Studi Eksperimen dan Permodelan Pelarut untuk Pengolahan Sampah Stirofoam

Transkripsi

1 Studi Eksperimen dan Permodelan Pelarut untuk Pengolahan Sampah Stirofoam Kelompok B Rosiana [ ] Pembimbing Ir. Johnner Sitompul, M.Sc. Ph.D Program Studi Teknik Kimia - Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Bandung Abstrak Sampah stirofoam menjadi sumber masalah karena sifat nonbiodegradablenya. Selain itu, rasio volume/massa stirofoam besar sehingga transportasi limbah ini sangat tidak efisien. Salah satu penanganan sampah stirofoam dalam rangka mengefisiensikan penggunaan bahan baku pembuatan stirofoam ialah daur ulang. Tahap awal yang penting dalam proses daur ulang ialah pelarutan stirofoam. Pelarutan bertujuan menghilangkan kandungan udara dalam stirofoam sehingga volumenya berkurang dan efisiensi transportasi tinggi. Penelitian ini bertujuan untuk mencari data kelarutan stirofoam pada berbagai variasi temperatur, pelarut, dan perlakuan. Dalam penelitian ini, pelarut yang digunakan ialah aceton, D-limonen dan turpentin. Variasi temperatur dilakukan pada rentang 30-45ºC untuk aceton, ºC untuk turpentin, dan 30-60ºC untuk D-limonen. Variasi perlakuan dibedakan atas urutan pemasukan antara pelarut dan stirofoam. Hasil percobaan menunjukkan bahwa pelarut terbaik sebagai alternatif pengganti pelarut D-limonen untuk penanganan sampah stirofoam di Indonesia adalah turpentin. Rasio massa terlarut stirofoam terhadap volume pelarut turpentin sebesar 5 gr/10 ml. Pada temperatur di atas 90 o C, proses pelarutan dengan turpentin berlangsung cepat. Film tipis dari campuran stirofoam-pelarut membentuk plastik, berpotensi menghasilkan produk plastik. Rasio volume polistiren hasil pelarutan terhadap volume stirofoam awal sebesar 0.05 untuk EPS dan 0.06 untuk XPS. Model termodinamika terbaik dalam merepresentasikan proses pelarutan polistiren ialah model UNIFAC. Kata kunci: pelarutan, data kelarutan, stirofoam 1. PENGANTAR Salah satu sampah anorganik yang menjadi kontroversial sekarang ini ialah kemasan sekali pakaibuang. Salah satu kemasan sekali pakai-buang yang berkontribusi signifikan terhadap masalah sampah kota ialah stirofoam. Selama ini, penanganan sampah stirofoam masih menghadapi berbagai kendala. Metode penanganan sampah yang umum dilakukan seperti pengomposan, landfill, insinerasi, gasifikasi dan pirolisis, tidak dapat diterapkan pada sampah stirofoam karena stirofoam merupakan sampah anorganik, terdekomposisi dalam waktu yang sangat lama, produk akhir insinerasi stirofoam berupa dioksin yang bersifat toksik, dan produk samping gasifikasi stirofoam mengandung senyawa beracun dalam kadar tinggi. Dalam rangka efisiensi penggunaan bahan baku, salah satu cara penanganan sampah stirofoam yang marak saat ini ialah daur ulang. Tahap yang berperan penting dalam proses daur ulang stirofoam ini ialah pengumpulan stirofoam dari tempat penampungan sampah sementara ke tempat-tempat daur ulang. Namun, tidak seperti botol-botol plastik, jarang sekali pemulung yang berinisiatif mengambil sampah stirofoam. Hal ini disebabkan rasio volume/massa stirofoam sangat besar sehingga transportasi ke lokasi daur ulang tidak efisien. Metode yang dikembangkan dewasa ini untuk mengatasi masalah pengumpulan sampah stirofoam tersebut ialah teknik pelarutan. Tujuan pelarutan ialah mereduksi volume stirofoam sehingga mudah ditransportasikan ke lokasi daur ulang. Penelitian sebelumnya yang telah berhasil diterapkan secara komersil (SONY), menggunakan d-limonen untuk mereduksi volume stirofoam. Hasil penelitian menunjukkan bahwa proses pelarutan ini tidak menyebabkan degradasi signifikan terhadap kualitas polistiren hasil daur ulang sehingga dapat digunakan kembali sebagai bahan baku untuk produksi stirofoam baru dan pemisahan pelarut dari stirofoam terlarut B /1

2 mudah. Namun, d-limonen yang ada di Indonesia umumnya diimpor dan digunakan sebagai fragrance atau pemberi cita rasa produk pangan sehingga memiliki nilai jual yang tinggi. Selain itu, proses pelarutan stirofoam yang dilakukan masih terbatas pada temperatur ruang. Oleh karena itu, dalam penelitian ini, berbagai jenis pelarut dan variasi temperatur pelarutan akan diujicobakan dengan standar perbandingan kelarutan terhadap pelarut d-limonen. Secara umum, penelitian ini bertujuan melarutkan stirofoam dalam berbagai pelarut untuk menghilangkan udara dalam stirofoam. Adapun, tujuan khusus dari penelitian ini adalah menentukan pelarut yang baik untuk stirofoam, pengurangan volume stirofoam setelah pelarutan, waktu pelarutan stirofoam, dan kelarutan stirofoam dalam berbagai pelarut dan temperatur, yang akan dimodelkan dengan model termodinamika. Penelitian ini hanya dilakukan pada skala laboratorium, yakni volume kerja pelarut yang digunakan sebesar 10 ml. Bahan utama, yaitu stirofoam yang digunakan berasal dari bekas kemasan produk pangan siap-bawa untuk jenis XPS dan bekas bantalan peralatan elektronik untuk jenis EPS. Variasi pelarut yang digunakan dibatasi pada tiga jenis pelarut, yaitu d-limonen (sebagai pembanding) yang didistilasi-ekstraksi dari jeruk nipis, aceton, dan turpentin. Sedangkan, variasi temperatur dilakukan pada rentang 30-45ºC untuk aceton, 30-60ºC untuk d-limonen, dan ºC untuk turpentin. Variasi urutan pemasukkan dibedakan atas pemasukan stirofoam dahulu baru pelarutnya dan sebaliknya. Pengamatan hasil penelitian yang dilakukan, dibatasi pada analisa secara kualitatif dan kuantitatif. Analisa kualitatif yang dilakukan adalah pengamatan bentuk dan warna stirofoam selama proses pelarutan terjadi. Analisa kuantitatif yang dilakukan adalah perhitungan rasio stirofoam-pelarut, rasio volume stirofoam akhir/awal, data kelarutan dan waktu pelarutan stirofoam pada berbagai pelarut dan temperatur. 2. TEORI Teori yang mendasari percobaan pelarutan stirofoam dalam berbagai pelarut ini ialah teori kelarutan, dimana kelarutan suatu zat terlarut (solut) dalam pelarut dapat diprediksi secara kualitatif dengan kemiripan struktur molekul diantara keduanya. Semakin mirip struktur molekul pelarut dengan solut, semakin besar kemungkinan proses pelarutan dapat terjadi. Secara umum, dalam pelarutan substansi, terdapat 2 energi pemutusan, yaitu energi pemutusan ikatan antara molekul solut, antara molekul pelarut dan 2 energi pembentukkan molekul solut-pelarut. Jika energi yang dilepas pada saat pemutusan ikatan lama sama dengan energi yang dibutuhkan pada saat pembentukkan ikatan baru, yang umumnya terjadi jika molekul pelarut dan solut memiliki kemiripan struktural, maka substansi akan larut dalam pelarut. Teori ini disebut teori "Likes Dissolve Likes". Namun, teori ini hanya digunakan sebagai estimasi awal dalam penentuan jenis pelarut yang cocok untuk melarutkan suatu substansi, dan akan dibuktikan dalam percobaan. Permodelan kelarutan bertujuan memprediksi kelarutan sistem polimer-cair antara polistiren dan pelarut. Modelmodel kelarutan ini akan dibandingkan terhadap data eksperimen kelarutan polimer dengan cara diplot dalam satu kurva. Dari perbandingan ini, diperoleh model yang paling tepat untuk merepresentasikan proses kelarutan aktual. Model yang paling tepat ini dapat digunakan untuk mengestimasi data kelarutan pada temperatur tertentu tanpa perlu melakukan eksperimen, sehingga sangat membantu dalam memprediksi kelarutan polistiren dalam suatu pelarut terutama untuk pelarut yang sulit diperoleh atau berharga mahal, seperti D- limonen. Permodelan yang dibuat meliputi 5 model, yaitu model umum, semi empirik, NRTL, φ termodifikasi oleh γ, dan UNIFAC. Dalam sistem padat-cair, kesetimbangan tercapai saat: l l l s s s xi. γi fi = zi. γi fi...(2.1) Karena hanya ada 1 senyawa dalam fasa padatan, s s maka z i = 1 dan γ i = 1 maka persamaan (2.1) menjadi: s l l f i ΔHm i T T mi x i * γ i = =Ψ i = exp * l f R* T mi T i 1 ΔH mi 1 1 x i = exp * γ i R T mi T...(2.2) Persamaan (2.2) menunjukkan bahwa besarnya kelarutan polimer di dalam pelarut merupakan fungsi dari temperatur dan interaksi antara polimer-pelarut. Pembuatan model bertujuan memperoleh kurva kesetimbangan polistiren-pelarut yang mendekati kurva kelarutan hasil percobaan. Kedekatan kurva model dengan hasil percobaan ditunjukkan dengan kedekatan fraksi solut (x 1 ) dan nilai koefisien aktivitas (γ) solut. Model Kesetimbangan Umum Pada model umum, koefisien aktivitas (γ) solut diasumsikan 1 sehingga fraksi kelarutan pada berbagai temperatur langsung dapat diperoleh dengan persamaan (1). Namun, model umum ini hanya menggambarkan kesetimbangan sistem polistiren-pelarut secara umum, dimana kelarutan polistiren meningkat sebanding dengan temperatur. Dalam model ini tidak terlihat pengaruh dari jenis pelarut yang digunakan. Oleh karena itu, model umum ini sangat tidak akurat dalam merepresentasikan proses kelarutan yang sebenarnya. Model Kesetimbangan Semi Empirik Untuk mendapatkan model yang lebih menggambarkan kelarutan polistiren dalam berbagai pelarut, digunakan model Semi Empirik. Pada model ini, nilai γ tidak B /2

3 diasumsikan 1 melainkan dicari menggunakan program solver dari Microsoft Excel. Model Semi Empirik memberikan pendekatan terhadap data percobaan lebih baik terhadap model umum karena telah memperhitungkan pengaruh jenis pelarut dalam proses pelarutan stirofoam. Akan tetapi, model ini masih belum dapat dikategorikan baik karena metode ini sangat sederhana, dimana nilai γ dicari menggunakan solver dan tidak melibatkan pengaruh berbagai parameter seperti dalam model-model kompleks. Model Kesetimbangan NRTL Dari model Semi Empirik yang sederhana, pembuatan model beranjak ke model yang lebih rumit, dimana koefisien aktivitas (γ 1 ) merupakan fungsi dari komposisi dan temperatur. Model yang semakin rumit dan kompleks akan semakin mencirikan kelakuan data eksperimen. Model-model kompleks ini meliputi model NRTL, φ termodifikasi oleh γ, dan UNIFAC. Dari ketiga model kompleks, model NRTL merupakan model paling sederhana, dimana faktor φ termodifikasi oleh γ dan kontribusi gugus-gugus fungsi senyawa solut maupun pelarut belum diperhitungkan. Nilai γ 1 bergantung pada parameter α, b12, dan b21 dan diperoleh melalui iterasi dengan optimasi nilai objective function. Model NRTL seharusnya memberikan hasil yang lebih mendekati data percobaan. Model Kesetimbangan φ Termodifikasi γ Pada model φ termodifikasi oleh γ, γ merupakan fungsi dari komposisi dan temperatur. Selain itu, nilai γ bergantung pada parameter k 12 yang merupakan konstanta interaksi biner antara solut dengan pelarut. Dalam penentuan nilai γ, dibutuhkan data temperatur dan tekanan kritik untuk setiap senyawa. yang terlibat yang dapat dilihat pada tabel 2.1. fungsi dalam senyawa solut maupun pelarut. Gugusgugus fungsi ini akan menentukan parameter interaksi antar gugus fungsi, a mk (Van Ness, 2001) yang akan digunakan dalam perhitungan γ. Senyawa solut, yakni polistiren, terdiri atas 1750 unit monomer, dengan asumsi berat molekuler polistiren sebesar 182,000 g/mol dan berat molekuler monomer stiren sebesar 104 g/mol sehingga gugus-gugus fungsi pada monomer stiren akan berulang sebanyak 1750 kali. Senyawa turpentin terdiri atas 80% α-pinene, 17% 3-carene, dan 3% D-limonen. Struktur senyawa-senyawa solut dan pelarut dapat dilihat pada gambar 2.1. Gambar 2.1 Struktur senyawa-senyawa solut dan pelarut: (dari kiri ke kanan) stiren, aceton, d-limonen, 3-carene, dan α-pinen 3. PERCOBAAN 3.1 Bahan Bahan utama yang digunakan adalah stirofoam yang diperoleh dari bekas produk kemasan makanan (XPS) dan elektronik (EPS). Selain itu, digunakan pelarut d- limonen yang diambil dari kulit jeruk nipis, aceton teknis, dan turpentin teknis. 3.2 Alat Tabel 2.1 Data-data kritik berbagai senyawa (Van Ness, 2001) Turpentin Aceton D-limonen Stiren Tc (K) Pc (bar) Penentuan γ dalam model φ termodifikasi oleh γ dapat menggunakan berbagai persamaan keadaan, seperti Soave-Redlich Kwong, Peng-Robinson, Van der Waals, dan sebagainya. Pada model ini, persamaan keadaan yang digunakan ialah persamaan Van der Waals, dengan data parameter yang ditunjukkan pada tabel 2.2. Tabel 2.2 Parameter-parameter untuk persamaan keadaan Van der Waals (Van Ness, 2001) Ω 1/8 ψ 27/64 α 1 σ 0 0 Model Kesetimbangan UNIFAC Pada model UNIFAC, γ 1 merupakan fungsi dari komposisi dan temperatur. Selain itu, nilai γ sangat mencirikan solut dan jenis pelarut yang terlibat karena penentuan nilai γ melibatkan kontribusi gugus-gugus Gambar 3.1 Skema alat distilasi kukus Sebelum memulai percobaan, ada beberapa persiapan yang harus dilakukan, yakni perolehan minyak jeruk dengan cara distilasi kukus dari kulit jeruk nipis, pencucian dan pengeringan stirofoam. Percobaan utama berupa pelarutan stirofoam pada berbagai pelarut dengan variasi jenis pelarut, jenis stirofoam, temperatur pelarutan, dan urutan pemasukkan stirofoam-pelarut. Untuk memperoleh data reduksi volume stirofoam hasil pelarutan, maka campuran stirofoam terlarut dan pelarut dievaporasi sehingga pelarut menguap dan hanya tersisa polistiren padat yang akan diukur volumenya. Setiap pengambilan data akan dilakukan dua kali (duplo). B /3

4 Beberapa hal yang dianalisa dari percobaan utama: Kelarutan masing-masing jenis stirofoam dalam setiap jenis pelarut Waktu pelarutan masing-masing jenis stirofoam dalam setiap jenis pelarut Pengaruh temperatur terhadap kelarutan Reduksi volume stirofoam hasil pelarutan Data percobaan kelarutan pada berbagai jenis pelarut dan variasi temperatur diplot dalam bentuk kurva sehingga didapat suatu hubungan kelarutan terhadap temperatur. Kurva hasil eksperimen dibandingkan dengan kurva model kelarutan. Dari data kelarutan ini, dapat ditentukan jenis pelarut terbaik yang dapat melarutkan stirofoam, rasio stirofoam terlarut dalam pelarut, dan model termodinamika terbaik untuk peramalan hubungan temperatur terhadap kelarutan. Variabel yang divariasikan dalam penelitian ini adalah: Jenis stirofoam, yakni EPS dan XPS Jenis pelarut, yaitu: d-limonen, aceton, dan turpentin Urutan pemasukan antara pelarut dan stirofoam Temperatur proses pelarutan, yaitu pada rentang 30-45ºC untuk aceton, ºC untuk turpentin, dan 30-60ºC untuk d-limonen. Analisa kuantitatif yang dilakukan dalam penelitian ini adalah perhitungan rasio volume stirofoam setelah/sebelum pelarutan, waktu pelarutan, dan data kelarutan stirofoam pada berbagai temperatur. Data kelarutan hasil eksperimen diplot dengan data hasil permodelan kelarutan untuk membandingkan hasil eksperimen dengan permodelan teoritik. 4. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Penentuan Kelarutan Stirofoam Secara keseluruhan, percobaan pelarutan stirofoam menunjukkan bahwa semakin tinggi temperatur, semakin besar massa stirofoam terlarut dan semakin cepat proses pelarutan. Proses pelarutan dengan aceton sebaiknya dilakukan pada temperatur maksimum 40 o C karena pada temperatur di atas 40 o C, pelarut aceton cenderung menguap (mendekati titik didih 52 o C) sehingga banyak pelarut yang terbuang, ditunjukkan melalui penyimpangan data kelarutan pada temperatur 45 o C baik untuk jenis EPS maupun XPS. Pada temperatur 90 o C dan 130 o C, proses pelarutan dengan turpentin berlangsung cepat menyerupai aceton. Untuk pelarut d-limonen, berdasarkan literatur, kelarutan EPS dalam D-limonen adalah 20 gram / 40 ml pelarut. Hasil eksperimen menunjukkan kelarutan 8 gram EPS / 10 ml pelarut pada temperatur 30 o C dan 10 gram EPS / 10 ml pelarut untuk temperatur 60 o C. Perbedaan hasil yang diperoleh dengan data literatur disebabkan oleh kriteria viskositas campuran EPSminyak jeruk. Data percobaan diperoleh menggunakan batas maksimal kejenuhan berupa campuran yang menjadi lengket dan sulit diaduk. Sedangkan, data literatur merupakan data untuk skala komersial dimana kejenuhan campuran dibatasi pada keadaan masih dapat diaduk, mudah dialirkan, dan tidak lengket. Gambar 4.1 Kelarutan stirofoam pada berbagai pelarut dan temperatur Kelebihan dan kekurangan masing-masing pelarut yang digunakan, ditunjukkan pada tabel 4.1. Tabel 4.1 Kelebihan dan kekurangan masing-masing pelarut Jenis pelarut Aceton Turpentin D-limonen Waktu pelarutan cepat lambat lambat Harga pelarut murah murah sangat mahal Kemudahan perolehan pelarut mudah mudah sangat sulit Variasi temperatur pelarutan rendah tinggi tinggi Kelarutan stirofoam rendah sedang tinggi Kualitas plastik kaku, rapuh lentur, agak rapuh agak lentur, rapuh Reduksi volume relatif sama 4.2 Penentuan Waktu Pelarutan Pada percobaan penentuan waktu pelarutan, selain variasi jenis stirofoam, pelarut, dan temperatur pelarutan, dilakukan variasi urutan pemasukan antara stirofoam dan pelarut serta variasi ukuran diameter stirofoam jenis EPS. Tabel 4.2 Data percobaan penentuan waktu pelarutan Pelarut T ( C) Stirofoam t rata-rata (s) Selisih t (s) aceton EPS aceton XPS turpentin EPS turpentin XPS Dari hasil percobaan, diketahui bahwa waktu pelarutan EPS relatif sama dengan XPS baik dalam pelarut aceton maupun turpentin. Hal ini dikarenakan EPS dan XPS merupakan material yang relatif sama, yaitu polistiren. B /4

5 Perbedaan keduanya hanya terletak pada proses blowing sehingga hanya mempengaruhi kandungan udara di dalamnya. Semakin tinggi temperatur, semakin cepat waktu pelarutan. Beberapa hal yang perlu diperhatikan adalah pelarutan dengan aceton sebaiknya pada temperatur maksimal 35 o C agar pelarut tidak banyak menguap. Selain itu, selisih waktu pelarutan pada temperatur 45 o C terhadap temperatur 35 o C relatif singkat, hanya 2 detik. Sedangkan, proses pelarutan dengan turpentin sebaiknya dilakukan pada temperatur 130 o C karena selisih waktu pelarutan dan massa stirofoam terlarut sangat signifikan. Hasil eksperimen menunjukkan bahwa variasi ukuran diameter EPS tidak memberikan perbedaan waktu pelarutan signifikan (selisih waktu kurang dari 3%). Oleh karena itu, pem-blender-an stirofoam sebaiknya tidak dilakukan karena selain perbedaan tidak signifikan relatif terhadap waktu pelarutan stirofoam yang cepat, proses pengecilan ukuran diameter ini juga sangat tidak efisien dan efektif. Dari hasil percobaan, ditunjukkan bahwa variasi urutan pemasukkan stirofoam-pelarut: Pada aceton tidak signifikan (selisih waktu kurang dari 3%), karena daya pelarutan aceton tinggi. Pada turpentin sangat signifikan, dimana waktu pelarutan untuk urutan pemasukkan pelarut terlebih dahulu, jauh lebih lama daripada urutan pemasukkan stirofoam terlebih dahulu. Hal ini disebabkan daya pelarutan turpentin lambat, dimana kelarutan merupakan fungsi dari hari, sehingga perbedaan waktu pelarutan diantara kedua variasi mencapai 52%. Selain itu, ada jeda waktu dalam pemasukan butiran stirofoam yang ringan dan elektrostatis ke dalam gelas kimia. Terlebih lagi, stirofoam tertumpuk di bagian permukaan pelarut dahulu, sehingga tidak langsung terjadi kontak antara semua stirofoam dengan pelarut akibat tertahan oleh stirofoam yang masih belum larut di permukaan pelarut. 4.3 Penentuan Rasio Volume Stirofoam Setelah/Sebelum Dilarutkan Hasil eksperimen menunjukkan bahwa rasio volume polistiren (setelah semua pelarut menguap) terhadap volume stirofoam awal sebelum dilarutkan sebesar 1 : 20 (= 0.05) untuk jenis EPS (sesuai literatur), dan 0.06 untuk XPS. Hal ini disebabkan pada EPS, proses blowing dilakukan 2 kali, yaitu sebelum dan setelah proses ekstrusi sehingga jumlah udara yang terkandung dalam EPS lebih banyak dibandingkan XPS. 4.4 Analisa Permodelan Kelarutan Pembuatan model dimaksudkan untuk mencari persamaan yang sesuai untuk memprediksikan kelarutan polistiren dalam berbagai pelarut pada variasi temperatur. Dalam penelitian ini, dibuat 4 macam model, mencakup model semi empirik, NRTL, φ termodifikasi oleh γ, dan UNIFAC. Perbandingan model kelarutan terhadap data eksperimen dapat dilihat pada gambar Gambar 4.2 Perbandingan model-model kelarutan terhadap data percobaan untuk sistem EPS-turpentin Gambar 4.3 Perbandingan model-model kelarutan terhadap data percobaan untuk sistem XPS-turpentin Gambar 4.4 Perbandingan model-model kelarutan terhadap data percobaan untuk sistem EPS-aceton Gambar 4.5 Perbandingan model-model kelarutan terhadap data percobaan untuk sistem XPS-aceton B /5

6 Terlebih lagi, dalam penentuan nilai γ, dibutuhkan data temperatur dan tekanan kritik untuk setiap senyawa yang terlibat sehingga interaksi antara pelarut dan solut semakin dilibatkan. Gambar 4.6 Perbandingan model-model kelarutan terhadap data percobaan untuk sistem EPS-limonen Dari semua model yang telah dibuat, model UNIFAC merupakan model yang paling mendekati data hasil percobaan. Hal ini dimungkinkan karena nilai γ sangat mencirikan solut dan jenis pelarut yang terlibat. Penentuan nilai γ melibatkan kontribusi gugus-gugus fungsi dalam senyawa solut maupun pelarut. Gugusgugus fungsi ini akan menentukan parameter interaksi antar gugus fungsi, a mk (Van Ness, 2001) yang akan digunakan dalam perhitungan γ. Selain itu, perhitungan nilai γ juga melibatkan fraksi pelarut. Model UNIFAC ini dapat digunakan untuk memprediksi fraksi kelarutan stirofoam dalam suatu pelarut. Sebagai contoh, fraksi kelarutan polistiren dalam d-limonen untuk EPS pada 70 o C dan 90 o C diprediksi sebesar 0.56 dan 0.63, untuk XPS sebesar 0.54 dan Gambar 4.7 Perbandingan model-model kelarutan terhadap data percobaan untuk sistem EPS-limonen Dari kurva-kurva di atas, terlihat bahwa urutan kedekatan model teoritik dengan data percobaan berturut-turut dari paling menyimpang sampai paling mendekati adalah model semi empirik, model NRTL, model φ termodifikasi oleh γ, dan model UNIFAC. Penyimpangan pada model semi empirik relatif besar dibandingkan model lainnya. Hal ini disebabkan metode ini sangat sederhana, dimana nilai γ dicari menggunakan solver dan tidak melibatkan pengaruh berbagai parameter seperti dalam model-model kompleks. Model NRTL tetap memberikan penyimpangan yang cukup signifikan terhadap data percobaan meskipun telah memperhitungkan parameter senyawa seperti α, b 12, dan b 21,. Hal ini disebabkan faktor φ termodifikasi oleh γ dan kontribusi gugus-gugus fungsi senyawa solut maupun pelarut belum diperhitungkan. Namun, model NRTL telah menunjukkan kedekatan yang lebih baik daripada model semi empirik. Model φ termodifikasi oleh γ cenderung lebih mendekati data hasil percobaan dibandingkan model semi empirik maupun model NRTL. Hal ini dikarenakan pada model ini, penentuan nilai γ didasarkan pada parameter k 12 yang merupakan konstanta interaksi antara solut dengan pelarut. Gambar 4.8 Prediksi fraksi kelarutan stirofoam dalam d-limonen pada temperatur 70 o C dan 90 o C Dari setiap model yang telah dibuat, diperoleh nilai koefisien aktivitas (γ) yang ditabulasi pada tabel 4.8. Kedua model terbaik, yakni φ termodifikasi oleh γ dan UNIFAC memiliki nilai γ yang sedikit berbeda, sehingga dapat disimpulkan nilai γ untuk permodelan yang mendekati aktual ialah γ untuk model UNIFAC. Tabel 4.3 Nilai koefisien aktivitas (γ) dari setiap model kelarutan Sistem Model Umum Semi Empirik NRTL φ - γ UNIFAC EPS-turpentin XPS-turpentin EPS-aceton XPS-aceton EPS-limonen XPS-limonen B /6

7 Tabel 4.4 Parameter-parameter model NRTL dan φ - γ 1 Sistem NRTL φ - γ α b12 b21 k12 stirofoam-turpentin stirofoam-aceton stirofoam-limonen Perbandingan Daya Kelarutan Perbandingan daya kelarutan masing-masing pelarut ditampilkan pada gambar Gambar 4.9 Kelarutan XPS dalam berbagai pelarut berdasarkan data percobaan dan model UNIFAC Gambar 4.10 Kelarutan EPS dalam berbagai pelarut berdasarkan data percobaan dan model UNIFAC Dari kedua kurva di atas, dapat dilihat bahwa urutan daya kelarutan dari pelarut terbaik sampai terburuk ialah d-limonen, turpentin, dan aceton. Pada temperatur dan jenis stirofoam yang sama, limonen selalu memberikan performansi terbaik dimana fraksi mol solut terbesar dibandingkan dalam pelarut lainnya. Namun, penggunaan d-limonen untuk penanganan sampah di Indonesia sangat sulit karena selain sulit diperoleh, harga d-limonen di pasaran sangat mahal. Selain itu, pemakaian d-limonen ini bersaing dengan industri kosmetik dan pangan sehingga aplikasi limonen untuk 1 *Catatan : α, b12, b21, k12 adalah parameter-parameter spesifik untuk pasangan senyawa tertentu, independen terhadap komposisi dan temperatur penanganan sampah sangat tidak ekonomis. Oleh karena itu, untuk penanganan sampah stirofoam di Indonesia, pelarut turpentin sangat potensial. Keunggulan pelarut turpentin ini juga didukung oleh waktu pelarutan dan produk hasil pelarutan yang ditunjukkan pada tabel KESIMPULAN DAN SARAN Berdasarkan analisa terhadap hasil percobaan, dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut: 1. Pelarut D-limonen tidak tepat untuk digunakan dalam penanganan sampah stirofoam di Indonesia. 2. Dari segi keekonomisan dan daya kelarutan, alternatif pelarut terbaik sebagai pengganti pelarut D-limonen untuk penanganan sampah stirofoam adalah turpentin. 3. Rasio massa stirofoam terhadap volume turpentin pada 30 o C adalah 5 gr/10 ml 4. Semakin tinggi temperatur, semakin besar massa stirofoam terlarut dan semakin cepat proses pelarutan. 5. Proses pelarutan dengan aceton sebaiknya pada temperatur maksimum 40 o C. 6. Pada temperatur 90 o C dan 130 o C, proses pelarutan dengan turpentin berlangsung cepat, menyerupai pelarutan dengan aceton. 7. Film tipis dari campuran stirofoam-pelarut membentuk plastik, berpotensi menghasilkan produk plastik. 8. Waktu pelarutan EPS relatif sama dengan XPS baik dalam pelarut aceton maupun turpentin. 9. Variasi ukuran diameter tidak berpengaruh signifikan terhadap waktu pelarutan. 10. Variasi urutan pemasukkan stirofoam-pelarut sangat signifikan terhadap waktu pelarutan. 11. Rasio volume polistiren hasil pelarutan terhadap volume stirofoam awal sebesar 0.05 untuk EPS dan 0.06 untuk XPS. 12. Model terbaik dalam merepresentasikan pelarutan polistiren ialah UNIFAC. 5.1 Saran Peneliti selanjutnya disarankan untuk lebih terfokus pada perolehan data kelarutan dengan pelarut D- limonen dan variasi komposisi pelarut turpentin. Sedangkan, untuk permodelan, peneliti berikutnya sebaiknya mengujicobakan permodelan lainnya, seperti Soave-Redlich Kwong, Peng Robinson, Wilson, dan sebagainya. UCAPAN TERIMA KASIH Pada kesempatan ini, penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada: 1. Ir. M.Sc. Ph.D Johnner Sitompul, sebagai dosen pembimbing, atas bimbingan, diskusi, dan saran selama masa penelitian 2. Ir. M.T. Ph.D IDG. Arsa Putrawan, selaku koordinator mata kuliah TK 40Z2 Penelitian di Departemen Teknik Kimia ITB. B /7

8 3. Dr. Ir. Mubiar Purwasasmita, atas saran dan masukan yang diberikan saat penulisan laporan. 4. Ir. M.Eng. Ph.D Tirto Prakoso, atas informasi dan alat penelitian yang dipinjamkan. 5. Ir. M.Env.Eng.Sc. Ph.D Retno Gumilang Dewi, atas diskusi, saran serta informasi yang diberikan. 6. Ir. Ph.D. Akhmad Zainal Abidin, atas sumber literatur yang sangat bermanfaat 7. Ir. M.Sc. Ph.D Melia Laniwati Gunawan, atas pengarahan yang diberikan. 8. Ir. Lies Agustine Wisojodarmo, selaku peneliti polimer BPPT atas informasi yang diberikan. LITERATUR 1. Carraher, Charles E. Polymer Chemistry, 5th ed. New York: Marcel Dekker, Inc Damanhuri, E. dan Tri Padmi. Diktat Kuliah Pengelolaan Sampah. Teknik Lingkungan, ITB Ehrig, R. J. Plastics Recycling; Products and Processes. USA: Hanser Gustafson, Ross. Comparative Strength of Industrial Solvents. UK: Adolph Coors Co Khemani, K.C. Polymeric Foams; Science and Technology. American Chemical Society, USA Kirk, R.F. and Donald F. Othmer. Encyclopedia of Chemical Technology. 2 nd ed. Vol 19. USA: John Wiley and Sons Inc Prausnitz, J.M., Ruediger N. L., and Edmundo, G. A. Molecular Thermodynamics of Fluid Phase Equilibria. 2 nd ed. USA : Prentice-Hall, Inc Rosen, Stephen L. Fundamental Principles of Polymeric Materials. USA : John Wiley & Sons, Inc Setiadi, Tjandra dan R.G. Dewi. Diktat Kuliah Pengelolaan Limbah Industri, sub proyek quebatch III. Departemen Teknik Kimia, ITB Van Ness, H.C., J.M. Smith, and M.M. Abbot. Chemical Engineering Thermodynamics, 6th ed. New York: McGraw-Hill Inc H m R T x Greek γ SIMBOL : delta entalpi pelelehan padatan solut (kj/kg) : konstanta universal : temperatur (K) : fraksi mol : koefisien aktivitas dari komponen padatan Subskrip m : melting 1 : padatan solut 2 : pelarut i : spesies k : gugus fungsi j : dummy ij : campuran biner i dan j B /8