KINETIKA REAKSI PIROLISIS PLASTIK LOW DENSITY POLIETHYLENE (LDPE)

Transkripsi

1 KINETIKA REAKSI PIROLISIS PLASTIK LOW DENSITY POLIETHYLENE (LDPE) Sumari 1, Ai Purwati 2 1,2 Jurusa Tei Kimia, Istitut Sais & Teologi AKPRIND Yogyaarta ai4wati@gmail.com ABSTRAT The ucatalytic pyrolysis i this research were coducted i a retort by LDPE (Low Desity Polyethylee) as a raw material. This research was focused o studyig the ietic of LDPE pyrolysis with the simple method approximatio, whereas the forward reactio toward liquid product is the mai process. Reactio too place at atmospheric pressure ad at temperature betwee 4 ad 6. Whe the first distilate came out from the retort at the certai temperature, the evaluated process was determied. The data were observed by the chaged destilate, gas volume, ad the residual solid i the retort after the ed of LPDE pyrolysis. The global rate costat of pyrolysis reactio ( ) has the activatio eergy of J/mol ad the pre-expoetial factor of 2.4 x 1-1 s -1. Keywords : Kietics, Low Desity Polyethylee (LDPE), Plastic pyrolysis INTISARI Proses pirolisis o atalisis pada peelitia ii megguaa baha bau berupa plasti poliethylee jeis LDPE (Low Desity Polyethylee) yag berupa lembara. Peelitia ii dilaua utu mempelajari ietia reasi pirolisis LDPE dega metode pedeata reasi yag disederhaaa di maa reasi pembetua caira sebagai reasi utama. Reator yag diguaa berupa retort yag dilegapi dega termoopel da regulator utu mejaga estabila suhu operasi, serta pedigi yag berfugsi utu medigia gas hasil pirolisis. Kodisi operasi berlagsug pada teaa atmosferis dega variasi suhu berisar atara 4 o 6 o dega pegamata watu operas yag dilaua setiap iterval watu 1 meit. Pada suhu yag diigia tercapai, saat hasil distilat pertama ali eluar diaggap sebagai awal proses pirolisis (t = ). Data percobaa diperoleh dega megambil hasil distilat da megamati volume hasil gas setiap iterval watu tertetu, serta meimbag padata yag tertiggal dalam retort setelah pirolisis berahir. Dari hasil pirolisis lembara plasti polyethylee LDPE, diperoleh harga eergi ativasi pada ostata ecepata reasi pirolisis eseluruha ( o ) sebesar 377,11 J/mol da pada persamaa ostata ecepata pembetua hasil cair ( 2 ) sebesar 663,39 J/mol. Kata uci: ietia; Low Desity Poliethylee (LDPE); pirolisis plasti Dewasa ii masalah pecemara liguga medapat sorota dari berbagai aspe, bai pecemara yag ditimbula aibat pembuaga limbah idustri maupu limbah rumah tagga bai berupa sampah orgai maupu aorgai. Sampah plasti merupaa salah satu sampah orgai yag diprodusi setiap tahu oleh seluruh duia. Pada umumya sampah plasti tersebut memilii omposisi 46 % polyethylee (HDPE da LDPE), 16 % polypropyle (PP), 16 % polystyree (PS), 7 % polyviyl chloride (PV), 5 % polyethylee terephthalate (PET), 5 % acryloitrile-butadiee-styree (ABS), da 5 % polimer-polimer yag laiya (Vasile., 22). Sampah plasti ii bersifat obiodegradable, sehigga meimbula dampa egatif e liguga area tida dapat terurai oleh miroorgaisme. Utu megatasi permasalaha yag ditimbula oleh adaya sampah plasti, saat ii telah berembag beberapa lagah yag terait dega maajeme pegolaha sampah plasti atau recyclig sampah plasti. Beberapa cotoh proses pegolaha limbah atara lai pembuata biodegradable plastic, pembaara, maupu pirolisis. Mesipu pembaara ii dapat meguragi jumlah limbah plasti, amu aa meimbula masalah baru yaitu emisi yag dihasila berupa gas-gas beracu Hl, HN, maupu NO x yag dapat meggaggu esehata. Dalam hal ii pegolaha sampah plasti secara pirolisis yag meghasila produ berupa caira, gas, serta padata diharapa mampu mejadi salah satu alteratif dalam meguragi masalah pecemara liguga. Baha plasti merupaa seyawa polimer, yag terbetu dari moleul-moleul ecil yag disebut moomer. Polyethylee terbetu dari moomer-moomer ethylee yag dipolimerisasi dega meaisme radial Sumari, Kietia Reasi Pirolisis Plasti Low Desity Poliethylee (Ldpe) 135

2 bebas yag biasa diguaa sebagai baha pembuata atog plasti, botol plasti, atau pipa plasti (Fessede,1982). Secara umum, jeis plasti ii bersifat halus, flesibel, taha air, mudah dibetu da diwarai, serta hargaya relatif murah. Rumus imia polyethylee (-H 2 -), dega sebagai derajat polimerisasi. Di pasara, terdapat dua jeis plasti polyethylee, yaitu jeis HDPE (High Desity Polyethylee) da LDPE (Low Desity Polyethylee). Polyethylee jeis HDPE baya dijumpai sebagai baha pegemas utu botol plasti miuma, sedaga LDPE diguaa sebagai baha bau pembuata atog plasti. Pirolisis merupaa proses peruraia suatu baha pada suhu tiggi tapa adaya udara atau dega udara terbatas. Dega suhu operasi yag berisar Dalam peelitia ii, suhu operasi berisar atara 4-6 o dega baha bau berupa potoga plasti LDPE. Berbagai variable yag berpegaruh dalam proses pirolisis atara lai suhu, watu, da adar air baha (Agra,1985). Jumlah produ yag dihasila berbadig lurus dega eaia suhu serta lama proses berlagsug. Sedaga padata atau arag yag tertiggal dalam retort aa semai sediit dega adaya eaia suhu da watu proses. Pada seyawa polimer yag berupa dega berderajat polimerisasi tiggi, pirolisis merupaa reasi deomposisi pada suhu tiggi megiuti meaisme reasi radial bebas. Reasi ii melalui tiga tahap yaitu tahap permulaa, tahap perambata, da tahap peghetia. Pada tahap permulaa aa terjadi pemutusa ratai iata yag lemah area adaya eaia suhu. Radial bebas yag terbetu pada tahap perambata aa terpecah lagi membetu radial bebas baru yag lebih ecil, da seyawa stabil, dega reasi: R-H 2 -H 2 * R* + H2=H 2 Utu suhu tertetu ethylea telah berupa seyawa stabil, tetapi R* belum stabil sehigga aa terpecah lagi. Pada tahap peghetia, radial-radial bebas yag ada aa merbetu seyawa stabil, dega reasi: 3 H 7 * + H 3 * 4H 1 Secara umum meujua bahwa pirolisis plasti meghasila tiga macam, yaitu gas, caira, da padata. Pirolisis baha polimer berupa baha padat aa meghasila gas, yag emudia megembu sebagia, serta padata yag tida bereasi lagi da tersisa di dalam retort. Utu mempermudah da meyederhaaa reasi depolimerisasi yag sagat omples, maa reasi pirolisis yag terjadi dideati dega model yag sederhaa yaitu merupaa reasi searah da berorde satu (Agra, 1985; Susaa, 1996). Dalam peelitia ii, ietia reasi pirolisis poliethylee dipelajari deag metode pemiliha meaisme reasi yag disederhaaa. Reasi pirolisis/ deomposisi polyethylee diaggap reasi pemotoga ratai polimer secara aca (radom). Polyethylee padat terurai mejadi moleul yag lebih ecil, emudia moleul yag ecil ii terurai lagi mejadi lebih ecil lagi. Dalam hal ii diguaa reasi dega model yag sederhaa, utu meguur ecepata reasi pirolisis polyethylee. Persamaa reasi pirolisis yag sederhaa ii ditulisa sebagai beriut : Model tersebut megaggap bahwa satu mol poliethylee aa meghasila b mol gas b, c mol caira, da p mol padata P. Model reasi tersebut megaggap reasi pirolisis poliethylee berlagsug searah da ecepata pembetua gas B, caira, da padata P, tida tergatug satu sam lai. Kecepata reasi pirolisis ii juga diaggap megiuti reasi orde satu terhadap poliethylee. Persamaa ecepata reasi depolimerisasi ethylee (A) dapat diyataa sebagai beriut A l = ( ) t (1) = exp t (2) A A ( PE ) ( ) o 1 3 b B c p P Pada pirolisis poliethylee di sii, pegamata jumlah poliethylee setiap saat cuup sulit utu dilaua, area reasi yag berlagsug di dalam retort (tabug silider yag tertutup yag tida mugi dibua da ditutup setiap saat). Di sii aalisa hasil dilaua dega megamati jumlah hasil caira yag dapat ditampug da mudah diuur volumeya atau ditimbag (dietahui beratya). Disampig itu hasil gas juga dapat diamati setiap iterval watu tertetu, volume gas dietahui dega meguur volume caira yag dipidaha dari dalam botol peampug yag terlebih dahulu diisi caira (air). Atas dasar tersebut, ostata ecepata reasi pirolisis dievaluasi dari pegamata berat total Jural Teologi, Volume. 1 Nomor 2, Desember 28,

3 hasil caira yag tertampug maupu total volume gas B yag dihasila setiap iterval watu tertetu. Hubuga atara jumlah gas B maupu caira yag terbetu dapat diyataa dega persamaa: b. B c. exp( )} = (3) 1 t exp( t) } 2 = (4) Diasumsia bahwa ecepata pembetua gas B yag disebaba area terputusya iata cabag, uatitasya dapat diperhituga bersamaa dega ecepata pembetua caira. Dalam hal ii reasi depolimerisasi poliethylee yag meghasila gas B maupu caira e duaya diaggap reasi utama da reasi pembetua padata diaggap reasi sampig. Pemutusa ratai polimer diasumsia secara radom, da hubuga berat moleul rata-rata hasil cair maupu gas B hasil pirolisis dega berat moleul polimer mula-mula adalah : BM A = b. BM B B = c. BM. Dega asumsi di atas, dapat ditulisa persamaa yag meghubuga atara frasi gas da frasi caira hasil dega jumlah mol LDPE mula-mula: m b c b BMB c BM B mb m + = BMA (5) b.. B + = xb + x (6) c Dega megaggap 1 = x B mas da 2 = x mas, berdasara persamaa (3), (4), da (6) diperoleh persamaa :: xb + x = ( xb mas + x mas ){1 exp(. t) } (7) Megigat berat gas jauh lebih ecil dibadug padata, harga x B B dapat diabaia dibadig x da total frasi massa sama dega satu, maa persamaa (7) mejadi : x exp(. )} = ( 1 ) t (8) x P mas Dari hasil percobaa diperoleh data frasi massa caira (x ) sebagai fugsi watu (t), serta frasi massa padata (x Pmas ), sehigga dapat dievaluasi harga ostata ecepata reasi eseluruha ( o ). Setelah ilai o dietahui, maa ilai x mas da dapat X Pmas diguaa utu megevaluasi ostata ecepata reasi 1, 2, da 3. Secara umum harga ostata ecepata reasi sebagai fugsi suhu dapat diyataa dalam persamaa Arheius, yaitu = Aexp ( E ) RT Harga A da E dapat ditetua dega cara uadrat terecil (least square). Baha da Metode Peelitia Baha bau peelitia yag diguaa berupa plasti poliethylee, yaitu berupa lembara atog plasti tipis beig yag telah dipotog-potog ecil. Ragaia alat-alat yag diguaa dalam peelitia pirolisis dapat dilihat pada gambar Ketera ga: 6 1. Termoopel 2. Retort Eleme Pemaas Regulator 5. Pedigi 6. Peampug distilat 7. Botol peampug hasil yag berisi air 8. Gelas uur 2 Gambar 1. Ragaia Alat Peelitia Plasti yag telah dipotog ecil-ecil ditimbag dega berat tertetu dimasua e dalam retort yag ditutup rapat. Suhu operasi divariasia atara 4-6. Produ yag berupa caira ditampug dalam peampug destilat da setiap iterval watu tertetu diambil utu ditimbag. Sedaga hasil padata tertiggal pada retort da tida bisa diamati setiap saat. Hasil gas B ditampug dalam botol peampug gas yag berisi air, sedaga jumlah air yag eluar dari botol peampug gas diuur volumeya dega megguaa gelas uur. Pirolisis dihetia jia hasil caira sudah tida meetes lagi Sumari, Kietia Reasi Pirolisis Plasti Low Desity Poliethylee (Ldpe) 137

4 Setelah bear-bear digi, retort dibua da padata yag tertiggal ditimbag. Aalisis hasil yag dilaua pada peelitia ii, yaitu peimbaga hasil caira yag diperoleh pada setiap iterval watu tertetu da peguura volume gas yag terbetu, serta pegamata suhu da berat padata (arag) yag tertiggal dalam retort. Dega megetahui berat baha bau mulamula da total caira pada setiap iterval watu tertetu, dapat diperoleh data frasi berat caira (x c ) sebagai fugsi watu (t). Hasil peimbaga semua caira yag diperoleh pada ahir pirolisis dapat diguaa utu meetua frasi berat hasil cair masimum (x cmas ). Dega megguaa persamaa (8), harga ostata ecepata reais ( o ) dapat ditetua dega cara membuat grafi l(x cmas -x c ) terhadap watu atau dega metode least square. Selajutya harga 2 dapat dihitug da hubuga 2 yag diperoleh terhadap suhu diyataa dalam persamaa Arrheius. Hasil da Pembahasa Pegaruh Suhu Terhadap Hasil Pirolisis 1. aira hasil pirolisis Pegaruh suhu terhadap frasi berat caira hasil pirolisis disajia pada gambar 2. Pada proses pirolisis ii, hasil caira yag diperoleh terlihat pada awal pirolisis eluar cuup baya, selajutya berurag sediit demi sediit da ahirya berheti pada ahir pirolisis. Hasil caira ditimbag pada setiap iterval watu tertetu (1 meit), dapat diyataa dalam frasi berat (x ) yaitu berat total hasil caira dibagi berat total caira baha polimer (poliethylee). Dari gambar tersebut terlihat bahwa gambar urva megiuti persamaa epoesial. Dega memvariasia suhu operasi meujua mai tiggi suhu frasi caira hasil yag diperoleh pada setiap ahir proses semai tiggi pula. Kodisi yag relatif bai diperoleh pada pirolisis yag dilaua pada suhu 55 o Frasi berat hasil.5.4 Suhu 4 Suhu 45 Suhu 5 suhu 55 Suhu Watu, meit Gambar 2. Hubuga Watu Pirolisis dega Frasi Berat aira 2. Gas Hasil Pirolisis Pada proses pirolisis disampig hasil caira, dihasila pula gas yag tida terembua, pegamata hasil gas dilaua terhadap jumlah total volume gas yag tertampug di dalam botol peampug gas. Hasil pegamata jumlah gas hasil pirolisis disajia Gambar 3. Pada ahir proses setelah 4 meit terlihat hasil gas tida eluar lagi. Betu urva yag ditujua pada Gambar 3 terlihat meyerupai urva caira hasil pirolisis. Terlihat semai tiggi suhu total volume gas semai tiggi Jural Teologi, Volume. 1 Nomor 2, Desember 28,

5 Suhu 4 Suhu 45 Suhu 5 Suhu 55 Suhu Gambar.3. Hubuga Watu Pirolisis dega Volume Gas Hasil 3. Padata Hasil Pirolisis Pada ahir proses pirolisis diperoleh hasil padata yag berupa arag yag tertiggal pada retort, hasil pegamata berat arag disajia pada tabel 1. Dari hasil peimbaga berat padata setiap ahir proses pada berbagai suhu operasi, terlihat bahwa semai tiggi suhu jumlah padata semai ecil. Hal ii meujua bahwa utu meea jumlah padata hasil, pirolisis sebaiya dilaua pada suhu 6 o. Tabel 1. Berat padata hasil pirolisis pada berbagai suhu Suhu, Frasi berat padata, x P 4,861 45,659 5, ,225 Evaluasi Kietia Reasi Pirolisis Evaluasi ostata ecepata reasi pirolisis dilaua dega megaggap meaisme reasi pirolisis dideati dega model reasi yag disederhaaa da megiuti reasi order satu. Evaluasi ostata ecepata reasi eseluruha ( o ) dideati dega data hasil caira yag diperoleh pada berbagai watu, seta padata yag tersisa berdasara persamaa yag diperoleh, seperti ditujua pada persamaa (8) beriut: x exp(. )} = ( 1 x ) t P mas dega 2 xmas o 1 = = da 3 xpmas o =. Harga Jia β = 1 ) maa persamaa (8) mejadi: ( x P mas l( β x ) = l β t o Harga x mas dideati dega frasi berat hasil caira yag diperoleh pada setiap ahir proses da harga XPmas dideati dega frasi berat padata yag tertiggal di dalam retort pada setiap ahir proses. Berdasara persamaa (9), jia digambara l ( β x ) terhadap watu (t) meujua urva berupa garis lurus dega tagesial sebesar o. Selajutya harga o, 2, 1,da 3 disajia dalam tabel 2 beriut. Tabel 2. Hasil ostata ecepata reasi pirolisis. Suhu, o 2 1 K 3 K l/ meit 1/meit l/ meit 1/meit 673,139,58,59,12 723,197,16,78,13 773,21,123,75,12 823,312,242,67,3 873,239,149,85,5 Dega megasumsia reasi depolimerisasi yag meghasila caira Sumari, Kietia Reasi Pirolisis Plasti Low Desity Poliethylee (Ldpe) 139

6 sebagai reasi utama, sedag reasi pembetua gas maupu padata sebagai reasi sampig (dapat diabaia), diperoleh hasil ilai ostata ecepata reasi seperti pada tabel 2. Disii terlihat bahwa ilai ostata ecepata reasi o da 2 pada berbagai suhu mempuyai ecederuga sama da megiuti persamaa Arrheius. Sedag ilai ostata ecepata reasi pembetua gas maupu padata ( 1 da 3 ) pada berbagai variasi suhu mempuyai ilai yag lebih redah dibadig ilai ostata ecepat reasi pembetua caira ( 2 )sebagai reasi utama Hubuga atara ostata ecepata reasi eseluruha ( o ) maupu reasi pembetua hasil caira ( 2 ) dega suhu dapat diyataa dalam persamaa Arheius beriut. =,2444.exp (-3721,7/RT) meit -1 2 =,8992.exp (-6547,/RT) meit -1 Kesimpula Dari percobaa yag telah dilaua da hasil yag diperoleh dapat disimpula bahwa proses pirolisis plasti poliethylee secara batch aa meghasila produ yag optimum pada suhu seitar 55 serta berlagsug secara atmosferis. Produ pirolisis berupa gas maupu caira sebagai hasil reasi utama aa semai baya dega aiya suhu pirolisis, sedag sisa padata yag tertiggal dalam retort aa semai sediit. Hubuga ilai ostata ecepata reasi eseluruha ( ) maupu reasi pembetua hasil caira ( 2 ) dega suhu dapat diyataa dalam persamaa Arheius =,2444.exp (-3721,7/RT) meit -1 2 =,8992.exp (-6547,/RT) meit -1 Daftar Pustaa Agra.I.B., 1985, "Pirolisis Seam Padi secara Siambug",Karya Peelitia,1, Lembaga Peelitia Uiversitas Gadjah Mada, Billmeyer, F.W., 1971," Textboo of Polimer Sciece", Mc.Graw Hill, pp Fessede,R.J., 1982,"Kimia Orgai I,pp Hardjoo, 1987, "Ditat Teologi Miya Bumi", Jurusa Tei Kimia Uiversitas Gadjah Mada Yogyaarta, pp , Rieber.M., 1982, "Iteratioal Plastil Flammability Had Boo", M Mila Publishig, New Yor, pp ,. Subagjo, 1985," Baha Baar Miya dari Steari", Kumpula Maalah, Yayasa Bia Pembagua, Jaarta, pp , Susaa, 1996, Pirolisis Plasti Polyviil Khlorida (PV), Lapora Peelitia Laboratorium Polimer Tiggi, Jurusa Tei Kimia, Faultas Tei, UGM, Yogyaarta. Vasile,., Brebu, 22, Solid Waste Treatmet by Pyrolysis Methods, Joural of Evirometal Protectio ad Ecology, No.1, William, 1998, Recyclig Plastic Waste by Pirolysis, Joural of the Istitute Eergy, Vol 71, pp Plastic Waste Maageme by Parivesh etral Pollutio otrol Board. Daftar Notasi A = poliethylee (sampel mula-mula) B = hasil gas yag ta terembua = hasil caira (caira yag mudah meguap) P = hasil padata b, c, p = oefisie reasi = ostata ecepata reasi eseluruha, 1/meit 2 = ostata ecepata reasi pembetua hasil caira, 1/meit R = tetapa gas ideal T = suhu, K A = jumlah mol poliethylee setiap saat B = jumlah mol hasil gas = jumlah mol hasil caira t = watu reasi 14 Jural Teologi, Volume. 1 Nomor 2, Desember 28,