Sintesis Prekursor Bahan Bakar yang Ramah Lingkungan melalui Kondensasi Aldol antara Furfural dan Siklopentanon dengan Katalis Yb2O3

Dina Juli Retnaningsih, Taufik Abdillah Natsir, S.Si., M.Sc., Ph.D.; Dr.rer.nat Adhitasari Suratman, S.Si., M.Si.

2025 | Tesis | S2 Ilmu Kimia

Biomassa merupakan salah satu sumber energi terbarukan yang dapat menggantikan bahan bakar fosil, karena mengandung senyawa lignoselulosa yang dapat dikonversi menjadi furfural dan siklopentanon. Reaksi kondensasi aldol antara furfural dan siklopentanon dapat menghasilkan senyawa prekursor bahan bakar. Penelitian ini bertujuan untuk mengkaji aktivitas katalitik Yb2O3 yang telah dipreparasi serta menentukan kondisi optimal untuk reaksi kondensasi aldol antara furfural dan siklopentanon di bawah paparan gelombang mikro. Katalis Yb2O3 disintesis menggunakan metode presipitasi menggunakan pelarut HNO3, kemudian dipresipitasi kembali menggunakan larutan NaOH. Endapan yang terbentuk dikeringkan dan dikalsinasi pada suhu 550, 650, dan 750 oC. Katalis yang dihasilkan dikarakterisasi menggunakan XRD, FTIR, SBET, CO2-TPD, dan NH3-TPD. Reaksi kondensasi aldol dilakukan dengan metode gelombang mikro tanpa pelarut, sesuai dengan prinsip kimia hijau. Kondisi optimal ditentukan melalui pengujian berbagai faktor seperti perbandingan reaktan, jumlah katalis dan waktu reaksi, serta dilakukan uji stabilitas, selanjutnya produk dianalisis menggunakan GCMS.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa reaksi kondensasi aldol antara furfural dan siklopentanon menghasilkan 2-(2-furilmetilidena)siklopentanon (FCp) dan 2,5-bis(2-furilmetilidena)siklopentanon (F2Cp) dengan konversi sebesar 84,00?n persentase produk FCp dan F2Cp sebesar 93,98% pada kondisi reaksi optimum yaitu perbandingan rasio molar furfural: siklopentanon = 1:4, dosis katalis 0,4 mmol, dan reaksi dilakukan di bawah paparan gelombang mikro dengan daya 300 watt selama 10 menit. Hasil ini dicapai dengan menggunakan Yb2O3 yang dikalsinasi pada suhu 650 oC dalam atmosfer N2. Berdasarkan hasil penelitian ini, Yb2O3 menunjukkan stabilitas yang baik dalam penggunaan ulang sebanyak 3 siklus untuk reaksi kondensasi aldol antara furfural dan siklopentanon, dengan konversi 78,27?n persentase produk FCp dan F2Cp sebanyak 94,63%, sehingga dengan mempertimbangkan kinerja katalitik dan stabilitasnya yang baik, Yb2O3 dapat dianggap sebagai katalis yang menjanjikan untuk diaplikasikan.

Biomass is a renewable energy source capable of replacing fossil fuels, as it contains lignocellulosic compounds that can be converted into furfural and cyclopentanone. The aldol condensation reaction between furfural and cyclopentanone enables the synthesis of fuel precursor compounds. This study aimed to investigate the catalytic activity of prepared Yb2O3 and determined the optimal conditions for the aldol condensation reaction between furfural and cyclopentanone under microwave exposure. The preparation of the Yb2O3 catalyst using the precipitation method involved dissolving the reactants in HNO3, followed by reprecipitation with NaOH solution. The resulting precipitate was then dried and calcined at various temperatures of 550, 650, and 750 oC. The synthesized catalyst was characterized using XRD, FTIR, SBET, CO2-TPD, and NH3-TPD. The aldol condensation reaction was carried out using the microwave method. The reaction was solvent-free, aligning with the principles of green chemistry. The optimal conditions for this process were determined by studying various factors, such as reactant ratio, catalyst amount, reaction time, and stability test, then the results were analyzed using GCMS. 

The results of the study showed that the aldol condensation reaction between furfural and cyclopentanone produced 2-(2-furylmethylene)cyclopentanone (FCp) and 2,5-bis(2-furylmethylene)cyclopentanone (F2Cp) with a conversion of 84.00% and product percentage of FCp and F2Cp reaching 93.98% under optimal reaction conditions, which include a molar ratio of furfural to cyclopentanone of 1:4, a catalyst dosage of 0.4 mmol, and microwave irradiation at 300 watts for 10 minutes. This result was achieved using Yb2O3 calcined at 650 oC under a nitrogen atmosphere. Based on the research, Yb2O3 demonstrated good stability over three reuse cycles in the aldol condensation reaction between furfural and cyclopentanone, with a conversion of 78.27% and product of 94.63%. Considering its good catalytic performance and stability, Yb2O3 can be regarded as a promising catalyst for future applications.

Kata Kunci : furfural, gelombang mikro, kondensasi aldol, siklopentanon, Yb2O3 / aldol condensation, cyclopentanone, furfural, microwave, Yb2O3