Pengaruh berat molekul dan rasio berat PoliVinil Alkohol (PVA) dan rasio berat Asam Sulfosuksinat dalam sintesa katalis polimer tersulfonasi untuk esterifikasi metil ester

Abstract

Alternatif yang dapat menggantikan penggunaan bahan bakar minyak selama ini adalah biodiesel. Biodiesel atau fatty acid methyl ester (FFA) merupakan sebuah turunan asam karboksilat, yaitu ester, yang dapat diperoleh dari reaksi esterifikasi menggunakan asam lemak bebas. Reaksi esterifikasi menggunakan reaktan alkohol berantai pendek berupa metanol. Fatty acid methyl ester (FAME) sendiri dapat direaksikan lebih lanjut untuk menghasilkan fatty acid alcohol. Katalis pada reaksi esterifikasi umumnya merupakan katalis homogen yang kurang ramah lingkungan dan sulit untuk dipisahkan dari produk sehingga katalis heterogen memiliki daya tarik. Daya tarik dari katalis heterogen adalah kemudahan proses pemisahan katalis dari produk, mudah diregenerasi, dan lebih ramah lingkungan. Katalis heterogen yang digunakan dalam penelitian ini merupakan katalis polimer yang ter-cross-linking dengan gugus sulfonat, yaitu katalis polivinil alkohol tersulfonasi (PVA-SO3H). Katalis PVA-SO3H yang diamati ini digunakan sebagai alternatif dari katalis polimer yang sudah komersial untuk reaksi esterifikasi, yaitu katalis poly(styrene)-divinylbenzene. Pada penelitian ini, katalis asam heterogen berbasis polimer disintesis dengan menambahkan gugus sulfonat pada matriks polimer PVA melalui reaksi cross-linking antara PVA dengan asam sulfosuksinat (SSA). Hasil dari reaksi tersebut merupakan katalis PVA-SO3H. Variabel yang divariasikan pada pembuatan katalis PVA-SO3H adalah berat molekul dari polimer PVA (146.000 dan 205.000 g/mol) dan persen berat PVA-SSA (10-5, 10-10, 10-20, dan 20-10). Performa dari katalis tersebut diuji dengan reaksi esterifikasi FFA dengan bahan baku asam lemak bebas dan metanol. Variabel-variabel respon yang diperhatikan adalah konversi FFA, kapasitas asam sebelum dan setelah dilakukan reaksi esterifikasi, dan ketahanan katalis setelah dilakukan reaksi esterifikasi. Dilakukan pula analisis dengan bantuan instrumen untuk mengamati gugus yang terdapat dalam katalis (FTIR), morfologi katalis (SEM), kristalinitas dari katalis (XRD), dan ketahanan termal dari katalis (TGA). Penelitian yang akan dilakukan diharapkan dapat menghasilkan katalis heterogen yang memiliki konversi fatty acid yang lebih tinggi, kekuatan mekanik yang lebih baik (dalam artian dapat digunakan secara berulang tanpa hancur), dan ketahanan termal yang lebih baik dari katalis PS-DVB. Hasil yang didapatkan dari percobaan yang dilakukan adalah bahwa katalis yang disintesis telah memberikan hasil konversi pengulangan pertama fatty acid yang lebih baik bila dibandingkan dengan katalis PS-DVB. Selain itu, kapasitas asam yang dimiliki oleh katalis PVA SO3H menunjukkan nilai yang lebih tinggi dibandingkan dengan katalis PS-DVB. Kemudian, terdapat juga kecenderungan bahwa katalis variasi 10-5 memiliki kapastias asam yang lebih besar dari variasi 20-10. Pada pengulangan kedua dan ketiga, terdapat penurunan nilai konversi katalis yang diikuti dengan pengurangan massa. Hal ini berhubungan dengan hasil dari analisis XRD yang menunjukkan perubahan sifat katalis dari semi kristalin menjadi lebih amorf dengan semakin meningkatnya konsentrasi SSA pada katalis. Hasil dari FTIR menunjukkan bahwa terdapat gugus SO3H pada katalis yang disintesis. Hasil dari analisis TGA menunjukkan bahwa katalis yang disintesis memiliki tiga tahap degradasi termal. Tahapan degradasi termal desulfonasi pada sampel berat molekul 146.000 lebih besar dari sampel 205.000. Hasil dari SEM menunjukkan bahwa dengan semakin tinggi konsentrasi SSA pada sampel maka permukaan katalis semakin halus.