tks_elf_0707120216_2011_full version
TRANSCRIPT
LAPORA� PE�ELITIA�
SI�TESIS KATALIS �i/ZSM-5
U�TUK PIROLISIS CA�GKA�G SAWIT
ME�JADI BIO-OIL
OLEH
ELFRIDA
0707120216
JURUSA� TEK�IK KIMIA
FAKULTAS TEK�IK U�IVERSITAS RIAU
PEKA�BARU
2011
iii
KATA PE�GA�TAR
Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberi rahmat dan
karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan penelitian yang
berjudul Sintesis Katalis �i/ZSM-5 Untuk Pirolisis Cangkang Sawit Menjadi
Bio Oil.
Selama penyusunan Laporan Penelitian ini saya banyak menerima masukan
baik berupa materi maupun moril. Untuk itu saya mengucapkan terimakasih kepada
semua pihak yang telah banyak membantu terutama kepada Bapak Sunarnno, ST.,
MT dan Bapak DR. Syaiful Bahri, M.Si sebagai dosen pembimbing untuk
pengarahan dan evaluasi selama pembuatan laporan ini.
Laporan penelitian ini merupakan salah satu rangkaian pelaksanaan tugas
akhir yang harus ditempuh pada Jurusan Teknik Kimia Universitas Riau untuk
memperoleh gelar sarjana teknik. Pada laporan penelitian ini mungkin masih
terdapat berbagai kekurangan, oleh karena itu penulis mengharapkan saran semua
pihak. Penulis juga mengharapkan bahwa laporan penelitian ini akhirnya akan
dapat bermanfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan.
Pekanbaru, 26 November 2011
Elfrida
iv
ABSTRAK
Luas perkebunan sawit yang meningkat tiap tahunnya mengakibatkan
peningkatan produksi minyak sawit Crude Palm Oil (CPO) berdampak negatif
terhadap meningkatnya jumlah limbah padat sawit. Salah satu limbah padat sawit
yaitu cangkang sawit yang digunakan sebagai bahan bakar boiler menghasilkan
abu sawit yang berpotensi digunakan untuk sintesis ZSM-5 (rasio Si/Al 30). Tujuan
penelitian ini untuk melihat pengaruh variasi suhu kalsinasi pada pembuatan
katalis *i/ZSM-5. Sintesis *i/ZSM-5 menggunakan metode impregnasi pada suhu
900C selama 6 jam. Selanjutnya dikasinasi pada variasi suhu 4000C, 5000C selama 4
jam dengan mengalirkan gas nitrogen kemudian di oksidasi dengan mengalirkan gas
oksigen serta reduksi dengan mengalirkan gas hidrogen. Oksidasi dan reduksi masing-
masing selama 2 jam pada suhu 4000C. *i/ZSM-5 yang terbentuk dianalisa dengan
metode BET dan diuji kinerjanya dengan proses pirolisis cangkang sawit menjadi
bio-oil. Bio-oil yang diperoleh dikarakterisasi densitas, viscositas dan titik
nyalanya. Dengan metoda BET diketahui luas permukaan katalis terbesar pada
suhu kalsinasi 500ºC yaitu 67,874 m2/g. Sedangkan pada uji kinerja *i/ZSM-5
sebanyak 1% dari massa cangkang sawit. Hasil pengujian aktivitas katalis *i/ZSM-
5 pada proses pirolisis cangkang sawit menjadi bio-oil menunjukkan luas
permukaan katalis berbanding lurus terhadap yield bio-oil. Dari hasil
karakterisasi fisika bio-oil diketahui densitas 0,954gr/ml, viskositas 12,65cp dan
titik nyala 62 oC.
Kata kunci : BET, Bio-Oil, �i/ZSM-5, Pirolisis
v
DAFTAR ISI Halaman
LEMBAR PERSETUJUAN ........................................................................ i
LEMBAR PENGESAHAN ......................................................................... ii
KATA PENGANTAR ................................................................................ iii
ABSTRAK ................................................................................................. iv
DAFTAR ISI ............................................................................................... v
DAFTAR TABEL ....................................................................................... vii
DAFTAR GAMBAR .................................................................................. viii
BAB I. PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang...................................................................... 1
1.2. Perumusan Masalah .............................................................. 2
1.3. Tujuan Penelitian .................................................................. 4
1.4. Mamfaat Penelitian ............................................................... 4
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Katalis ................................................................................. 5
2.2. ZSM-5 .................................................................................. 6
2.3. Pengembanan Logam ............................................................ 8
2.4. Karakterisasi Katalis ............................................................. 10
2.5. Cangkang Sawit .................................................................... 12
2.6. Pirolisis ................................................................................. 12
2.6. Bio Oil .................................................................................. 13
BAB III. METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Bahan dan Alat .................................................................... 16
3.1.1. Bahan............................................................................. 16
3.1.2. Alat................................................................................ 16
3.2. Variabel Penelitian ................................................................ 16
3.2.1. Variabel Tetap ............................................................... 16
3.2.2. Variabel Berubah ........................................................... 16
3.3. Prosedur Penelitian................................................................ 17
3.3.1. Pembuatan ZSM-5 ......................................................... 17
3.3.2. Pengembanan Logam Ni ................................................ 18
3.3.3. Kalsinasi, Oksidasi, Reduksi .......................................... 19
3.3.4. Karakterisasi Katalis ...................................................... 19
3.4. Uji Kinerja Katalis Ni/ZSM-5 ............................................... 20
3.5. Karakterisasi Bio Oil ............................................................. 20
3.5.1. Pengukuran Viskositas................................................... 20
3.5.2. Pengukuran Densitas...................................................... 21
3.5.3. Pengukuran Titik Nyala ................................................. 21
BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Pengaruh Suhu Kalsinasi Terhadap Luas Permukaan Ni/ZSM-5 ... 24
4.2. Uji Aktivitas Ni/ZSM-5 ....................................................... 26
4.3. Hasil Karakterisasi Bio Oil ................................................... 27
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN
5.1.Kesimpulan ........................................................................... 28
5.2.Saran ..................................................................................... 28
vi
DAFTAR PUSTAKA .................................................................................. 29
Lampiran
vii
DAFTAR TABEL
Tabel Halaman 2.1. Kandungan Senyawa pada Cangkang Sawit ......................................... 12
2.2. Bahan Kimia Penting Dalam Bio Oil ..................................................... 14
2.3. Spesifikasi Bio Oil ................................................................................ 15
4.1. Hasil Perbandingan Perolehan Luas Permukaan Katalis ........................ 26
4.2. Hasil Perolehan Yield Bio-oil Menggunakan Ni/ZSM-5........................ 26
4.3. Hasil Perbandingan Karakterisasi Sifat Bio-oil dengan Literatur............ 27
C.1.Data Hasil Perolehan Yield Bio-oil ........................................................ C-1
C.2.Data Hasil Pengukuran Massa Jenis dan Viskositas .............................. C-1
C.3.Data Hasil Pengukuran Titik Nyala/ Flash Point .................................. C-2
viii
DAFTAR GAMBAR
Gambar Halaman
2.1. Energi pengaktifan reaksi dengan katalis dan tanpa katalis .................... 5
2.2. Struktur ZSM-5..................................................................................... 7
2.3. Pembentukan Kokas Pada Saluran Zeolit .............................................. 8
3.1. Skema Alat Impregnasi ......................................................................... 18
3.2. Skema Alat Kalsinasi, Oksidasi dan Reduksi......................................... 19
3.3. Viskometer Oswald .............................................................................. 21
3.4. Blok Diagram Pembuatan ZSM-5 ......................................................... 22
3.5. Diagram Pembuatan Ni/ZSM-5 ............................................................. 23
4.1. Pengaruh suhu kalsinasi terhap luas permukaan Ni/ZSM-5 ................... 24
1
BAB I
PE�DAHULUA�
1.1 Latar Belakang
Saat ini industri sawit merupakan salah satu komoditas yang memegang
peranan penting dalam perekonomian Indonesia. Hal ini dapat dilihat dari luas
perkebunan sawit yang meningkat tiap tahunnya, yaitu dari 7,0 juta hektar pada
tahun 2008 menjadi 7,3 juta hektar pada tahun 2009. Sedangkan produksi minyak
sawit Crude Palm Oil (CPO) terus mengalami peningkatan dari 19,2 juta ton pada
tahun 2008 meningkat menjadi 19,4 juta ton pada tahun 2009 [ICN, 2009].
Dengan semakin meningkatnya produksi CPO maka akan mengakibatkan
peningkatan jumlah limbah sawit. Untuk itu diperlukan suatu cara agar limbah
sawit dapat dimanfaatkan sehingga limbah sawit dapat ditanggulangi. Sawit
mengandung lebih kurang 67% brondolan, 21,5% tandan kosong, 11,1%
blowdown dan 0,4% penguapan pertandan buah segar. Tiap brondolan diperoleh
CPO (Crude Palm Oil) kasar 43,5% dan biji serta ampas 23,5%. Didalam biji
mengandung biji 10,4%, cangkang sekitar 5,4% dan kernel 5% [, 2006].
Limbah padat berupa cangkang dan sabut digunakan sebagai bahan bakar
ketel (boiler) untuk menghasilkan energi mekanik dan panas. Masalah yang
kemudian timbul adalah sisa dari pembakaran pada ketel (boiler) berupa abu sawit
dengan jumlah yang terus meningkat sepanjang tahun tahunnya yang sampai
sekarang masih belum termanfaatkan.
Abu sawit umumnya dibuang di landfill atau ditumpuk begitu saja di
dalam area industri. Penumpukan abu sawit dapat menimbulkan masalah
lingkungan. Karena abu sawit ini mengandung banyak silika maka dapat
dikonversi menjadi silika terspresipitasi [Saputra, 2006]. Abu sawit asal Propinsi
Riau berupa sabut dan cangkang berkadar silika berturut-turut 61,3 dan 76,2%
berat [Zahrina, 2003]. Sehingga penggunaan abu sawit dapat digunakan dalam
pembuatan katalis ZSM-5. Katalis ZSM-5 merupakan salah satu zeolit sintesis
yang banyak digunakan di industri terutama untuk reaksi perengkahan.
2
Untuk memperoleh katalis ZSM-5 yang baik, dibuat suatu sistem logam
pengemban yaitu dengan cara menempelkan komponen aktif logam Ni.
Keuntungan yang diperoleh adalah komponen aktif logam dapat didistribusikan
secara merata ke seluruh pori-pori pengemban sehingga luas permukaan katalis
menjadi besar. Katalis Ni/ZSM-5 ini akan diuji kinerjanya dalam proses pirolisis
bio oil.
Bio oil ini merupakan salah satu energi alternatif pengganti bahan bakar
dari minyak bumi yang mengalami penurunan produksi tiap tahunnya. Cadangan
minyak bumi di Indonesia diprediksi tersisa sekitar 4,4 milyar barel dengan
produksi sebesar 1.021.000 barel per hari, dengan asumsi tidak ada penemuan
cadangan minyak baru maka minyak bumi di Indonesia hanya cukup untuk 11
tahun ke depan [Beyond Petroleum, 2010].
Bio oil sebagai pengganti bahan bakar minyak bumi memiliki beberapa
keuntungan yaitu bio oil sangat ramah lingkungan karena dapat mendaur ulang
limbah, mengurangi penimbunan, mencegah pencemaran tanah dan air tanah,
tidak menghasilkan emisi SOx dan ketika dibakar emisi NOx yang dihasilkan
hanya sekitar 15%. Karena bio oil memiliki kandungan nitrogen dan sulfur yang
sangat sedikit.
1.2 Perumusan Masalah
Katalis memiliki peranan penting dalam suatu proses kimia sehingga
penelitian mengenai katalis menjadi suatu hal yang menarik. Kebutuhan katalis
Indonesia sampai saat ini masih impor, sementara Indonesia memiliki
ketersediaan abu sawit yang dapat digunakan sebagai bahan baku pembuatan
katalis. Untuk itu, perlu adanya kajian khusus mengenai katalis. Katalis zeolit
sintesis seperti ZSM-5 memiliki potensi yang sangat baik untuk proses
hidrorengkah, sehingga sesuai digunakan pada proses pirolisis untuk
menghasilkan bio oil. Bio oil ini diharapkan dapat menjadi bahan bakar alternatif
pengganti minyak bumi.
Siswodiharjo [2006] telah melakukan penelitian reaksi hidrorengkah
paraffin menggunakan katalis Ni/Zeolit, Mo/Zeolit dan Ni-Mo/Zeolit. Uji
3
hidrorengkah katalis dilakukan pada reaktor sistem alir dengan rasio: katalis
umpan 1:5, temperatur reaksi 400oC dan kecepatan alir gas H2 30 mL/menit. Hasil
penelitian menunjukkan bahwa katalis Ni-Mo/Zeolit memiliki aktivitas katalis dan
konversi total lebih baik yaitu sebesar 47,373 % dan 48,701 % dibandingkan
katalis Ni/Zeolit sebesar 35,493 % dan 36,293 %. Namun katalis Ni/Zeolit
memiliki efektivitas katalis yang paling baik ditunjukkan dengan selektivitas
fraksi ringan yang lebih tinggi yaitu sebesar 11,152 % dibandingkan katalis
Mo/Zeolit dan Ni-Mo/Zeolit yang hanya sebesar 4,051 % dan 6,310 % pada
hidrorengkah parafin. Hasil penelitian Siwodiharjo menunjukkan bahwa logam Ni
sangat berpotensi untuk digunakan karena memiliki selektivitas yang baik.
Marita [2010] telah melakukan penelitian pembuatan katalis Ni pada
pengembanan �atural Zeolit Active (NZA). Logam Ni diembankan ke NZA
dengan metode impregnasi basah. Pengembanan logam divariasikan sebesar 0 %,
1%, 3% dan 5% terhadap sampel NZA. Dilanjutkan kalsinasi pada suhu 500 oC
dengan variasi waktu 2, 4, 6 jam . Hasil penelitian menunjukkan bahwa
persebaran logam yang terbaik terjadi pada pengembanan logam 3 % b/b.
Penelitian ini menggunakan katalis Ni/ZSM-5 untuk proses pirolisis yang
menggunakan cangkang sawit. Menurut Suharto [2003] ZSM-5 yang diimpregnasi
dengan logam dapat digunakan sebagai katalis dalam craking molekul
hidrokarbon. Dan penggunaan ZSM-5 memiliki kelebihan dibanding NZA. ZSM-
5 memiliki aktivitas dan selektivitas serta stabilitas termal yang tinggi. ZSM-5
juga menyediakan permukaan yang luas untuk menebarkan komponen aktif
berupa logam. Pembuatan katalis Ni/ZSM-5 mengacu pada proses pembuatan
katalis ZSM-5 yang telah dilakukan Misdian [2009]. Silika terpresipitasi dari abu
sawit dapat menghasilkan ZSM-5 yang disintesis pada suhu 175oC, nisbah molar
Si/Al 30 selama 18 jam dengan menggunakan autoclave oil batch. Lalu
diembankan logam Ni 3 % b/b. Serta dikalsinasi dengan variasi suhu 400, 5000C.
4
1.3 Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk;
1. Menentukan pengaruh variasi suhu kalsinasi terhadap luas permukaan
katalis.
2. Uji kinerja katalis Ni/ZSM-5 untuk pirolisis cangkang sawit menjadi
Bio-Oil.
1.4 Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini dapat dikategorikan menjadi:
1. Bagi Pemerintah
� Membantu pemerintah mengurangi limbah padat sawit dan abu sawit.
2. Bagi Perkembangan Ilmu dan Teknologi
� Penelitian ini akan menyumbangkan data-data proses yang dapat
dipakai untuk pembuatan katalis Ni/ZSM-5.
5
BAB II
TI�JAUA� PUSTAKA
2.1 Katalis
Katalis merupakan suatu zat yang dapat mempercepat terjadinya reaksi kimia.
Katalis bekerja secara spesifik untuk reaksi tertentu dan dapat menurunkan besarnya
energi aktivasi suatu reaksi. Penurunan energi aktivasi ini disebabkan oleh aktivitas
katalis yang mencari jalur reaksi lain yang memiliki energi aktivasi lebih rendah.
Katalis akan bereaksi dengan pereaksi, namun katalis akan diperoleh kembali di akhir
reaksi.
Gambar 2.1 Energi pengaktifan reaksi dengan katalis dan tanpa katalis
Dalam penggunaanya, katalis dapat dibedakan ke dalam dua golongan
utama: yaitu katalis homogen dan katalis heterogen. Katalis homogen adalah
katalis yang mempunyai fasa sama dengan zat yang dikatalisis. Biasanya katalis
homogen berupa kompleks logam yang larut dalam medium reaksi. Katalis
heterogen adalah katalis yang ada dalam fasa berbeda dengan pereaksi dalam
reaksi yang dikatalisisnya. Penggunaan katalis heterogen biasanya pada suhu dan
tekanan tinggi. Umumnya katalis heterogen berupa zat padat yang terdiri dari
logam atau oksida logam.
6
Dalam reaksi heterogen, katalis memiliki fasa yang berbeda dengan
reaktan (bahan yang bereaksi). Pertama-tama reaktan akan terserap (adsorption)
pada permukaan aktif katalis, selanjutnya akan terjadi interaksi baik berupa reaksi
sebenarnya pada permukaan katalis, atau terjadi pelemahan ikatan dari molekul
yang terserap. Setelah terjadi reaksi, molekul hasil reaksi (produk) akan dilepas
dari permukaan katalis. Oleh karena itu, katalis yang baik perlu memiliki
kemampuan menyerap dan melepaskan yang baik pula [Morad, 2006].
Komponen aktif merupakan pusat aktif katalis yang berfungsi untuk
mempercepat dan mengarahkan reaksi yang berhubungan dengan aktivitas dan
selektivitas. Promotor ditambahkan pada katalis dengan tujuan untuk
meningkatkan kinerja katalis (aktivitas, stabilitas dan selektivitas). Promotor yang
biasa digunakan misalnya Kobalt (Co) atau Nikel (Ni) . Cobalt yang diembankan
pada penyangga dapat diperoleh dari cobalt nitrate. Jumlah kobalt yang
diembankan pada katalis berkisar 0,5-50 % berat dan disarankan antara 1-10%
berat dari berat total katalis [Wu dkk, 2000].
2.2 ZSM-5
ZSM-5 (Zeolite Socony Mobile �umber 5) adalah zeolit dengan rasio
silika dan alumina yang tinggi. ZSM-5 merupakan material high porous dan
diseluruh strukturnya itu mempunyai sebuah struktur saluran dua dimensi yang
menyilang. ZSM-5 mempunyai dua jenis pori, keduanya dibentuk oleh oksigen
cincin enam yang pertama dari jenis pori ini adalah berbentuk lurus dan ellip dan
yang kedua adalah porinya lurus pada sudut kanan, polanya zig-zag dan
melingkar.
ZSM-5 dikenal sebagai jenis zeolit sintetik yang mempunyai permukaan
inti asam dan struktur jaringan pori yang luas serta homogen. Struktur kerangkan
jenis bahan alumino-silikat tersebut terbentuk dari bahan dasar pembangun berupa
tetrahedron atom silikon atau aluminium.
ZSM-5 merupakan contoh dari zeolit yang mempunyai pori sedang dengan
unit sel orthombik. Saluran ini ditentukan oleh jumlah ring yang membentuk
selektifitas zeolit. Selektifitas ZSM-5 sangat penting pada reaksi katalis seperti
7
pemecahan parafin, perubahan olefin, aromatisasi dan hidrogenasi minyak. ZSM-
5 sebagai katalis lebih menarik karena terdiri dari Al yang sedikit yang
dimodifikasi dan perbedaan variasi kenaikan aktivitas katalis. Pori ZSM-5 sekitar
5,1 x 5,5 Ǻ dan 5,4 x 5,6 Ǻ [Hamdan, 1992].
Gambar 2.2 Struktur ZSM-5
ZSM-5 dapat disintesis dari campuran silika dan alumina dengan
komposisi dan kondisi operasi tertentu. Kedua komponen utama ini terdapat
dalam zeolit alam. ZSM-5 merupakan zeolit yang kaya akan silika dengan nisbah
molar SiO2/Al2O3 melebihi 10, sedangkan zeolit alam hanya memiliki nisbah
molar SiO2/Al2O3 hanya 2-5 [Zahrina, 2006].
ZSM-5 dikenal sebagai jenis zeolit sintetik yang mempunyai permukaan
inti asam dan struktur jaringan pori yang luas serta homogen. Struktur kerangka
jenis bahan aluminosilikat tersebut terbentuk dari bahan dasar pembangun berupa
tetrahedral atom silikon atau aluminium. Kemampuan ZSM-5 untuk
mengakselerasi berbagai jenis reaksi sangat berkait dengan sifat keasamannya
yang dapat dikontrol dengan rasio Si/Al. Namun beragamnya variasi Si/Al ini
sama sekali tidak akan mempengaruhi struktur kerangka ZSM-5.
Saluran pada ZSM-5 tidak berongga sehingga tidak mudah terdeaktivasi
oleh kokas yang biasanya menutupi pori pada kasus berbagai katalis (Gambar
2.3). Saluran yang ada memiliki dua macam bentuk, yaitu berbentuk elips (bukaan
0,51 s.d 0,58 nm) yang tersusun secara paralel dan saluran berbentuk lingkaran
(bukaan 0,54 s.d 0,56 nm) yang tersusun berkelok. Adanya dua jenis saluran pada
8
ZSM-5 ini menyebabkan reaktan berdifusi melalui salah satu jenis pori dan
produknya keluar melalui pori lainnya, sehingga memungkinkan reaksi dapat
terjadi tanpa counter diffusion. Pusat aktif katalis terdapat dalam ruang-ruang
kosong yang ada pada perpotongan antar saluran. Ruang kosong ini mempunyai
ukuran sekitar 0,9 nm.
Gambar 2.3. Pembentukan Kokas Pada Saluran Zeolit. (a) Pada sistem
saluran yang tidak saling berhubungan; (b) Pada sistem
saluran tiga dimensi [Mustain, 1997]
2.3 Pengembanan Logam
Sistem katalis logam pengemban yaitu suatu sistem katalis yang dibuat
dengan cara menempatkan komponen aktif logam ke dalam suatu bahan
pengemban berpori seperti zeolit. Situs aktif logam diharapkan akan terdispersi
secara merata ke seluruh permukaan dan pori-pori pengemban. Penempatan logam
dalam pengemban merupakan hal yang penting dalam preparasi katalis. Katalis
dibuat dengan cara menempelkan komponen logam aktif ke dalam suatu bahan
pengemban berpori menggunakan metode impregnasi. Komponen logam aktif
diharapkan dapat terdispersi secara merata ke seluruh permukaan dan pori-pori
bahan pengemban. Metode ini banyak digunakan dalam pembuatan katalis karena
ditinjau dari proses pembuatannya sangat sederhana mudah dilakukan, murah,
serta komponen aktif logam katalis didistribusikan secara merata ke seluruh pori-
pori bahan pengemban sehingga terbentuk suatu sistem dispersi yang baik dan
homogen [Campbell, 1988]. Penempelan logam dalam pengemban bertujuan
untuk memperluas permukaan aktif (situs aktif). Umumnya logam yang sering
digunakan adalah logam-logam transisi.
9
Unsur-unsur transisi mempunyai sifat-sifat tertentu, yaitu:
1. Semua unsur transisi adalah logam,
2. Hampir semua unsur transisi bersifat keras, kuat, titik lelehnya tinggi,
titik didih tinggi serta penghantar panas dan listrik yang baik,
3. Unsur transisi dapat membentuk campuran satu dengan yang lain dan
dengan unsur yang mirip logam,
4. Banyak diantaranya cukup elektropositif sehingga dapat larut dalam
asam mineral, walau beberapa diantaranya bersifat mulia sehingga tidak
terpengaruh oleh asam,
5. Senyawa unsur transisi umumnya berwarna dengan valensi yang
beragam dan memiliki beberapa macam valensi,
6. Karena kulit yang terisi elektron sebagian, maka unsur ini kebanyakan
bersifat paramagnetik.
Teknik penempelan logam ke dalam pengemban akan berpengaruh
terhadap dispersi dan juga sifat interaksi antara logam dengan pengemban. Teknik
yang biasa digunakan adalah impregnasi. Katalis logam pengemban dibuat dengan
cara reduksi garam logam yang telah diembankan/dimasukkan dalam bahan
pengemban, kemudian dipanaskan (kalsinasi) untuk memodifikasi komposisi
kimia, kemudian dilanjutkan dengan oksidasi dan reduksi untuk logam yang
diembankan [Setyawan dan Handoko, 2003].
Kalsinasi merupakan proses pemanasan setelah pengeringan. Kalsinasi
bertujuan mendekomposisi garam menjadi bentuk oksidanya, menaikkan
temperatur untuk meningkatkan kekuatan (stabilitas mekanik) serta
menghilangkan kadar air yang masih tersisa. Apabila penyangga dibentuk dalam
tahapan terpisah sebelum penambahan pada permukaan penyangga, kalsinasi
berfungsi untuk mempertahankan luas permukaan penyangga dan struktur pori
[Regabulto, 2007]. Waktu kalsinasi berkisar antara 0,1 s.d 30 jam dan disarankan
antara 2 s.d 20 jam [Wu dkk, 2000]. Misdian [2009] telah melakukan penelitian
pada katalis CoMo/ZSM-5 dengan variasi waktu kalsinasi 2, 4 dan 6 jam. Dari
hasi analisa dihasilkan luas permukaan CoMo/ZSM-5 pada waktu kalsinasi 4 jam
lebih besar dibandingkan waktu kalsinasi 2 jam yaitu 29,03 m2/g. Hal ini dapat
10
disebabkan pada saat kalsinasi 2 jam sebagian pengotor masih terperangkap dalam
pori-pori penyangga. Ketika kalsinasi dilakukan selama 4 jam, waktu yang
dibutuhkan N2 untuk mendesak pengotor organik dalam pori-pori penyangga
semakin bertambah sehingga jumlah pengotor jauh lebih kecil. Berkurangnya
pengotor ini menjadikan luas permukaan katalis menjadi lebih besar. Waktu
kalsinasi selama 6 jam memperlihatkan luas permukaan yang lebih kecil
dibandingkan kalsinasi selama 4 jam. Semakin berkurangnya luas permukaan
CoMo/ZSM-5 ini dapat disebabkan waktu kalsinasi yang lebih dari 4 jam
menjadikan fasa aktif (logam) yang belum menempel pada penyangga
terdekomposisi. Semakin lama waktu kalsinasi maka suhu pada sampel katalis
juga akan semakin meningkat.
Pada tahap kalsinasi, terjadi beberapa bentuk oksida dari logam Ni yang
diembankan, fasa-fasa yang muncul merupakan bentuk oksida seperti NiO untuk
mereduksi fasa-fasa tersebut dilakukan proses oksidasi untuk merubah fasa
tersebut menjadi oksida lanjut dan proses reduksi untuk mereduksi fasa oksida
lanjut menjadi fasa intermetalik dan metalik [Madeira, dkk., 2004].
2.4 Karakterisasi Katalis
Metode yang biasa digunakan untuk menentukan luas permukaan adalah
dengan metode Brunauer-Emmet-Teller (BET). Adapun persamaan yang
digunakan dalam metode BET adalah [Perdana, 2011] :
)(11
)1(
1o
mm
oP
P
CW
C
CWP
PW
−+=
−
..........................................................(1)
Keterangan :
W = berat gas total yang diserap pada tekanan relatif P/Po
Wm = berat gas nitrogen yang membentuk lapisan monolayer permukaan
zat padat
C = konstanta BET
11
PO = tekanan jenuh
Persamaan BET (1) akan memberikan garis lurus apabila dibuat grafik
1/(W(P/Po) – 1) lawan P/P
o, jika digunakan gas nitrogen sebagai adsorbat,
biasanya mempunyai daerah batasan adsorpsi isoterm pada kisaran P/Po 0,05
sampai dengan 0,35. Nilai slope dan intersep dari garis digunakan untuk
menghitung jumlah gas yang diserap pada monolayer dan konstantas BET (c)
dengan persamaan 2 dan 3:
IntersepSlopeWm
+=
1..........................................................................(2)
Intersep
Slopec += 1 ...................................................... ...............................(3)
Adapun persamaan luas permukaan ditunjukkan oleh persamaan 4.
r
mmL
M
A�WS
××= ……………………………………………………..
Keterangan :
SL = luas permukaan BET (m2/g)
Wm = berat gas teradsorp pada monolayer
� = bilangan Avogadro
Am = luas penampang melintang molekul gas nitrogen (16,2 Å2)
Luas permukaan katalis dapat dibagi menjadi beberapa kriteria, yaitu:
1. Rendah (low surface area), apabila kurang dari 10 m2/g
2. Sedang (moderate surface area), apabila antara 50-100 m2/g
3. Tinggi (high surface area), apabila antara 200-500 m2/g
4. Sangat tinggi (very high surface area), apabila lebih besar dari 800 m2/g.
(4)
12
2.5 Cangkang Sawit
Cangkang merupakan bagian paling keras pada komponen yang terdapat
pada sawit. Saat ini pemanfaatan cangkang sawit di berbagai industri pengolahan
minyak Crude Palm Oil (CPO) belum begitu maksimal. Ditinjau dari
karakteristik bahan baku, jika dibandingkan dengan tempurung kelapa, tempurung
kelapa sawit memiliki banyak kemiripan. Perbedaan yang mencolok yaitu pada
kadar abu (ash content) yang biasanya mempengaruhi kualitas produk yang
dihasilkan oleh tempurung kelapa dan tempurung kelapa sawit. Kandungan
cangkang sawit yang telah dilakukan analisa dapat dilihat pada Tabel 2.1.
Tabel 2.1 Kandungan Senyawa pada Cangkang Sawit
No Parameter Komposisi (%)
1
2
3
Lignin
Selulosa
Hemiselulosa
50,70
20,80
22,70
Sumber : Abdullah, dkk., 2008
2.6 Pirolisis
Pirolisis merupakan suatu bentuk insinerasi yang menguraikan bahan
organik secara kimia melalui pemanasan dengan mengalirkan nitrogen sebagai gas
inert [Miura, 2003]. Keberadaan oksigen dihindari pada proses pirolisis karena
akan memicu reaksi pembakaran.
Pada dasarnya produk yang dihasilkan tergantung pada suhu proses dan
bahan baku yang digunakan. Semakin tinggi suhu untuk proses pirolisis cepat
akan menghasilkan gas yang semakin meningkat, air yang dihasilkan rata-rata
konstan dan arang yang dihasilkan akan turun dengan meningkatnya suhu.
Pemanasan berlangsung pada suhu 450-600°C, yang mengkonversi
biomassa mencapai 70-75% berat umpan. Proses ini menghasilkan uap organik,
gas pirolisis dan arang [BTG, 2004]. Uap organik yang dihasilkan mengandung
13
karbon monoksida, metana, karbondioksida, tar yang mudah menguap dan air.
Uap organik kemudian dikondensasikan menjadi cairan.
Thermo-oil yang digunakan adalah silinap, sebagai medium pemanas
dalam reaksi pirolisis. Pemilihan ini karena perpindahan panas antara
padatan/biomassa dan liquid/thermo-oil relatif besar dan diperkirakan konsumsi
energi menjadi kecil dan yield produk menjadi lebih besar. Proses pencairan
langsung menggunakan thermo-oil tersebut lebih menjanjikan karena relatif
sederhana
2.7 Bio-Oil
Bio-oil adalah cairan yang dapat larut dalam air, bahan bakar yang dapat
dioksigenasi, mengandung karbon, hidrogen dan oksigen. Dengan kandungan
nitrogen dan sulfur yang sangat sedikit, bahkan kandungan sulfur didalamnya
dapat diabaikan. Kandungan asam organik dalam bio-oil memberikan sifat asam
pada bio-oil. Kandungan lainnya dalam bio-oil adalah air, tetapi air tidak bersifat
kontaminan seperti pada petroleum, karena air bercampur dengan bio-oil.
Kandungan air dalam bio-oil 15-30 wt% dan pH 2,8-3,8. Bio-oil berwarna gelap
dengan penampilan yang mirip seperti kopi dan beraroma asap [Ensyn Group
INC, 2001].
Karakteristik bio-oil yang dihasilkan sangat beragam, tergantung pada
jenis umpan dan teknologi pengolahan yang digunakan. Artinya spesifikasi bahan
baku proses sangat penting dalam menentukan produk yang dihasilkan. Umumnya
bio-oil yang dihasilkan merupakan cairan coklat kehitaman, mudah terbakar
(combustible), tidak bercampur dengan hidrokarbon, bersifat asam, viskositas
tergantung kadar air yang dikandungnya [Bain dan Richard, 2004]. Bahan kimia
penting dalam bio-oil dapat dilihat pada tabel 2.2.
14
Tabel 2.2 Bahan Kimia Penting dalam Bio-Oil:
Bahan Kimia Wt %
Hidroksi-asetaldehid >17 (dari Selulosa)
Levoglukosan > 47 (dari Selulosa)
Levoglukosen >24 (dari Selulosa)
Campuran Fenol 30-100
Furfural, Furfuryl alcohol >30 (dari Selulosa)
Sumber : BTG, 2003
Bio-oil yang dihasilkan dari proses pirolisis mengandung air 15-30%,
lignin pirolitik 20-30%, asam karboksilat 10-20% (terdiri dari asetat, formik,
propionik dan glikol sebagai asam karboksilat terbanyak dan butirat, pentanoik
serta heksanoik yang merupakan asam karboksilat yang dihasilkan sedikit),
aldehid 14-25% (glikodehid, glyoxal, hidroksipropinol, metik glyoxal dan sedikit
formaldehid, asetaldehid 2-furaldehid dan syringaldehid), gula 5-15%
(levoglukosan, fruktosa,cellobiosan, glukosa dan sedikit mengandung
oligosakarida, danydroglukofuranosa, keton 4-10% (hidroksipropana,
siklopentanon, siklopentana, furanon, hidroksimetilpiron dan sedikit butirolakton,
asetiloksipropanon), alkohol 2-10% (asetol, metanol, etilen glikol) dan padatan 2-
8% [Freel dan Graham, 2002].
Komponen organik yang terdapat di dalam bio-oil [Goyal dkk, 2006] :
1. Asam-asam : Formiat, asetat, propanoat, heksanoat, benzoat dan lain-
lain.
2. Ester : Metil format, metil propanoat, butirolaktona dan lain-lain.
3. Alkohol : Metanol, etanol, 2-propana-1-ol, isobutanol dan lain-lain.
4. Keton : Aseton, 2-butanon, 2-pentanon, 2-siklopentanon, sikloheksanon
dan lain-lain.
5. Aldehid : Formaldehid, asetaldehid, 2-butenal, pentanal dan etanadial.
6. Fenol : Fenol, 2-metil fenol dan lain-lain.
7. Alkena : 2-metil propena, dimetil siklo pentena, dan lain-lain.
15
8. Senyawa-senyawa aromatik : Benzen, toluene, xilen, naftalen, krisena
dan lain-lain.
9. Furan : Furan, furfural, furfural alkohol, 2-furanone dan lain-lain.
10. Guaiacols : 2-metoksifenol, 4-metil guaiacol, dan eugenol.
11. Gula : Levoglukosan, glukosa, fruktosa, d-xilosa, d-arabinosa.
Karakteristik bio-oil yang dihasilkan sangat beragam, tergantung pada
jenis umpan dan teknologi pengolahan yang digunakan. Artinya spesifikasi bahan
baku proses sangat penting dalam menentukan produk yang dihasilkan.
Umumnya, bio-oil yang dihasilkan merupakan cairan coklat kehitaman, mudah
terbakar (combustible), tidak bercampur dengan hidrokarbon, bersifat asam,
viskositas tergantung kadar air yang dikandungnya [Bain dan Richard, 2004].
Kandungan air dalam bio-oil adalah 15 – 30 wt% dan pH 2,8 – 3,8 [BTG,2003].
Untuk Spesifikasi bio-oil dapat dilihat pada tabel 2.3.
Tabel 2.3 Spesifikasi bio-oil
Parameter Satuan Nilai
High heating value MJ/Kg 21,3-40,1
Titik nyala oC 48-55
Viskositas cSt 10-150@50°C
Kelembaban Wt% 15 – 25
Densitas Kg/L 0,94-1,23
Sumber : Smallwood, 2008
16
BAB III
METODOLOGI PE ELITIA
Ada beberapa tahap yang harus dilakukan dalam penelitian ini. Langkah
pertama adalah pembuatan ZSM-5 lalu impregnasi logam Ni dengan variasi suhu
kalsinasi 400 dan 500 0C selama 4 jam. Hasil dari tahapan terakhir ini akan dianalisa
luas permukannnya menggunakan analisa BET(Brunauer Emmett Teller). Untuk
menguji aktivitas kinerja Ni/ZSM-5 diuji dengan melakukan pirolisis cangkang sawit.
3.1 Bahan dan Alat
3.1.1 Bahan
Bahan-bahan yang akan digunakan dalam penelitian ini yaitu abu sawit PTPN
V Sei Galuh, larutan HCl 10 N, NaOH 2N, Al(OH)3, Ni(NO3)2.6H2O ,aquades,
cangkang sawit, gas nitrogen, gas oksigen dan gas hidrogen serta silinap 280M
(PERTAMINA).
3.1.2 Alat
Alat-alat yang akan digunakan yaitu ayakan 40 dan 60 mesh, reaktor alas
datar ukuran 1 L dan 2 L, gelas ukur, erlenmeyer, timbangan analitik, satu set motor
pengaduk, autoclave, termokopel, waterbath, kondenser, termometer, lumpang
porselin, oven, kertas saring, furnace, reaktor pirolisis, viskosmeter, piknometer dan
cleveland flash, dan tabung serta regulator gas N2, O2 dan H2.
3.2 Variabel Penelitian
3.2.1 Variabel Tetap
1. Logam Ni yang diembankan : 3%
2. Waktu kalsinasi : 4 jam
3. Laju alir gas nitrogen : 400 ml/menit
3.2.2 Variabel Berubah
1. Suhu kalsinasi : 400 dan 500 0C
17
3.3 Prosedur Penelitian
Tahapan pembuatan Ni/ZSM-5 meliputi pembuatan ZSM-5, pengembanan
logam Ni dan uji kinerja katalis. Tahapan penelitian akan diuraikan dibawah ini:
3.3.1 Pembuatan ZSM-5
Sintesis ZSM-5 mengacu pada prosedur yang telah dilakukan oleh Misdian
[2009] dengan kondisi suhu 175 oC, Si/Al 30 selama 18 jam. Terlebih dahulu akan
dilakukan pembuatan silika terpresipitasi dan natrium aluminat.
Pembuatan silika terpresipitasi menggunakan bahan baku abu sawit. Abu
sawit yang berasal dari pabrik pengolahan sawit dikonversi menjadi silika
terpresipitasi. Abu sawit terlebih dahulu di furnace pada suhu 400 0C hingga
diperoleh abu yang memiliki warna abu-abu. Furnace bertujuan menghilangkan
karbon yang terkandung di dalam abu. Kemudian abu diayak (-40+60 mesh) untuk
mendapatkan abu yang dengan diameter partikel yang lebih kecil.
Pencampuran padat cair dilakukan dengan perbandingan 1:6. Sebanyak
185,47 gram abu sawit dicampurkan dengan 1 liter larutan NaOH 2N. Campuran
tersebut dimasak di dalam reaktor 2 liter yang dirangkai dengan pengaduk dan
kondenser pada suhu 105oC serta kecepatan pengadukan 500 rpm selama 4 jam.
Setelah dipanaskan, larutan dibiarkan dingin dan kemudian disaring untuk
memisahkan filtrat dan cake. Filtrat yang dihasilkan yaitu Natrium Silikat dan
digunakan sebagai sampel untuk tahap presipitasi.
Larutan natrium silikat (Na2SiO3) sebanyak 900 ml dimasukkan ke dalam
gelas kimia 1000 ml, diaduk dan dipanaskan dalam waterbath. Pada suhu yaitu 95 o
C,
kecepatan pengadukan 100 rpm, dan dengan penambahan HCl 10 N hingga mencapai
pH 8,5. Pada pH 8,5 larutan membentuk endapan. Endapan yang terbentuk tersebut
dicuci dengan aquades, setelah itu dikeringkan di dalam oven pada suhu 200 0C.
Sumber Alumina berupa Natrium Aluminat merupakan campuran Al(OH)3
dan NaOH. Natrium Aluminat dibuat dengan cara melarutkan 109,5 gr NaOH dalam
1000 ml akuades, ke dalam larutan tersebut dimasukkan sebanyak 76 gr Al(OH)3
18
sambil diaduk. Setelah semua Al(OH)3 larut kemudian didiamkan hingga terbentuk
endapan. Endapan kemudian disaring dan dipanaskan dalam oven sampai kadar
airnya konstan [Zahrina dkk, 2006].
Sintesis ZSM-5 akan dilakukan dengan cara melarutkan natrium aluminat
dengan jumlah tertentu dicampur dengan aquades (suspensi 1). Abu sawit yang telah
dikonversi menjadi silika terpresipitasi dengan jumlah tertentu (sesuai nisbah molar
SiO2/Al2O3 = 30) dicampur dengan aquades (suspensi 2). Suspensi 1 dicampur
dengan suspensi 2 (suspensi 3). Selanjutnya ke dalam suspensi 3 ditambahkan NaOH
dengan jumlah tertentu sehingga diperoleh nisbah Na2O/Al2O3 7,4. Dilakukan
pengadukan selama 30 menit. Setelah itu dimasukkan dalam autoclave pada suhu 175
0C dan waktu 18 jam. Padatan yang terbentuk dicuci dengan aquades. Padatan
dikeringkan dalam oven pada temperatur 110oC selama 6 jam. Blok diagram untuk
alur dari pembuatan ZSM-5 dapat dilihat pada Gambar 3.5.
3.3.2 Pengembanan logam i
Sampel ZSM-5 direfluks dengan larutan Ni(NO3)2.6H2O sebanyak 500 ml
pada suhu 90 oC selama 6 jam, refluk bertujuan agar reaksi yang terjadi lebih
sempurna. Kemudian disaring dan dicuci. Sampel ini dikeringkan dalam oven pada
suhu 105 oC selama 3 jam sehingga didapat sampel Ni/ZSM-5. Pengembanan logam
sebesar 3% b/b terhadap sampel ZSM-5.
Gambar 3.1 Skema Alat Impregnasi [Marita, 2010]
19
3.3.3 Kalsinasi, Oksidasi Dan Reduksi
Sampel katalis dimasukkan kedalam tube, kedalam tube sebelumnya telah diisi
dengan porcelain bed sebagai Heat Carrier dan penyeimbang unggun katalis,
diantara porcelain bed dengan unggun katalis diselipkan glass woll. Tube
ditempatkan dalam tube furnace secara vertikal, dikalsinasi pada variasi suhu 400,
500 oC dengan waktu 4 jam sambil dialirkan gas nitrogen sebesar ± 400 ml/menit,
dilanjutkan dengan oksidasi pada suhu 400 oC menggunakan gas oksigen sebesar
± 400 ml/menit selama 2 jam dan reduksi pada suhu 400 oC menggunakan gas
hidrogen sebesar ± 400 ml/menit selama 2 jam.
Gambar 3.2. Skema Alat Kalsinasi, Oksidasi dan Reduksi [Marita, 2010]
3.3.4 Karakterisasi Katalis
Karakterisasi katalis merupakan penentuan parameter-parameter fisika dan
kimia dari katalis untuk memperoleh sifat-sifat katalis. Parameter yang dapat
ditentukan yaitu luas permukaan katalis. Analisa untuk mengetahui luas permukaan
katalis digunakan metode BET (Brunauer Emmett Teller).
20
3.4 Uji Kinerja Katalis i/ZSM-5
Untuk menguji aktivitas kinerja Ni/ZSM-5 diuji dengan melakukan pirolisis
cangkang sawit mengacu pada penelitian yang telah dilakukan oleh Anugra (2010.
Cangkang sawit yang telah dihancurkan ditimbang sebanyak 50 gram dengan ukuran
-40+60 mesh beserta 500 ml thermal oil (silinap 280 M) dimasukkan ke dalam
reaktor dan ditambahkan 1%-wt Ni/ZSM-5 dari berat cangkang sawit kemudian
dilakukan pirolisis pada temperatur 3200C dan pada kecepatan pengadukan 300 rpm
hingga waktu tertentu. Gas Nitrogen dialirkan ke dalam reaktor dengan laju alir 1,3
mL/detik. Diulangi dengan variasi suhu kalsinasi Ni/ZSM-5 lainnya (Ni/ZSM-5
dengan suhu kalsinasi yaitu 400, 500 0C).
3.5 Karakterisasi Bio Oil
Analisis sifat fisik dari bio oil meliputi viskositas (ASTM D-445), densitas
dan titik nyala (ASTM-D92).
3.5.1. Pengukuran Viskositas
Viskositas adalah tahanan yang dimiliki oleh fluida yang dialirkan dalam pipa
kapiler terhadap gaya gravitasi. Biasanya dinyatakan dalam waktu yang diperlukan
untuk mengalir pada jarak tertentu. Jika viskositas semakin tinggi tahanan untuk
mengalir akan semakin tinggi.
Metoda yang banyak digunakan untuk pengukuran viskositas cairan adalah
metoda Poiseuile’s dengan standar ASTM D-445. Peralatan yang bekerja mengikuti
metoda tersebut adalah viskometer Ostwald. Alat viskometer Ostwald dapat dilihat
pada Gambar 3.3.
Waktu alir yang diperlukan untuk mencapai batas garis lainnya dicatat.
Viskositas ditentukan dengan membandingkan hasil pengukuran waktu alir (t1), rapat
massa cairan (ρ1, pembanding) yang telah diketahui viskositasnya terhadap 21 waktu
alir (t2) dan rapat massa cairan 2 (ρ2) yang akan ditentukan viskositasnya. Viskositas
dapat dihitung dengan menggunakan rumus:
21
Gambar 3.3 Viskometer Oswald
3.5.2. Pengukuran Densitas
Pengukuran densitas dilakukan dengan menggunakan piknometer yang telah
dibersihkan dan dikeringkan. Langkah pertama Piknometer kosong ditimbang dan
dicatat beratnya (misal : x gram). Kemudian isi piknometer dengan air hingga meluap
dan tidak ada gelembung udara. Piknometer dengan isinya ditimbang dan dicatat
beratnya (misal : y gram). Berat air adalah selisih antara nilai y dengan x. Untuk
mengetahui massa jenis air dapat dihitung dengan rumus :
; (z : volume piknometer, ml)
Dengan cara yang sama, perlakuan tersebut dapat dilakukan untuk mengetahui
massa jenis bio oil.
3.5.3. Pengukuran Titik yala
Titik nyala diukur dengan menggunakan alat titik nyala cleveland flash
point tester dengan standar ASTM-D92. Sampel bio oil dituang kedalam kap yang
sudah kering dan bersih. Setelah itu kap dipasang pada tempatnya beserta
termometer. Pemanasan dihidupkan, jika temperatur sudah mencapai 40°C api
pencoba dinyalakan. Pengujian dilakukan dengan mendekatkan api pencoba ke atas
permukaan sampel dengan cepat. Pengujian selanjutnya dilakukan setiap kenaikan
temperatur 2°C sampai tercapai titik nyala. Temperatur pada saat api pencoba dapat
menyala uap sampel dinyatakan sebagai titik nyala.
22
Gambar 3.4. Blok Diagram Pembuatan ZSM-5
23
Gambar 3.5. Blok Diagram Pembuatan Ni/ZSM-5
Dialiri
Dialiri
Dialiri
ZSM-5
Ni/ZSM-5
Kalsinasi
Selama 4 jam
T = 400, 500°C
Oksidasi
selama 2 jam
T = 400°C
Reduksi
Selama 2 jam
T = 400°C
Larutan Ni(NO3)2.6H2O
Refluks
T = 6 jam, T = 90°C
Cake disaring dan dicuci
dengan aquades
Pengeringan
Dalam oven selama 3
jam, T = 110°C
Gas N2 dengan laju alir 400 ml/menit
Gas N2 dengan laju alir 400 ml/menit
Gas N2 dengan laju alir 400 ml/menit
Analisa luas permukaan (BET)
24
BAB IV
HASIL DA PEMBAHASA
4.1 Pengaruh suhu kalsinasi terhadap luas permukaan katalis i/ZSM-5
Penelitian sintesis katalis Ni/ZSM-5 ini dikalsinasi dengan variasi suhu
kalsinasi yaitu 4000C, 500
0C. Faktor lain yang mempengaruhi tahap kalsinasi
adalah waktu kalsinasi, dan pada sintesis ini waktu kalsinasi yang digunakan
adalah 4 jam.
0
10,000
20,000
30,000
40,000
50,000
60,000
70,000
80,000
400 500
Suhu Kalsinasi (0C)
Luas Permukaan (m2/g)
Gambar 4.1 Hubungan suhu kalsinasi terhadap luas permukaan katalis
Dari Gambar 4.1 diketahui bahwa pada suhu kalsinasi 4000C luas
permukaan katalis 21,300 m2/g, suhu kalsinasi 500
0C dihasilkan luas permukaan
67,874 m2/g dan pada suhu kalsinasi 600
0C dihasilkan luas permukaan 22,959
m2/g. Dari hasil yang diperoleh diketahui bahwa suhu kalsinasi mempengaruhi
luas permukaan katalis Ni/ZSM-5.
Pengembanan logam pada katalis merupakan suatu hal yang diperlukan,
dan diperlukan preparasi agar katalis memiliki aktivitas dan selektivitas yang baik.
Kalsinasi merupakan proses pemanasan katalis pada suhu tinggi yang bertujuan
untuk mengubah garam prekursor menjadi fasa oksida dari logam yang diinginkan
karena fasa oksida lebih bersifat stabil. Analisis sifat fisika yaitu luas permukaan
katalis menggunakan metode BET (Branauer Emmet Teller) tidak memberikan
informasi yang cukup mengenai distribusi NiO disepanjang pori katalis.
25
Suhu kalsinasi 4000C luas permukaan katalis yang diperoleh kecil hal ini
disebabkan fasa aktif yang diembankan belum terbentuk secara sempurna.
Pendapat ini sesuai dengan penelitian Elmasry [1994] yang menyatakan bahwa
fasa aktif terbentuk pada suhu diatas 623 K atau 3500C. Ini berarti bahwa perlu
suhu yang lebih tinggi agar fasa aktif dapat terbentuk.
Tetapi pada suhu 5000C terjadi peningkatan luas permukaan katalis
Ni/ZSM-5. Pada tahap pengeringan setelah impregnasi, garam prekursor
Ni(NO3)2.6H2O akan berubah menjadi Ni3(NO3)2(OH)4 [Sietsma., 2008]. Tahap
Kalsinasi terjadi reaksi:
Ni3(NO3)2(OH)4 (s) → 3NiO(s) +2NO2(g) + ½ O2(g) + 2H2O(g)
Reaksi ini menunjukkan bahwa fasa oksida akan terbentuk pada tahap
kalsinasi dan gas seperi NO2, O2, H2O akan hilang seiring dengan meningkatnya
suhu kalsinasi. Gas-gas seperti NO2, O2, H2O merupakan pengotor yang jika
terdapat pada katalis akan membuat pori-pori katalis dipenuhi pengotor sehingga
luas permukaan katalis menjadi kecil. Jika pengotor-pengotorini hilang secara
sempurna maka luas permukaan katalis akan meningkat karena pori-pori katalis
lebih terbuka.
Setelah fasa oksida terbentuk maka fasa oksida ini akan direduksi menjadi
logam Ni yang diinginkan
3NiO(s) + H2 → 3Ni(g) + O2(g) + H2O(g)
Tabel 4.1 menunjukkan perbandingan luas permukaan katalis yang
diperoleh pada penelitian ini dengan peneliti terdahulu dengan berbeda katalis
yang digunakan.
26
Tabel 4.1 Hasil Perbandingan Perolehan Luas Permukaan Katalis
No Peneliti Katalis Luas Permukaan (m2/g)
1 Misdian [2009] ZSM-5 34,41
2
Rodionsono dkk
[2007] Z 26,96
3 Perdana [2011]
NiMo/ZSM-
5 42,26
4 Elfrida [2011] Ni/ZSM-5 67,874
4.2 Uji kinerja katalis i/ZSM-5
Uji aktivitas katalis Ni/ZSM-5 dilakukan dengan cara pirolisis cangkang
sawit menjadi bio oil pada suhu 320oC [Anugra, 2010]. Penggunaan katalis
Ni/ZSM-5 sebanyak 1% dari biomassa cangkang sawit diharapkan dapat
meningkatkan yield bio-oil.
Tabel 4.2 Hasil Perolehan Yield Bio oil Menggunakan Ni/ZSM-5
No Suhu Kalsinasi
(0C)
Luas Permukaan Katalis
(m2/gr)
Yield Bio-oil
(%)
1 400 21,300 31
2 500 67,874 42
Tabel 4.2 menunjukkan data hasil perolehan yield bio oil pada berbagai
variasi suhu kalsinasi pada katalis Ni/ZSM-5. Persentase yield bio oil dengan
katalis Ni/ZSM-5 dengan berbagai suhu kalsinasi (400ºC, 500ºC) dipirolisis pada
temperatur 320ºC berturut-turut adalah 31%, 42%, dan 34%.
Luas permukaan katalis yang mempengaruhi yield bio oil yang dihasilkan.
Hal ini ditunjukkan dengan hasil luas permukaan 67,874 m2/g menghasilkan yield
bio oil yang besar yaitu 42%. Luas permukaan katalis akan mempengaruhi
aktivitas katalis, semakin luas permukaan suatu katalis maka fasa aktif yang
tersebar semakin banyak sehingga akan meningkatkan aktivitas [Putera,2008].
27
4.3 Hasil karakterisasi bio oil
Bio oil yang diperoleh kemudian dikarakterisasi sifat-sifatnya.
Karakterisasi yang dilakukan meliputi penentuan massa jenis, viskositas (ASTM
D-445) dan titik nyala (ASTM D-92).
Tabel 4.3 Hasil Perbandingan Karakterisasi Sifat Bio oil dengan Literatur
No Parameter Standar Bio Oil
[Smallwood, 2008]
Bio Oil
Ni/ZSM-5
1 Massa Jenis, gr/ml 0,94-1,2 0,954
2 Viskositas, cp 10-150 12,65
3 Titik Nyala, 0C 48-55 62
Dari Tabel 4.3 menunjukkan bahwa penggunaan katalis Ni/ZSM-5 pada
proses pirolisis cangkang sawit dapat menghasilkan karakteristik bio-oil yang
hamper sama dengan hasil penelitian lainnya. Densitas bio-oil yang dihasilkan
dari cangkang sawit katalis Ni/ZSM-5 1% sebesar 0,954 gr/ml sesuai dengan
batasan densitas dari Smallwood [2008] sebesar 0,94-1,23 gr/ml. Pengujian titik
nyala bio-oil menggunakan alat Cleveland Flash Point Tester diperoleh hasil
620C. Hasil yang diperoleh cukup baik, Karena titik nyala dari Khor [2009] antara
650C. Semakin rendah titik nyala suatu bahan baker, maka akan semakin susah
dalam hal penyimpanannya. Untuk viskositas bio-oil sebesar 13,196 cSt ini masuk
dalam batasan Smallwood [2008].
28
BAB V
KESIMPULA DA SARA
5.1 Kesimpulan
Berdasarkan hasil penelitian yang dilakukan dan pembahasannya, maka
dapat disimpulkan bahwa :
1. Pada sintesis katalis Ni/ZSM-5 penelitian ini, suhu kalsinasi mempengaruhi
luas permukaan katalis.
2. Luas permukaan katalis Ni/ZSM-5 yang paling besar dihasilkan pada suhu
kalsinasi 5000C.
3. Hasil pengujian aktivitas katalis Ni/ZSM-5 pada proses pirolisis cangkang
sawit menjadi bio oil menunjukkan luas permukaan katalis berbanding lurus
terhadap yield bio oil yang dihasilkan.
4. Hasil karakteristik bio oil pada proses pirolisis cangkang sawit dengan
menggunakan katalis Ni/ZSM-5 diketahui densitas bio oil : 0,954 gr/ml,
viskositas : 13,196 cSt dan titik nyala 62oC.
5.2. Saran
1. Pada sintesis katalis NiZSM-5 sebaiknya perlu dilakukan variasi waktu
kalsinasi.
2. Sebaiknya dilakukan analisa XRD, untuk melihat memprediksi adanya fasa
aktif yang tersebar pada permukaan dan pori katalis
29
DAFTAR PUSTAKA
Abdullah, N., dan Gerhauser, H, 2008, Bio-oil derived from empty fruit bunches. Fuel
87 (2008) 2606-2613.
Anugra, R. D., 2011, Efek Kandungan Logam Ni/NZA Pada Proses Pencairan
Langsung Biomassa Menjadi Bio Oil, Laporan Penelitian, Jurusan Teknik
Kimia Fakultas Teknik, Pekanbaru.
Bain dan Richard.L., 2004, An Introduction To Biomass Thermochemical
Conversion, DEO/$ASLUGC Biomass and Solar Energy Workshop, August
3-4.
Bathia, S., Zabidi, N.A, Twaiq, M, Farouq, A. 1999. Catalytic Conversion of Palm
Oil to Hydrocarbons : Performance of Various Zeolite Catalyst ,Ind. Eng.
Chem. Res., 38(9), 3230-3237.
Beyond Petroleum, 2010, BP Statistical Review of World Energy,
http://www.bp.com/statisticalreview, 20 April 2011.
Biomass Technology Group, 2003, Bio oil Applications, http:// www.btgword.com/
technologies/ bio oil application.hmtl, 15 April 2011.
Biomass Technology Group. 2004. Flash pyrolysis. http:// www.btgword.com/
technologies/ pyrolysis.hmtl.
Campbell, I, 1988, Catalyst at Surface. London: Chapman and Hall.
Ensyn Group INC, 2001, Bio oil Combustion Due Diligence : The Conversion Of
Wood And Another Biomass, Cole Hill Associates.
Elmasry, M. A. A., Gaber, A., Khater, M. H., 1998, Thermal Decomposition of Ni(ii)
and Fe(iii) Nitrates and Their Mixture, Journal of Thermal Analysis, vol 52,
no 489-495.
Freel, B., Graham, R.G., 2002. Bio-oil Preservatives. US Patent No.6485841B1.
Goyal, H.B., Seal, D., Saxena, R.C. 2006. Bio-fuels from Thermochemical
Conversion of Renewable Resources: A Review. India Institute of SPetroleum.
India.
Hamdan, H, 1992, Introduction to Zeolit : Syntetis, Characterization and
Modification. Malaysia : Universiti Teknologi Malaysia.
Indonesian Commercial Newsletter, 2009, Industri Palm Oil di Indonesia November
2009, http://www.datacon.co.id/CPO1-2009Sawit.html, 1 April 2011.
Khor, K. H., Lim dan Z, A. Zainal, 2009, Characteristic of bio-oil;
Madeira, L. M., M.F Portela, dan C. Mazzocchia, 2004, $ickel Molybdate Catalysts
and Their Use in Selective Oxidation of Hydrocarbon. Catalysts Review. Vol:
46 No. 1, P: 53 – 110
30
Marita, E, 2010, Reaksi Hidrorengkah Katalis Ni/NZA Untuk Proses Catalytic
Cracking Tandan Kosong Sawit Menjadi Bahan Bakar Cair, Laporan
Penelitian, Jurusan Teknik Kimia Universitas Riau, Pekanbaru.
Marsih, N., Firmansyah, D., Onggo D., Makertiharta, I., 2006, Sintesis Hidrogen dari
Methanol dengan katalis Cu/ZnO/Al2O3, Jurnal Kimia Indonesia, Volum 1,
No 1, Institut Teknologi Bandung, Bandung.
Misdian, D., 2009, Pembuatan CoMo/ZSM-5 dari Abu Sawit Sebagai Katalis pada
Pengolahan Biomassa Menjadi Bahan Bakar Cair, Laporan Penelitian, Jurusan
Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Riau, Pekanbaru.
Miura,.K, Masuda,.T, Funazukuri,.T, Suguwara,.K, Shirai,.Y, Hayashi,.J,
Karim,.M,.I,.A, Ani,.F,.N dan Susanto,.H. 2003. Efficient Use of Oil Palm as
Renewable Resource for Energy & Chemical. Project Design Document.
Morad., A., N., M. 2006. Process Design in Degumming and Bleaching of Palm Oil.
Centre of Lipids Engineering and Applied Research, University Teknologi
Malaysia.
Mustain, 1997, Konversi Zeolit Alam Menjadi ZSM-5, Tesis Magister, Program Studi
Teknik Kimia Program Pascasarjana Institut Teknologi Bandung.
Naibaho, Ponten M., 1996. Teknologi Pengolahan Kelapa Sawit, Pusat Penelitian
Kelapa Sawit, Medan.
Perdana, Rocky., 2011, Sintesis Katalis NiMo/ZSM-5 dari Abu Sawit Untuk Proses
Catalytic Cracking Tandan Kosong Sawit (TKS) Menjadi Bahan Bakar Cair,
Laporan Penelitian, Jurusan Teknik Kimia, Pekanbaru.
Putera, D. D., 2008, Sintesis Fotokatalisis CuO/ZnO untuk Konversi Metanol
Menjadi Hidrogen, Skripsi, Program Studi Kimia Fakultas Matematika dan
Ilmu Pengetahuan Alam Institut Teknologi Bandung.
Regalbuto, J., 2007, Supported Metal Oxides and The Surface Density Metric,
Catalyst Preparation Science and Engineering, CRC Press Taylor & Francis
Group, New York.
Richardson, J. T., 1989, Principles of Catalyst Development, Plenum Press, New
York.
Rodiansono, Trisunaryanti, W., dan Triyono, 2007, Pembuatan, Karakterisasi dan Uji
Akitivitas Katalis NiMo/Z dan NiMo/Z-Nb2O5 Pada Reaksi Hidrorengkah
Fraksi Sampah Menjadi Fraksi Bensin, Berkala MIPA, 17(2)
Saputra, E., Utama P. S., dan Aman, 2006, Pembuatan Industrial Grade Silica Dari
Limbah Padat Abu Sabut Sawit dengan Proses Ekstraksi dan Sol-Gel,
Kumpulan Hasil Penelitian Unggulan Universitas Riau, Lembaga Penelitian
UR, Hal 199-201.
Setyawan, D., 2003, Aktivitas Katalis Cr/Zeolit dalam Reaksi Konversi Katalitik
Fenol dan Metil Isobutil Keton, Jurnal Ilmiah Dasar 4, Staf Pengajar Jurusan
Kimia FMIPA, Universitas Jember.
31
Setyawan, D., Handoko, P., 2003, Aktivitas Katalis Cr/Zeolit dalam Reaksi Konversi
Katalitik Fenol dan Metil Isobutil Keton, Jurnal Ilmu Dasar. Vol. 4 no.2 hal
:73-76
Sietsma, Jelle R, A., Friedrich, H., Broersma, A., Versluijis-Helder, M., Dillen, A. J.
V., Jongh, P, E., Jong K, P., 2008, How Nitric oxide affects the
decomposition of supported nickel nitrate to arrive at highly dispersed
catalyst, Elsevier, Netherlands, 227-235.
Siswodiharjo, 2006, Reaksi Hidrorengkah Katalis $i/Zeolit, Mo/Zeolit, $i-Mo/Zeolit
Terhadap Parafin, Abstrak, FMIPA UNS, Surakarta.
Smallwod, 2008, Hydroprocesing of Pyrolisis Bio-oil to Fuel and Chemical, Pacific
Northwest National Laboratory, US Departemant of Energy.
Sukiran, MAB, 2008, Pyrolysis Of Empty Oil Palm Fruit Bunches Using them Quartz
Fluidised- Fixed Bed Reactor, Dissertation, University Of Malaya, Kuala
Lumpur.
Wu, A., Drake C. A., and Melton, R. J., 2000, Gasoline Upgrade, US Patent No.
6.162.352.
Zahrina, I. dan Rina, D.S., 2003, Studi Pemanfaatan Abu Sawit Sebagai Sumber
Silika Pada Konversi Zeolit Alam Menjadi ZSM – 5, Laporan Penelitian,
Lembaga Penelitian UR, Pekanbaru.
Zahrina, I., Saputra, E., Evelyn, Santoso,I. A., Ramelo, R., 2006, Sintesis ZSM-5
Tanpa Templat Menggunakan Silika Terpresipitasi Asal Abu Sawit Sebagai
Sumber Silika, Jurnal $atur Indonesia, Volum 9, No. 2, Lembaga Penelitian
Universitas Riau, Pekanbaru.
A-1
LAMPIRA� A
PERHITU�GA�
A. Perhitungan Pembuatan Silika Presipitasi
Pembuatan Larutan NaOH 2 N
Untuk membuat larutan NaOH 2 N ditimbang sebanyak 80 gr NaOH. Ini
diperoleh dari rumus :
Massa (gr) NaOH yang dibutuhkan untuk membuat larutan NaOH 2 N dalam
volume 1000 ml :
Menentukan Densitasc (ρ) NaOH 2 N
Untuk menentukan densitas dari NaOH yaitu dengan menggunakan
piknometer.
Berat pikno kosong = 20,393 gr
Berat pikno isi NaOH = 48,213 gr
Volume pikno = 26 ml
Massa NaOH = Berat pikno isi NaOH – Berat pikno kosong
= 48,213 – 20,393
= 27,820 gr
A-2
Densitas (ρ) NaOH
Menentukan berat abu sawit yang digunakan
Pada penelitian ini perbandingan padat-cair yang digunakan adalah 1 : 6.
Perbandingan padat cair ini dalam satuan berat (gr).
Larutan NaOH (ml) yang akan digunakan terlebih dahulu dikonversi kedalam
Massa NaOH (gr) yaitu dengan cara menggunakan rumus :
Sehingga berat abu sawit yang akan ditimbang adalah
Perbandingan padat-cair 1 : 6 = 178, 33 gr
A-3
B. Perhitungan Sintesis ZSM-5
Jumlah bahan-bahan untuk produksi ZSM-5 dengan basis silika terpresipitasi 25
gr.
� Suspensi I
Pada penelitian Vempati [2002], untuk 1 gr sumber silika menggunakan
0,0076 gr NaAlO2 yang dilarutkan dengan 5 ml akuades. Maka, pada
penelitian ini NaAlO2 dan akuades yang digunakan untuk suspensi I adalah
:
NaAlO2 = 25 x 0.0076 gr =1,9 gr
Akuades = 25 x 5 ml = 125 ml
� Suspensi II
Vempati [2002] pada penelitiannya menggunakan 4,2 ml akuades untuk
melarutkan 1 gr silika. Maka, pada penelitian ini silika dan akuades yang
digunakan untuk suspensi II adalah :
Silika terpresipitasi = 25 gr
Akuades = 25 x 4,2 ml = 105 ml
� Suspensi III
Penentuan jumlah NaOH yang ditambahkan pada suspensi III
Diketahui : Kadar SiO2 dalam silika terpresipitasi = 84,7 %
Massa silika terpresipitasi = 25 gr
Massa NaAlO2 = 1,9 gr [Vempati, 2002]
Berat molekul (BM) : SiO2 = 60
NaAlO2 = 82
A-4
NaOH = 40
Al = 27
Na = 23
Al2O3 = 102
Na2O = 62
Si/Al = 30
Ditentukan : Jumlah NaOH yang ditambahkan pada suspensi III :
NaOH suspensi III =
Massa Na = massa Na dalam Na2O – massa Na dalam NaAlO2
� Massa Na dalam Na2O :
Massa Na dalam Na2O =
Massa Na2O = mol Na2O x BM Na2O
maka mol Na2O = mol Al2O3 x 7,4
maka mol Al2O3 =
Mol SiO2
= 0,352917 mol
A-5
Mol Al2O3
Sehingga,
Mol Na2O = 0,011764 x 7,4 = 0,087053
Massa Na2O = 0,087053 mol x 62 gr/mol = 5,397272 gr
Massa Na dalam Na2O
� Massa Na dalam NaAlO2 :
Massa Na dalam NaAlO2
Massa Na = 4,004428 gr – 0,532927 gr = 3,471501 gr
Massa NaOH yang ditambahkan pada suspensi III
= 6,0374 gram.
3. Pembuatan larutan Ni
a. BM Ni(NO3)2.6H2O = 290,69 gr/gr mol
BM Ni = 58,69 gr/gr mol
b. Total logam = 1% x 35 gr = 0,35 gr
A-6
c. ) H2ONi(NO3)2.6() H2ONi(NO3)2.6(
massaxnxBM
�iBM�iMassa =
) H2ONi(NO3)2.6(1
69,290
69,58
35,0 massaxx
grmol
gr
grmol
gr
gr =
0,35 gr = 0,219massa (Ni(NO3)2.6H2O)
Massa Ni(NO3)2.6H2O = 1,598gr
Ni dan ZSM-5 dilarutkan dalam aquades sampai volume larutan 500 ml.
B-1
LAMPIRA� B
HASIL A�ALISA BET
B-2
B-3
B-4
C-1
LAMPIRA� C
HASIL UJI KI�ERJA KATALIS
C.1 Data Yield Pirolisis Cangkang Sawit
Tabel C.1. Data Hasil Perolehan Yield Bio Oil
Suhu Kalsinasi (0C) Yield Bio Oil (%)
400 31
500 42
C.2. Data Hasil Pengukuran Massa Jenis, Viskositas dan Titik �yala
Tabel C.2. Data Hasil Pengukuran Massa Jenis dan Viskositas
Sampel
Berat
Picnometer
Kosong (gr)
Berat
Picnometer +
Sampel (gr)
Massa
Jenis
(gr/ml)
Waktu Alir
Waktu
Alir rata-
rata
Viskositas
(cP)
00:00”88
00:00”95 Air 16,07 26.51 1.044
00:00”89
00:00”91 0.894
00:12”65
00:12”64
Bio-Oil
dengan
Ni/ZSM-5
16,07 25,61 0,954
00:12”67
00:12”65 ?
C-2
Contoh Perhitungan :
a. Massa Jenis :
= (25,61- 16,07)gr = 0,954 gr/ml
10 ml
b. Viskositas bio oil:
= 12, 59 cp
Viskositas kinematik bio-oil = 12,59 cp = 13,196 cSt
0,954 gr/ml
Tabel C.3. Data Hasil Pengukuran Titik Nyala/Flash Point
Sampel Temperatur (°C) Titik nyala (°C)
40 -
42 -
44 -
46-60 -
Bio-Oil
(Katalis Ni/ZSM-5)
62 Nyala api
D-1
LAMPIRA�D
DOKUME�TASI PE�ELITIA�
Menggerus Silika Presipitasi Silika Presipitasi
Pengadukan ZSM-5 Pembuatan ZSM-5
ZSM-5 Alat Impregnasi
D-2
Alat Kalsinasi, Oksidasi dan Reduksi Uji BeratJenis
Uji Titik Nyala