## HIDROLISIS MINYAK JARAK PAGAR MENJADI ASAM LEMAH BEBAS MENGGUNAKAN KATALIS CaO
Abdulloh Abdulloh 1* , Alfa Akustia Widati 1 , Faiz Tamamy 1
1 Departemen Kimia Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga
* email: abdulloh@.fst.unair.ac.id, doelabd71@gmail.com

## Abstrak
Telah  dilakukan  hidrolisis  minyak  jarak  pagar  ( Jatropha  curcas  oil: JO)  menggunakan katalis  CaO.  Reaksi  ini  dimaksudkan  untuk  meningkatkan  nilai  ekonomis  minyak  jarak pagar  selain  biodiesel.  Katalis  CaO  dikalsinasi  terlebih  dahulu  pada  suhu  800ᵒC  untuk menghindari  terjadinya  deaktivasi  katalis  oleh  terbentuknya  CaCO 3 .  Pada  penelitian  ini dilakukan karakterisasi katalis CaO meliputi struktur kristal CaO, luas permukaan, jumlah situs basa dan kekuatan kebasaan serta aktivitas katalitiknya. Hasil penelitian menunjukkan, katalis CaO memiliki luas permukaan 26,45 m 2 /g, kekuatan situs basa (pK B ) pada daerah 7,2 < pK BH CaO < 15,0. Hasil uji aktivitas katalis CaO pada reaksi hidrolisis CJO diperoleh konversi CJO menjadi asam lemak bebas (free fatty acid: FFA) sebesar 77,58% pada waktu 60 menit.
Kata kunci: hidrolisis, minyak jarak pagar (JO), free fatty acid (FFA), CaO dan  situs basa

## Abstract
Hydrolysis of Jatropha curcas oil has been carried out using CaO as a catalyst. This reaction is intended to increase the economic value besides biodiesel. CaO catalyst was calcined at a  temperature  of  800 o C  to  avoid  catalyst  deactivation  by  formation  of  CaCO 3 .  In  this research include  the  characterization  of  catalysts  CaO  crystal  structure,  surface area,  the number of base sites and the strength of basicity and catalytic activity. The results of the analysis showed that CaO catalyst has a surface area of 26.45 m 2 /g, the number of base sites of 221.77 mmol/g and the strength of base sites (pK BH )  in the range of 7.2  < pK BH CaO < 15.0. From catalytic activity test showed that that the use of the catalytic activity of CaO catalyst in the hydrolysis reaction CJO into free fatty acids (FFA) as much as 77.58% for 60 minutes.
Keywords: hydrolysis, Jatropha curcas oil (JO), free fatty acid (FFA), CaO and base site
Pendahuluan Jarak pagar ( Jatropha curcas Linnaeus ) merupakan tumbuhan semak berkayu yang banyak  ditemukan  di  daerah  tropis. Tumbuhan  ini  dikenal  sangat  tahan kekeringan  dan  mudah  diperbanyak dengan  stek.  Jarak  pagar  juga  dikenal sebagai tanaman obat. Saat ini, jarak pagar dimanfaatkan sebagai sumber bahan bakar hayati  untuk  mesin  diesel.  Pada  tahun
2005,  tanaman  jarak  pagar  banyak dikembangkan di Indonesia. Minyak jarak pagar  kasar  atau  disebut  juga crude jatropha  oil (CJO)  banyak  digunakan  di industri farmasi, pelumas, cat, vernis, tinta cetak,  tekstil,  otomotif,  logam  dan  karet. Minyak jarak pagar mulai menjadi sorotan dunia semenjak melonjaknya harga bahan bakar  minyak.  Kandungan  minyak  yang terdapat dalam biji baik cangkang maupun
buah jarak pagar berkisar 25 – 35 % berat kering  biji  (Prihandana  dan  Hendroko , 2007). Akan tetapi, di dalam minyak jarak pagar  terkandung  racun  antara  lain  zat kursin  ( curcin )  dan  ester  forbol  yang membuat  minyak  jarak  pagar  tidak  dapat digunakan  sebagai  minyak  makan. Tanaman jarak kemudian menjadi pilihan utama  untuk  digunakan  sebagai  bahan bakar  alternatif  biodiesel  karena  tidak bersaing  dengan  produk  pangan,  seperti minyak kelapa dan CPO (crude palm oil) (Kompas, 15/07/06).
Di  Indonesia,  penelitian  biodiesel dirintis oleh Lemigas dan Pertamina yang mencampur  biodiesel  dan  solar  dengan rasio  30:70  untuk  kendaraan  bermesin diesel  komersial  (Kompas,  19/07/05). Namun,  timbul  beberapa  masalah  terkait pengembangan  minyak  jarak  sebagai bahan  bakar  alternatif  yaitu,  nilai viskositas  dan  titik  nyala  ( flash  point ) minyak  jarak  yang  masih  cukup  tinggi. Nilai viskositas minyak jarak kasar sebesar 24,5  mm 2 s -1 pada  suhu  15 o C  dan  titik nyalanya  sebesar  225 o C.  Nilai  ini  masih lebih  tinggi  dibandingkan  minyak  diesel yang hanya mempunyai viskositas sebesar 2,60 mm 2 s -1 dan titik nyala 68 o C (Tiwari et al. ,  2007).  Salah  satu  usaha  untuk meningkatkan  nilai  ekonomis  minyak jarak pagar adalah menghidrolisis minyak jarak  pagar  menjadi  asam  lemaknya sehingga asam lemak yang terkandung di dalam minyak jarak pagar bisa dimanfaatkan  lebih  lanjut.  Asam  lemak penyusun  minyak  jarak  pagar  terdiri  atas 22,7%  asam  jenuh  dan  77,3%  asam  tak jenuh.
Selama  ini,  reaksi  hidrolisis  minyak menggunakan  katalis  homogen,  misalnya KOH, NaOH dan lain sebagainya. Katalis homogen  berada  dalam  satu  fasa  dengan reaktan.  Hal  ini  menyebabkan  molekul katalis  dan  reaktan  dapat  berinteraksi dengan  mudah  sehingga  reaksi  mudah berlangsung. Akan tetapi proses pemisahan  katalis  dengan  produk  lebih sulit dibandingkan dengan katalis heterogen. Pada skala industri penggunaan
katalis  heterogen  lebih  disukai  karena lebih ramah lingkungan, tidak membutuhkan  proses  netralisasi  katalis dan reaksi dapat dilakukan dengan metode bed katalis sehingga biaya produksi lebih murah  dibandingkan  dengan  penggunaan katalis  homogen.  Salah  satu  katalis heterogen  basa  yang  saat  ini  banyak digunakan adalah CaO.

## Metode Penelitian

## Alat dan Bahan
Alat-alat  yang  digunakan  dalam penelitian  ini  terdiri  dari  difraktometer sinar-X Phillip, surface area analyzer gas sorption analyzer NOVA-1000, Quantachrome  Corp, hot  plate, krus porselen,  mortar  agat,  ayakan  dengan ukuran  200  mesh,  rotavapor,  furnace, oven, pengaduk magnetik, neraca analitik Ohaus PAJ603,  seperangkat  refluks, termometer, corong pisah , labu leher tiga , stirer, labu destilasi, erlenmeyer, dan alat- alat  gelas  yang  lazim  digunakan  pada laboratorium.  Sedangkan  bahan-bahan yang  digunakan  dalam  penelitian  ini adalah  CaO  (Merck,  99%),  asam  oksalat (Merck,  99,5%),  minyak  jarak  pagar  dari PTPN-XII  Jember,  air,  asam  sulfat (Merck,  98%), kalium hidroksida (Merck, 85%), indikator phenolptalein (Merck), n- heksana  Univar,  (teknis),  etanol  (Merck, 96%),  toluena  (Merck,  99,5%),  asam oksalat (Merck, 99,5%), bromothymol blue (Merck,
99,5%), phenolphthalein (Aldrich, 99%) , 2,4-dinitro-aniline
(Aldrich, 98% ),  4- nitroaniline (Aldrich, 99% )

## Prosedur Penelitian
Sebelum reaksi hidrolisis dilakukan, 2 g CaO  dikalsinasi  selama  4  jam  pada  suhu 800 0 C untuk menghilangkan gas CO 2 dan H 2 O  yang  teradsorpsi  pada  permukaan CaO. Selanjutnya CaO didinginkan dalam desikator.  Untuk  uji  karakteristik  katalis CaO meliputi luas permukaan menggunakan  peralatan surface  area analyzer  gas  sorption  analyzer dengan metode  BJH  (Barrett  Joyner-Halenda),
analisis X-Ray Diffraction. Adapun untuk menentukan  kekuatan  basa,  kedalam  4 buah labu Erlenmeyer dimasukkan 0,05 g katalis  CaO,  5  mL  toluena    dan  2-3  tetes indikator  pada  setiap  labu  Erlenmeyer, yaitu bromothymol  blue (p K BH =  7.2), phenolphthalein (p K BH = 9.3), 2,4-dinitro- aniline (p K BH =  15.0)  dan 4-nitroaniline (p K BH =  18.4).  Dari  keempat  indikator tersebut,  yang  memberikan  perubahan warna merupakan rentang kekuatan basa.
Untuk  keperluan  uji  aktivitas  katalis dimasukkan 10 g JO,  2 g CaO dan 100 mL etanol 20% ke dalam labu reaksi leher tiga kemudian  direfluks  dengan  variasi  waktu selama 15; 30; 45; 60; 90; 120; 150; 180 menit  sambil  diaduk  dengan  pengaduk magnetik.  Untuk  memisahkan,  FFA, katalis  dan  gliserol  setelah  reaksi ditambahkan  100  mL  H 2 SO 4 10%  untuk mengendapkan Ca(OH) 2 yang berasal dari CaO  sebagai  CaSO 4 .  Aktivitas  katalitik ditentukan  dari  perubahan  FFA  antara sebelum (FFA o ) dan sesudah (FFA t ) reaksi hidrolisis  yang  nilainya  ditentukan berdasarkan  bilangan  asam  (AV),  sesuai persamaan 1 dan 2.
100% t o o FFA FFA Konversi FFA    (1) 100% 2 AV FFA   (2)
Hasil dan Pembahasan Karakteristik Katalis CaO Dari  hasil  analisis  difraktogram  CaO sebelum dan sesudah dikalsinasi (Gambar 1)  menunjukkan  beberapa  perbedaan intensitas  puncak,  yaitu  pada  sudut  2θ 29,4˚,  32,2˚,  34,1˚,    37,3˚  dan  47,1˚. Intesitas  puncak  pada  sudut  2θ  29,4˚ adalah puncak khas CaCO 3 , pada sudut 2θ 32,2˚  dan  37,3˚  adalah  puncak  khas  CaO
(Nakatani et al., 2009) dan pada sudut 2θ 34,1˚  dan  47,1˚  adalah  puncak  khas Ca(OH) 2 (Ngamcharussrivichai et  al. ,
2010) Perbedaan ini menunjukkan, bahwa
jumlah CaO bertambah dan jumlah CaCO 3 dan  Ca(OH) 2 berkurang  setelah  proses kalsinasi.
Proses  kalsinasi  katalis  CaO  juga menyebabkan perubahan dari material non pori  menjadi  material  berpori.  Hal  ini ditunjukkan oleh adanya perubahan kurva adsorpsi-desorpsi isoterm gas N 2 (Gambar 2  dan  3).  Perubahan  tersebut  juga menyebabkan volume pori bertambah dari 0,015  menjadi  0,234  cm 3 /g  dan  luas permukaan bertambah dari 2,065 menjadi 26,451  m 2 /g  (Tabel  1).  Pertambahan volume  pori  dan  luas  permukaan  CaO disebabkan oleh desorpsi molekul-molekul gas  CO 2 dan  H 2 O  dari  permukaan  CaO sesuai reaksi pada persamaan 3 dan 4.
800 C 3( ) (s) (g) CaCO CaO +CO o s  (3) 2(s) ( ) 2 ( )
Ca(OH) CaO H O s g    (4)
Tabel 1. Luas permukaan dan volume pori CaO  sebelum  (a)  dan  sesudah  (b) dikalsinasi
Sampel Luas Permukaan (m 2 /g) Volume Pori (cm 3 /g) CaO (a) 2,065 0,015 CaO (b) 26,451 0,234
Gambar  1. Difraktogram  CaO  sebelum (a) dan sesudah (b) dikalsinasi
CaO CaCO 3 Ca(OH) 2 Intes it as ( a. u) 2 
Dari  hasil  pengamatan  perubahan warna  indikator  ( bromothymol biru, phenolphthalein ,  2,4-dinitroanilin  dan  4- nitroanilin) yang diteteskan kedalam labu Erlemnyer yang mengandung CaO, hanya indikator bromothymol biru  dan  2,4- dinitroanilin
yang menunjukkan perubahan  warna  indikator. Bromothymol biru  mengalami  perubahan  warna  dari tidak  berwarna  menjadi  biru  dan  2,4- dinitroanilin  dari  tidak  berwarna  menjadi berwarna  kuning.  Hal  ini  menunjukkan bahwa  kekuatan  situs  basa  (pK BH )  CaO berada  dalam  rentang  7,2  <  pK BH CaO  < 15.
Gambar 2. Adsorpsi-desorpsi Isoterm gas N 2 pada CaO sebelum dikalsinasi
Gambar 3. Adsorpsi-desorpsi isoterm gas N 2 pada CaO sesudah dikalsinasi

## Aktivitas Katalis CaO pada Hidrolisis JO
Mekanisme  reaksi  pembentukan  FFA melalui  hidrolisis  minyak  jarak  pagar menggunakan  katalis  CaO  hampir  sama dengan mekanisme reaksi pada pemakaian katalis  CaO  pada  reaksi  transesterifikasi
minyak (trigliserida: TG) dengan metanol menjadi biodiesel. Pada mekanisme reaksi transesterifikasi, reaksi diawali oleh proses adsorpsi  metanol  pada  permukaan  katalis CaO pada tahap 1, kemudian diikuti oleh reaksi tahap 2 yaitu pembentukan biodiesel dan  digliserida  (DG).  Reaksi  tahap  2 berlangsung  kembali  sampai  diperoleh gliserol (Kouzu et al., 2008). Berdasarkan mekanisme  tersebut  maka  mekanisme reaksi hidrolisis minyak jarak pagar adalah sebagai berikut (Gambar 4):
1. Tahap 1 adalah reaksi adsorpsi air pada permukaan katalis CaO
2. Tahap 2 adalah reaksi transesterifikasi TG  menjadi  FFA  dan  DG  pada permukaan katalis CaO
3. Tahap 3 adalah reaksi  transesterifikasi DG  menjadi  FFA  dan  MG  pada permukaan katalis CaO
4. transesterifikasi MG menjadi FFA dan gliserol pada permukaan katalis CaO Dari  hasil  pengamatan  menunjukkan bahwa  jumlah  FFA  semakin  bertambah dari 11,36% menjadi 24,07% saat 15 menit dan 77,37% saat 45 menit (Tabel 2). Tabel 2 juga ditunjukkan bahwa aktivitas katalis CaO bertambah besar dari 0 menjadi 0,96 saat 15 menit,  1,20 saat 30 menit dan 1,68 saat 45 menit. Peningkatan aktivitas katalis tersebut disebabkan oleh adanya terbentuknya kompleks CaO-gliserin selama  reaksi  berlangsung  yang  dapat meningkatkan  aktivitas  katalis  CaO (Kawashima et  al .,  2009).  ktivitas  katalis CaO  mulai  berkurang  dari  1,68  menjadi 1,29 saat 60 menit, 0,82 saat 90 menit dan seterusnya  (Tabel  2).  Hal  ini  disebabkan karena katalis CaO mengalami pengikisan sebagai  akibat  dari  reaksi  CaO  dengan FFA  (Kouzu et  al. ,  2008)  membentuk sabun sehingga jumlah adsorpsi H 2 O pada permukaan  katalis  menjadi  berkurang. Adanya  reaksi  FFA  dengan  katalis  CaO pada  reaksi  hidrolisis  pada  penelitian  ini ditunjukkan  oleh  adanya  penurunan jumlah konversi dan fluktuasi jumlah FFA setelah  mencapai  konversi  maksimum, yaitu  77,58%  saat  reaksi  berlangsung  60 menit.
0 10 20 30 40 50 60 70 0 0.5 1 Vo lum e (c c/g) Tekanan relatif (P/P o ) Adsorpsi Desorpsi 0 20 40 60 80 100 120 140 160 0 0.5 1 Vo lum e (c c/g) Tekanan relatif (P/P o ) adsorps i
Gambar 4. Mekanisme  reaksi  hidrolisis minyak jarak pagar dengan katalis CaO
Tabel 2. Jumlah FFA dan aktivitas katalis
CaO pada reaksi hidrolisis JO Waktu (menit) FFA (%) Konversi (%) Aktivitas 0 11,36 0 0 15 24,07 14,34 0,96 30 43,27 36,00 1,20 45 78,37 75,60 1,68 60 80,12 77,58 1,29 90 76,59 73,59 0,82 120 76,25 73,21 0,61 150 78,33 75,55 0,50 180 77,86 75,03 0,42

## Kesimpulan
1. Katalis  CaO  yang  digunakan  untuk reaksi  hidrolisis  pada  penelitian  ini memiliki kekuatan situs basa dan luas permukaan  berturut-turut  7,2  <  pK BH
CaO < 15,0 dan 26,45 m 2 /g.
2. CaO  dapat  digunakan  sebagai  katalis untuk  reaksi  hidrolisis  pada  minyak jarak pagar.
3. Aktivitas katalis CaO pada awal reaksi semakin  bertambah  besar  sampai diperoleh konversi maksimum sebesar 77,58% saat reaksi berlangsung selama 60  menit  tetapi  kemudian  mengalami penurunan dan fluktuasi.

## Daftar Pustaka
Kawashima, A., Matsubara, K. and Honda, K.  (2009).  Acceleration  of  catalytic activity of calcium oxide for biodiesel production, Bioresource Technology , 100, 696–700.
Kouzu,  M.,  Kasuno,  T.,  Tajika,  M., Sugimoto,  Y.,  Yamanaka,  S.  and Hidaka, J. (2008). Calcium oxide as a solid base catalyst for transesterification of soybean oil and its application to biodiesel production, Fuel , 87, 2798–2806.
Tiwari, K. A., Kumar, A. and Raheman, H. (2007).  Biodiesel  production  from jatropha  oil  (Jatropha  curcas)  with high  free  fatty  acids:  An  optimized process, Biomass and Bioenergy , 31, 569–575.
Nakatani,  N.,  Takamori,  H.,  Takeda,  K. and Sakugawa, H. (2009). Transesterification  of  soybean  oil using combusted oyster shell waste as a  catalyst, Bioresource  Technology , 100, 1510–1513. Ngamcharussrivichai, C., Nunthasanti, P., Tanachai,  S.  and  Bunyakiat,  K. (2010). Biodiesel production through transesterification over natural calciums, Fuel Processing Technology , 91, 1409–1415. Prihandana,  R.  dan  Hendroko,  R.  (2007). Energi  Hijau  Pilihan  Bijak  Menuju Negeri  Mandiri  Energi ,  Penebar Swadaya, Jakarta.