Pemanfaatan Ekstrak Rimpang Jahe (Zingiber officinaler) Sebagai Inhibitor Organik Korosi pada Baja API5L Grade B Media Larutan 3.5% NaCl dan 0.1M HCl Andhi Pradana dan Budi Agung K, Jurusan Teknik Material & Metalurgi, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia e-mail:
[email protected] Abstrak— Tujuan dari penelitian kali ini untuk menganalisis pengaruh variasi konsentrasi inhibitor ekstrak rimpang jahe (Zingiber officinaler) terhadap laju korosi baja karbon API 5L Grade B dalam media 3,5% NaCl dan 0.1M HCl. Dalam penelitian kali ini digunakan variasi konsentrasi inhibitor pada 100 ppm, 200 ppm, 300 ppm, 400 ppm dan 500 ppm. Setelah dilakukan pengekstrakan dari tanaman tersebut dengan cara maserasi, dilakukan pengujian FT-IR agar mengetahui kandungan senyawa yang terdapat dalam tanaman tersebut. Laju korosi diperoleh dengan dua metode yaitu metode EIS dan Tafel. Dalam pengujian Forier Transform Infra Red diketahui bahwa ekstrak rimpang jahe mengandung senyawa antioksidan yaitu Phenol yang ditunjukkan pada 2 Methoxy- 4 prohyl phenol. Sedangkan dengan pengujian Tafel diketahui bahwa laju korosi terendah pada 500 ppm dengan nilai 12.13 mpy pada NaCl 3.5% dan 8.19 mpy pada 0.1M HCl. Dengan pengujian XRD diketahui produk korosi berupa Fe3O4 Kata Kunci— Antioksidan, Inhibitor Korosi, Zingiber officinaler
I. PENDAHULUAN ADA Penggunaan inhibitor merupakan salah satu metode untuk mengendalikan korosi pada logam karena pengaruh lingkungannya. Secara umum inhibitor korosi di bagi atas dua kategori yakni inhibitor organik dan anorganik. Namun karena alasan lingkungan maka inhibitor anorganik mulai ditinggalkan dan beralih ke inhibitor organik. Inhibitor korosi organik paling umum digunakan di oil field, untuk cooling tower, pendingin atau pemanas [1] . Baja merupakan logam paduan yang paling aplikatif di dunia industri, baik sebagai alat produksi suatu produk maupun sebagai bahan mentah untuk menghasilkan produk seperti di industri automotif, peralatan konstruksi lain seperti untuk perpipaan dan masih banyak aplikasi lainnya. Jenis baja yang sering digunakan dalam dunia industri adalah baja karbon. Baja karbon adalah material logam yang dibentuk dari unsur yang utama yaitu Fe kemudian unsur berikutnya adalah unsur yang berpengaruh pada sifat-sifatnya yakni karbon itu sendiri, sedangkan unsur yang lain pengaruhnya terletak pada prosentasenya.
P
Baja API 5L Grade B adalah baja karbon yang paling banyak dipakai untuk pipa perminyakan (Purbadi, 2008). Namun demikian dari berbagai macam aplikasi baja karbon, terdapat satu permasalahan yang cukup besar dalam pengembangannya, yaitu korosi. Korosi tidak dapat dicegah namun dapat dikendalikan. Banyak hal yang dapat dilakukan untuk melindungi dari serangan korosi salah satunya dengan menambahkan inhibitor. [2] Jahe (Zingiber officinale, Roscoe) merupakan salah satu rempah yang umum digunakan untuk keperluan rumah tangga dan secara universal diketahui juga dapat dimanfaatkan untuk kesehatan. Antioksidan utama yang terkandung dalam jahe adalah gingerol , gingeron dan shogaol. Ekstrak jahe mempunyai sifat antioksidan, karena dapat menangkap anion superoksida dan radikal hidroksil. Komponen dalam jahe yaitu gingerol dan shogaol mempunyai aktifitas antirematik. [3] Antioksidan gingerol dan shogaol termasuk dalam kelompok antioksidan phenolic atau fenolik. Komponenkomponen pedas dari jahe seperti 6-gingerol dan 6-shogaol dikenal memiliki aktivitas antioksidan cukup. Dari penelitian yang pernah dilakukan sebelumnya, jahe diekstraksi dan dijadikan inhibitor dengan elektroda mild steel di media medium HCl dengan uji weight loss measurement. [4] Dengan hal diatas, maka penelitian ini dilakukan dengan memanfaatkan ekstraksi jahe sebagai inhibitor organik yang digunakan pada baja API5L (mild steel) dengan media air laut buatan karena baja API 5L sering digunakan sebagai material pipa minyak di wilayah laut. II.
METODE PENELITIAN
A. Preparasi Ekstrak Rimpang Jahe (Zingiber officinaler) sebagai inhibitor Rimpang jahe yang telah dikeringkan dihancurkan hingga menjadi serbuk. Kemudian dilakukan pengekstrakkan dengan cara maserasi yaitu dengan cara direndam dengan menggunakan aseton 70% dan aquades 30% dalam 3x24 jam sehingga diperoleh ekstrak air dari rimpang jahe. Kemudian ekstrak tersebut di pekatkan
dengan menggunakan rotary evaporator untuk menghilangkan pelarut dalam ekstrak tersebut. Ekstrak yang berbentuk pasta ini yang kemudian digunakan sebagai inhibitor korosi. B. Preparasi Spesimen Spesimen yang digunakan pada penelitian ini adalah API 5L Grade B. Spesimen yang diuji dibentuk menjadi elektroda untuk pengujian menggunakan potensiostat. Spesimen akan dibubut dan dipotong sampai ø 14 mm dan tebal 5 mm. Potongan material tersebut selanjutnya disambung dengan kawat tembaga pada salah satu sisinya (panjang ±20 cm). Agar kawat tembaga tidak terekspos lingkungan maka kawat tembaga perlu dibungkus dengan selang plastik. Setelah kawat tembaga tersambung dilakukan moulding pada benda uji dengan resin epoksi, dengan sisi yang yang tidak tersambung kawat tembaga terekspos pada lingkungan, permukaaan benda uji yang terekspos dengan lingkungan dihaluskan dengan kertas gosok sampai dengan grade 800, sehingga permukaan benda uji yang rata dan halus. C. Pembuatan Larutan Larutan induk media korosif NaCl 3. 5%, dibuat dengan cara melarutkan 35,24 gram natrium klorida dalam gelas ukur 1000 ml sampai tanda batas. Sedangkan media korosif 0.1M HCl melarutkan 1M HCl menjadi 0.1M HCl dalam gelas ukur 1000 ml. Kemudian ditambahkan ekstrak rimpang jahe (Zingiber officinaler) 100 ppm, 200 ppm, 300 ppm, 400 ppm, 500 ppm. [5] D. Pengujian Fourier Transform Infra Red 10 l dari ekstrak rimpang jahe dianalisis dengan menggunakan mesin uji FTIR jurusan teknik Material dan Metalurgi ITS. E. Pengujian Tafel Metode Tafel pada penelitian kali ini menggunakan alat versastat 4 dengan menggunakan 3 elektrode dalam labu silinder yang berisi 1000 ml elektrolit tanpa penambahan inhibitor dan dengan ditambahkan inhibitor. Grafit digunakan sebagai counter electrode sedangkan pada reference electrode digunakan Saturated Colomel Electrode (SCE) dengan scan rate 10 mV/s [6]. Efisiensi inhibitor dapat dihitung dengan cara :
F. Pengujian Electrochemical Impedance Spectroscopy Metode EIS dimaksudkan untuk mengetahui mekanisme inhibisi pada antar muka logam dengan
inhibitor apakah secara kinetika dikontrol oleh perpindahan muatan ataukah perpindahan massa. Metode ini berdasarkan respon dari sirkuit terhadap voltase AC sebagai fungsi frekuensi. Pengukuran impedansi menggunakan program versastat 4 dengan frekuensi range 1 kHz sampai 10 mHz dengan amplitudo 10 mV. [7] G. Pengujian XRD Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui produk korosi yang dihasilkan pada spesimen pada media diatas. Uji XRD bekerja berdasarkan pantulan sinar XRay terhadap permukaan benda kerja. III.
HASIL & DISKUSI
A. Pengujian Fourier Transform Infra Red Untuk mengetahui komposisi kimia yang terkandung dalam ekstrak rimpang jahe (Zingiber officinaler) dilakukan pengujian Fourier Transform Infra Red. Hasil dari uji FT-IR bahwa di rimpang jahe terkandung 2Methoxy-4-propylphenol, 99+% dengan rumus kimia C10H14O2 yang mengandung gugus fenol. Dalam penentuan gugus fungsi komponen utama selanjutnya dianalisa dengan IR- Table Reference Tabel 1. Gugus Fungsi pada ekstrak rimpang jahe
Frekuensi (cm-1) 3364.84 2923.69 ; 2853.42 1704.98 1601.65 ; 1514.85 ; 1452.46 1267.48 ; 1234.19 ; 1151.78 ; 1121.63 1032.25
Gugus Fungsi O-H C-H (alifatik) C=O C=C (aromatic) C-O (Ether aromatic) C-H (phenyl)
Gambar 1. 2-Methoxy-4-propylphenol, 99+%
Gugus O-H menunjukkan phenol yang berfungsi sebagai senyawa antioksidan untuk mencegah terjadinya oksidasi sehingga menghambat terjadinya korosi. B. Pengujian Polarisasi Potensiodinamik Penghambatan laju reaksi korosi dalam larutan NaCl 3,5% dan larutan 0.1M HCl dengan ekstrak rimpang jahe dapat dilihat pada grafik dibawah ini
Gambar 2. Grafik Laju korosi berbagai konsentrasi
Gambar 3. Grafik Tafel Ekstrak Rimpang Jahe media NaCl 3.5%
Tabel 2. Laju korosi berbagai konsentrasi
Konsentrasi (ppm) 0 100 200 300 400 500
CR(mpy) media 0.1M HCl 66.1859 57.7160 51.9731 33.4275 31.5252 12.1379
CR(mpy) media NaCl 3.5% 18.1221 14.5067 13.0564 11.3646 9.3401 8.1922
Pada gambar 3 ditampilkan grafik Tafel pada lingkungan NaCl. Pada kurva daerah katodik terjadi reaksi berupa reduksi ion karena berada pada lingkungan dengan pH normal. Pada kurva daerah potensial reaksi anodik, dimulai dari potensial korosi (Ecorr) terjadi reaksi oksidasi yang cukup reaktif, ditandai dengan kurva polarisasi yang landai atau pergeseran densitas arus yang semakin membesar. Potensial korosi bergerak ke arah positif sehingga reaksi katodik berperan besar ditandai dengan reduksi ion H+ yang banyak. Perbedaan potensial mengakibatkan pergerakan elektron antara permukaan logam dengan larutan. Pada gambar 4 Ditampilkan grafik Tafel pada lingkungan HCl. Ekstrak rimpang jahe di lingkungan HCl bersifat campuran karena pergeseran Ecorr tidak selalu ke arah positif dan ke arah negatif. Sehingga dapat disimpulkan bahwa dengan semakin banyaknya senyawa phenol yang ada, maka serangan ionion korosif di permukaan baja akan semakin menurun karena terhalang oleh senyawa phenol.
Gambar 4. Grafik Tafel Ekstrak Rimpang Jahe media 0.1 M HCl
Efisiensi inhibisi media NaCl 3.5% mencapai maksimum hingga 54.79% pada 500 ppm, sedangkan media 0.1M HCl mencapai maksimum hingga 81.66 % pada 500 ppm. C. Pengujian Electrochemical Impedance Spectroscopy Pengukuran EIS pada penelitian ini digunakan untuk mengamati mekanisme inhibisi pada beberapa kondisi yaitu tanpa penambahan inhibitor dan dengan penambahan konsentrasi inhibitor pada ekstrak rimpang jahe. Berdasarkan serangkaian percobaan yang telah dilakukan, diperoleh grafik hasil pengujian EIS pada gambar 4 dan 5.
Gambar 5. Grafik Nyquist pada berbagai variasi konsentrasi inhibitor ekstrak rimpang jahe NaCl 3.5%
Gambar 6. Grafik Nyquist pada berbagai variasi konsentrasi inhibitor ekstrak rimpang jahe media 0.1M HCl
Berdasarkan hasil pengujian dengan EIS pada gambar 5 dan 6 diperoleh informasi tentang impedansi baja. Mekanisme inhibisi dapat diketahui melalui parameter elektrokimia dalam EIS yang dapat dijelaskan dalam bentuk rangkaian listrik yang disebut equivalent circuit.
Gambar 7. Equivalent Circuit
Diperoleh nilai dalam tabel dibawah ini: Tabel 3. Data hasil Equivalent Circuit Ekstrak rimpang jahe pada media NaCl 3.5%% Konsentrasi 0 100 200 300 400 500 (ppm) R1 (ohm) 20.25 541.5 271.4 191.8 151.5 181.9 CPE1-T 5.00E-4 5.89E- 6.53E- 6.57E- 8.42E8.42E2 2 2 2 2 CPE1-P 0.72 0.91 0.96 0.89 1.04 1.02 Rs (ohm.cm2) 10.95 10.96 15.75 10.43 10.82 14.17 Rct (ohm.cm2) 201.5 53.72 71.74 47.5 78.1 82.08 W-R 37.72 38.16 53.31 66.83 68.2 105.4 W-T 15.46 1.67 1.76 1.69 1.37 1.84 W-P 0.82 0.78 0.80 0.80 0.78 0.87 CPE2-T 0.05 7.12E- 6.23E- 1.13E- 6.45E6.52E4 4 3 4 4 CPE-2P 0.86 0.69 0.66 0.62 0.65 0.67 Tabel 4. Data hasil Equivalent Circuit Ekstrak rimpang jahe pada media 0.1 M HCl Konsentrasi 0 100 200 300 400 500 (ppm) R1 (ohm) 51.33 91.08 94.16 127.8 137.6 123.1 CPE1-T 2.05E- 4.03E- 1.77E- 1.86E- 1.25E1.07E4 4 4 4 4 4 CPE1-P 0.86 0.74 0.80 0.75 0.79 0.77 Rs (ohm.cm2) 9.24 14.51 11.52 11 20.75 18.46 Rct (ohm.cm2) 108.5 79.73 126.7 122.7 282.8 394.2 W-R 401.6 386.6 662.8 207.4 207.4 156.2 W-T 2.39 5.55 27.85 3.71 23.59 23.65 W-P 0.57 0.63 0.52 0.57 0.97 0.96 CPE2-T 7.2E-3 9.37E- 1.02E- 5.34E- 1.21E8.93E3 2 3 3 4 CPE-2P 0.37 0.45 0.35 0.49 0.57 0.52
Dalam equivalent circuit pada EIS kali ini terdapat komponen-komponen listrik seperti tahanan, CPE, difusi Warburg. R identik dengan nilai impedansi. Nilai R ini tergantung pada frekuensi. Setelah melewati R maka didapatkan nilai Rs. Rs atau tahanan larutan menyatakan nilai tahanan yang dihasilkan oleh larutan antara elektroda reference dan elektroda kerja yang dalam penelitian ini adalah NaCl 3.5% dan 0.1M HCl. Semakin bertambah penambahan konsentrasi inhibitor ekstrak rimpang jahe nilai Rs cenderung fluktuatif. Nilai Rs pada grafik adalah jarak dari titik 0 ke point pertama grafik tersebut. Tahanan larutan elektrolit ini bergantung pada konsentrasi ion, jenis ion, temperatur, dan geometri area penghantaran arus. Setelah melewati Rs maka terjadi tahanan Rct. Rct atau Resistance charge transfer adalah nilai perlawanan terhadap perpindahan elektron yang terjadi pada saat pengujian EIS dalam jumlah riil. Nilai Rct semakin penambahan konsentrasi inhibitor bersifat fluktuatif cenderung naik. Rs dan Rct berkaitan dengan perpindahan elektron. Semakin cepat elektron berpindah maka tahanan semakin kecil dan laju korosi semakin meningkat. Setelah melewati Rct maka terjadi difusi antara permukaan logam dengan larutan yang dinyatakan dalam Warburg. Nilai impedansi ini bergantung pada frekuensi dari potensialnya. Nilai R, Rs, Rct dan W terjadi pada lapisan paling atas permukaan material. Pada permukaan yang lebih dalam terdapat nilai CPE. Hal ini dikarenakan material yang digunakan kasar. CPE menyatakan penyimpangan dari proses dispersi. CPE didefinisikan oleh dua parameter, q dan n. Nilai q mengindikasi nilai kapasitansi CPE ketika n mendekati nilai 1. Saat CPE-P mendekati nilai 1 maka bersifat adalah kapasitor ideal dan saat mendekati nol maka bersifat resistor ideal. Sehingga mekanisme inhibisi dengan penambahan ekstrak rimpang jahe terjadi akibat adanya adsorpsi. Adsorpsi molekul inhibitor pada permukaan baja API 5L Grade B akan menghasilkan lapisan tipis (pasif) yang dapat menghambat laju korosi.
Gambar 8. Grafik Freq vs |Z| media NaCl 3.5%
JCPDS (#00-006-0696) dengan 2ϴ sebesar 44.67o, 65.02o, 82.33o dan 98.94o. Teridentifikasi juga puncak Fe3O4 atau Iron Oxide sesuai dengan JCPDS (#01-071-6766) dengan 2ϴ sebesar 18.30o, 21.15o dan 56.97o serta Fe3O4 atau Iron diiron (III) oxide sesuai dengan JCPDS (#01-074-0748) dengan 2ϴ sebesar 30.08o, 35.44o, 43.06o dan 65.54o . Fe3O4 merupakan produk korosi berupa serbuk berwarna coklat atau hitam. Gambar 9. Grafik Freq vs |Z| media 0.1M HCl
Pada gambar 8 dan 9 menunjukkan bahwa semakin besar konsentrasi inhibitor ekstrak rimpang jahe yang ditambahkan ke dalam larutan elektrolit (NaCl 3,5%) dan (0.1M HCl) impedansi baja karbon meningkat. D. Pengujian X- Ray Difraction (XRD)
Gambar 10. Hasil pengujian XRD sebelum dikorosikan
Hasil pengujian XRD spesimen baja API 5L Grade B yang belum dikorosikan, teridentifikasi puncak yang terbentuk adalah berupa Fe sesuai dengan JCPDS (#00006-0696) dengan 2ϴ sebesar 44.39o, 64.79o, dan 82.10o.
= Fe = Fe3O4 (Iron Oxide) = Fe3O4 (Iron diiron [III] oxide
IV.
KESIMPULAN
Dari kelima pengujian yang dilakukan dalam penelitian ini disimpulkan bahwa ekstrak rimpang jahe merupakan inhibitor organik dan termasuk inhibitor jenis adsorpsi. Uji FTIR menunjukkan adanya fenol pada frekuensi 3364.84 yang berfungsi sebagai antioksidan untuk mencegah terjadinya oksidasi. Pada uji Tafel di media NaCl 3.5% konsentrasi 500 ppm efektifitas inhibitor bekerja mampu mengurangi laju korosi dengan efisiensi 54.79%. Sedangkan pada media 0.1M HCl konsentrasi 500ppm mengurangi laju korosi hingga 81.66%. Pada uji EIS menggambarkan mekanisme kerja inhibitor bekerja. Ekstrak rimpang jahe memiliki kemampuan membentuk lapisan Warburg atau difusi yang berperan menghambat terjadinya korosi. Pada body phase terlihat bahwa semakin besar konsentrasi inhibitor yang ditambahkan maka impedansi logam untuk mencegah terjadinya korosi yang lebih hebat semakin besar. Pada uji visual terlihat walaupun ditambahi inhibitor tetapi korosi tetap terjadi. Produk korosi yang dihasilkan dianalisa menggunakan uji XRD dan didapatkan berupa Fe3O4. DAFTAR PUSTAKA [1] Loren B, Sofia dan Febrianto. 2009. “Pengujian Mesin EDAQ untuk Mengukur Laju Korosi“.Sigma Epsilon [2] Sulistijono, 2000. Korosi dan Pengendalian Korosi. Surabaya : Institut Teknologi Sepuluh Nopember. [3] Zakaria, F.R. dan T.M. Rajab. 1999. Pengaruh ekstrak jahe (Zingiber officinale Roscoe) terhadap produksi radikal bebas makrofag mencit sebagai indicator imunostimulan secara in vitro. Persatuan Ahli Pangan Indonesia (PATPI). Prosiding Seminar Nasional Teknologi Pangan: 707−716. [4] A.Bouyanzer, B.Hammouti. 2004. “Naturally occurring ginger as corrosion inhibitor for steel in molar hydrochloric acid at 353 K”. Bulletin of Electrochemistry 20(2) pp.63-65. [5] ASTM D1141. 2006. ASTM D1141 and Marine Biological Laboratory seawater. The corrosion behaviour of a low carbon steel in natural and syntheticseawaters
Gambar 11. Hasil pengujian XRD setelah dikorosikan
Pengujian XRD spesimen baja API 5L Grade B yang dikorosikan dengan media 0.1M HCl dengan konsentrasi ekstrak rimpang jahe 500 ppm, teridentifikasi puncak yang terbentuk adalah berupa Fe sesuai dengan
[6] ASTM G 102. 1999. Standard Practice for Calculation of Corrosion Rates and Related Information from Electrochemical Measurements. [7] ASTM G 3. 1999. Conventions Applicable to Electrochemical Measurements in Corrosion Testing.
