## Sintesis Dan Karakterisasi Katalis CaO/K 2 O dari Batu Gamping untuk Produksi Biodiesel
Synthesis and Characterization of CaO/K2O Catalyst from Limestone for Biodiesel Production
Faradisa Anindita 1 *, Dian Permana 2 , Hasriani Said 1
1 Program Studi Kimia, Universitas Sembilanbelas November Kolaka.
2 Program Studi Pendidikan Kimia, Universitas Sembilanbelas November Kolaka

## A B S T R A K
Dalam penelitian ini, kami melaporkan katalis basa heterogen CaO/K2O yang disintesis dan dikarakterisasi dari  batu gamping  untuk transesterifikasi minyak jelantah menjadi biodiesel. Konversi batu gamping menjadi katalis CaO melalui kalsinasi pada suhu 1000°C selama 3 jam. Katalis CaO/K2O dibuat dengan metode impregnasi CaO oleh KOH. Katalis dikarakterisasi dengan menggunakan instrumen X-Ray Diffraction (XRD) dan Scanning Electron Microscopy-Energy Dispersive X-Ray (SEM-EDX). Katalis CaO/K2O dibandingkan dengan katalis CaO untuk mempelajari aktivitasnya dalam proses transesterifikasi dalam kondisi yang sesuai (suhu reaksi 65ºC, pemuatan katalis 5% berat, rasio molar minyak terhadap metanol 1:2, dan waktu reaksi 2 jam). Hasil pengujian katalis menunjukkan aktivitas katalitik dengan rendemen Fatty Acid Methyl Ester (FAME) sebesar 65,2 %. Penggabungan K2O ke dalam katalis CaO meningkatkan sifat kebasaan sehingga meningkatkan aktivitas katalitik transesterifikasi.

## A B S T R A C T
In this study, we report the synthesis and characterization of a heterogeneous base-catalyzed CaO/K2O from limestone for the transesterification of used cooking oil to biodiesel. Conversion of limestone to CaO catalyst by calcination at 1000°C for 3 hours. CaO/K2O catalyst was prepared by impregnation method of CaO with KOH. The catalysts were characterized using X-Ray Diffraction (XRD) and Scanning Electron Microscope Energy Dispersive X-Ray (SEM-EDX) instruments. The catalysts were compared with CaO and CaO/K2O catalysts and their activity in the transesterification process under suitable conditions (reaction temperature of 65 °C, catalyst loading of 5 wt%, oil to methanol molar ratio of 1:2, and reaction time 2 hours). Catalytic tests showed catalytic activity with a fatty acid methyl ester (FAME) yield of 65.2%. Incorporation of K2O into the CaO catalyst increased its basicity and thus enhanced its transesterification catalytic activity.

## I N F O    A R T I K E L
Received: 20 M ay 2023;
Revised: 25 May 2023; Accepted: 01 June 2023
* coresponding author: faradisaanindita66@gmail.com D OI: https://doi.org/10.22437/jisic.v15i1.25254

## Vol. 15
No. 1 JUNE 2023
Kata kunci/keyword: Batu gamping, biodiesel, impregnasi, katalis, minyak jelantah, biodiesel; catalyst; impregnation; limestone; waste coocking oil .

## PENDAHULUAN
Pada umumnya katalis homogen digunakan untuk produksi biodiesel seperti KOH dan NaOH, namun hal ini menimbulkan masalah karena produk yang dihasilkan masih mengandung katalis dan dapat menyebabkan reaksi samping yang tidak diinginkan. Sehingga, salah satu alternatif yang lebih baik adalah penggunaan katalis heterogen (Lestari, 2019).
Katalis heterogen lebih disukai daripada katalis homogen karena lebih ramah lingkungan dan mudah dipisahkan dari produk (Dossin, 2006). Kalsium oksida (CaO) adalah salah satu katalis heterogen yang banyak dikaji karena aktivitas katalitiknya yang sangat baik dalam reaksi transesterifikasi, ketersediaan melimpah, biaya rendah, dan dapat diperoleh dari bahan galian alam. Katalis CaO umumnya dihasilkan dari dekomposisi kalsium karbonat (CaCO 3 ) pada suhu tinggi antara 600 dan 1000 °C (Febriana 2022). CaCO 3 dapat diekstraksi dari banyak zat atau bahan alami seperti cangkang telur ayam (Ngaosuwan, 2021), tulang ikan (Lesbani, 2016), dan batugamping (Hamid, 2023). Batugamping merupakan  mineral yang ketersediaannya di alam terbuang sia-sia dan terdiri dari kalsium dan magnesium dalam bentuk dolomit CaMg(CO 3 ) 2 (Widiarti, 2021). Selain itu, ketersediaan tambang kapur di Indonesia khususnya di Pulau Buton sangat melimpah. Sehingga dapat digunakan sebagai katalis heterogen untuk produksi biodiesel.
Katalis CaO memiliki kelemahan yaitu mudah bereaksi dengan udara dan uap air yang akan membentuk Ca(OH) 2 , sehingga
menyebabkan penurunan aktivitas katalitiknya. Oleh karena itu, perlu dilakukan penyisipan  logam lain kedalam katalis CaO untuk meningkatkan aktivitas katalitiknya, salah satu metodenya adalah  impregnasi basah (Kesic, 2016).
Penelitian sebelumnya telah dilakukan oleh Oko dan Feri (2019) yang mensintesis biodiesel dari minyak jarak dengan katalis CaO/K 2 O dari cangkang telur, menghasilkan yield sebesar 96%. Bazhdan (2021) juga melakukan sintesis katalis CaO nanopartikel yang diimpregnasi dengan KOH untuk produksi biodiesel dari minyak zaitun menghasilkan konversi biodiesel dengan yield 99%. Selanjutnya simpan  (2021) juga menggunakan katalis CaO dari cangkang kepiting yang dimodifikasi dengan K 2 CO 3 dan TiO 2 juga menunjukkan performa katalis yang baik untuk diaplikasikan pada produksi biodiesel dari minyak jelantah.
Berdasarkan uraian tersebut, maka dalam penelitian ini difokuskan untuk melakukan sintesis dan karakterisasi katalis basa heterogen CaO melalui impregnasi KOH dari batu gamping. KOH merupakan basa kuat yang biasa digunakan menjadi katalis homogen dalam reaksi transesterifikasi FAME, sehingga penelitian ini akan menjadi sumber logam kalium yang memiliki sifat kebasaan tinggi   yang dapat meningkatkan aktivitas katalitik transesterifikasi. Penelitian ini diharapkan dapat memberikan kontribusi pada pengembangan teknologi produksi biodiesel dengan katalis heterogen yang ramah lingkungan.

## METODE PENELITIAN
Sintesis Kalsium Oksida (CaO) Kalsium oksida disintesis dari batu gamping asal Buton Tengah. Sampel batu gamping sebanyak 155 g dicuci bersih menggunakan air, dan keringkan pada suhu 105°C selama 24 jam, selanjutnya dihaluskan dan diayak menggunakan ayakan 100 mesh. Setelah diayak, batu gamping dikalsinasi pada suhu 1000°C selama 3 jam. Kalsium oksida yang telah disintesis dikarakterisasi uji kebasaan dan uji XRD.
Sintesis Katalis CaO/K 2 O Melalui Impregnasi KOH Metode sintesis katalis CaO/K 2 O dari batu gamping yang digunakan merujuk pada metode penelitian Oko dan Feri (2019) yang telah dimodifikasi. Katalis CaO yang telah dikalsinasi diimpregnasi menggunakan larutan KOH 11%. Sebanyak 100 g katalis CaO dimasukan kedalam campuran 500 akuades dan 50 mL KOH sambil diaduk menggunakan mangnetik stirer selama 3 jam. Campuran tersebut kemudian disaring menggunakan kertas saring sambil dicuci
menggunakan akuades hingga berwarna bening. Residu dari hasil filtrasi dikeringkan menggunakan oven pada suhu 105°C selama 24 jam, dan dikalsinasi kembali pada suhu 500°C selama 5 jam. Katalis yang telah disintesis kemudian dikarakteriasi uji kebasaan, uji XRD dan uji SEM-EDX.
Uji Aktivitas Katalitik Uji aktivitas katalis CaO/K 2 O dilakukan untuk pembuatan biodiesel berbahan dasar minyak jelantah. Katalis yang telah disintesis tersebut dimasukan kedalam labu leher tiga dengan konsentrasi 5%, kemudian ditambah minyak:metanol 1:2. Campuran tersebut direfluk pada suhu 65°C selama 2 jam. Setelah direfluks, campuran tersebut dipindahkan kedalam corong pisah dan didiamkan sampai terbentuk dua lapisan. Lapisan bagian atas dipisahkan, dan dicuci dengan air bersuhu 80°C. Lapisan atas dan bawah yang terbentuk dipisahkan, dan diuapkan kandungan air yang tersisa pada lapisan atas dengan suhu 105°C selama 30 menit.

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Kalsium Oksida dari Batu Gamping
Berdasarkan hasil kalsinasi awal dalam furnace pada suhu 1000°C selama 3 jam dapat diketahui bahwa sampel batu gamping mengalami pengurangan jumlah sebesar  40,35% dari 155 g menjadi 92,45 g serta berwarna putih seluruhnya yang menandakan kalsium oksida telah terbentuk sempurna. Penurunan jumlah katalis ini disebabkan karena penguraian senyawa CaCO 3 menjadi CaO dan CO 2 (Malau, 2020).
Katalis CaO/K 2 O
Sintesis katalis CaO/K 2 O dilakukan melalui metode impregnasi CaO menggunakan larutan KOH 11%. Impregnasi adalah proses yang dapat menaikan aktivitas katalitik katalis, yang dilakukan dengan memasukan komponen aktif logam kedalam material support (Suryanto, 2020). Logam yang digunakan adalah logam alkali kalium yang memiliki sifat kebasaan yang tinggi sehingga dapat meningkatkan kebasaan dari kalsium oksida. Kalsinasi dilakukan sebanyak 2 kali dengan tujuan untuk
mendekomposisi KOH membentuk K 2 O dan 2H 2 .
Kalsinasi kedua menghasilkan  massa katalis telah berkurang 32.3%. Pengurangan massa ini menandakan KOH telah bereaksi dengan karbon membentuk K 2 O.

## Kebasaan Katalis
Hasil pengujian kebasaan menggunakan indikator universal menunjukkan CaO mempunyai pH 12, sedangkan pada katalis CaO/K 2 O memiliki pH 13. Hal ini menunjukan terdapat peningkatan sifat kebasaan katalis akibat penyusupan logam kalium melalui metode impregnasi.

## Karakterisasi  XRD
Hasil XRD yang diujikan pada sampel batu gamping, CaO, dan CaO/K 2 O masing-masing ditampilkan pada Gambar 1. Difragtogram batu gamping menunjukan intensitas kuat pada  29.41º, 29.49º, 39.42º, 43.16º, 47.52º, 48.5º, dan 48.64º. Puncak ini merupakan puncak khas pada senyawa CaCO 3 , dimana jika dibandingkan dengan data JCPDS untuk CaCO 3 muncul pada puncak 29.4º, 39.4º, 43.2º, 47.4º, dan 48.5º. Sementara Pola XRD pada batu gamping yang telah dikalsinasi pada 1000ºC selama 3 jam  menghasilkan spektrum yang tajam dengan kristalinitas yang tinggi muncul pada sudut  2θ  32.12º,  37.27º,  37.38º,  53.79º, 53.96º. Sudut ini menunjukkan senyawa CaO yang telah berhasil terbentuk sesuai dengan data JCPDS CaO muncul pada 32.2º, 37.35º, dan 58.3º. Pada Katalis CaO/K 2 O, K 2 O muncul  pada  2θ  28.64º  dengan  intensitas relatif 7.05% (JCPDS File No. 47-1701), hal ini berarti, kristal K 2 O telah masuk ke dalam struktur CaO. Kecilnya intensitasi puncak K 2 O disebabkan karena konsentrasi sampel
yang kecil. Hal ini sejalan dengan penelitian Simpen (2021) bahwa K 2 O muncul pada sudut 28.57º dengan intensitas kecil.
Gambar 1. Difragtogram batu gamping, CaO, dan CaO/K 2 O

## Morfologi Katalis
Morfologi katalis dilakukan dengan pengukuran SEM. Morfologi batu gamping, CaO, dan CaO/K 2 O ditunjukkan pada gambar 2. Pada gambar 2a dan 2b morfologi permukaan batu gamping sebelum dilakukan kalsinasi dengan pembesaran 5000x dan 10000x, tampak bahwa ukuran partikel yang cukup besar, memiliki bentuk kubik dan tidak beragam, dan tidak terdapat rongga atau pori- pori pada permukaan sampel. Sementara pada gambar 2c dan 2d menunjukkan morfologi permukaan CaO dimana ukuran partikel terlihat lebih kecil dan telah terbentuk rongga atau pori-pori pada permukaan, serta memiliki bentuk yang lebih seragam. Selanjutnya pada gambar 2e dan 2f memperlihatkan morfologi katalis CaO/K 2 O, dapat diamati katalis berbentuk kubik dan ukuran partikel yang semakin kecil dan beraturan. Pada permukaan katalis dapat diamati rongga antar partikel katalis semakin
besar. Partikel KOH yang sangat terdispersi dalam struktur CaO hampir tidak dapat dibedakan dengan partikel K 2 O.
(a) (b) (c) (d) (e) (f)
Gambar 2. Morfologi permukaan (a) batu gamping pembesaran 5000x (b) batu gamping pembesaran 10000x (c) CaO pembesaran 5000x (d) CaO pembesaran 10000x (e) CaO/K 2 O pembesaran 5000x (f) CaO/K 2 O pembesaran 10000x

## Karakterisasi EDX
Spektrum EDX ditampilkan pada gambar 3. Gambar tersebut menunjukkan bahwa katalis terdiri dari unsur-unsur Ca, C, O, dan K, masing-masing sebesar 45.16% 13.34%, 40.22%, dan 01.27%. Berdasarkan data tersebut membuktikan bahwa logam kalium berhasil terimpregnasi ke dalam pori- pori CaO. Hal ini juga didukung oleh morfologi katalis yang dikarakterisasi
menggunakan SEM (Gambar 2). Kadar logam kalium yang rendah pada hasil EDX disebabkan kecilnya konsentrasi KOH yang digunakan, hal ini juga didukung oleh intensitas K 2 O yang muncul spektrum XRD yang rendah (Gambar 1). Adanya unsur karbon pada data tersebut disebabkan katalis mengalami reaksi dengan uap air dan udara yang mengandung CO 2 sehingga membentuk CaCO 3 kembali (Kesic, 2016).
Gambar 3. Data EDX katalis CaO/K 2 O

## Aktivitas Katalis pada Produksi Biodiesel
Kinerja  katalis CaO/K 2 O pada transesterifikasi minyak jelantah menjadi biodiesel tercantum dalam Tabel 1. Yield biodiesel yang dihasilkan meningkat 42.9% dengan penambahan katalis CaO/K 2 O 5% jika dibandingkan hanya menggunakan katalis CaO.
Tabel 1. Yield biodiesel katalis CaO dan
CaO/K 2 O Katalis Yield (%) CaO
45.6 CaO/K 2 O 65.2
Peningkatan yield FAME (biodiesel) yang signifikan ini disebabkan oleh peningkatan kebasaan katalis dan luas permukaan dengan peran doping K 2 O seperti yang terlihat pada hasil karakterisasi
menggunakan XRD dan SEM. Penggabungan K 2 O pada katalis CaO menunjukkan aktivitas katalitik yang tinggi pada proses transesterifikasi mungkin karena adanya situs dasar yang kuat. Peneliti sebelumnya menemukan bahwa ikatan O-K dapat meningkatkan aktivitas katalis dalam
proses transesterifikasi (Xie, 2006). Performa katalis ini tidak jauh berbeda jika dibandingkan dengan hasil penelitian Simpen (2021) dengan menggunakan katalis CaO/K 2 O bersumber dari cangkang kepiting yang memperoleh yield biodiesel sebesar 65,03% dari minyak jelantah.

## KESIMPULAN
Katalis CaO/K 2 O telah berhasil disintesis dari  batu gamping asal Buton Tengah dengan metode impregnasi KOH. Karakteristik katalis ini memiliki sifat kebasaan dan kristalinitias yang tinggi
dengan bentuk morfologi yang seragam. Katalis dengan konsentrasi 5%  menunjukkan aktivitas katalitik yang menjanjikan pada proses transesterifikasi dengan yield FAME sebesar 65.2%.

## DAFTAR RUJUKAN
Bazhdan, E., Tamjidi, S., Rouhi, P., & Esmaeili, H. (2021). Synthesis of KOH@ CaO Catalyst by Sol-gel Method for Highly Efficient Biodiesel Production from Olive Oil. Physical Chemistry Research, 9(1), 43-55.
Dossin, T. F., Reyniers, M. F., Berger, R. J., & Marin, G. B. (2006). Simulation of heterogeneously MgO-catalyzed transesterification for fine-chemical and biodiesel industrial production. Applied Catalysis B: Environmental , 67 (1-2), 136-148.
Febriana, I. D., Hamid, A., Jakfar, A.,
Abdullah, M., Rohmah, F., Purbaningtias, T. E., ... & Wijaya, S. D. (2022). Pemanfaatan Batu Kapur Madura sebagai Katalis dalam Pembuatan Bioedesel dari Minyak Nyamplung. Indonesian Journal of Chemical Analysis (IJCA) , 5 (1), 09-17.
Hamid, A., Jakfar, A., Romaniyah, S. B., Febriana, I. D., Abdullah, M., Rahmawati, Z., & Prasetyoko, D. (2023). Transesterification of Waste Cooking Oil using CaO Catalyst Derived from Madura Limestone for Biodiesel Production and Its Application in Diesel Engine. Automotive Experiences , 6 (1), 80-93.
Kesić, Ž., Lukić, I., Zdujić, M., Mojović, L., & Skala, D. (2016). Calcium oxide based catalysts for biodiesel production: A review. Chemical Industry & Chemical Engineering Quarterly , 22 (4), 391-408.
Lesbani, A., Sitompul, S. O. C., Mohadi, R., & Hidayati, N. (2016). Characterization and utilization of calcium oxide (CaO) thermally decomposed from fish bones as a catalyst in the production of biodiesel from waste cooking oil. Makara Journal of Technology , 20 (3), 3.
Lestari, P. P. (2019). Biodiesel Dari Sawit Dengan Katalis Kalsinasi Cangkang Kerang Darah. Ready Star , 2 (1), 37-43.
Malau, N. D., & Adinugraha, F. (2020). Penentuan suhu kalsinasi optimum CaO dari cangkang telur bebek dan cangkang telur burung puyuh. Jurnal EduMatSains , 4 (2), 193-202.
Ngaosuwan, K., Chaiyariyakul, W., Inthong, O., Kiatkittipong, W., Wongsawaeng, D., & Assabumrungrat, S. (2021). La 2 O 3 /CaO catalyst derived from eggshells: Effects of preparation method and La content on textural properties and catalytic activity for transesterification. Catalysis Communications , 149 , 106247.
Simpen, I. N., Negara, I. M. S., & Ratnayani, O. (2021). Karakteristik Fisiko-Kimia Katalis Heterogen Cao-Base dan Pemanfaatannya Untuk Konversi Minyak Goreng Bekas Secara Sinambung Menjadi Biodiesel. Jurnal Kimia (Journal of Chemistry) , 15 (2).
Suryanto, A. (2020). Preparasi Katalis Dari Cangkang Telur Dengan Metode Impregnasi Untuk Pembuatan Biodiesel Dari Minyak Kelapa. Journal of Chemical Process Engineering , 5 (1), 40-44.
Widiarti, N., Bahruji, H., Holilah, H., Ni’mah, Y. L., Ediati, R., Santoso, E., ... & Prasetyoko, D. (2021). Upgrading catalytic activity of NiO/CaO/MgO from natural limestone as catalysts for transesterification of coconut oil to biodiesel. Biomass Conversion and Biorefinery , 1-15.
Xie, W., Peng, H., & Chen, L. (2006). Transesterification of soybean oil catalyzed by potassium loaded on alumina as a solid-base catalyst. Applied Catalysis A: General , 300 (1), 67-74.