BAB II TINJAUAN PUSTAKA

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1

Tempurung Kelapa Buah kelapa terdiri dari sabut kelapa, tempurung kelapa, daging kelapa

dan air kelapa. Sabut kelapa merupakan bahan berserat dengan ketebalan sekitar 5 cm, dan merupakan bagian terluar dari buah kelapa. Tempurung kelapa terletak di sebelah dalam sabut, ketebalannya berkisar 3 - 5 mm. Ukuran buah kelapa dipengaruhi oleh ukuran tempurung kelapa yang sangat dipengaruhi oleh usia dan perkembangan tumbuhan kelapa. Tempurung kelapa beratnya antara 15 – 19 % berat kelapa (Suhartana, 2006). Sebagian besar sabut dan tempurung kelapa dimanfaatkan untuk bahan bakar, baik dalam bentuk tempurung kering atau arang tempurung. Beberapa tahun terakhir ini tempurung kelapa juga sering digunakan sebagai alat peraga edukatif (APE) seperti pada pelajaran biologi, matematika dan fisika, atau juga bisa dipakai sebagai bahan pembuatan suvenir. Tempurung kelapa disamping dipergunakan untuk pembuatan arang, juga dapat dimanfaatkan untuk pembuatan arang aktif, yang dapat berfungsi untuk mengadsorbsi gas dan uap. Arang aktif dapat pula digunakan untuk menurunkan kadar

kesadahan,

kadar besi, dan

kadar NaCl dalam air sumur (Suhartana, 2006). Komponen penyusun kimiawi tempurung kelapa berdasarkan penelitian yang telah dilakukan adalah seperti berikut: 74,3% karbon, 21,09% Oksigen, 0,2% Silika, 1,4% Kalium, 0,5% Sulfur, 1,7% Pospor menjadikanya bepeluang sebagai sumber bahan bakar dan sumber karbon aktif. Untuk memahami sifat dan karekteristik tempurung kelapa yang sesuai bahan bakar maka perlu dipahami mengenai sifat fisik dan kimianya seperti bahan campuran (moisture), kerapatan, struktur morfologi dan termal. Perubahan tempurung kelapa menjadi arang dilakukan memalui proses prirolisis (pemanasan). Pada proses pirolisis unsur-unsur bukan karbon seperti hidrogen dan oksigen akan hilang hingga menyisakan sebanyak mungkin karbon dalam bahan (Esmar Budi, 2011).

Universitas Sumatera Utara

Pembuatan arang aktif dari tempurung kelapa dilakukan melalui 2 tahapan yaitu: 1. Metoda pengarangan dengan cara metoda drum, dan 2. Metoda pengaktifan menggunakan bahan pengaktif NaOH dan H2SO4.

Arang tempurung kelapa merupakan limbah dari pertanian sehingga memiliki nilai ekonomis yang tinggi untuk dibuat menjadi perekat atau penguat pada beton bangunan, arang tempurung kelapa juga digunakan sebagai pengganti semen portland, penelitian ini telah dilakukan dan memiliki kandungan kimia yang lebih baik dari semen. Tempurung kelapa pada keadaan kering mengandung selulosa, lignin, pentosa dan abu dalam beberapa persen. Pada tabel 2.1 memperlihatkan komposisi oksida dari arang tempurung kelapa. Tabel 2.1 Komposisi Oksida dari Coconut Shell Ash (CSA) Oxide

CSA

SiO2

37.97

Al2O3

24.12

Fe2O3

15.48

CaO

4.98

MgO

1.89

MnO

0.81

Na2O

0.95

K2O

0.83

P2O5

0.32

SO3

0.71

Lol

11.94

(Utsev, J.T, 2012)

2.2

Belerang (sulfur) Belerang atau sulfur adalah unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki

lambang S dan nomor atom 16. Bentuknya adalah non-metal yang tak berasa, tak

Universitas Sumatera Utara

berbau dan multivalent. Belerang dalam bentuk aslinya adalah sebuah zat padat kristalinkuning. Di alam, belerang dapat ditemukan sebagai unsur murni atau sebagai mineral-mineral sulfide dan sulfate. Sulfur dikenal dengan nama lain belerang yaitu kumpulan kristal kuning padat dengan berat jenis relatif 2.07 pada suhu 20oC. Dalam keadaan padat, struktur sulfur rata-rata berbentuk belah ketupat dan tetap stabil dalam keadaan ini hingga mencapai suhu 203 oF (95oC). Sulfur mencair di suhu sekitar 240 oF (116 oC) hingga 300 oF (149 oC). Pemanasan yang dilakukan diatas suhu 318

o

F melebihi tingkat polimerisasi sulfur, akan

meningkatkan nilai viskositasnya (Arif Setiawan, 2012). Senyawa sulfur dapat berperan sebagai polutan lingkungan. Senyawa tersebut diproduksi pada area yang luas seperti industri tanaman, industri pertambangan atau dari container seperti drum atau botol. Adanya sulfur dilingkungan tidak selalu menyebabkan paparan pada orang sekitar, kecuali jika kontak selama periode tertentu. Jika seseorang terpapar oleh sulfur, banyak faktor yang menetukan apakah kandungan sulfur berbahaya pada orang tersebut, antara lain dosis, durasi, dan cara kontak senyawa tersebut. Perlu juga dipertimbangkan paparan senyawa kimia lain, usia, jenis kelamin, diet, faktor genetik, pola hidup dan tingkat kesehatan (Ika Kartiani, 2010).

2.3

Karbon disulfida (CS2) Karbon disulfida adalah bahan kimia organik belerang yang terdapat dan

diperoleh secara luas dari proses kimia gas dari batubara, gas alam dan gas sintesis. Unsur CS2 diklasifikasikan sebagai gas polutan yang berbahaya dan dianggap menjadi salah satu dari pelarut yang beracun karena kecepatanya meracuni pembuluh darah dan menyebabkan serangan jantung. Temperatur sangat berpengaruh dalam peningkatan konsentrasi dari karbon disulfida. Unsur CS2ditemukan oleh W.A Lampudius pada tahun 1796, dengan mereaksikan batu bara dan pirit pada suhu tinggi. Pada tahun 1802, Clement dan Desames

menemukan proses pembuatan

karbon disulfida dengan mereaksikan belerang dan arang kayu (Wang Li dkk, 2007). Karbon disulfida merupakan pelarut larutan organik yang tidak memiliki warna pada temperatur ruangan dengan bau seperti kubis atau kol busuk. Pada keadaan murni, CS2 memiliki rasa manis bau yang ringan, selain itu CS2 mudah

Universitas Sumatera Utara

menguapdan terbakar dengan titik didih 46.5. Tingkat kelarutan yang tinggi dalam darah dan lemak dan rendah pada urin dan air (2.0 g/L 20oC). Dalam percobaan dilakukan, CS2 dengan mudah diserap melalui pernapasan, mulut atau kulit dan kemudian didistribusi keseluruh tubuh (Chin Chang Huang, 2004). CS2 petama kali digunakan sebagai pelarut phosporus dalam industri pada tahun 1851. Dan kemudian secara luas digunakan untuk vulkanisasi dari ban dan sintesis dari karbon tetraklorida dan pembuatan cellophane, plywood dan berbagai macam

produk

minyak

dan

tiner.

Pada

abad

20,

kebanyakan

industri

mengaplikasikan ini dalam industri rayon (Chin Chang Huang, 2004). Karbon disulfida adalah sebuah komponen alam dari troposper dan sudah di teliti pada level yang tinggi dalam polusi tropospher. Oksidasi dari CS2 menghasilkan karbonil sulfit (OCS). Konvektif dan jalur yang menyebar membuat OCS sebuah sumber yang penting dari stratopheric sulfur. Unsur CS2 juga diketahui untuk photooksidasi panjang gelombang ( Jonah J. 1995 ). 1. Pembuatan CS2 dengan menggunakan proses hidrokarbon menggunakan bahan baku belerang dan methana, ethana, propylena sebagai sumber karbonnya. Suhu operasi reaktor 700 0C dibantu katalis activated alumina dengan Khromium oxida dan konversi pembentukan karbon disulfida 90%. Proses belerang Hidrokarbon dewasa ini lebih banyak dipilih, dengan proses reaksi sebagai berikut : CH4 + 4SCS2 + 2 H2S 2. Indonesia pada saat ini mempunyai pertimbangan dalam pembuatan CS2 dengan menggunakan proses arang kayu dan belerang perlu mendapat perhatian lebih,karena reaksi antara arang kayu dan belerang dapat ditulis: C (p) + 2 S(P)CS(g) Dengan menggunakan reaktor kolom terfluidasi, diperoleh konversi S menjadi CS2 sebasar 75 % dengan waktu tinggal 0,5 – 10 detik. Namun selain kedua reaksi tersebut masih ada proses : 2 CO + 2 S 2 COSCS2 + CO2 C + 2 H2S CS2 + 2 H2 Di China, ada banyak pabrik dengan ukuran pabrik yang besar dan kecil. Dengan menggunakan batubara sebagai bahan utama untuk memproduksi sintesis

Universitas Sumatera Utara

gas. Eleminasi bahan campuran sulfur dari sintesis gas adalah salah satu dari masalah utama untuk dilarutkan. Desulfurisasi pada temperatur rendah dianggap lebih sesuai. Dilain sisi, karbon disulfida juga berkontribusi yang sangat signfikan pada pelepasan sulfur di atmosfir dan menyebabkan polutan yang berbahaya bagi lingkungan. Ini menjadi penting cara menghilangkan CS2 sebersih mungkin. Proses utama untuk menghilangkan CS2 ditunjukkan pada proses dibawah ini. 1. Hidrolisis CS2 + 2H2O → CO2 + 2H2S Kondisi reaksi : katalis alumina , 200-300 oC 2. CS2

Reduction +

4H2

→

CH4

+

2H2S

PCS2

PH2O2

untuk reaksi hidrolisis, kesetimbangan dapat ditunjukkan : KCS2

=

PH2S2

PCO2

/

(ZOU Feng-Lou dkk, 1996)

2.4

Spesifikasi Bahan Baku dan Produk

2.4.1 Bahan Baku Bahan baku merupakan bahan utama yang digunakan dalam suatu proses industri. Dalam proses pembuatan karbon disulfida, bahan baku yang dipakai adalah belerang dan arang tempurung kelapa. 2.4.1.1 Belerang Belerang atau sulfur adalah bahan mineral yang terdapat dalam keadaan bebas dan dalam bentuk senyawa. Sulfur di alam terdapat dalam keadaan bebas yang diperoleh dari gunung berapi dan adapula yang tertimbun didalam tanah. Dibawah ini dijelaskan sifat fisik dan kimia dari belerang atau sulfur. Belerang 1

Kristal berwarna kuning

2

Berat jeni relatif 2.07 gr/mol

3

Pada 1 atm titik lebur 116 – 149 °C

4

Pada 1 atm titik didih 440 °C

5

Pada 1 atm temperatur nyala 248°C

6

Tidak larut dalam air dan asam

7

Larut dalam karbon disulfide

Universitas Sumatera Utara

8

Tidak menghantar panas dan listrik

9

Pada suhu kamar spesifik grafity 1,9 – 2,1

(Arief Setiawan, 2012) 2.4.1.2 Arang Tempurung Kelapa Tempurung kelapa merupakan bahan baku kedua yang digunakan dalam proses pembuatan karbon disulfida. Tempurung kelapa dibakar sehingga menghasilkan arang dan kemudian diperoleh karbon dari tempurung kelapa untuk direaksikan dengan belerang. Adapun spesipikasi dari arang tempurung kelapa dapat dilihat dibawah ini. Arang Tempurung Kelapa 1

Merupakan senyawa karbon dengan kandungan 76,32 %

2

Ukuran maksimum 20 mm

3

Menyerap air hingga 23 %

4

Fineness modulus6.48

5

Specific Gravity 1.56

6

Memiliki Densitas 510 – 600 kg/m3

7

Kadar air 4.2 %

8

Kadar Abu 13,08 %

9

Ketebalan 3 – 6 mm

10

Kandungan Volatile 10,60 %

(Neetes Kumar ,2014) (Daniel dkk, 2013)

2.4.2 Produk 2.4.2.1 Karbon disulfide Karbon disulfida merupakan bahan yang digunakan dalam jumlah besar terutama untuk industri rayon, karet, carbon tetra chloride, flotation agent untuk karet dan bahan inseksida. Karbon disulfida merupakan cairan yang tidak bewarna, tidak berbau, dan bila terkena matahari berubah menjadi kekuning-kuningan. Adapun spesifikasi bahan karbon disulfida dapat dilihat dibawah ini.

Universitas Sumatera Utara

Karbon Disulfida 1

Larutan beracun

2

Konversi konsentrasi udara 3,1 mg/m3 per ppm pada 25 oC

3

Titik beku -111,6 0C

4

Titik cair 108,6 0C

5

Titik didih 46,25 0C

6

Temperature kritis 273 0C

7

Tekanan kritis 75 atm

8

Berat molekul 76,14 gr/mol

(Children’s Environmental Helath, 2001)

2.5

Deskripsi Proses Langkah-langkah operasi yang ditempuh dalam proses pembuatan karbon

disulfida (CS2) adalah sebagai berikut : 1. Proses Kalsinasi Adapun tujuan dari proses kalsinasi adalah untuk mengurangi kandungan uap lembab yang terdapat di dalam arang tempurung kelapa sehingga yang tersisa hanya karbon dan juga untuk menghindari hasil reaksi samping seperti hidrogen sulfida, karbon oksisulfida dan karbon monoksida (CO) yang berlebihan. Pada proses pembuatan Karbon Disulfida diperlukan perlakuan awal terhadap arang tempurung kelapa. Pada tahap kalsinasi ini dipanaskan terlebih dahulu arang tempurung kelapa pada Rotary Kiln (RK-101). Proses kalsinasi ini suhu yang digunakan adalah 4000C. 2. Proses Pencampuran Arang tempurung kelapa yang berupa karbon dimasukkan ke dalam reaktor (R-101) dan belerang padat dimasukkan ke dalamreaktor (R-101) melalui bucket elevator (BE-103). Pada tungku ini arang tempurung kelapa bereaksi dengan belerang pada temperatur 900 0C dan tekanan 1 atm. Belerang dan karbon yang masuk menyatu di dalam tungku listrik berubah fasa menjadi fasa gas yaitu gas belerang pada kondisi operasi atas. Sumber panas yang diperlukan berasal dari panas yang dihasilkan elektroda yang dialiri oleh arus listrik. Pada tahapan operasi ditungku listrik terbentuk gas karbon disulfida sebagai

Universitas Sumatera Utara

produk utama,reaksi yang terjadi di dalam tungku listrik, adalah: C + 2S

CS2 Gas karbon disulfida yang keluar dari tungku listrik (R-101) masuk ke dalam

cylcon (FG-101), dalam alat ini terjadi proses pemisahan antara padatan dan gas. Pada proses pemisahan ini padatan yang berupa karbon (C) dibuang. 3. Proses Pendinginan Gas yang keluar dari reaktor tungku listrik (R-101) di masukkan ke dalam cooler(CO 101) dari temperatur 500 0C diturunkan menjadi 100 0C dengan media pendingin air pada temperatur 10°C, 1 atm. Gas yang keluar dari cooler (CO-101) dengan suhu 90-100 0C dimasukkan kedalam condensor (CD-101) gas yang masuk akan berubah fasa dari fasa gas menjadi fasa cair, penukaran gas dengan media pendingin air pada temperatur 10 0C, 1 atm sehingga diperoleh karbon disulfida cair (30 °C, 1atm) sebagai hasil pendinginan.Cairan karbon disulfida dari cooler kemudian di alirkan ke dalam tangki produk (T-101) karbon disulfida (CS2).

Universitas Sumatera Utara