## TRIMETIL BORAK DENGAN ACTIVATED ALUMINA SEBAGAI PENYERAP AIR
Nyoman Sri Widari, Agung Rasmito*), Munirul Ikhwan
Program Studi Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas WR Supratman Surabaya Jl. Arif Rahman Hakim 14 Surabaya 60111 Email : ag-rasmito@yahoo.co.id

## Abstrak
Trimetil borak banyak digunakan  sebagai aditif dalam cairan hidrolik dan pelumas, pengawet kayu, katalis polimerisasi, dalam proses pengelasan bersih,  dan sintesis organik  Proses produkasinya menggunakan bahan baku seperti tingkal, asam borak, borak oxida dan metanol. Tujuan dari penelitian ini adalah  memberi informasi agar mendapatkan produk trimetil borak dalam jumlah maksimal   dengan metode reaksi methanol langsung yaitu mereaksikan secara langsung antara asam borak dengan metanol dengan rasio mol asam borak dibanding metanol adalah 1:6, 1: 9, 1:12 , 1:15 dan 1: 18 pada suhu operasi 70°C, 80°C, 90°C, tekanan 1 atmosfer, lama proses 8 jam tanpa menggunakan katalis yang mana larutan dalam reaktor disirkulasi melewati bahan penyerap air berupa activated alumina berbentuk granul. Hasil  proses reaksi dianalisa kadar trimetil boraknya dengan metode titrasi.  Dari hasil penelitian menunjukkan konversi bahan baku asam borak paling tinggi terjadi pada reaksi dengan rasio mol asam borat dibanding metanol yaitu 1:15 dengan suhu reaksi 80°C didapatkan  hasil 68.6 %.
Kata kunci : activated alumina.; asam borak; methanol;trimetil borak

## MTRIMETHYL BORAK WITH ACTIVATED ALUMINA AS WATER ABSORBER

## Abstract
Trimethyl   borax   is   widely   used   as   an   additive   in   hydraulic   fluids   and   lubricants,   wood   preservatives, polymerization catalysts, clean welding processes, and organic synthesis.  The production process uses raw materials such as tingkal, boric acid, boric oxide and methanol. This study aims to provide information in order to get the maximum amount of trimethyl borac products with the direct methanol reaction method which reacted directly between boric acid and methanol with a mole ratio of boric acid compared to methanol is 1: 6, 1: 9, 1:12, 1 : 15 and 1: 18 at operating temperatures of 70°C, 80°C, 90°C, 1 atmospheric pressure, 8-hour long process without a catalyst in which the solution in the reactor circulated through the water absorbent material in the form of activated alumina in the form of granules. The results of the reaction process are analyzed for trimethyl borax levels by titration method. The result shows that the highest conversion of boric acid raw materials occurred in the reaction with a mole ratio of boric acid compared to methanol 1:15 with a reaction temperature of 80°C, the result was 68.6%.
Keywords: activated alumina; borethyl trimethyl; boric acid; methanol

## PENDAHULUAN
Esterifikasi   adalah   reaksi   antara   suatu   asam karboksilat  dengan  alkohol   menjadi   suatu  ester  dan umumnya   memakai   katalis   asam,   disebut   juga Esterifikasi   Fischer.  Reaksi   esterifikasi   adalah merupakan  salah satu bentuk reaksi  reversibel  yang sangat lambat, tetapi apabila digunakan katalis asam mineral seperti asam sulfat (H 2 SO 4 ) dan asam klorida
(HCl)   maka   kesetimbangan   dengan   mudah   tercapai dalam waktu yang cepat. Adapun reaksi umum dalam pembentukan   ester   dapat  dinyatakan   dengan persamaan berikut:
RCOOH + R 1 OH ↔ RCOOR 1 + H 2 O                 (1)
Laju   reaksi   esterifikasi   dari   suatu   asam   karboksilat sangat bergantung pada halangan sterik yan ada pada
Nyoman  Sri Widari, Agung  Rasmito*), Munirul  Ikhwan:  Trimetil  borak  dengan  activated alumina sebagai penyerap air
alcohol   dan   asam   karboksilatnya.   Dengan   semakin banyaknya  halangan sterik di dalam zat antara, maka laju   pembentukkan   ester   akan   menurun   dengan demikian   rendemen   ester   pun   menjadi   berkurang. Selain   itu   reaksi   esterifikasi   juga   dipengaruhi beberapa   factor,   diantaranya   struktur   molekul   dari reaktan dalam hal ini adalah karboksitat dan alkohol, suhu reaksi, konsentrasi dari masing masing reaktan maupun pemakaian katalis.
Trimetil borak adalah senyawa kimia termasuk jenis   senyawa   organik,   salah   satu   janis   dari organoboron.   Trimetil   borak   merupakan   bahan pembuat  sodium borohidride dan termasuk senyawa yang   biasa   dipakai   dalam   industri   kimia   organik sebagai  reagent.  Trimetil borak merupakan senyawa organoboron dengan rumus   B (OCH 3 ) 3 . Senyawa ini merupakan cairan tak berwarna dan bila dibakar  akan menghasilkan   nyala   hijau   ( Brotherton,   2000) .     Gas Trimetil  borak berfungsi sebagai anti-oksidan dalam brazing (proses patri) dan sebagi  fluks pada solder. Selain itu juga digunakan sebagai pelarut untuk wax, resin,   minyak,   katalis   dalam   pembuatan   keton, analisis bahan pelembab & pernis dan sebagainya.
Trimetil   borak   juga   digunakan     sebagai     zat antara   dalam   pembuatan     senyawa   borohidrida   dan merupakan   pereaksi   yang   populer   dalam   kimia organik. Trimethyl borak tergolong dalam ester yang dapat diperoleh dengan memanaskan asam borak atau boron   oksida   dengan   alkohol   (methanol)   dalam kondisi   dimana   air   dari   hasil   reaksi   harus   segera dikeluarka   dan   jika   tidak Trimetil   borak   akan terdekomposisi seketika bila bersentuhan dengan air, (Brotherton, 2000)
Schlesinger  at  All (1953) mengatakan  bahwa dengan menggunakan Tinkal (Na 2 B 4 O 7 .10H 2 O), asam borak   (H 3 B0 3 ),   atau   boron   oksida   (B 2 O 3 )   bila direaksikan   dengan   metanol   dalam   autoklaf   dapat menghasilkan   trimetil   borak   atau   trimetil   borak metanol azeotropik. Ketika Tinkal digunakan sebagai sumber boron, asam anorganik (misalnya, H 2 SO 4 ) atau senyawa   asam   lainnya   harus   digunakan   bersama dengan   metanol.   Reaksi   diharapkan   terjadi   ketika asam borak atau boron oksida dimasukkan ke dalam reaksi dengan methanol
B 2 O 3 + 6CH 3 OH            2B(OCH 3 ) 3  \ +3  H 2 O    (2)
Namun,   sebagai   hasil   dari   reaksi   (2),   trimetil borak   metanol   azeotropik   terbentuk   dengan   hasil 71,6%, bukan trimetil borak murni. Ketika rasio molar metanol   dengan   borak   dalam   reaksi   (2)   meningkat menjadi 4:1, akan terjadi reaksi yang berbeda dimana hasil   azeotropik   trimetil   borak   metanol   meningkat menjadi 80% .
H 3 BO 3 + 4CH 3 OH           B(OCH 3 ) 3 CH 3 OH+3H 2 O        (3 )
Reaksi (3) bersifat eksotermik dan suhu reaksi melebihi 70°C. Oleh karena itu menurut Schlesinger perlu untuk mengontrol  suhu lingkungan  dan untuk
menghindari suhu melebihi sekitar 70°C Agar reaksi (3) berlangsung dalam waktu yang lebih singkat, suhu harus   dinaikkan   di   atas   54°C   dengan   tujuan   untuk menghilangkan   air   yang   terbentuk   secara   terus menerus   karena   adanya   reaksi   di   reaktor.   Ketika trimetil   borak   -metanol   azeotrop   yang   dihasilkan secara kontinyu  dikeluarkan dari reaktor, jumlah air yang   dihasilkan   sebagai   hasil   dari   reaksi   relatif meningkat.   Untuk   menyerap   air   dari   hasil   reaksi diatas dapat digunakan  magnesium sulfat, seng sulfat atau   dengan   menggunakan   resin   kationik   asam bernama Zeo-Kab H.
Menurut Appel,FJ (1940) trimetil borak dapat dibuat   secara   langsung   dengan   mereaksikan   asam borak dan metanol. Komposisi bahan dalam reaktor lebih disarankan metanol berlebih. Skema prosesnya adalah   dengan   mencampurkan   asam   borak   dan metanol   berlebih   didalam   bejana   penyulingan   yang dilengkapi dengan kolom kondensor, dan penampung hasil. Tabung kalsium klorida dipasang pada ventilasi penerima   untuk   mencegah   hidrolisis   produk. Selanjutnya   hasil   trimetil   borak     azeotrop   dengan metanol didestilasi ulang untuk mendapat konsentrasi yang lebih tinggi di dalam reaktor (bejana destilasi) dengan meninggalkan air, metanol berlebih serta asam borak   yang   tidak   bereaksi.   Dari     metode   ini   bisa dihasilkan   trimetil  borak   dengan   konsentrasi  sekitar 75,7 %. Rasio mol bahan metanol:asam borak diatas 12:1 konversi bahan baku bisa mencapai 80 %.
Sedangkan   Chiras,   SJ   (1960)   mengatakan bahwa     mengatakan     produk   sampingan   berupa   air dari   hasil   reaksi   harus   dikeluarkan   secara   efektif, karena   jika   hanya   trimetil   borak   saja   yang dikeluarkan,   konsentrasi   air   dalam   reaktor   akan semakin   tinggi,   sehingga     menyebabkan   laju   reaksi hidrolisis   trimetil   borak   sama   dengan   laju pembentukan trimetil borak. Dalam produksi trimetil borak, sistem penyulingan gabungan lebih disarankan dan digunakan alat khusus seperti agen pengering dan. Laju esterifikasi bisa dipercepat dengan mengkontak- kan campuran dalam reaktor dengan resin penukar ion (ion exchange sulfonated cationic resin). Penggunaan katalis   asam   (asam   sulfat)   hanya   sedikit   mempe- ngaruhi laju reaksi. Rasio reaktan antara asam borak dan   metanol   sebaiknya   lebih   tinggi   dari   1:3   dan disarankan 1:8
Sedangkan   menurut   Schechter,   WH   (1954), trimetil borak bisa dibuat dari reaksi asam borak atau borak   oxide   dengan   metanol.   Destilasi   ualng   pada produk bisa menghasilkan konsentrasi trimertil borak antara   70-72%.   Untuk   memurnikan   hasil   trimetil borak   bisa   menggunakan   agen   pengering   seperti H 2 SO 4 , CaCl 2 dan LiCl. LiCl dikatakan  paling mudah diaplikasikan   tetapi   harganya   mahal.   Untuk mendapatkan hasil maksimum, berbagai faktor harus dioptimalkan   antara   lain   perbandingan   reaktan, kontrol   suhu,   pembatasan   campuran   dalam   reaktor, dan   proses   vakum.   Pada     tekanan   atmosfir   hasil produksi   cenderung   berkurang.   Hasil   proses   tinggi dapat   diperoleh   dengan   penyulingan   vakum   pada
tekanan   antara   2   sampai   5inHg.   Proses   reaksinya merupakan   proses   eksotermik,   suhu   reaksi   bisa mencapai 70 o C atau lebih. Reaksi pada suhu rendah membuat   laju  reaksinya   menjadi   lambat.   Campuran 140   gram   oksida   borak   dan   96   gram   methanol ,konversi bahan bakunya mencapai 70 – 71%
Tujuan   penelitian   ini   adalah   untuk   dapat memberikan informasi mengenai  pembuatan trimetil borak agar mendapatkan produk trimetil borak dalam jumlah yang maksimal dengan menggunakan metode methanol   langsung   yaitu   dengan   cara   mereaksikan methanol berlebih dengan asam borak didalam reaktor yang  dilengkapi  desicent    dengan activated alumina sebagai   penyerap   air.   Penelitian   ini   merupakan pengembangan   dari   beberapa   paten   mengenai pembuatan trimetric borak.

## METODE  PENELITIAN Bahan
Bahan-bahan yang dipakai pada penelitian ini adalah   :   asam   borak   granular   dengan   kemurnian 99,9%, metanol teknis kemurnian 99.9%, D-Manitol bubuk, larutan NaOH 0.1 M , indikator bromokresol purple , activated alumina.

## Alat
Peralatan   yang   dipakai   dalam   penelitian   ini yaitu : reactor trimetil borak, hydrometer, erlenmeyer, pipet volum, buret dan gelas ukur.

## Variabel Penelitian
Variabel   terkendali   penelitian   ini     ditetapkan kondisi   reaktor   sebagai   berikut:     Suhu   pendinginan 20 o C, Kecepatan putaran pengaduk ± 200rpm, kondisi operasi  tekanan  atmosfir, kolom destilasi  mengguna kan bioball packing, larutan dalam reaktor disirkulasi melewati   desicant   (penyerap   air)   dengan   bahan activated   alumina   A 2 lO 3 .   nH 2 O   (0<n≤8) Variabel bebas yang digunakan yaitu :Rasio mol reaktan (asam borak : metanol): 1 ; 6; 1: 9; 1: 12; 1: 15; 1: 18 Suhu reaksi   :   90 o C,   80 o C,   70 o C   Variabel   terikat   yaitu variable yang diperoleh terkait dengan variable bebas yang dijalankan yaitu banyaknya trimetil borak yang diperoleh.
Alat
Gambar 1. Skema reaktor TMB
Keterangan :
a. Pemanas dengan pengaduk
b. Labu destilasi kapasitas
2 liter
c. Konnector dengan flow back out d. D1 dan D2 termometer Kolom e. Kondensor leibig f. Air pendingin g. Penampung produk
h. Penampung flow back kondensat i. Desicant

## Prosedur:
Siapkan   bahan   percobaan   asam   borat   dan metanol dengan ratio mol sebagai berikut : 1: 6, 1: 9; 1: 12; 1:15: 1:18 . Nyalakan chiller (pendingin) dan setting   suhu   pada   20 o C,   Isi   tabung   penyerap   air dengan activated alumina, volume tabung ± 20 liter. Nyalakan reaktor, setting suhu jaket pemanas 85±5 o C Masukkan   bahan   dengan   urutan   sebagai   berikut   : masukkan metanol ke dalam reactor, nyalakan motor pengaduk reaktor serta masukkan asam borat sedikit demi   sedikit.   Kemudian   tutup   rapat   lubang   input bahan   pada   reaktor.   Setelah   suhu   dalam reaktor   mencapai   60 o C   nyalakan   pompa   sirkulasi menuju tabung penyerap air.
Hasil   proses   akan   tertampung   pada   tabung penampung , jika alarm  level larutan dalam reaktor berbunyi   berarti   isi   dalam   reaktor   sudah   mencapai titik minimal dan proses otomatis dihentikan. Matikan pompa   sirkulasi,   motor   pengaduk   dan   pemanas. Tunggu   sampai   suhu   larutan   dalam   reaktor   turun menjadi 30 o C Keluarkan   hasil   proses   dari   tabung   penam- pung, ukur volumenya dan analisa kandungan trimetil borat.   Keluarkan   sisa   bahan   dalam   reaktor,   ukur volumenya  dan  analisa kandungan  asam  borat. Jika masih ada endapan asam borat, di saring dikeringkan lalu timbang beratnya. Lakukan proses untuk skema rasio mol berikutnya :

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Dari percobaan yang sudah dilakukan terhadap proses dengan reaksi memakai rasio mol asam borat dengan metanol 1:6, 1:9, 1:12 dan 1:15, 1: 18 pada suhu reaksi 90 o C, 80 o C dan 70 o C
Gambar 2. Hubungan antara Rasio mol dan % konversi berbagai suhu.
% K on ve rs i
Nyoman  Sri Widari, Agung  Rasmito*), Munirul  Ikhwan:  Trimetil  borak  dengan  activated alumina sebagai penyerap air
Pada   penelitian   ini   diatur   methanol   dibuat berlebih   dengan   tujuan   agar   sistem   kesetimbangan bergeser   kearah   pembentukan   produk     dengan harapan semua asam borak dapat terkonversi menjadi trimetil borak secara maksimal.
H 3 BO 3 + 4CH 3 OH         B(OCH 3 ) 3+ CH 3 OH +3H 2 O
Dari   Gambar   2.   terlihat   bahwa   campuran   dengan rasio mol asam borak dengan   methanol 1:6 dengan suhu 70 o C menghasilkan  konversi yang paling rendah yaitu   47,3%.   Sedangkan   pada   ratio   asam   borak dengan    methanol    1:   15%  dan   1:  18%   pada   suhu reaksi   80C   ternyata   hasil   konversinya   sama   yaitu 69,8%, dapat disimpulkan bahwa kondisi terbaiknya ada para ratio asam borak dengan methanolnya adalah 1:15%; suhu reaksi  80 o C, bukan pada perbandingan mol 1:18%. Penambahan jumlah metanol diteruskan tidak akan memberikan dampak terhadap penambahan jumlah produk trimetil borak yang dihasilkan. Selaras juga   dengan   teori   yang   menyatakan   bahwa   reaksi akan   berjalan   lebih   baik   jika   konsentrasi   metanol melebihi proporsi stoikiometri. Menaikan jumlah mol metanol kemungkinan akan menaikan konversi asam borak tatapi juga memiliki batas, hal ini dapat  terlihat pada   hasil   percobaan   sesuai   dengan   pendapat Schlesinger, HI dan Schechter,WH
Menurut   Frank   J.A,     pada   reaksi   langsung antara   metanol   dan   asam   borak   dengan   kondisi metanol  berlebih  (12:1) bisa menghasilkan konversi asam borak mencapai 80 %, sedang dalam percobaan yang  dilakukan  diperoleh  hasil   tertinggi   padar   ratio mol methanol dengan asam borak (15:1) adalah 69,8 %, hal ini kemungkinan dipengaruhi oleh terjadinya kesetimbangan reaksi pada proses dalam reactor lebih cepat tercapai.
Dalam   reactor   yang   ada   dilengkapi   dengan bahan   penyerap   air   yaitu   activated   alumina   yang bertujuan untuk menyerap air hasil proses esterifikasi. Air dari  hasil reaksi  segera  dipisahkan  atau diserap dengan   activated   alumina     dengan   tujuan   untuk mengganggu system kesetimbangan karena jika salah satu komponen yang ada pada system kesetimbangan dikurangi,   maka   reaksi   akan   bergeser   kearah komponen tersebut. Dalam hal ini bila komponen air yang   ada   pada   reaksi   kesetimbangan   asam   borak dengan metanol dipisahkan maka  trimetal borak yang dihasilkan menjadi lebih banyak  karena reaksi  akan bergeser ke pembentukan produk trimetil borak. Pada penelitian   ini   juga   tidak   menggunakan   katalisator asam, karena menurut Chieas,SJ  pengaruh katalisator asam sulfat pada reaksi ini sangatlah kecil sehingga secara   signifikan   tidak   besar   pengaruhnya   terhadap kwantitas   dari   masing   masing   komponen   yang   ada dalam   reaksi   kesetimbangan.   Didalam   reaksi kesetimbangan kehadiran  katalisator berfungsi untuk mempercepat   reaksi   maju   maupun   reaksi   mundur sehingga kesetimbanganpun akan lebih cepat tercapai. Adapun konversi yang diperoleh pada penelitian ini hanya   69,8%   yang   berarti   masih   kurang   maksimal.
Menurut   Schachter,   untuk   bisa   mendapatkan   hasil yang   maksimal   berbagai   factor   harus   diperhatikan secara   optimal   diantaranya   adalah   perbandingan reaktan, control suhu, pembatasan campuran didalam reactor serta tekanan vakum.

## SIMPULAN
Penelitian dilakukan dengan mereaksikan methanol   secara   berlebih   bersama   asam   borak didalam   reaktor   yang   dilengkapi   desicent     dengan activated alumina sebagai  penyerap  air. Pada reaksi esterifikasi   antara   asam   borak   dan   metanol   dengan rasio  mol   asam   borak  dengan  mol  methanol    1:15, kondisi suhu reaktor 80 o C,  tekanan atmosfir dan lama proses reaksi  8 jam.  Sirkulasi larutan dalam reaktor melewati   activated   alumina   dertujuan   untuk memisahkan   air   yang   dihasilkan   dari   reaksi esterifikasi. Pada kondisi tersebut diperoleh konversi terbesar yaitu 69,8%.

## DAFTAR PUSTAKA
Appel,FJ. (1940), Manufacture of Borate. US Patent no 2217354 . Patented. October 1940 Brotherton,R.J., C.J. Weber, C.R.Guibert., J.L. Little. (   2000), Boron   Compounds   in   Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry Chiras,SJ.   (1960). :   Process   of   Preparing   Trimethyl Borate. US   Patent   no   2947776 Patented Agustus 1960.
Himmelbalu,   D.M.   (1996) Basic   Principles   and Calculation   In   Chemical   Engineering ,   6   th edition. Printice Hill, Upper Saddle River. New Jersey.
Perry,C.H,   (1978), Chemical   Engineering   Hand Book’s, 5 th edition. Mc Graw Hill Kogakusa. Scott   Folger,   H   (1987), Elements   of   Chemical Reaction   Engineering ,   1   st   edition,   Prentice Hall, New Jersey.
Schechter,W.H.   (1954). ,   Production   of   Trimethyl Barate. US   Patent   no   2689259. Patented September 1954
Schlesinger,H.I,   H.C.Brown,   D.L.   Mayfield   and J.R.Gilbreath. (1953) ,   Pocess  of  Preparing Trimehtyl Borate . Jour. Am. Chem. Soc, vol 75 no 1. 1953 Wright   Robson   (2004), An   Intruduction     to Chemical   Kinetics ,   John   Wiley   &   Son, Ltd.