pemanfaatan katalis al3+ i esterifikasi asam …repository.unair.ac.id/25747/1/mariyam, siti.pdf ·...

i

PEMANFAATAN KATALIS Al3+-BENTONIT UNTUK REAKSI ESTERIFIKASI ASAM PALMITAT MENJADI METIL PALMITAT

SKRIPSI

SITI MARIYAM

DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS AIRLANGGA 2012

ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga

Skripsi Pemanfaatan Katalis Al3+-bentonit untuk Reaksi Esterifikasi Asam Palmitat Menjadi Metil Palmitat

Siti Mariyam

ii

PEMANFAATAN KATALIS Al3+-BENTONIT UNTUK REAKSI

ESTERIFIKASI ASAM PALMITAT MENJADI METIL PALMITAT

SKRIPSI

Sebagai Salah Satu Syarat untuk

Memperoleh Gelar Sarjana Sains Bidang Kimia

Pada Fakultas Sains dan Teknologi

Universitas Airlangga

Oleh :

SITI MARIYAM

NIM. 080810530

Tanggal Lulus :

18 Juli 2012

Disetujui oleh :

Pembimbing I Pembimbing II

Dr. Nanik Siti Aminah, M.Si Abdulloh, S.Si., M.Si NIP. 19670514 199102 2 001 NIP. 19710423 199702 1 001



Siti Mariyam

iii

LEMBAR PENGESAHAN NASKAH SKRIPSI Judul : PEMANFAATAN KATALIS Al3+-BENTONIT UNTUK

REAKSI ESTERIFIKASI ASAM PALMITAT MENJADI METIL PALMITAT

Penyusun : Siti Mariyam NIM : 080810530 Pembimbing I : Dr. Nanik Siti Aminah, M.Si Pembimbing II : Abdulloh, S.Si., M.Si Tanggal seminar : 18 Juli 2012

Disetujui Oleh :

Pembimbing I, Dr. Nanik Siti Aminah, M.Si

NIP. 19670514 199102 2 001

Pembimbing II,

Abdulloh, S.Si., M.Si NIP. 19710423 199702 1 001

Mengetahui,

Ketua Program Studi S-1 Kimia/Ketua Departemen Kimia

Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga

Dr. Alfinda Novi Kristanti, DEA NIP. 19671115 199102 2 001



Siti Mariyam

iv

PEDOMAN PENGGUNAAN SKRIPSI

Skripsi ini tidak dipublikasikan, namun tersedia di perpustakaan dalam

lingkungan Universitas Airlangga, diperkenankan dipakai sebagai referensi

kepustakaan, tetapi pengutipan harus seijin penyusun, dan harus menyebutkan

sumbernya sesuai dengan kebiasaan ilmiah.

Dokumen skripsi ini merupakan hak milik Universitas Airlangga



Siti Mariyam

v

KATA PENGANTAR

Puji syukur ke hadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan

hidayah-Nya sehingga penyusun dapat menyelesaikan penulisan naskah skripsi

yang berjudul “Pemanfaatan Katalis Al3+-bentonit untuk Reaksi Esterifikasi

Asam Palmitat Menjadi Metil Palmitat“. Naskah skripsi ini dibuat dalam

rangka memenuhi persyaratan akademis pendidikan sarjana sains dalam bidang

kimia Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga.

Penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Dr. Nanik Siti Aminah, M.Si dan Abdulloh, S.Si, M.Si selaku dosen

pembimbing I dan II yang telah memberikan bimbingan dan arahan

kepada penulis hingga selesainya naskah skripsi ini.

2. Dr. Mulyadi Tanjung, M.Si dan Drs. Yusuf Syah, MS selaku dosen

penguji I dan II yang telah memberikan kritik dan saran kepada penulis

hingga selesainya naskah skripsi ini.

3. Drs. Handoko darmokoesoemo, DEA., selaku dosen wali yang telah

mengajarkan dan memberikan bimbingan selama perkuliahan.

4. Bapak dan Ibu dosen kimia yang telah mendidik dan memberikan

dukungan selama perkuliahan

5. Ummi, bapak, dan saudaraku tercinta (muzdalifah, Sieb Ali, Syarofah,

Nur Fadilah, Siti Halimah) yang telah memberikan segala dorongan

berupa doa, bantuan materiil dan semangat. Hanya Allah saja yang bisa

membalasnya.

6. Sahabat serta saudara terbaikku selama menempuh kuliah, A`yunil



Siti Mariyam

vi

Hisbiyah dan Vridayani Anggie yang selalu memberikan semangat,

bantuan serta masukan yang sangat membangun dalam hal apapun.

7. Teman-teman terbaikku Deby, Bela, Avi, Riza, Faiz, Rista, Afiyan, dan

Physic Lovers, terima kasih untuk masukan dan dukungan selama ini.

8. Irfan Supriyono, terima kasih untuk kata motivasi “Semangat dan

Sabar” yang selalu diberikan kepada penulis.

9. Rekan-rekan mahasiswa Kimia FST 2008 yang telah memberikan

banyak cerita dan kebersamaan selama kuliah di Universitas Airlangga.

10. Karyawan dan karyawati FSAINTEK UNAIR dan petugas laboratorium,

serta pihak-pihak lain yang telah banyak yang membantu namun tidak

sempat disebutkan satu-persatu.

Penulis menyadari bahwa masih terdapat banyak kekurangan dalam

penyusunan naskah skripsi ini, oleh karena itu penulis sangat mengharapkan

kritik dan saran yang bersifat membangun untuk kesempurnaan penulisan naskah

skripsi ini agar bermanfaat bagi semua pihak.

Surabaya, Juli 2012

Penulis



Siti Mariyam

vii

Mariyam, S., 2012, Pemanfaatan Katalis Al3+-bentonit untuk Reaksi Esterifikasi Asam Palmitat Menjadi Metil Palmitat, Skripsi ini di bawah bimbingan Dr. Nanik Siti Aminah, M.Si. dan Abdulloh, S.Si., M.Si., Departmen Kimia, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga, Surabaya

ABSTRAK

Asam palmitat merupakan salah satu dari sekian banyak asam lemak yang

berasal dari minyak nabati dan hewani. Salah satu turunan asam palmitat adalah

metil palmitat.Penelitian ini bertujuan untuk menggunakan Al3+-bentonit pada

reaksi esterifikasi asam palmitat menjadi metil palmitat. Penelitian ini diawali

dengan membuat katalis Al3+-bentonit dari bentonit komersial dan bentonit alam

kemudian dikarakterisasi menggunakan XRD, BET dan FT-IR. Katalis Al3+-

bentonit diaplikasikan untuk reaksi esterifikasi asam palmitat menjadi metil

palmitat untuk mendapatkan konversinya pada rentang waktu 0.5; 1; 2; 3; 4; 5; 6;

dan 7 jam dengan pemanasan 65°C. Nilai maksimum konversi metil palmitat

menggunakan katalis Al3+-bentonit komersial dan katalis Al3+-bentonit alam

Turen-Malang berturut-turut adalah 59,14% dan 82.23%. Hasil analisis GC-MS

menunjukkan spektra MS untuk produk metil palmitat.

.

Kata kunci : metil palmitat, esterifikasi, Al3+

-bentonit



Siti Mariyam

viii

Mariyam, S., 2012, Palmitic Acid Esterification into Methyl Palmitic Using Al³⁺-Bentonite Catalyst, This study is under guidance of Dr. Nanik Siti Aminah, M.Si. and Abdulloh, S.Si., M.Si., Chemistry Department, Science and Technology Faculty, Airlangga University, Surabaya

ABSTRACT

Palmitic acid is one of many fatty acids derived from vegetable and

animal oils. One of the palmitic acid derivative is methyl palmitate. This research

is purposed to use Al3+-bentonite in esterification of palmitic acid into methyl

palmitate. Besides that, this research is to find out the conversion of methyl

palmitate using Al3+-bentonite was compared using commercial bentonite and

natural bentonite. This research was started with made Al3+-bentonite from

commercial bentonite and natural bentonite followed by characterizations using

XRD and FT-IR. Al3+-bentonite were applied in esterification of palmitic acid into

methyl palmitic to find its convertion in 0,5; 1; 2; 3; 4; 5; 6; and 7 hour with

heating at 65°C. Furthermore, the total conversion value of methyl palmitate was

determined. The maximum conversion value of methyl palmitate with Al3+-

bentonite commercial were 59,14% and 82,23% with natural Al3+-bentonite. The

result of GC-MS analysis gave MS spectra some products of esterification.

Keywords : methyl palmitate, esterification, Al3+

-bentonite



Siti Mariyam

ix

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ...................................................................................... i LEMBAR PERNYATAAN ............................................................................ ii LEMBAR PENGESAHAN ............................................................................. iii LEMBAR PENGGUNAAN SKRIPSI ............................................................ iv KATA PENGANTAR .................................................................................... v ABSTRAK ..................................................................................................... vii ABSTRACK ................................................................................................... viii DAFTAR ISI .................................................................................................. ix DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... xi DAFTAR TABEL .......................................................................................... xii DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................... xiii

BAB I. PENDAHULUAN............................................................................ 1 1.1 Latar Belakang Masalah .................................................... 1 1.2 Rumusan Masalah ............................................................. 3 1.3 Tujuan Penelitian .............................................................. 4 1.4 Manfaat Penelitian............................................................. 4 BAB II. TINJAUAN PUSTAKA................................................................ 5 2.1 Asam Palmitat ................................................................... 5 2.2 Metil Palmitat .................................................................... 5 2.3 Bentonit ............................................................................ 6 2.4 Pertukaran Kation (cation exchange) ................................. 10 2.5 Esterifikasi ........................................................................ 11 2.6 Katalis ............................................................................... 12 2.7 Adsorpsi............... ............................................................ 13 2.8 Karakteristik Metil Palmitat............................................... 14 2.8.1 Bilangan Asam .................................................... 14 2.9 Difraksi Sinar-X ............................................................ 15 2.10 Fourier Transform-Infrared (FT-IR) ................................. 17 2.11 Kromatografi Gas-Spektrometri Massa .............................. 20 BAB III. METODE PENELITIAN... ........................................................... 23 3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ............................................ 23 3.2 Alat dan Bahan ............................................................ 23 3.2.1 Alat-alat ............................................................ 23 3.2.2 Bahan-bahan ........................................................ 23 3.3 Diagram Alir Penelitian ..................................................... 24 3.3.1 Pembuatan Katalis Al3+-bentonit ............................... 24 3.3.2 Pembuatan Metil Palmitat ......................................... 25 3.4 Metode Penelitian ............................................................ 26 3.4.1 Pembuatan larutan KOH 0,1 N............................. 26 3.4.2 Pembuatan larutan Baku Asam Oksalat ................ 26



Siti Mariyam

x

3.4.3 Pembuatan larutan AlCl3 0,5 M ............................ 26 3.4.4 Pembuatan Phenolphtalein 1% ........................... 26 3.4.5 Pembuatan katalis Al3+-bentonit........................... 27 3.4.6 Karakterisasi katalis Al3+-bentonit ....................... 27 3.4.6.1 Analisis Difraksi Sinar-X (XRD) .............. 27 3.4.6.2 Penentuan Situs Asam Al3+-bentonit......... 27 3.4.6.3 Analisis FT-IR ......................................... 28 3.4.6.4 Analisis BET ............................................ 29 3.4.7 Pembuatan Metil Palmitat .................................... 29 3.4.7.1 Analisis Bilangan Asam ........................... 29 3.4.7.2 Analisis GC-MS ....................................... 30 BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN................ ...................................... 31 4.1 Pencucian bentonit Turen Malang ..................................... 31 4.2 Pembuatan katalis Al3+-bentonit ........................................ 32 4.3 Karakterisasi katalis Al3+-bentonit ..................................... 33 4.3.1 Struktur Al3+-bentonit ............................................... 33 4.3.2 Situs Asam Al3+-bentonit .......................................... 35 4.3.3 Luas permukaan Al3+-bentonit .................................. 38

4.4 Aktivitas katalis Al3+-bentonit pada esterifikasi asam palmitat..................... ......................................................... 39

4.4.1 Konversi metil palmitat............................................. 40 4.4.2 karakterisasi metil palmitat menggunakan GCMS ..... 42

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ...................................................... 45 5.1 Kesimpulan................... ..................................................... 45 5.2 Saran.................................................... ............................... 45

DAFTAR PUSTAKA............................................................................... ......... 47 LAMPIRAN.............................................................................................. ......... 51



Siti Mariyam

xi

DAFTAR GAMBAR

No. Judul Halaman

2.1 2.2 2.3

Struktur 3 dimensi asam palmitat................................... Struktur 3 dimensi metil palmitat.................................. Struktur tiga dimensi montmorillonit.............................

5 6 8

2.4 Struktur dua lapisan kation montmorillonit dengan interlayer dan air.............................................................

10

2.5 Reaksi esterifikasi dengan katalis asam......................... 12 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 4.10 4.11 4.12 4.13 4.14

Difraksi Bragg sinar-X................................................... Spesies piridin yang terbentuk melalui interaksi dengan katalis................................................................. Spektrum FT-IR Al3+-bentonit....................................... Pola fragmentasi asam palmitat..................................... Pola fragmentasi metil palmitat...................................... Lempung bentonit Turen Malang................................... Katalis Al3+-bentonit alam dan Al3+-bentonit komersial Spektrum XRD bentonit alam dan Al3+-bentonit alam Spektrum XRD bentonit komersial dan Al3+-bentonit komersial......................................................................... Spesies piridin-Bronsted, piridin yang berikatan hidrogen dengan OH-bentonit, piridin-Lewis................ Spektrum FT-IR Al3+-bentonit alam............................... Spektrum FT-IR Al3+-bentonit komersial....................... Hasil esterifikasi (metil palmitat)................................... Grafik perbandingan konversi metil palmitat................ KromatogramGC metil palmitat menggunakan Al3+-bentonit alam................................................................. Spektrum massa produk metil palmitat.......................... KromatogramGC metil palmitat menggunakan Al3+bentonit komersial.................................................... Spektrum massa produk metil palmitat menggunakan Al3+-bentonit komersial.................................................. Pola fragmentasi metil palmitat......................................

16

19 19 22 22 31 33 34

35

37 38 38 40 41

43 43

44

44 45



Siti Mariyam

xii

DAFTAR TABEL

No. Judul Halaman

2.1 4.1 4.2 4.3

Sifat-sifat Na-bentonit dan Ca-bentonit ........................ Data XRD bentonit......................................................... Hasil analisa luas permukaan bentonit........................... Hasil perhitungan bilangan asam dan nilai konversi metil palmitat.................................................................

9 35 39

41



Siti Mariyam

xiii

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran Judul Lampiran Lampiran 1 Difraktogram XRD Bentonit alam Turen-Malang Lampiran 2 Difraktogram XRD Bentonit komersial Lampiran 3 Difraktogram XRD Al3+-bentonit alam Turen-Malang Lampiran 4 Difraktogram XRD Al3+-bentonit Komersial Lampiran 5 Spektrum FT-IR Bentonit alam Lampiran 6 Spektrum FT-IR Bentonit komersial Lampiran 7 Spektrum FT-IR Al3+-bentonit alam Turen-Malang Lampiran 8 Spektrum FT-IR Al3+-bentonit komersial Lampiran 9 Perhitungan jumlah situs asam BrØnsted dan Lewis Lampiran 10 Perhitungan bilangan asam metil palmitat Lampiran 11 Kromatogram dan Spektrum massa metil palmitat Lampiran 12 Hasil BET bentonit



Siti Mariyam

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Asam palmitat merupakan salah satu dari sekian banyak asam lemak yang

berasal dari minyak nabati dan hewani. Minyak kelapa mengandung 92% asam

palmitat, minyak kelapa sawit mengandung 50% asam palmitat dan minyak jarak

pagar mengandung asam palmitat sekitar 19,5% (Akintayo, 2004). Salah satu

turunan asam palmitat adalah metil palmitat. Senyawa ini banyak dimanfaatkan di

bidang industri, yaitu kosmetik, parfum, bumbu masakan, dan biodiesel.

Metil palmitat dapat disintesis melalui reaksi esterifikasi menggunakan

katalis asam. Katalis asam yang digunakan dapat berada dalam satu fasa (katalis

asam homogen) atau berbeda fasa (katalis asam heterogen). Pemakaian katalis

heterogen di industri lebih disukai daripada katalis homogen, karena katalis

heterogen mudah dipisahkan dari produk, tidak membutuhkan proses netralisasi di

akhir reaksi, dapat dipakai berulang-ulang dan ramah lingkungan. Sedangkan

katalis homogen susah dipisahkan dari produk, membutuhkan proses netralisasi

di akhir reaksi, sehingga tidak bisa digunakan kembali dan berpotensi mencemari

lingkungan. (Carmo, et al 2009).

Salah satu katalis heterogen yang dapat dimanfaatkan untuk reaksi

esterifikasi adalah bentonit. Bentonit merupakan tanah liat yang memiliki

kandungan utama berupa mineral monmorilonit (80%). Struktur monmorilonit

terdiri dari tiga lapisan yaitu satu lapisan alumina berbentuk oktahedral pada



Siti Mariyam

bagian tengah diapit oleh dua buah lapisan silika berbentuk tetrahedral (Syuhada,

2009). Sebagai katalis, bentonit memiliki karakter keasaman, yaitu Lewis dan

BrØnsted (Reddy, 2002).

Beberapa studi penggunaan bentonit sebagai katalis yang telah dilaporkan

adalah: reaksi esterifikasi asam fenilasetat dengan fenol menghasilkan fenil asetat

dengan konversi 67% selama 6 jam (Akintayo, 2004), reaksi esterifikasi anhidrida

suksinat dengan p-kresol dalam (p-kresol) suksinat dengan konversi 75% selama 8

jam (Reddy, 2004), reaksi esterifikasi asam suksinat dengan iso butanol menjadi

di-(iso-butil) suksinat dengan konversi 96% selama 8 jam (Reddy, 2005) dan

reaksi esterifikasi asam propanoat dengan p-kresol menjadi p-kresil propanoat

dengan konversi 88% selama 8 jam (Reddy, 2007).

Lempung bentonit di Indonesia terbesar di Pulau Jawa, Sumatera, sebagian

Kalimantan dan Sulawesi, dengan cadangan diperkirakan lebih dari 380 juta ton.

Di Pulau Jawa, bentonit banyak tersebar di wilayah Jawa Timur khususnya daerah

Pacitan, Malang dan Ponorogo.

Berdasarkan uraian tersebut, maka pada penelitian ini akan dilakukan

modifikasi bentonit Turen Malang untuk reaksi esterifikasi asam palmitat menjadi

metil palmitat. Modifikasi yang dilakukan antara lain dengan pertukaran kation

pada ruang antar lembaran aluminasilikat (cation exchange). Pertukaran kation

dilakukan dengan menggunakan larutan Al3+. Kation Al3+ dipilih karena kation ini

memiliki densitas muatan cation exchange yang paling besar diantara kation yang

lain sehingga berpengaruh terhadap daya polarisasi dan jumlah situs asam. Untuk

mengetahui efektifitas pemanfaatan katalis Al3+-bentonit hasil modifikasi



Siti Mariyam

bentonit alam Turen, maka perlu dibandingkan kinerja katalis tersebut dengan

katalis yang sama hasil modifikasi bentonit komersial. Bentonit yang telah

dimodifikasi harus dikarakterisasi meliputi struktur, kandungan situs asam serta

luas permukaannya untuk mengetahui kualitas dari bentonit tersebut. Apabila

bentonit yang telah dimodifikasi memiliki karakteristik yang baik, maka bentonit

tersebut dapat dilakukan uji pada reaksi esterifikasi asam palmitat menjadi metil

palmitat.

1.2 Rumusan Masalah

Dari latar belakang yang telah diuraikan maka dapat dirumuskan

permasalahan sebagai berikut :

1. Bagaimana karakteristik yang meliputi struktur, kandungan situs asam serta

luas permukaan pada katalis Al3+-bentonit alam Turen Malang dan Al3+-

bentonit komersial?

2. Apakah Al3+-bentonit alam Turen Malang dan Al3+-bentonit komersial dapat

dimanfaatkan sebagai katalis pada reaksi esterifikasi asam palmitat menjadi

metil palmitat?

3. Berapakah konversi yang diperoleh pada reaksi esterifikasi asam palmitat

menjadi metil palmitat dengan menggunakan katalis Al3+-bentonit alam Turen

Malang dan Al3+-bentonit komersial?



Siti Mariyam

1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut :

1. Mengetahui karakteristik yang meliputi struktur, situs asam, dan luas

permukaan pada katalis Al3+-bentonit alam Turen Malang dan Al3+-bentonit

komersial.

2. Memanfaatkan Al3+-bentonit alam Turen Malang dan Al3+-bentonit komersial

sebagai katalis dalam reaksi esterifikasi asam palmitat menjadi metil palmitat.

3. Mengetahui konversi yang diperoleh pada reaksi esterifikasi asam palmitat

menjadi metil palmitat dengan menggunakan katalis Al3+-bentonit alam Turen

Malang dan Al3+-bentonit komersial.

1.4 Manfaat Penelitian

Memberikan informasi mengenai pemanfaatan Al3+- bentonit alam Turen

Malang dan Al3+-bentonit komersial sebagai katalis untuk reaksi esterifikasi asam

palmitat sebagai pengganti katalis homogen sehingga dapat digunakan sebagai

bahan dasar dalam berbagai industri seperti industri kosmetik, parfum, bumbu

masakan dan biodiesel.



Siti Mariyam

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Asam Palmitat

Asam palmitat merupakan asam lemak jenuh yang tersusun dari 16 atom

karbon CH3(CH2)14COOH. Pada suhu ruang, asam palmitat berwujud padat

berwarna putih. Asam palmitat memiliki massa molar sebesar 256,42 g/mol dan

memiliki densitas 0,853 g/cm3 pada suhu 62°C. Titik leleh dari asam palmitat

adalah 62,9°C, sedangkan titik didihnya sebesar 351-352°C. Asam palmitat tidak

larut dalam air. Dalam industri, asam palmitat banyak dimanfaatkan dalam bidang

kosmetika dan pewarnaan. Dari segi gizi, asam palmitat merupakan sumber kalori

penting namun memiliki daya antioksidan yang rendah. (Merck, 2001)

Gambar 2.1 Struktur 3 dimensi asam palmitat

2.2 Metil Palmitat

Metil palmitat merupakan suatu alkil ester yang memiliki rumus molekul

CH3(CH2)14COOCH3. Metil palmitat memiliki massa molar sebesar 270,46 g/mol.

Titik leleh dari metil palmitat adalah 30°C, sedangkan titik didihnya pada suhu

415-418°C. Metil palmitat tidak larut dalam air dan memiliki densitas sebesar

0,852 g/cm3. Dibandingkan dengan asam palmitat, metil palmitat memiliki

5



Siti Mariyam

manfaat yang lebih beragam. Senyawa ini banyak dimanfaatkan di bidang

industri, yaitu kosmetik, parfum, bumbu masakan, dan biodiesel. (Merck, 2001).

Gambar 2.2 Struktur 3 dimensi metil palmitat

2.3 Bentonit

Bentonit adalah istilah pada lempung yang mengandung 80%

montmorilonit dalam dunia perdagangan. Lempung bentonit di Indonesia terbesar

di Pulau Jawa, Sumatera, sebagian Kalimantan dan Sulawesi, dengan cadangan

diperkirakan lebih dari 380 juta ton. Bentonit mempunyai kemampuan

mengembang yang tinggi karena adanya ruang anterlamellar yang dapat dimasuki

oleh air. Ruangan ini terbentuk dari unit-unit lapisan silika-alumina-silika, atom

oksigen dan hidroksil yang bertumpuk secara paralel (Tan, 1991)

Struktur montmorillonit terdiri dari dua tipe struktur smektit yaitu struktur

menurut (1) Hoffman dan Endell dan (2) Edelman dan Favajee. Kedua hipotesis

tersebut menunjukkan kesamaan dalam hal struktur sel unit yang dianggap

simetris. Satu lembar oktahedral aluminium diapit oleh dua lembar tetrahedral

silika. Lapisan-lapisan kristal bertumpuk dalam pola acak, sedang beberapa dari

mineral tersebut bahkan berbentuk serat dengan ikatan yang menahan lapisan-

lapisan bersama secara nisbi lemah.



Siti Mariyam

Perbedaan antara Hoffman dan Endell dengan struktur Edelman dan

Favajee terletak pada susunan jaringan tetrahedral silikanya. Edelman dan Favajee

berpendapat bahwa ada suatu susunan alternatif dari tetrahedral silika dengan

ikatan Si-O-Si bersudut 180 °C, dengan bidang dasar yang terdiri atas gugus-

gugus OH yang terikat pada silika dalam tetrahedron (Tan, 1991).

Bentonit mempunyai muatan negatif pada permukaannya, sehingga

memungkinkan terjadinya reaksi pertukaran ion. Muatan negatif pada permukaan

bentonit dapat menarik kation-kation dengan gaya elektrostatik. Reaksi pertukaran

kation merupakan reaksi stoikiometri untuk mempertahankan elektronetralitas

tanah. Reaksi pertukaran kation dalam bentonit dapat terjadi karena substitusi

isomorfous atom Al dalam lembar oktahedral. Pertukaran kation hanya bisa

dilakukan pada kation yang terletak diantara lapisan supaya tidak mempengaruhi

struktur silika-alumina (Yulianto, 2008). Masuknya kation ke dalam ruang

antarlapis struktur lempung pada dasarnya merupakan ion penyeimbang

(counterion) muatan negatif. Kation tersebut dapat dipertukarkan dengan kation

lain yang mempunyai ikatan lebih kuat. Kekuatan pertukaran ion adalah Na+ < K+

< Ca2+ < Mg2+ < NH4+ , yang berarti kation NH4

+ dapat menukar ion-ion Na+ , K+ ,

Ca2+, dan Mg2+ (Grim, 1968)

Penggantian atom valensi positif rendah terhadap atom valensi lebih tinggi

mengakibatkan terjadinya kekurangan muatan positif atau terjadi kelebihan

muatan negatif. Kelebihan muatan negatif pada lapisan ini menyebabkan adanya

adsorpsi permukaan lapisan terhadap kation. Muatan yang terbentuk bisa

disetimbangkan melalui adsorpsi kation yang masuk ke dalam ruang interlamellar.



Siti Mariyam

Kation dengan valensi lebih rendah diadsorpsi kurang kuat dan tidak efisien dari

pada kation dengan valensi lebih besar. Tetapi hal ini tidak bisa terjadi pada ion

Hidrogen karena sifat-sifat hidrasinya yang tidak tentu (Foth, 1988)

Gambar 2.3 Struktur tiga dimensi montmorillonit ( Itälä, 2009)

Bentonit diklasifikasikan menjadi dua kelompok yaitu natrium bentonit

dan kalsium bentonit. Pengelompokan ini berdasarkan jenis kation yang mudah

dipertukarkan. Natrium bentonit merupakan jenis bentonit dimana kation Na+

mudah dipertukarkan (Onal et al., 2000). Natrium bentonit mengandung lebih

banyak ion Na+ dibandingkan ion Ca2+ dan Mg2+. Bentonit ini dapat mengembang

hingga 8-15 kali apabila dicelupkan ke dalam air. Sedangkan kalsium bentonit

memiliki kandungan Ca2+ dan Mg2+ lebih banyak dari Na+ serta mudah

dipertukarkan. Bentonit jenis ini memiliki sifat sedikit menyerap sehingga apabila

didispersikan dalam air akan cepat mengendap (Syuhada, 2009). Sifat-sifat Na-

bentonit dan Ca-bentonit dapat dilihat pada tabel 2.1



Siti Mariyam

Tabel 2.1 Sifat-sifat Na-bentonit dan Ca-bentonit (Sukandarrumidi, 1990)

Sifat Fisik Ca-bentonit Na-bentonit

Kekuatan dalam keadaan basah Tinggi Sedang

Perkembangan daya ikat Cepat Sedang

Kekuatan tekan Sedang Tinggi

Panas Rendah Tinggi

Kering Rendah Tinggi

Keawetan :

Daya tahan terhadap penyusutan

Daya mengembang

Kemantapan terhadap panas pada

temperatur cetak

Daya mengalirkan listrik

Rendah

Tidak baik

Sangat baik

Mudah

Tinggi

Sangat baik

Sedang

Sukar

Bentonit memiliki banyak manfaat antara lain, natrium bentonit digunakan

sebagai lumpur pembilas pada kegiatan pemboran, penyumbat kebocoran

bendungan dan kolam, serta dalam industri minyak sawit. Sedangkan kalsium

bentonit digunakan sebagai bahan pemucat warna pada proses pemurnian minyak

goreng, katalis pada industri kimia, zat pemutih, zat penyerap, dan sebagai filter

pada industri kertas dan polimer (Syuhada, 2009).

Sebagai katalis, bentonit memiliki karakter keasaman BrØnsted, Lewis

atau keduanya. Keasaman Lewis dikarenakan kation Al3+ dan Fe3+ yang terletak

pada tepi kristal. Keasaman Lewis dapat ditingkatkan dengan pertukaran kation



Siti Mariyam

pada interlayer dengan kation lain seperti Al3+, Fe3+, NH4+, dan H3O+ (Reddy,

2007).

Keasaman BrØnsted dipengaruhi oleh jumlah air didalam kristal. Bila

bentonit dipanaskan pada suhu 100ºC, maka sebagian besar air pada interlayer

akan hilang sampai tersisa kira-kira 5% total air dalam bentonit. Pada keadaan ini

keasaman Bronsted akan meningkat. Bila dipanaskan lagi pada temperatur yang

lebih tinggi (sekitar 200-400ºC), maka air pada interlayer akan hilang semuanya

sehingga keasaman BrØnsted akan menurun sedangkan keasaman Lewis akan

meningkat. Pemanasan yang lebih tinggi lagi (sekitar 450ºC dan diatasnya) akan

menyebabkan dehidroksilasi pada lapisan aluminasilikat sehingga menghasilkan

padatan amorf (Yahiaoui et al., 2003).

Gambar 2.4 Struktur dua lapisan kation montmorillonit dengan interlayer dan air (Itälä, 2009)

2.4 Pertukaran Kation (cation exchange)

Pertukaran kation merupakan proses dimana kation dari larutan bertukar

dengan kation yang berada pada interlayer dari bentonit. Interlayer pada bentonit

terdiri dari kation-kation yang mudah dipertukarkan. Substitusi isomorf pada

permukaan bentonit misalkan Si4+ dengan Al3+ pada lapisan tetrahedral, Al3+ oleh



Siti Mariyam

Mg2+ pada lapisan octahedral, menyebabkan kelebihan muatan negatif pada

permukaannya. Muatan negatif ini dapat diseimbangkan dengan melakukan

adsorpsi kation ke dalam interlayer dari bentonit atau dengan mensubstitusi balik

menggunakan kation yang bermuatan lebih (Kloprogge, 1998).

Kation-kation yang dapat dipertukarkan dengan kation yang berada pada

interlayer antara lain kation logam maupun kation nonlogam, misalnya H3O+,

NH4+, Al3+, dan Fe3+. Syarat kation yang dapat dipertukarkan dengan kation lain

adalah memiliki ikatan yang kuat (Reddy, 2002).

2.5 Esterifikasi

Esterifikasi adalah suatu reaksi ionik yang merupakan gabungan dari

reaksi adisi dan reaksi penataan ulang eliminasi. Esterifikasi juga dapat

didefinisikan sebagai reaksi antara asam karboksilat dan alkohol (Gandhi, 2007).

Esterifikasi dapat dilakukan dengan menggunakan katalis enzim (lipase) dan asam

anorganik (asam sulfat dan asam klorida), dengan berbagai variasi alkohol

biasanya metanol, etanol, propanol, butanol, dan amil alkohol. Di antara alkohol

tersebut yang paling sering digunakan adalah metanol karena harganya murah dan

merupakan alkohol yang paling sederhana (Ozgulsun, 2008).

Esterifikasi dengan katalis basa umumnya jauh lebih cepat dibandingkan

dengan esterifikasi dengan katalis asam, sehingga katalis basa sering digunakan

dalam skala komersial. Pada reaksi esterifikasi, kadar asam lemak harus

diusahakan seminim mungkin sampai 1%, kadar asam lemak bebas akan

mengurangi keaktifan katalis basa dan juga asam lemak bebas akan bereaksi



Siti Mariyam

dengan sebagian katalis basa tersebut membentuk sabun (Tiwari et al, 2007).

Keuntungan dalam menggunakan katalis basa yaitu reaksi dapat berlangsung lebih

cepat. Akan tetapi, kelemahan dari katalis basa yaitu tidak dapat digunakan secara

langsung pada minyak yang mempunyai kandungan asam lemak bebas yang

tinggi (Tiwari et al, 2007).

R C

O

O HH+

R C

O

OH2

-H2OR C

O

R'-O-H

R C

O

HO R'

-H+

R C

O

O R'

EsterGambar 2.5 Reaksi Esterifikasi dengan katalis asam

2.6 Katalis

Fungsi dari katalis adalah untuk mempercepat reaksi dengan menurunkan

energi aktivasi reaksi tetapi tidak merubah letak kesetimbangan. Reaksi

esterifikasi yang dijalankan tanpa menggunakan katalis membutuhkan suhu 25°C

untuk menjalankan reaksi. Katalis yang sering digunakan adalah asam, basa, dan

penukar ion. Dengan katalis basa, reaksi dapat berjalan pada suhu kamar, sedang

dengan katalis asam suhu yang dibutuhkan yaitu 100 °C (Kirk, 1992).

Katalis yang digunakan dapat berupa katalis homogen atau heterogen.

Katalis homogen adalah katalis yang mempunyai fase yang sama dengan reaktan

dan produk, sedangkan katalis heterogen adalah katalis yang fasenya berbeda

dengan reaktan dan produknya (Widyastuti, 2007). KOH dan NaOH dalam

alkohol adalah jenis katalis homogen yang paling sering digunakan.



Siti Mariyam

Penggunaan katalis homogen memiliki beberapa kelemahan diantaranya

sulit dipisahkan dari produk dan tidak ramah lingkungan. Katalis homogen tidak

dapat digunakan kembali sehingga dapat menimbulkan polusi tanah serta proses

penggunaan katalis homogen memerlukan biaya yang tidak murah. Berbeda

dengan katalis homogen, katalis heterogen lebih ramah lingkungan, serta dapat

digunakan kembali setelah beberapa kali pemakaian. Disamping itu, penggunaan

katalis heterogen cukup murah dibandingkan dengan katalis homogen (Mäki, et

al., 2004). Oleh karena itu, katalis heterogen kini mulai diaplikasikan oleh

beberapa industri karena mudah dipisahkan dari produk dengan filtrasi, dan dapat

digunakan kembali dalam jangka waktu yang cukup lama (Yadav & Thathagar,

2002).

2.7 Adsorpsi

Adsorpsi adalah suatu fenomena permukaan dimana molekul-molekul gas

atau cairan menempel pada permukaan zat lain (biasanya padatan) dan

membentuk lapisan tipis yang menutupi permukaan tersebut ( Hampel dan

Hawley, 1982). Pengertian ini berbeda dengan absorbsi, yaitu proses transfer

massa dimana absorbat terserap ke dalam seluruh bagian volume dari absorben

(Maludzinska, 1990).

Ditinjau dari gaya yang terjadi selama proses, adsorpsi dapat dibedakan

menjadi dua jenis yaitu adsorpsi fisika dan adsorpsi kimia. Adsorpsi fisika adalah

proses adsorpsi yang melibatkan gaya-gaya van der waals yang merupakan hasil

interaksi dipol-dipol pada jarak pendek. Peranannya hanya penting pada jarak



Siti Mariyam

dekat oleh karena gaya ini menurun secara drastis dengan jarak. Sedangkan

adsorpsi kimia atau “kemisorpsi” melibatkan suatu ikatan kimia. Ikatan yang

terlibat biasanya adalah ikatan hidrogen, ikatan elektrostatik dan reaksi

koordinsai. Pada umumnya adsorpsi dinyatakan dengan isoterm adsorpsinya, yaitu

menunjukkan hubungan hubungan konsentrasi-konsentrasi dari bahan teradsorpsi

pada suatu suhu tetap.

2.8 Karakteristik metil palmitat

Untuk mengetahui kualitas metil palmitat yang dihasilkan, maka dilakukan

analisis terhadap karakteristik metil palmitat menggunakan metode ASTM

2.8.1 Bilangan Asam

Bilangan asam merupakan bilangan yang menyatakan jumlah miligram

NaOH yang dibutuhkan untuk menetralkan asam lemak bebas dari suatu minyak

atau lemak. Bilangan asam dapat digunakan untuk mengetahui jumlah asam lemak

bebas pada minyak atau lemak (Sudarmaji, 1997). Bilangan asam dapat dihitung

menggunakan rumus :

Bilangan Asam = V x N x MrG

Keterangan : N = Volume NaOH untuk titrasi (mL)

Mr = Massa molekul relatif NaOH

G = Berat sampel (g)

2.9 Difraksi Sinar-X



Siti Mariyam

Sinar-X dihasilkan dalam tabung sinar-X. Elektron keluar dari katoda lalu

dipercepat oleh sumber tegangan tinggi di dalam vakum anoda berupa logam.

Elektron yang berasal dari katoda, selanjutnya menumbuk logam. Tumbukan ini

mengakibatkan elektron dalam (misalnya kulit K) atom logam tersebut terlepas.

Atom tertinggal dalam keadaan tereksitasi yang bukan keadaan stabil. Maka

terjadilah pengisian kekosongan kulit oleh elektron dari kulit yang lebih luar.

Perpindahan ini disertai dengan pancaran radiasi dengan panjang gelombang

tertentu. Pancaran ini merupakan spektrum yang terdiri dari Kα dan Kβ. Spektrum

Kα memiliki intensitas yang lebih besar daripada Kβ. Selanjutnya, kedua

spektrum ini masuk pada monokromator dan dihasilkan sinar-X monokromatik

(berasal dari spektrum Kα) yang diperlukan untuk difraksi (Sudarningsih, 2008).

Pada tahun 1912 fisikawan Jerman Von Laue menyatakan bahwa kristal

terdiri dari barisan atom-atom yang teratur sedangkan sinar-X adalah gelombang

yang memiliki panjang gelombang mendekati jarak antar atom pada kristal, maka

kristal tersebut mendifraksikan sinar-X. Letak dan intensitas dari sinar difraksi

ditentukan oleh geometri kristal serta letak dari komponen-komponen atom

penyusun kristal (Ladd, et.al, 1986).

Pernyataan yang disampaikan oleh Von Laue ini kemudian dikembangkan

oleh fisikawan Inggris W.L Bragg. Pada tahun 1913 Bragg menyatakan bahwa

berkas sinar-X monokromatik yang jatuh pada kristal, akan didifraksikan kesegala

arah. Namun demikian, keteraturan letak atom-atom membuat gelombang hambur

memiliki interferensi pada arah tertentu, yaitu interferensi konstruktif dan



Siti Mariyam

destruktif. Radiasi yang didifraksikan oleh atom kristal harus berada pada fase dan

interferensi konstruktif yang ditunjukkan oleh gambar 2.6

Gambar 2.6 Difraksi Bragg sinar-X

Sinar-X jatuh pada kristal dengan panjang gelombang nλ dengan sudut θ

tehadap permukaan himpunan bidang Bragg yang jarak antar bidangnya d.

Ketentuan terjadinya interferensi konstruktif yaitu, sinar yang terdifraksi harus

sejajar dan beda jarak jalannya tepat λ, 2λ, 3λ dan seterusnya. Berkas sinar-X

yang didifraksikan oleh atom A dan atom B yang memenuhi persamaan berikut

ini yang dikenal dengan Persamaan Bragg

2d sin θ = n λ

Ketentuan; n adalah sudut difraksi, λ adalah panjang gelombang, d adalah jarak

antar bidang dan n adalah orde refleksi (1,2,3,4,...).

Difraksi sinar-X merupakan teknik non-magnetik yang dapat memberi

informasi tentang jenis mineral yang terdapat dari material. Ada dua metode

difraksi sinar-X yang digunakan, yaitu metode kristal tunggal (X-ray single

crystal) dan metode bubuk (X-ray powder). Metode kristal tunggal digunakan

dalam identifikasi kualitatif sampel kristal sempurna yang berukuran 0,3 mm.



Siti Mariyam

Metode ini juga digunakan untuk elusidasi struktur senyawa baru, baik bahan

alam maupun molekul sintetik. Metode bubuk (X-ray powder) banyak digunakan

dalam identifikasi kualitatif pada senyawa-senyawa kristalin atau senyawa-

senyawa yang memiliki fase kristalin. Setiap kristal memiliki pola serbuk yang

unik yang dapat digunakan sebagai fingerprint untuk tujuan identifikasi. Oleh

karena itu, suatu zat padat dapat diidentifikasi berdasarkan pola serbuknya.

Metode bubuk (X-ray powder) banyak digunakan untuk analisis, karena memiliki

sumber referensi yang digunakan untuk mengidentifikasi kristal yang belum

diketahui. Sumber referensi ini adalah Powder diffraction File (Joint Committee

on Powder Diffraction Standards, Swarthmore, USA) yang dikenal dengan data

ASTM. Data ini memuat kira-kira 3500 material (kristal) (West, 1984).

2.10 Fourier Transform-Infrared (FT-IR)

FT-IR merupakan pengembangan instrumen spektrometer IR yang dapat

digunakan untuk mengidentifikasi adanya gugus fungsi. Prinsip kerja FT-IR

hampir sama dengan IR, hanya berbeda pada sistem optiknya. Pada sistem optik

FT-IR dipakai radiasi LASER yang berguna sebagai radiasi yang diinterferensikan

dengan radiasi IR agar sinyal radiasi IR diterima oleh detektor secara utuh dan

lebih baik. Dasar pemikiran FT-IR adalah deret persamaan gelombang elektronik

yang dirumuskan oleh Jean Baptiste Fourier (1768-1830) sebagai :

a0 + a1 cos ωt + a2 cos 2ωt + …+ b1 sin ωt + b2 sin 2ωt

dimana a dan b merupakan suatu bilangan, t adalah waktu, ω adalah frekuensi

sudut (radian/detik) (Mulja dan Suharman, 1995).



Siti Mariyam

Komponen dasar instrumen FT-IR antara lain sumber radiasi,

interferometer, tempat sampel (sample compartment), detektor, dan komputer

(alat pembacaan). Sumber radiasi berasal dari radiasi inframerah yang selanjutnya

menuju interferometer. Dalam interferometer radiasi inframerah ini akan

berinterferensi dengan sinar LASER. Selanjutnya berkas sinar meninggalkan

interferometer dan masuk pada pada tempat sampel. Berkas cahaya ini

ditransmisikan dan dipantulkan kembali oleh permukaan sampel. Pada tempat

sampel inilah berkas sinar dengan frekuensi spesifik diabsorpsi. Selanjutnya

berkas sinar masuk pada detektor dan sinyal interferogram diukur. Sinyal yang

terukur kemudian dikirim ke komputer yang mana di dalamnya telah terdapat

Fourier transformation.

Salah satu aplikasi dari analisis FT-IR adalah penentuan situs asam

Bronsted-Lewis pada Bentonit, Zeolit, asam heteropoli, dan lain

sebagainya.Metode yang digunakan untuk penentuan keasaman ini adalah metode

serapan piridin.Terdapat dua spesies asam yang terbentuk dari interaksi piridin

dengan katalis. Spesies piridin-Brønsted (A) yang merupakan ion piridinium yang

terbentuk karena adanya ikatan hidrogen antara N (piridin) dengan –OH dari

mineral lempung dan terjadi transfer H+ dari sisi asam Brønsted, sedangkan

spesies priridin-Lewis (C) terbentuk karena ikatan antara elektron yang tidak

berpasangan pada atom nitrogen molekul piridin dengan sisi asam Lewis pada

permukaan bentonit seperti Al atau Zn (Fatimah, 2009).Spesies-spesies piridin

yang terbentuk melalui interaksi dengan katalis terdapat pada Gambar 2.7



Siti Mariyam

N

H

O M

N

H

O M

N

Al (A) (B) (C)

Gambar 2.7. Spesies (A) piridin-Bronsted, (B) piridin yang berikatan hidrogen dengan OH-bentonit, (C) piridin-Lewis

Menurut Parry (1963), daerah di sekitar 1440-1465 cm-1 telah menandakan

adanya ikatan koordinasi antara sisi asam Lewis dengan piridin sedangkan sisi

asam Bronsted muncul pada 1540 cm-1, 1640 cm-1, dan 1485 cm-1. Menurut Tyagi

et al. (2006) dalam Fatimah et al. (2008), sisi asam Lewis akan muncul di sekitar

1450-1455 cm-1, sedangkan sisi asam Bronsted muncul pada 1640 cm-1.

Sedangkan menurut Nagendrapa et al (2008), Spektrum FT-IR Al3+-bentonit

terdapat situs asam Lewis muncul pada bilangan gelombang 1450, 1490, 1590 dan

1620. Sedangkan situs asam Bronsted muncul pada bilangan gelombang 1540 dan

1640.

Gambar 2.8 Spektrum FT-IR Al3+-bentonit (Nagendrapa, 2008)

2.11 Kromatografi Gas-Spektrometri Massa

Kromatografi gas-spektrometri massa merupakan metode instrumentasi

yang terdiri dari instrumen kromatografi gas dan spektrometer massa.



Siti Mariyam

Kromatografi gas digunakan untuk memisahkan komponen-komponen dalam

campuran organik yang mudah menguap, sedangkan spektrometer massa

digunakan untuk menganalisis setiap komponen dalam campuran organik tersebut

sehingga dapat diketahui berat molekul serta pola fragmentasi dari senyawa

organik tersebut (Shriner, 1998).

Cara Kerja dari kromatografi gas-spektrometer massa ini yaitu larutan

sampel dimasukkan pada sistem inlet alat kromatografi gas dengan cara

penyuntikan menggunakan mikropipet. Agar tidak menimbulkan puncak-puncak

berekor yang lebar, penyuntikan sampel harus dalam waktu yang sesingkat-

singkatnya (Gritter, 1991). Jumlah sampel yang dapat dianalisis dengan

instrument kromatografi gas hanya beberapa milligram hingga 200 mg. Jumlah

sampel yang dimasukkan tidak boleh terlalu banyak karena dapat memberikan

kromatogram yang tailing sehingga dapat mengakibatkan kesalahan analisis.

Kemudian sampel diuapkan dan dialirkan menuju kolom kromatografi oleh gas

pembawa inert seperti helium. Sampel yang telah terpisah kemudian masuk pada

sistem spektrometer massa untuk dianalisis lebih lanjut, yaitu diubah menjadi ion-

ionnya. Hasil dari analisis dengan menggunakan instrumen kromatografi gas-

spektrometer massa ini akan didapatkan dua data, yaitu kromatogram dari

senyawa (hasil GC) serta spektrum massa (hasil MS) (Shriner, 1998).

Kromatografi gas merupakan salah satu tipe kromatografi dimana fase

pembawanya adalah gas seperti nitrogen atau helium sedangkan fase diamnya

adalah padatan atau cairan yang inert. Sampel biasanya berwujud cairan pada

temperatur kamar, tetapi dengan cepat dapat diubah menjadi gas sesaat setelah



Siti Mariyam

dimasukkan pada instrumen ini. Kolom kromatografi gas memiliki temperatur

yang cukup tinggi untuk menjaga sampel tetap berada dalam fase gas selama

dilakukan pemisahan pada kolom. Sampel yang telah terpisah dapat terdeteksi

setelah melalui detektor. Detektor terhubung dengan recorder yang merekam

kromatogram dari kromatografi gas (Fritz and Schenk, 1987).

Komponen dasar pada instrumen kromatografi gas antara lain wadah gas

murni bertekanan tinggi yang dilengkapi dengan pengatur tekanan, sistem

pemasukan cuplikan atau injektor, tanur bertermostat, kolom dengan kemasan

yang cocok, detektor (Gritter, 1991).

Komponen dasar pada alat spektrometer massa antara lain sistem inlet

sampel, sumber ion, sistem percepatan ion, pompa vakum, magnet, tabung

analisator massa ion, serta sistem pengumpul (Fessenden and Fessenden, 1986).

Pola fragmentasi asam palmitat dapat dilihat pada gambar 2.8, sedangkan metil

palmitat pada gambar 2.9. Dari pola fragmentasi asam palmitat tersebut, puncak-

puncak yang relatif tinggi terbentuk pada m/z 60 yang dihasilkan dari ion

HOOCCH2•⁺ dan puncak asam palmitat terbentuk pada m/z 256. Sedangkan pada

metil palmitat, puncak kelimpahan tertinggi terbentuk pada m/z 74 yang

dihasilkan dari CH3OC(OH)CH2•⁺ karena adanya McLafferty rearrangment dan

puncak metil palmitat terbentuk pada m/z 270 (Silverstein et al, 1986).



Siti Mariyam

Gambar 2.9 Pola fragmentasi asam palmitat

Gambar 2.10 Pola fragmentasi metil palmitat



Siti Mariyam

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian ini dilaksanakan mulai bulan Januari 2012 sampai dengan bulan

Juni 2012. Tempat penelitian dilakukan di Laboratorium Kimia Fisik, Departemen

Kimia, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga Surabaya sebagai

tempat perlakuan awal bentonit yakni preparasi katalis Al3+-Bentonit dan tempat

pembuatan reaksi esterifikasi metil palmitat, Analisis akan dilakukan pada

beberapa laboratorium di Indonesia.

3.2 Alat dan Bahan

3.2.1 Alat-alat

Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah furnace, timbangan

digital, seperangkat refluks, pengaduk magnetik, oven, krus porselen, hot plate,

termometer, sentrifuge, rotatory vacum evaporator, ayakan dengan ukuran 200

mesh, desikator, termometer dan alat-alat gelas yang lazim digunakan di

laboratorium, FT-IR, XRD, BET, dan GC-MS.

3.2.2 Bahan-bahan

Asam palmitat, Bentonit alam Turen malang, Bentonit komersial Sigma-

Aldrich, AlCl3 hidrat, AgNO3, CH3OH 99 %, asam oksalat, KOH, indikator

phenolpthalein, n-heksana, C2H5OH, piridin, akuadem.

23



Siti Mariyam

3.3 Diagram Alir Penelitian

3.3.1 Pembuatan katalis Al3+-bentonit

Larutan AlCl3 0,5 M

+ 5 g bentonit sintetik diaduk dalam 200 ml AlCl3 0,5 M

selama 4 jam + disaring + dicuci dengan akuades hingga bebas ion Cl-

Al3+-bentonit bebas Cl-

dipanaskan pada suhu 120ºC selama 24 jam

Padatan Al3+-bentonit

dihaluskan dengan mortar

Serbuk Al3+-bentonit

Kalsinasi pada suhu 150ºC selama 3 jam

Katalis Al3+-bentonit

Karakterisasi dengan XRD, FT-IR, BET, Situs asam

Katalis Al3+-bentonit yang terkarakterisasi



Siti Mariyam

3.3.2 Reaksi esterifikasi asam palmitat

Direfluks selama 30 menit

direfluks (pada suhu 65°C)

disentrifugasi dievaporasi

Karakterisasi - GC-MS - bilangan asam

metanol 99% Al3+-bentonit

asam palmitat

metil palmitat + katalis

metil palmitat

Metil-palmitat yang terkarakterisasi

bentonit

Katalis teraktivasi



Siti Mariyam

3.4 Metode Penelitian

3.4.1 Pembuatan larutan KOH 0,1N

Sebanyak 3,30 g KOH ditimbang kemudian dilarutkan dengan akuades

sebanyak 500 mL. Setelah itu campuran diaduk hingga terbentuk larutan yang

homogen (Bassett, 1994).

3.4.2 Pembuatan larutan baku asam oksalat

Sebanyak 0,6307 g asam oksalat ditimbang dengan teliti, kemudian

dimasukkan ke dalam gelas beaker 100 mL. Setelah itu asam oksalat dilarutkan

dengan menggunakan akuades sedikit demi sedikit dalam gelas beker.

Selanjutnya, campuran dipindahkan secara kuantitatif ke dalam labu ukur 100 mL

dan ditambahkan akuades hingga tanda batas. Campuran dikocok hingga

terbentuk larutan yang homogen (Bassett, 1994)

3.4.3 Pembuatan larutan AlCl3 0,5 M

Sebanyak 22,596 g serbuk AlCl3 dilarutkan ke dalam 200 mL akuades

secara kuantitatif. Mula-mula, sebagian serbuk dicampur terlebih dahulu di dalam

gelas beaker 200 mL dengan akuades 100 mL. Setelah larut, sisa serbuk

ditambahkan kemudian diaduk sampai larut sempurna (Bassett, 1994)

3.4.4 Pembuatan Phenolpthalein 1%

Sebanyak 1,00 g phenolpthalein ditimbang dengan teliti, kemudian

dimasukkan ke dalam gelas piala 250 mL dan dilarutkan menggunakan 60 mL

alkohol 70%. Setelah itu campuran diencerkan dengan akuades sampai volumenya

100 mL (Bassett, 1994)



Siti Mariyam

3.4.5 Pembuatan katalis Al3+-bentonit

Sebanyak 5 g bentonit dicampurkan dengan larutan AlCl3 0,5 M dalam

200 mL akuadem. Kemudian distirer selama 4 jam dan disaring. Endapan bentonit

dicuci dengan akuadem sampai bebas anion Cl- (dilakukan uji kualitatif dengan

AgNO3). Bentonit yang telah bebas dari Cl- dipanaskan pada suhu 120 °C selama

4 jam kemudian hasilnya dihaluskan hingga berbentuk serbuk dengan

menggunakan mortar. Setelah ditumbuk, serbuk bentonit kemudian dikalsinasi

pada suhu 150°C selama 4 jam. Kemudian bentonit yang telah jadi disimpan

dalam desikator dan dianalisis menggunakan XRD dan FT-IR (Reddy, 2009).

3.4.6 Karakterisasi Katalis Al3+-Bentonit

3.4.6.1 Analisis difraksi sinar-X (XRD)

Analisis difraksi sinar-X dilakukan untuk mengetahui struktur Al3+-

bentonit. Data yang diperoleh dari analisis dengan difraksi sinar-X ini disajikan

dalam bentuk grafik yang absis dan ordinatnya menyatakan sudut difraksi dan

intensitas difraksi. Perubahan struktur bentonit dapat ditentukan dengan cara

membandingkan besarnya sudut difraksi dan intensitas difraksi dari difraktogram

antara struktur bentonit.

3.4.6.2 Penentuan situs asam Al3+-bentonit

Sebanyak 0,5 g Al3+-bentonit dimasukkan dalam kurs porselein, ditimbang

bersama kurs porselein kemudian dipanaskan pada suhu 110°C selama 1 jam.

Setelah itu, didinginkan dalam desikator yang telah vakum. Ke dalam desikator

tersebut, dialiri 10 mL larutan piridin kemudian desikator dipanaskan dengan



Siti Mariyam

menggunakan hotplate selama 24 jam. Bentonit dan kurs porselein yang telah

dialiri gas piridin tersebut kemudian ditimbang. Untuk menghilangkan gas piridin

yang terserap secara fisik, maka perlu dioven kembali pada suhu 110°C selama 15

menit kemudian ditimbang lagi. Besarnya situs asam dapat diketahui dari selisih

berat Al3+-bentonit sebelum dialiri gas piridin dan setelah dialiri gas piridin.

3.4.6.3 Analisis FTIR ( Fourier Transform Infra Red)

Analisis FTIR dilakukan untuk mengetahui sisi asam Lewis dan BrØnsted

atau keduanya dari katalis Al3+-bentonit yang telah dibuat baik sebelum maupun

sesudah dimodifikasi. Sebelumnya, Katalis bentonit s sebanyak 0,5 g ditempatkan

dalam cawan porselen yang telah dikeringkan dan diketahui berat konstannya,

kemudian dimasukkan dalam desikator dan divakumkan. Sebanyak 5 ml piridin

dalam gelas beker diuapkan dalam labu desikator dan dibiarkan selama 3 hari.

Selanjutnya Al3+-bentonit dioven pada suhu 110ºC selama 1 jam untuk

menghilangkan gas piridin yang terserap secara fisik. Kemudian Al2+-bentonit

yang telah dioven ditimbang dan dianalisis dengan FT-IR.

Ketika sinar Infra merah dilewatkan ke sampel organik, maka akan ada

sejumlah frekuensi yang diserap dan ada pula yang diteruskan atau ditransmisikan

tanpa diserap. Untuk mengetahui situs asam Lewis dan BrØnsted menggunakan

persamaan Emeis (1993) sebagai berikut :

Dengan B = Luas puncak pita BrØnsted atau Lewis (cm-1)

K = Koefisien asam Lewis 1,42 atau BrØnsted 1,88 (cm.mmol-1)



Siti Mariyam

L = Luas disk sampel (0,785 cm2)

G = Berat sampel (gram)

3.4.6.4 Analisis BET (Brunauer-Emmett-Teller)

Analisis BET dilakukan untuk mengetahui luas permukaan katalis Al3+-

bentonit sebelum dan sesudah dimodifikasi. Pada analisis BET ini, diperlukan gas

Nitrogen untuk mengusir gas-gas lain yang mengganggu selama proses analisis.

3.4.7 Pembuatan metil palmitat

Sebanyak 12,1 mL metanol dicampurkan dengan Al3+ bentonit sebanyak

0,25 g ke dalam labu leher tiga dan direfluks sambil diaduk menggunakan

pengaduk magnetik selama 30 menit dengan dipanaskan pada suhu 65°C sebagai

tahap aktivasi katalis. Setelah 30 menit, sebanyak 2,699 g asam palmitat

dimasukkan ke dalam labu leher tiga dan diaduk, proses ini dilakukan secara

berkesinambungan selama ½, 1, 2, 3, 4, 5, 6, dan 7 jam pada suhu 65°C. Selanjutnya

campuran dipisahkan dengan cara sentrifugasi selama 15 menit. Kemudian filtrat

diuapkan dengan rotatory vacum evaporator untuk menghilangkan metanol.

Konversi asam palmitat menjadi metil palmitat dapat ditentukan secara kuantitatif

berdasarkan perubahan bilangan asam dan secara kualitatif ditentukan dengan

analisis spektroskopi GC-MS (Reddy, 2005)

3.4.7.1 Analisis Bilangan Asam

Sebanyak 0,1 g senyawa metil palmitat yang telah dibuat dimasukkan ke

dalam erlenmeyer kemudian ditambahkan 5 ml etanol dan 5 ml n-heksana dititrasi

menggunakan larutan KOH 0,1 N dengan menggunakan indikator PP sampai



Siti Mariyam

berwarna merah rosa. Bilangan asam diperoleh dengan memasukkan data ke

dalam rumus :

3.3.7.2 Analisis GC-MS

Analisis GC-MS dilakukan untuk mengetahui massa molar dari senyawa

metil palmitat. Data yang diperoleh dari analisis dengan GC-MS ini disajikan

dalam bentuk spektra yang absis dan ordinatnya menyatakan massa molar

senyawa dan % kelimpahan. Dengan membandingkan jumlah massa molar dan %

kelimpahan yang tertinggi dari spektra metil palmitat maka dapat ditentukan hasil

esterifikasi asam palmitat menggunakan katalis Al3+-bentonit.

Analisis senyawa metil palmitat menggunakan GC-MS tipe QP2010S

SHIMADZU dengan kolom Rastek Rxi-5MS yang memiliki panjang 30 meter.

Gas pembawa yang digunakan adalah Helium dan temperatur injeksi sebesar

300°C sesuai dengan lampiran 18.



Siti Mariyam

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Pencucian bentonit Turen Malang

Proses pencucian bentonit alam dilakukan untuk memisahkan bentonit dari

pengotornya. Pencucian ini dilakukan dengan cara menambahkan aquadem ke

dalam bentonit sambil diaduk selama satu jam. Setelah itu didiamkan hingga

terbentuk tiga lapisan. Lapisan bawah adalah pengotor bentonit berupa pasir dan

kerikil. Lapisan kedua adalah mineral bentonit yang akan diambil dan lapisan

paling atas adalah lapisan akuadem dan garam-garam yang terlarut di dalamnya.

Setelah terbentuk tiga lapisan, lapisan yang paling atas didekantir secara

perlahan agar mineral bentonit tidak ikut terbuang, kemudian lapisan kedua

dituangkan pada tabung reaksi kecil. Setelah itu, disentrifugasi untuk memisahkan

bentonit dengan pengotor yang mungkin ikut tertuang. Setelah terpisah, bentonit

tersebut dituang ke dalam cawan porselen kemudian dioven pada suhu 120°C

selama 4 jam. Bentonit alam Turen Malang tergolong ke dalam jenis Ca-bentonit

karena ditemukan di daerah gunung kapur yang banyak mengandung kalsium.

Gambar 4.1 Lempung bentonit Turen Malang

31



Siti Mariyam

4.2 Pembuatan Katalis Al3+-bentonit

Pada penelitian ini bentonit komersial dan bentonit Turen Malang

dimodifikasi menjadi Al3+-bentonit dengan harapan dapat meningkatkan situs

asam sehingga katalis bentonit dapat digunakan dalam reaksi esterifikasi. Proses

pembuatan katalis Al3+-bentonit dilakukan dengan cara merendam bentonit

dengan larutan AlCl3 selama 4 jam sambil direfluks dan diaduk. Pengadukan

dilakukan untuk mempercepat masuknya Al3+ ke dalam interlayer bentonit.

Dalam pembuatan Al3+-bentonit juga dilakukan penghilangan ion-ion Cl- dengan

mencuci Al3+-bentonit berulang-ulang menggunakan akuadem. Tujuan

menghilangkan ion-ion Cl- adalah untuk meningkatkan kualitas dari katalis serta

untuk mendukung distribusi homogen kation antar lapisan sehingga jarak antar

lapisan bentonit meningkat (Supeno, 2007). Uji kualitatif yang digunakan untuk

mengetahui bahwa ion Cl- telah hilang adalah uji filtrat Al3+-bentonit dengan

AgNO3. Jika setelah penambahan AgNO3 tidak terbentuk AgCl (endapan

berwarna putih) maka ion Cl- sudah hilang. Reaksi yang terjadi antara larutan

AlCl3 dengan bentonit adalah sebagai berikut :

[Al(H2O)3]3+ → [Al(H2O)2OH]2+ + H+

Selanjutnya dilakukan pemanasan dalam oven pada suhu 120°C yang

bertujuan untuk menghilangkan air pada interlayer. Menurut Yahiaoui et al.

(2003), pemanasan pada temperatur ini menyebabkan situs asam Bronsted

meningkat karena masih adanya air yang tersisa pada satu lapisan bentonit atau

sekitar 5% dari total air pada seluruh lapisan bentonit. Kemudian Al3+-bentonit

dihaluskan dan diayak dengan ayakan 200 mesh.



Siti Mariyam

Gambar 4.2 (A) katalis Al3+-bentonit alam, (B) katalis Al3+-bentonit

komersial

4.3 Karakterisasi katalis Al3+-bentonit

4.3.1 Struktur Al3+-bentonit

Analisis struktur Al3+-bentonit dilakukan untuk mengetahui perubahan

susunan atom pada bentonit yang telah dimodifikasi dengan analisis

menggunakan XRD. Dari analisis tersebut, dapat dibandingkan harga 2θ, jarak

difraktogram bentonit sebelum dan sesudah dimodifikasi yang dapat dilihat pada

difraktogram dari XRD bentonit alam dan komersial dapat dilihat pada lampiran 1

dan 2. Difraktogram XRD pada Al3+-bentonit alam dan komersial dapat dilihat

pada lampiran 3 dan 4. Perbandingan pola difraksi antara bentonit alam dan Al3+-

bentonit alam dapat diamati pada gambar 4.3 sedangkan bentonit komersial dan

Al3+-bentonit komersial dapat diamati pada gambar 4.4

Dari analisis XRD yang ditampilkan pada tabel 4.1 dapat dilihat bahwa

terjadi perubahan d001 menjadi lebih besar. Untuk bentonit komersial terjadi

perubahan sebesar 2,47757 sedangkan bentonit alam sebesar 0,24239. Pergeseran

A B



Siti Mariyam

d001 ini mengindikasikan bahwa terjadi perubahan kation dalam interlayer bentonit

(Yahiaoui et al., 2003). Dalam hal ini perubahan kation terjadi karena adanya

proses cation exchange spesi Al3+ ke dalam interlayer bentonit. Menurut Goenadi

(1982) dalam Sekewael (2008), montmorilonit yang telah mengalami pemanasan

pada atau di atas temperatur 100ºC yang memberikan ciri khas pada mineral ini

yaitu jarak dasar d001 sebesar 12,0-15,0 Å.

Untuk sudut 2θ terjadi pergeseran ke arah yang lebih kecil yaitu untuk

Al3+-bentonit komersial sebesar 5,87478° dan untuk Al3+-bentonit alam sebesar

5,64893°. Pergeseran ini terjadi karena adanya penataan ulang susunan atom-atom

akibat cation exchange. Selain itu menurunnya sudut 2θ juga menunjukkan bahwa

tingkat kristalinitas lapisan monmorilonit dalam bentonit rendah.

Gambar 4.3 Spektrum XRD (A) bentonit alam, (B) Al3+-bentonit alam

0 10 20 30 40 50-50

050

100150200250300350400

0 10 20 30 40 50-50

050

100150200250300350400

2 teta

B

A



Siti Mariyam

Gambar 4.4 Spektrum XRD (A) bentonit komersial, (B) Al3+-bentonit komersial

Kandungan utama bentonit yaitu montmorillonit yang dapat dilihat refleksinya

pada tabel 4.1

Tabel 4.1 Data XRD bentonit

Parameter Bentonit

Komersial

Al3+-

bentonit

Komersial

Bentonit

alam

Al3+-

bentonit

alam

Jarak dasar d

(Å) 12,55385 15,03142 15,38949 15,63188

Sudut (2θ) 7,03554 5,87478 5,73797 5,64893

4.3.2 Situs Asam Al3+-bentonit

Karakterisasi Al3+-bentonit dengan FT-IR bertujuan untuk mengetahui

tingkat keasaman dari layer bentonit. Tingkat keasaman dari bentonit dapat

ditentukan dengan metode serapan piridin. Sebelum dilakukan serapan piridin

0 10 20 30 40 50-50

050

100150200250300350400 0 10 20 30 40 50-50

050

100150200250300350400

Y A

xis T

itle

X Axis Title

B

Y A

xis T

itle

X Axis Title

A



Siti Mariyam

bentonit diaktivasi pada temperatur 100°C selama 30 menit (Reddy et al, 1009).

Serapan piridin dilakukan selama 3 hari dalam desikator yang telah divakumkan.

Untuk mendapatkan nilai dari situs asam bentonit, maka perlu dilakukan

analisis FT-IR. Sebelumnya, masing-masing 0,5 gram bentonit alam, komersial,

Al3+-bentonit alam, dan Al3+-bentonit komersial ditimbang terlebih dahulu hingga

konstan. Kemudian diletakkan dalam labu desikator dan dialiri 5 mL gas piridin.

Tujuan dialiri gas piridin adalah untuk menentukan jumlah situs asam Lewis dan

BrØnsted yang terdapat pada bentonit sebelum dan sesudah modifikasi.

Hasil analisis FT-IR dapat digunakan untuk mengetahui apakah katalis

yang terbentuk mengandung situs asam Lewis atau BrØnsted atau mengandung

keduanya. Masing-masing spektrum FT-IR dari bentonit alam dan komersial serta

Al3+-bentonit alam dan komersial ditampilkan pada lampiran 5, 6,7 dan 8.

Menurut Tyagi et al.(2006) vibrasi yang menunjukkan adanya gugus

piridin muncul pada daerah 1400-1700 cm-1. Menurut Reddy (2008), bilangan

gelombang untuk asam BrØnsted muncul di sekitar 1540 dan 1640, sedangkan

bilangan gelombang asam Lewis muncul di sekitar 1450, 1490, 1590, dan 1620

cm-1.

Pada hasil FT-IR, situs asam Lewis pada bentonit komersial muncul pada

bilangan gelombang 1493,08 cm-1 sedangkan situs asam brØnsted mucul pada

bilangan gelombang 1639,86 cm-1. Sedangkan untuk Al3+-bentonit komersial,

situs asam Lewis muncul pada bilangan gelombang1492,03 cm-1 dan situs asam

BrØnsted muncul pada bilangan gelombang 1543 cm-1. Hasil FT-IR untuk

bentonit alam menunjukkan bahwa situs asam Lewis muncul pada bilangan



Siti Mariyam

gelombang 1491,25 cm-1 dan situs asam BrØnsted muncul pada bilangan

gelombang 1644,87. Sedangkan untuk Al3+-bentonit alam, terlihat bahwa situs

asam Lewis muncul pada bilangan gelombang 1489,71 dan situs asam BrØnsted

muncul pada bilangan gelombang 1549,40 cm-1.

Dari hasil FT-IR katalis Al3+-bentonit alam muncul pita serapan pada

1441,32 cm-1 dan pada katalis Al3+-bentonit komersial muncul pita serapan pada

1444,08 cm-1 yang menunjukkan adanya spesi piridin asam Lewis, misalnya Al3+.

Di samping itu, untuk Al3+-bentonit alam juga muncul bilangan gelombang

1635,56 cm-1 dan untuk Al3+-bentonit komersial muncul pada bilangan gelombang

1634,55 cm-1 yang mengindikasikan adanya regangan ion piridinium. Ion

piridinium menunjukkan adanya gugus hidroksil yang bersifat asam bronsted.

Spesies-spesies piridin yang terbentuk melalui interaksi dengan katalis terdapat

pada Gambar 4.5

N

H

O M

N

H

O M

N

Al (A) (B) (C)

Gambar 4.5. Spesies (A) piridin-Bronsted, (B) piridin yang berikatan hidrogen dengan OH-bentonit, (C) piridin-Lewis

Hasil spektra yang diperoleh pada penelitian ini sesuai dengan penelitian

Parry (1963) dan Tyagi et al. (2006) dalam Fatimah et al. (2008). Dari spektrum

FT-IR menunjukkan bahwa situs asam Bronsted lebih besar dibandingkan situs

asam Lewis. Hal ini dapat dibuktikan dari lebih tingginya absorbansi bilangan

gelombang situs asam Bronsted dibandingkan situs asam Lewis.



Siti Mariyam

Gambar 4.6 Spektrum FT-IR Al3+-bentonit alam

Gambar 4.7 Spektrum FT-IR Al3+-bentonit komersial

Melalui suatu proses perhitungan yang dijelaskan pada Lampiran 9

didapatkan jumlah situs asam BrØnsted dan Lewis pada bentonit komersial

sebanyak 0,31923 mmol/gram, pada Al3+-bentonit komersial sebanyak 1,0663

mmol/gram, pada bentonit alam sebanyak 0,66859 mmol/gram, dan pada Al3+-

bentonit alam sebanyak 0,95489 mmol/gram.

4.3.3 Luas permukaan katalis Al3+-bentonit

Luas permukaan katalis Al3+-bentonit sebelum dan sesudah modifikasi

dapat ditentukan melalui analisis BET. Metode ini digunakan untuk permukaan

yang datar (tidak ada lekukan) dan tidak ada batas dalam setiap layer yang dapat

digunakan dalam menjelaskan luas permukaan. Metode ini digunakan berdasarkan

asumsi bahwa pada setiap permukaan mempunyai tingkat energi yang homogen

(energi adsorpsi tidak mengalami perubahan dengan adanya adsorpsi di layer yang

1633.56 cm-1

1441.32 cm-1

1634.55 cm-1

1444.08 cm-1



Siti Mariyam

sama) dan tidak ada interaksi selama molekul teradsorpsi. Analisis ini dilakukan

dengan cara degessing keempat sampel yakni bentonit alam, bentonit komersial,

Al3+-bentonit alam dan Al3+-bentonit komersial selama 2 jam pada suhu 100°C.

Kemudian, sampel dimasukkan ke Quantachrome NOVA 100 surface area

analyser dan dianalisis menggunakan metode adsorpsi N2. Hasil analisis luas

permukaan bentonit ditunjukkan pada tabel 4.2.

Tabel 4.2 Hasil analisa luas permukaan bentonit Sampel Luas

permukaan (m2/g)

Bentonit alam 83,781

Al3+-bentonit alam 91,266

Bentonit komersial 23,744

Al3+-bentonit komersial

36,836

Dari data tersebut menunjukkan bahwa, terdapat pertambahan luas

permukaan pada bentonit alam maupun komersial. Luas permukaan bentonit alam

bertambah sebesar 7,485 m2/g. Sedangkan luas permukaan bentonit komersial

bertambah sebesar 13,092 m2/g. Hal ini dikarenakan terjadinya proses cation

exchange pada permukaan bentonit, sehingga luas permukaan pada masing-

masing katalis bertambah.

4.4 Aktivitas Katalis Al3+-bentonit Pada Esterifikasi Asam Palmitat

Uji aktivitas katalis Al3+-bentonit dapat dilakukan pada reaksi esterifikasi

asam palmitat menjadi metil palmitat. Pembuatan metil palmitat diawali dengan

mereaksikan metanol dengan katalis Al3+-bentonit pada labu leher tiga. Langkah

ini sebagai tahap awal dari aktivasi katalis Al3+-bentonit. Setelah 30 menit, asam



Siti Mariyam

palmitat direaksikan dengan metanol dan katalis yang telah diaktivasi selama ½,

1, 2, 3, 4, 5, 6, dan 7 jam pada suhu 65°C sambil diaduk. Selanjutnya, hasil reaksi

disentrifugasi untuk memisahkan metil palmitat dari katalis Al3+-bentonit. Metil

palmitat hasil esterifikasi berbentuk padatan putih kemudian dievaporasi, dengan

tujuan menguapkan pelarut yang masih tersisa. Hasil metil palmitat tersebut

kemudian dianalisis secara kualitatif menggunakan GC-MS dan secara kuantitatif

dengan menghitung konversi yang dihasilkan melalui penentuan bilangan asam.

Gambar 4.8 Hasil esterifikasi (metil palmitat)

4.4.1 Konversi Metil Palmitat

Konversi asam palmitat dapat ditentukan melalui pengukuran bilangan

asam. Titrasi bilangan asam dilakukan untuk mengetahui jumlah asam palmitat

yang tersisa setelah reaksi esterifikasi. Besar kecilnya kandungan asam palmitat

yang tersisa dapat mempengaruhi kualitas dari metil palmitat yang nantinya akan

dimanfaatkan di berbagai bidang industri. Nilai bilangan asam yang begitu besar

akan berpengaruh buruk pada produk yang diinginkan.

Bilangan asam metil palmitat dapat diukur dengan cara melakukan titrasi

metil palmitat yang terbentuk dengan larutan KOH 0,1 N. Titrasi dilakukan



Siti Mariyam

dengan cara melarutkan 0,1 gram metil palmitat kemudian ditambahkan masing-

masing 5 mL etanol dan n-heksana dan ditambahkan dengan indikator pp. Setelah

itu dititrasi dengan KOH hingga warna campuran berubah menjadi merah jambu.

Hasil perhitungan bilangan asam dan konversi metil palmitat menggunakan katalis

dapat dilihat pada tabel 4.3.

Tabel 4.3 Hasil perhitungan bilangan asam dan nilai konversi metil palmitat

No

Waktu

(jam)

Penggunaan katalis pada reaksi esterifikasi Asam Palmitat

Bentonit alam Turen Malang Bentonit komersial

Bilangan Asam (0,1

KOH/mg)

Konversi

(%)

Bilangan Asam (0,1 KOH/mg)

Konversi

(%)

1 0,5 122.9873 44.31 213.3921 2.04

2 1 109.6017 49.69 207.9457 4.54

3 2 92.3663 57.6 194.5149 10.71

4 3 77.5523 64.4 169.3063 22.28

5 4 66.06 69.67 135.7678 36.67

6 5 55.2047 74.66 110.5756 49.4

7 6 46.6563 78.14 97.2360 55.36

8 7 36.7316 82.23 87.1961 59.14



Siti Mariyam

Gambar 4.9 Grafik perbandingan konversi metil palmitat Apabila diubah ke dalam bentuk grafik, maka dapat dibandingkan

konversi metil palmitat yang dihasilkan dengan menggunakan katalis Al3+-

bentonit alam dan komersial yang dapat dilihat pada gambar 4.9. Dari grafik

tersebut terlihat bahwa terdapat perbedaan yang signifikan dari konversi metil

palmitat menggunakan Al3+-bentonit sintetis dan bentonit alam. Reaksi

esterifikasi asam palmitat menggunakan bentonit alam menghasilkan konversi

yang lebih besar. Hal ini dikarenakan karakteristik bentonit alam Turen Malang

lebih baik dibandingkan bentonit komersial. Bentonit komersial yang digunakan

mengandung campuran mineral-mineral yang dapat mengganggu dalam komersial

metil palmitat. Di samping itu, bentonit alam Turen Malang memiliki luas

permukaan yang lebih besar dibandingkan dengan bentonit komersial, sehingga

ruang interlayer semakin besar dan memudahkan pertukaran ion.

4.4.2 Karakterisasi Metil Palmitat menggunakan GC-MS

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 2 4 6 8

Ko

nve

rsi (

%)

Waktu (Jam)

bentonit alam

bentonit sintetis



Siti Mariyam

Analisis GC-MS dilakukan untuk mengetahui produk metil palmitat yang

terbentuk. Dari analisis GC-MS didapatkan kromatogram GC dan spektra MS.

Kromatogram menunjukkan waktu retensi (tr) dan luas puncak area dari masing-

masing puncak sedangkan spektrum massa menunjukkan berat molekul dan

fragmentasi senyawa yang dihasilkan. Analisis GC-MS senyawa metil palmitat ini

menggunakan jenis kolom kapiler dengan fase diam innowax (polietilen glikol)

yang bersifat nonpolar. Kolom ini banyak digunakan dalam analisis senyawa

aromatis, alkohol, minyak atsiri serta pelarut-pelarut.

Pada kromatogram gambar 4.10, terdapat 2 puncak. Puncak 1 merupakan

puncak metil palmitat yang memiliki waktu retensi sebesar 18,536 menit dengan

luas area sebesar 5,70%, Hal ini membuktikan bahwa, katalis Al3+-bentonit alam

dapat digunakan dalam reaksi esterifikasi asam palmitat menjadi metil palmitat.

Gambar 4.10 KromatogramGC metil palmitat menggunakan Al3+-bentonit alam

Gambar 4.11 . Spektrum massa produk metil palmitat

Metil palmitat

Metil palmitat



Siti Mariyam

Pada kromatogram gambar 4.12, terdapat 3 puncak. Puncak 2 merupakan

puncak metil palmitat yang memiliki waktu retensisebesar 19.313 menit dengan

luas area sebesar 52.59 %, Hal ini membuktikan bahwa, katalis Al3+-bentonit

komersial juga dapat digunakan dalam reaksi esterifikasi asam palmitat menjadi

metil palmitat.

Gambar 4.12 KromatogramGC metil palmitat menggunakan Al3+-bentonit komersial

Gambar 4.13 Spektrum massa produk metil palmitat menggunakan Al3+-bentonit komersial

Spektra massa pada gambar 4.12 dan 4.13 memiliki berat molekul 270

sebagaimana berat molekul dari metil palmitat. Puncak dasar dengan m/z = 74

merupakan puncak yang khas dari senyawa metil palmitat karena adanya

McLafferty rearrangment. (Silverstein, 1986). Fragmentasi metil palmitat terdapat

pada gambar 4.14

Metil palmitat

Metil palmitat



Siti Mariyam

m/z = 270

-

m/z = 227

O

OCH3

O

OCH3

-CH2O

OCH3

-C2H4

-CH2

O

OCH3

-CH2

O

OCH3

-CH2

O

OCH3

-CH2

O

OCH3

O

OCH3

m/z = 227

m/z = 199

m/z = 185

m/z = 171

m/z = 143

m/z = 129

-C3H6

O

OCH3

m/z = 87

C O CH3

OH

H2Cm/z = 74

C

O

CH3

m/z = 43

C3H7

-CH3O

Gambar 4.14. Fragmentasi metil palmitat



Siti Mariyam

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

1. Katalis Al3+-bentonit alam dan Al3+-komersial memiliki tingkat kristalinitas

yang rendah dengan nilai d spacing masing-masing sebesar 15,63188 Å dan

15,03142 Å, nilai total situs asam BrØnsted dan Lewis untuk katalis Al3+-

bentonit alam dan Al3+-komersial berturut-turut sebesar 0,95489 mmol/gram

dan 1,0663 mmol/gram, serta memiliki luas permukaan yang besar yaitu

untuk katalis Al3+-bentonit alam sebesar 91,266 m2/g dan Al3+-komersial

sebesar 36,836 m2/g .

2. Katalis Al3+-bentonit alam dan Al3+-komersial dapat digunakan sebagai katalis

dalam reaksi esterifikasi asam palmitat. Hal ini dibuktikan dengan

terbentuknya senyawa metil palmitat.

3. Nilai konversi total Metil palmitat selama 7 jam menggunakan katalis Al3+-

bentonit komersial sebesar 59,14 % sedangkan menggunakan katalis Al3+-

bentonit alam sebesar 82,23%.

5.2 Saran

1. Perlu dilakukan peningkatan jumlah asam Lewis dan Bronsted sebagai situs

aktif katalis dalam menghasilkan suatu metil ester, sehingga didapatkan

prosentase konversi metil ester yang besar.

46



Siti Mariyam

2. Perlu dilakukan pengubahan metode preparasi katalis bentonit agar

diperoleh d spacing yang lebih besar sehingga diperoleh nilai konversi

metil palmitat yang besar.



Siti Mariyam

DAFTAR PUSTAKA

Akintayo, E.T., 2004, Characteristics and Composition of Parkia Biglobbossa and Jatropha Curcas Oils and cakes. Bioresource Technology. Vol 92, p. 307-310

Bassett, J. 1994. Buku Ajaran Vogel Kimia Analisis Kuantitatif Anorganik. Edisi Keempat. Penerbit Kedokteran EGC. Jakarta. Effendi

Carmo, C., Souza, K.C., Carlos, E.F., Longo, E., Zamian, J.R., and Geraldo, N.R.,

2009, Production of Biodiesel by Esterification of Palmitic Acid Over Mesoporus Aluminosilicate Al-MCM-41, J. Am. Oil Chem. Vol 88, p. 461-468

Amalia, Firda., 2010, Cation exchanged bentonit Turen-Malang dengan AlCl3

sebagai katalis pada pembuatan biodiesel dari minyak jarak pagar,

Skripsi, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga, Surabaya ASTM International, 2002, Anual Book of ASTM Standards D 56-D 2596,

Section Five, Petroleum Products, Lubricants (I) and Fossil Fuels, USA

Chrikst, D.E., Krasotkine, I.S., Cheremisina, O.V., Steleskaya, M.I., and Ivanov. V., 2002, Determination of the Surface Area of Minerals by Sorption of Methylene Blue and Thermal Desorption of Argon, Russian Journal

of Applied Chemistry. 76, 663-665

Ewing, G.W., 1985, Instrumental Methods of Chemical Analysis, McGraw-Hill Book Co., Singapore.

Fessenden, R. J: Fessenden, J.S., 1995, Kimia Organik II, Edisi Ketiga, alih bahasa Pudjaatmaka, Erlangga, Jakarta.

Foth, H.D., 1988, Dasar-dasar Ilmu Tanah,Gajahmada University Press, Yogyakarta

Fritz, J.S. and Schenk, G.H., 1987, Quantitative Analytical Chemistry, Fifth Edition, Prentice-Hall Inc., New Jersey.

Gandhi, N.N., 1997, Application of Lipase, J. Am. Oil Chem. Soc., 74, 6, 621-634

Grim, R.E., 1968, Clay Mineralogy, McGraw-Hill Book Company, New York. Gritter, Roy J., Bobbit, James M., and Schwarting, A.E., 1991, Pengantar

Kromatografi, Edisi Kedua, terjemahan oleh Kosasih Padmawinata, ITB, Bandung.

Itälä, Aku., 2009, Chemical Evolution of Bentonite Buffer in a Final Repository of

Spent Nuclear Fuel during the Thermal Phase, Julkaisija Utgivare Publisher.

48



Siti Mariyam

Kirk, R. E.,and Othmer, D. F., 1992. Encyclopedia of Chemical Technology. The

Interscience Encyclopedia Inc. New York Ladd, M.F.C. and Lee, W.H., 1986, Introduction to Physical Chemistry,

Cambridge University Press, New York.

Mäki-Arvela, P., Kumar, N., Nieminen, S., Salmi, T., and Murzin, D. Y., 2004, Cyclization of Citronellal Over Zeolites and Mesoporous Materials for Production of Isopulegol, J. Catal., 225 155-169

Maryadele J., et al. (editor), 2001, The Merck Indeks an Encyclopedia of Chemicals, drugs, and Biologicals, 13th edition, Merck and Co., Inc. USA

Mulja, H.M. dan Suharman, 1995, Analisis Instrumental, Airlangga University Press, Surabaya.

Norman, Zuckerman., Inorganic Reaction and Methods, Volume 16, VCH Publisher, New York

Nuryono, Wawan., 2010, Modifikasi bentonit Punung Pacitan Menjadi Fe3+-bentonit sebagai Katalis Pada Pembuatan Biodiesel dari Minyak Jarak pagar, Skripsi, Departemen Kimia, FSAINTEK, Universitas Airlangga, Surabaya

Ozgulsum, A., F. Karaosmanoglu, dan M. Tuter, 2000, Esterification Reaction of Oleic Acid With a Fusel Oil Fraction for Production of Lubricating Oil, J. Am. Oil Chem. Soc., 77, 1, 105-109

Pusch, R. and Yong, R.N., 2006, Microstructure of Smectite Clays and Engineering Performance, Taylor and Francis Group, New York.

Reddy, Ravindra .C., Iyengar, Pushpa, Nagendrappa, Gopalpur., dan Prakash, Jai, B.S., 2004. Esterification of dicarbolxyclic acids ti diesters over Mn+-montmorillonite clay catalyst. Catalyst Letter, Vol. 101. 87-91

Reddy. C.R., Iyengar, P., Nagendrappa. G., and Prakash J.B.S.,2005, Esterification of Succinic Anhydride to di-(p-crecyl) succinate Over Mn+-montmorillonite Clay Catalyst. Journal of Molecular Catalyst A :

Chemical. Vol. 229. 31-57

Reddy. C.R., Iyengar, P., Nagendrappa. G., and Prakash J.B.S., 2007, Surface Acidity Study of Mn+-montmorillonite Clay Catalyst by FT-IR Spectroscopy : Correlation with Esterification Activity. Catalyst

Communications. Vol 8. 241-246 Reddy, ravindra.Bhat, Y.S. Nagendrappa, Gopalpur, dan Prakash, Jai, B.S., 2008,

BrØnsted and Lewis acidity of modified montmorillonite clay determined by FT-IR, Catalyst Today.

Sekewael, Serly J., 2008, Karakterisasi Sifat Fisikokimia Komposit Besi Oksida-

Montmorilonit Hasil Interkalasi Silikat Lempung Montmorilonit, Indonesia



Siti Mariyam

Chinica Acta Vol. 1. No. 1 Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Pengetahuan Alam, Universitas Pattimura Kampus Poka, Ambon, Hal: 26

Shriner, R.L., Herman, C.K.F., Morril, T.C., Curtin, D.Y., and Fuson, R.C., 1998,

The Systematic Identification of Organic Compounds, Seventh Edition, John Wiley & Sons, Inc., New York, Page: 119, 474-475

Silverstein, R.M., Bassler, G. C., dan Morril, T. C., 1986, Penyidikan

Spektrometrik Senyawa Organik, Edisi keempat, a.b. A. J Hartono, Erlangga, Jakarta

Sridala, R., Lingaiah, N., Prabhavathi, D., Prasad, R.B.N., Suryanarayana, I., and

Prasad, P.S., 2004, Esterification of Palmitic Acid with Methanol Over Tungsten Oxide Supported on Zirconia Solid Acid Catalyst: Effect of Methode of Preparation of the catalyst on its Structural Stability and Reactivity, Journal of Applied Catalyst. Vol 276, p 163-168

Sudarmadji, S., 1997, Prosedur Analisis Bahan Makanan dan Pertanian, Liberty, Yogyakarta

Sudarningsih dan Fahruddin, 2008, Penggunaan Metode Difraksi Sinar-X dalam Menganalisa Kandungan Mineral pada Batuan Ultra Basa Kalimantan Selatan, J. Fisika FLUX, Vol.5 No. 2 (165-173)

Syukur, 1997, Pengaruh perlakuan pemanasan pada bentonit terhadap luas permukaannya, Skripsi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Airlangga, Surabaya

Tan, K.H., 1991, “Dasar-dasar Kimia Tanah”. Terj. Didiek Hadjar Goenardi, edisi 11, gajah Mada University Press, Yogyakarta. 100-107

Tiwari, A.K, A. Kumar and H. Raheman, 2007. Biodiesel Production from Jatropha Oil (Jatropha Curcas) with High Free Fatty Acids : Amn Optimized Process, J. Biombioe, Vol. 31, p. 569-575

West, A.R., 1984, Solid State Chemistry and Its Application, John Wiley & Sons Ltd, New York, Page: 116, 122-123, 146

Widyastuti, L., 2007, Reaksi Metanolisis Minyak Biji jarak PagarnMenjadi Metil EsterSebagai Bahan Bakar Pengganti Minyak Diesel dengan Menggunakan Katalis KOH, Tugas Akhir II, Jurusan Kimia FMIPA, Universitas Negeri Semarang, 30-33

Yadav, G.D. and Thatagar, M. B. 2002. Esterification of Maleic Acid with Ethanol Over Cation-Exchange Resin Catalyst. React. Funct. Polym, 52, 99-110

Yan, Y., U.T. Bomscheuer, G. Standler, S. Lutz-Wahl, M. Reuss, dan R.D. Schmid, 2001, Production of Sugar Fatty Acid Ester by Enzimatic Esterification in a Stirred-Tank Membrane Reactor : Optimization of Parameters by Response Surface Methodology, J. Am. Oil. Chem. Soc, 78, 2, 147-152.



Siti Mariyam

Yulianto, Agus., 2008, Pembuatan Lempung Terpilar Al13 dari Lempung Alam Turen malang untuk Adsorbsi Ion Pb2+

, Skripsi, Departemen Kimia, FSAINTEK, Universitas Airlangga, Surabaya

Lampiran 1 : Difraktogram XRD Bentonit alam Turen-Malang



Siti Mariyam



Siti Mariyam

Lampiran 2 : Difraktogram XRD Bentonit komersial



Siti Mariyam



Siti Mariyam

Lampiran 3 : Difraktogram XRD Al3+-bentonit alam Turen-Malang



Siti Mariyam



Siti Mariyam

Lampiran 4 : Difraktogram XRD Al3+-bentonit Komersial



Siti Mariyam



Siti Mariyam

Lampiran 5 : Spektrum FT-IR Bentonit alam



Siti Mariyam

Lampiran 6 : Spektrum FT-IR Bentonit komersial



Siti Mariyam

Lampiran 7 : Spektrum FT-IR Al3+-bentonit alam Turen-Malang



Siti Mariyam

Lampiran 8 : Spektrum FT-IR Al3+-bentonit komersial



Siti Mariyam

Lampiran 9 : Perhitungan jumlah situs asam BrØnsted dan Lewis Jumlah situs asam BrØnsted dan Lewis yang terkandung dalam bentonit dapat dihitung menggunakan persamaan :

Jumlah situs asam =𝑚6

𝑀𝑟 𝑝𝑖𝑟𝑖𝑑𝑖𝑛 𝑥 𝑚5

Data yang diperoleh dari hasil penimbangan adalah sebagai berikut :

Sampel M1 (gram)

M2 (gram)

M3 (gram)

M4 (gram)

M5 (gram)

M6 (gram)

Bentonit alam

21,0769

21,5326

21,6561 21,5567 0,4557 0,0241

Al3+-bentonit alam

21,5193

21,9615

22,1514 21,9949 0,4422 0,0334

Bentonit 22,031 22,498 22,749 22,5106 0,4673 0,0118



Siti Mariyam

komersial 5 8 0 Al3+-bentonit

komersial 18,412

1 18,880

4 18,998

8 18,9199 0,4683 0,0395

Keterangan : M1 = berat cawan kosong M2 = berat cawan kosong + bentonit M3 = berat cawan kosong + bentonit + piridin M4 = berat cawan kosng + bentonit + piridin setelah dipanaskan 115°C M5 = berat bentonit = M2 – M1 M6 = berat piridin yang teradsorp = M4 – M2

1. Jumlah situs asam Bentonit alam Turen-Malang = 0,0241

79,1 𝑥 0,4557

= 1,0663 x 10-3 mol/gram = 1,0663 mmol/gram

2. Jumlah situs asam Al3+-bentonit alam Turen-Malang = 0,0334

79,1 𝑥 0,4422


3. Jumlah situs asam bentonit komersial = 0,0118

79,1 𝑥 0,4673


4. Jumlah situs asam Al3+-bentonit komersial = 0,0118

79,1 𝑥 0,4673




Siti Mariyam

Lampiran 10 : Perhitungan bilangan asam metil palmitat Perhitungan berikut menggunakan microsoft excel : Untuk menghitung jumlah bilangan asam menggunakan persamaan :

Sedangkan untuk menghitung nilai konversi menggunakan persamaan :

Konversi = 𝑏𝑖𝑙𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑎𝑠𝑎𝑚 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑡𝑒𝑟𝑏𝑒𝑛𝑡𝑢𝑘

𝑏𝑖𝑙𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑎𝑠𝑎𝑚 𝑚𝑢𝑙𝑎 2−𝑏𝑖𝑙𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑎𝑠𝑎𝑚 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑡𝑒𝑟𝑏𝑒𝑛𝑡𝑢𝑘𝑥 100%

Data perhitungan bilangan asam dan konversi menggunakan katalis Al3+-bentonit komersial

No Waktu (jam) Bilangan asam rata-rata (0,1

KOH/mg) Konversi (%)

1 0 217.8378 0

2 0.5 213.3921 2.04

3 1 207.9457 4.54

4 2 194.5149 10.71

5 3 169.3063 22.28

6 4 135.7678 37.67



Siti Mariyam

7 5 110.5756 49.24

8 6 97.2360 55.36

9 7 87.1961 59.97

Data perhitungan bilangan asam dan konversi menggunakan katalis Al3+-bentonit komersial

No Waktu (jam) Bilangan asam rata-rata (0,1 KOH/mg)

Konversi (%)

1 0 217.8378 0

2 0.5 121.3184 44.31

3 1 109.6017 49.69

4 2 92.3663 57.60

5 3 77.5523 64.40

6 4 66.0600 69.67

7 5 55.2047 74.66

8 6 46.6563 78.14

9 7 36.9487 82.23



Siti Mariyam

Lampiran 11 : Kromatogram dan Spektrum massa metil palmitat



Siti Mariyam

Lampiran 12 : Hasil BET Bentonit



Siti Mariyam

74



Siti Mariyam

75



Siti Mariyam



Siti Mariyam

pemanfaatan katalis al3+ i esterifikasi asam …repository.unair.ac.id/25747/1/mariyam, siti.pdf ·...

Documents