“Pemanfaatan Katalis Ni/γ-Al2O3 untuk Pembuatan Bahan Dasar Parfum dari Limbah Tongkol Jagung”

“Pemanfaatan Katalis Ni/γ-Al₂O₃ untuk Pembuatan Bahan Dasar Parfum dari Limbah Tongkol Jagung”

Oleh :

Firdausy Amalina Esya

Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Brawijaya, Malang

email : firdausyamalinaesya@gmail.com

Indonesia merupakan negara berkembang yang sebagian besar usahanya bergerak di bidang industri. Oleh karena itu, diperlukan usaha-usaha memanfaatkan kekayaan alam Indonesia menjadi bahan baku industri, antara lain menjadi bahan kimia sehingga ketergantungan terhadap produk impor dapat dikurangi. Salah satu bahan yang belum termanfaatkan dengan baik adalah limbah pertanian yaitu tongkol jagung yang banyak mengandung pentosan yaitu antara 30-32%. Alasan lain pemilihan tongkol jagung sebagai bahan dasar furfural adalah fakta bahwa daerah Malang merupakan salah satu daerah penghasil jagung terbesar di propinsi Jawa Timur.

Furfural yang didapatkan dari limbah tongkol jagung ini mempunyai banyak manfaat antara lain sebagai bahan dasar pembuatan parfum. Hal ini dapat dilakukan dengan melakukan hidrogenasi katalisis senyawa furfural menjadi furfuril alkohol kemudian memasukkan gugus fungsi ester untuk memberikan ciri khas wewangian tertentu. Dalam penelitian ini kajian utama yang akan dilakukan adalah mempelajari reaksi pembentukan furfuril alkohol dari furfural yang diisolasi dari tongkol jagung. Selama ini, furfuril alkohol disintesis melalui reduksi katalisis furfural menggunakan katalis berbasis tembaga kromit sebagai katalis yang efektif dengan selektifitas antara 35–98% pada hidrogenasi fasa gas (Corma, dkk., 2007). Pemakaian katalis berbasis CuCr memiliki tingkat toksisitas yang tinggi sehingga diperlukan penemuan katalis baru yang bebas dari Cr dengan selektivitas yang tinggi dan juga ramah lingkungan sehingga memenuhi kaidah green chemistry. Dalam industri, furfuril alkohol disintesis melalui hidrogenasi katalisis furfural. Berbagai macam produk dari hidrogenasi katalisis furfural dapat dilihat pada Gambar 1.

Gambar 1. Produk-produk yang dihasilkan dari hidrogenasi furfural

Dalam penelitian ini akan dilakukan kajian terhadap penggunaan katalis logam nikel yang didispersikan dalam pengemban γ-Al₂O₃ (Ni/γ-Al₂O₃). Pemilihan γ-Al₂O₃ sebagai pengemban katalis dalam reaksi ini, pertama didasarkan pada luas area permukaannya yang besar serta porositasnya yang bersifat well-defined. Kedua, katalis heterogen berbasis Ni/γ-Al₂O₃ini telah di laporkan oleh Iftitah (2011) sebagai katalis yang stereoselektif terhadap reaksi isomerisasi dan hidrogenasi sitronelal menjadi mentol.

Senyawa turunan furan, misalnya furfural, furfuril alkohol, dan terutama 2-metilfuran merupakan bahan dasar parfum yang beraroma bunga melati. Keuntungan penggunaan metode sintesis parfum dari bahan dasar ini antara lain penggunaan bahan intermediet yang relatif tidak mahal. Metode yang digunakan berdasarkan pada hidrogenasi menjadi furfuril alkohol yang diikuti dengan penyusunan kembali dan alkilasi yang menghasilkan metilsiklopentenolon. Hasil dari alkilsiklopentenon dapat dialkilasi dengan metillitium untuk menghasilkan parfum beraroma melati dan analognya (Nowicki, 2000). Mekanisme reaksinya di sajikan pada Gambar 2.

Gambar 2. Sintesis furfuril alkohol menjadi parfum beraroma melati

Agar produk parfum yang dihasilkan dapat dipasarkan secara aman di kalangan masyarakat, maka diadakan pengujian kualitas parfum secara fisika dan kimiawi sesuai Standar Nasional Indonesia (SNI) 06-4085-1996.

Isolasi furfural dari tongkol jagung dimulai dengan membersihkan dan mengeringkan tongkol jagung. kemudian di giling hingga halus. Tiap 100 gram serbuk tongkol jagung ditambahkan dengan 500 mL HCl 5-10% dan 125 gram NaCl, di aduk hingga homogen dalam labu alas bulat. Campuran homogen yang telah didapat, dipanaskan pada suhu 120 ^oC selama 5 jam dan akan didapat campuran uap air dan furfural yang akan menetes melalui corong ke dalam labu destilasi yang berisi kloroform. Dalam labu akan terdapat dua lapisan yaitu lapisan air dan kloroform yang dipisahkan dengan corong pisah dan didapat lapisan bawah berupa furfural dan kloroform sedangkan lapisan atas berupa air. Lapisan air tersebut ditambah dengan 10 mL kloroform, Setiap lapisan furfural dan kloroform (lapisan bawah) yang didapat, di destilasi pada suhu 60-70 ^oC. Lapisan furfural yang didapat tersebut kemudian di identifikasi (Hidajati, 2005).

Uji spektrometri dilakukan dengan menggunakan IR dan GC untuk mengetahui kemurnian furfural yang dihasilkan. Pemurnian furfural dilakukan dengan kromatografi preparatif, yaitu dengan cara menotolkan 1 ml furfural kasar hasil isolasi diatas Kromatograpi Lapis Tipis (KLT). Setelah noda kering, KLT dimasukkan kedalam bejana pengembang yang telah di jenuhkan dengan campuran n-heksana dan etil asetat dengan perbandingan 1:1. Kemurnian furfural diuji dengan membandingankan Rf tiap noda dengan Rf dari noda furfural standar. Nilai Rf yang sama dengan furfural standar menunjukkan senyawa murni furfural.

Uji organoleptis dilakukan dengan menambahkan 1 tetes furfuril alkohol murni hasil sintesis pada larutan pembawa, misalnya turunan ester beraroma melati atau menggunakan parfum komersial kemudian dioleskan pada permukaan kulit untuk mengetahui efek penambahan furfuril alkohol.

Furfural dapat dihasilkan dari hidrolisis biomassa pertanian dengan menggunakan  tongkol jagung yang dilakukan selama waktu optimum 4-5 jam dan suhu optimum kisaran 120^oC memiliki sifat fisik berbentuk cairan berwarna coklat kehitaman, pekat, berbau manis, serta memiliki densitas untuk sampel furfural 1, 2, dan 3 berturut-turut 1,28;0,99. Hal ini dapat dianalisis bahwa densitas sampel furfural mendekati hasil teoritis. Untuk menguji kemurnian sampel furfural dapat dilakukan dengan uji Kromatografi Lapis Tipis (KLT) yang dibandingkan dengan furfural standar. Hasil pengamatan menunjukkan bahwa noda sampel furfural jaraknya sejajar dengan noda furfural standar.

            Furfural yang didapatkan dari hasil hidrolisis gilingan tongkol jagung diuji kadarnya menggunakan Chromatography  Gas (GC)  di Polinema. Perhitungan kadar furfural menggunakan kadar dari furfural standar yang tertera dalam kemasan yaitu sebesar 99% yang kemudian menjadi perhitungan standar untuk mendapatkan kadar dari masing-masing sampel furfural yang diuji. Pada furfural standar menunjukkan bahwa pada waktu 3,881 menit muncul peak furfural dengan kadar 97,20%. Selanjutnya, untuk sampel furfural hasil hidrolisis pertama ; kedua; ketiga menunjukkan kadar  98,87 ; 98,97; 98,9 pada menit 3,884 ; 3,882 ; 3,888. Hasil yang ditunjukkan oleh ketiga sampel tersebut menunjukkan bahwa kadar furfural pada sampel hasil hidrolisis mengandung kadar yang mendekati dengan kadar furfural standard dan pada waktu yang sama. Hal ini dapat disimpulkan bahwa kadar sampel furfural mendekati kadar furfural standar.

Spike furfural dilakukan pada suhu 60⁰C dimana sampel furfural dicampur dengan furfural standar yang kemudian dilakukan uji menggunakan GC. Tujuan dari perlakuan ini adalah untuk mengetahui secara pasti apakah furfural pada sampel sudah murni ataukah masih mengandung senyawa lain melalui peak  yang dihasilkan. Apabila yang dihasilkan hanya 1 peak, maka dapat dipastikan bahwa sampel mengandung furfural yang telah bebas dari senyawa lain. Hasil spike dapat diperhatikan melalui gambar di atas dimana untuk sampel pertama, kedua, ketiga, dan keempat hanya dihasilkan 1 peak yaitu fufural. Sedangkan untuk sampel kelima, terdapat peak lainnya yang artinya sampel belum murni karena masih mengandung senyawa lain. Perlakuan ini dapat digunakan untuk pengujian selanjutnya yang membutuhkan sampel murni untuk mendapatkan hasil yang akurat.

            Pada tahap persiapan pembuatan katalis Ni/-Al₂O₃ diperoleh sampel katalis sebanyak lima variasi kadar Ni yang berbentuk serbuk halus berwarna hijau muda. Selanjutnya dilakukan proses kalsinasi dengan menggunakan gas N₂ untuk mengusir gas oksigen yang berada pada katalis. Selanjutnya, dilakukan proses hidrogenasi untuk melakukan reduksi senyawa Ni²⁺ menjadi Ni⁰ yang berperan dalam adisi ikatan rangkap menjadi ikatan tunggal menjadi senyawa furfuril alkohol.

            Katalis yang telah dilakukan kalsinasi dan hidrogenasi selanjutnya dilakukan uji fisik menggunakan SEM untuk mengetahui kondisi fisik katalis. Berikut ini merupakan hasil pengamatan dari uji menggunakan Scanning Electron Microscope (SEM) :

\

Berdasarkan hasil pengamatan di atas, dapat dianalisis bahwa dari kiri ke kanan variasi kadar Ni pada katalis semakin besar yaitu 5%, 10%, dan 15%, sehingga dapat diketahui bahwa semakin banyak jumlah Ni yang terdeposit pada -Al₂O₃ dapat ditunjukkan dengan semakin banyak tonjolan pada permukaan katalis dari kiri ke kanan.

Pemanfaatan katalis Ni/γ-Al₂O₃ untuk pembuatan senyawa furfuril alkohol sebagai bahan dasar parfum belum dapat direalisasikan karena terdapat kendala teknis pada proses hidrogenasi. Penelitian ini menghasilkan senyawa furfural sebagai starting material proses sintesis bahan dasar parfum.

Referensi

Adisarwanto T. dan Widyastuti Y.E. 2002. Meningkatkan Produksi Jagung. Jakarta: Penebar Swadaya.

Brady J.E. 1990. General Chemistry: Principle & Structure. 5th ed. Singapore: John Wiley and Son.

Corma A. Sara I. and Alexandra V. 2007. Chemical Routes for The Transformation of Biomass into Chemicals, Chem Rev 107 (1). pp. 2411−2502.

Hidajati N. 2006. Pengolahan Tongkol Jagung Sebagai Bahan Pembuatan Furfural, Jurnal Ilmu Dasar 8 (2). Hlm 45-53

Kirk R.E. and Othmer D. 1978. Encyclopedia of Chemical Technology. New York: The Interscience Encyclopedia Inc.

Li H. Hongshan L. Weilin D. Minghua Q. 2003. Liquid Phase Hydrogenation of Furfural to Furfuryl Alcohol Over The Fe-Promoted Ni-B Amorphous Alloy Catalysts. Journal Of Molecular Catalysis 203 (1). pp. 267–275.

Mc Murray J. and Fay R. 2004. Chemistry. 4th Ed. New York: Pearson Education Inc.

Nowicki J. 2000. Review: Synthesis of Jasmonoides from Furan Derivatives. Journal Of Molecules 2000 (5). pp. 1201-1209.

Siely C.  2012. Pembuatan Sabun Mandi El Alami dengan Bahan Aktif Mikroalga Chlorella Pyrenoidosa Beyerinck dan Minyak Atsiri Lavandula Latifolia Chaix. Skripsi, Universitas Ma Chung Malang.

Win D.T. 2005. Furfural - Gold From Garbage.  AU J.T 8 (4). pp.185-190.