ISSN: 1410-8917 e-ISSN: 2597-9914
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi 21 (3) (2018): 113 – 117

## Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi
Journal of Scientific and Applied Chemistry
Journal homepage: http://ejournal.undip.ac.id/index.php/ksa

## Biolubrication Synthesis Made from Used Cooking Oil and Bayah Natural Zeolite Catalyst
Agus Rochmat a* , Athia Hasna Nurhanifah a* , Yunita Parviana a* , Suaedah a*
a Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sultan Ageng Tirtayasa, Jl. Jendral Sudirman KM 03, Cilegon, Banten * Corresponding author: agus_rochmat@untirta.ac.id
https://doi.org/10.14710/jksa.21.3.113-117
A r t i c l e   I n fo

## A b s t r a c t

## Article history:
Received: 5 July 2018
Revised: 19 July 2018 Accepted: 21 July 2018 Online: 28 July 2018
Keywords: Biolubricant, used cooking oil, transesterification and natural zeolite of Bayah
Automotive growth in Indonesia continues to increase, thus the needed of material that supported  such  as  lubricants  have  also  increased.  To  support  environment  to  have  a sustainable  development,  the  world  needs  biodegradable  lubricant  or  biolubricant. Biolubricant can match the characteristics and replace the function of petroleum-based lubricants. The biolubricant base material at the moment was the vegetable oil through a series of physically and chemically modified. This research synthesizes used cooking oil  into  biolubricant  using  natural  zeolite  catalyst,  which  in  its  production  included esterification  process  of  used  cooking  oil,  synthesis  of  methyl  ester  and  biolubricant synthesis. Biolubicant synthesis was conducted by variation of methyl ester mole ratio with ethylene glycol of 1:13-40 and catalyst mass range of 0.5%-3%. The results of the study showed that the highest yield was 83.46%, density 0.8994 g/mL, viscosity 40°C 52.90 cSt and at 100°C 8.74 cSt, the pour point 6°C and the flash point 278°C.

## A b s t r a k
Kata Kunci: Biolubricant ,  minyak goreng bekas, transesterifikasi  dan zeolit alam bayah Pertumbuhan  otomotif  di  Indonesia  terus  mengalami  peningkatan,  maka  kebutuhan matrial  pendukungnya  seperti  pelumas  juga  mengalami  peningkatan  pula.  Untuk menunjang  lingkungan  yang  mendukung  pembangunan  berkelanjutan,  dunia membutuhkan  pelumas biodegradable atau biolubricant . Biolubricant dapat  menyamai karakteristik  dan  menggantikan  fungsi  pelumas  berbasis  petroleum.  Bahan  dasar biolubricant pada saat ini adalah minyak nabati melalui serangkaian modifikasi secara fisika dan kimia. Penelitian ini mensintesis minyak goreng bekas menjadi biolubricant dengan menggunakan  katalis zeolit  alam bayah,  yang dalam  pembuatannya  meliputi proses  proses  esterifikasi  minyak  goreng  bekas,  sintesis  metil  ester  dan  sintesis biolubricant . Di mana sintesis Biolubrikan dilakukan pada variasi rasio mol metil ester dengan etilen glikol sebanyak 1:13-40 dan massa katalis 0,5%-3%. Hasil dari penelitian menunjukkan  bahwa  yield  tertinggi  83,46%,  densitas  0,8994  g/mL,  viskositas  40°C 52,90 cSt dan pada 100°C 8,74 cSt, titik tuang 6°C dan titik nyala 278°C.

## 1. Pendahuluan
Seiring  dengan  meningkatnya  perkembangan teknologi  dan  pemakaian  mesin  pada  industri  dan otomotif,  maka  dapat  dipastikan  bahwa  kebutuhan pelumas  akan  semakin  meningkat  karena  pelumas merupakan  salah  satu  komponen  bahan  penunjang
untuk  hampir  di  semua  bagian  mesin.  Selain  berfungsi untuk  mengurangi  gaya  gesek,  pelumas  juga  berfungsi mendinginkan  atau  mengendalikan  panas  yang  keluar dari mesin untuk memastikan mesin bekerja dengan baik [1].
Pelumas yang beredar di pasaran saat ini umumnya disintesis menggunakan bahan baku berasal dari turunan
minyak bumi. Di samping ketersediaannya yang terbatas dan tidak dapat diperbaharui, penggunaan minyak bumi sebagai  bahan  baku  pelumas  dinilai  tidak  ramah lingkungan. Dengan meningkatnya rasa ingin aman dan selamat,  maka  tuntutan  terhadap  penggunaan  bahan- bahan  yang  ramah  lingkungan  serta  terbarukan  juga semakin mendapat perhatian dan himbauan. Keadaan ini memacu penggunaan minyak nabati dan hewani sebagai bahan  dasar  untuk  memproduksi  berbagai  macam barang atau bahan, termasuk bahan pelumas [2]
Biolubricant atau  biopelumas  adalah  pelumas  yang secara cepat dapat terdegradasi ( biodegradable ) dan tidak beracun  ( nontoxic )  bagi  manusia  dan  lingkungan. Biolubricant dikembangkan  dari  bahan  dasar  berupa lemak  hewan,  minyak  tumbuh-tumbuhanan,  ataupun ester sintetis. Pelumas berbahan dasar minyak tumbuhan bersifat biodegradable dan nontoxic ,  juga  bersifat  dapat diperbaharui  ( renewable ). Biolubricant terurai  dalam tanah  lebih  dari  98%,  tidak  seperti  sebagian  pelumas sintesis  dan  pelumas  mineral  yang  hanya  terurai  20% hingga 40%, selain itu pelumas berbasis minyak nabati atau  hewani  yang  dipakai  pada  mesin  mengurangi hampir  semua  bentuk  polusi  udara  dibanding penggunaan minyak bumi [3].
Biolubricant dapat  dihasilkan  dari  bermacam- macam  jenis  tumbuhan,  seperti kelapa  sawit,  kacang kedelai, bunga matahari, jarak dan yang lainnya. Bahan yang digunakan tiap negara tidak selalu sama, pemilihan tersebut berdasarkan melimpahnya material yang ada di negara  tersebut.  Indonesia  terkenal  sebagai  penghasil kelapa sawit terbesar di dunia sejak 2006 mengalahkan Malaysia.
Minyak  goreng  bekas  atau  minyak  jelantah merupakan limbah yang mengandung senyawa-senyawa yang  bersifat  karsinogenik,  yang  terjadi  selama  proses penggorengan. Pemakaian minyak jelantah secara terus- menerus  dapat  menyebabkan  kerusakan  pada  tubuh manusia, misalnya dapat menyebabkan penyakit kanker, dan  akibat  selanjutnya  dapat  mengurangi  kecerdasan generasi  berikutnya.  Untuk  itu  diperlukan  penanganan yang  tepat  agar  limbah  minyak  jelantah  ini  dapat bermanfaat dan tidak menimbulkan kerugian dari aspek kesehatan  manusia  dan  lingkungan.  Salah  satu  bentuk pemanfaatan minyak jelantah yang dapat dilakukan yaitu dengan cara mengubahnya menjadi biolubricant . Hal ini dapat dilakukan karena minyak jelantah juga merupakan minyak nabati, turunan dari CPO ( Crude Palm Oil ) [4]

## 2. Metode Penelitian

## Alat dan Bahan
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah: Minyak goreng  bekas,  Methanol  (Merck 1.06009.2500), Etanol  (Merck  1.00983.2500),  zeolit  Alam  Bayah,  HCl (Merck 1.00317.2500) dan Etilen glikol (PUDAK).
Alat  yang  digunakan:  seperangkat  alat  refluks, timbangan analistis, Flash Point Tester RAY 3536A, Dew Point Meter seri HT-6292, GC-MS Agilent 6890 MS 5973, Viscometer Oswald, dan Picnometer.

## Tahap Aktivasi Katalis Zeolit
Zeolit  yang  telah  dihancurkan  kemudian  diayak untuk mendapat ukuran diameter katalisator 100 mesh. Proses aktivasi dilakukan pada konsentrasi 6 M HCl 200 mL  karena  pada  konsentrasi  aktivasi  tersebut  zeolit sebagai  katalisator  mampu  mengkonversi  minyak jelantah  pada  pembuatan  biodiesel  mencapai  100%. Selanjutnya zeolit dilakukan pembilasan dengan akuades 4 kali dan ditiriskan lalu di oven selama 2 jam [5].

## Gambar 1. Reaktor Refluk Sintesis Biolubrikan

## Esterifikasi Minyak Goreng Bekas
Tahap ini dilakukan penimbangan zeolit sebesar 2% dari  massa  minyaknya  dan  penimbangan  mminyak goring  bekas,  kemudian  dimasukkan  ke  dalam  gelas beker  dan  diaduk  selama  15  menit  pada  suhu  40°C. Setelah  itu,  ditambahkan  metanol  dengan  komposisi perbandingan  minyak-methanol  1:9  serta  kondisi operasi  dijaga  pada  suhu  tetap  40°C  selama  15  menit. Pemanasanan  diatur  secara  bertahap  hingga  mencapai suhu  60°C  kemudian  pengadukan  dinaikkan  secara bertahap  hingga  kecepatan  1200  rpm  selama  1  jam. Produk esterifikasi disaring dalam penyaring vakum dan dilanjutkan penguapan untuk menghilangkan kandungan  metanol  menyisakan  campuran  FAME  dan trigliserida [5].

## Transesterifikasi Sintesis Metil Ester
Tahap  ini  dilakukan  penimbangan  zeolit  5%  dari massa minyak. zeolit dan Minyak ditimbang, kemudian dimasukkan  ke  dalam  gelas  beker  dan  ditambahkan metanol dengan rasio mol minyak metanol sebesar 1:15. Pada  reaktor  dilakukan  pemanasan  sampai  40°C  dan produk esterifikasi berupa FAME dan trigliserida dipipet sekitar 90 mL dalam keadaan suhu 40°C dimasukkan ke dalam  labu  reaktor  dan  dipanaskan  hingga  suhu  60°C sambil diaduk dengan kecepatan pengadukan 1200 rpm selama 3 jam. Larutan yang terbentuk kemudian disaring menggunakan  penyaring  vakum  dan  diuapkan  untuk menghilangkan  kelebihan  metanol  dalam  larutan  metil ester [6].
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi 21 (3) (2018): 113 – 117

## Sintesis Biolubrikan
Metil  ester  dan  variasi  jumlah  etilen  glikol berdasarkan rasio mol. dimasukkan ke dalam labu leher tiga  dan  ditambahkan  zeolit  yang  massanya  bervariasi 0,5%-3%  persen  massa  total  reaktan  kemudian dipanaskan hingga suhu 120°C dan dimulai pengadukan dengan  kecepatan  700  rpm  selama  2,5  jam.  Setelah selesai larutan dipisahkan dengan corong pemisah untuk memisahkan biolubricant dan etilen glikol [7]
Tabel 1 Perbandingan Reaktan dan Katalis Variasi I Katalis 0,5% Variasi II Katalis 1% Variasi III Katalis 3% Zeolit 0,85 1,70 5,10 Metil Ester 90 90 90 Etilena Glikol 80 80 80

## 3. Hasil dan Pembahasan

## Sintesis Biolubrikan berbahan dasar Minyak Goreng dan Katalis Zeolit
Penggunaan zeolit alam bayah sebagai katalis asam lewis  telah  dibuktikan  Setiadi dkk. [5]  dalam  sintesis Gliserol Mono Oleat (GMO) dengan memberikan konversi GMO  sebesar  80,94%  [5].  Reaksi  pembuatan  GMO  ini dilakukan melalui tahapan esterifikasi dan transesterifikasi  dengan  laju − 𝑑 𝐶 𝑎 𝑑 𝑡 = [2.31x 10 −6 × exp − 8397.51 𝑅.𝑇 ] × 𝐶 𝑎 2 ,  dan  memiliki  total  energi  aktivasi sebesar  8.010,20  kalori/mol  [5].  Dari  perolehan rendemen, dan besarnya energi aktivasi ini, zeolit alam Bayah  ini  cukup  bagus  berperan  sebagai  katalis  asam lewis pada reaksi esterifikasi dan transesterifikasi.
Reaksi  transesterifikasi  pada  minyak  goreng  bekas dengan  metanol  pada  katalis  zeolit  ditandai  dengan perubahan warna yang mencolok. Di mana warna kuning kehitaman berubah menjadi warna kuning jernih. Hal ini terlihat  pada  bagian  bawah  zeolite  abu-abu  berubah menjadi warna gelap. Pembentukan endapan zeolit yang gelap  mengindikasikan  telah  teradsorbsinya  senyawa kimia  hasil  oksidasi  seperti  aldehid,  keton,  dan  asam- asam lemak. Senyawa hasil oksidasi tersebut teradsorbsi dan  tertahan  dalam  rongga  zeolit  aktif  melalui  gaya elektrostatis dan gaya Van der Waals [8]
Gambar 2. (a) sample minyak goring bekas (b) Produk Biolubrikan
Warna  minyak  goreng  bekas  dipengaruhi  oleh beberapa  hal,  seperti  akibat  oksidasi  dan  degradasi komponen kimia yang terdapat dalam minyak: (1) Warna gelap,  disebabkan  oleh  proses  oksidasi  terhadap
tokoferol  (Vitamin  E).  jika  minyak  bersumber  dari tanaman  hijau,  maka  zat  klorofil  turut  terekstrak bersama  minyak,  dan  sulit  dipisahkan  dari  minyak;  (2) Warna  Coklat,  pigmen  coklat  terdapat  pada  minyak berasal  dari  bahan  yang  telah  busuk,  karena  reaksi molekul  karbohidrat  dengan  gugus  pereduksi  seperti aldehid serta gugus amin dari molekul protein dan bias jadi  disebabkan  oleh  karena  aktivitas  enzim-enzim seperti  phenol  oxidase,  polyphenol  oxidase,  dan sebagainya.  (3)  Warna  Kuning,  timbul  selama penyimpanan  dan  intensitas  warna  bervariasi  dari kuning sampai ungu kemerah-merahan. (Ketaren,1986). Komponen – komponen  pengotor  tersebut  bisa  jadi teradsobsi  oleh  zeolit  pada  daerah  permukaannya. Sehingga warna minyak menjadi lebih bening.
Selain berperan sebagai adsobsi, zeolit ini berperan sebagai  katalis  asam  lewis  dalam  sintesis  biolubrikan. Dari proses sintesisnya, peran zeolit dalam penelitian ini mengalami 2 tahapan reaksi yakni:
a. Reaksi Esterifikasi antara minyak goreng bekas dan alcohol dengan katalis Zeolit, menurut reaksi
Gambar 3. Rancangan Reaksi Transesterifikasi Trigliserida dan Metanol dengan katalis Zeolit
b. Reaksi Sintesis Biolubrikan antara reaksi metil ester yang terbentuk dengan etilena glikol dengan katalis Zeolit
Gambar 4. Rancangan Etilena Glikol dengan Metil Ester membentuk Biolubrikan
Sementara  monogliserida  yang  masih  tertambat  di katalis  akan  bereaksi  dengan  kelebihan  etilen  glikol membentuk biolubrikan juga.
Gambar 5. Rancangan Reaksi sisa Metil Ester di katalis zeolit dengan Etilena Glikol
Hasil  rancangan  reaksi  yang  terjadi  dibuktikan dengan hasil analisa GC-MS pada produk biolubrikan,
Tabel 2. Prosentase Kadar Senyawa Biolubrikan
Nama Senyawa % Indeks Similaritas 9-Octadecenoic acid (Z)-, 2- hydroxy-1- (hydroxymethyl)ethyl ester 37.76 94 Hexadecanoic acid, 2- hydroxy-1- (hydroxymethyl)ethyl ester 9.19 96 Hexadecanoic acid, ethyl ester (CAS) 1.40 95 Linoleic acid ethyl ester 0.97 91 N,N-Dimethylthiocarbamic acid, 3-phenylbut-2-enyl ester 1.11 87 Oleic acid, 3-hydroxypropyl ester 13.42 89 Palmitinic acid 3.56 93 Linoleic acid 7.91 90 Hexadecanoic acid (CAS) 1.73 94 9,12-Octadecadienoic acid (Z,Z)- (CAS) 9.10 95 Oleic acid 3.95 93 2-Monopalmitin 1.91 88
Dari hasil GC-MS, biolubrikan terdiri 63,85% dalam bentuk  ester  dan  28,15%  minyak.  Hasil  analisa  GCMS menunjukkan bahwa masih adanya senyawa asam lemak yang terkandung dalam biolubrikan. Terjadinya, emulsi pada  saat  sintesa  menunjukkan  adanya  reaksi saponifikasi  Antara  asam  lemak  ini  dengan  permukaan zeolite yang sedikit basa.
Perolehan yield produk Biolubrikan adalah
Gambar 6. Grafik Yield Produk Biolubrikan
Penurunan%  yield  terjadi  karena  terbentuknya emulsi yang meningkatkan viskositas dan menyebabkan terbentuknya  gel.  Pada  awal  tahap  reaksi  sintesis biolubrikan berlangsung, proses pengadukan menyebabkan  minyak  dan  katalis  membentuk  emulsi. Hal ini diduga, alumina yang berada di permukaan zeolit yang  bersifat  basa  terjadi  reaksi  saponifikasi  dengan minyak. Ini terlihat dari semakin besarnya massa katalis dengan  massa  minyak  yang  sama,  memberikan  emulsi yang  terbentuk  semakin  kental.  Akibatnya  viskositas meningkat.
Lebih jauh lagi terbentuknya emulsi ini menyebabkan  kontak  etilen  glikol  dengan  metil  ester semakin  sulit  bertumbukan.  Sehingga  menyebabkan% yield  yang  dihasilkan  semakin  turun  [9].  Yield biolubricant tertinggi didapat 83,46%.

## Karakterik Biolubrikan Minyak Goreng
Tabel 2. Data Hasil Uji Minyak Goreng Bekas dan Produk Biolubrikan dibandingkan Dengan Lubrikan Produk
Pertamina Karakter- istik Metode Uji. ASTM Minyak Goreng Bekas Biolubrikan Enduro 4t SAE 20w-50 Enduro Matic G SAE 20w-40 Density 15°C, kg/l D- 4052 0,9124 0,8994 0,8859 0,8667 Kinematic Viscosity, 40°C D- 7279 68,01 52,90 161,30 106,0 100°C 29,15 13,06 19,15 14,04 Flash Point, °C D- 92 324 278 263 264 Pour Point, °C D- 5950 9 6 -21 -21 Total Base Number, mgKOH/g D- 2896 6,64 6.96 7,46 7,31
Densitas dari biolubrikan yang dihasilkan tidak jauh berbeda  dari  densitas  pelumas  komersial.  Indeks viskositas biopelumas lebih tinggi dari indeks viskositas pelumas  komersial,  hal  ini  menunjukkan  bahwa biopelumas yang dihasilkan memiliki karakteristik yang lebih baik, karena semakin tinggi indeks viskositas, maka semakin sedikit perubahan kekentalan pada mesin [1].
Sementara,  hasil  titik  nyala  yang  diperoleh  oleh biolubrikan  adalah  278°C,  titik  nyala  minyak  goreng bekas  adalah  324°C  dan  pembanding  lubrikan  ENDURO adalah  263 – 264°C.  Meski  adnyaa  penurunan  sifat  titik nyala  dari  minyak  goreng,  namun  belum  bisa menyamakan  dari  lubrikan  pembanding  produksi pertamina.  Diduga  pembuatan  biolubrikan  ini  telah berhasil dan lebih baik karena telah meningkankan titik nyala  biolubrikan.  Titik  nyala  biolubrikan  yang didapatkan jauh lebih tinggi daripada titik nyala pelumas komersial  yang  titik  nyalanya  pada  kisaran  260  0C dengan  viskositas  yang  hamper  sama.  Hal  ini  terjadi karena  bahan  dasar  pembentukan  biolubrikan  yaitu minyak nabati dengan memiliki  titik  nyala  yang  tinggi. Besar  kemungkinan  dengan  titik  nyala  yang  tinggi,
biolubrikan yang dihasilkan dapat digunakan pada mesin yang beroperasi pada suhu tinggi.
Disisi  lain,  perbedaan  nilai  titik  nyala  yang mempengaruhi  nilai  viskositas  sample.  Menurut  Ateeq [10]  semakin  tinggi  nilai viskositasnya,  maka  semakin tinggi pula titik nyala yang didapat [11]

## 4. Kesimpulan
Yield biolubricant optimal  yang  diperoleh  yaitu sebesar  83,46%.  Karakterisasi biolubricant :  Densitas biolubricant sebesar 0,8994 kg/m 3 , viskositas biolubricant pada 100°C 13,06 cSt dan viskositas biolubricant pada 40 °C 52,90 cSt, Titik tuang biolubricant sebesar 9°C, Titik nyala biolubricant sebesar  278°C,  Penggunaan  katalis  zeolit secara optimal pada reaksi trasesterifikasi 5% dan pada sintesis  biolubrikan  1%  massa  reaktan.  zeolit  yang digunakan dalam penelitian ini berperan sebagai katalis dan adsorber.

## 5. References
[1]  Sukirno,  Kuliah  Teknologi  Pelumas  3,  in, Departemen  Teknik  Kimia,  Fakultas  Teknik, Universitas Indonesia, Jakarta, 2010.
[2]  Nurul Aini, Pembuatan Biopelumas, in, Departemen Teknik  Kimia,  Universitas  Sumatra  Utara,  Medan, Medan, 2014.
[3]  Fenny  Lasma  Hilde,  Irdoni  Irdoni,  Edy  Saputra, Sintesis  Biopelumas  Dari  Minyak  Biji  Karet: Pengaruh Rasio Molar antara Etilen Glikol dan Asam Lemak  serta  Waktu  Reaksi  Esterifikasi  terhadap Yield  Biopelumas, Jurnal  Online  Mahasiswa  Fakultas Teknik , 4, 1, (2017) 1-5
[4]  Hadrah Hadrah, Monik Kasman, Fitria Mayang Sari, Analisis  Minyak  Jelantah  Sebagai  Bahan  Bakar Biodiesel  dengan  Proses  Transesterifikasi, Jurnal Daur Lingkungan , 1, 1, (2018) 16-21
[5]  Firman  Setiadi,  Firmansyah  Firmansyah,  Reni Ardiyani,  Aprilianti    Meilinda,  Agus  Rochmat, Kinetika  Reaksi  Esterifikasi  Gliserol  Monooleat (GMO)  dengan  Katalisator  zeolit  Alam  Bayah Teraktivasi Asam, Jurnal Integrasi Proses , 6, 2, (2016)
73-82
[6]  Noferi  Yanli,  Irdoni  Irdoni,  Nirwana  Nirwana, Sintesis Bio-Pelumas dari Minyak Limbah Ikan Patin pada Pengaruh  Rasio  Mol  dan  Waktu  Reaksi, Jurnal Online Mahasiswa Fakultas Teknik , 3, 1, (2016) 1-6
[7]  S Bilal, I. A Mohammed-Dabo, M Nuhu, S. A Kasim, I. H  Almustapha,  Y.  A  Yamusa,  Production  of biolubricant from Jatropha curcas seed oil, Journal of Chemical Engineering and Materials , 46, 6, (2013) 72-
79 http://dx.doi.org/10.5897/JCEMS2013.0164
[8]  Isni Nurani, Dyan Septyaningsih, Ika Sri Hardyanti, Emas  Agus  Prastyo  Wibowo,  Analisis  Keefektivan zeolit  pada  Proses  Adsorbsi  Pemurnian  Minyak Jelantah, Seminar Nasional XI “Rekayasa Teknologi Industri dan Informasi 2016", Yogyakarta, (2016).
[9]  Archita  Permatasari,  Wahyu  Mayangsari,  Ignatius Gunardi,  Pembuatan  Biodiesel  dari  Minyak Nyamplung  (Calophyllum  Inophyllum  L)  dengan Reaksi  Transesterifikasi  Menggunakan  Katalis K2O/H-Za Berbasis zeolit Alam, Jurnal Teknik Pomits ,
2, 2, (2013) 290-295
[10] Eman Ali  Ateeq, Biodiesel Viscosity and Flash Point Determination,  Department  of  Physics,  Faculty  of Graduate  Studies,  An – Najah  National  University, Nablus, Palestine
[11]  Sunyoto,  Karnowo,  S.  M.  Bondan  Respati,  Teknik Mesin  Industri  Jilid  1  Untuk  SMK,  Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan, Direktorat Jenderal  Manajemen  Pendidikan  Dasar  dan Menengah,  Departemen  Pendidikan  Nasional, Jakarta, 2008.