Calon Promotor Program Padjadjaran Excellence Fast Track Scholarship Tahun 2025

 

Nama Lengkap: Prof. Dr. Iman Rahayu, S.Si., M.Si.

E-mail: [email protected]

Bidang Keahlian: Kimia Fisik Polimer

Prodi S2 Calon Mahasiswa: Ilmu Kimia

Prodi S3 Calon Mahasiswa: Ilmu Kimia

Judul Penelitian yang Ditawarkan:

Optimasi dan Karakterisasi Karbon Aktif Terdoping Nitrogen dari Kernel Sawit sebagai Matriks Imobilisasi Enzim Lipase untuk Katalis Transesterifikasi Biodiesel dari Minyak Sawit

 

Optimization and Characterization of Nitrogen-Doped Activated Carbon from Palm Kernel as Lipase Enzyme Immobilization Matrix for Biodiesel Transesterification Catalyst from Palm Oil

 

Abstrak:

Industri kelapa sawit merupakan sektor penting di Indonesia, menghasilkan produk utama seperti minyak sawit mentah (CPO) dan produk sampingan seperti cangkang dan kernel sawit. Limbah biomassa ini memiliki potensi besar untuk diolah menjadi produk bernilai tambah, salah satunya adalah karbon aktif. Karbon aktif dikenal memiliki luas permukaan dan porositas tinggi, menjadikannya adsorben efektif dalam berbagai aplikasi industri, termasuk sebagai matriks untuk imobilisasi enzim. Imobilisasi enzim, khususnya lipase, pada matriks padat seperti karbon aktif, telah menjadi fokus penelitian karena dapat meningkatkan stabilitas, aktivitas, dan memungkinkan penggunaan enzim secara berulang. Lipase adalah enzim yang mengkatalisis hidrolisis trigliserida menjadi asam lemak dan gliserol, serta reaksi transesterifikasi yang esensial dalam produksi biodiesel. Modifikasi matriks seperti doping nitrogen pada karbon aktif menjadi strategi untuk meningkatkan kompatibilitas dan efisiensi imobilisasi enzim. Doping nitrogen dapat meningkatkan sifat elektronik dan kimia permukaan karbon aktif, sehingga meningkatkan interaksi dengan enzim lipase dan aktivitas katalitiknya. Produksi biodiesel dari minyak sawit melalui transesterifikasi menggunakan lipase terimobilisasi menawarkan alternatif ramah lingkungan dibandingkan metode konvensional yang menggunakan katalis basa homogen. Metode enzimatis ini mengurangi pembentukan produk samping dan mempermudah proses pemurnian biodiesel. Dengan memanfaatkan limbah biomassa sawit sebagai sumber karbon aktif terdoping nitrogen untuk imobilisasi lipase, penelitian ini tidak hanya meningkatkan nilai tambah limbah tetapi juga mendukung produksi biodiesel yang berkelanjutan. Riset yang diusulkan pada skema BUPP ini menggunakan metode eksperimental. Riset terdiri dari beberapa tahapan yaitu: (1) preparasi bahan baku, (2) sintesis dan doping nitrogen pada karbon aktif, (3) karakterisasi karbon aktif terdoping nitrogen, (4) imobilisasi enzim lipase pada matriks karbon aktif, (5) aplikasi katalis terimobilisasi dalam reaksi transesterifikasi, (6) analisis biodiesel yang dihasilkan, dan (7) optimasi dan scale-up sintesis biodiesel. Karbon aktif terdoping nitrogen yang dihasilkan akan dikarakterisasi menggunakan: (1) Fourier Transform Infrared (FTIR): untuk mengidentifikasi gugus fungsi yang ada pada permukaan karbon aktif. (2) Brunauer-Emmett-Teller (BET): untuk menentukan luas permukaan spesifik dan distribusi ukuran pori. (3) Scanning Electron Microscopy (SEM): untuk mengamati morfologi permukaan dan struktur pori. (4) Thermogravimetric Analysis (TGA): untuk menilai stabilitas termal dan kandungan zat volatil. Enzim lipase terimobilisasi akan digunakan sebagai katalis dalam reaksi transesterifikasi minyak sawit dengan metanol untuk menghasilkan biodiesel. Kondisi reaksi seperti rasio molar minyak terhadap metanol, suhu, waktu reaksi, dan jumlah katalis akan dioptimalkan untuk mencapai konversi biodiesel yang maksimal. Biodiesel yang dihasilkan akan dianalisis untuk menentukan kualitas dan kesesuaiannya dengan standar biodiesel yang berlaku khususnya di Indonesia. Parameter yang akan diuji meliputi: (1) Komposisi Fatty Acid Methyl Ester (FAME): Ditentukan menggunakan Gas Chromatography (GC). (2) Densitas dan Viskositas: Diukur sesuai dengan metode standar ASTM. (3) Angka asam, Angka penyabunan, dan Angka IOD: Untuk menilai kandungan asam lemak bebas dan derajat ketidakjenuhan. (4) Gliserol total dan Gliserol bebas: untuk menilai kualitas dan kemurnian biodiesel.

 

Abstract:

The palm oil industry is an important sector in Indonesia, producing main products such as crude palm oil (CPO) and by-products such as palm kernel and shell. This biomass waste has great potential to be processed into value-added products, one of which is activated carbon. Activated carbon is known to have a high surface area and porosity, making it an effective adsorbent in various industrial applications, including as a matrix for enzyme immobilization. The immobilization of enzymes, particularly lipase, on solid matrices such as activated carbon, has been the focus of research as it can improve stability, activity, and allow for the repeated use of enzymes. Lipase is an enzyme that catalyzes the hydrolysis of triglycerides into fatty acids and glycerol, as well as the transesterification reaction essential in biodiesel production. Matrix modification such as nitrogen doping on activated carbon is a strategy to improve the compatibility and efficiency of enzyme immobilization. Nitrogen doping can improve the electronic and chemical properties of the activated carbon surface, thereby enhancing the interaction with the lipase enzyme and its catalytic activity. Biodiesel production from palm oil via transesterification using immobilized lipase offers an environmentally friendly alternative to conventional methods using homogeneous base catalysts. This enzymatic method reduces the formation of by-products and simplifies the biodiesel purification process. By utilizing palm biomass waste as a source of nitrogen-doped activated carbon for lipase immobilization, this research not only increases the added value of waste but also supports sustainable biodiesel production. The research proposed in this BUPP scheme uses an experimental method. The research consists of several stages, namely: (1) raw material preparation, (2) synthesis and nitrogen doping on activated carbon, (3) characterization of nitrogen-doped activated carbon, (4) immobilization of lipase enzyme on activated carbon matrix, (5) application of immobilized catalyst in transesterification reaction, (6) analysis of biodiesel produced, and (7) optimization and scale-up of biodiesel synthesis.The nitrogen-doped activated carbon produced will be characterized using: (1) Fourier Transform Infrared (FTIR): to identify the functional groups present on the surface of the activated carbon. (2) Brunauer-Emmett-Teller (BET): To determine the specific surface area and pore size distribution. (3) Scanning Electron Microscopy (SEM): To observe surface morphology and pore structure. (4) Thermogravimetric Analysis (TGA): To assess thermal stability and volatile matter content. The immobilized lipase enzyme will be used as a catalyst in the transesterification reaction of palm oil with methanol to produce biodiesel. Reaction conditions such as the molar ratio of oil to methanol, temperature, reaction time, and the amount of catalyst will be optimized to achieve maximum biodiesel conversion. The biodiesel produced will be analyzed to determine its quality and compliance with applicable biodiesel standards, especially in Indonesia. The parameters to be tested include: (1) Fatty Acid Methyl Ester (FAME) composition: Determined using Gas Chromatography (GC). (2) Density and Viscosity: Measured in accordance with ASTM standard methods. (3) Acid value, Saponification value, and Iod value: To assess the free fatty acid content and degree of unsaturation. (4) Total glycerol and free glycerol: To assess the quality and purity of biodiesel.