BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Transkripsi

1 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Asam Oksalat Asam oksalat pertama kali disintesis oleh Carl W.Scheele pada tahun 1776 dengan cara mengoksidasi gula dengan asan nitrat (Kirk-Othmer,1996). Pada tahun 1784 telah dibuktikan asam oksalat terdapat pada tanaman sorrel. Pada tahun 1829, Gay Lussac menemukan bahwa asam oksalat dapat diproduksi dengan cara meleburkan serbuk gergaji dalam larutan alkali. Asam oksalat merupakan turunan dari asam karboksilat yang mengandung dua gugus karboksil yang terletak pada ujung-ujung rantai karbon yang lurus yang mempunyai rumus molekul C 2 H 2 O 4 tidak berbau, higroskopis, berwarna putih sampai tidak berwarna dan mempunyai berat molekul 90 gr/mol Sifat-sifat Asam Oksalat Dihidrat Asam oksalat dihidrat (C 2 H 2 O 4.2H 2 O) Berwarna putih, berbentuk kristal dan tidak berbau Melting point : 101,5 0 C Densitas : 1,653 gr/cm 3 H f (18 0 C) : kj/mol Berat molekul : 126 gr/mol PH (0,1 M) : 1, Kegunaan Asam Oksalat Asam oksalat merupakan salah satu bahan baku yang dibutuhkan pada industri, yang mempunyai kegunaan lain sebagai berikut : Sebagai bahan pelapis yang melindungi logam dari kerak. Menetralkan kelebihan alkali pada pencucian dan sebagai bleching. Bahan pencampur zat warna dalam industry tekstil dan cat. Sebagai inisiator dalam pabrik polimer.

2 2.2 Tanaman Eceng Gondok Eceng gondok merupakan salah satu tumbuhan air yang mengapung di permukaan air. Eceng gondok memiliki nama latin Eichhornia crassipes. Tanaman air ini sebenarnya berasal dari Brasil dan pertama kali masuk Indonesia pada tahun 1894 yang dibawa oleh seorang ahli botani dari Amerika ke kebun Raya Bogor. Tanaman ini merupakan tanaman hias yang cukup disenangi karena memiliki bunga yang berwarna ungu. Akan tetapi saat ini, kehadiran eceng gondok lebih berperan sebagai gulma. Eceng gondok memiliki kecepatan tumbuh yang pesat dan penyebarannya juga sudah melalui antar saluran air. Eceng gondok dapat tumbuh di kolam-kolam, sungai, danau tempat penampungan air serta daerah rawa. Eceng gondok memiliki kemampuan untuk beradaptasi dari perubahan ekstrim laju air, perubahan kadar nutrisi, ph (derajat keasaman tanah), temperatur, ketinggian air dan racun yang terdapat dalam air. Eceng gondok dapat berkembang pesat dalam kondisi air yang mengandung nutrien yang tinggi, terutama di daerah yang memilki kadar nitrogen, potassium dan posphat. Perkembangbiakan tanaman ini sangat cepat, karena dapat berkembang biak dengan cara vegetatif dengan stolon dan juga secara generatif dengan biji. Gangstad (1978) dalam bukunya Weed Control in River Basin Management mencatat bahwa tanaman air ini dapat berlipat dua dalam jangka waktu sepuluh hari, karena itu bila seratus tanaman dibiarkan di suatu perairan, dalam jangka delapan bulan ia akan menutupi wilayah perairan seluas 1 Km 2. Klasifikasi tanaman eceng gondok adalah sebagai berikut : Kingdom : Plantae Divisi : Magnoliophyta Kelas : Liliopsida Ordo : Commelinales Famili : Pontederiaceae Genus : Eichhornia Kunth Spesies : Eichhornia Cressipes Tanaman eceng gondok mengandung berbagai komposisi kimia. Adapun komposisi tanaman eceng gondok dapat dilihat pada tabel.

3 Tabel 2.1 Komposisi Senyawa Kimia Eceng Gondok Kering Senyawa Kimia Persentae (%) Selulosa 64,51 Pentosa 8,99 Lignin 6,44 Silika 4,31 Air 5 Abu 10,75 ( Bila dilihat dari segi komposisi kimia yang terkandung dalam eceng gondok, selulosa merupakan penyusun utama terbesar yaitu sebanyak 64,51%. Kandungan selulosa yang sangat tinggi pada eceng gondok merupakan salah satu sumber bahan baku untuk menghasilkan asam oksalat. Salah satu cara pembuatan asam oksalat ialah melalui hidrolisis selulosa menjadi glukosa, selanjutnya glukosa direaksikan dengan HNO 3 di dalam reaktor sintesa dengan bantuan katalis V 2 O 5 hingga menghasilkan asam oksalat (Kirk-Othmer, 1996). 2.3 Sifat-sifat Bahan Baku Asam Sulfat Rumus Kimia : H 2 SO 4 Berat molekul : 98 gr/grmol Densitas : 1,8318 gr/cm Asam Nitrat Rumus kimia : HNO 3

4 Berat molekul : 63 gr/grmol Densitas : 1,5027 gr/cm Vanadium Pentoksida Rumus kimia : V 2 O 5 Berat molekul : 181,88 gr/grmol Densitas : 3,357 gr/cm 3 Kapasitas panas : 24,89 J/mol 0 C Air Rumus kimia : H 2 O Berat molekul : 18 gr/grmol Densitas : 0,995 gr/cm Glukosa Rumus kimia : C 6 H 12 O 6 Berat molekul : 180 gr/grmol Densitas : 1,54 gr/cm Selulosa Rumus kimia : (C 6 H 10 O 5 ) 1000 Berat molekul : gr/grmol Densitas : 1,35-1,60 gr/cm 3

5 2.4 Pembuatan Asam Oksalat Asam oksalat dapat disintesa dengan 4 metode, yaitu : Proses Propilen Pada proses propilen, propilen dioksidasi oleh asam nitrat melalui dua tahap. Tahap pertama propilen direaksikan dengan HNO 3 cair untuk menghasilkan produk antara asam nitrotolaktit yang selanjutnya dioksidasi pada temperatur tinggi untuk menghasilkan asam oksalat. Reaksi pembuatan asam oksalat dari propilen adalah sebagai berikut : CH 2 CH=CH 2 + 3HNO 3 CH 3 CHCOOH + 2NO + 2H 2 O ONO 2 CH 3 CHCOOH + 10O 2 2C 2 H 2 O 4 + 2HNO 3 + H 2 O ONO 2 Hasil asam oksalat pada proses ini 90% dengan basis propilen dan konversi propilen sebesar 77,5% (Kirk-Othmer, 1996) Proses Etilen Glikol Pada proses etilen glikol, asam oksalat dibuat dengan mengoksidasi etilen glikol dengan asam nitrat dengan bantuan katalis vanadium pentoksida pada temperatur C dan asam oksalat yang dihasilkan sebesar 93% (Kirk-Othmer, 1996) Proses Dialkil Oksalat Pada proses dialkil oksalat, asam oksalat dihasilkan dengan hidrolisis diester asam oksalat dengan gas CO, dengan produk samping alkohol. Reaksinya : 2CO + 2ROH + 1/2O 2 (COOR) 2 + 2H 2 O C 2 H 2 O 4 + 2ROH (COOR) 2 + H 2 O

6 Metode ini untuk skala industri tidak begitu praktis karena memerlukan dehidrator dalam jumlah yang besar (Kirk-Othmer, 1996) Proses Oksidasi Karbohidrat Cara ini ditemukan oleh Scheele pada tahun Asam oksalat diproduksi dengan mengoksidasi karbohidrat seperti glukosa, sukrosa, starch, dextrin dan selulosa dengan menggunakan asam nitrat. Ketika digunakan bahan baku seperti selulosa maka harus dihidrolisa terlebih dahulu dengan asam sulfat, sehingga menjadi monosakarida. Glukosa ini kemudian dioksidasi dengan asam nitrat dengan temperatur C dengan katalis vanadium pentoksida. Reaksi : V 2 O 5 5C 6 H 12 O HNO 3 15C 2 H 2 O 4 + 3NO +9N 2 O + 9NO 2 +30H2O Produksi asam oksalat dengan oksidasi karbohidrat masih dapat dikembangkan karena banyaknya bahan baku seperti limbah pertanian (Kirk-Othmer, 1996). 2.5 Deskripsi Proses Berdasarkan metode proses pembuatan asam oksalat, dipilih salah satu yaitu proses oksidasi karbohidrat. Dengan alasan bahan baku berupa karbohidrat masih cukup banyak dan mudah diperoleh, disamping itu asam oksalat yang dihasilkan bisa mencapai 98% dan gas NO dan NO2 yang dihasilkan sebagai produk samping dapat diubah menjadi asam nitrat yang kemudian dapat digunakan kembali. Proses pembuatan asam oksalat dari eceng gondok dapat dibagi atas beberapa tahap, yaitu : Tahap Persiapan Bahan Baku Dalam tahapan ini, bahan baku yaitu eceng gondok yang telah kering diangkut ke dalam rotary cutter dengan bantuan belt conveyor untuk memotongmotong eceng gondok menjadi ukuran yang kecil dan kemudian dilanjutkan

7 penghalusan eceng gondok di dalam disc mill agar ukuran eceng gondok sehalus mungkin Tahap Reaksi 1. Reaksi Hidrolisa Tujuan dari reaksi ini adalah untuk mengubah selulosa menjadi glukosa dengan proses hidrolisa asam dengan katalis asam sulfat dalam reaktor hidrolisa. Eceng gondok yang telah dihaluskan diangkut menggunakan screw conveyor ke dalam reaktor hidrolisa bersama katalis asam sulfat 77% dengan perbandingan asam : selulosa adalah 1,25 : 1 dan menambahkan air sampai perbandingan air dan bahan baku 2 :1 (Enny Kriswiyanti, 2009) Pada reaktor hidrolisa terjadi konversi selulosa menjadi glukosa sebesar 90%. Suhu operasi di dalam reaktor C dan tekanan pada tekanan atmosfer dengan waktu pemasakan selama 2 jam. Reaksi yang terjadi di dalam reaktor hidrolisa adalah : H 2 SO 4 (C 6 H 10 O 5 ) H 2 O 1000C 6 H 12 O 6 H 2 SO C 5 H 10 O C 5 H 4 O H 2 O Sebelum dipompakan ke reaktor sintesa, larutan yang dihasilkan pada reaktor hidrolisa terlebih dahulu didinginkan hingga mencapai suhu 30 0 C. Larutan glukosa dipisahkan dari padatan yang mengandung lignin, silika dan abu di dalam sentrifius. Selanjutnya dilakukan reaksi penetralan H 2 SO 4 menjadi Na 2 SO 4 di dalam neutralizer dengan penambahan NaOH. Kemudian larutan glukosa, furfural dan air dipisahkan dari Na 2 SO 4 di dalam decanter. Selanjutnya Na 2 SO 4 dialirkan ke bak penampungan. Sedangkan larutan glukosa dialirkan ke reaktor sintesa.

8 2. Reaksi Oksidasi Tujuan dari reaksi ini adalah untuk mengoksidasi glukosa yang terbentuk dari reaktor hidrolisa menjadi asam oksalat dengan menggunakan oksidator 70% asam nitrat (HNO 3 )sebagai pembatas di dalam reaktor oksidasi dan konversi sebesar 95%(Dian Fajar Septi dkk, 2007). Untuk mempercepat terjadinya reaksi oksidasi ini, ditambahkan katalisator vanadium pentoksida (V 2 O 5 ). Perbandingan antara laju glukosa dengan katalis V 2 O 5 sebesar 0,001% dan suhu operasi reaktor oksidasi ini adalah 71 0 C dengan waktu reaksi selama 3 jam. Adapun reaksi oksidasi yang terjadi adalah sebagai berikut : V 2 O 5 5C 6 H 12 O HNO 3 15C 2 H 2 O 4 + 3NO + 9N 2 O + 9NO H 2 O (Kirk-Othmer, 1996). 3. Tahap Pemurnian Produk Tahapan ini bertujuan untuk memurnikan produk asam oksalat yang terbentuk sehingga produk mempunyai kemurnian lebih dari 90%. Adapun tahapantahapan pemurnian ini antara lain adalah : a) Evaporasi Tujuan dari proses evaporasi ini adalah untuk memekatkan larutan yang dihasilkan dari reaktor oksidasi agar syarat kristalisasi terpenuhi, yaitu larutan lewat jenuh. b) Kristalisasi Tujuan dari kristalisasi ini adalah untuk membentuk Kristal asam oksalat. Proses kristalisasi ini dilakukan pada alat kristalizer sampai suhu mencapai C.

9 c) Pengeringan Proses ini bertujuan untuk menghilangkan moisture yang masih terkandung di dalam Kristal asam oksalat. Proses pengeringan Kristal ini berlangsung di dalam rotary dryer dengan suhu Kristal asam oksalat yang keluar C. Kemudian kristal asam oksalat ditampung di dalam gudang produk.