ISSN: 1410-8917
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi 16 (1) (2013): 6 – 10
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi Journal of Scientific and Applied Chemistry
Journal homepage: http://ejournal.undip.ac.id/index.php/ksa

## Pirolisis Kulit Biji Jambu Mete dengan Katalis Ag/Zeolit
Rimby Puji Astuti a , Linda Suyati a* , Rahmad Nuryanto a
a Physical Chemistry Laboratory, Chemistry Department, Faculty of Sciences and Mathematics, Diponegoro University, Jalan Prof. Soedarto, Tembalang, Semarang
* Corresponding author: linda_suyati@live.undip.ac.id

## A r t i c l e   I n f o A b s t r a c t
Keywords: pyrolysis, cashew nut shell, Ag/Zeolit
Cashew  nut, Anacardium  occidentale L.  is  one  of  the  plantation  commodities  that  have  high economic value. One part of cashew plant that has not been widely known is a cashew nut shell which contains 50% phenolic compounds consisting of 90% anacardic acid and 10% of cardol and cardanol. This research aims were to synthesize and characterize Ag/zeolites catalysts, to determine the effect of temperature on liquid products of pyrolysis of cashew nut shell liquid and to compare the results of the pyrolysis products with zeolite catalysts and Ag/zeolites. The research had be done in some steps, these are preparing Ag/zeolite catalyst and pyrolysis with Ag/zeolite  catalyst  and  natural  zeolite  activated.  Pyrolysis  was  carried  out  with  Ag/zeolite catalyst at temperatures of 200°, 250°, 300°, 350 and 400 C. Characterization of the catalyst used  Surface  Area  Analyzer,  AAS,  acidity  test  and GC-MS  pyrolysis  for  liquid  products.  The result obtained was Ag/zeolite catalyst with specific surface area decreased by 70.28%, total pore  volume  of  70.19%,  acidity  value  of  the  Ag/zeolites  catalyst  has  increased  by  50%, containing 0.6326% Ag metal. The result of GC-MS analysis of liquid products of pyrolysis at temperatures of 400 ° C with Ag/zeolite catalyst was obtained compound of 3-octylphenol with an abundance of 72.28%, while with activated natural zeolite compounds 3-(pentadec-8-enyl) phenol with an abundance of 77.04%..

## A b s t r a k
Kata kunci: pirolisis, kulit biji jambu mete, Ag/Zeolit
Tanaman jambu mete, Anacardium occidentale L. merupakan salah satu komoditi perkebunan yang memiliki nilai ekonomi cukup tinggi. Satu bagian dari tanaman jambu mete yang belum banyak dikenal  masyarakat  adalah  kulit  bijinya. Kulit  biji  (shell)  mengandung  50% minyak yang  terdiri  dari  senyawa  fenolat  berupa  90%  asam  anakardat  dan  10%  berupa  kardol  dan kardanol. Penelitian ini bertujuan untuk mensintesis dan mengkarakterisasi katalis Ag/zeolit, mengetahui  pengaruh  temperatur  terhadap  produk  cair  pirolisis  kulit  biji  jambu  mete  dan membandingkan  produk  cair  hasil  pirolisis  dengan  katalis  zeolit  dan  Ag/zeolit.  Penelitian dilakukan  melalui  beberapa  tahap  yaitu  pembuatan  katalis  Ag/Zeolit  dan  pirolisis  kulit  biji jambu mete dengan katalis Ag/Zeolit dan zeolit alam teraktivasi pada temperatur 200°, 250°, 300°,  350°  dan  400°C.  Karakterisasi  katalis  menggunakan  Surface  Area  Analyzer,  AAS,  uji keasaman dan GC-MS untuk produk cair pirolisis. Hasil penelitian diperoleh katalis Ag/zeolit yang  mengalami  penurunan  luas  permukaan  spesifik  sebesar  70,28%,  volume  total  pori sebesar  70,19%.  Nilai  keasaman  katalis  Ag/zeolit  mengalami  kenaikan  sebesar  50%,  dan mengandung  logam  Ag  sebesar  0,6326%.  Hasil  analisis  GC-MS  produk  cair  pirolisis  pada temperatur  400°C  dengan  katalis  Ag/zeolit  diperoleh  senyawa  3-octylphenol  dengan kelimpahan  sebesar  72,28%,  dengan  katalis  zeolit  alam  teraktivasi  dihasilkan  senyawa  3- (pentadec-8-enyl)phenol dengan kelimpahan sebesar 77,04%.

## 1. Pendahuluan
Biomassa  merupakan  material  hidrokarbon  yang sebagian  besar  terdiri  atas  unsur  karbon,  hidrogen,
oksigen, dan beberapa komponen lain dalam jumlah kecil yang  berasal  dari  limbah  organik,  limbah  pertanian maupun  kotoran  hewan.  Kulit  Biji  Jambu  mete  atau
Cashew  Nut  Shell merupakan  salah  satu  bagian  dari biomassa  yang  terdapat  di  negara-negara  tropis  di Amerika latin, Afrika, dan Asia [1]. Tanaman jambu mete, Anacardium occidentale L. merupakan salah satu komoditi perkebunan  yang  memiliki  nilai  ekonomi  cukup  tinggi, namun  pemanfaatan  jambu  mete  selama  ini  terbatas hanya pada biji metenya saja, terutama pemanfaatannya sebagai  makanan  ringan  dan  untuk  bahan  pengisi  kue. Bagian  dari  tanaman  jambu  mete  yang  belum  banyak dikenal masyarakat luas adalah potensi kulit bijinya. Biji jambu mete terdiri dari 70% kulit biji dan 30% daging biji [2]. Kulit biji ( shell ) diduga mengandung minyak sekitar 50% yang terdiri dari senyawa fenolat berupa 90% asam anakardat dan 10% berupa kardol dan kardanol [3].
Asam  anakardat,  kardol,  dan  kardanol  merupakan senyawa  fenolat  dengan  rantai  samping  panjang. Senyawa  ini  dapat  dipecah  menjadi  senyawa  dengan rantai  lebih  pendek  melalui  proses  degadrasi  termal tanpa  kehadiran  oksigen  yang  disebut  dengan  pirolisis [4]. Penggunaan teknologi pirolisis untuk menghasilkan sumber energi hidrokarbon alternatif telah dikembangkan  saat  ini.  Pirolisis  biomassa  beserta limbahnya  telah  dilakukan  untuk  memproduksi  gas bahan bakar alternatif, bahan-bahan kimia serta karbon aktif  [5].  Tsamba dkk. [1]  melaporkan  bahwa  pirolisis kulit biji jambu mete menghasilkan produk cair dengan kandungan rantai hidrokarbon banyak dan produk padat yang  sedikit.  Pirolisis  serbuk  kayu  jati  menghasilkan senyawa  dengan  kandungan  terbanyak  berupa  asam asetat dan fenol.
Zeolit  dapat  digunakan  sebagai  katalis  yang  baik, karena memiliki struktur kristal berpori dan mempunyai luas permukaan yang besar serta tingkat keasaman yang tinggi  [6].  Zeolit  memilikki  ukuran  pori  tertentu  yang selektif  pada  proses  katalitik  [4].  Pemakaian  zeolit sebagai  katalis  telah  banyak  digunakan,  diantaranya digunakan  sebagai  katalis  untuk  kraking  trigliserol. Aktivitas  zeolit  sebagai  katalis  dapat  ditingkatkan dengan  modifikasi  zeolit  menjadi  katalis  sistem logam/zeolit.  Adanya  logam  aktif  pada  zeolit  akan memperbesar  luas  permukaan  dan  meningkatkan keasaman  katalis.  Untuk  meningkatkan  aktivitas  zeolit sebagai  katalis,  dilakukan  dispersi  logam  aktif  Ag  pada permukaan  zeolit,  sehingga  dapat  membantu  proses pirolisis  kulit  biji  jambu  mete.  Kumar dkk. [7]  telah melakukan  modifikasi  katalis  Ag/alumina  dengan  cara mengimpregnasi  larutan  logam  prekursor  AgNO 3 ke dalam  katalis  alumina.  Katalis  Ag/alumina  sebagai katalis  untuk  reduksi  senyawa  NOx  menjadi  N 2 yang dihasilkan dari kendaraan bertenaga diesel. Penelitian ini digunakan  katalis  Ag/Zeolit  yang  dibuat  dengan mengimpregnasi  larutan  logam  prekursor  AgNO 3 ke dalam katalis zeolit dengan harapan dapat menghasilkan produk  cair  lebih  banyak  dengan  senyawa  yang mempunyai  rantai  samping  lebih  pendek  pada  pirolisis kulit biji jambu mete.

## 2. Metodologi

## Alat dan Bahan
Peralatan  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini adalah  reaktor  pirolisis,  alat  gelas,  neraca  analitik  ALS 220-4N, furnace, desikator, GC-MS-QP2010S Shimadzu, Surface  Area  Analyzer NOVA  1000,  AAS.  Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah limbah kulit biji  jambu  mete,  akuades,  Asam  Flourida  1%,  Asam klorida  6  N,  Ammonium  klorida  0,1  N,  larutan  perak nitrat (AgNO 3 ), zeolit alam Bayat, Klaten, gas H 2 , gas N 2 , gas O 2 , campuran es dan garam.

## Prosedur Penelitian
Kulit  biji  jambu  mete  disortir  dan  dikeringkan dengan  cara  diletakkan  di  tempat  terbuka  dengan sirkulasi  udara  yang  baik  dan  tidak  terkena  sinar matahari secara langsung.
Preparasi katalis Ag/zeolit dilakukan dengan metode impregnasi. Tahapan-tahapan dalam metode impregnasi  sebagai  berikut:  AgNO 3 sebanyak  1,56  gram dilarutkan  dalam  akuades  yang  digunakan  sebagai larutan  prekursor  logam  katalis,  ditambahkan  pada penyangga  zeolit  sintetik  sebanyak  25  gram,. Pangadukan pada suhu kamar sehingga diperoleh larutan yang homogen Pengeringan pada suhu 120°C selama 12 jam. Kalsinasi pada suhu 600 °C selama 5 jam. Oksidasi pada 300 °C selama 3 jam Reduksi pada 300 ºC selama 3 jam.  Karakterisasi  katalis  Ag/zeolit  dilakukan  dengan Surface Area Analyzer (SAA), Spektroskopi Serapan Atom (AAS), dan uji keasamam katalis.
Seratus  lima  puluh  gram  kulit  biji  jambu  mete ditambahkan 1,5 gram katalis Ag/zeolit, lalu di aliri gas nitrogen (N 2 ), kemudian dipanaskan pada suhu 200, 250, 300,  350,  dan  400  °C.  Gas  hasil  porolisis  dialirkan  ke pendingin  campuran  es-garam.  Produk  cair  dianalisis dengan  GC-MS.  Hal  yang  sama  juga  dilakukan  dengan katalis zeolit alam teraktivasi.

## 3. Hasil dan Pembahasan

## Pembuatan dan karakterisasi katalis Ag/zeolit
Pembuatan  katalis  Ag/zeolit  dilakukan  dengan pendistribusian  logam  Ag  dari  larutan  garam  AgNO 3 , selanjutnya  dikalsinasi,  oksidasi,  dan  reduksi,  serta dilakukan  karakterisasi  katalis  yang  meliputi  luas permukaan,  volume  total  dan  rerata  jari  pori menggunakan surface area analyzer dan kandungan perak menggunakan AAS, serta analisis keasaman katalis
Uji keasaman bertujuan untuk menentukan tingkat keasaman  katalis.  Peningkatan  keasaman  katalis diharapkan  dapat  memberikan  media  yang  lebih  baik untuk  reaksi  katalitiknya.  Hasil  uji  keasaman  katalis ditunjukkan pada tabel dibawah ini:

## Tabel 1: Uji keasaman
Katalis Keasaman (mmol.g -1 ) Zeolit 0,329 Ag/Zeolit 0,658
Tabel  di  atas  menunjukkan  bahwa  terjadi peningkatan  keasaman  zeolit  sebesar  50%  setelah dilakukan  impregnasi  logam  Ag.  Hal  ini  menunjukkan bahwa  terdapat  pengaruh  logam  Ag  yang  telah diimpregnasikan  ke  dalam  zeolit,  dimana  logam  Ag mempunyai  orbital  d  kosong  yang  memungkinkan masuknya  pasangan  elektron  dari  molekul  amonia. Adanya  kenaikan  keasaman  menunjukkan  adanya peningkatan situs aktif pada zeolit. Dengan peningkatan situs asam, maka jumlah situs aktif juga bertambah.
Berdasarkan  hasil  analisis  AAS  dapat  diketahui bahwa katalis Ag/zeolit yang dibuat mengandung logam Ag  sebesar  0,6326%.  Jumlah  logam  Ag  yang terimpregnasi  lebih  kecil  dibandingkan  jumlah  awal logam  Ag  yang  diimpregnasikan.  Hal  ini  disebabkan karena  pada  proses  pengadukan  yang  belum  sempurna pada  saat  proses  impregnasi,  sehingga  masih  banyak logam yang menempel pada cawan. Menurut Qua dkk. [8] proses  oksidasi  pada  temperatur  rendah  juga berpengaruh  pada  kandungan  logam  Ag  yang terimpregnasi.
Hasil analisis luas permukaan spesifik, volume total pori, dan jejari rata  pori zeolit teraktivasi dan Ag/zeolit menggunakan Surface Analyzer NOVA 1000 dapat dilihat pada tabel di bawah ini:

## Tabel 2: Hasil analisis zeolit dan Ag/zeolit menggunakan
Surface Area Analyzer Katalis Luas Permukaan spesifik (m 2. g -1 ) Volume total pori (10 -3 cc.g -1 ) Jejari rata pori (Å) Zeolit 61,3420 41,1080 13,4030 Ag/zeolit 18,2305 12,2530 13,4420
Tabel  2  menunjukkan  bahwa  setelah  proses impregnasi  terjadi  penurunan  luas  permukaan  spesifik sebesar 70,28% , volume total pori sebesar 70,19%, dan kenaikan  jejari  rata  pori  sebesar  3,9%.  Hal  ini  terjadi dimungkinkan  karena  logam  Ag  yang  menumpuk  pada saluran pori zeolit karena jari-jari ion logam lebih kecil daripada  jari-jari  pori  zeolit,  sehingga  dimungkinkan proses  pendispersian  logam  tidak  merata  yang menyebabkan  terjadinya  penggumpalan  dan  menutupi pori zeolit.
Penelitian yang dilakukan  oleh Jeong dan Kang [9] menggunakan  logam  Ni  juga  menunjukkan  hal  yang sama,  setelah  impregnasi  logam  Ni  terjadi  penurunan luas  permukaan  spesifik.  Penggumpalan  ini  terjadi karena  terdapat  persaingan  antara  partikel  logam  Ag agar  dapat  berdifusi  ke  dalam  pori  zeolit.  Hal  ini  dapat menghalangi mulut pori, sehingga menyebabkan makin sedikit logam Ag yang dapat lolos dan berdifusi ke dalam pori zeolit. yang satu dengan yang lain.

## Pirolisis Kulit Biji Jambu Mete
Pirolisis katalitik kulit biji jambu mete menggunakan katalis Ag/zeolit dilakukan dalam reaktor dalam  kondisi inert dengan  mengalirkan  gas  N 2 selama proses  pirolisis  berlangsung.  Pirolisis  kulit  biji  jambu mete pada variasi temperatur didapatkan produk padat,
cair,  dan  gas.  Produk  cair  hasil  pirolisis  berupa  cairan bening berwarna coklat muda (fraksi air) dan hitam pekat (non air) dengan massa yang berbeda. Produk cair bening berwarna coklat muda merupakan air yang pertama kali keluar  pada  saat  proses  pirolisis  berlangsung.  Hasil pirolisis kulit biji jambu mete dapat dilihat pada gambar 1 dan 2:
Gambar 1. Grafik hasil pirolisis dengan katalis Ag/zeolit
Gambar 2. Grafik hasil pirolisis dengan katalis zeolit
Gambar  di  atas  menunjukkan  adanya  perubahan massa produk cair, padat, dan gas hasil pirolisis kulit biji jambu mete baik dengan katalis Ag/zeolit maupun zeolit pada  variasi  temperatur.  Produk  cair  terbentuk  apabila produk  gas  dapat  dikondensasikan  dalam  pendingin campuran  es  dan  garam  Hasil  pirolisis  kulit  biji  jambu mete diperoleh produk cair maksimum pada suhu 400 °C dengan konversi massa sebesar 21,5517% dan 23,6796% berturut-turut  dengan  katalis  Ag/zeolit  dan  katalis zeolit.  Produk  padat  pirolisis  katalitik  lebih  banyak daripada  produk  cair.  Sedangkan  produk  padat  hasil pirolisis  semakin  berkurang  seiring  dengan  kenaikan suhu. Hal ini disebabkan karena pada suhu tinggi, kulit biji  mete  dapat  mengalami  pemutusan  ikatan  secara optimal.
Perbandingan  konversi  massa  produk  cair  pirolisis dengan  katalis  Ag/zeolit  dengan  produk  cair  dengan katalis zeolit dapat diketahui pada gambar 3 di bawah ini:
Gambar 3. Grafik Konversi Massa Produk Cair vs Temperatur
Berdasarkan  grafik  di  atas  dapat  diketahui  bahwa konversi  massa  produk  cair  dari  pirolisis  dengan  zeolit lebih besar dibandingkan dengan pirolisis dengan katalis Ag/zeolit.  Produk  cair  pirolisis  dengan  zeolit  alam teraktivasi  lebih  banyak  dibandingkan  dengan  katalis Ag/zeolit.  Penambahan  logam  Ag  ke  dalam  bahan penyangga  zeolit  tidak  dapat  meningkatkan  aktivitas katalis.  Hal  ini  disebabkan  karena  situs  aktif  logam  Ag tidak  terdispersi  secara  merata  ke  seluruh  permukaan zeolit.
Produk yang dihasilkan dari proses pirolisis kulit biji jambu  mete  berupa  produk  cair  berwarna  hitam  pekat (fraksi  non  air).  Produk  ini  bukan  berupa  senyawa tunggal, tetapi berupa campuran dari beberapa senyawa karbon. Produk pirolisis dianalisis dengan kromatografi gas, diperoleh kromatogram seperti pada gambar 4 dan 5:
Gambar 4. Pirolisis dengan Ag/Zeolit
Gambar 5. Pirolisis dengan zeolit
Gambar 4 menunjukkan bahwa pada proses pirolisis kulit biji jambu mete dengan katalis Ag/zeolit pada suhu 400  °C  dihasilkan  jumlah  senyawa  sebanyak  tiga  belas senyawa  dengan  dua  puncak  utama  dan  enam  senyawa dengan  puncak  area  yang  sangat  kecil  pada  rentang waktu retensi antara 10 menit hingga 20 menit. Puncak tertinggi terjadi pada waktu retensi 20,877 menit dengan
kelimpahan  sebesar  72,28%  merupakan  senyawa 3- octylphenol.
Gambar  5  menunjukkan  bahwa  pirolisis  kulit  biji jambu  mete  dengan  katalis  zeolit  pada  suhu  400  °C dihasilkan dua belas senyawa dengan dua puncak utama dan tujuh senyawa dengan senyawa dengan puncak area yang  sangat  kecil  pada  rentang  waktu  retensi  antara  5 hingga  15  menit.  Puncak  tertinggi  terjadi  pada  waktu retensi  27,449  menit  dengan  kelimpahan  sebesar 77,04% merupakan senyawa 3-(pentadec-8-enyl)phenol.
Spektrum massa produk cair pirolisis menunjukkan bahwa senyawa hasil pirolisis dengan katalis zeolit alam teraktivasi merupakan senyawa 3-(pentadec-8- enyl)phenol .  Senyawa  hasil  pirolisis  dengan  katalis Ag/zeolit  berupa  senyawa 3-octylphenol .Senyawa tersebut  dimungkinkan  senyawa  turunan  dari  kardanol yang  merupakan  salah  satu  senyawa  yang  terkandung pada  kulit  biji  jambu  mete  dengan  komposisi  sebesar 10%,  apabila  digunakan  sebagai biofuel menghasilkan emisi rendah dengan harga relatif terjangkau [3].

## 4. Kesimpulan
Katalis  Ag/zeolit  yang  diperoleh  mempunyai  nilai keasaman  sebesar  0,658  mmol.g -1 ,  mengandung  logam Ag sebesar 0,6326%. Katalis mengalami penurunan luas permukaan spesifik  sebesar  70,28%  ,  volume  total  pori sebesar  70,19%,  dan  kenaikan  jejari  rata  pori  sebesar 3,9%  setelah  impregnasi  logam  Ag.  Semakin  tinggi temperatur  pirolisis,  semakin  banyak  konversi  massa produk  cair  yang  dihasilkan.  Temperatur  optimum pirolisis  kulit  biji  mete  yaitu  400  °C  dengan  katalis Ag/zeolit diperoleh konversi massa produk cair pirolisis sebesar  21,5517%  dihasilkan  senyawa 3-octylphenol kelimpahan  sebesar  72,28%  dan  katalis  zeolit  alam teraktivasi  dengan  konversi  massa  sebesar  23,6796% diperoleh  senyawa 3-(pentadec-8-enyl)phenol dengan kelimpahan sebesar 77,04%.

## 5. Daftar Pustaka
[1]  Alberto  J.  Tsamba,  Weihong  Yang,  Wlodzimierz Blasiak, Pyrolysis characteristics and global kinetics of  coconut  and  cashew  nut  shells, Fuel  Processing Technology , 87, 6, (2006) 523-530 http://dx.doi.org/10.1016/j.fuproc.2005.12.002 [2]  IN Simpen, Isolasi Cashew Nut Shell Liqiud dari kulit biji  mete  ( Anacardium  occidentale L)  dan  kajian beberapa  sifat  fisiko  kimianya,  Jurusan  Kimia, Universitas Udayana, Jimbaran, Bali
[3]  DN  Mallikappa,  RanaPratap  Reddy,  Ch  SN  Murthy, Performance  and  emission  characteristics  of stationary  CI  engine  with  cardnol  bio  fuel  blends, International  Journal  of  Scientific  &  Engineering Research , 2, 4, (2011) 104
[4]  Bruce  C  Gates,  James  R  Katzer,  George  CA  Schuit, Chemistry of catalytic processes, McGraw-Hill New York, 1979.
[5]  Didik Setiyo Widodo Widodo, Gunawan, Wahyu Adi Kristanto,  Elektroremediasi  Perairan  Tercemar: Penggunaan Grafit pada Elektrodekolorisasi Larutan Remazol Black B, Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi , 11 , 2, (2008) 34-37
[6]  Xiu S. Zhao, G. Q. Lu, Graeme J. Millar, Advances in Mesoporous  Molecular  Sieve  MCM-41, Industrial  &
Engineering Chemistry Research , 35, 7, (1996) 2075-
2090 http://dx.doi.org/10.1021/ie950702a
[7]  Pullur  Anil  Kumar,  Maddigapu  Pratap  Reddy,  Bae Hyun-Sook, Ha Heon Phil, Influence of Mg addition on the catalytic activity of alumina supported Ag for C3H6-SCR  of  NO, Catalysis  letters ,  131,  1-2,  (2009) 85-97 http://dx.doi.org/10.1007/s10562-009-
9895-0
[8]  Zhenping Qua, Mojie Cheng, Chuan Shi, Xinhe Bao, Influence  of  pretreatment  on  the  interaction  of oxygen  with  silver  and  the  catalytic  activity  of Ag/SiO2  catalysts  for  CO  selective  oxidation  in  H2, Journal of Natural Gas Chemistry , 14, 1, (2005) 4-12
[9]  Harim  Jeong,  Misook  Kang,  Hydrogen  production from  butane  steam  reforming  over  Ni/Ag  loaded MgAl  2  O  4  catalyst, Applied  Catalysis  B: Environmental , 95,
3, (2010) 446-455
http://dx.doi.org/10.1016/j.apcatb.2010.01.026