INFO TEKNIK Volume 9 No. 1, Juli 2008 (31-35)

Transkripsi

1 INFO TEKNIK Volume 9 No. 1, Juli 2008 (31-35) PENGARUH KONSENTRASI KATALIS (H 2 SO 4 ) TERHADAP REAKSI HIDROLISIS POLISAKARIDA DARI SAMPAH KOTA (SAYUR DAN BUAH) Doni Rahmat Wicaso 1 Abstract - The catalyst in the hydrolysis reaction is very need to help in accelerating reaction. This research was to study the effect of catalyst concentration on hydrolysis reaction from municipal solid wastes (vegetables and fruits). The product of sugar solution was expected to be used as raw material of bioethanol production. The variable of experiment is catalyst concentration between 0,25 1 % (volume) but temperature and reactant ratio were constant. The experiment was run with 600 ml sulfuric acid 0,5 % (volume) and one hundred gram of polysaccharide waste in an autoclave. The autoclave was closed prefectly, heated and shaed. When it reached 373 K, the time was taen as zero and sample of about 10 ml was taen. After reached temperature 453 K, the temperature was ept constant. During the process, every 5 minutes, samples were taen and then be analyzed its sugar concentration by Fehling methods. It turned out that the sugar concentration obtained was significant with catalyst concentration and the most sugar concentration was produced in catalist concentration of 1 %. Keyword: hydrolysis, bioethanol, reactant ratio PENDAHULUAN Dalam ranga produsi bioetanol, ada tiga tahap proses yang harus dilalui yaitu hidrolisis, fermentasi dan pemurnian. Oleh sebab itu, hidrolisis memegang peranan yang sangat penting arena berada diawal proses dan eberhasilan proses hidrolisis aan sangat membantu pada proses beriutnya. Reasi hidrolisis polisaarida merupaan reasi pemecahan polimer menjadi senyawa monomer yang lebih sederhana yaitu gluosa dengan bantuan air. Reasi hidrolisis yang terjadi dalam pembentuan gluosa dari selulosa dan pati dimana pada dasarnya eduanya adalah polimer gula, sehingga dapat ditulisan sebagai beriut: (Sediawan, d, 2007) Polymer ( n 1) H O nmonomer sugars 2 KAJIAN PUSTAKA Reasi hidrolisis merupaan reasi yang lambat dan untu mempercepat reasi maa dibutuhan atalis. Maa dari ada dua proses hidrolisis polisaarida yang dapat dilauan yaitu hidrolisis dengan asam dan hidrolisis dengan enzim. Proses hidrolisis menggunaan enzim masih dianggap sebagai proses yang sangat mahal dibandingan dengan hidrolisis asam. Oleh sebab itu hidrolisis menggunaan asam masih menjadi pilihan. Ada dua proses hidrolisis dengan asam yang umum digunaan yaitu asam encer dan asam uat. Hidrolisis dengan asam peat merupaan cara yang relatif lama. Secara umum dilaporan hidrolisis ini menghasilan gula yang lebih tinggi (90 % dari hasil gluosa teoritis) sehingga hasil etanolnya 1 Staf Pengajar FT Unlam FTeni Universitas Lambung Mangurat, doni_tugm@yahoo.com

2 32 INFO TEKNIK, Volume 9 No. 1, Juli 2008 juga lebih tinggi. Selain itu proses ini juga dapat dioperasian pada suhu rendah dan ini merupaan euntungannya jia dibandingan dengan proses dengan asam encer. Aan tetapi onsentrasi asam yang sangat tinggi aan menyebaban orosi sehingga membutuhan peralatan yang tahan orosi dan ini sangat mahal harganya. Selain itu, pengambilan asam yang teriut hasil hidrolisis merupaan proses yang membutuhan banya energi. Ditambah lagi, dalam proses netralisasi jumlah gipsum yang dibutuhan sangat banya. Oleh sebab itu, proses ini urang disuai arena biaya investasi dan perawatannya relatif tinggi (Taherzadeh dan Karimi, 2007). Diantara metode hidrolisis, hidrolisis dengan asam encer adalah paling umum diapliasian. Proses ini juga dapat digunaan sebagai perlauan awal dari hidrolisis enzimati. Umumnya, hidrolisis asam encer menggunaan asam mineral seperti H 2 SO 4 dan HCl, pada suhu antara o C (Taherzadeh dan Karimi, 2007). Pada proses hidrolisis, pati aan lebih mudah dihidrolisis daripada selulosa. Hal ini disebaban arena unit-unit gluosa dalam selulosa mempunyai iatan sedangan dalam pati (amilosa) iatannya adalah. Perbedaan iatan ini sangat signifian dan bisa dilihat etia banya enzim yang coco untu memecah iatan 1,4- -gluosidi tetapi hanya sediit enzim yang mampu menghidrolisis iatan 1,4- -gliosidi dari selulosa (Bailey dan Ollis, 1986). Disamping itu pati juga dapat dihidrolisis pada suhu yang jauh lebih rendah dari pada selulosa, yaitu pada suhu 100 o C dan teanan 1 atm (Agra d, 1973). Hambatan lain yang menyebaban selulosa sulit terdegradasi adalah stutur ristal yang sebagian besar menyusun selulosa sedangan strutur amorph hanya sediit. Tentu saja hal ini menyebaban selulosa urang reatif arena lebih banya strutur ristalnya (Bailey dan Ollis, 1986). Oleh sebab itu, etia selulosa sudah terhidrolisis maa pati diharapan sudah terhidrolisis secara sempurna. Dengan adanya atalisator maa aan mengubah meanisme reasi hidrolisis. Philipp (1984) telah menjelasan meanisme reasi hidrolisis dengan menggunaan atalisator asam seperti terlihat pada Gambar 1. Ion H + yang berasal dari atalisator aan menyerang selulosa terlebih dahulu. Dengan masunya ion H + tersebut maa strutur selulosa menjadi tida stabil sehingga aan memudahan selulosa bereasi dengan air (H 2 O). Gambar 1. Meanisme reasi hidrolisis dengan atalisator asam Dengan perubahan meanisme reasi aibat ehadiran atalis maa aan berubah juga nilai energi ativasinya (E/R). Secara matematis pengaruh atalisator pada hidrolsis polisaarida dapat ditulisan dengan persamaan beriut: E a( C ) R b (2)

3 Doni Rahmat Wicaso, Pengaruh Konsentrasi atalis.. 33 ln( E ) ln( a) b ln( C ) R (3) E/R adalah perbandingan energi ativasi dengan onstanta gas ideal dan C adalah onsentrasi atalis. Wicaso (2008) telah melauan penelitian tentang inetia reasi hidrolisis orde 1 dari sampah buah dan sayur dan didapat onstanta ecepatan reasi sebagai beriut: 4528,11 1 (4) T (dimana A r = 1036,73 dan E/R= 4528,11) Untu mengetahui pengaruh onsentrasi atalis maa nilai E/R aan berubah ubah dengan berubahnya onsentrasi atalis (C) sedangan nilai Ar tetap. Sehingga persamaan (4) menjadi: E 1 R T (5) Percobaan dilauan pada suhu onstan (453 K), sehingga persamaan menjadi: E 1 R 453 E Ar. exp( 0,0022 ) R (6) Sedangan persamaan reasi orde satu dapat dijelasan sebagai beriut: ( r ) ( r ) C (7) B D B Untu reator batch, neraca massa B dapat ditulis: dcd CB dt CB C B0 CD dcd ( CB0 CD ) (8) dt Dengan persamaan 3, 6 dan 8 tersebut maa nilai a dan b dari persamaan (3) dapat dicari. METODE PENELITIAN Bahan Bahan penelitian berupa sampah sayursayuran dan buah, bahan imia yang meliputi H 2 SO 4, NaOH, gluosa standard, larutan fehling A dan B. Alat Alat penelitian berupa autoclave dengan volum 2 L, yang dilengapi dengan pemanas eletri, pengontrol suhu, dan digoyang secara terus-menerus selama operasi. Cara Penelitian Percobaan diawali dengan memasuan larutan asam sulfat 0,5% dengan volum 600 ml dan limbah selulosa dengan berat 100 gram e dalam reator (autoclave). Kemudian reator ditutup dengan sempurna dan pemanas serta motor pengadu dinyalaan. Tabel 1. Pengaruh Konsentrasi Katalis (Perbandingan pereasi 1:6, suhu 453 K, dan C BO = 0,265 mol/l) Watu, C D, onsensentrasi gula pada berbagai onsentrasi atalis Menit 0,25 % 0,5 % 0,75 % 1 %

4 34 INFO TEKNIK, Volume 9 No. 1, Juli 2008 Ketia mencapai suhu 373 K diambil sebagai watu 0 menit dan sampel diambil ira-ira 10 ml. Setelah mencapai suhu 453 K, suhu dijaga onstan. Selama proses, setiap 5 menit temperatur dicatat dan diambil sampelnya. Kemudian onsentrasi gula dalam sampel dianalisis dengan metode Fehling. Percobaan menghasilan data onsentrasi atalis dan onsentrasi gula pada berbagai watu. HASIL DAN PEMBAHASAN Pada pengaruh onsentrasi atalis terhadap laju reasi dipelajari pada isaran 0,25 1 % (volume) sedangan suhu dan perbandingan pereasi dibuat tetap masingmasing 453 K dan 1:6. Hasil percobaan pada berbagai onsentrasi atalis dapat dilihat pada Tabel 1 dan Gambar 2. Dari Tabel 1 dan Gambar 2 terlihat bahwa onsentrasi atalis semain meningat maa onsentrasi gula yang dihasilan juga semain meningat. Hal ini disebaban arena onsentrasi atalis berhubungan dengan besarnya nilai energi ativasi, semain besar onsentrasi atalis maa energi ativasinya aan semain menurun sehingga reasi aan lebih mudah terjadi. Konsentrasi gula terbanya dihasilan pada onsentrasi atalis 1 %. Hubungan antara onsentrasi atalis dengan nilai energi ativasi (E/R) dapat dilihat pada Tabel ,25 % 0,5 % 0,75 % 1% C D, mol/l watu, menit Gambar 2. Hubungan onsentrasi gula dan watu pada berbagai onsentrasi atalis Tabel 2. Hubungan onsentrasi atalis (C) dengan nilai energi ativasi (E/R) (Perbandingan pereasi 1:6, suhu 453 K, dan C BO = 0,265 mol/l) Konsentrasi atalis (C) E/R 0, , , Jia dibuat grafi ln(e/r) dan ln C seperti Gambar 3, maa dapat diperoleh hubungan linear beriut: ln (E/R) = 8,3569-0,0973.ln C (9) atau E/R=4259,47.C (10) dengan Rs 2 = 0,976 1,

5 Doni Rahmat Wicaso, Pengaruh Konsentrasi atalis.. 35 Gambar 3. Hubungan ln E/R dan ln C Persamaan (9) atau (10) berlau untu isaran onsentrasi atalis 0,25 1 %, perbandingan pereasi 1 : 6, dan suhu 453 K. KESIMPULAN Dari hasil penelitian ini dapat disimpulan bahwa: 1. Konsentrasi atalis berpengaruh terhadap onsentrasi gula yang dihasilan, semain besar onsentrasi atalis maa onsentrasi gula yang dihasilan semain besar. Hal ini disebaban arena atalis aan mempercepat reasi, semain besar onsentrasi atalis maa energi ativasinya aan semain ecil. 2. Persamaan matematis yang menyataan hubungan onsentrasi atalis terhadap energi ativasi adalah: E/R=4259,47.C DAFTAR PUSTAKA Agra, I.B., Warniiati, S., dan Pudjianto, B.,1973,"Hidrolisa Pati Ketela Rambat Pada Suhu Lebih dari 100 o C", Forum Teni pp Bailey, J.E., dan Ollis, D.F., 1986, Biochemical Engineering Fundamentals, 2 ed, pp , McGraw-Hill International Edition. Philipp, B., 1984, Degradation of Cellulose - Mechanisms and Applications, Pure & Appl. Chem., Vol. 56, No. 3, pp Taherzadeh, M.J. and Karimi, K., 2007, Acid-Based Hydrolysis Processes for Ethanol from Lignocelulosic Materials ; A Review, Bioresources 2(3),pp Sediawan, W.B., Megawati, Millati, R., dan Syamsiah, S., 2007, Hydrolysis of Lignocellulosic Waste for Ethanol Production, International Biofuel Conference, Bali, Indonesia Wicaso, D.R. dan Mirwan, A., 2008, Hidrolisis Karbohidrat Dari Sampah Sayur dan Buah Dengan Katalisator H 2 SO 4 Encer Sebagai Bahan Bau Bioetanol, Jurnal Info-Teni, 2008.