STUDI ADSORPSI LARUTAN GLISEROL MENGGUNAKAN ZAA SEBAGAI MODEL PEMISAHAN GLISEROL PADA LIMBAH PRODUKSI BIODIESEL

Transkripsi

1 STUDI ADSORPSI LARUTAN GLISEROL MENGGUNAKAN ZAA SEBAGAI MODEL PEMISAHAN GLISEROL PADA LIMBAH PRODUKSI BIODIESEL Jurusan Kimia, FMIPA UNS, Jl. Ir Sutami 36 Surakarta Abstract Research of glycerol adsorption which used ZAA (Zeolit Alam Aktiv/Activated Natural Zeolite) as adsorbent was carried out. Activation of natural zeolite was done chemically by using solvent acid (HCl 1 M) then continued by heating. Furthermore, the identiication and characterization of zeolite were done by X-Ray Diffraction (XRD) and gravimetric method acidity test. Adsorption process was done in concentration variation of glycerol in comparison v/v of glycerol:aquadest at 1:2, 1:3, 1:4 and 1:5 and also in temperature variation of glycerol adsorption at 20, 30, 40, 50 and 60 oc. All process are conducted in batch method and 12 hours of contact time. Gas chromatography and standard solution was used to analyze glycerol consentration. The result of research showed that activation of zeolite increased acidity from mmol/gram to mmol/gram. Increase of glycerol concentration and temperature were coused adsorption raise. Conditions of maximum adsorption is achieved by natural activated zeolite with adsorbate concentration or the ratio glycerol : water (v/v) 1 : 3 (3.406 M) and temperature of 60 ºC. Keywords: adsorption, glycerol, activated zeolite PENDAHULUAN ingkan dengan adsorben lain yang diteliti Hampir 10% crude gliserol dihasilkan pada setiap proses pembuatan Proses adsorpsi dapat dipengar- (Fernando, S. dkk, 2009). biodiesel. Pencucian gliserol yang terdapat uhi beberapa faktor, antara lain oleh konsentrasi adsorbat dan temperatur dan tipe pada biodiesel dengan menggunakan kuantitas air yang lebih banyak dengan rasio 1 solven (Pohan dan Tjiptahadi, 1987 serta : 3, 1 : 4, dan 1 : 5 dalam proses tersebut, Pekel dan Guven, 2002) Apabila konsentrasi adsorbat (gliserol) semakin bertam- merupakan suatu proses penting berkaitan dengan kualitas produk yang dihasilkan bah, maka kemungkinan terjadi interaksi (Karaosmanoglu, et al., 1996). antara adsorben dengan adsorbat menjadi Proses adsorpsi gliserol pada lebih besar, oleh karena itu memungkinkan pembuatan biodiesel telah dilakukan dengan menggunakan beberapa macam adsor- Disamping itu, kemampuan adsorpsi juga proses adsorpsi berlangsung lebih baik. ben, yaitu: karbon aktif, lempung mineral dapat dipengaruhi oleh adanya tegangan (tanah liat), zeolit alam, dan zeolit sintetis permukaan dari adsorbat dimana dengan dimana karbon aktif memperlihatkan adsorpsi gliserol yang paling baik diband- mengakibatkan proses adsorpsi cenderung menurunnya tegangan permukaan akan 14

2 meningkat (Oscik, 1982). METODE PENELITIAN Alat dan Bahan Gliserin p. a. (Brataco), NH3 p. a. (E. merk), zeolite alam dari gunung kidul, Kertas saring, Akuades (Laboratorium Pusat MIPA UNS). Furnace Thermolyne 4800, X-Ray Diffractometer (XRD) Shimadzu 6000, Neraca analitik AND GF- 300, Gas Chromatography (GC) HP 5890 series II. Preparasi adsorben Zeolit alam dihancurkan dan disaring dengan ayakan berukuran 120 mesh. Zeolit alam yang lolos ukuran 120 mesh dicuci dengan perendaman dalam akuades selama 24 jam pada temperatur kamar. Setelah air hasil pencucian cukup jernih selanjutnya dilakukan pengeringan dalam oven pada temperatur 110 oc selama 3 jam. Zeolit alam yang telah kering tersebut selanjutnya disebut ZA. Seratus gram ZA direndam dalam 500 ml (1 : 5 b/v) larutan HCl dengan konsentrasi 1M, kemudian campuran diaduk dengan waktu kontak 3 jam menggunakan pengaduk magnetis. Zeolit yang sudah diaktifkan kemudian disaring dan dicuci dengan akuades sampai ph iltrat ±7. Zeolit alam aktif dikeringkan dalam oven pada suhu 130 C selama 3 jam dan didinginkan dalam desikator. Zeolit alam aktif yang telah kering tersebut selanjutnya disebut ZAA. Penentuan keasaman zeolit yang paling baik yaitu menggunakan ammonia (Farneth dan Gothe, 1995 serta Niwa dan Katada, 1997), sedangkan tekniknya dilakukan berdasar metode Kawasaki (2008) serta yaitu dengan mengadsorpsikan gas amonia. Selisih berat gas amoniayang terserap dapat dihitung dari selisih berat sebelum dan setelah proses adsorpsi. Besar serapan menunjukkan tingkat keasaman zeolit. Larutan standar adsorpsi gliserol oleh GC Dibuat seri larutan gliserol dengan konsentrasi 0,500 M; 1,000 M; 1,500 M; 2,000 M; 2,271 M; 2,725 M; 3,000 M; 3,406 M; 4,541 M. Selanjutnya, ke dalam masing-masing larutan ditambahkan larutan propanol dengan volume konstan sebanyak 2 ml dan diaduk selama ±1 jam. Hasil yang diperoleh kemudian dianalisis menggunakan GC. Adsorpsi Gliserol Oleh Zeolit Alam Aktif (ZAA) Gliserol dan akuades dimasukkan ke dalam gelas beker dengan rasio v/v gliserol : akuades 1 : 2 (0,136 mol gliserol), sehingga diperoleh volume total 30 ml dan disertai pengadukan menggunakan stirrer dan magnetic stirrer selama ±1 jam. Kemudian dari 30 ml larutan gliserol yang diperoleh, diambil sebanyak 20 ml. Selanjutnya, dilakukan proses adsorpsi gliserol dengan metode perendaman (batch) dengan cara 1 g zeolit yang telah diaktivasi dimasukkan ke dalam gelas beker yang berisi 20 ml larutan gliserol pada temperatur 28 C dan kemudian diaduk selama ±12 jam. Dilakukan proses penyaringan menggunakan kertas saring biasa dan diambil sebanyak 10 ml iltrat hasil penyaringan. Kemudian ke dalam gelas beker tersebut ditambahkan larutan propanol dengan volume konstan sebanyak 5 ml dan diaduk selama ±1 jam. Hasil yang diperoleh kemudian dianalisis menggunakan GC HP 5890 series II dengan kondisi sebagai berikut: gas pembawa He, detektor FID, suhu detektor 300 C, suhu injektor 280 C, kolom CBP5 25 m. Langkah-langkah di atas juga dilakukan untuk variasi rasio v/v gliserol : akuades 1 : 2, 1 : 3, 1 : 4; dan 1 : 5. Dari langkah tersebut diperoleh data konsentrasi adsorbat (rasio v/v gliserol : akuades) yang menghasilkan adsorpsi optimum terhadap gliserol. Setelah itu, konsentrasi adsorbat yang menghasilkan adsorpsi optimum tersebut digunakan dalam proses adsorpsi gliserol menggunakan variasi temperatur pemanasan dengan langkah yang sama seperti pada perlakuan variasi konsentrasi. 15

3 Variasi temperatur yang digunakan dalam proses adsorpsi adalah 20 C, 30 C, 40 C, 50 C, dan 60 C. Hasil yang diperoleh kemudian dianalisis menggunakan GC. Jumlah gliserol yang teradsorp dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan Dimana V adalah volume (ml) dari larutan yang digunakan pada pengukuran, Co dan Ceq adalah konsentrasi (g/100 ml) dari komponen pada keadaan awal larutan dan saat kesetimbangan adsorpsi, m adalah berat dari adsorben (g) (Pekel dan Guven, 2002 serta Kobayashi et al., 1989) HASIL DAN PEMBAHASAN Analisis kualitatif dilakukan terhadap zeolit teraktivasi dengan membandingkan nilai d atau 2 pada sampel ZAA dengan nilai d atau 2 standar yang terdapat dalam ile data JCPDS (Joint Committee Powder on Diffraction Standards) dan laporan penelitian yang telah dilakukan (jurnal). Analisis kuantitatif bertujuan untuk mengetahui komposisi mineral penyusun dari ZAA. Analisis kuantitatif dilakukan dengan membandingkan intensitas relatif jenis mineral penyusun dengan intensitas relatif sampel ZAA. Hasil analisa ditunjukkan pada tabel.1 Tabel 1. Nilai Tiga d Tertinggi Hasil Analisis XRD dari Zeolit Berdasarkan analisis XRD pada tabel di Analisis Kuantitatif pada Proses Adsorpsi atas, tampak bahwa nilai d puncak tertinggi Gliserol oleh Zeolit Alam Aktif dari sampel mempunyai nilai d yang sesuai Analisis gliserol yang terserap dengan data standar. Menurut Purawiardi pada adsorben dapat dilakukan secara (1999), puncak-puncak mordenit diperoleh kualitatif maupun kuantitatif. Analisis secara pada d = 3,49 Å (202), d = 4,01 Å (150) kualitatif dilakukan untuk mengetahui dan d = 3,22 Å (530). Berdasarkan hal bahwa adsorben mampu menyerap adsorbat, tersebut maka tiga puncak tertinggi sam- sedangkan analisis kuantitatif bertu- 16 pel ZAA mempunyai nilai d yang sesuai dengan literatur dan ile standar JCPDS, sehingga dapat disimpulkan bahwa sampel yang digunakan sebagai adsorben merupakan zeolit yang mengandung jenis mineral mordenit. Karakterisasi terhadap zeolit dilakukan dengan uji keasaman yang diukur dengan metode gravimetri yaitu adsorpsi terhadap basa amonia (NH3). Uap amonia mengalami kontak dengan permukaan ZAA sehingga terjadi adsorpsi pada permukaan. Uji keasaman dilakukan untuk mengetahui pengaruh aktivasi terhadap situs-situs aktif pada permukaan adsorben. Hasil analisis uji keasaman dari zeolit yang tidak diaktivasi dan zeolit teraktivasi dapat dilihat pada gambar 1. Berdasarkan hasil analisis uji keasaman pada tabel gambar 1, menunjukkan bahwa nilai keasaman zeolit meningkat. Hal tersebut dimungkinkan disebabkan karena pengaruh aktivasi terhadap daya serap zeolit. Aktivasi dengan perlakuan asam menyebabkan kemampuan adsorpsi zeolit lebih tinggi karena banyaknya pori zeolit yang terbuka dan situs-situs aktif pada permukaan zeolit meningkat. Gambar 1. Tingkat keasaman zeolit sebelum dan sesudah diaktivasi

4 juan untuk menentukan banyaknya adsorbat yang terserap pada adsorben. Pada penelitian ini analisis konsentrasi gliserol setelah proses adsorpsi dilakukan secara kuantitatif menggunakan alat GC sehingga diperoleh data berupa kromatogram GC. Analisis kuantitatif dilakukan dengan pembuatan seri larutan standar gliserol dengan variasi konsentrasi 0,500 M; 1,000 M; 1,500 M; 2,000 M; 2,271 M; 2,725 M; 3,000 M; 3,406 M; 4,541 M kemudian dianalisis dengan GC dan digunakan propanol sebagai senyawa pembanding. Data hasil kromatogram GC seri larutan standar gliserol ditunjukkan pada gambar 2. Analisis kuantitatif dari sampel larutan gliserol setelah proses adsorpsi dapat diketahui dari nilai persen area hasil sisa gliserol terserap dimana persen area dari kromatogram GC tersebut menunjukkan banyaknya sisa gliserol setelah proses adsorpsi (Ceq). Adsorpsi gliserol pada ZAA Adsorpsi gliserol oleh zeolit alam aktif dilakukan menggunakan metode perendaman (batch) dengan variasi konsentrasi adsorbat. Analisis konsentrasi gliserol setelah proses adsorpsi dilakukan dengan alat GC dan digunakan propanol sebagai senyawa pembanding. Variasi konsentrasi rasio (v/v) gliserol : akuades atau jumlah Gambar 2. Kurva standar konsentrasi gliserol Gambar 3 adsorpsi variasi rasio gliserol : aquades dalam ZAA 17

5 molar gliseroll yang digunakan adalah 1 : 2 (4.541 M) ; 1 : 3 (3.406 M); 1 : 4 (2.725 M); dan 1 : 5 (2.271 M) dengan volume total 30 ml. Graik hubungannya dengan adsorpsi di tunjukkan pada gambar 3. Hasil yang diharapkan harusnya semakin besar konsentrasi gliserol maka jumlah yang terserap juga semakin banyak. Menurut Handayani dan Widiastuti (2009) dan Hidayat (2011) yang menyatakan bahwa semakin bertambahnya konsentrasi, maka semakin banyak molekul adsorbat dan adsorben yang saling berinteraksi dalam proses adsorpsi. Pada penelitian ini diperoleh adsorpsi maksimum untuk gliserol adalah pada variasi konsentrasi 1 : 3 atau dengan konsentrasi M. Adsorpsi larutan adalah proses kompetisi antara zat pelarut dan zat terlarut. Pada konsentrasi dibawah 1 : 3 jumlah pelarut yaitu aquades lebih banyak dari gliserol sehingga porsi adsorpsi teradsorp lebih besar aquades. Menurut Oscik pada larutan biner jumlah yang terlarut sebanding dengan fraksi mol dari adsorbat. Pada konsentrasi 1:2 dimana fraksi mol gliserol lebih tinggi, seharusnya gliserol lebih banyak teradsorp. Pada kenyataannya disini tingkat adsorptivitasnya menurun. Jika diawal diasumsikan adsorpsi disebabkan oleh proses difusi dan situs aktiv zeolit yang mampu berinteraksi dengan gugus OH gliserol, maka kemampuan situs aktiv zeolit dalam berinteraksi dengan gliserol terbatas atau jenuh. Sehingga mekanisme difusi menjadi lebih dominan. Aquades sebagai pelarut dengan ukuran yang lebih kecil mampu berdifusi masuk kedalam pori zeolite. Sedang gliserol kemampuan adsorpsinya terbatasi oleh ukurannya yang lebih besar. Hal tersebut yang menyebabkan pada variasi konsentrasi gliserol : aquades 1 : 2 lebih rendah dibanding pada variasi konsentrasi 1 : 3. Pengaruh Temperatur pada Adsorpsi Gliserol oleh zeolit alam aktif Penentuan pengaruh temperatur terhadap proses adsorpsi gliserol oleh zeolit alam aktif dilakukan dengan adsorpsi pada konsentrasi adsorbat yang menghasilkan adsorpsi maksimum dengan variasi temperatur 20 C, 30 C, 40 C, 50 C, dan 60 C. Analisis konsentrasi gliserol setelah proses adsorpsi dilakukan dengan alat GC dan digunakan propanol sebagai senyawa pembanding. Data adsorpsi yang diperoleh dari analisis menggunakan GC dengan variasi temperatur ditunjukkan pada gambar 4. Gambar 4. Efek temperatur terhadap adsorpsi gliserol Kenaikan temperatur pada umumnya akan menurunkan konstanta adsorpsi, namun demikian kenaikan jumlah adsorpsi akibat naiknya temperatur juga ditemukan (Site, 2001). Hal ini disebabkan oleh adanya efek temperatur terhadap kelarutan. Pada penelitian ini kenaikan temperatur justru akan menaikan adsorpsi. Pelarut berupa aquades teradsorp secara isisorpsi yang bukan merupakan proses teraktivasi sehingga aquades pada permukaan zeolit akan terdesorp sejalan dengan kenaikan temperatur. Berkebalikan dengan gliserol yang lebih kaya gugus OH, interaksi gugus tersebut dengan permukaan zeolit menyebabkan proses adsorpsinya merupakan proses adsorpsi teraktivasi. Yaitu proses adsorpsi yang membutuhkan energi dari luar untuk mendorong kestabilan adsorpsinya. Oleh karena itu dengan naiknya temperatur gliserol semakin banyak teradsorpsi. Hal 18

6 ini sejalan dengan pendapat Pekel dan Guven (2002). DAFTAR PUSTAKA Karaosmanoglu, F., K. B. Cigizoglu, M. Tuter, and S. Ertekin Investigation of the Rein ing Step of Biodiesel Production. Energy Fuels, Vol. 10, No. 4, pp Farneth, W.E. dan Gorthe, R.J., 1995, Methods for Characterizing Zeo lite Acidity, Chem. Rev., 95, Niwa, N. dan Katada, N., 1997, Mea surements of acidic property of zeolites by temperature programmed desorption of ammonia, Catalysis Survey from Japan I, Handayani, N. dan Widyastuti, N., 2009, Adsorpsi Amonium (NH4+) pada Zeolit Berkarbon dan Zeolit A yang Disintesis dari Abu Dasar Batubara PT. IPMOMI PAITON dengan Metode Batch, Prosiding Kimia, FMIPA ITS. Fernando, S., S. Adhikari, S. R. Musuku, and S. Liu Adsorption of Glycerol from Biodiesel Washwaters. Environtmental Technology, Vol. 30, No. 5, pp Karaosmanoglu, F., K. B. Cigizoglu, M. Tuter, and S. Ertekin Investigation of the Rein ing Step of Biodiesel Production. Energy Fuels, Vol. 10, No. 4, pp Kobayashi, K., K. Araki, and Y. Imamura Bull Chem Soc Jpn., Vol. 62, pp Kawasaki, N., F. Ogata, K. Takahashi, M. Kabayama, K. Kakehi, and S. Tanada Relationship Between Anion Adsorption and Physicochemical Properties of Aluminum Oxide, Journal of Health Science, Vol. 54, No. 3, pp Oscik, J Adsorption. John Willey and Sons. New York. Hidayat, Y., Rahardjo, S.B., dan Syarief, 2011, Optimasi Kapasitas adsorpsi gliserol γ-al2o3 dan efek tegangan permukaan nya terhadap daya serap adsorp sinya sebagai kajian awal pemisahan gliserol pada limbah biodiesel, Ekosains, Vol. 2, No. 2,66-73 Fatha, A., 2007, Pemanfaatan Zeolit Aktif Untuk Menurunkan BOD dan COD Limbah Tahu, Skripsi Sar jana Kimia Fakultas Matema tika dan Ilmu Pengetahuan Alam UNNES, Semarang. Site A.D., 2001, Factors Affecting Sorp tion of Organic Compounds in Natural Sorbent/ Water Systems and Sorption Coeficients for Selected Pollutants. A Review, J. Phys. Chem. Ref. Data, Vol. 30, No. 1, Pekel, N., and O. Guven Solvent, Temperature, and Concentra tion Effects on the Adsorption of Poly (n- Butyl Methacrylate) on Alumina from Solutions. Turk J. Chem, 26, pp Pohan, H. G., dan B. Tjiptahadi Pembuatan Desain/Prototipe Alat Pembuatan Arang Aktif dan Studi Teknologi Ekonominya. BBPP IHP Proyek Penelitian dan Pengembangan Industri Hasil Pertanian IPB. Bogor. Pekel, N. dan Guven, O., 2002, Solvent, Temperature and Concentration Effects on the Adsorption of Poly(n-Butyl Methacrylate) on Alumina from Solutions, Turk J. Chem, 26,

7 Purawiardi, R., 1999, Karakteristik Zeolit Alam Asal Bayah, Sukabumi, Jawa Barat. Buletin IPT No. 1 Vol V. 20