Kinetika Reaksi pada Pembuatan Glifosat dari N-PMIDA (Neophosphonomethyl Iminodiacetic Acid) dan H 2 O 2 dengan Katalisator Pd/Al 2 O 3

Transkripsi

1 45 Jurnal Reayasa Proses, ol. 3, No., 009 Kinetia Reasi pada Pembuatan Glifosat dari N-PMIDA (Neophosphonomethyl Iminodiacetic Acid dan H O dengan Katalisator Pd/Al O 3 Irmawaty Sinaga, *, Edia Rahayuningsih, I Made Bendiyasa Jurusan Teni Kimia, Faultas Tenologi Industri Institut Tenologi Medan Jl. Gedung Arca No. 5 Medan 09 Jurusan Teni Kimia, Faultas Teni Universitas Gadjah Mada Jl. Grafia Kampus UGM Yogyaarta 558 Abstract The need of glyphosate in Indonesia is increasing by about 0.75% annually. Nowadays, Indonesia imports the compound from hina. In order to decrease the amount of imported glyphosate, it is necessary to produce it locally. This research aims at achieving primary reaction rate of producing glyphosate from neophosphonomethyl iminodiacetic Acid (NPMIDA and hydrogen peroxide (H O, and secondary reaction rate of aminomethylphosphonic acid (AMPA at various reactant ratios and temperatures. Palladium supported alumina (Pd/Al O 3 was used as catalyst. Five grams of NPMIDA was added into a-500 ml three nec flas, and 85 ml aquadest was poured into it. Then, ml H O was added into the three nec flas every 0 minutes.. The product was vacuum-filtered and reacted with 30 ml ethanol. Separation of glyphosate was performed by filtering and washing it with ethanol and diethyl ether. The purity of glyphosate product was analyzed using U/is spectrometer. Experimental results can be expressed in the Arrhenius equation as follows: 8 70, x0, L/mol.minute 9, x0, L/mol.minute Keywords: glycine, oxidation, noble metal catalyst Abstra Kebutuhan glyphosate di Indonesia meningat sebanya 0,75% per tahun. Saat ini, Indonesia mengimpor bahan ini dari ina. Untu mengurangi jumlah glyphosate impor, dibutuhan glyphosate hasil produsi loal. Penelitian ini bertujuan untu mencapai ecepatan reasi primer dalam memprodusi glyphosate dari neophosphonomethyl iminodiacetic acid (NPMIDA dan hidrogen perosida (H O, dan ecepatan reasi seunder AMPA pada variasi rasio reatan dan suhu. Katalisator yang digunaan adalah palladium pada alumina (Pd/Al O 3. Lima gram NPMIDA dimasuan e dalam sebuah labu leher tiga 500 ml, dan 85 ml auades ditambahan e dalamnya. Kemudian, ml H O ditambahan e dalam labu tersebut setiap 0 menit. Produ dari reasi di saring dengan penyaringan vaum dan direasian dengan 30 ml etanol. Pemisahan glyphosate dilauan dengan menyaring dan mencucinya dengan etanol dan dietil eter. Kemurnian produ glyphosate dianalisa menggunaan spetrometer U/is. Hasil esperimen dapat diespresian dalam persamaan Arrhenius sebagai beriut: ,85,34x0, L/mol.menit 9.467,0, L/mol.menit 8,7x0 Kata unci: glisin, osidasi, atalisator logam mulia Pendahuluan Pertambahan pendudu dunia semain meningat dari tahun e tahun. Laju pertumbuhan pendudu dunia yang semain * Alamat orespondensi: irmawati_sinaga@yahoo.com pesat harus diiuti dengan pemenuhan ebutuhan pangan bagi umat manusia. Salah satu cara pemenuhan ebutuhan bahan pangan adalah dengan intensifiasi pertanian. Penggunaan herbisida sebagai obat pemberantasan gulma adalah salah satu usaha dalam intensifiasi pertanian tersebut. Bahan atif yang paling banya digunaan untu herbisida di dunia saat

2 Jurnal Reayasa Proses, ol. 3, No., ini adalah glifosat. Kebutuhan senyawa glifosat di Indonesia selalu meningat seitar 0,75% setiap tahunnya (Biro Litbang PT Petrosida, 003. Sampai saat ini seluruh ebutuhan senyawa glifosat masih diimpor dari ina. Di Indonesia senyawa glifosat diformulasian oleh PT Petrosida sebelum dijual e pasaran. Formulasi glifosat adalah proses pengenceran herbisida tenis menjadi onsentrasi tertentu yang siap dijual sebagai end product (siap paai. Selama ini pembuatan glifosat terhalang oleh lisensi yang mahal sehingga perlu penelitian agar dapat dibangun unit produsi glifosat sendiri. Berdasaran studi pustaa yang telah dilauan, proses pembuatan senyawa glifosat berdasaran proses Monsanto dan proses pada US Patent memilii rute yang sama. Informasi yang diperoleh dari eduanya merupaan informasi yang sederhana dan marosopis. Bahan bau utama pembuatan senyawa glifosat ada macam yaitu dibuat dari glycine dan IDA (Iminodiacetic Acid. Perbandingan dari edua proses pembuatan glifosat tersebut dinyataan dalam Tabel I (Biro Litbang PT Petrosida, 003. Tabel. Perbandingan Proses Pembuatan Senyawa Glifosat Kriteria Rute Glycine IDA Yield Rendah Tinggi Effluent treatment Sangat Komples Sederhana Tinjauan eonomi Marginal Profit Peralatan Normal Sederhana Bahan Bau Glycine IDA / NPMIDA DMHP : ijin husus arena dipaai militer O atau perosida Berbagai macam proses telah diembangan dan diteliti dalam pembuatan glifosat dari NPMIDA (N-phosphonomethyliminodiacetic acid dengan pelarut air, diantaranya: a. Mereasian NPMIDA dengan hidrogen perosida (H O menggunaan atalis asam (US Patent No , 40067, Katalisator asam yang digunaan bisa asam organi ataupun anorgani antara lain asam sulfat, hidroflorat, fosfat, florosulfat, nitrat, asetat, formiat, propionat, para-toluen sulfonat, benzene sulfonat dll. Suhu reasi yang dipaai adalah 70-00º dan teanan atmosferis atau lebih tinggi. Perbandingan reatan H O / NPMIDA yang digunaan 4,- 4,5 mol/mol dan jumlah atalisator asam adalah 0,-0,3 mol per mol produ yang dihasilan. b. Mereasian NPMIDA dengan hidrogen perosida (H O menggunaan atalis logam (Mo, Fe, Zn,, Pt, Pd, Rho (US Patent No , , Kondisi operasi yang digunaan adalah suhu 60-5º. c. Mereasian NPMIDA dengan hidrogen perosida (H O menggunaan atalis arbon atif. Kondisi operasi yang digunaan adalah suhu 60-80º dan teanan atmosferis. Perbandingan reatan H O / NPMIDA yang digunaan -,5 mol/mol, onsentrasi hidrogen perosida yang digunaan 30-60% dan jumlah atalisator yang digunaan adalah 0,-0,4 berat NPMIDA yang direasian. Persamaan reasi yang terjadi adalah sebagai beriut : ( Seperti terlihat pada uraian di atas, terdapat berbagai macam cara untu membuat glifosat dengan mengosidasi NPMIDA. Tentunya setiap teni memilii elebihan dan elemahan. Penelitian ini bertujuan untu mencari nilai onstanta ecepatan reasi pembuatan glifosat dari NPMIDA (Neophosphonomethyl Iminodiacetic Acid dan H O dengan atalisator Pd/Al O 3 pada berbagai suhu. Landasan teori Reasi imia dapat digolongan menjadi dua, yaitu reasi homogen dan reasi heterogen. Reasi homogen yaitu reasi yang hanya melibatan satu fase sedangan reasi heterogen adalah reasi yang melibatan lebih dari satu fase. Pada penelitian ini, atalisator padat yang diontaan e dalam larutan dianggap satu fase dengan reatan, sehingga dapat disebut sebagai reasi homogen semu. Hal ini didasari oleh NPMIDA dan atalis padat dengan pelarut air dicampur sehingga melarut dengan adanya pengaduan. Hidrogen perosida yang ditambahan berupa cairan sehingga reasi yang terjadi berada di fase cair. Persamaan reasi yang terjadi pada pembuatan glifosat dapat ditulisan sebagai beriut. (

3 47 Bila dinyataan dalam lambang sederhana dapat ditulis sebagai beriut: NPMIDA (A + H O (B PMG ( Persamaan reasi lanjut yang terjadi dapat ditulisan seperti dalam persamaan (3. Dalam lambang sederhana dapat ditulis sebagai beriut: H O (B + PMG ( AMPA (D Adapun asumsi yang digunaan sebagai beriut: - olume larutan onstan - Pengaduan sempurna, sehingga onsentrasi larutan hanya fungsi watu (3 Pada reasi ini, H O diberian secara terus menerus dengan jumlah ml (0,006 mol untu setiap 0 menit selama jam, sedangan senyawa NPMIDA dimasuan seali sebanya 5 gram (0,0 mol pada awal reasi. Jumlah mol elarutan NPMIDA jauh lebih besar dibandingan dengan jumlah mol H O yang diberian setiap 0 menit. Untu itu dapat dinyataan bahwa onsentrasi NPMIDA dalam larutan tetap. Perubahan omposisi reatan dan hasil selama reasi berlangsung dapat dinyataan dengan persamaan sebagai beriut: NPMIDA (A + H O (B PMG ( Awal N A0 N B0 Reasi (-N B0 X B (-N B0 X B (+N B0 X B Ahir N A0 -N B0 X B N B0 -N B0 X B N B0 X B Berdasaran persamaan reasi tersebut pada watu tertentu dapat diperoleh nilai N = N B0 X B dan N B = N B0 (-X B, selanjutnya onsentrasi B dan dapat ditentuan dengan persamaan sebagai beriut : B N B N ( X B NB X 0 (4 0 B (5 Neraca massa glifosat pada larutan dapat dinyataan dengan persamaan sebagai beriut : Rate of Input Rate of Output + Rate of Reaction = Rate of Accumulation ( A B B = d c d c AB (6 B Jurnal Reayasa Proses, ol. 3, No., 009 Substitusi persamaan (4 dan (5 e persamaan (6, diperoleh persamaan sebagai beriut: d c (7 A ( B0 c ( B0 c Pada awal percobaan atau pada saat glifosat belum terbentu, dapat dianggap reasi lanjut belum terjadi. Oleh arena itu ecepatan reasi pembentuan glifosat dapat dinyataan dengan persamaan beriut: d c (8 A( B0 c Karena nilai A dapat dianggap tetap, bila persamaan (8 diintegrasian dapat diperoleh hasil sebagai beriut: i B0 ( B0 A t (9 Untu itu, bila tersedia data onsentrasi glifosat sebagai fungsi watu dari pengamatan laboratorium maa nilai untu percobaan tersebut dapat ditentuan. Nilai yang memenuhi run percobaan tersebut bila nilai jumlah uadrat selisih (SSE antara c data dan c hitung dengan persamaan (9 minimum. Adapun nilai dapat ditentuan bila jumlah glifosat sudah cuup banya dengan nilai diiutsertaan dalam perhitungan (persamaan 7. Metode penelitian Penelitian menggunaan NPMIDA ( 5 H 0 NO 7 P 98%, Hidrogen Perosida (H O 30%, Pd/Al O 3, Etanol ( H 5 OH 70 %, Dietil eter( 4 H 0 O, Aquadest. Penelitian dilauan dengan rangaian alat dapat dilihat pada Gambar Gambar. Rangaian alat percobaan pembuatan glifosat Serbu NPMIDA sebanya 5 gram, atalis Pd/Al O 3 sebanya 0,3 gram, aquadest sebanya 85 ml dimasuan e dalam labu leher tiga. Larutan diadu dan dipanasan sampai suhu 5 Keterangan:. Waterbath,. Pendingin bali, 3. Pengadu, 4. Labu leher tiga, 5. Termometer, 6. Motor

4 Jurnal Reayasa Proses, ol. 3, No., tertentu. Penambahan H O dapat dimulai bila suhu termometer di dalam labu leher tiga telah mencapai suhu yang diinginan. Penambahan H O dilauan sebanya ml setiap 0 menit selama jam. Pada saat penambahan H O yang terahir, larutan dibiaran beberapa saat agar terjadi penyempurnaan reasi. Larutan hasil reasi dibiaran mendeati suhu ruangan dan ditambahan etanol sebanya 30 ml. Larutan disimpan di dalam ota penyimpan selama satu malam agar terbentu ristal. Larutan disaring dengan ertas saring asar yang sudah ditimbang sebelumnya untu memisahan ristal dan mother liquor. Kristal dicuci dengan etanol 30 ml dan eter 30 ml, setelah itu dioven dan ditimbang. Percobaan ini memvariasian suhu reasi dengan ecepatan pengaduan 350 rpm. Hasil dan Pembahasan Pengaruh suhu reasi divariasi dari 70-90, pada Gambar dapat dilihat bahwa jumlah glifosat terbentu aan semain besar tetapi pada watu tertentu jumlah glifosat yang terbentu aan menurun. Penurunan hasil glifosat disebaban adanya reasi lanjut antara glifosat dengan H O. Watu awal reasi yang berlangsung antara 0 sampai 40 menit menunjuan ecenderungan glifosat terbentu berbanding lurus dengan suhu reasi. Hal ini diaibatan geraan moleul-moleul reatan semain besar yang memperbesar terjadinya tumbuan antar moleul reatan untu bereasi. Adanya reasi lanjut menyebaban glifosat terbentu tida semain besar seiring semain lama watu reasi. Konsentrasi glifosat yang semain besar, secara langsung aan memperbesar freuensi tumbuan yang aan memperbesar reasi lanjut. Sehingga aan diperoleh nilai dan yang tertera pada tabel di bawah ini: Tabel. Nilai dan Pada Berbagai Suhu T ' K (L/mol.menit (L/mol.menit , , , , ,04 0, ,0497 0,05530 Grafi hubungan dengan suhu dapat dilihat pada Gambar 3. Gambar 3. Hubungan dengan suhu Hubungan nilai dengan suhu dalam persamaan Arrhenius yang diperoleh: 707,85,348 x0 8, L/mol.menit (0 Hubungan nilai dengan suhu dalam persamaan Arrhenius yang diperoleh: 9467,006 8,667 x0, L/mol.menit ( Kesimpulan Pada pengaruh suhu, nilai onstanta ecepatan reasi ( pada pembuatan glifosat semain meningat dengan semain besarnya suhu, begitu juga dengan nilai onstanta ecepatan reasi lanjut ( yang diperoleh. Hubungan antara nilai onstanta ecepatan reasi dengan suhu mengiuti persamaan : 707,85,348 x0 8, L/mol.menit 9467,006 8,667 x0, L/mol.menit Gambar. Hubungan onsentrasi glifosat dengan watu pada berbagai suhu

5 49 Daftar Notasi N A0 : jumlah NPMIDA awal, mol N B0 : jumlah H O awal, mol X A : onversi NPMIDA A : onsentrasi NPMIDA di larutan, B0 : onsentrasi H O awal, : volume larutan, L c : onsentrasi glifosat terbentu, B : onsentrasi H O setiap 0 menit, T : suhu reasi, K t : watu reasi, menit : onstanta ecepatan reasi utama, L/mol.menit : onstanta ecepatan reasi lanjut, L/mol.menit Jurnal Reayasa Proses, ol. 3, No., 009 Daftar Pustaa Biro Litbang PT. Petrosida, 003. Studi Awal Pembuatan Glysophate Tenis dari NPMIDA, Biro Litbang PT. Petrosida, Gresi. Franz, J. E., 976. Process for Producing N- phosphonomethyl Glycine, U.S. Patent 3, 950, 40. Franz, J. E., 976. Process for Producing N- phosphonomethyl Glycine, U.S. Patent 3, 954, 848. Fields, D. L., 99. Peroxide Process for Producing N- phosphonomethylglycine, U.S. Patent 5, 043, 475. Fields, D. L., 99. Peroxide Process for Producing N- phosphonomethylglycine, U.S. Patent 5, 095, 40. Pelyva, et. al., 99. Process for Preparing N- phosphonomethyl Glycine, U.S. Patent 4, 983, 764. Smith, R. L., 977. Process for Producing N- phosphonomethyl Glycine, U.S. Patent 4, 00, 67.