SINTESIS SOLKETAL DARI GLISEROL PRODUK SAMPING BIODIESEL DENGAN KATALISATOR ZEOLIT ALAM BAYAH

NURYOTO, Ir. Hary sulistyo., SU., Ph.D; Prof.Ir. Wahyudi Budi Sediawan, SU., Ph.D; Indra Perdana, ST., MT., Ph.D

2018 | Disertasi | S3 ILMU TEKNIK KIMIA

Berkembangnya produksi biodiesel akan dikuti dengan meningkatnya gliserol sebagai produk sampingnya. Untuk menjaga stabilitas harga gliserol di pasaran diperlukan alternatif teknologi untuk mengolah gliserol menjadi produk turunannya seperti solketal. Solketal bermanfaat sebagai aditif guna menaikkan angka oktana dan menurunkan kadar gum pada gasoline. Penelitian yang telah dilakukan terkait dengan solketal masih berfokus pada pencarian konversi gliserol dan selektivitas solketal, dan menggunakan katalisator komersial. Untuk itu pada penelitian ini, sintesis solketal dilakukan dengan menggunakan katalisator dari sumber daya alam lokal yaitu zeolit alam Bayah and reaktan kualitas teknis. Observasi terhadap dampak yang ditimbulkan dari perlakuan awal zeolit dan tinjauan kinetika reaksi dengan beberapa model juga dilakukan untuk mendapatkan informasi yang komprehensif. Permasalahan yang muncul adalah mencari perlakuan awal zeolit alam Bayah yang tepat, sehingga zeolit alam Bayah sebagai katalisator mempunyai unjuk kerja yang baik tanpa merusak struktur dari zeolit tersebut. Penelitian dilakukan menggunakan labu leher tiga dengan rentang operasi yang cukup besar yaitu konsentrasi asam pada pengasaman katalisator dilakukan pada rentang H2SO4 3 - 6 N, waktu pengasaman 1 - 3 jam, suhu pemanasan zeolit 100 - 200 deg.C, perbandingan pereaksi 1:1-9:1 mol aseton/mol gliserol, suhu reaksi 30 - 70 deg.C, ukuran diameter katalisator -18+25 sampai -60+70 mesh, konsentrasi katalisator 0 - 11% massa gliserol, dan kecepatan pengadukan 200 - 800 rpm. Untuk menggambarkan secara kuantitatif proses reaksi, dilakukan simulasi menggunakan beberapa model matematika seperti model heterogen difusi-reaksi, Eley-Rideal, dan Langmuir - Hinshelwood. Hasil penelitian menunjukan bahwa peningkatan konsentrasi pengasaman dan suhu pengeringan terhadap katalisator zeolit alam Bayah berdampak pada peningkatan rasio SiO2/Al2O3, kemampuan tukar kation (KTK), dan peningkatan konversi gliserol yang dihasilkan. Kondisi operasi terbaik dicapai pada konsentrasi aktivasi/pengasaman H2SO4 6 N, waktu pengasaman 2 jam, suhu pengeringan zeolit 200 deg.C, perbandingan pereaksi 8:1 mol aseton/mol gliserol, suhu reaksi 60 deg.C, diameter katalisator -35+45 mesh, konsentrasi katalisator 9% massa gliserol, dan kecepatan pengadukan 800 rpm dengan konversi gliserol sebesar 70,10%. Model heterogen difusi - reaksi dan model Eley - Rideal, keduanya mampu menggambarkan fenomena yang terjadi selama proses reaksi berlangsung dengan baik. Tetapi model Eley - Rideal lebih sederhana, sehingga untuk perhitugan selanjutnya menggunakan model tersebut. Deviasi rerata model Eley - Rideal yang dihasilkan cukup kecil yaitu sebesar 1,22 %.

The growing production of biodiesel will increase the amount of glycerol as by-product.To maintain the price stability of glycerol in the market, it is necessary to use an alternative technology in processing glycerol into its derivative products such as solketal. Solketal can be use as an additive to increase octane number and to decrease gum content in gasoline. The previous researches related to solketal still focused on the finding of the glycerol conversion and solketal selectivity, and using commercial catalyst. Therefore, in this research, solketal synthesis was done by using a catalyst from local natural resources, that is, Bayah natural zeolite and technical reactant . The observation on the impacts of the pre-treatment of zeolite and study of reaction kinetics with some models were carried out to obtain comprehensive information. The problem arised was to seek precise pre-treatment of natural zeolite Bayah so that it has a better performance without damaging the structure of the zeolite. This research was conducted in three-neck flask in a wide range of operating condition such as acid concentration for acidification of 3 - 6 N H2SO4, acidification time of 1 - 3 hours, zeolite drying temperature of 100 - 200 deg.C, reactant ratio of 1:1 to 9:1 mol of acetone mol of glycerol, reaction temperature of 30-70 deg.C, catalyst diameter of -18+25 to -60+70 mesh, catalyst concentration of 0-11% of the mass of glycerol, and stirring speed of 200 - 800 rpm. To obtain quantitative description of the reaction process, simulation using several mathematical models such as heterogeneous diffusion-reaction, Eley - Rideal, and Langmuir- Hinshelwood, were done. The results shows that the increase of acid concentration and drying temperature to Bayah natural zeolite catalyst increase the SiO2/Al2O3 ratio, cation exchange capacity (CEC), and glycerol conversion. The best operating conditions were achieved at the acid concentration of 6 N H2SO4, acidification time of 2 hours, drying temperature of 200 deg.C, reactant ratio of 8:1 mol of acetone/mol of glycerol, reaction temperature of 60 deg.C, catalyst diameter of -35+45 mesh, catalyst concentration of 9% of the mass of glycerol, and stirring speed of 800 rpm by glycerol conversion of 70.10%. The heterogeneous diffusion-reaction model and Eley - Rideal work well to describe the phenomena occurs during the reaction process. But since Eley - Rideal model is simpler. It is to be suggested. The average deviation of this model was found to be 1.22 %.

Kata Kunci : gliserol, solketal, zeolit alam Bayah,aseton