OPTIMASI REAKSI TANAH SODIUM PADA SISTIM CATV
GAMBUT
DENGAN
BASA
Muzakky, AgusTaftazani daD Sukosrono PuslitbangTeknologiMaju BATAN,Yogyakarta.
ABSTRAK OPTIMASI REAKSI TANAH GAMBUT DENGAN BASA SODIUM PADA SISTIM CATU. Telah dilakukan optimasi reaksi tanah gambut dengan basa sodium pada reaktor catu. Pelelitian ini bertujuan untuk mengambil bahan humat yang terikat dalam tanah gambut. Pengambilan bahan hulnat dilakukan dengan cara mereaksikan tanah gambut dengan basa sodium pada sistim reaktor catu. Penelitian optimasi ini dilakukan menvariasi variabel waktu kontak, volume reaktor, konsentrasi basa sodium dan jenis reaktan. Dan umpan 0,01 gram tanah gambut Kalimantan dengan ukuran butir lolos 400 mesh, yang di reaksikan dengan NaOH ternyata menghasilkan harga konversi (X) tertinggi pada waktu kontak 24 jam, volume reaktor 2000 ml dan konsentasi NaOH 0,1 M. Dibandingkan dengan jenis reaktan lain yang bersifat basa seperti Na2CO] dan KOH. ternyata reaktan NaOH menghasilkan harga konversi (X) paling tinggi yaitu sebesarO,956 :to,021
ABSTRACT OPTIMIZATION OF PEAT SOIL REACTION WITH SODIUM BASE ON THE BATCH SYSTEM. The optimization of peat soil reaction with sodium base on the batch system has been done. For that purpose, the study is to isolation of humic substancesin peat soil. The isolation of humic substances was carried out by malting the peat soil with sodium base on batch system. The optimization of investigation ,,,.asconducted by val")'ing the concentration, reaction time, reactor volume, concentration of sodium base and type of reactant. From 0.0/ grams feed of Kalimantan peat soil and the grain size 400 mesh that was reacted with NaOH, resulted that reaction time 24 jam and reactor volume 2000ml and concentration NaOH 0, / M obviously the highest conversion (X). Compare to other reactant such as Na2CO3 or KOH, reacted NaOH reactant apparently resulted that highe.ft conversion value (X) is 0.956 :!:O,02.
PENDAHULUAN L
ahan gambut di Indonesia yang sangat luas (:t 27 juta hektar) atau kira-kira 7% dari luas lahan gambut di seluruh dunia, lahan tersebut hila digarap dengan sungguh-sungguh akan memiliki nilai tambah karena prospek ekonomisnya cukup tinggi. Sebanyak 17juta hektar merupakan gambut dataran rendah, yang tersebar di pulau Sumatra, Kalimantan, dan Irian Jaya serta sedikit di pulau Jawa. Selama ini pemanfaatan tanah gambut di Indonesia masih sangat terbatas (sebagai bahan bakar dalam bentuk arang briket), sedangkan pemanfaatan lahan gambut secara langsung untuk pertanian masih menemui banyak hambatan karena, keasaman dan terakumulasinya unsur-unsur mikronutrien tanaman pacta kadar tanah gambut sangattinggi. Lahan gambut di Indonesia sebetulnya merupakan sumber senyawa humik yang melimpah dan belum banyak diolah serta dimanfaatkan secara komersial. Menurut Stevenson dan Schnittzer yang dikutip oleh Tad.) diperkirakan 50% -85% kandungan total tanah gambut terdiri dari senyawa organik tanah. Sekitar 65% -75% senyawa organik tanah terdiri dari senyawa humik,
sementara sisanya 35% -25% adalah senyawa nonhumik (tanah -liat) Menurut Tan (3) harga asam humat pada tahun 1998 mencapai $.50 Igram, bahkan pada tahun 2000 dapat mencapai $. I 39/gram(4) Oleh karena itu pemanfaatan tanah gambut sebagai sumber bahan humat khususnya asam humat cukup layak untuk ditingkatkan daD diteliti hila dilihat dari segi potensi, nilai ekonomis serta manfaat asam humat bagi ilmu pengetahuan pada umumnya daD teknik nuklir khususnya. serta meningkatkan devisa negara. Ada beberapa reaktan untuk mengambil bahan humat yang terdapat dalam tanah gambut seperti NaOH. Na2CO3. NaF. N~P207. EDTA dan Na2B4O7(1don7). Adapun reaktan yang baik harus memenuhi syarat (I) reaktan sebaiknya tidak mengubah sifat alamiah (fisis dan kimia) bahan humat. (2) secara kuantitatip mampu mengambil bahan humat dengan konversi yang tinggi. Menurut Castellan G.WI6) prediksi kereaklifan dari beberapa basa sodium, NaOH adalah yang paling aktif dianlara basa-basa sodium yang lain. Maka pada penelilian ini dipilih NaOH
Prosldlng Pertemuan dan Presentasillmiah Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan den Teknologl Nukllr P3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl 2002
ISSN0216.3128
308
sebagai reaktan, untuk mengarnbil bahan humat yang terikat dalam tanah garnbut. Tujuan akhir atau goalnya dari penelitian ini tidak lain adalah mengambil bahan bah~n humatlsodium humat yang terdapat dalam tanah garnbut dengan basa sodium, menggunakan reaktor catu Penelitian ini diharapkan dapat dipakai untuk data proses fabrikasi bahan humat dari tanah gambut secara "pilot plan".
Muzakky, dkk.
Nco +(c/a)NAOX V Noo .(d/a)N~X
Cc = ~= V
CD=
ND
(7)
v
y=
Persamaan (6) dan (7) kita sederhanakan dengan mendifinisikan parameter
i, yang kita diikuti dengan faktor NAo dalam setiap pernyataan konsentrasi spesies diatas,
TEORI cl>i=
Untuk mempelajari optimasi reaksi antara tanah gambut (HA) dengan basa sodium (NaOH) pada sistim catu, dapat kita mulai dengan reaksi stokiometri sbb,
N 10
=.S:-!:!-=~
N AO
CAD
(8)
YAO
Nro N AO
aHA + bNaOH +--~ cNaA + dH 20
(I) (9)
Dari persamaan (I) kita peroleh sodium humat (NaA) dan air (H2O). Dengan mengambil tanah gambut sebagai basis perhitungan dapat kita sederhanakanmenjadi, b
A + -B
c
~~
-C
a
d
CD =
c
b
a
a
()3
1
catudiperoleh. N TA = N m + 0 N AOX
N AD[~D
sebagai.
(11)
TATAKERJA Bahan yang dipergunakan
(5)
CA=~ V
Menutut Fogler,H.S(2) ,dari stokiometri diatas konsentrasi dari masing-masing spesies yang berhubungan langsung dengan konversi, X dan
Tanah gambut yang diambil dari Kalimantan, NaOH (E. Merck), KOH (E. Merck), Na2CO3(E. Merck), Akuades, HCI (E. Merck).
AlaI yang dipergunakan
volume, V adalah
Seperangkat Corong
=
)]
(4)
Konsentrasi dari spesies A. yang merupakan jumlah mole A per unit volume didefinisikan
c'
+ (d I a)X
Dari persamaan (1) hingga (11) untuk mendapatkan hasil NaA atau Cc yang optimal perlu dilakukan variasi volume serta perbandingan mole antara reaktan dalam reaksi stokiometri diatas. Demikian pula waktu kontak (t) dan pemilihan jenis reaktan yang bersifat basa tidak kalah pentingnya dalam mendapatkan produk NaA atau Cc yang optimal.
Menutut Fogler .H.s(2) .total kenaikan jumlah mole per mole A yang bereaksi. pada sistim
=
(10)
v
matematis .8.
C"
v
a
Koefisien stokiometri (d/a+c/a-b/a-l) menunjukkan total kenaikan jumlah mole C per mole A yang telah bereaksi. Karena harga ini sering digunakan dalam perhitungan dapat kita gunakan simbul
8=-+ d a
= NAo[I1>B-(b~
(2)
+ -D
a
CD = NAo{NBOINAO-(b/a)X)] V
-N-"-
1q:-"(I-~)
~
I~ go
\ b .."
} I~ ...X
PACKARD Prosldlng
Pertemuan
dan Presentasilimiah P3TM-BATAN
alai-alai kapasitas
gelas
laboratorium.
500
ml,
(Pyrex),
Seperangkat alai pengaduk magnet, Sepcrangkat Spektrometer UV-Visible, HEWLWTT 8452 A
(6)
J
pisah
Penelltlan
Diode Array Spcctrophotomctcr.
Dasar IImu Pengetahuan
Vogyakarta,
27 Junl 2002
dan Teknologl
Nukllr
Muzakky,dkk.
ISSN 0216 -3128
Cara Kerja
309
Dengan mengasumsikan bahwa jumlah umpan (NAo), kecepatan reaksi (-rA)' daD V reaktor diketahui, maka waktu (t) daD konversi (X) pada
1. Optimasi Waktu Pengadukan Diambil 0,0 I gram Tanah gambut dengan ukuran butiran 400 mesh. Masing-masing dimasukkan ke dalam 7 buah erlenmeyer 50 ml dan ditambahkan 15 ml NaOH 0,1 M. Kemudian dilakukan pengadukan dengan variasi waktu mulai dari I, 6, 12, 24, 30, 40, dan 48 jam. Setelah dilakukan penyaringan kemudian dianalisis
persamaan(12) tersebut berhubunganlangsung. Pada percobaan dengan 0,01 gram tanah gambut dengan ukuran butir lolos 400 mesh, yang direaksikan dengan NaOH 0,1 M sebanyak 15 ml, daD dilakukan variasi waktu kontak dari 1 hingga 48 jam hasilnya dapat dilihat pada Gambar I,
kandungan senyawa humiknya dengan metode standar adisi, dan pengukuran absorbansi pacta panjang gelombang 400 nm.
2. OptimasiKonsentrasiNaOH Diambil 0,0 I gram tanah gambut dengan ukuran butiran 400 mesh daD dimasukkan ke dalam 4 buah erlenmeyer 50 mi. Masing-masing ditambahkan 15 ml NaOH dengan konsentrasi 0,05; 0,1; 0,3; daD 0,5 M. Setelah dilakukan pengadukan selama 24 jam daD penyaringan, selanjutnya dianalisis kandungan senyawa humiknya.
3. Variasi lenis Pelarut Dibuat larutan 0,0 I gram tanah gambut berukuran butiran 400 mesh dalam larutan KOH dan Na2CO3dengan konsentrasi 0,05; 0,1; 0,3 dan 0,5 M. Masing-masing sampel diaduk selama 24 jam, kemudian disaring dan dianalisis kandungan senyawa humiknya menggunakan spektrofotometer
UV-Visible.
4. Optimasi VolumeNaOH Diambil 0,01 gram tanah gambut berukuran
400 mesh dan dimasukkanke dalam beberapa erlenmeyer. Masing-masing ditambahkan larutan NaOH 0,1 M dengan volume 15,25,50, 100,300, 500, 1000, 2000, 2500 dan 3000 ml, dan diaduk selama 24 jam kemudian disaring dan dianalisis kandungansenyawa humiknya.
HASIL DAN PEMBAHASAN Menutut Fogler .H.S(2) .semakin lama reaktan berada didalam reaktor. maka semakin banyak reaktan akan terkonversi menjadi produk hingga mencapai kesetimbangan. Hubungan langsung antara waktu. t dengan konversi. X pada
Gambar 1. Optimasi waktu pada reaksi tanah gambut dengan NaOH 0, JM. Dari Gambar 1 diatas dapat diperlihatkan bahwa, semakin lama reaktan berada didalam reaktor, maka semakin banyak reaktan (tanah gambut dan NaOH) yang terkonversi (X) menjadi produk. Konversi tersebut ternyata optimum pacta waktu 24 jam. kemudian seterusnya akan konstan. Hal ini dengan semakin lamanya waktu pengadukan kesempatan reaktan untuk melakukan reaksi semakin besar. Dengan semakin lama waktu pengadukan maka semakin besar kontak antar molekul serta frekuensi tumbukan antar molekulpun menjadi besar, sehingg reaksi menjadi sempurna. Hasil ini ternyata sesuai dengan Tan.KH (3) yang merekomendasikan bahwa untuk mengekstrak material humik dalam tanah dengan NaOH dibutuhkan waktu paling sedikit 24 jam. Proses dasar pengambilan bahan strategis (bahan humatlsodium humat) sebagai prod uk (NaA) dapat dilakukan karena kelarutanya di dalam NaOH, maka untuk mengambilnya dengan konversi yang tinggi, variasi volume perlu dilakukan optimasi. Menutut Fogler .H.S(2) pada reaktor yang bekerja dengan catu, secara umum hubungan V dengan konversi X dapat dilihat pada persamaan (13) dibawah ini
sistim reaktor catu dinyatakan(2)dengan. = N AO rXII)
Jo -
dX
-fAV
(12)
V
= Vo (1+ E X)-
T To
Po P
(13)
.
Dengan asumsi P konstan dan reaktor bekerja pacta isotermal atau T tetap maka,
v = Vo(l+ E X)
(14)
Sedangkan E pada persamaan (14) tersebut dapat didefinisikan sebagai, E = (jy AOatau total mole perubahan saat reaksi telah selesaiI Total mole umpan dalam reaktor. Dari persamaan ( 14) dapat dimengerti bahwa konversi X akan mempengaruhi perubahan volume V atau X sebagi fungsi V. Ternyta pacta percobaan dengan 0,01 gram tanah gambut dengan ukuran butir lolos 400 mesh, yang di reaksikan dengan NaOH 0,1 M yang divariasi volume daTi 15 ml hingga 3000 ml dengan waktu kontak 48 jam hasilnya dapat dilihat pactaGambar 2. Dari Gambar 2, dapat diperlihatkan bahwa, semakin besar volume akan semakin banyak tanah gambut yang terkonversi (X) menjadi prod uk. Konversi tersebut mula-mula naik kemudian optimum pacta 2000 mi. Hal ini berarti bahwa bahan humat/sodium humat yang terdapat dalam tanah gambut sebanyak 0,01 gram telah optimum terambil menjadi NaA (persamaan I). Untuk mendapatkan NaA atau Cc yang optimal tersebut, berdasarkan persamaan (II) pada kondisi awal <1>c=O,V tetap dan NAo diketahui. Pembentukan Cc akan dipengaruhi oleh koefisien stokiometri (cia) atau perbandingan mole antar reaktan dan konversi (X). Karena tanah gambut (HA) sebagai basis perhitungan dan struktur bahan humik terdiri dari beberapa molekul kompleks dan merupakan campuran banyak polimer yang heterogen dalam hal berat molekulnya, tetapi secara kimia komposisinya homogin, oleh karena itu tidak mungkin mengklasifikasikannya berdasarkan struktur molekulnya(5). Maka hanya konsentrasi NaOH yang digunakan sebagai variable untuk memprediksi pengaruh stokiometri dari cia pada persamaan(3). Pada percobaan dengan 0,01 gram tanah gambut dengan ukuran butir lolos 400 mesh yang tetap, kemudian di reaksikan dengan berbagai mole NaOH, volume (V) reaktor masing-masing 2000 ml, dan waktu kontak 48 jam hasilnya dapat diperlihatkan di Gambar 3.
Prosldlng
Pertemuan
Pada Gambar 3, terlihat bahwa dari konsentrasi NaOH 0,05 sampai 0,1 M konversi (X) akan naik, tetapi daTi 0,1 M hingga 1 M terjadi penurunan konversi (X). Hal ini karena pada waktu konsentrasi NaOH masih rendah «0, 1M), maka hanya sedikit partikel-partikel reaktan yang ada, sehingga frekuensi tumbukan kecil. Akibatnya NaA yang terbentuk konversinya kecil. Sebaliknya dengan bertambahnya konsentrasi NaOH frekuensi tumbukan akan menjadi besar, akibatnya konversi akan tinggi daD puncaknya terjadi pada O,IM kemudian konversi akan cenderung turun. Hal ini karena pada konsentrasi NaOH tinggi akan mengakibatkan kerusakan stuktur NaA(S), yang berakibat turunnya konversi pembentukan NaA.
><
1.2
.-:'
1
~
0.8-
~ C
0.60.4:
~
0.2' 0
,'> ~
'>~ " ~~ n;~~ ~~~ ,~~~"'~~~~ ~~~~~~ Volume
Gambar
(ml)
2. Optimasi volume. V dengan konversi. X pada
reaksi
tanah
gambut
dengan
NaOHO,JM
x 1.5 in
~
1
~ 0.5 0
~
~"".' +-
0
0.05
0.1
0.3
Konsentrasi
0.5 NaCH, M
Gambar 3. Optimasi konsentrasi NaOH dengan konversi. X NaOH merupakan reaktan bersifat basa yang cukup reaklif untuk mengambil bahan humat (HA) yang lerdapat dalam tanah gambut. Maka guna membandingkan kereaktifannya dengan berbagai scnyawaan yang bersifal basa lain, seperli KOH clan Na2CO3,Maka dengan memakai kondisi percobaan seperti diatas, tetapi menggantikan NaOH dengan KOH atau Na2CO3,clan hasilnya dapat dilihal pada Gambar 4.
den Presentasl IImlah Penelltlan Oasar IImu Pengetahuan P3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl 2002
den Teknologl
Nukllr
r=-t.-~ ~
DAFT AR PUSTAKA. NcO-i
1.~ + >< Ow
... Q) >
c 0 ~
-
0.8t 0.6
KOi
.
NcQCQ3
I
0.4 O. 0 I 0.05
I
I
I
0.1
0.3
0.5
Molaritas (M)
Gambar 4. Optimasi beberapa kereaktifan Senyawaan basa dengan NaOH terhadap konversi,X pembentukan NaA. Dari Gambar 4, dapat diperlihatkan bahwa seperti halnya NaOH, kereaktifan senyawa KOH ataupun Na2C03 mempunyai harga konversi tertinggi pada konsentrasi O,IM. Larutan KOH mempunyai harga konversi (X) lebih tinggi dari pada Na2C03 Hal ini dikarenakan KOH merupakan basa kuat dan dapat terdisosiasi sempurna, sehingga ikatan yang terjadi antara kation (K+) dengan atom-atom oksigin (01 dari berbagai gugus dalam senyawa bahan humik akan lebih banyak. Sedangkan Na2C03yang merupakan garam dari basa kuat dengan asam lemah, mempunyai derajat disosiasi yang lebih kecil. Sehingga bahan humik yang diambil dengan Na2C03 akan mempunyai konversi yang lebih rendah(6). Sebaliknya NaOH disosiasinya didalam larutan akan lebih sempurna dibandingkan dengan KOH, maka pengambilan bahan humik dengan NaOH akan berkonversi paling tinggi.
KESIMPULAN Bahan sodium humat yang terdapat dalam tanah gambut dapat diambil dengan reaktan NaOH menggunakan reaktor catu. Dari umpan 0,01 gram lanah gambul Kalimantan dengan ukuran bUlir lolos 400 mesh,yang di reaksikan dengan NaOH ternyata menghasilkan nilai konversi (X) lertinggi pacta waklu konlak 24 jam, volume reaklor 2000 ml clan konsenlasi NaOH 0, I M. Dibandingkan dengan reaklan lain yang bersifal basa seperli Na2CO3dan KOH, reaklan NaOH mempunyai harga konversi (X) paling tinggi sebesar0,956 j: 0,021
1. TAN.K.H., Soil Sampling, Preparation, and Analysis, Marcel Dekker,Inc, New York, (1996). 2. FOGLER.,H.S.,Elementsof chemical reaction engineering. Second Ed., Printice-Hall International,Inc.,1992. TAN.K.H., Komunikasipribadi & Presentasi di P3TM-Yogyakarta, 1998. Research Product, 4. FREDRIKS., Fredriks 1063 BM Burg.De Vlugtlaan 249, 2000., Amsterdam. "Netherlands., email:[email protected] 5. AIKEN.G.R., at al., Humic Subtancesin Soil, Sedimentand Water.,JohnWiley & Sons,New York, (1985).] 6. CASTELLAN, G.W., Physical chemistry,thirG Ed., Addison-Wesley Publishing Company New York., 1982 7. Anonim,Scienceof Soil, Soil humic substance, home page, httQ://www.hintze online.com/sos/index.html, 1999.
TANYAJAWAB Murdani S. ..Mengapa NaOH digunakan sebagai reaktan bagaimana kalau menggunakan reaktan KOH ?
Muzakky .NaOH mempunyai sitar tidak merusak molekul asam lumut. KOH effsiensi dan konversi pengambilannya lebih tinggi dibandingkan
NaOH.
Mitrayasa ..Sampai
mana pemasaranasam humat
Muzakky .Sudah
dicoba pemasaran ke Jepang bekerja
sama dengan F MIPA-Kimia belum berhasil.
UGM.
tetapi
312
ISSN 0216-3128
Simping Yuliatun ...Apakah
Muzakky
asam humat dapat menyokong
kesuburan tanah ? ...Analisa
Muzakky,dkk.
eBisa e Dengancara spektrofotometer
asam humat dengan metode apa ?
...Bagaiman aplikasi asam humat untuk tanaman, berapa dosisnya ?
--
e Sudah dicoba untuk tanaman tomar,dosis 700-800 ppm/mgtanah.
Prosldlng pertemuan dan Presentasl IImlah Penelltlan Casar Ilmu Pengetahuan dan Teknologl Nukllr P3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl 2002
