Sintesis dan karakterisasi keramik berpori gelcasting serta aplikasinya sebagai penyangga katalis bifungsional CaO-ZnO pada produksi biodiesel = Synthesis and characterization of gelcasting porous ceramic and its application as bifunctional CaO-ZnO catalyst support for biodiesel production

Biodiesel semakin menarik perhatian peneliti dalam beberapa tahun terakhir sebagai bahan bakar alternatif yang berkelanjutan dan ramah lingkungan. Katalis heterogen bifungsional memiliki potensi besar untuk dikembangkan pada proses produksi biodiesel. Tantangan utama penggunaan katalis heterogen adalah pada proses pemisahan katalis dengan produk hasil reaksi. Penelitian ini bertujuan mengkaji pengembangan katalis heterogen bifungsional CaO-ZnO terimpregnasi pada keramik berpori (KB) yang berbentuk pellet sehingga lebih mudah dipisahkan untuk menyederhanakan proses dan mengurangi biaya pemurnian pada proses produksi biodiesel. Penelitian ini dibagi menjadi lima tahap, yakni: 1) purifikasi dan karakterisasi lempung alam Ma’rang, 2) penentuan suhu sintering pada proses sintesis KB, 3) sintesis dan karakterisasi KB gelcasting, 4) aplikasi KB sebagai penyangga katalis bifungsional CaO-ZnO pada produksi biodiesel, 5) optimasi kondisi reaksi transesterifikasi produksi biodiesel menggunakan katalis bifungsional CaO-ZnO/KB. Berdasarkan hasil analisis XRF, lempung alam yang digunakan pada penelitian ini mengandung Al2O3 sebesar 9,98%; SiO2 sebesar 41,10%; dan pengotor Fe2O3 sebesar 31,61%, dan hasil analisis XRD menunjukkan alumina silika ditemukan dalam fasa mineral kaolin (Al2O3.2SiO2.2H2O) dengan fasa SiO2 kuarsa dan Al2O3 korundum. Setelah dilakukan purifikasi, kandungan SiO2 mengalami peningkatan, dengan kadar tertinggi sebesar 93,61% pada sampel terpurifikasi H2SO4 5M pada suhu kalsinasi 900 oC. Sebelum dilakukan sintesis KB, terlebih dahulu dilakukan penentuan suhu sintering berdasarkan hasil analisis TGA/DTA, yang menunjukkan suhu sintering dilakukan pada suhu 1000 oC. Sintesis KB secara gelcasting dilakukan pada variasi konsentrasi kitosan (CS) sebesar 10%, 20%, 30%, 40%, dan 50%, yang dikarakterisasi menggunakan XRD, SEM, dan SAA. Hasil analisis menunjukkan bahwa fasa mineral KB yang dihasilkan adalah mineral mullite dengan pembentukan pori dalam badan keramik dikonfirmasi dari morfologi permukaan sampel dengan porositas terbesar terjadi pada konsentrasi CS 30% sebesar 77,561,33% yang seiring dengan peningkatan luas permukaan sebesar 35,86 m2/g dengan ukuran pori 3,74 nm. Berdasarkan analisis TPD, KB yang digunakan sebagai penyangga katalis bifungsional CaO-ZnO menunjukkan sifat keasaman dan kebasaan, dengan keasaman sebesar 0,6713 mmol/g dan kebasaan sebesar 0,7344 mmol/g yang berhasil mengkonversi biodiesel sebesar 98,14±0,09% menggunakan CaO-ZnO/KB-CS30%. Selanjutnya, sampel CaO-ZnO/KB-CS30% digunakan pada tahap optimasi. Penentuan kondisi optimum dilakukan menggunakan metode Response Surface Methodology (RSM) melalui Central Composite Design (CCD). Hasil analisis menunjukkan kondisi optimum terjadi pada waktu reaksi 5 jam dengan perbandingan CaO:ZnO sebesar 2:1 dan rasio metanol:minyak sebesar 3:1 dengan persen konversi sebesar 98,33%. Hasil analisis kuantitatif pada beberapa parameter menunjukkan kualitas biodiesel telah memenuhi SNI 7182:2015, ASTM D6751 dan EN 14214. Dengan demikian, penggunaan katalis bifungsional berbentuk pellet dalam produksi biodiesel merupakan hal baru yang memberikan solusi terhadap penggunaan katalis yang efektif dan efisien untuk industri.