Prosiding Semirata FMIPA Universitas Lampung, 2013
PENGARUH LAJU ALIR CO2 HASIL PEMBAKARAN TEMPURUNG KELAPA TERHADAP PEMBENTUKAN DAN KARAKTERISTIK Na2CO3 Rifqi Almusawi Rafsanjani1, Simon Sembiring1, Wasinton Simanjuntak2 Mahasiswa Jurusan Fisika, FMIPA, Universitas Lampung1 Staf Pengajar Jurusan Fisika, FMIPA, Universitas Lampung1 Staf Pengajar Jurusan Kimia, FMIPA, Universitas Lampung2 Jln. Prof. Dr. Sumantri Brojonegoro No. 1 Bandar Lampung 35145 Telp. (0721) 7406534 Fax. (0721) 704625
[email protected]
Abstrak. Telah dilakukan sintesis natrium karbonat (Na2CO3) dengan pengaruh laju alir CO2 hasil pembakaran tempurung kelapa yang direaksikan dengan larutan NaOH, dimana laju alir tersebut dipengaruhi oleh variasi luas penampang pipa 5/8, 1/2, 3/4 dan 1 inchi. Endapan Na2CO3 yang diperoleh dari laju alir CO2 hasil pembakaran ke dalam larutan NaOH selanjutnya dicuci menggunakan alkohol 70% dan dikeringkan dengan suhu 110 °C selama 6 jam. Sampel yang dihasilkan dengan variasi laju alir 5/8, 1/2, 3/4 dan 1 inchi adalah 6,6, 7,6, 5,5, dan 6,9 gram. Sampel tersebut kemudian digerus dan dilakukan peletisasi. Kemudian dilakukan karakterisasi fungsionalitas pada sampel dengan FTIR. Hasil analisis menunjukan gugus fungsi yang berkaitan dengan Na2CO3 adalah C=O, C-O dan CO32- disamping gugus lain seperti –OH, C-H, P-H, dan sO32. Kata kunci: Na2CO3, NaOH, laju alir, CO2, Tempurung Kelapa.
PENDAHULUAN Salah satu industri berbasiskan tempurung kelapa yang terus berkembang diberbagai daerah di Indonesia termasuk Propinsi Lampung adalah industri arang tempurung kelapa (ATK) karena didukung oleh bahan baku yang melimpah. Data dari Dinas Perkebunan Propinsi Lampung tahun 2010 menunjukan bahwa di daerah ini terdapat perkebunan kelapa seluas 128.096 ha dengan hasil produksi kelapa mencapai 104.770 ton per tahun. Dari produkasi ini dihasilkan tempurung kelapa sekitar 30.700 ton dengan berat tempurung kelapa 12% dari bobot buah kelapa. Berkembangnya industri ATK di masyarakat tidak diikuti dengan teknologi yang canggih, karena produksi ATK masih menggunakan proses konvensional dengan cara pembakaran terbuka (Widodo dkk.,
2010) yang kaya akan CO2, sehingga industri ATK masih tidak termasuk ke dalam industri ramah lingkungan. Karena menurut Kirby tahun 2008 meningkatnya kadar CO2 di alam akan menurunkan kualitas udara dan menyebabkan GRK serta CO2 merupakan penyumbang GRK terbesar mencapai 48% dibandingkan CH4, N2O dan gas lainnya (McGetingan et al., 2010). Maka diperlukan teknologi yang memanfaatkan CO2 hasil pembakaran menjadi sebuah produk bernilai ekonomis disamping ATK sebagai produk utama dan sekaligus dapat mengurangi emisi gas CO2 serta ramah lingkungan. Adapun salah satu teknologinya adalah menjadikan CO2 sebagai bahan baku Na2CO3. Karena menurut aplikasinya, Na2CO3 merupakan senyawa sangat penting dalam industri kimia seperti industri kaca (USGS, 2011),
Semirata 2013 FMIPA Unila |307
Rifqi Almusawi Rafsanjani dkk: PENGARUH LAJU ALIR CO2 HASIL PEMBAKARAN TEMPURUNG KELAPA TERHADAP PEMBENTUKAN DAN KARAKTERISTIK Na2CO3
pulp dan kertas (Wibisono dkk., 2011) dan deterjen. Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, Na2CO3 merupakan hasil reaksi antara CO2 dengan larutan NaOH (Mahmoudkhani & Keith, 2009; Stolaroff et al., 2008), yang memenuhi reaksi kimia oksida basa dengan larutan basa berorde dua (Van Bhat, 1999): CO2 + NaOH → NaHCO3 NaHCO3 + NaOH → Na2CO3 + H2O Sedangkan untuk mendapatkan Na2CO3 yang berkualitas dipengaruhi oleh beberapa faktor salah satunya adalah laju lair CO2 terhadap larutan NaOH (Setiadi dkk., 2008; Irianty, 2009). Berdasarkan latar belakang tersebut, maka penelitian ini bertujuan untuk mensintesis Na2CO3 menggunakan variasi laju alir CO2 hasil pembakaran tempurung kelapa dengan larutan NaOH teknis. Adapun variasi laju alir dipengaruhi oleh luas pemukaan pipa 5/8, 3/4, 1/2 dan 1 inchi dan untuk mengetahui pengaruhnya dilakukan karakteristik gugus fungsi dengan FTIR (Fourier Transform Infrared). METODE PENELITIAN Perancangan Alat Alat pembakaran yang ditunjukan pada Gambar.1 dirancang untuk menghasilkan gas CO2 dan mengalirkannya melalui pipa menuju adsorben kemudian gas CO2 yang sudah disaring masuk ke dalam larutan NaOH . Laju Alir CO2 CO2 dari hasil pembakaran tempurung kelapa kemudian dihisap oleh penghisap sentrifugal dari kipas fans komputer berukuran 3 inchi dengan kecepatan alir udara 0,7 m/s dan dialirkan ke luas permukaan yang divariasikan, seperti yang ditunjukan pada Tabel.1.
308| Semirata 2013 FMIPA Unila
Gambar 1. Gambar alat pembakaran
Keterangan: A B dan D C E
= Tungku Pembakaran = Penghisap Sentrifugal = Adsorben Partikulat = Wadah Larutan NaOH
Bahan Bahan-bahan yang digunakan pada penelitian ini meliputi tempurung kelapa kering, CO2, NaOH teknis, aqudes, alkohol 70%, zeolit dan sekam padi. Preparasi Tempurung Kelapa Dan Larutan NaOH Tempurung kelapa dibersihkan dari partikulat yang menempel. Tempurung kelapa yang sudah bersih dijemur hingga kering dan yang berukuran besar dipecah menggunakan palu menjadi beberapa bagian. Sedangkan larutan NaOH dibuat dari 80 gr NaOH teknis yang dilarutakan dalam aquades sehingga menjadi 100 ml. Tabel 1. Pembuatan Na2CO3 dengan laju alir CO2
Proses Sintesis Na2CO3 Menyusun tempurung kelapa yang telah dipecah menjadi beberapa bagian ke dalam tungku pembakaran. Menyiapkan adsorben parikulat dengan susunan sekam padizeolit-sekam padi dan melarutkan NaOH
Prosiding Semirata FMIPA Universitas Lampung, 2013
sebanyak 80 gr/100 ml ke dalam beaker glass. Pembakaran dilakukan di dalam tungku dan tungku ditutup. Proses pembakaran selam 5 jam. Di samping tungku diberi sedikit lubang. CO2 akan dihisap oleh penghisap sentrifugal pertama, kemudian terjadi proses penyaringan partikulat kotoran yang terkandung pada CO2 hasil pembakaran di susuanan adsorbe zeolit. Setelah disaring CO2 dihisap kembali oleh penghisap, kemudian dari penghisap dialirkan menuju pipa dengan luas permukaan yang divariasiakan (5/8, 1/2, 3/4, dan 1 inchi) sebelum menuju larutan NaOH. Setelah pembakaran berakhir dan telah terjadi endapan maka dilakukan aging selama 24 jam, setelah itu dibilas dengan alkohol 70% untuk menghilangkan kotoran yang masih tersisa. Endapan disaring dengan kertas saring, untuk mengurangi kadar air maka dilakukan pengvakuman dan oven pada suhu 110oC selama 6 jam untuk menghilangkan sisa kadar air. Sampel yang telah kering, digerus dengan mortar dan pastel hingga halus. Sampel disimpan dalam wadah dan ditimbang. Sampel dikarakterisasi dengan FTIR untuk mengetahui gugus fungsi pada endapan Na2CO3.
untuk menghitung masa Na2CO3 yang didapat seperti yang ditujukan pada Tabel.2. Adapun pada Gambar.3 menunjukan proses sintesis Na2CO3 dari awal sampai dengan terbentuknya serbuk Na2CO3 dengan bahan baku CO2 hasil pembakaran tempurung kelapa dengan larutan NaOH.
Gambar 2. Proses pembentukan Na2CO3 Tabel 2. Endapan Na2CO3 yang terbentuk setiap luas permukaan
HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Sintesis Na2CO3 Dari hasil pengamatan yang telah dilakukan, maka didapatkan endapan Na2CO3 dari hasil sintesis CO2 dari pembakaran tempurung kelapa yang dialirkan ke larutan NaOH. Proses sintesis tersebut ditunjukan pada Gambar.2. Endapan yang diperoleh dibersihkan dengan alkohol 70% untuk menghilangkan senyawa organik pada endapan. Selanjutnya endapan disaring dengan kertas saring dan divakum agar kadar air pada endapan berkurang. Kemudian dipanaskan pada suhu 110oC selama 6 jam. Kemudian dilakukan penggerusan dan penimbangan
Gambar 2. (A) NaOH sebelum direaksikan (B) NaOH setelah direaksikan dengan CO2 hasil pembakaran tempurung kelapa.
Semirata 2013 FMIPA Unila |309
Rifqi Almusawi Rafsanjani dkk: PENGARUH LAJU ALIR CO2 HASIL PEMBAKARAN TEMPURUNG KELAPA TERHADAP PEMBENTUKAN DAN KARAKTERISTIK Na2CO3
3.2 Hasil Karakterisasi FTIR (Fourier Transform Infrared) Hasil analisis gugus fungsi sampel Na2CO3 pada variasi luas permukaan menggunakan FTIR ditampilkan pada Gambar 3. Hasil spektrum FTIR sampel Na2CO3 pada keempat luas permukaan menunjukkan adanya gugus fungsi CO32dan ini mengindikasikan pembentukan Na2CO3.
Hasil analisis gugus fungsi keempat sampel menunjukkan fungsionalitas yang sama. Ini dilihat dari gugus fungsi yang terbentuk yaitu C=O, C-O,dan CO32-. Gugus fungsi ini menunjukan terbentuknya Na2CO3. Pada penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Tavender (1997) dan Coates (2000) menyatakan bahwa 2kehadiran gugus CO3 mengindikasikan terbentuknya Na2CO3 dan terletak pada panjang gelombang 1500-2200 cm-1, 14901410 cm-1, dan 880-860 cm-1. Pada penelitian ini gugus CO32- terletak pada panjang gelombang 1500-1300 cm-1 dan 880-860 cm-1. Selain CO32-, gugus fungsi lain yang memperkuat pembentukan Na2CO3 yaitu gugus fungsi C=O yang terletak pada panjang gelombang 1770 cm-1 dan gugus C-O yang terletak pada panjang gelombang 1080-1060 cm-1. Selain gugus fungsi yang berhubungan dengan pembentukan Na2CO3, juga terdapat gugus fungsi lain. Gugus fungsi tersebut adalah gugus O-H. Gugus O-H sebagai gugus fungsi tambahan yang pertama dan terletak pada panjang gelombang 2400 cm-1 (Stuart, 2004). Gugus ini berkaitan dengan proses pengeringan sampel yang belum benar-benar kering sehingga masih adanya kandungan air yang terdapat pada sampel. Gugus tambahan kedua yaitu gugus C-H. Gugus ini terletak pada panjang gelombang 3300-2800 cm-1 (Stuart, 2004). Munculnya gugus fungsi ini sebagai pengotor yang berasal dari bahan organik atau kemungkinan berasal dari Na2CO3. Gugus fungsi lainya yaitu P-H yang terdapat pada panjang gelombang antara 2425–2325 dan gugus SO32- yang berada pada panjang gelombang 600-500 cm-1 (Stuart,2004). KESIMPULAN
Gambar 4. Pola spektra FTIR sampel Na2CO3 (a) 1 Inchi, (b) 3/4 Inchi, (c) 1/2 Inchi , dan (d) 5/8 Inchi.
310| Semirata 2013 FMIPA Unila
Berdasarkan hasil penelitian menunjukkan luas permukaan 1/2 lebih baik dibandingkan dengan luas permukaan yang lain karena didukung oleh laju alir yang lebih cepat yaitu 3,08 ms-1. Hasil
Prosiding Semirata FMIPA Universitas Lampung, 2013
dipertegas dengan gugus fungsi pada FTIR bahwa terbentuknya Na2CO3 karena adanya gugus karbonat (CO32-).
Capture From Atmospheric Air Using Sodium Hydroxide Spray. Environmental Science & Technology. 42, 8, Hal. 2728–2735.
DAFTAR PUSTAKA
Setiadi, Tania H, Nita., Hantizen dan Supramono, Dijan. Studi Absorpsi Co2 Menggunakan Kolom Gelembung Berpancaran Jet (Jet Bubble Column). Makara. 12, 1, Hal. 31-37.
Coates, John. 2000. Interpretation of Infrared Spectra, A Practical Approach. Encyclopedia of Analytical Chemistry. John Wiley & Son Ltd. Hal 1081510837. Dinas perkebunan. 2010 Komoditas Perkebunan Unggulan ( Komoditi Kelapa ). Propinsi Lampung Irianty, Rozzana S. 2009. Pengaruh Laju Alir Gas Dan Konsentrasi Sorben Terhadap Fluks Absorpsi CO2 Menggunakan Kontraktor Hallow Fiber. Jurnal Sains & Teknologi. 8. 2. Hal. 8387. Kirby, Alex. 2008. Kick The Habit: A Climate Neutral Book. United Nations Environment Programme Publication. Malta Mahmoudkhani, Maryam., W. Keith, David. Low-Energy Sodium Hydroxide Recovery For CO2 Capture From Atmospheric Air-Thermodynamic Analysis. International Journal of Greenhouse Gas Control. 165. 9. McGettigan, M., Duffy, P., Hyde, B., Hanley, E., O‘Brien, P., Ponzi, J and Black, K. 2010. National Inventory Report: Greenhouse Gas Emissions 1990 - 2008 Reported To The United Nations Framework Convention On Climate Change. Environmental Protection Agency. Irland Stolaroff, Joshuah K., Keith, David W., Lowry, Gregory V. 2008. Carbon Dioxide
Stuart, Barbara. 2004. Infrared Spectroscopy: Fundamentals and Application. John Wiley & Sons, Ltd. Tavender, Susan M., Steven A. Johnson, Daniel Balsom, Anthony W. Parker, and Roger H. Bisby. 1997. The Carbonate, CO32-, In Solution Studied By Resonance Raman Spectroscopy. Vol. 19 November 1997. USGS. 2011. Mineral Commodity Summaries 2011. U.S. Geological Survey. Virginia Vas Bhat R.D., Kuipers J.A.M., Versteeg G.F. 2000. Mass Transfer With Complex Chemical Reactions In Gas–Liquid Systems: Two-Step Reversible Reactions With Unit Stoichiometric And Kinetic Orders. Chemical Engineering Journal. 76. Hal 127–152. Wibisono, Ivan., Antaresti., Leonardo, Hugo., Aylianawati. Pembuatan Pulp Dari Alang-Alang. Widya Teknik. 10, 1, Hal. 11-20. Widodo, Ignatius G., Sutriyatna., Widagdo, Eko. 2010. Upaya Penerapan Teknologi Pengolahan Arang Tempurung Kelapa Untuk Meningkatkan Nilai Tambah Petani Di Kecamatan Sei Raya Kabupaten Bengkayang. Jurnal Ilmu Pengetahuan dan Rekayasa. Ed. Mei. 2010
Semirata 2013 FMIPA Unila |311
