Kata Kunci Antioksidan, Inhibitor, Laju Korosi, GC MS,SEM, XRD

Transkripsi

1 PEMANFAATAN EKSTRAK JAHE (Zingeber officinaler) SEBAGAI INHIBITOR ORGANIK UNTUK MENURUNKAN LAJU KOROSI CO 2 PADA BAJA API 5L GRADE B DALAM MEDIA LARUTAN 3.5% NaCl DENGAN ph 5 Jarot Dwi Tatama, Budi Agung Kurniawan, Jurusan Teknik Material & Metalurgi, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya Indonesia agung_bak@mat-eng.its.ac.id Abstrak Penelitian ini bertujuan untuk menganalisa pengaruh dari inhibitor ekstrak jahe terhadap penurunan laju korosi CO 2 pada baja API 5L Grade B dalam media larutan NaCl 3.5% dengan ph 5. Dalam penelitian ini digunakan variasi konsentrasi yaitu 50 ppm hingga 300 ppm. Dilakukan pengujian GC MS untuk mengetahui kandungan senyawa yang dominan pada ekstrak jahe. Pengujian tafel digunakan untuk mengetahui nilai laju korosi pada setiap penambahan inhibitor dan pengujian EIS untuk menganalisis sejumlah parameter berkaitan dengan mekanisme inhibisi inhibitor ekstrak jahe. Laju korosi CO 2 secara real time pada baja API 5L Grade B dalam media larutan NaCl 3.5% dengan ph 5 diketahui dengan pengujian weight loss selama 10,20, dan 30 hari. Pengujian SEM dan XRD dilakukan untuk mengidentifikasi endapan pada permukaan spesimen. Dari hasil GC MS didapatkan bahwa ekstrak jahe mengandung senyawa golongan phenol yaitu cis 6,8 shogaol dan trans 10 shogaol. Hasil pengujian tafel menunnjukkan bahwa pada konsentrasi 100 ppm penambahan inhibitor memilki nilai laju korosi paling rendah yaitu 0.178mm/year. Pada pengujian EIS didapatkan nilai Rct dan impedansi yang tinggi pada penambahan 100 ppm inhibitor ekstrak jahe. Dari pengujia weight loss selama 30 hari didapatkan nilai laju korosi sebesar 0,239 mm/year. Hasil pengujian menggunakan SEM dan XRD yaitu terdapat endapan inhibitor pada permukaan spesimen dan ditemukan peak tertinggi berupa Fe. Kata Kunci Antioksidan, Inhibitor, Laju Korosi, GC MS,SEM, XRD P I. PENDAHULUAN ENGGUNAAN inhibitor dalam mengendalikan laju korosi tanpa menimbulkan efek kepada lingkungan menjadi dasar penggunaan bahan alam sebagai inhibitor. Secara umum inhibitor korosi di bagi atas dua kategori yakni inhibitor organik dan anorganik. Mekanisme kerja inhibitor organik biasanya ditunjukkan dengan lapisan tipis yang terbentuk,yang melindungi logam dengan membentuk lapisan tipis hidrofobi pada permukaan logam [1]. Menurut penelitian yang telah dilakukan oleh Jolad et al,2005,bahwa total senyawa yang terkandung dalam jahe adalah sebanyak 115 senyawa,yang mana 88 senyawa telah dilaporkan. Sedangkan kompenen utama dari ekstrak jahe adalah senyawa gingerol dan shogaol yang memiliki gugus hidroksil. Gingerol merupakan senyawa yang paling banyak dan merupakan salah satu rangkaian homolog dari senyawa fenol yang merupakan salah satu antioksidan yang dapat menghalangi terbentuknya radikal bebas yang baru. Fenol adalah gabungan antara ikatan aromatik benzene atau phenyl (C 6 H 5 + ) dengan hydroxyl (OH - ) yang bersifat antioksidan. Shogaol terbentuk dari gingerol selama proses termal [2]. Dari penelitian sebelumnya tentang pemanfaatan ekstrak jahe sebagai inhibitor organik korosi pada baja API 5L grade B dengan media laruatan 3,5% NaCl dan 0,1M HCl menggunakan variasi konsentrasi 100 ppm,200 ppm,300 ppm,400 ppm,dan 500 ppm,didapatkan kandungan senyawa fenol berupa 2-methoxy-4 propylphenol [3]. Penelitian ini dilakukan dengan memanfaatkan ekstrak jahe sebagai inhibitor organik yang digunakan pada Baja API 5L grade B(mild steel) sebagai pipa yang banyak digunakan dalam industri minyak dan gas,dengan media yang digunakan adalah NaCl 3,5 % yang dialiri gas CO 2 1 atm dengan variasi ph 5. II. METODE PENELITIAN A. Preparasi Spesimen Spesimen yang digunakan pada penelitian ini adalah baja API 5L Grade B. Pada pengujian elektrokimia,spesimen dibentuk menjadi elektroda dengan ukuran ø 14 mm dan tebal 5 mm. Selanjutnya, pada salah satu permukaan spesimen disambung dengan kabel tembaga (panjang ±20 cm). Setelah kawat tembaga tersambung kemudian dilakukan mounting pada spesimen dengan menggunakan resin. Kemudian dilakukan grinding dengan kertas gosok mulai dari grade Pada pengujian weight loss,spesimen dibentuk menjadi kupon korosi dengan ukuran (1x1x0.3 cm). Kemudian diberika lubang pada salah satuujung tengah kupon korosi dengan ukuran ø 2 mm. Setelah itu dilakukan grinding dengan kertas gosok dari garade B. 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. Gas CO2 kemudian dialirkan dan penambahan NaHCO3 untuk menaikkan ph larutan menjadi 5.

2 C. Pengujian Gas Chromatography Mass Spectroscopy Untuk mengetahui senyawa senyawa yang terkandung pada ekstrak jahe dilakukan pengujian GC - MS yang dilakukan pada Unit Layanan Pengujian Fakultas Farmasi Universitas Airlangga. D. 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 penambahan inhibitor. Grafit digunakan sebagai counter electrode sedangkan pada reference electrode digunakan Saturated Colomel Electrode (SCE) dengan scan rate 10 mv/s [4]. Nilai laju korosi didapatkan memasukkan nilai Icorr yang didapatkan pada kurva polarisasi pengujian tafel pada rumus laju korosi. E. Pengujian Electrochemical Impedance Spectroscopy Pengujian EIS dilakukan untuk dapat mengetahui mekanisme inhibisi oleh inhibitor ekstrak jahe. Metode ini berdasarkan respon dari sirkuit pada rangakian elektroda dan larutan elektrolit terhadap tegangan AC sebagai fungsi frekuensi [5]. Pengukuran impedansi menggunakan program versastat 4 dengan frekuensi range 0,1 Hz hingga 1000 Hz dengan amplitudo 10 mv. Tabel 1. Gugus Fungsi pada ekstrak rimpang jahe Peak Quality (m/z) (%) % of Total Senyawa Average to cis 6 - Shogaol trans 10 Shogaol cis 8 - Shogaol Butanone Heptatone Gambar 1. Senyawa Shogaol pada Ekstrak Jahe B. Pengujian Tafel Pada pengujian tafel didapatkan kurva polarisasi tafel yang kemudian diperoleh nilai Icorr untuk setiap konsentrasi inhibitor yang digunakan untuk menghitung nilai laju korosi. F. Pengujian Weight Loss Pengujian weight loss dilakukan dengan merendam spesimen Baja API 5L grade B dengan dimensi 1x1x0.3 cm pada larutan NaCl 3.5 % yang dialiri gas CO 2 dengan ph 5. Pengujian dilakukan dengan melakukan pengamatan secara visual dan penimbangan spesimen. Pengujian ini dilakukkan selama 10 hari,20 hari,dan 30 hari pada larutan tanpa penambahan inhibitor dan dengan penambahan inhibitor. G. Pengujian SEM Pengujian SEM dilakukan di Laboratorium Karakterisasi Teknik Material dan Metalurgi ITS dengan mesin FEI Inspect S50,digunakan untuk menganalisa morfologi endapan pada permukaan spesimen. H. Pengujian XRD Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui endapan yang dihasilkan pada permukaan spesimen pada pengujian weight loss. Pengujian XRD menggunakan mesin Pan Analitycal XRD dilakukan di Laboratorium Karakterisasi Teknik Material dan Metalurgi ITS. III. HASIL & DISKUSI A. Pengujian Gas Chromatography Mass Spectroscopy Pada pengujian GC MS didaptkan bahwa terdapat beberapa senyawa yang dominan pada ekstrak jahe yang ditunjukkan pada tabel 1. Terdapat cis 6,8 dan trans 10 shogaol yang merupakan senyawa fenol yang bersifat hidrofili pada ekstrak jahe yang dapat mengikat radikal bebas sehingga menurunkan laju korosi. Serta 2 butanone atau 4 (4 hydroxy - 3 methoxyphenyl) merupakan senyawa phenyl yang memiliki sifat hidrofobi Gambar 2. Kurva Tafel untuk Perbedaan Konsentrasi Penambahan Ekstrak Jahe pada ph 5 Pada gambar 2 menunjukkan kurva tafel pada setiap penambahan inhibitor menunjukkan bahwa pada penambahan konsentrasi inhibitor ke dalam larutan NaCl 3.5% yang dialiri gas CO 2 akan menggeser nilai log Icorr ke arah kiri. Penurunan nilai log Icorr terjadi pada 2 konsentrasi inhibitor yakni pada 100 ppm dan 200 ppm dengan nilai log Icorr paling rendah pada konsentrasi inhibitor 100 ppm seperti yang ditunjukkan pada tabel 2 dan gambar 3. Nilai Icorr yang didapatkan pada setiap perubahan konsentrasi inhibitor dan ph,kemudian digunakan untuk mendapatkan nilai laju korosi dan efisiensi inhibitor. Pada tabel 2 menyatakan bahwa semakin besar konsentrasi inhibitor yang ditambahkan akan menurunkan nilai laju korosi. Dengan konsentrasi inhibitor maksimum pada penambahan 100 ppm inhibitor ekstrak jahe.

3 Tabel 2. Data Laju Korosi dengan Metode Tafel pada Setiap Konsentrasi Inhibitor Ekstrak Jahe pada ph 5 Konsentration -E (I=0) (mv/sce) -Icorr (μa/cm 2 ) CR (Mpy) CR (mm/year) %IE Blank 866, C. Pengujian Weight Loss Pengujian weight loss digunakan untuk mengetahui pengaruh penambahan inhibitor terhadap laju korosi secara real time. Pengujian dilakukan dengan penambahan inhibitor 100 ppm dan tanpa inhibitor. Dilakukan pengamatan pengurangan berat pada spesimen pada 10 hari,20 hari dan 30 hari yang ditampilkan pada tabel 4 dan 5. Tabel 4. Data Pengurangan Berat Spesiemen pada Pengujian Weight Loss Gambar 3. Grafik Konsentrasi terhadap Nilai Efisiensi pada Penambahan Inhibitor Ekstrak Jahe Untuk range ph (4<pH<6) dengan gas CO 2 pada larutan,memiliki batas laju difusi yang relatif kecil dengan konsentrasi ion H + yang rendah pada larutan. Sehingga bentuk lain dari reaksi katodik sulit diketahui [6]. Dari tabel 2 dan gambar 3 didapatkan konsentrasi inhibitor maksimum pada penambahan 100 ppm inhibitor ekstrak jahe dengan nilai laju korosi mm/year dan nilai efisiensi %. Tabel 3. Hubungan Laju Korosi dengan Ketahanan Korosi Konsentration ph 5 CR (mm/yr) Ketahanan Korosi Blank Unacceptable Poor Fair Good Good Good Good Good Good Good Tabel 3 menunjukkan tingkat ketahanan korosi pada setiap penambahan inhibitor. Pada penambahan konsentrasi inhibitor 100 ppm dengan laju korosi paling rendah memiliki tingkat ketahanan korosi good dalam larutan ph 5. Kosentrasi Waktu (hari) Spesimen Berat Awal (gr) Berat Akhir (gr) 1a a a b b b c c c d d d e e e f f g Rata Selisih (gr) 0,047 0,097 0,104 0,031 0,043 0,043 Tabel 5. Data Nilai Efisiensi pada Pengujian Weight Loss Konsentrasi Waktu (hari) CR (mm/year) % Efisiensi 10 0, , , ,513 32, ,357 55, ,239 58,582 Tabel 4 dan 5 menunnjukkan bahwa nilai laju korosi paling rendah adalah 0,239 mm/year pada penambahan 100 ppm inhibitor dengan waktu perendaman selama 30 hari.

4 D. Hasil Perbandingan Pengujian Tafel dan Weight Loss penambahan inhibitor menandakan bahwa proses korosi berada pada kontrol adsorbsi, yang melewati lapisan film inhibitor. Grafik nyquist kemudian diekspor ke dalam software Zview untuk menentukan bentuk rangkaian listrik (equivalent circuit) yang sesuai pada saat sel elektrokimia bekerja. Hasil equivalent circuit pada software Zview untuk grafik nyquist ditunjukkan pada gambar 6 dan 7. Gambar 6. Equivalent circuit untuk Grafik Nyquist Tanpa Penambahan Inhibitor Ekstrak Jahe Gambar 4. Perbandingan Laju Korosi untuk Setiap Konsentrasi Inhibitor pada Pengujian Tafel dengan Pengujian Weight Loss Gambar 4 menunnjukkan bahwa secara real time penambahan 100 ppm inhibitor ekstrak jahe dapat menurunkan laju korosi CO 2 pada baja API 5L Grade B,dengan pengujian tafel sama sebagai pengujian weight loss selama 0 hari. E. Pengujian EIS Pengujian EIS digunakan untuk mengetahui mekanisme inhibisi pada inhibitor ekstrak jahe pada permukaan spesimen. Mekanisme tersebut ditunjukkan pada grafik nyquist pada gambar 5. Gambar 5. Grafik Nyquist untuk Setiap Penambahan Inhibitor Pola setengah lingkaran pada penambahan konsentrasi inhibitor yang terdapat dalam grafik nyquist dengan pusat pada sumbu Zre berarti proses korosi berada pada daerah perpindahan muatan dari logam ke larutan elektrolit dengan melewati lapisan rangkap elektrokimia (double electrochemical layer).pada konsentrasi inhibitor 150 ppm,300 ppm pada ph 5 terdapat pola setengah lingkaran pada frekuensi rendah dan pola lurus pada frekuensi tinggi. Menurut Fouda [7], bentuk kurva nyquist berupa satu lingkaran kapsistif memilliki pola yang sama pada spesimen dengan penambahan inhibitor dan spesimen tanpa Gambar 7. Equivalent circuit untuk Grafik Nyquist Dengan Penambahan Inhibitor Ekstrak Jahe Dalam equivalent circuit diperoleh komponen - komponen listrik yang nilainya ditampilkan pada tabel 6. Komponen komponen listrik yang terdapat pada equivalent circuit adalah Rs,Rct,CPE 1,R 1,CPE 2, dan impedansi warburg. Rs adalah tahanan larutan yang nilainya merupakan jarak dari titik 0 ke point utama dari grafik nyquist. Rct adalah nilai perlawanan terhadap perpindahan elektron yang terjadi pada saat pengujian EIS dalam jumlah riil. Nilai Rct sebanding dengan nilai tahanan polarisasi (Rp) dan diameter setengah lingkaran pada grafik nyquist,namun berbanding terbalik dengan nilai laju korosi. Penelitian ini menunjukkan bahwa nilai Rct fluktuatif dengan nilai paling besar berada pada penambahan 100 ppm inhibitor. Impedansi warburg (W) merupakan tingkat agresivitas dari ion ion yang melewati lapisan pasif atau dapat dikatakan sebagai tingkat difusi antara permukaan logam dengan larutan. Gambar 8. menunjukkan nilai impedansi ( Z ) dari spesimen baja API 5L grade B yang digunakan pada penelitian ini. Dalam grafik frekuensi dengan nilai impedansi, ketika pada frekuensi rendah menunjukkan nilai impedansi yang tinggi mengindikasi terbentuknya lapisan pasif pada permukaan spesimen. Pada penelitian ini dengan penambahan konsentrasi inhibitor kedalam larutan NaCl 3.5% yang dialiri gas CO 2 nilai impedansi cenderung fluktuatif. Namun untuk konsentrasi inhibitor 100 ppm memiliki nilai impedansi yang relatif tinggi. Sehingga dapat menjelaskan penurunan laju korosi pada penambahan konsentrasi inhibitor 100 ppm pada larutan NaCl 3.5% yang dialiri gas CO 2 pada 5.

5 Tabel 6. Data hasil Equivalent circuit untuk setiap konsentrasi inhibitor Data Konsentrasi Inhibitor Rs (ohm.cm 2 ) Rct (ohm.cm 2 ) CPE 1 T (mf.cm 2 ) CPE 1 P (mf.cm 2 ) R1 (ohm.cm 2 ) E E W-R W-T W-P CPE 2 T (mf.cm 2 ) CPE 2 P (mf.cm 2 ) G. Pengujian SEM Pada pengujian dengan menggunakan Scanning Electron Microscope (SEM) Inspect S50 akan dibandingkan morfologi permukaan spesimen baja API 5L grade B dalam larutan NaCl 3.5% yang dialiri gas CO 2 pada ph 5 dengan penambahan 100 ppm inhibitor ekstrak jahe dan tanpa inhibitor. Gambar 8. Grafik Frekuensi terhadap Impedansi pada Setiap Penambahan Inhibitor F. Pengamatan Visual Pengamatan visual dilakukan pada spesimen weight loss baja API 5L grade B pada pengangkatan hari ke- 10,20, dan 30 yang ditunjukkan pada tabel 7. Tabel 7. Data Foto Spesimen Wight Loss Setelah Perendaman Konsentrasi Waktu Perendaman (Hari) Gambar 9. Bentuk Morfologi Permukaan Spesimen Baja API 5L Grade B setelah Direndam Selama 30 hari Tanpa Penambahan Inhibitor dengan Perbesaran (a) 100x (b) 2000x daerah terang dan (c) 2000x daerah gelap 100 Tabel 7 menunjukkan bahwa terdapat perubahan warna produk korosi dari cokelat terang ke cokelat gelap pada lama waktu perendaman weight loss untuk setiap konsentrasi. Untuk pengujian weight loss tanpa penambahan inhibitor permukaan spesimen lebih cepat tertutupi oleh produk korosi dibandingkan dengan spesimen dengan penambahan inhibitor. Hal ini dapat dilihat dari luasan daerah berwarna hitam yang merupakan daerah yang mengalami proses korosi namun belum tertutupi oleh endapan produk korosi yang lebih banyak terdapat pada spesimen dengan penambahan inhibitor. Pada gambar 9 untuk spesimen yang direndam dalam larutan tanpa penambahan inhibitor memiliki daerah gelap dan terang yang merupakan daerah yang terkorosi pada permukaan spesimen. Untuk spesimen dengan penambahan inhibitor 100 ppm yang ditunjukkan pada gambar 10 memiliki daerah gelap yang relatif luas, daerah gelap merupakan endapan dari inhibitor pada permukaan logam. Dan daerah terang merupakan daerah dari spesimen yang mengalami proses korosi.

6 (4 hydroxy - 3 methoxyphenyl) merupakan senyawa phenyl yang memiliki sifat hidrofobi. 2 Penambahan inhibitor ekstrak jahe kedalam larutan NaCl 3.5% yang dialiri gas CO 2 akan dapat menurunkan laju korosi pada baja API 5L grade B. Nilai laju korosi paling rendah didapatkan pada penambahan 100 ppm dengan pengujian tafel sebesar mm/year dengan nilai efisiensi %. 3 Pada pengujian weight loss selama 30 hari dalam larutan NaCl 3.5% yang dialiri gas CO 2 ph 5,penambahan inhibitor ekstrak jahe sebanyak 100 ppm juga dapat menurunkan laju korosi dengan nilai sebesar 0,239 mm/year dan nilai efisiensi 58,582%. 4 Mekanisme inhibisi pada inhibitor ekstrak jahe pada permukaan spesimen baja API 5L grade B adalah berupa adsorpsi fisik dengan membentuk endapan inhibitor pada permukaan spesimen. Gambar 10. Bentuk Morfologi Permukaan Spesimen Baja API 5L Grade B setelah Direndam Selama 30 hari dengan Penambahan 100 ppm Inhibitor Ekstrak Jahe (a) 100x (b) 2000x daerah terang dan (c) 2000x daerah gelap H. Pengujian XRD Pengujian XRD dilakukan pada spesimen baja API 5L grade B yang telah direndam selama 30 hari dengan penambahan inhibitor dan tanpa penambahan inhibitor. Hasil XRD pada gambar 11 menunnjukkan bahwa terdapat kesamaan pola setiap peak dengan sudut difaraksi (2θ). Namun memiliki perbedaan intensitas peak,dengan hasil identifikasi untuk spesimen puncak tertinggi yang terbentuk adalah Fe sesuai dengan PCPDF (# ). Nilai 2θ sebesar o,65.08 o,dan 82,8 o untuk konsentrasi inhibitor 0 ppm. Dan Untuk penambahan 100 ppm nilai 2θ sebesar o, o, dan o. V. DAFTAR PUSTAKA [1] Roberge,Pierre R Handbook of Corrosion Engineering. New York : Mc Graw-Hill Book Company [2] Wohlmuth, H., Leach, D.N., Smith, M.K., Myers, S.P., Gingerol content of diploid and tetraploid clones of ginger (Zingiber officinale Roscoe). J. Agric. Food Chem. 53, [3] Pradana,Andhi Pemanfaatan Ekstrak Rimpang Jahe (Zingeber officinaler) sebagai Inhibitor Organik Korosi pada Bja API 5L Grade B Media Larutan 3,5% NaCl dan 0.1M HCl. Surabaya : Tugas Akhir Institut Teknologi Sepuluh Nopember. [4] ASTM G Standard Practice for Calculation of Corrosion Rates and Related Information from Electrochemical Measurements. [5] ASTM G Conventions Applicable to Electrochemical Measurements in Corrosion Testing. [6] Nesˇic, Srdjan Key issues related to modelling of internal corrosion of oil and gas pipelines A review. USA : Review ScienceDirect. [7] Fouda,Abd El-Aziz S., Ahmed Abdel Nazeer, Mohamed Ibrahim, and Mohamed Fakih Ginger Extract as Green Corrosion Inhibitor for Steel in Sulfide Polluted Salt Water. Jurnal of the Korean Chemical Society. Gambar 11. Hasil Difratogram Baja API 5L Grade B yang Telah Direndam Selama 30 IV. KESIMPULAN Dari percobaan dan analisa yang telah dilakukan diperoleh kesimpulan bahwa : 1 Dari hasil GC MS didapatkan bahwa ekstrak jahe memiliki kandungan cis 6,8 shogaol dan trans 10 shogaol yang bersifat hidrofili dan 2 butanone atau 4