KOVALEN: Jurnal Riset Kimia, 9. , 2023: 122-131 https://bestjournal. id/index. php/kovalen Pengaruh Temperatur Kalsinasi Terhadap Kapasitas Ion Katalis Asam Heterogen Berbasis Silika dan Aplikasinya pada Sintesis Metil Oleat [The Effect of Calcination Temperature on the Ion Capacity of Heterogeneous Silica-Based Acid Catalysts and Its Application in the Synthesis of Methyl Oleat. Joko Suryadi. Nanda NabilaA. Syafa Neiska Bayhaqi. Eko Andrijanto Jurusan Teknik Kimia. Politeknik Negeri Bandung Jl. Gegerkalong Hilir. Bandung 40599 Indonesia Abstract. Sulfated silica catalyst is a solid acid catalyst which in its application is used to accelerate esterification The purpose of this study was to determine the effect of calcination temperature and increasing the amount of catalyst on the effectiveness of silica as a catalyst in the formation of methyl oleate through esterification The synthesis of sulfuric acid catalyst from rice husk ash went through several stages, including preparation of raw material for rice husk ash, production of silica using the sol-gel method, manufacture of silicabased acid catalysts and characterization of the sulfated silica catalyst. The acid catalyst was prepared using impregnation method with sulfuric acid and calcined at various temperatures of 500, 600, 700 and 800 oC. The characterization of the acid catalyst formed includes ionic capacity, catalyst performance in the esterification reaction, and the determination of the bond characteristic functional groups using FTIR. The results of ion capacity analysis showed that the highest acidity value was found in the sulfated silica catalyst calcined at 600 oC of 0. mmol/gram. Testing the performance of the catalyst in the esterification reaction with a ratio of 4:1 . ethanol:oleic aci. obtained an ester conversion of 38. 89% using a catalyst of 30% of the amount of oleic acid. Identification results using FTIR show that sulfate ions have chemically interacted with silica at around 1103. 28 cm-1 Keywords: rice husk ash, impregnation, calcination, acid catalyst, esterification Abstrak. Katalis silika tersulfatasi merupakan katalis asam padat yang dalam aplikasinya digunakan untuk mempercepat reaksi esterifikasi. Tujuan penelitian ini adalah mengetahui pengaruh temperatur kalsinasi dan penambahan jumlah katalis terhadap efektivitas silika sebagai katalis dalam pembentukan metil oleat melalui reaksi esterifikasi. Sintesis katalis asam tersulfatasi dari abu sekam padi melewati beberapa tahapan antara lain preparasi bahan baku abu sekam padi, pembuatan silika menggunakan metode sol-gel, pembuatan katalis asam berbasis silika dan pengkarakterisasian katalis silika tersulfatasi. Pembuatan katalis asam menggunakan metode impregnasi dengan asam sulfat dan dikalsinasi pada variasi temperatur 500, 600, 700, dan 800oC. Karakterisasi katalis asam yang terbentuk meliputi kapasitas ion, performa katalis pada reaksi esterifikasi, dan penentuan gugus fungsi karakteristik ikatan menggunakan FTIR. Hasil analisis kapasitas ion menunjukkan nilai keasaman yang paling tinggi terdapat pada katalis silika tersulfatasi yang dikalsinasi pada temperatur 600 oC sebesar 0,372 mmol/gram. Uji performa katalis pada reaksi esterifikasi dengan perbandingan 4:1 . etanol:asam olea. didapatkan konversi ester sebesar 38,89% menggunakan katalis sebesar 30% dari jumlah asam oleat. Hasil identifikasi menggunakan FTIR menunjukkan bahwa ion sulfat telah berinteraksi secara kimia dengan silika pada sekitar bilangan gelombang 1103,28 cm-1. Kata kunci: abu sekam padi, impregnasi, kalsinasi, katalis asam, esterifikasi Diterima: 7 Juli 2023. Disetujui: 6 Agustus 2023 Sitasi: Suryadi. Nabila. Bayhaqi. , dan Andrijanto. Pengaruh Temperatur Kalsinasi Terhadap Kapasitas Ion Katalis Asam Heterogen Berbasis Silika dan Aplikasinya pada Sintesis Metil Oleat. KOVALEN: Jurnal Riset Kimia, 9. : 122-131. Corresponding author E-mail: nanda. anki20@polban. https://doi. org/10. 22487/kovalen. 2477-5398/ A 2023 Suryadi et al. This is an open-access article under the CC BY-SA license. KOVALEN: Jurnal Riset Kimia, 9. , 2023: 122-131 Suryadi et al. LATAR BELAKANG Reaksi lebih lanjut (Putro & Prasetyoko, 2007. Aprida et al. , 2. Penggunaan menghasilkan biodiesel dari bahan baku asam katalis heterogen pada penelitian-penelitian lemak dan metanol. Pada prakteknya, reaksi sebelumnya diaplikasikan pada reaksi organik esterifikasi berjalan lambat dan perlu dikatalisis seperti hidrolisis trigliserida, sintesis butil asetat oleh suatu katalis asam (Suleman dkk. , 2. Katalis asam untuk reaksi esterifikasi dapat berupa katalis dari asam mineral seperti (Ngaosuwan et al. , 2009. Said et al. , 2019. Zhao et al. , 2. HCl ataupun H2SO4 maupun katalis heterogen Pada penelitian ini, silika diaplikasikan yang bersifat asam (Irshad & Rahul, 2. sebagai katalis untuk mengkonversi suatu Berdasarkan kemudahan dalam pemisahan asam karboksilat menjadi produk metil ester. dan dampak korosi terhadap lingkungan, maka Hal ini merupakan aspek kebaruan dari aplikasi penggunaan katalis homogen digantikan oleh katalis heterogen berbasis silika dari sekam katalis yang bersifat heterogen. Beberapa padi sebagai bahan pendukung. Penelitian katalis heterogen yang digunakan untuk reaksi sejenis mengenai penggunaan katalis asam esterifikasi merupakan katalis asam yang heterogen untuk reaksi esterifikasi dilakukan berasal dari gugus sulfat (Hasan et al. , 2. dengan menggunakan support dari zirkonia Gugus sulfat tersebut terikat secara kimia pada (Andrijanto & Rob, 2. Penggunaan katalis asam silika berbasis tersebut bersifat heterogen (Julaika et al. sekam padi pada penelitian ini menitikberatkan Katalis heterogen asam tersulfatasi telah kalsinasi yang menyebabkan terbentuknya lazim digunakan pada beragam substrat yang senyawa oksida dari silika. Hal ini merupakan (Irshad Rahul. Pemilihan silika sebagai support dalam katalis sebelumnya yang memanfaatkan sekam padi heterogen reaksi esterifikasi menjadi perhatian dalam bentuk karbonnya sebagai katalis reaksi dalam penelitian ini karena sumbernya yang esterifikasi (Li et al. , 2. melimpah dari bahan alam (Herlina et al. , 2019. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui Hidayati et al. , 2019. Silviana et al. , 2. kemampuan katalis asam tersulfatasi dengan Salah satu sumber silika yang dapat ditemukan silika sebagai support yang digunakan untuk dari bahan alam adalah dari sekam padi (Abu reaksi esterifikasi dalam pembuatan metil oleat. et al. , 2016. Jamil et al. , 2. Pengaruh yang dibahas dalam penelitian ini Sekam padi relatif mudah didapatkan di adalah temperatur kalsinasi yang digunakan Indonesia. Disamping pemanfaatannya yang dalam pembuatan silika dan jumlah yang belum optimal karena merupakan limbah digunakan dalam sistem reaksi esterifikasi. pertanian, kadar silika dalam sekam padi yang Parameter kemampuan katalis yang diamati tinggi juga mendukung untuk bahan tersebut adalah kapasitas ion, konversi asam lemak, dijadikan sebagai sumber silika untuk diolah dan identifikasi gugus fungsi yang terdapat pada katalis berbasis silika. KOVALEN: Jurnal Riset Kimia, 9. , 2023: 122-131 Suryadi et al. METODE PENELITIAN Prosedur Penelitian Bahan dan Peralatan Preparasi abu sekam padi Bahan baku utama yang digunakan Sekam padi dibakar di dalam tanur pada untuk membuat katalis silika adalah abu sekam temperatur terkontrol 800AC selama 3 jam. setelah itu abu disaring menggunakan saringan (Whatman No. digunakan untuk proses berpori berukuran 120 mesh. Abu yang lolos Larutan NaOH sebagai reagen basa dari saringan dari ukuran tersebut dicuci menggunakan H2SO4 0,5 M dengan suhu Larutan HCl digunakan untuk membentuk 100AC selama 105 menit. Abu yang didapatkan senyawa silika gel. Larutan H2SO4 merupakan dibilas hingga pH netral dan dioven sampai asam yang digunakan sebagai pencuci abu Hasil dari tahap ini adalah abu sekam sekam padi yang telah dihomogenisasi. Asam padi yang telah kering dan homogen (Salman , 2015. Andreas dkk. , 2. Majalaya. NaOH Kertas Sintesis silika dan katalis kapasitas ion, asam oleat dan methanol digunakan sebagai reaktan dalam esterifikasi. Semua reagen mempunyai tingkat kemurnian pro analis. Abu sekam padi dikonversi menjadi silika gel menggunakan metode sol-gel. Abu sekam direfluks dengan NaOH 10% dengan perbandingan 1 : . erat : volum. pada temperatur 80oC selama 60 menit disertai dengan pengadukan. Larutan dipisahkan dari padatan dan direaksikan dengan HCl 1 M hingga mencapai pH netral. Padatan berupa gel yang terbentuk setelah 18 jam disaring dan dioven hingga kering pada temperatur 120AC. Silika gel dibilas menggunakan akuades sebanyak 3 Ae 4 kali sebelum dikeringkan kembali pada temperatur 120oC. Produk yang didapatkan dalam prosedur ini adalah silika gel kering dan digunakan dalam prosedur sintesis Gambar 1 Rangkaian satu set alat refluks Peralatan penelitian ini antara lain Sieve Shaker Restch, katalis heterogen tersulfatasi (Dhaneswara et , 2. Sintesis katalis heterogen tersulfatasi Silika furnace Carbolite Gero, oven Memmert, neraca metanol. H2SO4, dan akuades (Salman dkk. analitik Ohaus, hot plate beserta pengaduk 2. dengan perbandingan silika : metanol : akuades: H2SO4 adalah 1 gram : 7 mL : 3 mL : sebagai pendukung dalam preparasi serta 17 mL. Campuran dipanaskan pada temperatur pembuatan larutan sodium silikat. 65AC selama 4 jam. Silika disaring untuk peralatan-peralatan diambil padatannya dan dioven selama 10 KOVALEN: Jurnal Riset Kimia, 9. , 2023: 122-131 Suryadi et al. menit pada temperatur 120oC. Selanjutnya A = Volume NaOH y Normalitas NaOH y 28,2 Berat sampel . silika dikalsinasi dalam tanur listrik dengan variasi temperatur 500, 600, 700, dan 800 AC %Konversi = C AO. Oe C AO. C AO. y 100% selama 3 jam. Penentuan kapasitas ion Kapasitas ion ditentukan menggunakan metode titrasi asam basa (Aklilu, 2. Sebanyak 1 gram silika direndam dalam gelas Keterangan: C AO . : A pada sampling waktu ke 0 C AO . : A pada sampling waktu ke . Identifikasi beker dengan NaCl 0,1 M selama 24 jam. Silika Identifikasi gugus fungsi penyusun dari disaring untuk mendapatkan filtratnya. Filtrat katalis silika tersulfatasi dilakukan dengan dipipet sebanyak 10 mL ke dalam erlenmeyer metode FTIR. Silika yang diidentifikasi adalah dan ditambahkan indikator fenolftalein. Titrasi silika sebelum impregnasi dan silika sesudah dilakukan dengan menggunakan NaOH 0,01 M hingga mencapai titik akhir titrasi. Penentuan kuantitatif ditentukan melalui persamaan 1. Kapasitas ion = V NaOH y C NaOH gram Katalis Gugus diidentifikasi dari perbandingan antara spektra silika yang tidak mengalami impregnasi dengan asam dengan spektra pada silika yang telah A. Keterangan : V NaOH = Volume NaOH C NaOH = Konsentrasi NaOH Uji performansi katalis heterogen pada reaksi esterifikasi Metanol dan asam oleat . :1 b/. dipanaskan di dalam satu set alat refluks disertai dengan pengadukan menggunakan magnetic stirrer pada temperatur 60AC (Li et al. Katalis dengan nilai kapasitas ion terbesar dari variasi temperatur kalsinasi ditambahkan sebesar 5%, 15%, dan 30% dari massa asam oleat yang digunakan. Campuran tersebut direaksikan selama 50 menit dan setiap interval 10 menit dilakukan sampling sebanyak 1 gram. Larutan sampel ditambahkan 20 mL aseton dan beberapa tetes indikator PP. Titrasi dilakukan dengan menggunakan NaOH 0,1 N. Parameter performa katalis dalam reaksi esterifikasi diidentifikasi dari penurunan nilai asam lemak bebas/ free fatty acid (FFA) dan diolah sebagai nilai konversi sesuai dengan diimpregnasi dengan H2SO4. HASIL DAN PEMBAHASAN Sintesis Silika dan Katalis Sekam terkontrol pada temperatur senyawa-senyawa organik seperti protein, lemak , dan karbohidrat beserta senyawa-senyawa turunannya hingga berubah menjadi senyawa karbondioksida dan uap air. Silika dari proses dekomposisi tersebut diperoleh dalam bentuk padatan (Yusmaniar et , 2. Hasil proses dekomposisi sekam padi tersebut dapat diamati secara visual dari kenampakan warna yang ditunjukkan pada Gambar 2. Homogenisasi ukuran pada abu sekam padi bertujuan untuk memisahkan partikel granula yang berukuran tidak seragam dengan pengayakan bertingkat. Tahap pencucian silika H2SO4 mendapatkan kemurnian silika yang tinggi persamaan 2 dan 3. KOVALEN: Jurnal Riset Kimia, 9. , 2023: 122-131 Suryadi et al. senyawa-senyawa Prosedur impregnasi bertujuan untuk oksida dalam abu sekam padi (Abu et al. , 2016. memodifikasi permukaan silika agar gugus Boussaa et al. , 2017. Mahmud et al. , 2016. silika dapat berikatan dengan gugus SO3-H Salman dkk. , 2. Secara kualitatif abu dari sulfat dan menciptakan suasana asam sekam padi setelah pencucian memiliki warna sehingga dapat berperan sebagai katalis yang lebih terang dibandingkan sebelum Impregnasi menggunakan asam mengalami prosedur leaching seperti yang menyebabkan luas permukaan substrat silika ditunjukkan dalam Gambar 3. yang menjadi lebih besar dan kemungkinkan Sintesis terjadi reaksi antara gugus sulfat dengan menggunakan metode sol-gel yang direaksikan substrat silika semakin tinggi (Hidayati et al. dengan larutan NaOH bertujuan membentuk Luas permukaan yang membesar dari senyawa natrium silikat (Na2SiO. dengan hasil impregnasi tesebut lebih lanjut akan persamaan reaksi sebagai berikut: SiO2. 2NaOH. Ie Na2SiO3. H2O. menyebabkan gugus yang mengandung sulfur akan cenderung berikatan dengan silika (Zhao et al. , 2. Tahapan kalsinasi pada suhu tinggi bertujuan untuk melihat fenomena bahwa gugus sulfat telah terikat dengan pada silika dan membentuk katalis menjadi senyawa oksida sehingga kelarutannya dalam senyawa Gambar 2 Abu sekam dibakar secara terbuka . dan di dalam furnace . polar akan menurun. Analisis Kapasitas Tersulfatasi Ion Katalis Silika Analisis kapasitas ion yang dilakukan bertujuan untuk mengetahui situs asam yang aktif yaitu gugus sulfat pada katalis. Gugus Gambar 3 Abu . katalitik pada reaksi esterifikasi. Pengujian dilakukan dengan merendam katalis silika yang Penambahan Berdasarkan hasil analisis nilai kapasitas ion mencapai pH 7 bertujuan untuk mendapatkan paling besar adalah pada katalis silika sulfat senyawa Si(OH)4 yang di akhir reaksi akan setelah mengalami kalsinasi 600oC. HCl Pembentukan Kapasitas ion bervariasi yang bergantung menandakan bahwa telah terjadi reaksi yang dari temperatur kalsinasi (Tabel . Hal tersebut membentuk ikatan siloksan Si-O-Si dari silikat. disebabkan karena situs asam pada katalis Persamaan reaksi dari pembentukan asam akan sangat aktif pada temperatur 600oC. Pada silikat dapat dilihat di bawah ini: temperatur kalsinasi di atas 600AC sulfat akan Na2SiO3. H2O. 2HCl. IeSi(OH)4. 2NaCl. terdekomposisi sedangkan di bawah 600oC KOVALEN: Jurnal Riset Kimia, 9. , 2023: 122-131 Suryadi et al. gugus sulfat tidak sepenuhnya maksimal terikat Gambar 4. Berdasarkan literatur, sidik jari dari pada substrat silika (Andrijanto & Rob, 2. gugus Si-O-Si dapat ditemukan pada bilangan Tabel 1 Hasil kapasitas ion dari katalis silika pada berbagai nilai temperatur gelombang 460 Ae 1089 cm-1 (Sapei dkk. , 2. Pada kedua spektrum FTIR menunjukkan kemiripan pada serapan bilangan gelombang Temperatur Kalsinasi C) Kapasitas Ion mol/gra. 0,0405 Serapan lain ditemukan pada spektrum 0,3723 yang terdapat pada bilangan gelombang 0,1939 808,17 cm-1 yang terindikasi sebagai gugus Si- 0,0323 468,70 cm-1 dan 470,63 cm-1 yang terindikasi sebagai vibrasi tekuk dari gugus Si-O. O simetris dari siloksan. Serapan luas yang Identifikasi gugus fungsi pada katalis FTIR gelombang 3448,72 cm-1 merupakan gugus - Identifikasi Gugus Fungsi Katalis OH dari silanol (Si-OH) (Huljana & Rodiah, . 808,17 468,70 Transmitan 3448,72 1625,99 Silika KST 470,63 800,46 1099,43 3448,72 956,69 1633,71 1103,28 Bilangan Gelombang . m ) Gambar 4 Spektrum IR silika gel . dan katalis silika tersulfatasi . Ikatan gugus SO3- H pada permukaan 1103,28 silika dapat dideteksi dengan munculnya terindikasi sebagai gugus S=O dari sulfat. puncak baru pada bilangan gelombang sekitar Gugus S=O tertutupi atau tumpang tindih oleh 995 Ae 1003 cm-1 (Sekewael et al. , 2. vibrasi asimetri Si-O-Si sehingga spektrum Berdasarkan hasil FTIR pada spektrum . , katalis silika tersulfatasi tidak menunjukkan vibrasi yang sangat jelas. KOVALEN: Jurnal Riset Kimia, 9. , 2023: 122-131 Suryadi et al. Selain berdasarkan hasil beberapa penelitian yang silika tidak sebanyak ketika katalis homogen misalnya H2SO4 ketika digunakan. menunjukkan bahwa gugus S=O dari sulfat tidak menunjukkan vibrasi yang cukup jelas saat dianalisis oleh FTIR karena gugus katalis nilai hasil konversi gugus pada silika gel (Farikhah et al. , 2021. Salman dkk. , 2. Analisis Performansi Katalis dalam Reaksi Esterifikasi Konversi (%) silika tersulfatasi memiliki kemiripan dengan Reaksi esterifikasi antara asam oleat dan 5% w metanol akan menghasilkan metil oleat yang 15% w 30% w Katalis loading (% . merupakan senyawa biodiesel. Reaksi yang terjadi merupakan reaksi reversibel. Untuk Gambar 5 Pengaruh penggunaan katalis loading terhadap nilai konversi menggeser kesetimbangan ke arah produk, salah satu cara untuk melakukannya adalah dengan menambahkan reaktan (Raymond. Performa heterogen tersulfatasi yang memiliki nilai kapasitas ion tertinggi yaitu pada temperatur kalsinasi 600oC. Pengaruh dari penambahan jumlah katalis terhadap konversi asam lemak bebas dilihat sebagai nilai kemampuan katalis heterogen untuk mengkonversi asam lemak Semakin besar massa katalis yang digunakan maka akan semakin besar nilai konversi yang didapatkan (Gambar . Namun penggunaan massa katalis yang cukup banyak Penggunaan massa katalis sebesar dua kali lipat setelah 15% bertujuan untuk melihat kelebihan yang dimiliki oleh katalis heterogen dibandingkan katalis homogen . e Oliveira et , 2. Pada beberapa aplikasi, katalis heterogen dapat digunakan pada kisaran hingga 45% tergantung dari jenis reaksinya (Buasri et al. , 2013. Lu et al. , 2022. Wan et al. fenomena penurunan nilai FFA dan kenaikan nilai konversi pada selang waktu 50 menit. Asam oleat bereaksi dengan metanol melalui bantuan katalis asam membentuk metil oleat sehingga konsentrasi asam oleat akan semakin menandakan katalis kurang ekonomis. dengan mudah dari system reaksi merupakan Pengamatan lain yang dilakukan adalah tersebut menjadi produk metil oleat. dapat dalam jumlah besar namun kemampuan untuk digunakan kembali dan dapat dipisahkan Pada katalis heterogen penggunaannya menurunkan nilai FFA dengan cukup baik sehingga mendapatkan nilai konversi yang cukup besar. Implementasi penggunaan katalis heterogen hingga 30% disebabkan karena berkurang dan menghasilkan metil oleat. Selain itu, penurunan kadar FFA ini juga terjadi karena adanya katalis yang akan mengurangi energi aktivasi reaksi sehingga kecepatan reaksi dapat meningkat. Semakin lama waktu reaksi, semakin banyak asam lemak bebas bereaksi dengan metanol membentuk metil ester. gugus aktif sulfat yang terikat pada substrat KOVALEN: Jurnal Riset Kimia, 9. , 2023: 122-131 Suryadi et al. dikarenakan asam oleat telah membentuk ester dan telah mencapai kondisi kesetimbangan. Kenaikan nilai konversi merupakan kebalikan dari penurunan nilai FFA, jika nilai FFA semakin FFA (%) besar penurunannya maka kenaikan nilai 5% w katalis 10% w katalis 30% w katalis konversi akan semakin besar. Konversi asam oleat meningkat dengan signifikan pada penggunaan massa katalis sebesaar 30% dengan temperatur 60 EE saat waktu . Gambar 6 Pengaruh penurunan nilai FFA Hasil esterifikasi dapat dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya efektivitas katalis terhadap metanol dengan asam oleat berdasarkan 5% w katalis 15% w katalis volume serta suhu yang digunakan. 30% w katalis Konversi (%) KESIMPULAN Berdasarkan hasil analisis pada uji kapasitas ion didapatkan nilai yang paling tinggi pada katalis yang dikalsinasi dengan suhu 600EE sebesar 0,372 mmol/gram serta katalis waktu . silika tersulfatasi dapat menurunkan kadar FFA dengan pemakaian rasio katalis sebesar 30% Gambar 7 Pengaruh waktu terhadap kenaikan nilai konversi yang menghasilkan nilai konversi sebesar Dari hasil pengujian diperoleh kadar FFA yang disintesis dapat berperan sebagai katalis yang menurun dengan seiring bertambahnya 38,89%. Hal ini menujukkan bahwa produk waktu esterifikasi (Gambar . Penurunan FFA penambahan massa katalis sebesar 30%. Identifikasi gugus fungsi dari katalis karakteristik dari sulfat tumpang tindih dengan Semakin banyak katalis yang digunakan, gugus dari substrat silika interaksi sehingga maka asam oleat yang bereaksi dengan menyebabkan terbentuk serapan pita yang metanol akan lebih cepat membentuk metil oleat sehingga konsentrasi asam oleat akan 1103,28 cm-1. semakin cepat berkurang dan menghasilkan UCAPAN TERIMAKASIH Fenomena kenaikan nilai konversi metil Penulis oleat dapat dilihat pada Gambar 7, dimana reaksi esterifikasi berlangsung selama 40 menit Masyarakat (P3M) Politeknik Negeri Bandung menunjukkan gejala konstan. Hal tersebut Pusat Penelitian Pengadian fasilitas dalam pelaksanaan penelitian ini. Suryadi et al. KOVALEN: Jurnal Riset Kimia, 9. , 2023: 122-131 DAFTAR PUSTAKA