Penggunaan energi terbarukan dan pengelolaan limbah adalah tantangan utama dalam mencapai Sustainable Development Goals (SDGs). Penelitian ini mengembangkan katalis ZSM-5 dari lumpur vulkanik (volcano mud/VM) melalui pendekatan sintesis yang lebih ramah lingkungan. Kalium karbonat (K2CO3) digunakan sebagai agen pengaktif dan pengarah struktur, dibandingkan dengan natrium hidroksida (NaOH) yang lebih konvensional. Katalis tersebut diterapkan untuk produksi biodiesel dari minyak goreng bekas (waste cooking oil/WCO) dan asam oleat (oleic acid/OA). Penggunaan lumpur vulkanik yang kaya akan silika, menawarkan alternatif sumber daya alam yang melimpah. Selain itu, penggunaan K2CO3 menghasilkan proses kristalisasi yang lebih lambat, yang berpotensi memberikan sifat katalis yang diinginkan seperti distribusi ukuran partikel yang sempit dan struktur mesopori yang tinggi.
Garis besar penelitian
Dalam penelitian ini, lumpur vulkanik diolah melalui proses pelindian asam dan perlakuan alkali dengan K2CO3 atau NaOH. Reaksi hidrotermal dilakukan selama 3, 5, dan 6 jam untuk mensintesis katalis ZSM-5, yang kemudian dikalsinasi. Katalis yang disintesis dengan K2CO3 diberi label ZK3, ZK5, dan ZK6, sedangkan katalis yang disintesis dengan NaOH diberi label ZNa3, ZNa5, dan ZNa6. Berbagai teknik karakterisasi seperti XRD, FTIR, SEM-EDX, TEM, dan BET digunakan untuk mengevaluasi tingkat kristalinitas, morfologi, porositas, dan keasaman katalis. Aktivitas katalis diuji untuk produksi biodiesel melalui reaksi esterifikasi dan transesterifikasi dengan kondisi reaksi pada suhu 65掳C selama 2 jam menggunakan metanol.
Gambar 1. Hasil uji aktivitas katalitik katalis hasil sintesis dalam reaksi simultan transesterifikasi dan esterifikasi WCO (A) dan OA (B).
Hasil penelitian menunjukkan bahwa sintesis menggunakan K2CO3 menghasilkan kristalisasi yang lebih lambat, menghasilkan ZSM-5 dengan struktur mesopori yang lebih tinggi dan ukuran partikel yang seragam (contohnya, ZK6). Sebaliknya, sintesis menggunakan NaOH mempercepat proses kristalisasi tetapi menghasilkan katalis dengan lebih banyak struktur mikropori dan distribusi ukuran partikel yang lebih lebar. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1, dari segi performa katalis, ZK6 menunjukkan kinerja terbaik di antara katalis yang diperlakukan dengan K2CO3, dengan hasil biodiesel 85,9% dan selektivitas FAME 30% dari WCO, serta hasil biodiesel 97,1% dan selektivitas FAME 87,6% dari OA. Sebagai perbandingan, ZNa6 yang disintesis dengan NaOH menghasilkan biodiesel 78,2% dengan selektivitas FAME 60,4% dari WCO, dan hasil biodiesel 97,5% dengan selektivitas FAME 100% dari OA.
Kesimpulan
Penelitian ini menyimpulkan bahwa ZSM-5 yang disintesis dari lumpur vulkanik dengan K2CO3 adalah alternatif yang lebih ramah lingkungan untuk produksi biodiesel, dengan kinerja katalis yang setara atau bahkan lebih baik dibandingkan dengan ZSM-5 yang disintesis menggunakan NaOH. Studi ini juga menyoroti pentingnya kontrol kristalisasi dan sifat tekstural dalam mengoptimalkan kinerja katalis. Penelitian lebih lanjut disarankan untuk mengeksplorasi agen alkali lain, kondisi reaksi yang lebih optimal, serta pengujian keberlanjutan katalis untuk aplikasi skala industri.
Penulis: Prof. Dr. Hartati, Dra., M.Si.
Informasi detail terkait penelitian ini dapat dilihat pada: Hartati, et al (2024). Highly Crystalline, Pure ZSM-5 from K2CO3-Treated Mud and Its Catalytic Activity in Biodiesel Production. Sains Malaysiana 53(11)(2024): 3721-3734.
