6

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Minyak Nabati Sebagai Bahan Baku Biofuel

Biofuel atau disebut juga bahan bakar hayati merupakan bahan bakar

yang bersumber pada biomassa. Dimana biomassa merupakan bahan biologis

hidup atau baru mati yang dapat digunakan sebagai bahan bakar. Biomassa

yang dapat digunakan sebagai bahan bakar diantaranya kelapa sawit, biji

mahoni, jarak pagar, dan kanola. Persamaan dari semua bahan baku biofuel

tersebut adalah terkandungnya minyak yang merupakan suatu trigliserida

dengan asam lemak tertentu.

Adapun sebagai contoh, minyak kelapa sawit sebagai salah satu bahan

baku minyak nabati yang digunakan sebagai bahan baku biofuel. Minyak

kelapa sawit dapat dihasilkan dari inti kelapa sawit yang dinamakan minyak

inti kelapa sawit (palm kernel oil) dengan hasil sampingnya bungkil inti kelapa

sawit (palm kernel meal atau pellet) yang merupakan inti kelapa sawit, dengan

komposisi asam lemak yang tertera pada tabel 2.1.

Tabel 2.1 Komposisi asam lemak minyak kelapa sawit dan minyak inti kelapa sawit (Sukiwanto, Nurhadi. 1988).

Asam lemak Minyak kelapa sawit (%) Minyak inti sawit (%)

Asam kaprilat - 3-4 Asam kaproat - 3-7 Asam laurat - 46 – 52 Asam miristat 1,1 – 2,5 14 – 17 Asam palmitat 40 – 46 6,5 - 9 Asam stearat 3,6 – 4,7 1 – 1,25 Asam oleat 39 – 45 13 – 19 Asam linoleat 7 – 11 0,5 - 2

7

Asam lemak adalah asam alkanoat atau asam karboksilat berderajat

tinggi (rantai C lebih dari 6). Asam lemak dibedakan menjadi asam lemak

jenuh dan asam lemak tak jenuh. Asam lemak jenuh hanya memiliki ikatan

tunggal di antara atom-atom karbon penyusunnya, sementara asam lemak tak

jenuh memiliki paling sedikit satu ikatan rangkap di antara atom-atom karbon

penyusunnya (Wijanarko, Anondho. 2006).

Asam lemak merupakan asam lemah, dan dalam air terdisosiasi

sebagian. Umumnya berfase cair atau padat pada suhu ruang (27° Celsius).

Semakin panjang rantai C penyusunnya, semakin mudah membeku dan juga

semakin sukar larut.

Beberapa aturan penamaan dan simbol telah dibuat untuk

menunjukkan karakteristik suatu asam lemak. Nama sistematik dibuat untuk

menunjukkan banyaknya atom C yang menyusunnya (lihat asam alkanoat).

Angka di depan nama menunjukkan posisi ikatan ganda setelah atom pada

posisi tersebut. Contoh: asam 9-dekanoat, adalah asam dengan 10 atom C dan

satu ikatan ganda setelah atom C ke-9 dari pangkal (gugus karboksil). Nama

lebih lengkap diberikan dengan memberi tanda delta (∆) di depan bilangan

posisi ikatan ganda. Contoh: asam ∆9-dekanoat. Simbol C diikuti angka

menunjukkan banyaknya atom C yang menyusunnya; angka di belakang titik

dua menunjukkan banyaknya ikatan ganda di antara rantai C-nya). Contoh:

C18:1, berarti asam lemak berantai C sebanyak 18 dengan satu ikatan ganda.

Lambang omega (ω) menunjukkan posisi ikatan ganda dihitung dari ujung

(atom C gugus metil).

8

Dengan struktur yang dapat dianalogiskan dengan hidrokarbon pada

umumnya, asam lemak yang tergabung dan membentuk trigliserida pada

minyak nabati dapat dijadikan sebagai bahan dasar biofuel melalui reaksi

hydrocracking. Yaitu suatu mekanisme gabungan atau kombinasi antara

perengkahan dengan katalis dan hidrogenasi untuk menghasilkan senyawa

yang jenuh. Reaksi tersebut dilakukan pada tekanan tinggi.

Adapun persamaan reaksi hidrogenasi trigliserida dengan

menggunakan katalis adalah sebagai berikut :

Propil yang menghubungkan tiga asam lemak akan di-cracking

menjadi propana, sedangkan rantai karbon yang membentuk gliserida akan di-

cracking menjadi alkana yang sesuai dengan jumlah karbon yang terkandung di

dalamnya (Hardian, Rifan. 2008).

Keuntungan dari proses hydrocracking trigliserida dengan

menggunakan katalis ini, dapat menghasilkan berbagai jenis alkana cair yang

H2

O C – R

O

HC

C H2 O

R – C

O

C H2

O

R – C

O

(Linnaila, 2005 ; Hubber, 2007)

katalis

H2

R’ – CH2 – CH3 + H2O

R’ – CH3 + CO + H2O

CH3 – CH2 – CH3 (propana)

R’ – CH3 + CO2

3 H2

katalis

Gambar 2.1. Jalur Reaksi Konversi Trigliserida Menjadi Alkana

9

dapat dimanfaatkan sebagai sumber bahan bakar, maupun untuk aplikasi yang

lain. Alkana cair yang dihasilkan akan bergantung dari jenis trigliserida yang

digunakan sebagai bahan baku. Keuntungan lain menggunakan metode

hydrocracking ini adalah terdapatnya kesesuaian antara infrastruktur yang

digunakan dengan infrastruktur yang ada pada industri kilang minyak pada

umumnya, sehingga berpeluang untuk dapat memanfaatkan industri kilang

minyak yang telah ada sebelumnya tanpa harus harus berinvestasi besar pada

infrastrukturnya (Huber, 2007).

2.2 Reaksi Hydrocracking

Hydrocracking merupakan kombinasi antara cracking dan hidrogenasi

untuk menghasilkan senyawa yang jenuh. Reaksi tersebut dilakukan pada

tekanan tinggi dan suhu yang lebih rendah daripada thermal cracking.

Keuntungan lain dari hydrocracking ini adalah bahwa reaksi berlangsung

bertahap, mulai dari hidrogenasi hingga dilanjutkan proses cracking.

Cracking merupakan reaksi pemutusan ikatan tunggal antar C-C yang

melibatkan katalis. Katalis yang digunakan biasanya berupa padatan asam

semisal zeolit atau silika alumina. Reaksi ini terjadi melalui mekanisme

perengkahan ion karbonium. Mula-mula katalis yang bersifat asam

menambahkan proton ke molekul olevin atau menarik ion hidrida dari alkana

sehingga menyebabkan terbentuknya ion karbonium:

10

Secara umum, reaksi perengkahan menggunakan katalis padatan asam ini

melibatkan l tahapan reaksi, yaitu:

1. Reaksi Inisiasi

Reaksi dimana satu buah molekul terpecah menjadi dua radikal bebas.

2. Abstraksi Hidrogen

Reaksi dimana radikal bebas tersebut melepaskan atom hidrogen dari

molekul yang lain, sehingga menjadi netral sedangkan molekul lainnya

menjadi radikal bebas.

3. Dekomposisi Radikal

Reaksi dimana radikal bebas terpecah menjadi dua molekul, yaitu alkena

dan radikal bebas yang lebih kecil.

4. Adisi Radikal

Reaksi kebalikan dari abstraksi hidrogen, dimana radikal bebas bereaksi

dengan alkena untuk membentuk radikal bebas yang lebih besar. Berkat

reaksi ini, memungkinkan terjadinya reaksi siklisasi.

5. Reaksi Terminasi

Reaksi ini merupakan reaksi penutup dari rangkaian reaksi cracking, karena

pada reaksi ini radikal-radikal bebas akan saling bereaksi sehingga

menghasilkan produk yang tidak radikal.

Hidrogenasi adalah reaksi adisi hidrogen (H2) pada gugus etilenik atau

ikatan rangkap. Reaksi hidrogenasi ini dilakukan dengan menggunakan gas

hidrogen dan penambahan serbuk nikel sebagai katalis. Kegunaan reaksi

11

hidrogenasi adalah untuk menjenuhkan ikatan rangkap menjadi ikatan tunggal

pada rantai karbonnya.

Laju hidrogenasi tergantung pada temperatur, jenis bahan yang

dihidrogenasi, aktivitas katalis, konsentrasi katalis, dan laju alir gas hidrogen

dipermukaan katalis. Agar hidrogenasi dapat berlangsung, gas hidrogen, bahan

yang akan dihidrogenasi, dan katalis padat harus ada pada temperatur yang

sesuai.

Reaksi hidrogenasi pada umumya menggunakan logam-logam transisi

sebagai katalis. Pemilihan logam sebagai katalis disesuaikan pada senyawa

yang akan direduksi dan kondisi reaksi hidrogenasinya. Aktivitas dan

selektivitas logam sebagai katalis sangat berhubungan dengan struktur dan

komposisi logamnya.

Logam-logam seperti platina, nikel, palladium, dan molibdenum

merupakan jenis katalis yang sering digunakan untuk reaksi hidrogenasi.

Namun karena harga platina dan paladium yang sangat mahal, maka

penggunaan nikel akan lebih menguntungkan.

Katalis nikel mampu mengadsorpsi gas hidrogen pada permukaannya

saja dan mengaktifkan ikatan hidrogen-hidrogennya, sehingga gas hidrogen

menjadi lebih mudah bereaksi. Semakin luas permukaan logam katalis, maka

akan semakin banyak gas hidrogen yang diserap (gambar 2.2). Demikian pula

dengan semakin besar luas permukaan, maka kontak yang terjadi antara zat-zat

yang bereaksi juga bertambah banyak, sehingga kecepatan reaksi juga

bertambah besar pula (Hart, 2004).

12

Gambar 2.2 Mekanisme Katalisis Heterogen Pada Reaksi Hidrogenasi Ikatan Rangkap Pada Etena, (Rifan Hardian, 2008)

Pada proses hidrogenasi ini, katalis berfungsi untuk mengganggu

kestabilan hidrogen sehingga mudah terdisosiasi menjadi ion H radikal. Katalis

nikel paling banyak digunakan karena kereaktifannya besar

(Pd>Ni>Co>Fe>Cu), dan tidak mudah mengalami perubahan (Gerhartz, 1986).

2.3 Peran Katalis dalam Proses Hydrocracking

2.3.1 Reaksi Katalitik Katalis

Katalis merupakan suatu zat yang dapat meningkatkan kecepatan

reaksi terhadap suatu kesetimbangan tanpa adanya zat katalis yang dikonsumsi,

setelah proses selesai katalis dapat diperoleh kembali (Satterfield, 1991).

13

Meskipun suatu katalis tidak mengalami perubahan di akhir reaksi, bukan

berarti katalis tidak memiliki andil dalam reaksi tersebut. Pada kenyataannya,

suatu katalis berpartisipasi aktif dalam raksi, hanya saja pada akhir reaksi

katalis tersebut dibentuk kembali (Smith, 1981).

Konsep energi akivasi menyatakan bahwa keberadaan suatu katalis

dalam mekanisme katalisa akan menurunkan energi aktivasi. Katalis efektif

meningkatkan laju reaksi karena memungkinkan terjadinya mekanisme

alternatif yang pada satu tahapannya memiliki energi aktivasi yang lebih

rendah dibandingkan proses tanpa katalis (Smith, 1981).

2.3.2 Sifat Katalis

Untuk mendapatkan suatu katalis yang baik maka harus diperhatikan

beberapa faktor, diantaranya:

1. Aktivitas, yaitu kemampuan katalis untuk mengonversikan reaktan

menjadi produk yang diinginkan.

2. Selektivitas, yaitu kemampuan mempercepat suatu reaksi diantara

beberapa reaksi yang berlangsung dengan demikian yang akan diperoleh

adalah produk yang diinginkan dan produk samping yang dihasilkan dapat

ditekan seminimal mungkin.

3. Kestabilan, yaitu lamanya katalis memiliki aktivitas dan selektivitas pada

keadaan seperti semula. Untuk memperoleh katalis yang memiliki

kestabilan yang tinggi, diantaranya katalis harus bersifat tahan terhadap

racun, perlakuan panas, dan erosi.

14

4. Kemudahan regenerasi, suatu katalis akan menurun baik aktivitas maupun

selektivitasnya setelah diguakan pada beberapa reaksi. Hal tersebut dapat

terjadi karena adanya racun katalis yang menutupi sebagian sisi aktif

katalis, seperti misalnya dengan adanya kokas atau arang.

Untuk memenuhi sifat-sifat katalis, umumnya katalis dibentuk oleh

beberapa komponen yaitu (Othmer, 1993):

1. Penyangga (Support Material)

Komponen utama dari katalis yang biasa digunakan adalah

penyangga. Sebagian besar penyangga berupa benda padat kuat yang dapat

dibuat dengan berbagai macam bidang permukaan dan juga berbagai

macampenyebaran ukukuran pori.

Sifat padatan yang dipertimbangkan dalam pemilihan penyangga:

a. Kekuatan mekanik (keras dan tahan korosi)

b. Kestabilan pada rentang kondisi reaksi dan regenerasi.

c. Luas permukaan yang cukup luas untuk katalis

d. Porositas yang cukup banyak.

e. Harga yang tidak terlalu mahal

2. Pengikat (Binder)

Untuk mendapatkan katalis dengan kekuatan fisik yang kuat, maka

perlu ditambahkan suatu bahan yang disebut sebagai pengikat. Bahan pengikat

yang umum digunakan adalah suatu mineral tanah liat seperti kaolinit.

15

3. Promotor

Pada kebanyakan industri, katalis yang digunakan mengandung

promotor, dan umumnya berupa promotor kimia. Promotor kimia digunakan

dalam jumlah kecil dan promotor tersebut mempengaruhi kimia permukaan.

Fungsi promotor dapat meningkatkan aktivitas, selektivitas, dan kestabilan

katalis. Promotor digunakan dalam jumlah yang relatif sedikit pada katalis.

Bahan yang digunakan sebagai promotor diantaranya CaO dan K2O.

4. Fasa Aktif

Fasa aktif adalah pengemban fungsi utama katalis, yaitu mempercepat

dan mengarahkan reaksi. Fasa akif yang banyak digunakan pada umumnya

beripa metal, oksida logam, maupun sulfida metal. Kadang-kadang material ini

digunakan secara luas pada permukaan sebuah penyangga dan persentasi metal

sebagai fasa aktif tersebut mungkin saja hanya sekitar 1%.

2.3.3 Penggolongan Katalis

Secara umum katalis dapat digolongkan menjadi dua bagian yaitu:

1. Katalis Homogen

Katalis homogen adalah katalis yang berada pada fasa yang sama

dengan reaktannya, sehingga sukar dipisahkan dari media reaksi. Katalis

homogen hanya digunakan pada industri yang menghasilkan produk tertentu.

Pada tekanan yang tinggi katalis homogen dapat digunakan pada beberapa

aplikasi, seperti alkilasi propilen tetramer dengan benzen.

16

2. Katalis Heterogen

Katalis heterogen adalah katalis yang mempunyai fasa yang berbeda

dengan reaktannya. Persyaratan dari suatu katalis heterogen adalah bahwa

pereaksi gas diadsorpsi oleh katalis. Pada umumnya katalis heterogen

berbentuk padatan dan memiliki permukaan metal aktif. Pada proses

hydrocracking yang komersial, bahan-bahan yang digunakan sebagai bahan

aktif adalah nikel, molibdenum, kobal, dan lain sebagainya.

2.3.4 Perlakuan Terhadap Katalis

Aktivitas katalis berlangsung pada sisi aktif katalis, yang berupa inti

metal aktif katalis. Aktivitas metal murni sebagai inti metal aktif pada

permukaan katalis heterogen lebih tinggi dibanding dengan oksida metal atau

metal sulfida.

Inti metal aktif katalis dapat rusak atau menurun aktivitasnya apabila:

1. Luas permukaan inti metal berkurang karena penggabungan inti-inti metal

tersebut.

2. Permukaan inti metal tertutup oleh racun seperti sulfur.

3. Inti metal bereaksi dan bersatu dengan logam lain, misalnya Ni + Pb.

Selektivitas katalis dapat dipengaruhi oleh luas permukaan katalis,

ukuran pori katalis, dan perubahan kondisi reaksi. Selektivitas pada reaksi

hidrogenasi akan meningkat jika terjadi isomerisasi ikatan rantai rangkap dari

cis ke trans.

17

2.3.5 Pembuatan Katalis

Tujuan utama dari suatu metode preparasi adalah untuk

mendistribusikan fasa aktif (metal) dengan cara yang paling efisien (misalnya

dalam bentuk terdispersi, yaitu untuk memperoleh luas permukaan spesifik

yang besar dan juga aktivitas maksimum persatuan berat dari senyawa aktif).

Pada permukaan padatan penyangga (Figueras, 1988).

Secara garis besar, pembuatan katalis yang banyak digunakam adalah

metode impregnasi dan metode presipitasi (moulijn, 1993).

1. Proses pembuatan katalis dengan metode impregnasi

Menurut teknik pembuatannya, preparasi katalis dengan metode

impregnasi dibagi menjadi dua, yaitu:

a. Impregnasi Basah

Pada 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 adalah jumlah logam yang terimpregnasi sangat

tergantung pada kelarutan senyawa logam tersebut.

b. Impregnasi Rendam

Pada 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.

18

Secara industri, proses ini lebih mahal karena produktivitasnya rendah dan

sistem daur ulang cairan induknya cukup rumit.

2. Proses pembuatan katalis dengan metode Presipitasi

Secara umum prosedur presipitasi adalah mengontakkan larutan

garam logam dengan larutan alkali, ammonium 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.

2.3.6 Katalis Nikel

Katalis nikel, mempunyai aktivitas dan selektivitas yang baik dalam

suatu reaksi. Fasa aktif katalis nikel tidak memiliki permukaan yang luas

sehingga dalam bentuk butiran yang besar tidak seluruh pusat aktifnya dapat

mengadakan kontak dengan reaktan. Pada keadaan ini fasa aktif perlu

ditebarkan di permukaan padatan penyangga berpermukaan luas dengan tujuan:

1. Memperluas permukaan kontak antara fasa aktif dengan reaktan.

2. Keaktifan katalis persatuan berat fasa aktif meningkat.

3. Fasa aktif yang biasanya mahal dapat dihemat.

Tahap-tahap katalis ditinjau dari pergerakan molekul didalam

prosesnya adalah:

1. Perpindahan massa reaktan, yaitu transportasi reaktan ke permukaan

katalis.

2. Difusi pori, yaitu transportasi reaktan melalui pori katalis.

19

3. Adsorpsi reaktan pada pusat aktif di permukaan katalis.

4. Reaksi tidak hanya berlangsung pada permukaan, melainkan juga pada

permukaan yang terbentuk dari pori-pori katalis.

5. Desorspsi produk dari permukaan katalis.

6. Difusi produk keluar pori yaitu transportasi produk melalui permukaan

luar katalis.

7. Transportasi produk (perpindahan massa produk)

Adapun fungsi katalis dalam suatu reaksi kimia adalah:

1. Mempercepat jalannya reaksi.

2. Menurunkan energi aktivasi

3. Mengarahkan produk yang dihasilkan, sehingga dapat meminimalkan

produk samping.

2.4. Bentonit Sebagai Material Penyangga Katalis

Bentonit adalah nama dagang untuk jenis lempung yang mengandung

mineral monmorilonit antara 65-85 %. Sehingga bentonit juga dikenal dengan

sebutan monmorillonit. Sedangkan sisa umumnya merupakan campuran dari

mineral-mineral pengotor seperti kuarsa, kristobalit, feldspar, dan mineral-

mineral lempung lain, tergantung pada daerah geologisnya. Menurut kamus

geologi, bentonit adalah endapan karang yang dibentuk dari perubahan tempat

dari abu vulkanis, komposisi terbesar dari tanah liat monmorillonit yang pada

umumnya mempunyai kemampuan cukup besar untuk menyerap air, juga

dipakai secara komersil dalam cairan drilling, katalis, cat, dan sebagainya.

20

2.4.1. Karakteristik Bentonit

Berdasarkan proses terbentuknya di alam, bentonit dibagi menjadi dua

golongan, yaitu :

1. Natrium Bentonit (Swelling Bentonite)

Bentonit jenis ini mempunyai kandungan kation Na+

relatif lebih

banyak dibandingkan dengan kandungan kation Ca2+

dan Mg2+

, selain itu

bentonit ini juga memiliki sifat mengembang apabila terkena air, dan memiliki

pH 7,5- 8,5. Bentonit jenis Na banyak digunakan sebagai adsorben, pencampur

pembuatan cat, perekat pasir cetak dalam industri pengecoran dan sebagainya.

2. Kalsium Bentonit (Non Swelling Bentonite)

Bentonit jenis ini memiliki kandungan kation Ca2+

dan Mg2+

yang

relatif lebih banyak dibandingkan kandungan kation Na+-nya, mempunyai sifat

sedikit menyerap air, dan bila didespersikan ke dalam air akan cepat

mengendap (tidak membentuk suspensi), serta memiliki pH 4 -7. Ca-bentonit

digunakan untuk bahan cat warna dan sebagai bahan perekat pasir cetak.

(Sukandarrumidi, 1999). Perbedaan dan perbandingan sifat-sifat lainnya antara

Na-bentonit dengan Ca-bentonit dapat dilihat pada Tabel 2.2

Tabel 2.2. Sifat-sifat Na-bentonit dan Ca-Bentonit

Sifat fisik Na Bentonit Ca Bentonit Daya mengembang Baik Kurang baik

Kekuatan tekan Sedang Baik pH (keasaman) 7,5 – 8,5 (basa) 4-7 (asam)

Daya tahan panas Kurang baik Baik Daya alir Kurang baik Baik Daya ikat Cepat Sedang

(Sukaandarrumidi, 1999)

21

Karakteristik bentonit ditinjau dari kegunaannya dibedakan menjadi

dua (Mulyadi, 1992), yaitu:

1. Bentonit sebagai adsorben

Kristal bentonit berkemampuan menyerap sejumlah molekul yang

berukuran lebih kecil dari pori-porinya dan memiliki bentuk geometri yang

tepat. Ukuran pori-pori tersebut merupakan sifat unik dari bentonit.

(Rouquorol, Fraincoise. 1999).

2. Bentonit sebagai penukar kation

Bentonit juga dapat memiliki kemampuan untuk berikatan dengan

anion-anion dan kation-kation. Proses pertukaran ion adalah proses

penggantian ion-ion dengan suatu anion atau kation yang lain. Ion-ion yang

ditukar berada di sekeliling bagian luar lapisan alumina silika dari struktur

mineral bentonit tanpa mempengaruhi struktur dari bentonit itu sendiri.

Kemampuan menukar ion pada bentonit tidak hanya ditentukan oleh

jenis dan jumlah ion, tetapi juga oleh gerakan kisi-kisi kristal monmorillonit.

Sifat bentonit sangat tergantung pada dominasi pertukaran ion. Bentonit dapat

digunakan untuk penghilangan ion Pb, Cd, Cu, Zn dari suatu larutan (Inel et

al., 1997). Kemampuan bentonit dalam mengadsorpsi logam berat ini juga

memungkinkan untuk terjadinya proses interkalasi terhadap bentonit.

Untuk meningkatkan kemampuan daya tukar ionnya, bentonit harus

diaktivasi melalui modifikasi dengan asam agar porositas, luas permukaan dan

keasamannya meningkat.

22

2.4.2. Komposisi dan Struktur Bentonit

Bentonit memiliki komposisi berbeda-beda satu sama lainnya,

tergantug pada letak dimana bentonit tersebut ditemukan. Sebagai contoh,

bentonit dimana Na bentonit menjadi elemen mineral utama biasanya

mempunyai kapasitas pengembangan yang tinggi. Na bentonit tersebut banyak

terdapat di South Dakota, Wyoming. Sedangkan jika bentonit dimana Ca

bentonit menjadi elemen utama, maka bentonit tersebut akan memiliki

kapasitas pengembangan yang relatif rendah. Ca bentonit ini banyak terdapat di

Texas dan Mississippi. Jika bentonit dianggap belum mengalami distribusi

apapun pada ksi-kisinya maka bentonit dirumuskan dengan (Mg,Ca)

O.Al2O3.5SiO2.nH2O.

Struktur bentonit memiliki konfigurasi 2:1 yang terdiri dari dua

silikon oksida tetrahedral dan satu aluminium oksida oktahedral. Pada

tetrahedral, 4 atom oksigen berikatan dengan atom silikon di ujung struktur.

Empat ikatan silikon terkadang disubstitusi oleh tiga ikatan aluminium. Pada

oktahedral, atom aluminium berkoordinasi dengan enam atom oksigen atau

gugus-gugus hidroksil yang berlokasi pada ujung oktahedron. Al3+ dapat

digantikan oleh Mg2+, Fe2+, Zn2+, Ni+, Li+, dan katiion lainnya. Substitusi

isomorphous dari Al3+ untuk Si4+ pada tetrahedral dan Mg2+ dan Zn2+ untuk

Al 3+ pada oktahedral menghasilkan muatan negatif pada permukaan lempung.

Hal ini diimbangi dengan adsorpsi kation di lapisan interlayer.

23

Gambar 2.3 Struktur monmorillonit

2.4.3. Proses Interkalasi Bentonit

Interkalasi adalah suatu penyisipan spesies tamu (ion, atom, atau

molekul) ke dalam antarlapis senyawa berstruktur lapis. Schubert (2002)

mendefinisikan interkalasi adalah suatu penyisipan suatu spesies pada ruang

antarlapis dari padatan dengan tetap mempertahankan struktur berlapisnya.

Atom-atom atau molekul-molekul yang akan disisipkan disebut sebagai

interkalan, sedangkan yang merupakan tempat yang akan dimasuki atom-atom

atau molekul-molekul disebut sebagai interkalat. Metode ini akan memperbesar

pori material, karena interkalan akan mendorong lapisan atau membuka antar

lapisan untuk mengembang. Interkalan yang digunakan dapat berupa zat

organik, logam oksida, maupun ion keggin.

24

Menurut ogawa dan Rusman (1999), mekanisme pembentukan

interkalasi dapat dikelompokan menjadi lima golongan, yaitu :

1. Senyawa interkalasi yang terbentuk dari pertukaran kation

Senyawa terinterkalasi jenis ini terbentuk dari pertukaran kation tamu

dengan kation yang menyetimbangkan muatan lapis. Jumlah kation tamu

yang dapat terinterkalasi tergantung pada jumlah muatan yang terkandung

pada lapisan bahan inang. Lempung terpilar adalah salah satu contoh

senyawa terinterkalasi yang diperoleh dari pertukaran kation. Spesies tamu

dalam hal ini berperan sebagai pilar yang akan membuka lapisan-lapisan

lempung.

2. Senyawa interkalasi yang dibentuk dari interaksi dipol dan pembentukan

ikatan hidrogen.

Senyawa terinterkalasi jenis ini terbentuk jika spesies tuan rumah (host)

bersifat isolator dan tidak memiliki muatan permukaan. Interaksi antara

spesies tamu dan lapisan spesies tuan rumah hanya berupa interaksi dipol

dan ikatan hidrogen, oleh karena itu jenis interkalasi ini tidak stabil dan

senyawa yang terinterkalasi ini dengan mudah dapat digantikan.

3. Senyawa interkalasi yang dibentuk dari interaksi dipol antara spesies tamu

dan ion-ion di dalam antar lapis.

Senyawa interkalasi jenis ini dapat terjadi melalui pertukaran molekul-

molekul solven. Pertukaran tersebut terjadi antara molekul-molekul solven

yang mensolvasi ion-ion dalam antarlapis dengan molekul-molekul tamu.

Hal tersebut terjadi, jika molekul tamu mempunyai polaritas yang tinggi.

25

Pada material lempung, molekul monomer dapat terinterkalasi melalui

penggantian dengan molekul air.

4. Senyawa interkalasi yang dibentuk dengan ikatan hidrogen

Bila dibandingkan dengan senyawa interkalasi yang lain, maka spesies tamu

akan terikat lebih kuat di dalam spesies induk, sehingga deinterkalasi lebih

sulit terjadi.

5. Senyawa interkalasi yang dibentuk dari transfer muatan

Senyawa interkalasi yang terbentuk jika lapisan bahan induk bersifat

konduktif. Reaksi interkalasinya dapat dinyatakan sebagai berikut :

xA+ + xe

- + [Z] A

+x[Z]

x-

xA- + [Z] Ax

-[Z]

x+ + e

-

dimana A adalah ion tamu dan Z adalah spesies induk.

2.4.4. Bentonit Terpilar Sebagai Katalis

Kemampuan katalis bentonit, selektif terhadap bentuk dan ukuran zat

yang terlibat pada reaksinya. Bentonit yang terinterkalasi adalah jenis bahan

yang didalamnya terdapat distribusi mikropori yang lebih homogen dengan

lubang-lubang pori yang bervariasi menurut jenis-jenis pilar yang ada.

Fenomena dasar yang digunakan dalam pembuatan bentonit termodifikasi

adalah pertukaran ion dari kation-kation yang terdapat pada bentonit yang

dilakukan oleh spesies-spesies kationik yang berfungsi sebagai penyangga agar

struktur interlayernya tetap stabil. Ukuran pori dalam struktur yang ideal

26

ditentukan oleh ukuran pilar-pilar dan ruang-ruang di antara pilar yang ada di

dalam lapisan (gambar 2.4) (Augutine, 1996).

Gambar 2.4. (a). struktur lapisan bentonit sebelum pilarisasi

(b). struktur lapisan bentonit setelah pilarisasi

Reaksi yang terjadi pada bentonit termodofikasi adalah pertukaran

kation. Kemudian dapat diprediksi bahwa faktor-faktor kimia dan fisika akan

mempengaruhi derajat pertukaran kation-kation yang ada di dalam partikel

bentonit. Faktor-faktor tersebut adalah konsentrasi dan pH larutan, keberadaan

kation lain, dan batasan difuskational. Proses pertukaran kation tersebut

digambarkan sebagai sebuah kompetisi yang terjadi diantara kation-kation

tersebut dan kation-kation yang ada di dalam bentonit. Selektifikas pertukaran

kation tergantung pada muatan dan ukuran kation (Figueras, 1988).

Pada suhu 105 0C air yang terserap oleh bentonit akan hilang, dan

pada suhu 650 0C gugus hidroksilnya hilang. Akibat hilangnya gugus hidroksil,

maka struktur bentonit akan mejadi tidak beraturan. Sehingga perlu dilakukan

suatu mekanisme tertentu yang dapat mempertahankan kestabilan struktur dari

bentonit ini.

Metode pilarisasi dapat digunakan untuk untuk mengatasi masalah

tersebut adalah dengan menggantikan air dan kation dengan suatu kation lain

27

yang memiliki tingkat kestabilan yang lebih baik sehingga secara keseluruhan

bentonit ini akan memiliki kestabilan suhu yang lebih baik. Metode pilarisasi

ini melibatkan perubahan kation-kation dalam stukturnya (Sutha Negara, I. M.

2008). Pilarisasi dihasilkan dengan mengontakkan antara bentonit dengan

larutan ion keggin. Larutan ion keggin merupakan suatu polioksokation yang

berfungsi untuk membentuk reaksi awal yang diperkirakan akan menggantikan

kationnya dengan suatu agen pemilar, semisal Al3+, Ni2+, Mo6+. dan sebagainya

(Katdare, 1999).

2.5 Pilarisasi Bentonit

Langkah pertama pada proses pemilaran adalah mempreparasi agen

pemilarnya. Pada pembuatan polioksokation Ni, metode yang biasa digunakan

adalah pencampuran larutan prekursor Ni ke dalam suatu larutan basa pada

larutan sehingga terhidrolisis dan membentuk suatu polioksokation.

Gambar 2.5. Skema interkalasi dan pilarisasi

28

Langkah selanjutnya adalah mencampurkan suspensi lempung ke

dalam larutan polioksokation. Hal ini memungkinkan kation interlayer pada

lempung bertukar dengan polioksokation pada larutan melalui reaksi

pertukaran kation atau interkalasi (Gil dan Gandfa, 2000). Setelah proses

interkalasi selesai dilanjutkan dengan proses pemanasan interkalat (pada suhu

kalsinasi, 500-6500C) hingga menghasilkan pilar, dan proses ini lebih dikenal

dengan proses pilarisasi. Sifat struktur terpilar yang stabil ini sangat

dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti lempung yang digunakan, kondisi

pencampuran dan pengeringan, dan polioksokation yang digunakan.

2.6 Rancangan Reaktor Batch Sebagai Tempat Berlangsungnya Reaksi

Hydrocracking

Batch reactor merupakan reaktor yang dirancang dengan sistem

tertutup, sehingga tidak terjadi aliran zat-zat dari luar kedalam reaktor, maupun

sebaliknya. Semua zat yang akan direaksikan berada didalam tanki reaktor

(Coker, A. Kayode. 2001).

29

Gambar 2.6. Rancangan Reaktor Batch

Kelebihan dari reaktor batch ini, diantaranya adalah :

a. untuk reaksi gas, membutuhkan konsumsi gas yang lebih sedikit.

b. waktu kontak antara zat-zat yang bereaksi lebih lama sehingga reaksi dapat

berlangsung lebih efektif.

c. Tidak adanya aliran gas membuat penggunaan reaktor batch ini relatif

lebih aman dari reaktor tipe flow.

(Rifan Hardian, 2008)

2.7 Penelitian Terkait Sebelumnya

Pada jurnalnya, Bayu Arifianto dan Setiadi (2007) menjelaskan

metode perengkahan molekul trigliserida minyak kelapa sawit menjadi

hidrokarbon fraksi gasoline menggunakan katalis B2O3/Al2O3. Perengkahan

dilakukan di dalam reaktor fixed bed dengan tekanan 1,5 atm, dan temperatur

reaksi 350 – 5000C dan laju alir 10 ml/menit. Katalis Al2O3 dengan

penambahan 5–25% B2O3 digunakan untuk mempelajari pengaruh temperatur,

30

jenis umpan, dan penambahan B2O3 terhadap yield fraksi bensin yang

dihasilkan. Jenis umpan yang digunakan adalah minyak sawit, minyak sawit

hasi oksidasi, Palm Oil Methyl Ester (POME), dan minyak sawit yang

ditambahkan metanol. Temperatur optimum dicapai pada temperatur 4500C

dengan yield 58% menggunakan umpan POME dan 21% dengan umpan

minyak yang ditambah metanol, dengan katalis 10% B2O3/ Al2O3. Hasil fraksi

menurun seiring dengan penambahan B2O3 diatas 10%.

D. Setiawan memaparkan dalam jurnalnya bahwa konversi dilakukan

dengan menggunakan reaktor sistem flow fixed bed dan katalis Ni/zeolit serta

alkohol sebagai inisiator. Sebelum direaksikan dengan katalis, minyak jelantah

ditambahkan terlebih dahulu dengan natrium metoksida sehingga menjadi metil

ester minyak goreng jelantah (MEWCO). Dengan suhu reaksi 350-4500C,

dihasilkan fraksi gasoline dan diesel, dengan persen konversi mencapai

50,43%. Kondisi optimum katalis dalam menghasilkan fraksi solar adalah pada

suhu 400 dan 4500C dengan menghasilkan 36,08% fraksi solar, sedangkan

untuk fraksi bensin membutuhkan suhu 4500C dengan persentase 27,50%.

Pertamina dalam seminar hydrocracking process technology di Dumai

pada tahun 2000 menuturkan bahwa pengilangan minyak sekunder di

Pertamina dilakukan secara kimia, yaitu melalui hydrocracking. Dengan

menggunakan katalis berbahan dasar NiMo berpenyangga alumina silika

termodofikasi pada suhu reaksi 350-450 0C dengan tekanan reaksi mencapai

175 kg/cm2.