Jurnal Cahaya Mandalika, Vol. 5, No.2, 2024, e-ISSN: 2721-4796, p-ISSN: 2828-495X Available online at: http://ojs.cahayamandalika.com/index.php/JCM Akreditasi Sinta 5 SK. Nomor: 1429/E5.3/HM.01.01/2022

## Studi Kinetika Reaksi Degradasi Gliserol Dari Limbah Biodiesel Dengan Metode Sonikasi
Isran Asnawi 1 , Ruslan Kalla 2
1 Teknik Kimia Mineral Politeknik Industri Logam Morowali, Morowali, Indonesia
2 Teknik Kimia, Universitas Muslim Indonesia, Makassar, Indonesia Email: isran@pilm.ac.id
Abstrak: Gliserol  yang  berasal  dari  limbah  industri  biodiesel  dapat  dikonversi  menjadi  bahan  kimia bernilai tambah, seperti metanol, alil alkohol, dan akrolein. Proses degradasi pada konversi gliserol dapat dilangsungkan  pada  berbagai  metode,  antara  lain steam reforming (pembentukan  uap),  pirolisis (pembakaran), hidrotermal, dan hidrogenasi katalitik, dan sonikasi. Metode sonikasi dipilih pada penelitian ini untuk mempercepat reaksi dengan energi yang lebih kecil. Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari kinetika reaksi agar diketahui sejauh mana gliserol dapat didegradasi menggunakan metode tersebut. Proses degradasi gliserol menggunakan metode sonikasi dilakukan pada kondisi perbandingan massa gliserol-air 1:8, katalis H 2 SO 4 1%, waktu sonikasi , 20 - 40 menit, dan temperatur 30 - 60 o C. Kinetika reaksi pada penelitian  ini  diperoleh  k=5,306x10 7 exp  (58,2404/RT)  dimana  reaksi  merupakan  reaksi  orde  pertama, dengan energi aktivasi 58,2404 Jmol -1 menit -1 dan faktor frekuensi 5,306 x 10 7 menit -1 . Nilai energi aktivasi sebesar 58,2404 Jmol -1 menit -1 menunjukkan bahwa terdapat energi minimum sejumlah tersebut agar reaksi dapat berlangsung. Nilai faktor frekuensi sebesar 5,306 x 10 7 menit- 1 menyatakan jumlah tumbukan yang terjadi selama tiap menit.
Kata Kunci: gliserol; sonikasi; biodiesel; kinetika reaksi

## PENDAHULUAN
Tersedianya  gliserol  yang  cukup  banyak  dari  hasil  industri  biodiesel  merupakan peluang untuk dikembangkan lebih lanjut melalui cara-cara pengolahan gliserol melalui pemurnian.  Menurut  beberapa  hasil  studi,  gliserol  termasuk  ke  dalam  12  bahan  kimia terpenting untuk di dunia [1]. Pemanfaatan industri gliserol sebagai bahan kimia bernilai tambah,  menarik  banyak  perhatian,  tidak  hanya  karena  surplus  gliserol  yang  tersedia, tetapi juga karena gliserol aman untuk pangan, berkelanjutan, tidak beracun, dan mudah terurai secara hayati.
Tiga bahan kimia bernilai tambah dan penting yang dapat diproduksi dari gliserol adalah  1,3-propanadiol,  hidrogen,  dan  akrolein  [2].  Terdapat  beberapa  metode  yang digunakan oleh para peneliti untuk melakukan degrdasi gliserol menjadi akrolein, seperti steam reforming , pirolisis, hidrotermal, dan hidrogenasi katalitik [3].
Namun  semua  proses  tersebut  membutuhkan  energi  yang  cukup  besar,  sehingga diperlukan metode alternatif yang lebih sederhana, dengan waktu yang relatif singkat, dan energi  yang  kecil.  Teknologi  yang  bisa  diterapkan  adalah  dengan  melakukan  proses degradasi gliserol menggunakan gelombang suara atau ultrasonik. Berdasarkan dari latar belakang tersbut, maka dilakukan penelitian untuk memanfaatkan gliserol yang berasal dari  limbah  biodiesel  menjadi  produk  lain  menggunakan  gelombang  suara.  Dengan mempelajari kinetika reaksi degradasi gliserol menggunakan gelombang ultrasonik, maka hal  ini  diperlukan  untuk  mengetahui  sejauh  mana  gliserol  dapat  didegradasi menggunakan gelombang ultrasonik.

## METODE
A. Alat
Peralatan    yang    digunakan    adalah    seperangkat    reaktor    sonikasi    yang dilengkapi  dengan  pembangkit  gelombang  ultrasonic  yang  dirangkai  seperti  pada
gambar  1, magnetic stirrer , hotplate pemanas,  kondensor,  pompa  kondensor,  lemari pendingin, freezer , termometer, dan seperangkat peralatan gelas laboratorium.

## B. Bahan
Gliserol  dari  limbah  biodiesel,  akuades,  asam  sulfat,  HCl,  NaOH,  indikator  PP, natrium metaperiodat, etilen glikol.
C. Prosedur
Reaksi  degradasi  gliserol  dilakukan  didalam  reaktor  sonikasi  volume  500  ml. Proses  penelitian  dilakukan  dengan  memasukkan  gliserol  kedalam  reaktor  dengan perbandingan   massa   gliserol   dengan   air   1   :   8   d a n   katalis H 2 SO 4 1%. Kemudian d i pasang  peralatan  sonikasi  seperti  pada  gambar  1  p a d a   f r e k u e n s i   g e l o m b a n g u l t r a s o n i k   4 0   k H z .  Proses sonikasi d i lakukan  pada berbagai variasi waktu,  yakni 2 0 ,   2 5 ,   3 0 ,   3 5 ,   d a n   4 0   menit  dan  v a r i a s i   suhu  3 0 ,   4 0 ,   d a n   5 0 o C. setelah  waktu  tercapai,  kemudian  proses  dihentikan.  Hasil  sonikasi  yang  diperoleh dianalisa konversi gliserolnya dengan metode volumetri.
Gambar  1 Rangkaian Alat Sonikasi Keterangan :
1. Statif dan Klem
2. Kondensor
3. Selang air masuk
4. Labu Leher Tiga
5. Termometer
6. Alat Sonikasi
7. Selang air keluar

## HASIL
A. Analisa Konversi Gliserol pada variabel suhu dan waktu sonikasi Gambar 2 menunjukkan bahwa semakin lama proses sonikasi berlangsung maka semakin  tinggi  pula  nilai  konversi  diperoleh.  Dengan  meningkatnya  konversi  gliserol seiring  lamanya  waktu  sonikasi  pada  variabel  suhu  30 o C,  40 o C,dan  50 o C,  maka menunjukkan semakin banyak jumlah senyawa gliserol yang berkurang dan terdegradasi menjadi  senyawa  lain  pada  kondisi  tersebut  (variabel  suhu  dan  waktu  dengan  katalis H 2 SO 4 1%).
Gambar 2. Pengaruh waktu sonikasi terhadap konversi gliserol pada berbagai variasi suhu
B. Studi Kinetika Reaksi Degradasi Gliserol Menggunakan Gelombang Ultrasonik Proses degradasi gliserol dengan menggunakan gelombang ultrasonik, mengikuti orde  reaksi  satu.  Berdasarkan  penelitian  oleh  Yuniati,  Sumarno  dan  Mahfud  (2010), reaksi degradasi gliserol (rasio massa 1:10 pada subkritis air) mengikuti model kinetika orde reaksi pertama.
Model  kinetika  reaksi  order  pertama  dapat  ditunjukkan  pada  penurunan persamaan (2) [5] :
𝐴  → 𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑘 −𝑟𝐴 = − 𝑑𝐶 𝐴 𝑑𝑡 = 𝑘𝐶 𝐴 (1) − ln(1 − 𝑋 𝐴 ) = 𝑘𝑡
(2) Berdasarkan persamaan (2) diatas, nilai x A merupakan konversi gliserol (%) dan t adalah waktu reaksi (menit). Dalam persamaan kinetika ini nilai yang ingin dicari yaitu k, yang  merupakan  nilai  tetapan  laju  reaksi.  Nilai k dapat  diperoleh  melalui  hubungan plot antara –ln(1- x A ) dan t pada tiap variabel suhu. 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00 40,00 45,00 50,00 20 25 30 35 40 K o n ve rs i ( %) Waktu Sonikasi (menit) Suhu 30 oC Suhu 40 oC Suhu 50 oC
Gambar 3. Hubungan antara t terhadap –ln(1-x) Berdasarkan gambar 3, maka diperoleh nilai k pada suhu 30 o C, 40 o C, dan 50 o C secara  berturut-turut adalah 0,0044; 0,0123; dan 0,0183. Dari data tersebut dapat dilihat bahwa  seiring  meningkatnya  suhu  maka  tetapan  laju  reaksi  juga  meningkat.  Karena tetapan laju reaksi berbanding lurus dengan laju reaksi, maka dapat disimpulkan bahwa pada  reaksi  ini  (degradasi  gliserol  dengan  gelombang  ultrasonik),  semakin  meningkat suhu  maka  laju  reaksi  juga  semakin  meningkat,  dan  jumlah  zat  juga  meningkat  (nilai konversi gliserol).
Pada studi kinetika reaksi ini juga ditentukan hubungan antara tetapan laju reaksi terhadap suhu. Dari hubungan tersebut, nilai gradien dapat diperoleh untuk menentukan Energi Aktivasi dan Faktor Frekuensi berdasarkan persamaan Arrhenius. Berikut adalah persamaan Arrhenius [5] :
𝑘 =   𝑘 0 𝑒 −𝐸/𝑅𝑇 (3)
Dimana  nilai k adalah  tetapan  laju  reaksi. k 0 adalah  frekuensi atau faktor  pre- eksponensial. E adalah energi aktivasi yang menyatakan nilai energi minimum yang harus dimiliki oleh suatu reaksi untuk berlangsungnya suatu reaksi. R adalah tetapan gas dan T adalah suhu mutlak. Maka untuk memperoleh nilai E, maka dilakukan plot ln k terhadap 1/T. TABEL  1. PERHITUNGAN PERSAMAAN ARRHENIUS
T ( o C) T (K) k ln k 1/T(1000) 30 40 50 60 303 313 323 333 0,0044 0,0123 0,0183 - 0,0008 - 5,426151 - 4,398156 - 4,000854 - 3,300330 3,194888 3,095975 3,003003 y = 0,0044x + 0,2362 R² = 0,7738 y = 0,0123x - 0,0786 R² = 0,7584 y = 0,0183x - 0,2044 R² = 0,6549 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 20 30 40 -l n (1 -x) Waktu Sonikasi (menit) Suhu 30 oC Suhu 40 oC Suhu 50 oC Linear (Suhu 30 oC) Linear (Suhu 40 oC)
Gambar 4. Hubungan antara ln k dan 1/T(1000) Faktor frekuensi (k 0 ) dan –(E/R) diperoleh data regresi linear data 1/T dan ln K pada  tabel 5.  Hasil  regresi  linear  didapatkan faktor  frekuensi (k 0 )  sebesar   5,306 x  10 7 menit -1 dan  –(E/R)  sebesar  -7,0051    K/menit.  Energi  aktivasi  didapatkan  dengan mengalikan  nilai  –(E/R)  dengan  nilai  R  =  8,314  J  mol -1 K -1 sehingga  diperoleh  energi aktivasi sebesar 58,2404   Jmol -1 menit -1

## PEMBAHASAN
Pada  gambar  2  dapat  dilihat  bahwa  kondisi  optimum  memperoleh  konversi gliserol  dengan nilai  terbaik  adalah  pada  suhu  50 o C dengan  waktu sonikasi  40  menit, yaitu  sebesar  48,41%.  Kondisi  tersebut  dipilih  karena  memperlihatkan  kecenderungan kondisi  kenaikan  nilai  konversi  gliserol  seiring  bertambahnya  waktu  sonikasi.  Nilai tersebut  tidak  jauh  berbeda  dengan  kondisi  optimum  yang  diperoleh  ,  yakni  sebesar 52,62%  pada  suhu  50 o C  dengan  waktu  sonikasi  50  menit  (menggunakan  ultrasonik tanduk getar dan katalis HZSM-5).
Reaksi  yang  berlangsung  secara  ultrasonik  pada  reaktan  (gliserol-air  1  :  8), menyebabkan  kavitasi  pada  senyawa  reaktan  [6].  Hal  ini  disebabkan  karena  waktu sonikasi  berpengaruh  terhadap  intensitas  gelombang  ultrasonik,  dimana  semakin  lama waktu sonikasi semakin lama pula waktu terjadinya intensitas gelombang sehingga proses kavitasi  juga  semakin  sering  terjadi.  Dengan  adanya  gelombang  ultrasonik  maka molekul-molekul  yang  terkandung  di  dalam  reaktan  berosilasi  terhadap  posisi  rata- ratanya.  Ketika  energi  yang  diberikan  oleh  gelombang  ultrasonik  ini  cukup  besar, regangan  gelombang  bisa  memecah  ikatan  antar  molekul  larutan,  dan  molekul  larutan yang  terpecah  ikatannya  ini  akan  memerangkap  gas-gas  yang  terlarut  didalam  larutan ketika  timbul  rapatan  kembali.  Akibatnya  timbul  bola-bola  berongga  atau  gelembung- gelembung yang berisi gas yang terperangkap. Selain efek kavitasi, gelombang ultrasonik juga  menyebabkan  efek  termal.  Efek  termal  merupakan  absorpsi  energi  gelombang ultrasonik yang menyebabkan suhu medium meningkat.
Menurut Bühler et al. , (2002), reaksi  yang terjadi pada proses ini adalah reaksi radikal  bebas.  Reaksi  ini  adalah  reaksi  dengan  probabilitas  kejadian  terbesar  dalam pembentukan  produk  pada  proses  degradasi  gliserol.  Reaksi  radikal  bebas  tersebut, cenderung memecah gliserol dibanding bereaksi dengan produk yang dihasilkan. Jumlah gliserol  yang  terdapat  pada  larutan  sampel  masih  banyak  dibandingkan  produk  yang
y = -7,0051x + 17,787 R² = 0,9473 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 3 3,1 3,2 3,3 3,4 ln k 1/T(1000) ln k vs 1/T Linear (ln k vs 1/T)
dihasilkan.  Dengan  demikian  kebolehjadian  interaksi  antara  gliserol  dengan  spesi  OH· dan H· lebih besar daripada interaksi spesi H· dan OH· dengan produk.
Hal  ini  telah  sesuai  dengan  penelitian  oleh  Bühler et  al. (2002)  bahwa  seiring dengan lamanya waktu reaksi berlangsung maka dapat meningkatkan konversi reaksi. Hal tersebut juga diperkuat penelitian oleh Kalla [8] bahwa lama proses sonikasi berpengaruh terhadap intensitas gelombang ultrasonik, dimana semakin lama waktu sonikasi semakin lama pula waktu terjadinya intensitas gelombang sehingga proses kavitasi juga semakin sering terjadi.
Berdasarkan  studi  kinetika  reaksi  pada  gambar  4  diperoleh  hasil  bahwa  energi aktivasi  dari  reaksi  degradasi  gliserol  dengan  metode  sonikasi  adalah  sebesar  58,2404 Jmol -1 menit -1 , yang berarti bahwa terdapat energi minimum sebesar jumlah tersebut agar reaksi  dapat  berlangsung.  Nilai  energi  aktivasi  sebesar  58,2404  Jmol -1 menit -1 juga membuktikan  bahwa  reaksi  kimia  adalah  yang  mengendalikan  reaksi.  Nilai  faktor frekuensi  yang  diperoleh  sebesar  5,306  x  10 7 menit -1 yang  menyatakan  bahwa  jumlah tumbukan yang terjadi selama setiap menit. Untuk menyederhanakan hasil kinetika reaksi degradasi  gliserol  menggunakan  gelombang  ultrasonik,  maka  dapat  disimpulkan  pada persamaan (8) berikut :
k = 5,306  × 10 7 exp( 58,2404 𝑅𝑇 ) (4)

## KESIMPULAN
Dalam  penelitian  pemanfaatan  gliserol  dari  limbah  biodiesel  menjadi  akrolein menggunakan gelombang suara ini, maka dapat disimpulkan : 1. Kondisi optimum untuk memperoleh konversi gliserol terbaik adalah pada suhu 50 o C dan waktu sonikasi 40 menit, yaitu sebesar 48,41%
2. Kinetika reaksi yang diperoleh pada proses degradasi gliserol dengan metode sonikasi adalah k = 5,306  × 10 7 exp( 58,2404 𝑅𝑇 ) , dimana reaksi merupakan reaksi orde pertama, dengan energi aktivasi 58,2404 Jmol -1 menit -1 dan faktor frekuensi 5,306 x 10 7 menit - 1 . .

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis menyampaikan terima kasih yang sebesarnya kepada bapak Dr. Ir.Ruslan Kalla ST., MT., IPM dan ibu Dr. Rismawati Rasyid, ST., MT., IPM selaku pembimbing. Terima  kasih  juga  dihaturkan  kepada  dosen,  staff  dan  teman-teman  program  magister teknik kimia atas bantuan dan dukunganya dalam menyelesaikan penelitian ini.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] T. Werpy and G. Petersen, “Top Value added Chemicals from Biomass,” US Dep. Energy , vol. 1, 2004.
[2] A.  Talebian-kiakalaieh,  N.  Aishah,  S.  Amin,  and  H.  Hezaveh,  “Glycerol  for renewable acrolein production by catalytic dehydration,” Renew. Sustain. Energy Rev. , vol. 40, pp. 28–59, 2014.
[3] R. Kalla, S. Sumarno, and M. Mahfud, “The influence of the addition H3PO4 on degradation of glycerol with vibrating horn,” ARPN J. Eng. Appl. Sci. , vol. 11, no. 2, pp. 968–971, 2016.
[4] Y.  Yuniati,  Sumarno,  and  Mahfud,  “Kinetics  Study  Degradation  of  Glycerol  in
Subcritical Water,” J. Sains dan Teknol. , vol. 9, no. 2, pp. 54–60, 2010.
[5] O. Levenspiel, Chemical Reaction Engineering third edition , 3rd ed. New York, USA: John Wiley & Son, 1999.
[6] K. S. Suslick and G. J. Price, “Applications of ultrasound to organic chemistry,” Ultrasonics , vol. 25, no. 1, pp. 295–326, 1999.
[7] W. Bühler, E. Dinjus, H. J. Ederer, A. Kruse, and C. Mas, “Ionic reactions and pyrolysis  of  glycerol  as  competing  reaction  pathways  in  near-  and  supercritical water,” J. Supercrit. Fluids , vol. 22, no. 1, pp. 37–53, 2002.
[8] R.  Kalla,  S.  Sumarno,  and  M.  Mahfud,  “Non-Catalytic  and  γ-Al2O3  Catalyst- based Degradation of Glycerol by Sonication Method,” Bull. Chem. React. Eng. Catal. , vol. 10, no. 3, pp. 304–312, Dec. 2015.