pencirian dan uji aktivitas katalitik

PENCIRIAN DAN UJI AKTIVITAS KATALITIK

ZEOLIT ALAM TERAKTIVASI

TINA ROSDIANA

DEPARTEMEN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2006

PENCIRIAN DAN UJI AKTIVITAS KATALITIK

ZEOLIT ALAM TERAKTIVASI

TINA ROSDIANA

Skripsi

sebagai salah satu syarat untuk memperoleh

gelar Sarjana Sains pada

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

DEPARTEMEN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2006

ABSTRAK

TINA ROSDIANA. Pencirian dan Uji Aktivitas Katalitik Zeolit Alam Teraktivasi.

Dibimbing oleh CHARLENA dan HENNY PURWANINGSIH SUYUTI.

Cadangan zeolit alam Indonesia cukup besar dan tersebar luas di beberapa lokasi.

Akan tetapi, zeolit alam belum dimanfaatkan secara optimum. Zeolit alam pada umumnya

memiliki kristalinitas yang rendah, ukuran porinya tidak seragam, aktivitas katalitiknya

rendah, dan mengandung banyak pengotor. Oleh karena itu perlu diaktivasi dan

dimodifikasi sebelum digunakan. Penelitian ini bertujuan mengaktivasi zeolit alam

dengan asam dan pemanasan, mencirikan zeolit alam yang sudah diaktivasi, dan menguji

aktivitas katalitiknya pada reaksi interesterifikasi. Analisis spektrum fourier

transformation infrared (FTIR) menunjukkan bahwa struktur zeolit alam yang diaktivasi

dengan asam dan pemanasan (NZAT) telah rusak. Sementara itu, struktur zeolit alam

yang diaktivasi dengan asam (NZA) tidak menunjukkan perbedaan yang signifikan

terhadap zeolit alam (NZ). Hasil analisis nisbah Si/Al pada spektrum FTIR menunjukkan

NZA memiliki nisbah Si/Al yang lebih besar dibandingkan nisbah Si/Al pada NZAT.

Hasil analisis dengan spekstroskopi absorpsi atom menunjukkan kandungan logam Na, K,

Fe, dan Ca menurun. Hasil pencirian sifat permukaan oleh Autosorb menunjukkan NZA

memiliki luas permukaan spesifik dan volume total pori yang lebih besar dibandingkan

dengan NZAT. Uji aktivitas katalitik NZA pada reaksi interesterifikasi menghasilkan

produk yang menyerupai gabus berwarna putih dengan persentase produk sebesar

35.78%.

ABSTRACT

TINA ROSDIANA. Characterization and Catalytic Activity Was Tested of Activated

Natural Zeolite. Supervised by CHARLENA and HENNY PURWANINGSIH SUYUTI.

Natural zeolite reserves are spread in Indonesia, but they are not yet used optimally.

Generally, natural zeolite have poor crystalline, various pore size, low catalytic activity,

and high contaminant. Natural zeolite need to be activated and modified before it can be

used. The objectives of this research were to activite the natural zeolite that already got

acid and thermal treatments, and to characterize it, and catalytic activity was tested in

interesterification reaction. Fourier transformation infrared (FTIR) spectra showed that

the structure of natural zeolite activated by acid and thermal (NZAT) treatments were

damaged. While, natural zeolite structure activated with acid (natural zeolite acid (NZA))

did not show significant different to natural zeolite (NZ). Result of Si/Al ratio analysis,

showed that Si/Al ratio NZA higher than Si/Al ratio NZAT. The result of cation analysis

by atomic absorption spectroscopy showed that general the content of Na, K, Fe and Ca

in the catalyst decreased because of acid and thermal treatments. Surface area and pore

volume increased by the treatments. Catalytic activity of NZA in interesterification

reaction gave a white cork-like product and in yield 35.78%.

Judul : Pencirian dan Uji Aktivitas Katalitik Zeolit Alam Teraktivasi

Nama : Tina Rosdiana

NIM : G44201020

Disetujui:

Pembimbing I, Pembimbing II,

Dra. Charlena, MS Henny Purwaningsih S, S.Si, M.Si.

NIP 132 088 359 NIP 132 311 914

Diketahui:

Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Institut Pertanian Bogor

Prof. Dr. Ir. Yonny Koesmaryono, MS. NIP 131 473 999

Tanggal Lulus:

PRAKATA

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala rahmat dan

hidayah-Nya sehingga penelitian dengan judul “Pencirian dan Uji Aktivitas Katalitik

Zeolit Alam Teraktivasi” dapat diselesaikan. Penelitian ini dilaksanakan dari bulan

Desember sampai Mei 2006 di Laboratorium Kimia Fisik dan Kimia Anorganik,

Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian

Bogor.

Terima kasih penulis ucapkan kepada Ibu Dra. Charlena, MS dan Ibu Henny

Purwaningsih Suyuti, M.Si. selaku pembimbing yang telah banyak memberi bimbingan

dan pengarahan dalam penyelesaian tugas akhir ini. Penghargaan juga penulis sampaikan

kepada Pak Mail, Pak Nano, dan Bu Ai di Laboratorium Kimia Fisik, serta pak Syawal di

Laboratorium Kimia Anorganik atas bantuannya selama penelitian. Ucapan terima kasih

penulis sampaikan kepada keluarga tercinta, bapak, ibu, serta semua keluarga besar atas

dorongan semangat, perhatian, doa, dan kasih sayangnya. Terima kasih penulis ucapkan

kepada rekan-rekan kerja di laboratorium atas kerja samanya, Epi, Santi, Mba Matus,

Dina, Wati, Aci, New At-tafaul, D5, ikhwan dan akhwat Al-Ghifari yang telah

memberikan kekuatan ukhuwah, teman-teman kimia ’38, serta Fusi ‘38, atas

kebersamaan, dan dukungannya.

Semoga karya ilmiah ini dapat bermanfaat.

Bogor, Mei 2006

Tina Rosdiana

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Bandung pada tanggal 8 Oktober 1982 dari ayah Endang

Hadiana dan ibu Tarsih Mintarsih. Penulis merupakan putri ketujuh dari tujuh bersaudara.

Tahun 2001 penulis lulus dari SMU Negeri 2 Cimahi dan pada tahun yang sama lulus

seleksi masuk IPB melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB. Penulis memilih Program

Studi Kimia, Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Pada

tahun 2004 penulis melaksanakan Praktik Lapangan di Laboratorium Cipaku, Perusahaan

Daerah Air Minum Tirta Pakuan, Kota Bogor.

Selama mengikuti perkuliahan, penulis menjadi asisten di mata kuliah Pendidikan

Agama Islam pada tahun ajaran 2003/2004 dan 2004/2005. Penulis juga aktif dalam

kepengurusan Ikatan Mahasiswa Kimia FMIPA IPB sebagai staf Keluarga Islam Kimia

periode 2002-2003, Wahana Islam Kimia pada periode 2003-2004, serta pengurus harian

DKM Al Ghifari IPB 1426 H.

DAFTAR ISI

Halaman

DAFTAR TABEL....................................................................................................... viii

DAFTAR GAMBAR...................................................................................................viii

DAFTAR LAMPIRAN.................................................................................................ix

PENDAHULUAN ...................................................................................................... 1

TINJAUAN PUSTAKA

Mineral Zeolit.................................................................................................... 1

Proses Pembentukan Zeolit ............................................................................... 1

Sifat-sifat Zeolit ................................................................................................ 2

Aktivasi Zeolit .................................................................................................. 3

Pencirian Zeolit.............................................................................................. ... 3

Reaksi Interesterifikasi...................................................................................... 4

BAHAN DAN METODE

Bahan dan Alat ................................................................................................. 4

Metode .............................................................................................................. 4

HASIL DAN PEMBAHASAN

Aktivasi Zeolit .................................................................................................. 6

Analisis FTIR.................................................................................................... 7

Analisis Nisbah Si/Al........................................................................................ 8

Analisis AAS .................................................................................................... 9

Sifat Permukaan................................................................................................ 9

Volume Total Pori dan Rerata Jejari Pori.......................................................... 10

Reaksi Interesterifikasi...................................................................................... 11

SIMPULAN DAN SARAN

Simpulan........................................................................................................... 11

Saran ................................................................................................................. 11

DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................. 11

LAMPIRAN................................................................................................................ 14

DAFTAR TABEL

Halaman

1 Jenis-jenis zeolit sintesis ........................................................................................ 2

2 Jenis mineral zeolit yang terdapat dalam batuan zeolit.......................................... 2

3 Perbandingan spektrum FTIR katalis NZ, NZA, NZAT, dengan zeolit alam bayah

Supriatna (1995)...................................................................................... .............. 7

DAFTAR GAMBAR

Halaman

1 Contoh struktur 3 dimensi zeolit alam ................................................................... 1

2 Tinggi puncak dengan metode baseline ................................................................. 3

3 Zeolit alam sebelum aktivasi (NZ)......................................................................... 6

4 Zeolit alam yang diaktivasi asam........................................................................... 6

5 Contoh reaksi pelepasan Al dari dalam kerangka zeolit....................................... 6

6 Zeolit alam yang diaktivasi asam dan pemanasan (NZAT) ................................... 7

7 Spektrum FTIR zeolit alam (NZ)........................................................................... 8

8 Spektrum FTIR zeolit alam yang diaktivasi asam (NZA) ..................................... 8

9 Spektrum FTIR zeolit alam yang diaktivasi asam dan pemanasan (NZAT)........... 8

10 Kandungan kation dalam contoh katalis ............................................................... 9

11 Luas permukaan spesifik contoh katalis ................................................................ 10

12 Volume total pori contoh katalis............................................................................ 10

13 Rerata jejari pori contoh katalis ............................................................................. 10

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

1 Diagram alir penelitian .......................................................................................... 15

2 Penentuan kadar air zeolit ...................................................................................... 16

3 Spektrum FTIR dari zeolit alam (NZ) dan penentuan rasio Si/Al

dengan metode baseline ......................................................................................... 17

4 Spektrum FTIR dari zeolit alam yang diaktivasi asam (NZA) dan penentuan rasio

Si/Al dengan metode baseline................................................................................ 18

5 Spektrum FTIR dari zeolit alam yang diaktivasi asam dan pemanasan (NZAT)

dan penentuan rasio Si/Al dengan metode baseline............................................... 19

6 Hasil analisis Autosorb zeolit alam (NZ)................................................................ 20

7 Hasil analisis Autosorb zeolit alam asam (NZA).................................................... 21

8 Hasil analisis Auotosorb zeolit alam asam dan termal (NZAT) ............................. 22

9 Perhitungan bobot teoritis ester glukosa miristat

dan data persentase hasil ester glukosa miristat................................................... 23

10 Spektrum FTIR ester glukosa miristat................................................................... 24

PENDAHULUAN

Indonesia merupakan salah satu negara

yang kaya akan zeolit alam, yang tersebar

luas di berbagai lokasi antara lain di Bayah

(Banten Selatan), Cikembar (Sukabumi),

Nanggung (Tasikmalaya), Malang, Lampung,

dan Sulawesi Selatan. Zeolit alam ini belum

dimanfaatkan secara optimal. Upaya-upaya

penelitian dan pengembangan berwawasan

lingkungan terhadap sumber daya mineral

tersebut perlu terus dilakukan sehingga dapat

memberikan hasil yang nyata secara ekonomi

(PPTM 1994).

Zeolit alam terdiri atas gugus alumina

oksida dan gugus silika oksida yang masing-

masing berbentuk tetrahedral dan saling

dihubungkan oleh atom oksigen sedemikian

rupa sehingga membentuk kerangka tiga

dimensi yang disebut struktur kerangka

(framework) tiga dimensi. Sifat yang dimiliki

oleh zeolit dimungkinkan untuk dimodifikasi

menjadi katalis, adsorben, penukar ion,

maupun sebagai pengemban logam aktif

(Kirk & Othmer 1995).

Zeolit alam pada umumnya memiliki

kristalinitas rendah, ukuran porinya tidak

seragam, aktivitas katalitiknya rendah, dan

mengandung banyak pengotor. Oleh karena

itu perlu diaktivasi dan dimodifikasi terlebih

dahulu sebelum dapat digunakan (Handoko

2001).

Modifikasi zeolit alam dengan HCl 6 N

pernah dilakukan oleh Jon H (2001). Zeolit

alam setelah mendapatkan perlakuan meng-

alami perubahan struktur dan komposisi.

Adapun modifikasi dengan pemanasan pernah

dilakukan oleh Shang CC & Lee MD (1994)

pada suhu 540ºC yang ditujukan untuk

membantu proses impregnasi terhadap zeolit

sintetis H-ZSM5.

Penelitian ini bertujuan mengaktivasi zeolit

alam dengan H2SO4, melakukan pencirian

terhadap zeolit alam yang sudah diaktivasi,

dan menguji aktivitas katalitiknya pada reaksi

interesterifikasi. Aktivasi dalam penelitian

dilakukan dengan dua cara, yaitu perlakuan

dengan asam tanpa pemanasan (nature zeolit

acid/NZA) dan perlakuan asam yang

dilanjutkan dengan pemanasan (nature zeolit

acid and termal/NZAT). Untuk melihat

proses aktivitas katalis zeolit pada penelitian

ini dilakukan sintesis ester glukosa miristat

yang diperoleh dari reaksi antara metil

miristat dan glukosa pentaasetat dengan

metode bebas pelarut yang pernah dilakukan

oleh Prihanjani (2006) dengan katalis zeolit

sintetik.

Hipotesis penelitian ini adalah zeolit yang

diaktivasi asam tanpa pemanasan maupun

zeolit yang diaktivasi asam dengan

pemanasan memiliki sifat-sifat zeolit (nisbah

Si/Al, kandungan kation, dan sifat

permukaan) lebih baik dibandingkan zeolit

sebelum diaktivasi.

Hasil penelitian ini diharapkan dapat

memberikan informasi zeolit hasil aktivasi

tersebut dapat digunakan sebagai katalis

dengan aktivitas katalitik yang baik.

TINJAUAN PUSTAKA

Mineral Zeolit

Mineral zeolit diperkenalkan sejak tahun

1756 oleh Cronstedt ketika menemukan stilbit

yang bila dipanaskan seperti batu didih

(boiling stone) karena dehidrasi molekul air

yang dikandungnya. Pada tahun 1954, zeolit

diklasifikasikan sebagai golongan mineral

tersendiri, yang saat itu dikenal sebagai

molecular sieve materials (Gotardi & Galli

1985).

Zeolit adalah mineral yang terdiri atas

kristal alumino silikat terhidrasi yang

mengandung kation alkali atau alkali tanah

dalam kerangka tiga dimensi. Zeolit biasanya

ditulis dengan rumus kimia Mx/n [(AlO2)x

(SiO2)y. zH2O, dengan x dan y adalah

bilangan bulat, y/x sebanding atau lebih besar

dari 1, n adalah valensi logam M, z adalah

jumlah molekul air dalam masing-masing

unit, x dan y adalah masing-masing jumlah

alumina dan silika (Tang 2003). Contoh

struktur 3 dimensi zeolit alam disajikan pada

Gambar 1.

Gambar 1 Contoh struktur 3 dimensi zeolit

alam.

Proses Pembentukkan Zeolit

Banyak penelitian yang dilakukan untuk

mengetahui proses terjadinya zeolit. Salah

satu asumsi awal adalah debu vulkanik yang

sangat reaktif bertransformasi melalui

mekanisme peluruhan represipitasi membentuk zeolit. Asumsi lain mengatakan bahwa

zeolit alam terbentuk dari reaksi debu

vulkanik yang reaktif dengan air laut yang

mengandung banyak garam alkali dan alkali

tanah yang berlangsung pada pH 9-10 dan

suhu 300 K, tetapi proses kristalisasi

memakan waktu 50.000 tahunan (Sembiring

1987).

Menurut proses pembentukkannya zeolit

dapat digolongkannya menjadi dua kelompok,

yaitu zeolit alam dan zeolit sintesis. Zeolit

alam terbentuk karena adanya proses

perubahan alam (zeolitisasi) dari batuan

vulkanik tuff, sedangkan zeolit sintesis

direkayasa oleh manusia secara proses kimia.

Jenis zeolit sintetis disajikan pada Tabel 1 dan

Tabel 2 untuk jenis mineral zeolit alam.

Tabel 1 Jenis-jenis zeolit sintetis

No Nama Rumus Molekul

1 A Na12[(AlO2)12(SiO2)12].27H2O

2 X

Na86 [(AlO2)86

(SiO2)106].264H2O

3 Y

Na56 [(AlO2)56

(SiO2)136].250H2O

4 L K9[(AlO2)9 (SiO2)27].22H2O

Sumber: Riberio (1984)

Tabel 2 Jenis mineral zeolit yang terdapat

dalam batuan zeolit

Nama

Mineral Rumus Kimia Unit Sel

Faujasit Na58(Al58Si134O384).18 H2O

Ferriet (Na2Mg2)(Al6Si30O72).18H2O

Hulandit Ca4(Al8Si28O72).24 H2O

Klinoptilolit (Na4K4)(Al8Si40O96).24 H2O

Mordenit Na8 (Al8Si40O96).24H2O

Natrolit Na4(Al4Si6O20).4H2O

Scolecit Ca2(Al4Si6O20).6H2O

Thomsonit (NaCa2)(Al5SI5O20).6H2O

Wairakit Ca(Al2Si4O12).2H2O

Yugawaralit Ca(Al2Si4O12).6H2O

Sumber: Clark (1979)

Sifat-Sifat Zeolit

Sifat Pertukaran Ion dari Zeolit

Kemampuan pertukaran ion zeolit

merupakan salah satu parameter yang dapat

digunakan dalam menentukan kualitas zeolit

yang akan digunakan, biasanya dinyatakan

sebagai KTK (kemampuan tukar kation).

KTK adalah jumlah meq ion logam yang

dapat diserap maksimum oleh 1 g zeolit

dalam kondisi kesetimbangan. Nilai KTK

zeolit ini banyak tergantung pada jumlah ion

Al dalam struktur zeolit.

Sifat Adsorpsi dari Zeolit

Adsorpsi adalah suatu proses penjerapan

suatu zat oleh zat lainnya, yang hanya terjadi

pada permukaan. Zat yang dijerap disebut

fase terjerap (adsorbat) dan zat yang menjerap

disebut adsorben. Adsorben pada umumnya

adalah zat padat yang berrongga, contohnya

adalah zeolit. Pada umumnya untuk dapat

mengadsorpsi, zeolit harus didehidrasi

terlebih dahulu dengan pemanasan.

Faktor-faktor yang mempengaruhi proses

adsorpsi antara lain luas permukaan, ukuran

partikel, dan komposisi kimia. Adapun sifat

adsorbat antara lain ukuran molekul dan

komposisi kimia serta konsentrasi adsorbat

dalam fase cairan. Semakin kecil ukuran

partikel, maka semakin besar luas permukaan

padatan per satuan volume tertentu, sehingga

semakin banyak zat yang diadsorpsi (Atkins

1999).

Sifat Katalis dari Zeolit Definisi katalis yang umum diterima saat

ini adalah zat yang meningkatkan laju reaksi

kimia tanpa ‘dirinya sendiri’ ikut terlibat

dalam reaksi secara permanen, sehingga pada

akhir reaksi katalis tidak tergabung dengan

senyawa produk reaksi. Adanya katalis dapat

mempengaruhi faktor-faktor kinetik suatu

reaksi seperti laju reaksi, energi aktivasi, sifat

dasar keadaan transisi, dan lain-lain

(Augustine 1996).

Berdasarkan fasenya, material katalis

dapat digolongkan menjadi katalis homogen

dan katalis heterogen. Katalis homogen ialah

katalis yang mempunyai fase yang sama

dengan fase campuran reaksinya, sedangkan

katalis heterogen adalah katalis yang berbeda

fase dengan campuran reaksinya.

Katalis heterogen kurang efektif

dibandingkan dengan katalis homogen karena

heterogenitas permukaannya. Walaupun

demikian, karena mudah dipisahkan dari

campuran reaksinya dan kestabilannya

terhadap perlakuan panas, katalis heterogen

lebih banyak digunakan dalam industri kimia.

Kemampuan zeolit untuk mengkatalisis

suatu reaksi kimia terutama berhubungan

dengan sifatnya sebagai padatan asam karena

adanya sisi-sisi asam, baik sisi asam Bronsted

maupun Lewis. Sisi asam Bronsted dapat

dihasilkan dengan beberapa cara di antaranya

perlakuan pemanasan terhadap bentuk

amonium zeolit untuk menghilangkan amonia

sehingga diperoleh bentuk H-zeolit, perlakuan

dehidrasi terhadap kation multivalen pada

zeolit yang diikuti terdisosiasinya air yang

terkoordinasi dalam bentuk molekul sehingga

membentuk ion H+ pada permukaan zeolit,

dan perlakuan asam terhadap zeolit yang

stabil terhadap asam akan dapat secara

langsung menukar kation dengan proton. Sisi

asam Lewis dapat diperoleh dari

dehidroksilasi dua gugus hidroksil yang

berdekatan dengan perlakuan panas (T>750

K).

Sifat lain dari zeolit yang juga berpengaruh

terhadap peranannya dalam katalisis adalah

komposisi kerangka dan struktur pori zeolit,

kenaikan rasio Si/Al, medan elektrostatis,

kekuatan asam dari sisi Bronsted, dan

perubahan struktur bangun sekunder dari

zeolit.

Komposisi kerangka zeolit mengatur

muatan kerangka dan mempengaruhi

stabilitas pemanasan dan asam dari zeolit.

Kenaikan rasio Si/Al akan berpengaruh pada

stabilitas zeolit terhadap suhu tinggi dan

lingkungan yang reaktif seperti naiknya

keasaman. Medan elektrostatis zeolit

menyebabkan interaksi adsorbsinya dengan

molekul lain berubah-ubah. Kekuatan asam

dari sisi asam Bronsted akan bertambah

dengan naiknya rasio Si/Al dan menurunnya

konsentrasi kation dalam zeolit. Sementara itu

perubahan struktur unit bangun sekunder dari

zeolit sangat penting dalam proses katalisis

karena pori inilah yang berperan sebagai

mikroreaktor dan darinya dimungkinkan

untuk mendapatkan reaksi katalitik yang

diinginkan menurut aturan bentuk

selektivitas.

Aktivasi Zeolit

Aktivasi merupakan proses untuk

menaikkan kapasitas adsorpsi sehingga

diperoleh sifat yang diinginkan sesuai dengan

penggunaannya. Tujuan aktivasi zeolit adalah

untuk menghasilkan luas permukaan yang

lebih luas melalui pembentukkan struktur

berpori dan juga untuk menghilangkan

senyawa-senyawa pengotor. Aktivasi zeolit

dilakukan dengan pemanasan, penambahan

asam, dan penambahan basa. Pada penelitian

ini dilakukan aktivasi dengan penambahan

asam dan pemanasan. Pada umumnya asam

yang digunakan adalah asam sulfat dan asam

klorida, sedangkan basa yang digunakan

adalah NaOH.

Pencirian Zeolit

Analisis dengan spektrofotometer Fourier

Transformation InfraRed (FTIR)

Spektrum radiasi inframerah terletak pada

kisaran bilangan gelombang 12800-10 cm-1

.

Berdasarkan pertimbangan instrumentasi dan

aplikasi, sejauh ini yang paling banyak

digunakan terbatas pada daerah 4000-760

cm-1

(daerah inframerah tengah) terutama

untuk tujuan identifikasi. (Khopkar 1990).

Frekuensi dari vibrasi kerangka pada

daerah inframerah tengah (400-4000 cm-1

)

menyediakan informasi tentang komposisi

dan sifat-sifat yang berhubungan dengan

interaksi tetrahedral SiO44-

dan AlO45-

.

Kenampakan spektrum inframerah dapat

berkorelasi dengan kehadiran tipe-tipe unit

struktural tertentu.

Metode Garis Dasar (Baseline)

Metode semi kuantitatif yang umumnya

digunakan pada penentuan nisbah Si/Al

adalah metode baseline. Sebagai ilustrasi,

metode baseline disajikan dalam Gambar 2.

Suatu garis dasar (baseline) dibuat pada

kedua lembah puncak lalu dihubungkan

dengan menarik garis dari ujung puncak yang

tegak lurus terhadap garis dasar. Selanjutnya

tinggi puncak dihitung dari ujung puncak ke

titik perpotongan garis dasar dengan garis

yang tegak lurus terhadap garis dasar.

Gambar 2 Tinggi puncak dengan metode

baseline.

Analisis Luas Permukaan Spesifik (LPS)

Katalis Luas permukaan spesifik adalah luas

permukaan yang dapat menyerap gas secara

merata pada satu lapisan per satuan berat.

Luas permukaan menggambarkan permukaan

aktif yang dapat kontak dengan reaktan

sehingga berfungsi sebagai jembatan dalam

proses reaksi. Semakin besar permukaan aktif

dari suatu katalis diharapkan aktivitas katalis

semakin baik.

Prinsip pengukuran luas permukaan

spesifik adalah sejumlah serbuk zeolit (0.1-

0.2 g) dialiri campuran gas nitrogen dan

helium selama waktu tertentu. Selanjutnya

berat campuran gas yang terserap tersebut

pada permukaan zeolit disubtitusikan pada

persamaan Brunaeur, Emmet, dan Teller

(BET).

Menurut teori Brunaeur, Emmet, dan Teller

(BET), banyaknya gas yang dapat diadsorpsi

pada permukaan padatan berbanding

langsung dengan luas permukaan, sehingga

semakin sedikit gas nitrogen yang teradsorpsi

pada permukaan, maka luas permukaan

semakin kecil. Sebagai konsekuensinya jika

gas nitrogen yang teradsorpsi pada

permukaan padatan banyak maka luas

permukaan dari padatan juga besar.

Reaksi Interesterifikasi

Sintesis gula ester asam lemak dapat

dilakukan melalui dua jalur, yaitu jalur

sintesis kimia dan enzimatik. Mekanisme

reaksinya berlangsung dengan reaksi

interesterifikasi antara gula dengan satu atau

lebih trigliserida. Sintesis senyawa ester

karbohidrat asam lemak biasanya berlangsung

pada suhu tinggi dengan kehadiran katalis dan

menggunakan pelarut toksik.

Feuge et al. (1970) melakukan reaksi

esterifikasi langsung antara sukrosa dan asam

lemak dengan metode bebas pelarut

menggunakan katalis sabun litium, natrium,

dan kalium pada suhu 170-187°C. Reaksi ini

terbatas dengan adanya kecenderungan

pembentukan karamelisasi sukrosa pada suhu

tinggi.

Obaje (2005) telah memodifikasi metode

sintesis ester gula asam lemak melalui reaksi

interesterifikasi bebas pelarut pada suhu

rendah (60-95°C) dengan katalis asam.

Katalis yang digunakan adalah berupa asam

sulfat, asam tolsilat, dan asam alkil sulfonat.

Prihanjani (2006) telah melakukan

optimalisasi sintesis gula ester melalui sistem

bebas pelarut dengan mereaksikan metil

miristat dan glukosa pentaasetat dengan

katalis zeolit sintetik pada suhu 90°C selama

6 jam. Rendemen produk yang dihasilkan

adalah ± 87%. Penelitian ini dilakukan

dengan metode yang sama dengan Prihanjani,

akan tetapi zeolit yang digunakan adalah

zeolit alam yang telah diaktivasi.

BAHAN DAN METODE

Bahan dan Alat

Bahan utama yang digunakan adalah zeolit

alam ukuran 60 mesh dari Pusat Penelitian

dan Pengembangan Teknologi Mineral

Bandung, kertas saring, akuades, larutan,

larutan H2SO4 0.2 N, larutan NH4NO3 0.1 M,

metil miristat, glukosa pentaasetat, etanol 30-

40%, NaHCO3, pH universal, akuades dan

larutan akuaregia.

Alat-alat yang digunakan dalam penelitian

ini adalah gelas piala (50 ml, 100 ml, dan 500

ml), labu ukur (25 ml, 50 ml, 100 ml, dan 250

ml), labu bulat, kondensor, penangas air,

termometer, neraca analitik, tanur, oven

pengering, kondensor, termometer, atomic

absorption spectroscopy (AAS), autosorb

quantrochome 6B, spektrofotometer fourier

transform infrared (FTIR) merek bruker jenis

tentor 37, dan alat-alat kaca lainnya.

Metode

Preparasi Zeolit

Contoh diambil dari Pusat Penelitian dan

Pengembangan Teknologi Mineral (P3TM)

Bandung. Zeolit berasal dari daerah Cikotok.

Pengayakan dan penggilingan contoh zeolit

dilakukan untuk memperoleh partikel-partikel

yang berukuran 60 mesh karena pada ukuran

ini zeolit cukup optimal dalam aktivitasnya.

Diagram alir penelitian dapat dilihat pada

Lampiran 1.

Penentuan Kadar Air Zeolit Alam

Cawan petri yang telah disiapkan

dikeringkan dalam oven dan diketahui bobot

kosongnya. Cawan petri yang berisi contoh

dikeringkan dalam oven pada suhu 105ºC

selanjutnya didinginkan. Setelah dingin

disimpan dalam eksikator lalu ditimbang.

Pengeringan dilakukan beberapa kali selama

3 jam sampai diperoleh bobot tetap.

Kadar Air = A - B x 100 %

C

A = bobot contoh + cawan sebelum

dikeringkan

B = bobot contoh + cawan setelah

dikeringkan

C = bobot contoh

Preparasi Katalis Zeolit Alam (NZ)

Zeolit alam dari P3TM yang telah

dihaluskan dengan ukuran 60 mesh direndam

dalam akuades sambil diaduk dengan

pengaduk besi (sudip) selama 1 jam pada

suhu kamar, kemudian disaring dan

dikeringkan dalam oven pada 120°C sampai

kering.

Preparasi Katalis Zeolit Alam Perlakuan

Asam (Suyartono & Husaini 1991) Contoh zeolit alam (NZ) direfluks selama 1

jam dengan larutan asam sulfat 0.2 N pada

suhu 90°C sambil diaduk. Selanjutnya contoh

disaring dan dicuci dengan akuades sampai

pH=6. Berikutnya contoh dikeringkan dan

dihaluskan sehingga diperoleh katalis zeolit

alam yang diaktivasi asam (NZA).

Preparasi Katalis Zeolit Alam Perlakuan

Pemanasan (Modifikasi Shang 1998)

Contoh NZA dikeringkan dalam tanur

540°C selama 12 jam, selanjutnya contoh

direndam dalam larutan NH4NO3 0.1 M

selama 2 jam sebanyak tiga kali ulangan.

Kemudian contoh NZA tersebut dipanaskan

pada suhu 120°C selama 24 jam dan

dilanjutkan dengan pemanasan pada suhu

540°C selama 4 jam sehingga diperoleh

zeolit alam yang diaktivasi asam dan

pemanasan (NZAT).

Pencirian Katalis

Penentuan Kandungan Kation Logam

(Na, Ca, K, dan Fe)

Penentuan kandungan kation logam dalam

katalis NZ, NZA, dan NZAT dilakukan

dengan cara destruksi (dalam lemari asam).

Hal ini dilakukan berkaitan dengan sifat

kation dalam zeolit yang berperan sebagai

pengontrol aktivitas katalisis. Contoh zeolit

sebanyak 0.2 gram ditempatkan dalam cawan

porselin ditambahkan 2 ml akuaregia (HNO3

pa:HCl pa=1:3) kemudian dipanaskan selama

30 menit. Setelah lima menit ke dalam

campuran ditambahkan H2SO4 4% sebanyak

0.5 ml dan dipanaskan selama 15 menit,

kemudian ditambahkan 1 ml akuaregia dan

H2SO4 4% sebanyak 0.25 ml dan dibiarkan

selama 10 menit. Campuran diencerkan ke

dalam labu ukur 25 ml hingga tera, sehingga

diperoleh larutan contoh zeolit alam (NZ),

zeolit alam yang diaktivasi asam (NZA), dan

zeolit alam yang diaktivasi asam dan

pemanasan (NZAT) masing-masing sebesar

0.2 g/ 25 ml atau 8000 ppm. Selanjutnya

masing-masing contoh zeolit tersebut

ditentukan kandungan kation logamnya (Na,

Ca, K, Fe) dengan AAS.

Analisis FTIR

Contoh sebanyak 0.1 g yang telah

dikeringkan pada 120oC selama 3 jam digerus

dengan padatan KBr sebanyak ± 160 mg lalu

ditekan pada keadaan vakum hingga

diperoleh lempeng tipis yang transparan.

Pengukuran dilakukan pada daerah IR tengah,

yaitu pada bilangan gelombang 400-4000

cm1.

Penentuan Nisbah Si/Al dengan Metode

Baseline

Suatu garis dasar (baseline) dibuat pada

kedua lembah puncak lalu dihubungkan

dengan menarik garis dari ujung puncak yang

tegak lurus terhadap garis dasar. Selanjutnya

tinggi puncak dihitung dari ujung puncak ke

titik perpotongan garis dasar dengan garis

yang tegak lurus terhadap garis dasar.

Selanjutnya diukur nisbah Si/Al dengan

metode garis dasar pada spektrum FTIR

tersebut. Pertama-tama puncak tertinggi

dicatat dan diukur garis dasar yang dipilih.

Kemudian besar transmitan pada bilangan

gelombang 1647 cm-1

(serapan gugus Si-O)

dengan transmitan pada bilangan gelombang

1045 cm-1

(serapan Al-O) maka nisbah dapat

diperoleh dari hasil perbandingan tersebut.

Penentuan Luas Permukaan Spesifik,

Volume Total Pori, dan Rerata Jejari Pori Luas permukaan spesifik, volume total

pori, dan rerata jejari pori didasarkan pada

fenomena adsorpsi gas lapis tunggal yang

berlangsung pada suhu konstan. Alat yang

digunakan adalah autosorb quantrochome 6B

yang berada di Departemen Teknik Gas dan

Petrokimia, Fakultas Teknik, Universitas

Indonesia, Depok.

Contoh zeolit ditimbang dan dimasukkan

dalam wadah contoh dan dipanaskan pada

suhu 200°C, selanjutnya dilakukan peng-

usiran gas menggunakan gas nitrogen selama

45 menit. Kemudian contoh didinginkan

dengan nitrogen cair sehingga suhu contoh

mencapai 77 K. Tekanan gas nitrogen diubah

sehingga jumlah gas nitrogen yang

terkondensasi dapat ditentukan. Dengan

diperolehnya data tersebut, maka luas

permukaan spesifik, volume total pori, dan

rerata jari pori dapat ditentukan.

Uji Aktivitas Katalitik Zeolit

Sintesis Ester Glukosa Miristat (Prihanjani

2006)

Sintesis ester glukosa miristat dilakukan

dengan nisbah miristat dan GPA 1:1, serta

zeolit sebesar 10% dari total reaktan. Sintesis

ini dimulai dengan mencampurkan metil

miristat, GPA, dan zeolit yang dimasukkan ke

dalam labu bulat yang dilengkapi pendingin

dan pengaduk magnetik, kemudian di-

panaskan pada suhu 90°C dalam penangas air

mendidih selama 6 jam.

Pemisahan Ester Glukosa Miristat (Obaje

2005)

Campuran homogen yang terbentuk dari hasil

sintesis ditambahkan dengan larutan etanol

hangat dan dinetralkan dengan beberapa tetes

larutan NaHCO3 1 M kemudian disaring

dalam kondisi hangat sampai dihasilkan

endapan A dan filtrat. Filtrat yang berisi

pelarut etanol diuapkan sehingga dihasilkan

endapan A dan B (residu) ditambahkan

heksana lalu diuapkan sampai didapatkan

miristat yang tidak bereaksi. Kemudian

masing-masing endapan ditambahkan etanol

hangat dan didinginkan pada suhu -4°C

sampai 0°C hingga terdapat endapan putih.

Campuran tersebut disaring, endapan yang

diperoleh adalah GPA yang tidak bereaksi

dan katalis zeolit sedangkan filtratnya berisi

ester glukosa asam lemak. Pelarut etanol pada

filtrat dapat dihilangkan dengan cara

diuapkan sampai terbentuk padatan ester

glukosa miristat. Selanjutnya produk

ditentukan persentase hasil.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Aktivasi Zeolit

Kadar air zeolit alam sebelum aktivasi

diukur dengan metode gravimetri, hasilnya

diperoleh kadar air zeolit alam sebesar 4.01%,

perhitungan dapat dilihat pada Lampiran 2.

Nilai kadar air ini menunjukkan proporsi

volume pori yang dihuni oleh molekul air.

Semakin rendah kadar air produk zeolit

semakin tinggi mutunya. Untuk nilai tersebut

diusulkan tidak melebihi 5% (Goenadi 1993).

Proses aktivasi zeolit alam dilakukan

dengan dua cara, yaitu perlakuan asam tanpa

pemanasan dan perlakuan asam yang

dilanjutkan dengan pemanasan. Pada

perlakuan asam zeolit direfluks selama 1.5

jam dalam 250 ml asam sulfat 0.2 N. Aktivasi

tersebut bertujuan membersihkan permukaan

pori, membuang senyawa pengotor, dan

mengatur kembali letak atom yang dapat

dipertukarkan. Zeolit alam sebelum diaktivasi

disajikan pada Gambar 2, sedangkan zeolit

teraktivasi asam dapat diamati pada Gambar

3 berupa zeolit yang berwarna hijau keabu-

abuan.

Gambar 3 Zeolit alam sebelum aktivasi.

Gambar 4 Zeolit alam yang diaktivasi asam.

Dari Gambar 3 dan 4 dapat diamati terjadi

perubahan warna zeolit alam dari hijau

menjadi hijau keabu-abuan pada zeolit yang

diaktivasi asam.

Asam sulfat dipilih sebagai perefluks

karena larutan asam sulfat dapat

mengekstraksi Al dalam zeolit, yaitu Al

dalam kerangka zeolit menjadi Al di luar

kerangka zeolit yang disebut sebagai proses

dealuminasi. Berikut contoh reaksi

pelepasan Al dari dalam kerangka zeolit oleh

pelarut HCl pada Gambar 5.

Gambar 5 Contoh reaksi pelepasan Al

dari dalam kerangka zeolit.

Cara aktivasi yang kedua adalah memberi

perlakuan pemanasan pada zeolit alam yang

sudah diaktivasi dengan H2SO4 pada suhu

540°C dilanjutkan dengan perendaman dalam

NH4NO3 0.1 M sebanyak 3 kali ulangan.

Garam NH4NO3 adalah penukar kation.. Penambahan garam NH4NO3 bertujuan untuk

mengaktifkan zeolit secara kimia yang

dilakukan sebagai penukar kation, sehingga

dalam proses pertukaran ion, ion dapat

disubtitusi dengan kation NH4+ yang ada pada

permukaan zeolit.

Selama pemanasan pada suhu 540oC

dihasilkan zeolit yang berwarna jingga/oranye

disajikan pada Gambar 6 zeolit hasil aktivasi

asam dan pemanasan (NZAT). Hal ini

dikarenakan zeolit mengalami perubahan

struktur akibat pemanasan yang terlalu tinggi.

Gambar 6 Zeolit alam yang diaktivasi asam

dan pemanasan (NZAT).

Analisis FTIR

Pada Tabel 3 dapat dilihat perbandingan

hasil spektrum FTIR katalis NZ, NZA, dan

NZAT dengan spektrum FTIR dari zeolit

alam bayah yang telah dilakukan oleh

Supriatna (1995) yang menunjukkan serapan

terjadi pada bilangan gelombang 3841 cm-1

,

3448.5 cm-1

, 3822.7 cm-1

, 3807.2 cm-1

(gugus

OH ulur dari air yang terjerap), 2376,1 cm-1

(gugus Si-OH), 1639.4 cm-1

(gugus Si-O), dan

1041.5 cm-1

(gugus Al-O).

Spektrum FTIR zeolit alam (NZ) dapat

dilihat pada Gambar 7. Spektrum FTIR NZ

menunjukkan puncak lebar pada 3624.47

cm-1

dan 3451.15 cm-1

berkaitan dengan

adanya vibrasi OH ulur walau terlihat belum

tajam. Pada daerah 400-1600 cm-1

terlihat

bahwa puncak-puncak sudah terlihat tajam

antara lain daerah serapan 1643 cm-1

adanya

vibrasi Si-O, dan daerah 1045 cm-1

adanya

vibrasi Al-O.

Gambar 8 menunjukkan NZA. Puncak-

puncak terlihat jelas, yaitu pada 1046 cm-1

(gugus Al-O) yang lebih melebar

dibandingkan NZ, bahu sekitar 1200 cm-1

(uluran asimetris), puncak 3626 cm-1

(gugus -

OH) yang lebih sempit dibandingkan NZ,

dan puncak pada 792 cm-1

semakin tajam

dibandingkan dengan NZ.

Spektrum FTIR NZAT dapat dilihat pada

Gambar 9. Adanya perubahan pada daerah

vibrasi OH ulur dan Si-O ulur. Kedua puncak

tidak muncul pada spektrum FTIR NZAT.

Hal ini menunjukkan adanya kerusakan

struktur zeolit. Kerusakan pada struktur zeolit

diduga karena suhu yang digunakan pada

perlakuan pemanasan terlalu tinggi. Pada

contoh NZAT, spektrum FTIR juga tidak

menunjukkan adanya vibrasi OH pada daerah

selebar 3500-3700 cm-1

karena tertutup oleh

vibrasi -OH yang lebar.

Tabel 3 Perbandingan spektrum FTIR katalis NZ, NZA, NZAT, dengan zeolit alam bayah

Supriatna (1995)

Jenis gugus Bilangan Gelombang (cm-1

)

katalis NZ Katalis NZA Katalis NZAT Zeolit alam

Gugus OH 3624.47 3626.44 tidak muncul 3841.9

3451.15 3451.52 3822.7

3807.2

3448.5

Gugus Si-OH Tidak muncul Tidak muncul Tidak muncul 2376.1

Gugus Si-O 1643.02 1642.63 tidak muncul 1639.4

Gugus Al-O 1045.88 1046.82 1087.13 1041.5

Gugus K-O 794.6 792.3 789.34 794.6

Gugus Na-O 465.01 465.13 470.75 624.9

Gambar 7 Spektrum FTIR zeolit alam (NZ).

Gambar 8 Spektrum FTIR zeolit alam yang diaktivasi asam (NZA).

Gambar 9 Spektrum FTIR zeolit alam yang diaktivasi asam dan pemanasan (NZAT).

Analisis nisbah Si/Al

Nisbah Si/Al menunjukkan besarnya

muatan negatif zeolit, semakin besar jumlah

Al yang dapat menggantikan Si, maka

semakin kecil nilai Si/Al dan semakin besar

muatan negatif zeolit. Semakin banyak

komposisi Al yang dapat dipertukarkan

dalam zeolit, maka kualitas zeolit untuk

pertukaran kation semakin baik. Kapasitas

tukar kation zeolit tersebut semakin besar

jika Si/Al kecil yang berarti muatan negatif

zeolit semakin besar (Mumpton 1984). Pada

umumnya semakin besar nisbah Si/Al besar

dari suatu zeolit kapasitas zeolit sebagai

penyerap semakin besar begitu pula dengan

luas permukaan kontaknya.

0

5

10

15

20

NZ NZA NZAT

Jenis katalis

Ko

nsen

trasi

log

am

(pp

m)

Logam Na Logam K Logam Ca Logam Fe

Cara pengukuran nisbah Si/Al dengan

metode baseline disajikan pada Lampiran 3,

4, dan 5 untuk masing-masing contoh NZ ,

NZA, dan NZAT. Nisbah Si/Al yang

diperoleh untuk NZ dan NZA masing-

masing sebesar 0.4 dan 1,untuk contoh

NZAT nisbah Si/Al tidak dapat ditentukan.

Hasil perhitungan nisbah ini dapat

mengkelompokkan zeolit NZA ini dalam

jenis zeolit kadar Si rendah (kaya Al),

keadaan ini menyebabkan daya penukaran

ion dari zeolit maksimum.

Aktivasi zeolit oleh asam sulfat

menyebabkan terjadinya proses dealuminasi,

yaitu proses keluarnya Al dari dalam

kerangka zeolit menjadi Al di luar kerangka

zeolit, sehingga Al dalam contoh NZA

berkurang. Jumlah Al yang menurun

berpengaruh terhadap nisbah Si/Al pada

contoh NZA, yaitu nisbah Si/Al semakin

meningkat dibandingkan dengan nisbah

Si/Al pada zeolit alam murni (NZ).

Proses dealuminasi ini menurunkan

kandungan Al, sehingga jumlah Al yang

dapat dipertukarkan dengan kation lain

semakin rendah sehingga kapasitas tukar

kation zeolit tersebut semakin kecil.

Contoh zeolit yang diaktivasi asam dan

pemanasan (NZAT) tidak dapat ditentukan

nisbah Si/Al melalui metode baseline karena

puncak Si-O tidak muncul. Hilangnya

puncak Si-O diduga akibat rusaknya struktur

zeolit karena pemanasan.

Analisis AAS

Penentuan kandungan kation dalam

contoh katalis menggunakan alat atomic

absorption spectrophotometry (AAS).

Analisis ini berkaitan dengan peranan kation

sebagai pengontrol aktivitas katalitik.

Rongga molekul pada zeolit dapat dimasuki

kation-kation (Na, K, Ca, dan Mg) yang

dapat dipertukarkan sehingga mempengaruhi

muatan negatif pada kerangka. Kandungan

kation-kation dalam contoh katalis dapat

dilihat dalam Gambar 10.

Gambar 10 Kandungan kation dalam contoh

katalis..

Gambar 10 menunjukkan kecenderungan

logam kation dalam contoh katalis semakin

menurun dengan adanya aktivasi zeolit

yang meliputi pengasaman dan pemanasan

terhadap zeolit. Akan tetapi kation logam Na

mengalami peningkatan setelah

mendapatkan perlakuan. Hal ini terjadi

karena pada zeolit tersebut kemungkinan

masih terdapat kontaminan dan preparasi

larutan yang tidak cukup baik.

Pada umumnya kation dari logam alkali

seperti Na dan K dapat menyebabkan

deaktivasi terhadap contoh katalis.

Deaktivasi terjadi karena pori-pori yang

terblokade dan sisi aktif yang tertutupi

(Rodrigues et al. 2000). Adanya logam Na

dalam contoh katalis akan mengurangi

pembentukan kokas (coke) dan gas serta

dapat bersifat racun terhadap contoh katalis.

Hasil pengamatan menunjukkan jumlah

logam Na dan K sangat kecil sehingga

pengaruh deaktivasi kedua logam ini sangat

kecil. Kation logam K menujukkan

penurunan yang signifikan pada jenis zeolit

NZAT.

Pada Gambar 10 dapat diamati jumlah

logam kation Ca dan Fe yang menurun

secara signifikan. Adanya kation divalen dan

trivalen biasanya memberikan keaktifan

pada katalis zeolit. Keaktifan disebabkan

kation-kation tersebut dapat mengalami

hidrolisis oleh adanya uap air untuk

membentuk sisi asam Bronsted.

Mn+

+ H2O [MOH](n-1)+

+ H+

Kation-kation dalam kerangka zeolit

tersebut dapat ditukar dan disubtitusi tanpa

mengubah struktur kerangka (isomorfis)

yang dapat menimbulkan gradien medan

elektronik dalam kanal-kanal dan ruangan

zeolit.

Hasil penelitian menunjukkan kandungan

logam Na, K, Fe, dan Ca pada katalis zeolit

semakin menurun dengan adanya perlakuan

asam dan pemanasan. Pengasaman dan

pemanasan menyebabkan proses

dealuminasi yang menurunkan kandungan

aluminium tempat terkaitnya logam-logam

penetral muatan listrik pada zeolit.

Kandungan aluminium yang menurun

sebanding dengan penurunan kandungan

logam penetral tersebut.

0

50

100

150

NZ NZA NZAT

Jenis katalis

Lu

as p

erm

ukaan

sp

esif

ik (

m2/g

)

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

NZA NZAT

Jenis katalis

Vo

lum

e p

ori

(cc/g

)

0

50

100

150

200

250

300

350

NZA NZAT

Jenis katalis

Rera

ta j

ari

po

ri

Sifat Permukaan

Penentuan sifat permukaan dilakukan

dengan autosorb quantachrome 6b

menggunakan gas N2. Pada penentuan sifat

permukaan tersebut, contoh padatan perlu

dibebaskan dari kontaminan, misalnya air

dan minyak. Proses ini dikenal dengan

degassing. Degassing dilakukan dengan

menempatkan contoh padat tersebut dalam

sel gelas dan dipanaskan di bawah vakum

dengan suhu konstan sebesar 200°C. Data

hasil pengukuran sifat permukaan dapat

dilihat pada Lampiran 6, 7, dan 8 yang

ditunjukkan pada parameter multipoint BET

masing-masing jenis katalis NZ, NZA, dan

NZAT. Histogram luas permukaan spesifik

dari beberapa katalis disajikan pada Gambar

11.

Gambar 11 Luas permukaan spesifik

contoh katalis.

Luas permukaan spesifik (LPS) adalah

luas permukaan tiap gram contoh katalis.

Gambar 11 menunjukkan bahwa luas

permukaan akan meningkat seiring dengan

adanya perlakuan asam. Zeolit NZAT

menunjukkan penurunan luas permukaan

spesifik yang relatif besar. Peningkatan

hanya terjadi pada perlakuan asam saja. Hal

ini disebabkan terjadinya pembukaan pori

zeolit alam yang semula tertutupi oleh

pengotor melalui perlakuan dengan H2SO4.

Dengan hilangnya pengotor organik dan

anorganik yang berada pada padatan katalis

akan menyebabkan menurunnya volume

pori. Hal ini akan mengakibatkan

peningkatan luas permukaan padatan.

Perlakuan pemanasan seharusnya

menyebabkan peningkatan luas permukaan

spesifik karena pemanasan zeolit dapat

menguapkan air yang terperangkap dalam

pori-pori kristal zeolit, sehingga luas

permukaan pori-pori bertambah. Akan tetapi

hal ini tidak terjadi karena kemungkinan

distribusi pori zeolit yang kurang merata.

Hasil penelitian ini sesuai dengan yang

dilaporkan Muchtar (1983), bahwa me-

nurunnya luas permukaan dapat disebabkan

oleh distribusi pori yang kurang merata.

Volume Total Pori dan Rerata Jejari

Pori

Beberapa molekul dalam memasuki

sistem mikropori zeolit akan ditahan

berdasarkan kepolaran/efek interaksi lainnya

dari molekul dengan zeolit. Sifat zeolit

sebagai katalis yang penting adalah

mempunyai ukuran pori yang besar dan

”volume kosong tersedia” yang maksimum

(Zulnely 1985).

Gambar 12 memberikan informasi tentang

volume total pori pada masing-masing

katalis, adapun data volume pori dapat

dilihat pada Lampiran 7 dan 8.

Gambar 12 Volume total pori contoh katalis

Gambar 13 Rerata jejari pori contoh katalis

Gambar 12 dan 13 menunjukkan bahwa

volume total pori meningkat setelah

mendapatkan perlakuan asam. Hal ini terjadi

karena pori-pori zeolit menjadi lebih terbuka

dengan adanya pelarutan senyawa-senyawa

pengotor yang menutupi pori contoh

sebelumnya. Volume pori contoh NZAT

lebih sedikit setelah mendapatkan perlakuan

asam dan pemanasan. Sejalan dengan hasil

analisis luas permukaan spesifiknya yang

mengalami penurunan juga setelah

mendapatkan perlakuan, maka kecilnya

volume pori diduga karena terjadi

pemanasan yang terlalu tinggi.

Gambar 13 menunjukkan bahwa rerata

jari pori meningkat seiring dengan perlakuan

aktivasi. Contoh zeolit yang diaktivasi asam

mempunyai volume pori lebih besar

sehingga jari-jari pori semakin kecil karena

volume pori yang besar menunjukkan

jumlah pori-pori yang dimiliki cukup banyak

dan volume kosong yang tersedia minimum.

Sebaliknya pada contoh zeolit yang

diaktivasi asam dan pemanasan, volume pori

menurun menunjukkan jari-jari pori yang

ada besar dengan jumlah pori-pori sedikit

sehingga volume kosong menjadi besar.


Tahap akhir dalam penelitian ini adalah

uji aktivitas katalitik katalis zeolit yang telah

diaktivasi pada reaksi interesterifikasi metil

miristat dan glukosapentaasetat.

Berdasarkan hasil pencirian yang telah

dilakukan terhadap tiga katalis zeolit, maka

katalis zeolit NZA dipilih untuk diuji

aktivitas katalitiknya pada reaksi

interesterifikasi. Interesterifikasi dalam

penelitian ini dilakukan dengan

perbandingan metil miristat dan GPA 1:1,

serta zeolit alam asam (NZA) sebesar 10%

dari total reaktan. Kondisi reaksi yang telah

dilakukan oleh Prihanjani adalah pada suhu

90°C dalam labu bulat dengan pendingin

dan kondensor tegak selama 6 jam. Produk

yang terbentuk dari reaksi interesterifikasi

tersebut adalah ester glukosa miristat. Total

presentase hasil ester glikosa miristat yang

diperolehnya adalah 87.27 %.

Pada penelitian ini total ester glukosa

miristat yang diperoleh adalah 35.78% atau

lebih kecil dari total ester glikosa miristat

Prihanjani (2006) dengan katalis zeolit

sintetik. Perbedaan ini mungkin terjadi

karena pemakaian jenis katalis zeolit yang

berbeda, serta jumlah reaktan yang lebih

kecil pada penelitian ini digunakan zeolit

alam hasil aktivasi asam karena hasil

pencirian menunjukkan zeolit ini lebih baik

jika dilihat dari sifat permukaan, gugus yang

dimiliki dan kandungan kationnya,

sedangkan penelitian sebelumnya adalah

zeolit sintetik. Zeolit sintetik memiliki

kondisi yang lebih baik dalam mengkatalisis

suatu reaksi karena struktur dan komposisi

zeolit tersebut sesuai dengan kondisi yang

diinginkan, misalnya dari nisbah Si/Al, luas

permukaan spesifik dan volume pori. Hal ini

menunjukkan sisi aktif zeolit alam asam

lebih sedikit yang bereaksi dibandingkan

zeolit sintetik sehingga produk yang

dihasilkan lebih kecil, selain itu dapat terjadi

karena penyaringan yang cepat sehingga

filtrat belum terkumpul secara optimal.

Hasil spektrum FTIR ester glukosa

miristat dapat dilihat pada Lampiran 10.

Senyawa ester glukosa miristat dihasilkan

dengan tergantinya gugus asetil (dari unit

GPA) dengan gugus alifatik (dari unit metil

miristat). Hal ini menunjukkan puncak khas

pada bilangan gelombang 2800-3000 cm-1

dengan adanya serapan vibrasi ulur C-H

pada CH3-CH2.

SIMPULAN DAN SARAN

Simpulan

Proses aktivasi berpengaruh pada sifat-

sifat permukaan zeolit alam. Aktivasi

dengan perlakuan asam yang dilanjutkan

dengan pemanasan pada suhu 540°C

menyebabkan terjadinya perubahan struktur

zeolit alam. Aktivasi dengan perlakuan asam

tanpa pemanasan menyebabkan

meningkatnya nisbah Si/Al, luas permukaan,

dan volume total pori, sedangkan rerata jari

porinya menurun. Kedua proses aktivasi

menyebabkan penurunan kadar sebagian

besar kation yang berpengaruh terhadap

aktivitas katalitik. Katalis zeolit alam yang

diaktivasi dengan perlakuan asam diuji

aktivitas katalitiknya pada reaksi

interesterifikasi. Rendemen produk yang

dihasilkan adalah 35.78%.

Saran

Pencirian zeolit alam teraktivasi

disarankan tidak terbatas hanya pada FTIR,

AAS, Autosorb, tetapi dapat dilakukan

pencirian lebih lanjut untuk melihat bentuk

kristal dengan Scanning Electron

Microscopy (SEM) dan jenis kristal dengan

X-Ray Difraction (XRD). Selanjutnya

dilakukan uji katalitik pada reaksi lainnya

seperti perengkahan, isomerisasi untuk

menguji aktivitas katalitiknya dan

selektivitas zeolit alam murni dan zeolit

alam teraktivasi asam.

DAFTAR PUSTAKA

Anwar C. 1992. Sintesis katalis zeolit untuk

konversi methanol-bensin. Di dalam:

Prosiding Diskusi Ilmiah VII Hasil

Penelitian LEMIGAS; Jakarta, 11-13

Februari 1992. Jakarta: PPPTMGB

(Pusat Penelitian dan Pengembangan

Teknologi Minyak dan Gas Bumi)

LEMIGAS. Hlm 731-745.

[P3TM] Pusar Penelitian & Pengembangan

Teknologi Mineral. 1994. Cara Uji

Pengukuran Luas Permukaan Spesifik

Mineral Zeolit. Bandung: Pusat

Penelitian & Pengembangan Teknologi

Mineral.

Atkins. 1999. Kimia Fisik jilid 1 Edisi ke

empat. Diterjemahkan oleh Irma I.

Kartohadiprojo. Jakarta: Erlangga.

Augustine, RL. 1996. Heterogeneous

Catalysis for the Synthetic Chemistry.

New York: Marcel Dekker.

Clark. 1979. Industrial Mineral: Zeolit The

Hydrothermal Deposit. New York:

Pergamon.

Feuge RO, Zeringue Jr HJ, Weiss TJ, Brown

M. 1970. Preparation of sucrose mono-

laurate. Am J Oil Chem Soc 33: 424.

Goenadi DH. 1993. Proposal Parameter

Standar Industri Indonesia untuk Zeolit

Alam. Bogor: Pusat Penelitian

Bioteknologi Perkebunan.

Goltardi G & Galli E. 1985. Natural

Zeolites. New York: Springer Verlag.

Handoko SD. 2001. Aktivitas katalitik

Cr/zeolit dalam reaksi konversi katalitik

fenol dan metil isobutil keton [skripsi].

Jember: Fakultas Matematika dan Ilmu

Pengetahuan Alam, Universitas Jember.

Handoko SD. 2001. Preparasi katalis

Cr/zeolit melalui modifikasi zeolit

alam. [tesis]. Jember: Fakultas

Matematika dan Ilmu Pengetahuan

Alam, Universitas Jember.

Hisbullah. 2000. Karakteristik adsorpsi

logam-logam berat menggunakan zeolit

yang dimodifikasi dengan SiCl4

[skripsi]. Padang: Fakultas Teknik,

Universitas Syiah Kuala.

Jon H. 2001. Pencirian zeolit alami

termodifikasi asam [skripsi]. Bogor :

Fakultas Matematika dan Ilmu

Pengetahuan Alam, Institut Pertanian

Bogor.

Khopkar SM. 1990. Konsep Dasar Kimia

Analitik. Terjemahan A. Saptoraharjo.

Jakarta: UI Press.

Muchtar H. 1983. Penentuan pengaruh

perlakuan dengan logam terhadap daya

adsorpsi zeolit alam pada pemurnian

wax [skripsi]. Padang: Fakultas

Matematika dan Ilmu Pengetahuan

Alam, Universitas Andalas.

Mumpton FA. 1984. The Role of Natural

Zeolites in Agriculture and

Aquaculture. Colorado: West View

Press Boulder.

Obaje OJ, penemu: URAH Resources Ltd.

25 Jan 2005. Trans-acidolysis process

for the preparation of carbohydrate

fatty-acid esters. US patent 6 846 916.

Othmer & Kirk. 1995. Encyclopedia of

Chemical Technology. Ed ke-4. New

York: J Wiley.

Prihanjani M. 2006. Sintesis ester glukosa

miristat melalui interesterifikasi antara

metil miristat dan glukosa pentaasetat

[skripsi]. Bogor: Fakultas Matematika

dan Ilmu Pengetahuam Alam, Institut

Pertanian Bogor.

Purwaningsih H. 1998. Isomerisasi xilena

dengan katalis bentonit [skripsi]. Bogor:



Bogor.

Riberio RF et al. 1984. Ion Exchange

Separation With Molecular Sieves

Zeolites. Boston: Martinus Nyhoff.

Rodrigues MGF, Magnoux P & Guisnet

M.2000. Influence of hydrothernal

treatment on acid and redox function of

Ga/HZSM5 catalyst. Braz.J.Chem Eng

17: 1-6.

Rohaeni A. 2005. Penetapan kapasitas

jerapan zeolit dan zeolit termodifikasi

heksadesiltrimetil amoniumbromida

terhadap K2Cr2O7 [skripsi]. Bogor:



Bogor.

Sembiring N. 2004. Zeolit: Mineral Masa

Depan. http://www.teropong.co.id. [17

Februari 2006].

Shang CC & Lee MD 1994. Effect of

hydrogen pretreatment on the acidic and

catalytic properties of galium-supported

H-ZSM-5 in n-hexane aromatization.

Applied Catalysis A. General 123: 7-21.

Supriatna Asep, dkk. 1996. Kinetika serapan

zeolit terhadap ion sianida. Di dalam:

Prosiding Seminar Nasional Kimia II.

Jakarta: Fakultas Matematika dan Ilmu

Pengetahuan Alam, Universitas Islam

Indonesia.

Sutarti M & Minta R. 1994. Zeolit Tinjauan

Literaturat. Jakarta: Pusat Dokumetasi

dan Informasi Ilmiah, LIPI.

Suyartono & Husaini. 1991. Tinjauan

Terhadap Kegiatan Penelitian

Karakteristik dan Pemanfaatan Zeolit

Indonesia yang Dilakukan P3TM

Periode 1980-1991. Bandung: Pusat

Penelitian Pengembangan Teknologi

Mineral.

Tang Y R. 2003. Adsorbent Fundamental

and Applications. Canada: J Wiley.

Zulnely. 1985. Study pendahuluan logam

mangan dalam air dengan zeolit bayah

[tesis]. Padang: Fakultas Matematika

dan Ilmu Pengetahuan Alam,

Universitas Andalas.

LAMPIRAN

Katalis zeolit alam asam (NZA)


Lampiran 1 Diagram alir penelitian

Sampel zeolit alam Cikotok

Preparasi zeolit

Perlakuan asam dan hidrotermal

terhadap zeolit alam

Karakterisasi zeolit hasil perlakuan

AAS FTIR LPS Rasio Si/Al

Lampiran 2 Penentuan Kadar Air Zeolit Alam

Tabel 4 Data hasil penimbangan sampel

Sampel

Bobot cawan

kosong

Bobot

sampel

Bobot total sebelum

dikeringkan

1 46.7917 1.0012 47.7929

2 39.7674 1 40.7674

3 42.1327 1.0033 43.136

Tabel 5 Data hasil pengukuran kadar air beberapa sampel

Ulangan ke-

Sampel

1 Sampel 2 Sampel 3

1 47.7473 40.7315 43.0981

2 47.7484 40.729 43.0955

3 47.7488 40.7263 43.1015

Rataan kadar

air 4.43% 3.85% 3.75%

Kadar Air = A - B x 100 %

C

A = Bobot sampel + cawan sebelum dikeringkan

B = Bobot sampel + cawan setelah dikeringkan

C = Bobot sampel

Contoh perhitungan kadar air ulangan 1:

Kadar air = 47.7929 – 47.7473 x 100 %

1.0012

= 4.5 %

Rataan kadar air = 4.43 % + 3.85 % + 3.75 % = 4.01 %

Lampiran 3 Spektrum FTIR dari Zeolit Alam (NZ) dan penentuan rasio Si/Al

dengan metode Baseline

Lampiran 4 Spektrum FTIR dari Zeolit Alam (NZA) dan penentuan rasio Si/Al


Lampiran 5 Spektrum FTIR dari Zeolit Alam (NZAT) dan penentuan rasioSi/Al


Lampiran 6 Hasil analisis autosorb pada NZ

Quantachrome Corporation

Quantachrome Autosorb Automated Gas Sorption System Report

Autosorb for Windows for AS-3 and AS-6 Version 1.23

Sample ID NZ

Description comment IPB

Sample weight 0.627 g

Adsorbate Nitrogen

Cross/Sec Area 16.2 Å2/molekul

Molecular Wt 28.0134 g/mol

Outgas Temp 250oC

Outgas time 2 hr

AREA-VOLUME-PORE SIZE SUMMARY

SURFACE AREA DATA

Multipoint BET…………………………………………………………………………………………………7.602E+01 m2/g

Single point BET……………………………………………………………………………………………7.234E+01 m2/g

Langmuir Surface Area………………………………………………………………………………1.096E+01 m2/g

T Methode Micro Pore Area……………………………………………………………………3.463E+01 m2/g

DR Methode Micro Pore Area…………………………………………………………………9.971E+01 m2/g

PORE VOLUME AREA

Total Pore Volume for Pore with radius…………………………………-

less than

PORE SIZE DATA

Average Pore Radius…………………………………………………………………………………….-

Lampiran 7 Hasil analisis autosorb pada NZA




Sample ID NZA



Adsorbate Nitrogen



Outgas Temp 300 oC

Outgas time 2 hr


SURFACE AREA DATA



Langmuir Surface Area………………………………………………………………………………3.256E+02 m2/g



PORE VOLUME AREA

Total Pore Volume for Pore with radius…………………………………1.109E-01 cc/g

less than 1058.7 AT P/Po = 0.98150

PORE SIZE DATA

Average Pore Radius…………………………………………………………………………………….3.148E+01 Å

Lampiran 8 Hasil analisis autosorb pada NZAT




Sample ID NZAT



Adsorbate Nitrogen



Outgas Temp 300 oC

Outgas time 2 hr


SURFACE AREA DATA



Langmuir Surface Area……………………………………………………………………………-1.940E+02 m2/g



PORE VOLUME AREA

Total Pore Volume for Pore with radius…………………………………3.157E-02 cc/g

less than 110.68 AT P/Po = 0.98232

PORE SIZE DATA

Average Pore Radius…………………………………………………………………………………….2.949E+02 Å

Lampiran 9 Perhitungan bobot teoritis ester glukosa miristat dan data persentase

hasil ester glukosa miristat

Metil miristat : GPA ( 0.003 mol : 0.003 mol )hanya 1 kali ulangan

5 Metil miristat + Glukosa Pentaasetat Ester Glukosa Miristat

mula-mula 0.003 0.003

bereaksi 0.003 0.0006 0.0006

sisa 0.0024 0.0006

BM GPA = 390.1804 g/mol

BM Metil miristat = 228.2346 g/mol

BM Ester Glukosa Miristat = 1231.3035 g/mol

Mol GPA = 1.1607 g = 0.0030 mol

390.1804 g/mol

mol metil miristat = 0.6841 g = 0.0030 mol

228.2346 g/mol

Bobot teoritis ester glukosa miristat = 0.0006 mol x 1231.3035 g/mol = 0.7388 g

Presentasi hasil = Bobot produk x 100%

Bobot teoritis

= 0.2643 g x 100 %

0.7388 g

= 35.78%

Lampiran 10 Spektrum FTIR ester glukosa miristat

pencirian dan uji aktivitas katalitik

Documents