BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Transkripsi

1 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Plastik Plastik adalah kelompok umum bahan sintetis atau alami, terdiri dari molekul rantai tinggi yang dimana elemen utamanya adalah karbon. Dalam penggunaan umum istilah plastik, polimer, dan resin secara kasar setara. Plastik dibuat dari monomer, yaitu unit molekul berulang dan berupa rantai balok melalui berbagai proses kimia, seperti [13]: Polimerisasi katalitik atau peroksida yang tersusun dari monomer, misalnya propilena, atau butadiena + stiren (kopolimer); Polikondensasi dari monomer berbeda (misalnya asam organik bifunctional dan alkohol atau amina); Poliadisi molekul monomer yang reaktif. Plastik berdasarkan jenisnya terdiri atas dua yaitu termoplastik dan termoset plastik, termoplastik adalah plastik yang sudah dibentuk dapat melunak dengan perlakuan panas dan dapat dibentuk kembali berulang-ulang, sampai kehilangan penyusunnya, contoh: polietilena, polipropilena, nilon, polikarbonat, dll, yang contoh penerapannya seperti ember polietilena, cangkir polistirena, tali nilon, dll. Thermosetting plastik adalah plastik yang sudah dibentuk tidak bisa dilunakkan oleh perlakuan panas. Kelebihan panas akan membuat penyusun hangus. Contoh: fenol formaldehid, urea formaldehid, melamin formaldehid, termosetting poliester, dll, yang contoh penerapannya seperti : switch listrik, meja sermica, melamin Cutlery [14] Daur Ulang Plastik Konsumsi bahan plastik meningkat dengan pesat karna memiliki banyak keuntungan dalam penggunaanya diantaranya biaya yang relatif rendah dan daya tahan yang lama karena memiliki stabilitas kimia yang tinggi dan penguraian yang rendah. Beberapa plastik yang sering digunakan adalah poliolefin seperti polietilena dan polipropilena, yang memiliki produksi besar-besaran dan konsumsi dalam banyak aplikasi seperti kemasan, bangunan, listrik dan elektronik, pertanian, 6

2 dan kesehatan. Sebaliknya, sifat ketahanan yang tinggi membuat pembuangan limbah plastik merupakan masalah lingkungan yang sangat serius sebagai contoh landfill, menjadi cara pembuangan yang paling sering digunakan. Limbah plastik dapat diklasifikasikan sebagai limbah plastik industri dan kota menurut asal-usul mereka, kelompok-kelompok ini memiliki kualitas dan sifat yang berbeda [8]. Plastik adalah polimer non-biodegradable sebagian besar mengandung karbon, hidrogen, dan beberapa unsur lainnya seperti klorin, nitrogen dan lain lain. Karena sifat non-biodegradable, sampah plastik memberikan kontribusi yang signifikan terhadap masalah pengelolaan sampah kota. Produksi plastik secara signifikan tumbuh dan saat ini produksi plastik lebih dari 200 MT di seluruh dunia setiap tahunnya [2]. Konsumsi per kapita plastik dari beberapa dekade terakhir meningkat dengan cepat, yang terlihat pada Tabel 2.1. Tabel 2.1 : Konsumsi Plastik per Kapita Beberapa Negara Terpilih di Dunia [14]. Negara Konsumsi Per kapita dalam kg India (1998) 1,6 India (2000) 4,0 Vietanam 1,5 China 6,0 Indonesia 8,0 Mexico 13,0 Thailand 18,0 Malaysia 22,0 Eropa Barat 60,0 Jepang 70,0 Amerika Utara 78,0 Daur ulang adalah solusi terbaik untuk lingkungan dari industri plastik, yang dimana dikategorikan menjadi daur ulang primer, sekunder, tersier, dan kuartener. Daur ulang kimia yaitu konversi limbah plastik menjadi bahan baku atau bahan bakar telah diakui sebagai pendekatan yang ideal dan secara signifikan dapat mengurangi biaya pembuangan. Produksi hidrokarbon dari degradasi plastik akan bermanfaat dimana, cairan mudah disimpan, ditangani dan diangkut [8]. Poliolefin memberikan hasil distilat terbaik karena memiliki rantai lurus dari struktur hidrokarbon. Polietilena dan polipropilena merupakan bahan yang paling bagus untuk dijadikan bahan bakar termo sedangkan polietilena tereftalat yang paling tidak cocok untuk didaur ulang menjadi bahan bakar dan dapat dilihat pada Tabel

3 Tabel 2.2 Pemilihan Plastik [12] Resin Polietilen (PE) Polipropilena (PP) Polistiren (PS) Resin ABS (ABS) Polivinilclorida (PVC) Poliuritene (PUR) Fiber Reinforced Plastics (FRP) PET Kecocokan Sistem Bahan Bakar Sangat Baik Sangat Baik Sangat Baik (Menghasilkan Minyak yang baik) Baik Tidak cocok, harus dihindari Tidak cocok, harus dihindari Terbakar, perlakuan awal digunakan untuk menghapus serat Tidak cocok, harus dihindari Jenis limbah plastik & daur ulangnya, Tabel 2.3 menunjukkan berbagai jenis limbah plastik dan daur ulangnya, dengan standar tanda daur ulang untuk mengidentifikasi dengan mudah untuk banyak aplikasi. Tabel 2.3: Jenis-jenis Limbah Plastik dan Daur Ulang [14] Lambang Tipe Daur Ulang Polimer Deskripsi Tipe 1 Ya PET Tipe 2 Ya HDPE Tipe 3 Ya V/PVC Polietilen tereftalat Botol Minuman High-Density Polyethylene Botol deterjen & minyak, mainan, wadah digunakan di luar, komponen dan kantong plastik Vinyl / Polyvinyl khlorida Pembungkus makanan, botol minyak sayuran, paket blister atau bagian otomotif. 8

4 Tabel 2.3: Jenis-jenis Limbah Plastik dan Daur Ulang [14] (lanjutan) Lambang Tipe Daur Ulang Polimer Tipe 4 Ya LDPE Tipe 5 Ya PP Tipe 6 Tipe 7 Ya, tapi tidak umum Beberapa PS Deskripsi Low Density Polyethylene, Kantong plastik, tas pakaian atau plastik kemasan. Polipropilena. Kemasan berpendingin, beberapa kantong, sebagian atas botol, beberapa karpet, dan beberapa bungkus makanan. Polistiren. Pengepakan daging, pelindung packing. Lainnya. biasanya yang berlapis atau dicampur plastik. Pengetahuan sifat termal dari berbagai jenis plastik sangat berguna untuk proses pembuatan serta daur ulang plastik. Sifat-sifat termal yang penting adalah titik lebur (Tm), temperatur transisi (Tg) dan temperatur dekomposisi. Temperatur transisi adalah temperatur ketika plastik mengalami perenggangan struktur sehingga terjadi perubahan dari kondisi kaku menjadi lebih fleksibel. Diatas titik lebur, plastik mengalami pembesaran volume sehingga molekul bergerak lebih bebas yang ditandai dengan peningkatan kelenturannya. Temperatur lebur adalah temperatur di mana plastik mulai melunak dan berubah menjadi cair. Temperatur dekomposisi merupakan batasan dari proses pencairan. Jika suhu dinaikkan di atas temperatur lebur, plastik akan mudah mengalir dan struktur akan mengalami dekomposisi. Dekomposisi terjadi karena energi termal melampaui energi yang mengikat rantai molekul. Secara umum polimer akan mengalami dekomposisi pada suhu di atas 1,5 kali dari temperatur transisinya. Data sifat termal yang penting pada proses daur ulang plastik bisa dilihat pada Tabel

5 Tabel 2.4 Data Temperatur Transisi dan Temperatur Lebur Plastik [5] Jenis Bahan Tm ( C) Tg ( C ) Temperatur Proses Maks ( C) PP HDPE LDPE PA PET ABS PS PMMA PC PVC Pada penelitian ini, polimer yang digunakan yaitu polipropilena yang berasal dari plastik bekas kemasan gelas (PBKG). Polipropilena digunakan karena sangat sesuai untuk dijadikan bahan bakar, dan dari segi harga untuk pemprosesan lebih murah serta ketersediannya yang cukup melimpah Polipropilena Polipropilena termasuk kelompok plastik termoplastik, kata homopolimer berarti bahwa materi yang dalam hal ini adalah polipropilena (PP), dibentuk dari monomer tunggal melalui polimerisasi. Polipropilena termasuk dalam kelompok kristal dan kristalinitas ini dapat dilihat dalam warna transparan dalam produk yang dibuat dari polipropilena [15]. Gambar 2.1 menunjukkan rumus struktur polipropilena. Gambar 2.1 Rumus Struktur Polipropilena [15] Konfigurasi polipropilena dapat dibagi menjadi isotaktik, sindiotaktik dan ataktik. Nama-nama berasal dari bagaimana kelompok CH3 tersusun dalam polimer. Jika kelompok CH3 terletak pada sisi yang sama maka bahan tersebut jenis isotaktik. Jika kelompok CH3 berada atau terletak diatas dan bawah dalam penyusunan yang berlanjut maka sindiotaktik. Jika tidak ada rangka sama sekali maka ataktik. 10

6 Mayoritas polipropilena dianggap isotaktik. Tabel 2.5 menunjukkan perbandingan antara nilai PP yang berbeda konfigurasinya. Tabel 2.5 Perbandingan Sifat PP [15] Konfigurasi PPisotaktik PP- Sindotaktik PP- Ataktik Densitas (g/cm 3 ) 0,903 0,9 0,855 Tegangan (MPa) ,4 2 Ketegangan (%) Nilai Aliran 1,8 3 0,1 lelehan (g/10min) Keburaman (%) 85 1,7 18 Kristalinitas (%) Amorf Temperatur Leleh Polipropilena memiliki suhu transisi gelas 0 C, semua polipropilena yang homopolimer menjadi rapuh pada suhu rendah. Titik leleh kristalnya berkisar pada C lebih tinggi dari PE. Oleh karena itu, suhu reaksi yang maksimal juga lebih tinggi, dengan jangka pendek 140 C dan jangka panjang 100 C. Sifat listrik PP jika dibandingkan dengan PE, lebih tidak terpengaruh oleh paparan air disebabkan PP hanya menyerap sedikit air. Karena struktur non-polar, PP secara kimiawi sangat tahan hingga 120 C [15]. Polipropilena digunakan dalam berbagai macam aplikasi termasuk kemasan, pelabelan, tekstil (misalnya, tali, pakaian dalam dan karpet), alat tulis, bagian plastik seperti gelas minuman dan berbagai jenis kontainer plastik, peralatan laboratorium, pengeras suara dan komponen otomotif. Gambar 2.2 menunjukkan plastik bekas gelas kemasan (PBKG). Gambar 2.2 Plastik Bekas Kemasan Gelas (PBKG) Jenis PP 11

7 2.2 Karbon Aktif Karbon aktif merupakan padatan berpori yang mengandung 85% - 95% karbon. Bahan-bahan yang mengandung unsur karbon dapat menghasilkan karbon aktif dengan cara memanaskannya pada suhu tinggi. Pori-pori tersebut dapat dimanfaatkan sebagai agen penyerap (adsorben). Karbon aktif dengan luas permukaan yang besar dapat digunakan untuk berbagai aplikasi yaitu sebagai penghilang warna, penghilang rasa, penghilang bau dan agen pemurni dalam industri makanan. Selain itu juga banyak digunakan dalam proses pemurnian air baik dalam proses produksi air minum maupun dalam penanganan limbah [16] Karbon aktif mempunyai bentuk amorf yang terdiri dari pelat pelat datar dimana atom - atom karbonnya tersusun dan terikat dalam kisi heksagonal yang secara acak berorentasi dengan karbon yang tidak terorganisir [17]. Gambar 2.3 menunjukkan struktur permukaan karbon aktif. Gambar 2.3 Struktur Permukaan Karbon Aktif [18] Karbon aktif juga dapat diklasifikasikan menjadi beberapa jenis sebagai berikut: Karbon aktif granular Jenis ini berbentuk butiran atau pelle, biasanya digunakan untuk proses pada fluida phase gas, ukuran granular 4 x 8 mesh sampai 10 x 20 mesh. Karbon aktif powder Umumnya diproduksi dari bahan kayu dalam bentuk serbuk gergaji, jenis ini memiliki ukuran rata - rata 15 ηm 25 ηm. Karbon aktif moleculer sieves Merupakan suatu material yang menarik sebagai model karbon aktif sejak memiliki ukuran mikropori yang seragam dan kecil. 12

8 Karbon aktif fiber Memiliki ukuran yang lebih kecil dari karbon aktif powder. Sebagian besar karbon aktif fiber memiliki diameter antar 7 ηm 15 ηm [17]. Selain sebagai adsorben, karbon aktif juga merupakan katalis yang paling baik untuk degradasi bahan polietilena (PE) dan menghasilkan komponen aromatik yang tinggi. Berdasarkan penelitian terdahulu diperoleh bahwa plastik jenis PE dapat diolah menjadi bahan bakar cair dengan metode pirolisis. Karbon aktif adalah katalis yang efisien untuk jenis degradasi dan dapat menghasilkan jumlah senyawa aromatik yang lebih tinggi. Karbon aktif dipilih karena menunjukkan sifat mekanik yang tinggi, tahan panas, murah dan sebagai katalis terbaik untuk degradasi katalitik limbah PE dimana suhu optimum untuk reaksi katalitik adalah 450 C [9]. Karbon aktif saat ini digunakan dalam berbagai aplikasi yang pengembangannya berputar pada struktur dari pori, seperti pengolahan dan pemurnian, pemulihan produk, dan peningkatan kemampuan katalitik zat lain, dengan cara menambah antarmuka antara katalis dan substrat di daerah fisik yang lebih luas. Karbon aktif juga menunjukkan hasil yang baik sebagai katalis yang dalam reaksi yang melibatkan hidrogen, karbon, dan kombinasinya (termasuk dekomposisi dari rantai pendek hidrokarbon seperti metana), yang menunjukkan bahwa hal itu mungkin memiliki landasan digunakan sebagai katalis dalam pirolisis plastik [11]. 2.3 Proses Pirolisis Pirolisis yaitu pemanasan dalam kondisi bebas oksigen, mengurai senyawa organik dari suatu bahan menjadi produk cair dan gas dengan melepaskan ikatan bahan-bahan anorganik yang terikat [19]. Proses pirolisis dapat disebut juga dengan proses perengkahan atau cracking. Cracking adalah proses pemecahan rantai polimer menjadi senyawa dengan berat molekul yang lebih rendah. Hasil dari proses cracking plastik ini dapat digunakan sebagai bahan kimia atau bahan bakar. Ada tiga macam proses cracking yaitu hidro cracking, thermal cracking dan catalytic cracking [2]. Konversi limbah plastik menjadi bahan bakar memiliki beberapa keuntungan, dan merupakan salah satu alternatif utama untuk pengolahan limbah plastik, karena metode landfill dan insenerasi memiliki berbagai dampak terhadap lingkungan seperti 13

9 polusi udara serta pencemaran tanah. Dalam pirolisis, bahan polimer dipanaskan sampai suhu tinggi, sehingga struktur makromolekul mereka dipecah menjadi molekul yang lebih kecil dan spektrum yang luas dari hidrokarbon yang terbentuk, produk pirolisis dapat dibagi menjadi fraksi gas, fraksi cair yang terdiri dari parafin, olefin, naftena dan aromatik (Pona), dan residu padat [14] Thermal Cracking Pirolisis, disebut juga thermolisis (Yunani: pur = api, termos = hangat; luo = melonggarkan), adalah proses dekomposisi kimia dan termal, umumnya mengarah ke molekul yang lebih kecil. Thermolisis adalah istilah yang lebih tepat daripada pirolisis karena api menunjukkan adanya oksigen. Disebagian besar proses pirolisis udara dihilangkan untuk alasan keamanan, kualitas produk, dan yield. Pirolisis dapat dilakukan pada berbagai suhu, waktu reaksi, tekanan, dan dengan adanya atau tidak adanya gas atau cairan, dan katalis reaktif. Pirolisis plastik dapat di proses pada suhu rendah (<400 ºC), menengah ( ºC) atau suhu tinggi (> 600 ºC) dan umumnya dilakukan pada tekanan atmosfer [13]. Keuntungan dari proses pirolisis/thermal cracking adalah [8]: a) Volume sampah berkurang secara signifikan (<50-90%). b) Padat, cair, dan bahan bakar gas dapat diproduksi dari limbah. c) Bahan bakar atau bahan kimia yang diperoleh dapat disimpan / diangkut. d) Masalah lingkungan berkurang. e) Energi yang didapatkan dari proses diperoleh dari sumber-sumber terbarukan seperti sampah kota. f) Biaya modal rendah. Dari proses thermal cracking akan dihasilkan arang, minyak dari kondensasi gas seperti parafin, isoparafin, olefin, naphthene dan aromatik, serta gas yang memang tidak bisa terkondensasi [2]. Sebagai aturan umum semakin tinggi suhu pirolisis, semakin tinggi hasil produk gas noncondensable dan menurunkan yield bahan bakar cair seperti diesel. Kisaran suhu optimum untuk produksi produk diesel dari limbah plastik adalah ºC. Studi di sebuah reaktor tubular telah menekankan pentingnya waktu tinggal dengan suhu pirolisis yang tinggi untuk memperoleh hasil 14

10 yang tinggi dari olefin ringan. Ada peningkatan drastis dalam yield gas dengan meningkatnya suhu pirolisis. Komposisi dari minyak pirolisis juga berubah dengan temperatur pirolisis, umumnya mengandung senyawa alifatik lebih besar pada suhu yang lebih rendah dari pada suhu yang lebih tinggi di mana senyawa aromatik adalah senyawa yang dominan [13]. Empat jenis mekanisme pirolisis plastik yaitu [14] : a) Pemotongan rantai akhir atau depolimerisasi: polimer ini rusak dari gugus akhir berturut-turut menghasilkan monomer yang sesuai. b) Pemotongan rantai secara acak: Rantai polimer dipecah secara acak ke dalam fragmen tidak merata panjang. c) Pelucutan rantai: penghapusan pengganti yang reaktif atau kelompok samping pada rantai polimer, mengarah ke evolusi produk cracking di satu sisi, dan rantai polimer charring pada lainnya. d) Penghubung silang : Pembentukan jaringan rantai, yang sering terjadi untuk polimer thermosetting ketika dipanaskan Hidro Cracking Hidro cracking adalah proses cracking dengan mereaksikan plastik dengan hidrogen di dalam wadah tertutup yang dilengkapi dengan pengaduk pada temperatur antara K dan tekanan hidrogen 3 10 MPa. Dalam proses hydrocracking ini dibantu dengan katalis. Untuk membantu pencampuran dan reaksi biasanya digunakan bahan pelarut 1-methil naphtalene, tetralin dan dekalin. Beberapa katalis yang sudah diteliti antara lain alumina, amorphous silica alumina, zeolite dan sulphate zirconia [5]. Hidro Cracking sampah polimer biasanya melibatkan reaksi dengan hidrogen katalis yang berlebih dalam autoclave batch yang diaduk pada suhu sedang dan tekanan (biasanya K dan 3-10 MPa hidrogen). Pekerjaan tersebut, terutama berfokus untuk memperoleh kualitas bensin tinggi mulai dari berbagai feed. Feed khas termasuk polietilena, polietilena tereftalat, polistirena, polivinil Klorida dan polimer campuran, polimer limbah dari sampah kota dan sumber-sumber lain telah dievaluasi dan termasuk logam transisi (misalnya, Pt, Ni, Mo, Fe) didukung oleh padatan asam (seperti alumina, amorf silika-alumina, zeolit dan zirkonia sulfat). Katalis ini menggabungkan kedua kegiatan hidrogenasi dan cracking [20]. 15

11 2.3.3 Catalytic Cracking Catalytic Cracking merupakan proses cracking yang menggunakan katalis untuk melakukan reaksi perengkahan, dimana dengan adanya katalis dapat mengurangi temperatur dan waktu reaksi [5]. Hasil proses distribusi produk jauh lebih sedikit dari nomor atom karbon dan puncaknya pada hidrokarbon ringan yang terjadi pada suhu yang lebih rendah. Biaya harus dikurangi untuk membuat proses lebih menarik dari perspektif ekonomi. Penggunaan kembali katalis dan penggunaan katalis yang efektif dalam jumlah yang lebih kecil dapat mengoptimalkan pilihan ini. Proses ini dapat dikembangkan dengan biaya yang efisien dengan menggunakan proses daur ulang polimer komersial untuk memecahkan masalah lingkungan dari pembuangan limbah plastik. Proses ini juga memiliki kemampuan cracking lebih tinggi pada plastik dan lebih rendah pada konsentrasi residu padat dalam produk [8]. Daur ulang katalitik telah terbukti secara signifikan lebih efisien daripada thermal craking, terutama untuk PP. Degradasi plastik mengarah pada pembentukan gas, cairan, dan residu. Dalam degradasi PS, coke juga dibentuk. Katalis heterogen lebih mudah terpisah dari medium reaksi namun katalis ini kesulitan dalam penonaktifan karena dapat menjadi coke, sedangkan katalis homogen sulit untuk di keluarkan dari produk akhir dan akibatnya katalis tersebut lebih mudah menjadi lumpur [19]. Efek utama penambahan katalis dalam pirolisis plastik adalah sebagai berikut [14]: Suhu pirolisis untuk mencapai konversi tertentu berkurang drastis dan sebagai rasio katalis / plastik meningkat, suhu pirolisis dapat lebih diturunkan. Lebih iso-alkana dan aromatik di kisaran C5-C10 dapat diproduksi, yang sangat diinginkan bensin-rentang hidrokarbon. Laju reaksi meningkat secara signifikan; misalnya tingkat awal degradasi polipropilena dilaporkan menjadi sekitar empat kali lebih cepat daripada noncatalytic thermal degradation. Pada sistem katalis, ada 2 jenis sistem katalis yaitu homogen dan heterogen, secara umum, katalis heterogen yang disukai karena pemisahan mudah dan pemulihan 16

12 dari medium yang bereaksi. Katalis homogen yang digunakan untuk degradasi poliolefin kebanyakan asam lewis seperti AlCl3, metal tetrakloroaluminat, dan katalis baru berbasis cairan organik ionik. Beberapa variasi katalis heterogen telah diuji pada Catalytic cracking dari poliolefin yang dapat digolongkan sebagai berikut [13] : Padatan asam konvensional : zeolit alam, alumina, silika gel, karbon aktif dan kaolin. Sonawane et al [21] menyimpulkan, pirolisis limbah HDPE memberikan hasil dalam bentuk bahan bakar cair, gas dan residu lilin. Dipirolisis pada kisaran suhu C memberikan persen minyak maksimum dan lebih sedikit hasil jenis lilin. Pada suhu 500 C, tingkat minyak yang diperoleh sangat cepat. Dengan menggunakan katalis dalam proses pirolisis, waktu reaksi dapat diminimalkan menjadi satu jam untuk gram sampah plastik. Persen minyak dapat ditingkatkan dan kuantitas lilin dapat dikurangi dengan bantuan katalis. Minyak yang diperoleh dari katalitik pirolisis memiliki nilai kalori yang lebih tinggi ( KJ / Kg) dibandingkan dengan pirolisis tanpa katalis ( KJ / Kg). Hasil yang diperoleh dengan alumina lebih tinggi dari zeolit alam dan nilai kalor dengan katalis alumina juga lebih tinggi sehingga alumina adalah katalis yang lebih baik. Minyak yang diperoleh dengan alumina dan zeolit alam memiliki fraksi hidrokarbon dari C 4 ke C 37. Minyak yang diperoleh dengan alumina memiliki berbagai jenis hidrokarbon dan menunjukkan adanya bensin, minyak tanah, dan fraksi diesel. Gonzales et al [9] meneliti tentang pengaruh penggunaan beberapa jenis katalis pada degradasi katalitik polietilen. Perbedaan jenis katalis mempengaruhi suhu yang diperlukan untuk didapatkan konversi maksimum. Penggunaan katalis silika gel mencapai konversi maksimum pada suhu 450 C. Fraksi gas yang didapatkan pada pemecahan dengan silika gel mempunyai komposisi metana tertinggi yaitu 34 % dan Penggunaan katalis Karbon aktif merupakan katalis yang paling baik untuk degradasi PE dan mendapatkan kualitas komponen aromatik yang tinggi sebagai katalis terbaik untuk degradasi katalitik limbah PE dimana suhu optimum untuk reaksi katalitik adalah 450 C [9]. Achyut et al [20] menyimpulkan kaolin ditemukan sebagai katalis yang efisien untuk konversi 17

13 limbah polipropilena menjadi bensin / solar / minyak tanah. Hal ini meningkatkan hasil minyak dan laju reaksi pirolitik. Selain itu, kualitas minyak yang dihasilkan dari katalis kaolin reaksi pirolisis polipropilena lebih baik dibandingkan dengan yang dihasilkan dari pirolisis termal. Hasil minyak maksimum dalam proses katalitik adalah 87,5% dengan 3 : 1 plastik dengan umpan katalis pada 500 C. Selain itu, dapat digunakan kembali berulang kali tanpa banyak mempengaruhi kualitas minyak. Katalis yang digunakan dapat diregenerasi dan kinerja katalis regenerasi ditemukan bahwa sama seperti yang dari kaolin segar. Kaolin alam yang tersedia berlimpah bisa menjadi katalis yang baik untuk aplikasi komersial pada degradasi polipropilena. Katalis mesostruktur : MCM-41 Aguado et al [22] meneliti tentang konversi katalitik poliolefin jenis LDPE dan HDPE menjadi bahan bakar cair dengan menggunakan katalis MCM-41 dan zeolit. Dari hasil penelitian didapatkan bahwa MCM-41 menghasilkan produk cairan lebih banyak dengan titik didih bensin C5 C12 dan C3 C22. MCM-41 mempunyai luas permukaan yang besar walaupun punya keasaman yang lebih rendah daripada zeolit Mekanisme Catalytic Cracking Mekanisme reaksi catalytic cracking dari rantai polimer sama dengan jalur dari catalytic cracking hidrokarbon di pabrik penyulingan minyak bumi. Mekanisme ini telah dipelajari selama beberapa tahun. Proses catalytic cracking berlangsung pada suhu yang cukup tinggi untuk memiliki reaksi paralel thermal cracking [23]. Mekanisme catalytic cracking hidrokarbon berupa reaksi ion, seperti pada katalis jenis zeolit memiliki pusat bronsted asam kuat, yang akan mentransfer ion hidrogen ke rantai polimer. Gambar 2.4 menunjukkan mekanisme catalytic cracking hidrokarbon. 18

14 Mekanisme ion + H + Penambahan Proton + RCH2CH=CHCH2R + H + RCH2CHCH2CH2R Pemisahan β + + RCH2CH=CH + CH2R isomerisasi ke orde 2 CH3CHR1 Pemisahan β + CH3CH=CH2 + CH2R2 isomerisasi lain Olefin ringan pada produk gas Gambar 2.4 Mekanisme Catalytic Cracking Hidrokarbon [24] Ion yang dihasilkan dapat distabilkan oleh β- splitting, isomerisasi atau mentransfer reaksi hidrogen. Skema selanjutnya menunjukkan reaksi yang berbeda yang dapat terjadi, masing-masing terjadi yang bergantung pada suhu. Luas permukaan dan struktur katalis yang berpori juga berperan penting. Penguraian rantai polimer dimulai pada permukaan eksternal katalis dan fragmen yang cukup kecil mungkin masuk ke dalam pori-pori, di mana reaksi cracking tambahan berlangsung, sehingga molekul gas terbentuk. Tidak seperti thermal cracking, katalis tertentu dapat membuat selektivitas terhadap produk tertentu [25]. Produk dari reaksi dapat diklasifikasikan sebagai produk gas (C1-C4) dan produk cair (C5-C44). Produk gas dianalisa dengan kromatografi gas. Identifikasi beberapa senyawa spesifik dapat dilakukan dengan kromatografi. Produk cair dianalisis dengan distilasi simulasi (ASTM metode D-2887), yang sesuai dengan bensin, turbosine (atau bahan bakar jet atau nafta), minyak tanah, minyak gas dan fraksi bahan bakar minyak. Tabel 2.6 menunjukkan produk cair yang sesuai dengan fraksi refinery. 19

15 Tabel 2.6 Produk Cair yang Sesuai dengan Fraksi Refinery [25] Fraksi Refinery Nomor Karbon Boiling Point ( C) Gasoline C5-C Jet Fuel, Naptha C13-C Kerosene C15-C Gas Oil C18-C Fuel Oil C29-C Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Pirolisis Faktor-faktor utama yang mempengaruhi proses pirolisis plastik dan distribusi molekul produk pirolisis termasuk komposisi kimia dari bahan baku, temperatur cracking, kecepatan pemanasan, pengunaan katalis, jenis plastik dan lain lain. Faktorfaktor ini dirangkum dalam bagian ini sebagai berikut: Temperatur Temperatur merupakan variabel yang paling penting yang mempengaruhi katalitik cracking dari plastik. Temperatur reaksi biasanya pada rentang suhu ºC. Secara umum, kenaikan temperatur mengarah pada peningkatan kemampuan katalis. Tetapi hal itu harus diperhitungkan, bahwa pada suhu tinggi terjadinya secara bersamaan dengan reaksi termal cracking yang lebih sering, dimana dapat mengubah selektivitas dari produk [13]. Jika pirolisis katalitik berlangsung pada temperatur operasi yang lebih tinggi atau pada tingkat pemanasan yang tinggi dapat menyebabkan peningkatan pemecahan ikatan dan dengan demikian mendukung produksi molekul yang lebih kecil. Salah satu cara untuk meningkatkan konversi yaitu dengan menaikkan temperatur, dan dapat dilihat bahwa dengan konversi yang lebih tinggi produk utama yang terbentuk akan menjadi produk gas dan hasil cairan yang minimal atau nol. Pengaruh katalis yang berbeda pada cairan yang dihasilkan dan distribusi produk menjadi kurang signifikan dengan meningkatnya temperatur, reaksi yang terjadi akan mirip dengan degradasi termal [26]. Tidak semua bahan polimer dapat pecah dengan meningkatkan temperatur. Van der Waals adalah gaya antara molekul, yang menarik molekul bersama-sama dan mencegah pecahnya molekul. Ketika getaran molekul cukup besar, molekul akan menguap dari permukaan objek. Namun, rantai karbon akan rusak jika energi yang 20

16 disebabkan oleh van der Waals di sepanjang rantai polimer lebih besar dari entalpi ikatan C-C dalam rantai, ini adalah alasan mengapa molekul polimer yang tinggi susah terurai bila dipanaskan. Dalam teori, temperatur untuk memecah ikatan C-C harus konstan untuk jenis plastik (polimer) tertentu dan laju pemanasan yang lebih tinggi dapat meningkatkan laju reaksi pirolisis [27] Jumlah Katalis Jumlah katalis dan rasio katalis terhadap bahan baku mempengaruhi hasil proses pemecahan seperti konversi proses. Sharatt et al [28] mengamati pemecahan HDPE dengan zeolite HZSM-5 dan memvariasikan rasio massa katalis dengan polimer mulai dari 1 : 10 hingga 1 : 1 pada 360 C. Konversi yang didapat selalu diatas 90 %. Perbedaan yang terlihat adalah pada distribusi produk. Peningkatan rasio katalis dengan polimer akan menghasilkan jumlah C3 C4 yang lebih banyak. Gonzales et al [9] menggunakan rasio katalis / PE pada semua percobaan yaitu 1:10 berat (1,0 g katalis untuk 10,0 g PE limbah), percobaan sebelumnya dan data yang diperoleh oleh penulis lain menunjukkan rasio ini menjadi optimal dalam penggunaan katalis untuk konversi tertinggi. Rasio 0,1: 10 dan 0,3:10 juga diuji, yang pertama tidak memadai (konversi lebih rendah dari 5%) dan yang kedua yang dilakukan untuk nilai yang sama dari konversi PE Waktu Perubahan kinerja katalis dengan waktu secara langsung berhubungan dengan kinetika penonaktifan katalis tersebut [13]. Gonzales et al [9] menetapkan waktu degradasi di tetapkan pada 2 jam berdasarkan penelitian sebelumnya, percobaan sebelumnya telah dilakukan selama ini, untuk membandingkan hasil yang diperoleh dengan konversi yang sama pada waktu degradasi yang lebih tinggi dan degradasi yang tidak sempurna pada waktu degradasi yang lebih rendah. 21

17 2.4.4 Komposisi Plastik Komposisi limbah plastik mempunyai pengaruh yang besar pada kemampuan katalis. Bagaimanapun, katalis akan menghasilkan konversi yang tinggi pada reaksi pemecahan yang menggunakan polimer murni atau satu jenis polimer saja. Akan tetapi dapat kehilangan aktivitasnya apa bila bahan baku adalah limbah plastik yang bercampur (tidak satu jenis) [13]. Jenis plastik bahan baku juga mempengaruhi distribusi produk Jenis plastik bahan baku juga mempengaruhi distribusi produk. Gambar 2.2 menunjukkan yield cairan, padatan, dan gas dari cracking dengan katalis FCC. Cairan Padatan Gas Yield (%) Tipe Plastik Gambar 2.5 Yield Cairan, Padatan, dan Gas dari Cracking dengan Katalis FCC [13] Pada jenis termoplastik pada umumnya, hasil produk cairan adalah 80 % atau lebih, dimana PS > PP > PE. Plastik dengan struktur polisiklik mempunyai hasil cairan dan padatan yang lebih banyak dibandingkan plastik yang mempunyai struktur poliolefinik [13]. 22

18 2.5 Standarisasi Diesel Indonesia menghasilkan dua jenis bahan bakar diesel yaitu. Diesel 48 (Solar) dan Diesel 51 (Pertamina Dex). Seperti dapat dilihat pada Tabel 2.7 merupakan sifat bahan bakar diesel komersial sesuai peraturan pemerintah Indonesia. Tabel 2.7 Sifat Bahan Bakar Diesel Komersial [29] Properties units Diesel 48 (Solar) Diesel 51 (Pertamina Dex) Cetane number C g/cm 3 0,815-0,870 0,820-0,860 Kinematic cst 2,0-5,0 2,0-4,5 40 C Flash point C min 60 min 55 Pour point C max 18 max 18 Water content mg/kg max 500 max 500 Sulfur content %wt max 0,35 max 0,05 Ash content %wt max 0,01 max 0,01 23