PENGARUH PROSES PENGERINGAN, NORMALITAS HCl, DAN TEMPERATUR PEMBAKARAN PADA PEMBUATAN SILIKA DARI SEKAM PADI Pamilia Coniwanti, Rasmiah Srikandhy, Apriliyanni Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sriwijaya Jl. Raya Prabumulih Km. 32 Inderalaya OI SumSel
ABSTRAK Telah dilakukan pembuatan silika dari sekam padi. Pembuatan silika ini dilakukan melalui tahap-tahap berikut : proses pencucian sekam padi, pengeringan, pengabuan sekam padi, dan pemurnian abu. Variabel proses pada penelitian ini yaitu perbedaan proses pengeringan sekam padi, penggunaan larutan HCl dengan normalitas yang berbeda, dan temperatur pembakaran. Proses pengeringan sekam padi dibagi menjadi dua cara yaitu sampel A yang dikeringkan dengan menggunakan sinar matahari dan sampel B yang dikeringkan dengan oven. Kemudian dari masing – masing sampel dilakukan proses pemurnian dengan melakukan pengasaman menggunakan larutan HCl 1N, 2N, 3N, dan 4N, lalu dilakukan pembakaran pada suhu 600°C, 800°C, 1000°C, dan 1100°C. Analisa komposisi menunjukkan silika terbanyak diperoleh dari sampel A yang diasamkan dengan HCl 3N dan dibakar pada temperatur 1100°C yaitu 73,7% silika, dimana pada kondisi yang sama sampel B hanya menghasilkan 69,3% silika. Proses A menghasilkan silika dengan berat yang lebih banyak dibandingkan silika yang dihasilkan dari sampel B. Dari penelitian ini diketahui bahwa silika dengan kemurnian tinggi diperoleh melalui proses pengeringan dengan sinar matahari, pengasaman dengan HCl 3N dan temperatur pembakaran 1100°C. Kata kunci : sekam padi, silika
ABSTRACT The making of silica from rice hulls has been done. The making of this silica is carried out by this steps : rice hulls washing, drying, burning, and refining. Process variables of this research are : rice hulls drying process, HCl normality, and burning temperature. The rice hulls drying process divided into two ways : sample A which is drying process using sunlight and sample B which is drying process using oven. Then, each of samples is refined by adding HCl 1N, 2N, 3N, 4N, and burned at 600°C, 800°C, 1000°C, 1100°C. Compositional analysis showed that sample A which refined by 3N HCl and burned at 1100°C produced the greater silica with 73,7% of silica. At the same condition, sample B only produced 69,3% of silica. Process A produced silica weight more than process B. From this research, we known that silica with the higher percentage produced by this steps : drying using sunlight, refined by 3N HCl and burned at temperature 1100°C. Key words : rice hulls, silica
Jurnal Teknik Kimia, No.1, Vol. 15, Januari 2008
5
I.
PENDAHULUAN
Padi merupakan produk utama pertanian di negara agraris, termasuk Indonesia. Sekam padi yang merupakan salah satu produk sampingan dari proses penggilingan padi, selama ini hanya menjadi limbah yang belum dimanfaatkan secara optimal. Sekam padi biasanya hanya digunakan sebagai bahan pembakar bata merah atau dibuang begitu saja. Padahal dari beberapa penelitian yang telah dilakukan menunjukkan bahwa abu sekam padi banyak mengandung silika. Di setiap daerah di Indonesia terdapat industri penggilingan padi yang menghasilkan limbah sekam padi dalam jumlah yang cukup besar. Contohnya saja di daerah Sumatera Selatan, daerah penghasil padi dan industri penggilingan padi terbesar terdapat di Kabupaten/Kota Banyuasin, OKU Timur, dan Ogan Komering Ilir. Jumlah produksi padi di Sumatera Selatan pada tahun 2006 tercatat sebanyak 2.456.251 ton. Prospek pemanfaatan serbuk silika juga cukup besar, antara lain sebagai bahan baku pembuatan silika gel dan sebagai bahan campuran keramik. Mengingat besarnya potensi ketersediaan limbah sekam padi dan besarnya prospek pemanfatan serbuk silika, maka perlu adanya teknik pembuatan serbuk silika dengan memanfaatkan potensi yang tersedia. Pemanfaatan limbah sekam padi ini juga diharapkan akan dapat membantu meningkatkan taraf hidup masyarakat industri kecil disamping juga akan menciptakan lapangan kerja baru serta sekaligus turut melestarikan lingkungan. Pada penelitian ini dilakukan pembuatan serbuk silika dari sekam padi dan kemudian dilakukan pengujian kuantitas serta kemurnian dari silika yang dihasilkan untuk mengetahui metode dan perlakuan dalam pembuatannya yang memberikan hasil yang optimal. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh proses pengeringan bahan baku, normalitas HCl yang digunakan, serta temperatur pembakaran terhadap kuantitas dan kualitas silika yang dihasilkan.
II. FUNDAMENTAL Sekam padi adalah kulit keras yang melindungi bulir / biji beras. Fungsi dari sekam padi yaitu untuk melindungi beras selama masa pertumbuhan. Sekam padi adalah bagian terluar dari butir padi, yang merupakan hasil sampingan saat proses penggilingan padi dilakukan. Sekitar 20% -
6
25% dari bobot padi adalah sekam padi dan kurang lebih 15 % dari komposisi sekam adalah abu sekam yang selalu dihasilkan setiap kali sekam dibakar. Sekam padi mengandung 40% sellulosa, 30% lignin dan 20% abu. Abu terdiri dari opaline silika yang terdapat dalam jaringan sellulosa dan sedikit karbon. Sekam padi ini mempunyai sifat higroskopis, berat jenis rendah dan warna netral. Sekam padi merupakan material isolasi yang sangat baik karena sekam sulit untuk terbakar dan dapat mencegah kelembapan yang dapat menimbulkan jamur atau fungi. Beberapa penelitian menemukan bahwa sekam padi yang dibakar akan menghasilkan sejumlah silika, untuk alasan inilah sekam padi menyediakan isolasi termal yang sangat baik. Dalam pembakaran sekam padi biasanya menghasilkan 20% abu dengan kandungan silika (SiO2) sebagai komponen utamanya, sedikit karbon dan oksida-oksida lain. Secara alami silika dalam sekam padi terdapat dalam bentuk amorphous. Sekam padi yang dibakar akan menghasilkan abu sekam dengan silika berbentuk amorf dan biasanya mengandung 85-90% silika dan 10-15% karbon. Silika yang terdapat dalam sekam ada dalam bentuk amorf terhidrat (Houston, 1972). Tapi jika pembakaran dilakukan secara terus menerus pada suhu di atas 650ºC akan menaikkan kristalinitasnya dan akhirnya akan terbentuk fasa kristobalit dan tridimit dari silika sekam. Silika (silicon dioxide) dengan rumus molekul SiO2, terdapat di alam dalam keadaan tidak murni. Silika terbentuk ketika unsur silicon (Si) teroksidasi secara termal. Lapisan yang sangat tipis terbentuk di permukaan silicon ketika silicon kontak dengan udara. Temperatur tinggi dan lingkungan yang berubah merupakan kondisi yang baik dalam pembentukan lapisan silika (silicon dioxide). Silika merupakan bahan kimia yang pemanfaatan dan aplikasinya sangat luas mulai bidang elektronik untuk pengampelasan material bahan IC, fiber optik, bahan cat, pasta gigi, kosmetik, kertas, makanan suplemen, mekanik, medis, seni hingga bidang-bidang lainnya. Salah satu pemanfaatan silika yang cukup luas adalah sebagai penyerap kadar air di udara sehingga memperpanjang masa simpan bahan dan sebagai bahan campuran untuk membuat keramik seni.
Jurnal Teknik Kimia, No.1, Vol. 15, Januari 2008
Selain itu silika yang khususnya dihasilkan dari ekstraksi sekam padi dimanfaatkan sebagai bahan penguat komposit karet alam, sebagai bahan aditif (pozzolan) dalam pembuatan semen portland, dan sebagai bahan pembuatan mullite whiskers. Silika mempunyai sifat kimia yaitu berwarna putih (ketika murni), berat molekul 60,1, densitas 2,2 g/cm3. Silika merupakan material yang tidak mudah terbakar, memiliki stabilitas yang baik pada suhu tinggi, dan silika juga merupkan material yang tidak menghantarkan listrik (isolator). Silika diperoleh dari sekam padi melalui 3 langkah proses. Dimulai dengan pengasaman diikuti dengan pembakaran dan penggilingan. Serbuk silika amorf putih dapat diperoleh dari sekam padi dengan proses dekomposisi termal terhadap sekam padi dengan langkah – langkah tersebut. Proses pembakaran menghasilkan residu gelap yang mengandung hampir 15% berat karbon. Ketika abu ini ditambahkan ke dalam campuran cair seperti air, kandungan karbon akan mempengaruhi kondisi suspensi. Treatment asam dan leaching adalah langkah yang penting untuk mendapatkan silika dengan kemurnian tinggi, ukuran partikel yang halus, dan permukaan yang luas. Pemanasan lanjutan terhadap abu dilakukan untuk mengurangi residu karbon dan pengotor utama dari silika yang dihasilkan yaitu potassium, kalsium, magnesium, dan sodium.
III. METODOLOGI PENELITIAN Bahan Percobaan Sekam padi sebagai bahan baku pembuatan silika, asam klorida (HCl) sebagai larutan pemasak dalam proses pengasaman, dan aquadest untuk pencucian serbuk silika hasil pengasaman. Proses Persiapan Bahan Baku Sekam padi dicuci kemudian dikeringkan dengan cara dioven pada suhu 190°C selama 1 jam dan sekam lainnya dikeringkan dengan dijemur di bawah sinar matahari selama 1 jam. Sekam yang telah kering ditimbang masing-masing 10 gram sampel.
Jurnal Teknik Kimia, No.1, Vol. 15, Januari 2008
Proses Pengabuan Sampel kemudian dibakar pada suhu 600ºC selama 4 jam. Abu sekam yang diperoleh digerus kemudian diayak dengan ayakan sehingga didapat ukuran yang homogen. Proses Pemurnian a. Pengasaman Hasil gerusan abu sekam diambil sebanyak 1 gram dan dimasukkan ke dalam beker glass dan dibasahi dengan aquadest 10 ml dan diaduk. Kemudian ditambahkan 10 ml HCl (dengan normalitas 1N, 2N, 3N, dan 4N) dan diuapkan di atas penangas air sampai kering. Tahap ini dilakukan beberapa kali sampai terbentuk serbuk putih. Serbuk dibilas dengan aquadest dan disaring dengan kertas saring bebas abu, kemudian dicuci 4-5 kali dengan aquadest panas. b. Pembakaran Residu padat dan kertas saring hasil proses pemurnian dipanaskan pada suhu yang berbeda-beda yaitu 600°C, 800°C, 1000°C, dan 1100°C hingga diperoleh serbuk silika berwarna putih. Analisa Silika Analisa yang dilakukan terhadap silika yang dihasilkan adalah (1) Analisa kandungan abu dalam sekam, yang dihitung berdasarkan perbandingan berat abu yang diperoleh dengan berat sekam sebelum dibakar dikalikan seratus persen. (2) Analisa berat silika, yang dilakukan dengan mengurangi berat abu sebelum pemurnian dengan berat serbuk silika setelah pemurnian. (3) Analisa kemurnian silika, yang dilakukan dengan menggunakan metode/alat Colorimeter.
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN Kandungan Abu Dalam Sekam Dari hasil penelitian dilakukan analisa kandungan abu dalam sekam yang bertujuan untuk mengetahui kandungan abu yang diperoleh setelah sekam dibakar. Berikut ini adalah tabelnya:
7
Tabel 1. Kandungan abu dalam sekam
A
% Abu
Sampel
23,3
24,6
22,9
23,4
22,9
24,4
22,6
24,6
B
1,2
% Abu
1
Berat silika yang diperoleh (gr)
Sampel
Pengaruh Temperatur Terhadap Berat Silika
0,8
1N 2N
0,6
3N 4N
0,4
22,9
24,9
0,2
23,1
24,7
0
23,3
24,9
23,2
24,4
600
800
1000
1100
Temperatur (celcius)
23,025
Rata-rata
24,4875
Dari tabel 1, diketahui bahwa rata-rata kandungan abu dalam sekam untuk sampel yang dikeringkan dengan sinar matahari (sampel A) yaitu 23,025% (dari 10 gram sampel). Sedangkan rata-rata kandungan abu dalam sekam untuk sampel yang dikeringkan dengan oven (sampel B) yaitu 24,4875%. Hasil ini diperoleh pada kondisi pembakaran dengan suhu 600°C dan lama pembakaran 4 jam. Abu yang diperoleh dari sampel B lebih banyak dibandingkan dengan abu yang diperoleh dari sampel A. Pengeringan dilakukan untuk mengurangi kandungan air dalam sekam padi. Menurut Harsono (2002) laju pengeringan akan menurun seiring dengan penurunan kadar air selama penguapan dan proses pengeringan tidak terjadi dalam suatu waktu sekaligus. Maka pada pengeringan dengan sinar matahari, penyebaran panas ke dalam bahan berlangsung secara bertahap dan menyeluruh sehingga penguapan air ke udara lebih merata. Tidak demikian halnya untuk pengeringan dengan oven. Ketika bahan mulai terkena panas dari oven, laju pengeringan berlangsung secara cepat. Sehingga saat laju pengeringan mulai menurun, masih tersisa kandungan air pada bahan.
Dari grafik 1, terlihat bahwa berat silika yang terbentuk untuk kondisi optimal pada proses pengasaman dengan HCl 1N yaitu 0,98 gram (dari 1 gram sampel abu). Hasil ini didapat pada kondisi pembakaran pada temperatur 600°C. Berat silika yang optimal pada proses pengasaman dengan HCl 2N yaitu 0,95 gram pada temperatur 600°C. Berat silika yang optimal pada proses pengasaman dengan HCl 3N yaitu 0,93 gram, diperoleh pada temperatur pembakaran 600°C. Berat silika yang optimal pada proses pengasaman dengan HCl 4N yaitu 0,95 gram pada temperatur 600°C. Silika pada grafik 1 adalah silika dari sampel A yang dibuat dari sekam padi yang dikeringkan dengan sinar matahari. Dari grafik dapat terlihat bahwa kondisi optimal untuk mendapatkan berat silika terbanyak adalah pada proses pengasaman dengan HCl 1N dan pembakaran pada temperatur 600°C. 1
0,9
0,8
Berat silika yang diperoleh (gr)
Rata-rata
Grafik 1. Hubungan antara Temperatur terhadap berat Silika, untuk Sampel A
0,7
0,6 1N 2N
0,5
3N 4N
0,4
0,3
0,2
0,1
0 600
800
1000
1100
Temperatur (celcius)
Grafik 2. Hubungan antara Temperatur terhadap berat Silika, untuk Sampel B
8
Jurnal Teknik Kimia, No.1, Vol. 15, Januari 2008
Pengaruh Temperatur Terhadap Kadar Silika 80
70
60
Kadar Silika (%)
50 1N 2N 3N 4N
40
30
20
10
0 600
800
1000
1100
Temperatur (celcius)
Grafik 3. Hubungan antara Temperatur dengan Kadar Silika untuk Sampel A Dari grafik 3 terlihat bahwa kadar silika yang terbentuk untuk kondisi optimal pada proses pengasaman dengan HCl 1N yaitu 57,67%. Hasil ini didapat pada kondisi pembakaran pada temperatur 1100°C. Kadar silika yang optimal pada proses pengasaman dengan HCl 2N yaitu 63,1% pada temperatur 1000°C. Kadar silika yang optimal pada proses pengasaman dengan HCl 3N yaitu 73,7% diperoleh pada temperatur pembakaran 1100°C. Kadar silika yang optimal pada proses pengasaman dengan HCl 4N yaitu 73,3% pada temperatur 1100°C. Silika yang diperoleh pada grafik 3 adalah silika yang dibuat dari sekam padi yang dikeringkan dengan sinar matahari.
80
70
60
Kadar silika (%)
50 1N 2N 3N
40
4N 30
20
10
0 600
800
1000
1100
Temperatur (celcius)
Grafik 4. Hubungan antara Temperatur dengan Kadar Silika untuk Sampel B Dari grafik 4 terlihat bahwa kadar silika yang terbentuk untuk kondisi optimal pada proses pengasaman dengan HCl 1N yaitu 63,8%. Hasil ini didapat pada kondisi pembakaran pada temperatur 1100°C. Kadar silika yang optimal pada proses pengasaman dengan HCl 2N yaitu 67,4% pada temperatur 1100°C. Kadar silika yang optimal pada proses pengasaman dengan HCl 3N yaitu 69,3% diperoleh pada temperatur pembakaran 1100°C. Kadar silika yang optimal pada proses pengasaman dengan HCl 4N yaitu 68,3% pada temperatur 1100°C. Silika yang diperoleh pada grafik 4 adalah silika yang dibuat dari sekam padi yang dikeringkan dengan oven. Pengaruh Normalitas HCl Terhadap Berat Silika Dari grafik 1 dapat diambil kondisi yang paling optimal untuk menghasilkan silika. Kemudian, kondisi paling optimal untuk grafik 1 tersebut dibandingkan dengan kondisi paling optimal untuk grafik 2 sehingga diperoleh grafik sebagai berikut : 1
0,95
Berat Silika yang Diperoleh (gr)
Dari grafik 2, terlihat bahwa berat silika yang terbentuk untuk kondisi optimal pada proses pengasaman dengan HCl 1N yaitu 0,83 gram (dari 1 gram sampel abu). Hasil ini didapat pada kondisi pembakaran pada temperatur 600°C. Berat silika yang optimal pada proses pengasaman dengan HCl 2N yaitu 0,86 gram pada temperatur 600°C. Berat silika yang optimal pada proses pengasaman dengan HCl 3N yaitu 0,84 gram, diperoleh pada temperatur pembakaran 600°C. Berat silika yang optimal pada proses pengasaman dengan HCl 4N yaitu 0,82 gram pada temperatur 600°C dan 1100°C. Silika pada grafik 2 adalah silika dari sampel B yang dibuat dari sekam padi yang dikeringkan dengan menggunakan oven pada temperatur 190°C.
0,9
Sampel A
0,85
Sampel B
0,8
0,75
0,7 1N
2N
3N
4N
Normalitas HCl
Grafik 5. Hubungan antara Normalitas HCl dengan Berat Silika yang Diperoleh Jurnal Teknik Kimia, No.1, Vol. 15, Januari 2008
9
Dari grafik 5 terlihat bahwa berat silika yang diperoleh pada sampel A lebih banyak daripada silika yang diperoleh pada sampel B. Kondisi optimal untuk menghasilkan silika dengan berat 0,98 gram (dari 1 gram sampel A) diperoleh pada pengasaman dengan menggunakan HCl 1N dan temperatur pembakaran 600°C. Sedangkan kondisi optimal untuk menghasilkan silika dengan berat 0,86 gram (dari 1 gram sampel B) diperoleh pada pengasaman dengan menggunakan HCl 2N dan temperatur pembakaran 600°C. Dari grafik 3 dapat diambil kondisi yang paling optimal untuk menghasilkan silika. Kemudian, kondisi paling optimal untuk grafik 3 tersebut dibandingkan dengan kondisi paling optimal untuk grafik 4 sehingga diperoleh grafik sebagai berikut :
2.
3.
4.
80
70
60
Kadar Silika (%)
50
Sampel A Sampel B
40
30
20
10
5.
Proses pengeringan sekam padi dengan menggunakan sinar matahari menghasilkan silika dengan jumlah (berat) yang lebih banyak dengan kemurnian yang lebih tinggi daripada silika yang dihasilkan dari sekam padi yang dikeringkan dengan oven. Penggunaan HCl dengan normalitas yang berbeda kurang mempengaruhi berat silika yang diperoleh. Namun mempengaruhi kemurnian silika yang diperoleh, yaitu pada penggunaan HCl 1N sampai dengan 3N, kemurnian silika semakin naik. Tetapi kemurnian kembali turun pada penggunaan HCl 4N. Pada kenaikan temperatur pembakaran 600 1000°C, berat silika yang diperoleh mengalami penurunan, namun berat silika kembali naik pada kenaikan temperatur 1100°C. Sedangkan semakin tinggi temperatur pembakaran, menyebabkan semakin tinggi kemurnian silika yang diperoleh. Pada proses pengeringan dengan sinar matahari, pengasaman dengan HCl 3N, dan pembakaran dengan temperatur 1100°C, diperoleh silika dengan kemurnian tertinggi yaitu 73,7%.
0 1N
2N
3N
4N
Normalitas HCl
Grafik 6. Hubungan antara Normalitas HCl dengan Kadar Silika Dari grafik 6 terlihat bahwa kadar silika yang diperoleh pada sampel A lebih besar daripada silika yang diperoleh pada sampel B. Pada sampel A diperoleh silika dengan kemurnian 73,7%. Hasil ini diperoleh pada pengasaman dengan menggunakan HCl 3N dan temperatur pembakaran 1100°C. Sedangkan pada sampel B diperoleh silika dengan kemurnian 69,3%. Hasil ini diperoleh pada pengasaman dengan menggunakan HCl 3N dan temperatur pembakaran 1100°C
V. KESIMPULAN Dari penelitian yang telah dilakukan, maka dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut : 1. Abu yang diperoleh dari sekam hasil pengeringan dengan oven lebih banyak daripada abu yang diperoleh dari sekam yang dikeringkan dengan matahari. Rata-rata kandungan abu yang diperoleh dalam penelitian ini yaitu 23-25%. 10
DAFTAR PUSTAKA De Souza, M.F., P.S. Batista. 2000. Rice HullDerived Silica : Application in Portland Cement and Mullite Whiskers. Mat. Res. Vol.3. Sao Carlos. Hamdan, Y.M. 2005. Preparasi Silika Murni dari Sekam Padi. Teknologi Industri ITB. Bandung. Jeffery. 1975. Chemical Methods of Rock Analysis. Second Edition. Olivier, Paul A. The Rice Hull House. www.thelaststraw.org Roberts, Campbell. 1990. Encyclopedia of Mineral. Second Edition. New York. Situmeang, Tunas. Johansen Hasugian. 2004. Pengaruh Temperatur Reaksi, Waktu Reaksi dan Konsentrasi NaOH Pada Pembuatan Natrium Silikat Dari Sekam Padi. Universitas Sriwijaya. Indralaya. Vogel. Analisis Anorganik Kualitatif. Edisi 5. Revisi ; G. Svehla. en.wikipedia.org/wiki/Rice_hulls ( 04 Juli 2007 ). www.azom.com ( 7 Oktober 2007 ).
Jurnal Teknik Kimia, No.1, Vol. 15, Januari 2008
Jurnal Teknik Kimia, No.1, Vol. 15, Januari 2008
11
