Sintesis Metil Ester Dengan Metode Esterifikasi TERBARU 2019

Sintesis Metil Ester Dengan Metode Esterifikasi

Indra Amin Jaya

¹Program Studi Kimia, Fakultas MIPA, Universitas Tanjungpura

Jl. Prof Dr. H. Hadari Nawawi, Pontianak

*email : indraamnjaya99@gmail.com

ABSTRAK

            Telah dilakukan percobaan sintesis metil ester dengan metode esterifikasi yang bertujuan untuk mempelajari reaksi esterifikasi, membedakan reaksi esterifikasi dan transesterifikasi serta mempelajari sintesis biodiesel. Pada percobaan ini digunakan sampel limbah padat minyak kelapa sawit. Pertama dilakukan adalah uji FFA dengan mereaksikan dengan etanol dan indikator PP, dan dititrasi dengan KOH sampai terbentuk warna merah muda. Nilai %FFA nya adalah 28,16%. Kemudian dilakukan proses esterifikasi yang direaksikan dengan metanol dengan bantuan katalis asam yaitu H2SO4 . Kemudian di refluks selama 2 jam pada suhu 60-65°C. senyawa metil ester kemudian dilakukan pemisahan dengan proses esktraksi dengan terbentuknya 2 lapisan. Serta dilakukan penentuan %FFA yang melalui proses titrasi asam basa. Dengan diperoleh titik akhir titrasi ditandai dengan perubahan warna merah muda, nilai %FFA sebesar 16,256 %.

Kata Kunci : limbah minyak kelapa sawit, %FFA, Ekstraksi, Metil ester, Refluks, Esterifikasi

PENDAHULUAN

Kalimantan Barat merupakan salah satu daerah yang memiliki potensi lahan perkebunan sawit. Industri pengolahan sawit tersebar di beberapa Kabupaten di Kalimantan Barat. Industri ini terus berkembang dalam memproduksi hasil olahan sawit. Salah satu produk pengolahan industri kelapa sawit yang diperdagangkan adalah minyak sawit mentah atau yang dikenal dengan Crude Palm Oil (CPO). Proses pengolahan CPO menghasilkan limbah padat yang dikenal dengan lumpur sawit atau palm sludge oil dengan kandungan asam lemak bebas sekitar 10-80 %. Minyak sawit dengan kandungan asam lemak bebas yang cukup tinggi ini dapat digunakan sebagai sumber asam lemak dalam pembentukan senyawa ester (Syukran, dkk, 2013).

Luasnya lahan kebun kelapa sawit akan menghasilkan limbah padat sawit yang sangat banyak. Limbah padat sawit yang dihasilkan dapat berupa cangkang, batang, tandan kosong, pelepah dan lain-lain yang merupakan sisa dari industri sawit yang belum dimanfaatkan secara optimal. Selama ini, limbah padat sawit dibakar di lahan dan menghasilkan abu yang digunakan sebagai pupuk tanaman. Selain itu limbah padat seperti cangkang digunakan sebagai bahan bakar boiler untuk pembangkit uap serta bahan baku karbon aktif. Namun pemanfaatan limbah dengan metode seperti ini hanya dapat menanggulangi limbah dalam skala kecil sedangkan limbah padat diproduksi dalam skala yang cukup besar. Untuk itu diperlukan suatu terobosan yang dapat mengolah limbah padat sawit. Karena limbah padat sawit mempunyai potensi sebagai sumber energi maka pada penelitian ini menggunakan limbah padat sawit (batang kelapa sawit, tandan kosong dan pelepah) sebagai biomasuntuk memproduksi bio-oil (Saputra, dkk, 2007).

Produk minyak kelapa sawit sebagai bahan makanan mempunyai dua aspek kualitas. Aspek pertama berhubungan dengan kadar dan kualitas asam lemak, kelembaban dan kadar kotoran. Aspek kedua berhubungan dengan rasa, aroma dan kejernihan serta kemurnian produk. Kelapa sawit bermutu prima (SQ, Special Quality) mengandung asam lemak (FFA, Free Fatty Acid) tidak lebih dari 2 % pada saat pengapalan. Kualitas standar minyak kelapa sawit mengandung tidak lebih dari 5 % FFA. Setelah pengolahan, kelapa sawit bermutu akan menghasilkan rendemen minyak 22,1 %  ‐  22,2 % (tertinggi) dan kadar asam lemak bebas 1,7% ‐ 2,1% (terendah) (Soerawidjaya, 2006).

Minyak kelapa sawit dan inti minyak kelapa sawit merupakan susunan dari fatty acids, esterified, serta glycerol yang masih banyak lemaknya. Didalam keduanya tinggi serta penuh akan fatty acids, antara 50% dan 80% dari masing‐masingnya. Minyak kelapa sawit mempunyai 16 nama carbon yang penuh asam lemak palmitic acid berdasarkan dalam minyak kelapa minyak kelapa sawit sebagian besar berisikan lauric acid. Minyak kelapa sawit sebagian besarnya tumbuh berasal alamiah untuk tocotrienol, bagian dari vitamin E. Minyak kelapa sawit didalamnya banyak mengandung vitamin K dan magnesium (Soerawidjaya, 2006).

Ester asam lemak merupakan senyawa turunan asam karboksilat yang sangat bermanfaat. Senyawa ester asam lemak banyak digunakan dalam industri kosmetik, tekstil, makanan dan lainnya. Dalam industri oleokimia, penggunaannya yang paling penting ialah sebagai bahan bakar alternatif mesin diesel (biodiesel). Biodiesel merupakan ester dari asam lemak dengan alkohol (biasanya metil atau etil) yang dapat disintesis melalui transesterifikasi minyak atau asam lemak dan alkohol dengan bantuan katalisator basa. Salah satu katalisator yang dapat digunakan adalah abu tandan kosong sawit. Pemilihan abu tandan kosong sawit sebagai katalisator adalah karena tandan kosong sawit merupakan salah satu limbah padat yang berasal dari proses pengolahan industri kelapa sawit. Tandan kosong sawit yang tidak tertangani menyebabkan bau busuk dan menjadi tempat bersarangnya serangga sehingga dianggap sebagai limbah yang dapat mencemari lingkungan dan menyebarkan bibit penyakit. Abu hasil pembakaran tandan kosong sawit memiliki kandungan kalium yang cukup tinggi (memiliki sifat basa) sehingga dapat digunakan sebagai katalisator dalam reaksi transesterifikasi (Syukran, dkk, 2013).

Prinsip dari percobaan ini adalah sintesis metil ester dilakukan dengan metode esterifikasi. Esterifikasi adalah reaksi antara asam karboksilat dan alkohol membentuk ester, pertama dilakukan uji FFA pada sampel limbah kelapa sawit dengan cara titrasi. Titrasi adalah metode penentuan konsentrasi zat didalam suatu larutan. Kemudian minyak diesterifikasi dengan cara direaksikan dengan alkohol melalui proses refluks dan ekstraksi. Refluks adalah metode untuk mensintesis suatu senyawa organik maupun anorganik. Ekstraksi adalah metode pemisahan suatu zat berdasarkan perbedaan kelarutannya. Setelah diesterifikasi kemudian ditentukan kembali kadar FFA pada sampel. Tujuan dari percobaan ini adalah mahasiswa diharapkan mempelajari reaksi esterifikasi, membedakan reaksi esterifikasi dengan trnsesterifikasi, dan mempelajari sintesis biodiesel.

METODOLOGI

Alat dan Bahan

Alat – alat yang digunakan pada percobaan ini adalah batang pengaduk, beaker glass, botol akuades, corong pisah, buret, labu lehel liebig, magnetic stirrer, statif, klem, Erlenmeyer, pipet volume, dan termometer.

Bahan-bahan yang digunakan pada percobaan ini adalah akuades (H₂O), asam sulfat (H₂SO₄), indikator fenolftalein (C₂₀H₁₄O₄), kalium hidroksida (KOH), metanol (CH₃OH), limbah minyak sawit, natrium hidroksida (NaOH).

Prosedur Kerja

Uji FFA

Limbah minyak kelapa sawit ditimbang sebanyak 1 gram (w) ke dalam erlenmeyer 250 mL. kemudian dilarutkan dengan 10 mL etanol, dan ditambahkan 5 tetes larutan indikator fenolftalein, lalu dititrasi larutan tersebut dengan kalium hidroksida (KOH) 0,1 N sampai terbentuk warna merah muda (warna merah muda bertahan 30 detik). Volume dicatat larutan KOH yang diperlukan (v). Menyatakan asam lemak bebas sebagai %FFA. %FFA dengan persamaan sebagai berikut:

Proses Esterifikasi

            Limbah sawit ditimbang sebanyak 3 gram, kemudian dipanaskan hingga mencapai suhu 60-65°C. ditambahkan 16,024 mL metanol dan 0,2 mL asam sulfat untuk setiap gram asam lemak bebas dalam minyak. Dicampurkan asam sulfat dan metanol berlebih dahulu kemudian menambahkannya secara perlahan ke dalam minyak. Pengadukan dilakukan dengan magnetic stirrer selam 2 jam pada suhu 60-65°C. campuran didinginkan sampai terbentuk 2 lapisan. Lapisan bawah adalah metanol-air-asam sulfat. Kemudian diukur kembali %FFA.

Rangkaian Alat

Gambar 1.1 Rangkaian Alat Titrasi

Gambar 1.2 Rangkaian Alat Refluks

Gambar 1.3 Rangkaian Alat Ekstraksi

HASIL DAN PEMBAHASAN

Data Pengamatan

Uji FFA

No	Perlakuan	Pengamatan
1.	Limbah kelapa sawit ditimbang sebanyak 1 gram ke dalam erlenmeyer 250 mL	Limbah kelapa sawit = 1 gram
2.	Dilarutkan dengan etanol dan ditambahkan 5 tetes larutan indikator fenolftalein.	Etanol = 10 mL Indikator PP = 5 tetes
3.	Dititrasi larutan dengan kalium hidroksida (KOH) 0,1 N sampai terbentuk warna merah muda (warna merah muda bertahan 30 detik)	Terjadi perubahan warna merah muda
4.	Dilakukan pengadukan dengan cara menggoyangkan erlenmeyer selama titrasi	Saat pengadukan hasil titrasi dapat berubah warna
5.	Dicatat volume larutan KOH yang diperlukan	V KOH = 11 mL
6.	Dinyatakan asam lemak bebas sebagai %FFA	%FFA = 28,16%

Proses Esterifikasi

No.	Perlakuan	Pengamatan
1.	Dipanaskan 3 gram limbah minyak hingga mencapai suhu 60-65°C	Limbah kelapa sawit = 3 gram
2.	Ditambahkan 16,024 gram metanol dan 0,2 mL asam sulfat untuk setiap gram asam lemak bebas dalam minyak. Dicampurkan asam sulfat dan metanol terlebih dahulu kemudian ditambahkannya perlahan kedalam minyak.	Metanol = 2,25 gram H2SO4 = 0,05 gram
3.	Dilakukan pengadukan dengan magnetic stirer selama 2 jam	Disaat pengadukan bahan-bahan tercampur
4.	Didinginkan campuran sampai terbentuk 2 lapisan. Lapisan bawah adalah metanol-air-asam sulfat	Lapisan terbentuk 2 lapisan
5.	Dititrasi larutan dan ditambahkan indikator PP	Indikator PP = 5 tetes vKOH = 53,2 mL
6.	Diukur kembali %FFA	%FFA = 45,397%

Pembahasan

            Asam lemak bebas merupakan salah satu indikator untuk kerusakan minyak, yang timbul karena reaksi hidrolisis yang dipercepat oleh air sisa minyak yang teradsorpsi selama proses pemurnian. Penggunaan asam dalam proses pengolahan minyak kelapa murni dapat menghasilkan asam lemak bebas yang tinggi. Dalam praktikum ini, mereaksikan limbah minyak dengan metanol sebagai alkohol dengan menggunakan katalis asam yaitu H₂SO₄. Esterifikasi dilakukan jika FFA (asam lemak bebas) > 2%. Reaksi esterifikasi ini, bertujuan untuk menghasilkan ester dari asam karboksilat sedangkan transesterifikasi bertujuan untuk menghasilkan metil ester. Free Fatty Acid (FFA) adalah persentase banyaknya asam lemak bebas (dalam bentuk asam laurat) untuk setiap 100 gram minyak dalam setiap 1 mg KOH, dihitung dalam bentuk asam laurat karena di dalam minyak kelapa murni banyak terkandung asam laurat, yang berdasarkan tingkat kejenuhannya, maka minyak kelapa memiliki derajat ketidakjenuhan rendah yang menyebabkan minyak kelapa tidak mudah tengik (Susanto, 2012).

                Reaksi esterifikasi adalah suatu reaksi antara asam karboksilat dan alkohol membentuk ester. Turunan asam karboksilat membentuk ester asam karboksilat. Ester asam karboksilat ialah suatu senyawa yang mengandung gugus -CO2 R dengan R dapat berupa alkil maupun aril. Esterifikasi dikatalisis asam dan bersifat dapat balik  Reaksi esterifikasi mengkonversi asam lemak bebas yang terkandung di dalam trigliserida menjadi metil ester. Namun, membentuk campuran metil ester dan trigliserida (Arita, dkk, 2008).

Reaksi esterifikasi berkatalis asam berjalan lebih lambat, namun metode ini lebih sesuai untuk minyak atau lemak yang memiliki kandungan asam lemak bebas relatif tinggi. Karena, dari bentuk reaksi di bawah, FFA yang terkandung di dalam trigliserida akan bereaksi dengan methanol membentuk metil ester dan air. Jadi, semakin berkurang FFA, methanol akan berekasi dengan trigliserida membentuk metil ester. menunjukkan bahwa esterifikasi berkatalis asam dapat digunakan pada bahan baku minyak bermutu rendah atau memiliki kandungan asam lemak bebas tinggi. Sehingga metode ini lebih sesuai untuk CPO Offgrade (Arita, dkk, 2008).

            Percobaan ini dilakukan dengan sampel limbah padat minyak kelapa sawit. Limbah padat sawit yang dihasilkan dapat berupa cangkang, batang, tandan kosong, pelepah dan lain-lain yang merupakan sisa dari industri sawit yang belum dimanfaatkan secara optimal. Selama ini, limbah padat sawit dibakar di lahan dan menghasilkan abu yang digunakan sebagai pupuk tanaman. Selain itu limbah padat seperti cangkang digunakan sebagai bahan bakar boiler untuk pembangkit uap serta bahan baku karbon aktif. Namun pemanfaatan limbah dengan metode seperti ini hanya dapat menanggulangi limbah dalam skala kecil sedangkan limbah padat diproduksi dalam skala yang cukup besar. Untuk itu diperlukan suatu terobosan yang dapat mengolah limbah padat sawit. Karena limbah padat sawit mempunyai potensi sebagai sumber energy (Saputra, dkk, 2007).

            Percobaan ini dilakukan dengan melakukan uji FFA. Uji FFA ini berfungsi untuk menentukan persentase asam lemak bebas yang terdapat dalam sampel sehingga dapat digunakan metode yang sesuai untuk
proses sintesis metil ester. Mula-mula limbah kelapa sawit ditimbang sebanyak 1 gram dan masukkan kedalam Erlenmeyer 250 mL. sebelum itu etanol harus dihangatkan sebentar tujuan penghangatan adalah agar mudah larut saat dicampurkan dengan limbah minyak kelapa sawit. Kemudian limbah padat dipanaskan tujuannya supaya mencairkan  dan dapat bercampur dengan etanol. Lalu ditambahkan10 mL etanol dan ditambahkan 5 tetes larutan indikator fenolftalein. Tujuan penambahan indikator PP adalah untuk menentukan titik akhir titrasi dan ditandai dengan perubahan warna (Kusuma, 1983). Kemudian larutan tersebut dititrasi dengan KOH 0,1 N sampai terbentuk warna merah muda.

Gambar 1.4 Titrasi

Gambar 1.5 hasil titrasi KOH dengan limbah kelapa sawit

Berdasarkan perlakukan tersebut diperoleh volume KOH titrasi sebanyak 11 mL dengan perubahan warna larutan dari bening-merah muda. Dimana dari hasil perhitungan
diperoleh %FFA pada sampel sebesar 28,16%. Kualitas standar minyak kelapa sawit mengandung tidak lebih dari 5 % FFA. Setelah pengolahan, kelapa sawit bermutu akan menghasilkan rendemen minyak 22,1 %  ‐  22,2 % (tertinggi) dan kadar asam lemak bebas 1,7% ‐ 2,1% (terendah) (Soerawidjaya, 2006).

Pada percobaan sintesis metil ester. Dilakukan proses refluks Refluks adalah suatu metode yang digunakan untuk mensintesis zat yang mudah menguap dimana terjadi proses pendinginan dengan metode pemanasan (Fessenden, 1986). Mula-mula ditimbang 3 gram limbah kelapa sawit kemudian dimasukkan metanol 16,024 mL dan 0,2 mL asam sulfat. Fungsi penambahan metanol adalah untuk memutuskan gliserin dengan asam lemak sehingga membentuk senyawa ester. Dan fungsi penambahan H₂SO₄ adalah sebagai katalis untuk mempercepat laju reaksi esterifikasi. Pencampuran metanol dan asam sulfat adalah supaya reaksi yang terjadi lebih cepat terbentuknya ester dengan sempurna. Katalis merupakan zat yang dapat mempercepat reaksi tanpa ikut terkonsumsi oleh keseluruhan reaksi. Pada dasarnya, katalis justru harus ikut bereaksi dengan reaktan untuk membentuk suatu zat antara yang aktif. Zat antara ini kemudian bereaksi dengan molekul reaktan yang lain menghasilkan produk (Arita, dkk, 2008). Kemudian sampel diaduk dengan menggunakan magnetic stirrer yang digunakan untuk mengaduk campuran agak terjadi reaksi yang sempurna. Dilakukan pengadukan selama 2 jam pada suhu 60-65°C digunakan suhu tersebut karena suhu itu sudah optimum dilakukan pada proses esterifikasi (Sudjadi, 1986), Lalu campuran didinginkan  kemudian dimasukan ke dalah corong pisah dan dilakukan proses ekstraksi sampai terbentuk 2 lapisan. Lapisan bawah adalah metanol-air-asam sulfat. Lapisan atas adalah lapisan organik yaitu ester.

Gambar 1.6 proses ekstraksi

Dan yang terakhir adalah dilakukan titrasi lagi antara metil ester dan KOH dengan indikator fenolftalein untuk menentukan %FFA. Dimana proses titrasi menggunakan 53,2 ml KOH dan diperoleh %FFA sebesar 45,397%. Kenaikan volume KOH yang digunakan karena senyawa yang diperoleh sudah cukup murni sehingga diperlukan cukup banyak larutan basa.

                Mekanisme yang terjadi pada reaksi esterifikasi, Pada mulanya asam karboksilat (asam asetat) terprotonasi oleh H+ dari asam karboksilat. sehingga menyebabkan atom O dari gugus karbonil menjadi tidak stabil dan berusah menarik pasangan elektron dari ikatannya dengan atom C. Kerapatan elektron lebih tertarik ke atom O, karena atom O bersifat lebih elektronegatif dibandingkan atom C.  Merapatnya pasangan elektron pada atom O menyebabkan atom karbon (C) bersifat elektrofilik atau kekurangan elektron sehingga menyebabkan atom C mengalami penyerangan oleh metanol yang bersifat nukleofilik. 

Efek dari penyerangan ini menyebabkan atom O menjadi kekurangan elektron kerena telah mendonorkan elektronnya kepada atom karbon dari gugus karbonil. untuk memenuhi elektronnya atom oksigen menarik elektron dari ikatan kovalen antara dia  dengan atom hidrogen dengan konsekuensi atom hidrogen harus dilepas. Reaksi ini kemudian berlanjut dengan terprotonasinya atom O dari gugus hidroksil oleh proton atau H+  dari asam karboksilat yang menyebabkan atom O menjadi tidak stabil karena kekurangan elektron. Atom O kemudian menarik elektron dari ikatan kovelen antara dia dengan atom karbon yang berakibat terjadinya pelapasan/eleminasi H2O yang disertai kembali terbentuknya ikatan rangkap antara atom karbon dengan oksigen sehingga menghasilkan senyawa ba ru berupa ester dengan reaksi samping H2O.

            Reaksi esterifikasi, ikatan yang terputus adalah ikatan C-O asam karboksilat dan bukan –OH dari asam atau ikatan C-O dari alkohol.

            Dengan bertambahnya halangan sterik dalam zat antara, laju pembentukan ester akan menurun. Rendemen esternya pun berkurang. Alasannya ialah karena esterifikasi itu merupakan suatu reaksi yang bersifat dpat balik dan spesies yang kurang terintangi (pereaksi) akan lebih disukai. Jika suatu ester yang meruah (bulky) harus dibuat, maka lebih baik digunakan jalur sintesis lain, seperti reaksi antara alkohol dengan suatu anhidrida asam atau klorida asam, lebih reaktif dari asam karboksilat dan dapat bereaksi secara tak dapat balik (Hart, 1987).

Kesimpulan

Berdasarkan percobaan diatas dapat disimpulkan bahwa :

1.     Metil ester dapat disintesis melalui metode esterifikasi dengan mereaksikan limbah minyak kelapa sawit dengan senyawa alkohol berupa metanol melalui proses refluks serta digunakan katalis asam berupa H₂SO₄

2.     Pada reaksi esterifikasi, prosesnya menggunakan katalis asam, sedangkan pada reaksi transesterifikasi prosesnya menggunakan katalis basa.

3.     Sintesis biodisel dapat dilakukan dengan metode esterifikasi.

4.     Hasil dari pecobaan yang dilakukan adalah pada uji FFA. %FFA nya adalah 28,16%, sedangkan Uji FFA pada proses esterifikasi adalah 45,397 %.

Daftar Pustaka

Arita, S., Meta, B.D., dan Jaya, I.,
2008, Pembuatan Metil Ester Asam Lemak Dari Cpo Off Grade Dengan Metode EsterifikasiTransesterifikasi, J. Teknik Kimia, Vol. 15 (2) : 35

Fessenden, R.J., dan Fessenden, J.S. 1986. Kimia Organik Jilid 2.  Erlangga.  Jakarta

Hart, Harold. 1987. Kimia Organik: Suatu Kuliah Singkat. Erlangga. Jakarta

Kusuma, S, 1983, Pengetahuan Bahan-Bahan. Jakarta. Erlangga

Saputra, Edy. Syaiful, Bahri dan, Edward Hs. 2007. Bio-Oil  dari Limbah Padat Sawit. Jurnal Rekayasa Kimia dan Lingkungan. Vol.6, No.2 :45-49. ISSN 1412-5064

Soerawidjaya, Tatang. N, 2006, Fondasi-Fondasi Ilmiah dan Keteknikan dari Teknologi Pembuatan Biodisel. Yogyakarta. UGM

Sudjadi. 1986. Metode pemisahan. UGM-Press. Yogyakarta

Susanto, T., 2013, Perbandingan Mutu Minyak Kelapa Yang Di Proses
Melalui Pengasaman Dan Pemanasan Sesuai Sni 2902- 2011, Hasil Penelitian Industri, Vol. 26 (1) : 7

Syukran, Sy. M. J, Harlia, dan Nelly Wahyuni, 2013, Pengaruh Konsentrasi Katalis Dan Waktu Reaksi Pada Transesterifiksi Minyak Sawit Mentah  Vol. 2, No.3 :133-137. ISSN 2303-1077