.J and Yang, R.T.1999.Control of Microporosity ofAl2O-PillaredClays : Effect of pH, CalcinationTemperature and Clay CationExchangeCapacity. Journal Microporous and Mesoporous Material 28,447-459.

Istiana. 2003. Pilarisasi dan Karakterisasi Montmorillonit. Jurnal Sains MateriIndonesia 4(3) ISSN 1411-1098. 1-7.

59

Kloprogge, J.T., Evans, R., Hickey, L.,Frost, R.L. 2002. Characterisation and Al-pillaring of smecties from Miles, Queensland (Australia). Journal of AppliedClay Science 20, 157-163.

Larosa, Y. D. 2007. Studi Pengetsaan Bentonit Terpilar Fe2O3. Medan :Universitas Sumatera Utara.

Lubis, S. 2007. Preparasi Bentonit Terpilar Alumina dari Bentonit Alam danPemanfaatannya sebagai Katalis pada Reaksi Dehidrasi Etanol, 1-Propanolserta 2Propanol. Banda Aceh : Jurnal Rekayasa Kimia dan Lingkungan. 6(2), 77-81.

Ma, J., Song, J., Liu,H., Zhang, Z., Jiang, T., Fan, F., Han, B. 2012.One-potconversion of COand glycerol to value-added products usingpropyleneoxide as the coupling agent. Green Chem. 14, 1743.

Malcolm P. Stevens. 2007. Polymer Chemistry : An Introduction. Oxford :University Press.

Melendez, J., North, M., and Pasquale, R., J.inorg.Chem. 2007. 3323.

Michele A., Dibenedetto A., Francesco N., Carlo P.2006. A study on thecarboxylation of glycerol to glycerol carbonate with carbondioxide: The roleof the catalyst, solvent and reaction conditions. Journal of moleculewr ofcatalysis. Department of Chemistry, University of Bari, via Orabona 4, Bari70126, Italy.

Mizuno, T. Nakai, T., and Mihara, M. Heteroat. Chem., 2010. 21-99.

Moore, D. M., Reynolds, Jr,R.C. 1997. X-Ray Diffraction and the Identificationand Analysis of Clay Minerals ; 2nd ed.; Oxford University Press; Oxford.

Nasikin, M., Susanto, H.B. 2010. Katalis Heterogen. Jakarta : UI-Press.

Nezahat, B., Nebahat, D., Dihan, M. 2013. Transesterification of canola oil tobiodiesel using calsium bentonie functionalized with K compounds. Journalof Applied Catalysis B, 138-139, 236-242.

Occelli, M, L., Bertrand, J.A, Gould, S.A.C., Dominguez, J,M., 2000.Physicochemical Characterization of a Texas Montmorillonite Pillared withPolyoxocations of Aluminum Part I: MicroporousStructure.Micropor,mesopor,Mater.Journal of Elsevier 34, 195-206.

Perkin Elmer. 2010. Thermogravimetric Analysis (TGA). USA: Perkin Elmer,Inc.

Pathak, K. D ,. 2005. Catalytic Conversion of Glycerol to Value-AddedLiquidChemicals. Saskatchewan: Department of Chemical Engineering,University of Saskatchewan Saskatoon.

60

Peng Y., Faiza A., Tao, Q., Fan, M., Liu, Z., Zhu, J., He, H.,Chen, T. 2008. ACombined study by XRD, FTIR , TGA and HRTEM on the structure ofdelaminated Fe-intercalated/Pillared clay. Journal of Colloid and InterfaceScience 324, 142-149.

Pinnavaia. 1985. New Chromia Pillared Clay Catalyst. Journal Of AmateurChemistry Society. 4783.

Rabindran, J.B., Balkrishna, B.T., Alam, K., Ali,A.S., Luqman, A.A., Kunimasa.,Makiko,A., Hidenori., Kiyoshi,N., Tsuneji, S., Katsunomi, T., Sulaiman,S.A. 2011. Ethylbenzena dehydogenation over FeOx/(Mg, Zn) (Al)Ocatalysts derived from hydrotalcites: Role of MgO as basoc sites. ApppiedCatalysis A : General, Journal of Elsevier.

Robert, R.W, Soegijono, B and Rinaldi, N. 2012.Characterization of Cr/Bentoniteand HZSM-5 Zeolite as Catalysts for Ethanol Conversion to Biogasolin .Research Centre for Chemistry, Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia,Tangerang 15314, Indonesia.

Sastrohamidjojo, H. 2005. Kimia Dasar. Yogjakarta : UGM Press.

Selli, E., Forni, L. 1999. Comparison Between The Surface Acidity Of SolidCatalyst Detremined By TPD and FTIR Analysis Of Pre-Adsorbed Pyridine.Journal Of Surface Chemistry, 31.

Setiawan, Y. 2010. Karakteristik Char Sampah Organik dan Anorganik HasilPirolisis. Pangkal Pinang : Universitas Bangka Belitung.

Skoog, Douglas A., Donald M. West, F. James Holler. 1991. Fundamental ofAnalytical Chemistry. Seventh Edition. New York: Saunders CollegePublishing.

Sukandarrumidi. 1999. Bahan Galian Industri. Yogjakarta : Gajah MadaUniversity Press.

Supeno, M. 2007. Bentonit Alam Terpilar sebagai material katalis/Co-KatalisPembuatan gas hidrogen dan oksigen dari air. Thesis. Medan : USU Press.

Suwazan, D. 2010. Preparasi dan Karakterisasi bentonit dengan Al, Fe, Zr,Cr.Skripsi. Jakarta: UIN Jakarta

Sychev, M., Shubina, T., Rozwadowski, M., Sommen, A.P.B., Beer, V.H.J.D andSanten, R.A.V., 2000. Characterization of microporosity of chromia-andtitania-pillared montmorillonites differing in pillardensity. I.Adsorption ofNitrogen, JournalMicroporous and Mesoporous Material, 37, 187-200.

61

Syuhada, Rahmat, W., Jayatin, Saeful, R. 2009. Modifikasi Bentonit (Clay)MenjadiOrganoclay dengan PenambahanSurfaktan. Jurnal Nanosains danNanoteknologi. 21.

Tjahjono, H. 2010. Sintesa Gliserol Karbonat Dengan Kemurnian 80% DariGliserol Hasil Samping Pabrik Biodiesel Sebagai Adjuvan Agrokimia .Bogor : Badan Penelitian dan Pengembangan Pertanian Pusat Penelitiandan Pengembangan Tanaman Perkebunan.

Tomul, T. 2010. Synthesis, Characterization, and Adsorption Properties of Fe/Cr-Pillared Bentonite.Journal of Industrial and Engineering ChemistryResearch 50, 7228-7240.

Tsuchida, T., Yoshioka, T., Sakuma, S., Takeguchi, T., Ueda, W. 2008. Synthesisof Biogasoline from Ethanol over Hydroxyapatite Catalyst. AmericanChemical Society, (9), 1-10.

Vaccari, A., 1998.Preparation and Cataytic Properties of Cationic andAnionicClays.Catal Today 41, 53-71.

Vieville, C., Jeong Y.S., Pelet dan Zephirin, M. 1998. Synthesis ofGlyserolCarbonate by Direct Carbonatation of Glyserol in SupercriticalCO2 inThe Presence of Zeolites and Ion Exchange Resins. Catalyst Letters56:245-247.

Wardani, chris kusuma. 2007. Pemanfaatan gliserol sebagai bahan bakusintesagliserol karbonat. Bogor : Institut Pertanian Bogor.

Wang, L., Ma, Y., Wang, Y.,Liu, S., Deng, Y. 2011. Efficient synthesis ofglycerol carbonate from glycerol and urea with lanthanumoxide as a solidbase catalyst. China : Journal of Elsiever , 1458–1462.

Yasuda, H., Liang, N., and Toshiyasu, S. 2002. Cyclic Carbonate Synthesis fromSupercritical Carbon Dioxide and Epokxide over lanthanide Oxycholride.Japan : Journal of Catalysis 209, 547-550.

Yuliani H.R., 2010. Prosiding Seminar Nasional Rekayasa Kimia dan Proses2010.Modifikasi Ampo Melalui Metode Pilarisasi.Semarang : JurusanTeknik Kimia , Universitas Diponegoro.

Zhenle, Y., Lina, W., Junhua, W., Shuixin, X., Ping, C., Zhaoyin, H., Xiaoming,Z. 2011. Hydrogenolysis of glycerol over homogenously dispersed copperon solid base catalysts. Applied Catalysis B . 101, 431-440.

62

LAMPIRAN

Lampiran 1. Spesifikasi Bentonit

IDENTIFIKASI PRODUK

Nama Produk : Bentonit

Brand : Sigma-Aldrich

Alamat Perusahaan : Sigma-Aldrich Pte Ltd, 1 Science Park Road. #02-14 The Capricon, Singapore Science ParkRoad II, SINGAPORE 117528

KOMPOSISI PRODUK

Sinonim : Montmorillnite

Formula : Al2O3.4SiO2.xH2O

Berat Molekul : 180,1 g/mol

SIFAT FISIKA DAN KIMIA

Kenampakan : Berbentuk granula, berwarna abu-abu

pH : 6-9

Densitas : 2.400 g/cm3

63

Lampiran 2. PerhitunganBahan untukPilarisasiBentonit

Catalyst Mg-

bentonite

Al-

bentonite

Al-Mg

Bentonite

0.1

Al-Mg

Bentonite

0.3

Al-Mg

Bentonite

0.5

OH-/metal

molar ratio

2 2 2 2 2

Metal/clay

ratio (mmol

g-1)

10 10 10 10 10

Initial

solution

MgCl2.6H2O

0,1 M

AlCl3 0.1

M

AlCl3 0.1 M

MgCl2.6H2O

0,1 M

AlCl3 0.1 M

MgCl2.6H2O

0,1 M

AlCl3 0.1 M

MgCl2.6H2O

0,1 M

Basic

solution

NaOH 0.2

M

NaOH

0.2 M

NaOH 0.2

M

NaOH 0.2 M NaOH 0.2 M

Bentonite

basic (g)

10 3 5 5 10

64

PreparasiAl/Mg-Bentonit 0.1

Basis : 10 gram

bentonit

OH-/Al3+ = 2

Al/Clay = 10 mmol/gr

+ = 0,Mg = 0,1 Al + 0,1

Mg

0,9Mg = 0,1 Al= 9 → ∶= 9 ∶ 1Perhitungan Massa

1. AlCl3AlClay = 10 mmolAl3+ = 10 mmol.gram-1 x 5

gram

= 50 mmol

Mol Al3+ = 50mmol

Berat Al3+ = mol x BM

=, ,\

= 6,667 gram AlCl3

2. MgCl2.6H2OAlMg = 950 mmol9 = 5,56 mmol

MolMg = 5,56 mmol

Berat Fe3+ = mol x BM

, ,=1,1303gram

3. NaOH

Ratio :

3 + = 2OH = 2 x 50mol

= 100mol

BeratNaOH = mol x BM

=

NaOH= 4 gram

65

PembuatanLarutan1. AlCl3

Mol = 0.05molMassa = 6.667 gram

2. MgCl2.6H2OMol = 5.56 x 10-3

Massa = 1,1303 gram

3. NaOHMol = 0,1molMassa = 4 gram

Larutan AlCl3 0,1 M= =0,1 = 50

= 500,1Volaquades = 500 mL H2O

LarutanMgCl2.6H2O 0,1 M== , , =55,6mL H2O

Larutan 0,2NaOH== 1000,2= 500 2

66

Lampiran 3. Hasil Analisis TGA katalis bentonit dan bentonit terpilar

3.1.Bentonit Awal

3.2.Al/Bentonit

Terjadinya pelepasanmolkeul air

Perubahan FaseOksida

Terdegradasi Senyawa(struktur bentoniktrusak)

67

3.3.Mg/Bentonit

3.4.Al-Mg/ Bentonitrasio 0,1

68



69


70

Lampiran 4. Hasil Analisis FTIR katalis bentonit dan bentonit terpilar

4.1.SpektrumkatalisBentonit, Al/Bentonit, Mg/Bentonit

4.2.SpektumKatalis Al-Mg/Bentonitrasio 0.1, Al-Mg/Bentonitrasio 0.3, Al-Mg/Bentonitrasio 0.5 , Al-Mg/Bentonitrasio 0.8

5 0 07 5 01 0 0 01 2 5 01 5 0 01 7 5 02 0 0 02 5 0 03 0 0 03 5 0 04 0 0 01 / c m

A b s

m g b e n t o n i t h a s i l a b s o r p s iA l b e n t o n i t h s l a b s o r p s i b e n t o n i t h a s i l a b s o r p s i

b e n t o n i t h a s i l a b s o r p s i

5 0 07 5 01 0 0 01 2 5 01 5 0 01 7 5 02 0 0 02 5 0 03 0 0 03 5 0 04 0 0 01 / c m

A b s

A l-m g b e n t o n it ra s io 0 . 8 h s l a b s o rp s iA l-m g b e n t o n it ra s io 0 . 5 h s l a b s o rp s i

A l-m g b e n t o n it ra s io 0 . 3 h s l h s l a b s o rp s iA l m g b e n t o n it ra s io 0 -1 h s l a b s o rp s i

A l m g b e n t o n i t ra s io 0 -1 h s l a b s o rp s i

71

Lampiran 5. Hasil Analisis GC/MS

5.1.Al/Bentonit

5.2. Mg/Bentonit

71


5.1.Al/Bentonit

5.2. Mg/Bentonit

71


5.1.Al/Bentonit

5.2. Mg/Bentonit

72

5.3. Al-Mg/Bentonit Rasio 0,1


72



72



73



73



73



74

5.7. Al-Mg/Bentonit Rasio 0,8 ( Limbah Gliserol)

74


74


75

Lampiran 6. Hasil Perhitungan Analisa GCMS

Al/Bentonit

6.1. % Konversi

- %Gliserol mula − mula = 100 %- % Gliserol Tersisa = 67,54 %

% Konversi = %Gliserol mula − mula −% Gliserol Tersisa

= 100 % - 67,54 % = 32,46 %

6.2. % Yield

- % Target Produk Propilen Glikol = 22,30 %

- % Jumlah total produk = 100 %

% Yield =%% x 100%

% Yield =, %% x 100 %

= 22,30 %

6.3. % Selektifitas

- % Target Produk = 22,30 %

- % konversi gliserol = 32,46

% Selektifitas =%%

% Selektifitas =, %, % = 0,68 %

maritsa nauva-fst.pdf

Documents