PENGARUH TEMPERATUR FURNACE, TEMPERATUR PELARUTAN, DAN RASIO PELARUT PADA PEMBUATAN NATRIUM SILIKAT DARI SEKAM PADI

Transkripsi

1 PENGARUH TEMPERATUR FURNACE, TEMPERATUR PELARUTAN, DAN RASIO PELARUT PADA PEMBUATAN NATRIUM SILIKAT DARI SEKAM PADI Adhimas Putra Jiwandana, Andi Taufik Program Studi Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Katolik Parahyangan Bandung, Jalan Ciumbuleuit no. 94 Bandung Telp.Fax : adhimas.putra90@yahoo.com ndi08_hearnet@yahoo.com Abstrak Sekam Padi merupakan limbah pertanian yang melimpah di Indonesia. Walaupun wujudnya berupa limbah dari padi, namun masih banyak manfaat baik yang dapat diterima bila mau dan mampu untuk mengolahnya kembali dengan baik. Hasil pembakaran limbah padi (Sekam padi) ini ternyata mengandung silikat (SiO 2 ) yang cukup besar dan karbon (C). Kandungan silika pada abu sekam padi ini dapat mencapai 90% dari bobot sekam padi yang dibakar. Tujuan penelitian ini adalah untuk memperoleh natrium silikat dengan jumlah dan kualitas yang paling tinggi dalam bentuk padatan berdasarkan pengaruh temperatur furnace dan rasio pelarut. Metode penelitian dilakukan dalam beberapa tahap yaitu perlakuan awal terhadap sekam padi (dibakar untuk memperoleh abu sekam padi), proses pembuatan natrium silikat dengan mereaksikan silikat dari abu sekam padi dengan natrium karbonat, pengendapan dan pengeringan. Variabel yang akan dianalisis adalah kadar abu dari sekam padi dan kadar silikat dari natrium silikat yang terbentuk. Kadar abu yang diperoleh pada hasil pembakaran 500 C dan 600 C berturut-turut adalah 0,225% dan 0,2281%. Hasil yang didapat dari tempuhan utama penelitian ini, menunjukan bahwa kadar silikat yang paling tinggi didapatkan ketika suhu pembakaran sekam padi di dalam furnace, 600 C dengan temperatur pelarutan 130 C dan rasio pelarut 1:2 yaitu sebesar 16,82 % (kadar silikat). Kata Kunci : Sekam padi, abu sekam padi, silika Abstract Rice husk is an abundant agricultural waste in Indonesia. Although his form in the form of waste from rice, but there are many benefits that can be received when both willing and able to process it properly again. The burning of waste rice (rice husk) is in fact contain silicate (SiO2) is quite large and carbon (C). Silica content of the rice husk ash may reach 90% of the weight of rice husk is burnt. The purpose of this study was to obtain sodium silicate with the amount and quality of the highest in the solid state by the influence of furnace temperature and solvent ratio. Methods of research carried out in several stages, beginning treatment on rice husk (burnt rice husk ash to obtain), the manufacturing process by reacting sodium silicate silicate from rice husk ash with sodium carbonate, precipitation and drying. Variables to be analyzed is the ash content of rice husks and concentration of sodium silicate silicate formed. Ash content obtained in the burning of 500 C and 600 C respectively 0.225% and %. The results of this study the main tempuhan, shows that the highest levels of silicate obtained when the temperature in the combustion of rice husk furnace, 600 C with a temperature of 130 C and the dilution solvent ratio of 1:2 that is equal to 16.82% (silicate levels ). Keywords : rice husk, rice husk ash, silica

2 Pendahuluan Sekam padi merupakan limbah hasil pertanian yang masih menjadi permasalahan besar. Sekam padi merupakan lapisan keras dari tanaman padi yang meliputi kariopris yang terdiri dari dua belahan yang disebut lemma dan palea yang saling bertautan. Pada proses penggilingan beras, sekam akan terpisah dari butir beras dan menjadi bahan sisa atau limbah penggilingan. Dari proses penggilingan padi biasanya diperoleh sekam sekitar 20-30% bobot gabah, sekitar 65% beras dan sisanya hilang. Pemanfaatan sekam padi secara komersial masih relatif kecil. Hal ini karena sifat yang dimilikinya antara lain kasar, nilai gizi rendah, kepadatan yang juga rendah, serta kandungan abu yang cukup tinggi. Sekam mengandung senyawa organik berupa lignin dan chetin, selulosa, hemiselulosa, senyawa nitrogen, lipida, vitamin B dan asam organik, sedangkan senyawa anorganik yang terkandung di dalam sekam dapat dilihat pada tabel 1. Tabel 1 Komposisi Kimia Sekam Padi [6] No. Komponen Persentase Berat H20 Crude Protein Crude Fat Ekstrak Nitrogen Bebas Crude Fiber Abu Hemiselullosa Sellulosa Lignin 2,40-11,35 1,70-7,26 0,38-2,98 24,70-38,79 31,37-49,92 13,16-29,04 16,94-21,95 34,34-43,80 21,40-46,97 Dilihat dari produksi limbah sekam padi setiap tahunnya, sekam padi mempunyai potensi yang besar untuk dimanfaatkan dalam dunia perindustrian maupun dalam rumah tangga. Berikut akan disajikan pada Tabel 2.2 yang menunjukkan data produksi padi beserta limbah sekam padi yang dihasilkan dari tahun 2003 sampai Tabel 2 Produksi nasional sekam padi. [6] Tahun Berat padi Berat sekam padi (juta ton) 52,14 54,09 54,15 54,45 57,15 60,25 (juta ton) 13,04 13,52 13,54 13,61 14,29 15,06 Dapat dilihat bahwa produksi padi dan limbah sekam padi nasional terus mengalami peningkatan setiap tahunnya. Sehingga sangat dimungkinkan apabila sekam padi dimanfaatkan secara komersial dalam skala industri maupun rumah tangga. Salah satu pemanfaatan sekam padi dalam dunia perindustrian adalah dengan menggunakan abu sisa hasil pembakaran sekam padi. Abu sekam padi ini sering dimanfaatkan dalam dunia industri karena kandungan silikanya yang relatif besar. [6] Abu sekam padi merupakan hasil pembakaran dari sekam padi yang kemudian bisa dimanfaatkan lebih lanjut sebagai bahan baku industri. Sekam padi biasanya dibakar pada temperatur o C dalam waktu 1-2 jam, abu yang dihasilkan dari sekam padi ini berbentuk seperti kristal yang mengandung SiO 2 yang cukup tinggi serta sedikit karbon (C), sedangkan pembakaran abu sekam diatas temperatur C akan menghasilkan produk yang berbentuk pasir kwarsa (quartz). Abu sekam yang dihasilkan dari pembakaran bisa dalam berbagai bentuk bergantung pada kebutuhan dari industri tertentu. Bentuk dari abu yang dihasilkan bergantung pada suhu pembakaran sekam padi. Beberapa contohnya adalah dalam pembakaran sekam padi secara terbuka akan menghasilkan abu dengan silika biasanya mengandung 65-90% Silika dan 10-15% karbon. Silika yang diperoleh dari abu sekam padi mempunyai peranan yang sangat penting dalam industri bahan bangunan dan industri pengolahan karet karena kandungan silikanya yang besar. Komposisi kimiawi abu sekam padi dapat dilihat pada Tabel 3. Tabel 2. Komposisi kimiawi abu sekam padi yang terbakar sempurna. Senyawa Kimia Kadar (%) SiO2 K2O dan Na2O CaO MgO Fe2O3 SO3 C 91,16 4,75 0,65 0,99 0,21 0,05 0,05 Senyawa silika merupakan bahan kimia yang mempunyai aplikasi dan pemanfaatan yang sangat luas dalam berbagai bidang. Belakangan ini penggunaan silika sebagai bahan baku di dalam sektor industri mulai diperhitungkan, karena memberikan banyak manfaat dan keuntungan yang besar. Industri-industri yang dapat menggunakan abu sekam antara lain adalah industri kaca karena salah satu bahan baku utama pembuatan kaca menggunakan silika. Natrium silikat adalah sebuah molekul kimia dari SiO 2, N a2 O, dan air. Bahan baku untuk memproduksi natrium silikat pada umumnya menggunakan pasir silika atau bisa juga menggunakan bahan baku lain yang mempunyai kandungan silika yang tinggi. Karena abu sekam padi mempunyai kadar silika yang tinggi maka sangat dimungkinkan untuk mengambil kandungan

3 silikanya sebagai pengganti pasir silika untuk dijadikan bahan baku dalam pembuatan natrium silikat. Natrium silikat merupakan nama umum dari senyawa natrium metasilikat (Na 2 SiO 3 ). Natrium silikat bisa berbentuk cair atau padatan. Natrium silikat yang berupa padatan biasanya tersedia dalam bentuk bubuk berwarna putih, tidak berbau dan apabila bercampur dengan air akan menghasilkan larutan alkali. Sedangkan natrium silikat yang berwujud cair mempunyai sifat fisik tidak berwarna, tidak berbau, dan merupakan cairan kental. Pembuatan natrium silikat menggunakan natrium karbonat banyak diterapkan di dunia industri karena natrium karbonat tidak bersifat korosif sehingga reaktor yang digunakan bisa lebih tahan lama dan tidak memakan biaya yang besar karena bahan reaktor tidak perlu menggunakan logam anti karat. Bahan reaktor yang digunakan hanya comercial steel yang tentunya akan menurunkan biaya investasi pabrik. Reaksi antara silikat dengan natrium karbonat dapat dilihat pada reaksi sebagai berikut : Na 2 CO 3(l) + SiO 2(l) Na 2 SiO 3(s) + CO 2(g) METODE PENELITIAN Persiapan Bahan Baku Abu Sekam Padi Sekam padi yang sudah diperoleh dibakar untuk memperoleh abu sekam padi. Prosedur pembakaran sekam padi adalah sebagai berikut: 1. Sekam padi dimasukkan pada cawan furnace 2. Cawan dimasukan ke dalam furnace dengan temperatur 500 dan C selama ±20 menit. 3. Abu hasil pembakaran disimpan dalam desikator Proses Pembuatan Natrium Silikat Pembuatan natrium silikat dilakukan dengan cara mereaksikan silikat yang diperoleh dari abu sekam padi dengan natrium karbonat dalam 2 variasi suhu (110 dan C) dan waktu reaksi 20 menit. Prosedur pembuatan natrium silikat adalah sebagai berikut : 1. Abu sekam padi dan natrium karbonat dicampurkan di dalam gelas kimia dengan ratio 1:1, 1:1,5 dan 1:2 2. Campuran dalam gelas kimia tersebut kemudian dimasukkan ke dalam autoclave dan dipanaskan sampai suhu dan waktu sesuai dengan variasi yang telah ditentukan. 3. Produk yang diperoleh kemudian dikeringkan menggunakan oven untuk memperoleh natrium silikat dalam bentuk padatan. 0 C sampai terbentuk padatan yang memiliki berat konstan. 1. Larutan natrium silikat di masukkan ke dalam cawan penguapan. 2. Cawan penguapan dimasukkan ke dalam dalam oven vakum. 3. Pengeringan dihentikan apabila berat padatan yang diperoleh konstan 4. Padatan yang diperoleh kemudian akan dianalisis kadar silikatnya. Analisis Kadar Abu Analisi kadar abu dilakukan untuk mengetahui kadar mineral dalam abu sekam padi. Prosedur analisis kadar abu adalah sebagai berikut : 1. Sekam padi ditimbang dengan berat 5 gr () dan dimasukan ke dalam cawan porselin 2. Sampel tersebut dimasukkan ke dalam furnace dengan variasi temperatur pembakaran 500 C dan 600 C 3. Abu yang dihasilkan kemudian ditimbang(y) 4. Adapun rumus penentuan kadar abu: Kadar abu = Analisis Kadar Silikat Percobaan ini bertujuan untuk mengetahui kandungan silika yang terbentuk pada produk natrium silikat. Prosedur kerja yang dilakukan sesuai dengan prosedur SNI (Standar Nasional Indonesia) sebagai berikut : 1. Timbang 1 gr natrium silikat kemudian ditambahkan 25 ml HCl (1 : 1) lalu didihkan selama ± 15 menit sampai larut. 2. Diencerkan dengan air bebas ion dan disaring dengan kertas saring 3. Endapan yang diperoleh dicuci dengan air bebas ion agar bebas dari klorida. 4. Endapan yang telah dicuci air bebas ion dimasukkan ke dalam cawan porselen. 5. Cawan platina/porselen kemudian dimasukkan dalam tanur/funace dan dipijarkan pada 1000 C selama 15 menit sehingga diperoleh abu. 6. Abu didinginkan dalam desikator dan ditimbang(w1). 7. Abu kemudian ditetesi dengan beberapa tetes HF dan 1 tetes H 2 SO Dipijarkan dalam tanur pada 1000 C selama 15 menit lalu didinginkan di desikator dan ditimbang (W2). Pengeringan Natrium Silikat Larutan natrium silikat dikeringkan dengan menggunakaan alat oven vakum dengan suhu 100

4 HASIL DAN PEMBAHASAN Perlakuan Awal Sekam padi yang diperoleh ini dibakar hingga menjadi abu dimana proses pembakarannya dilakukan di dalam furnace pada variasi temperatur 500 C dan 600 C. Pembakaran sekam padi hingga menjadi abu ini bertujuan untuk memperluas kontak atau kereaktifan antara silika dengan larutan natrium karbonat untuk memperoleh natrium silikat. Abu sekam padi yang digunakan pada penelitian ini ada 2 jenis yaitu abu yang didapat dari pembakaran sekam padi pada suhu 500 C dan 600 C. Penggunaan akan 2 jenis abu sekam padi sebagai sumber silika ini bertujuan untuk mengetahui adanya pengaruh suhu pembakaran sekam padi terhadap perolehan natrium silikat. Setelah didapatkan kedua jenis abu tersebut dilakukan analisis kadar abu dan diperoleh kadar abu pada suhu 500 C dan 600 C masing-masing sebesar 0,225% dan 0,2281%. Kadar abu tersebut menunjukkan kadar mineral yang terkandung di dalam sekam padi tersebut. Karena pada suhu pembakaran yang tinggi (diatas 500 C) zat organik yang terkandung di dalam sekam padi akan habis terbakar. Penelitian Pembuatan Natrium Silikat Reaktan yang digunakan di dalam proses ini adalah larutan natrium karbonat karena harganya yang lebih murah serta tingkat bahaya yang lebih rendah dibandingkan dengan reaktan yang biasa digunakan dalam membuat natrium silikat pada umumnya, yaitu NaOH. Proses pembuatan natrium silikat dilakukan di dalam reaktor tertutup yang dilengkapi dengan pengaduk dimana bertujuan untuk membuat campuran reaksi di dalam reaktor tersebut homogen sehingga proses reaksi dapat berjalan sempurna. Proses pengadukan dilakukan pada skala 1 dimana tidak terbentuk vorteks dan seluruh campuran telah teraduk sempurna. Selain itu reaktor tertutup bertekanan ini digunakan supaya suhu operasi dapat tercapai dimana tidak dapat dilakukan pada pemanasan di ruang terbuka biasa, yaitu 110 o C dan 130 o C. Suhu operasi yang digunakan lebih rendah daripada pembuatan natrium silikat dengan menggunakan pasir silika pada umumnya yang mencapai 200 o C karena bahan baku yang digunakan berupa abu yang memiliki kereaktifan dan luas permukaan kontak yang lebih besar daripada pasir silika. Untuk waktu reaksi, digunakan 20 menit karena kereakifan dari abu sekam padi yang tinggi sehingga tidak diperlukan waktu reaksi yang terlalu lama. [22] Dari variasi suhu ini akan digunakan untuk memperoleh suhu optimal dalam pembuatan natrium silikat dengan menggunakan bahan baku yang berupa abu sekam padi. Analisis Produk Perolehan natrium silikat berdasarkan variasi dari temperatur pembakaran sekam padi pada suhu 600 o C memberikan perolehan akan kadar silika yang lebih besar daripada abu yang didapat pada pembakaran sekam pada suhu 500 o C. Hal ini disebabkan karena pembakaran sekam padi pada suhu 600 o C akan menghasilkan abu dengan pembakaran yang lebih sempurna dimana abu tersebut akan mengandung lebih sedikit karbon dan zat pengotor lain nya. Analisis kadar silikat dilakukan karena natrium silikat tidak dapat diuji secara kuantitatif sehingga harus diuji secara kualitatif dengan cara menghitung kadar silikat dari [22] natrium silikat yang terbentuk. Dari hasil penelitian ini, karbon tidak dapat berfungsi sebagai katalis yang mendukung proses reaksi akan terbentuknya natrium silikat karena pada penelitian ini perolehan natrium silikat paling besar didapatkan dari reaksi antara abu sekam padi yang diperoleh pada suhu 600 o C dengan rasio pelarut 1:2 dan temperature pelarutan 130 o C. Jika dilihat dari kadar silikat yang dihasilkan, maka natrium silikat hasil dari penelitian ini dapat digunakan dalam industri karena natrium silikat yang digunakan dalam proses industri harus mengandung silikat diantara rentang 7,2-15%. Berikut ini adalah tabel dari perolehan silikat dari natrium silikat yang terbentuk: Tabel 3. Perolehan natrium silikat untuk pembakaran sekam padi dengan suhu 500 C Temperatur Rasio Kadar silika Yield (%) Pelarut (%) berat 110 o C 1:1 12,2 1,496 1:1,5 12,37 1,527 1:2 13,16 1, o C 1:1 12,34 1,576 1:1,5 12,6 1,791 1:2 13,22 1,987 Tabel 4. Perolehan natrium silikat untuk pembakaran sekam padi dengan suhu 600 C Temperatur Rasio Pelarut Kadar Silika (% Yield (%) berat) 110 o C 1:1 13,5 1,806 1:1,5 14,73 2,010 1:2 15,49 2, o C 1:1 15,43 2,223 1:1,5 15,87 2,413 1:2 16,82 2,753 KESIMPULAN 1. Sekam padi dapat digunakan sebagai sumber silika alternatif dalam dunia industri

5 2. Sekam padi yang dibakar pada temperatur yang lebih tinggi akan menghasilkan abu yang lebih baik saat digunakan dalam proses pembuatan natrium silika 3. Temperatur pelarutan yang lebih tinggi akan mempercepat proses pembentukan natrium silika 4. Rasio pelarut yang lebih besar akan menghasilkan natrium silika dengan kadar silika yang lebih besar DAFTAR PUSTAKA Balai Penelitian Pasca Panen Departemen Pertanian, 2001, Sekam Padi Sebagai Sumber Energi Alternatif dalam Rumah Tangga Petani. Umah, S., (2010), Kajian Penambahan Abu Sekam Padi dari Berbagai Suhu Pengabuan terhadap Plastisitas Kaolin, Universitas Islam Negeri, Yogyakarta. Jaya, A. T., (2002), Pengaruh Pencampuran Abu Sekam Padi dan Kapur Untuk Stabilisasi Tanah Ekspansif, Dimensi Teknik Sipil 4, pp Satya, Candra W.S., (2010), Sintesis Silika Gel dari Natrium Silikat Teknis sebagai Adsorben Ion Logam Berat Cr(Yi), S1 Thesis, Universitas Negeri Yogyakarta, Yogyakarta. Bakri, R. dkk, (2008), Kaolin Sebagai Sumber Sio2 untuk Pembuatan Katalis Ni/Sio2: Karakterisasi dan Uji Katalis pada Hidrogenasi Benzena Menjadi Sikloheksana, Makara 12, pp Fairus, S., dkk, (2009), Proses Pembuatan Waterglass dari Pasir Silika dengan Pelebur Natrium Hidroksida, Teknik Kimia Indonesia 8. Chakraverty, A. dkk, (1988), Investigation of Combustion of Raw and Acid-Leached Rice Husk for Production of Pure Amorphous White Silica, Materials Science, Vol. 23, pp Chandrasekhar, S. dkk, (2006), Effect of Calcination Temperature and Heating Rate on The Optical Properties and Reactivity of Rice Husk Ash, Materials Science, Vol. 41, pp Harsono, H., (2002), Pembuatan Silika Amorf dari Limbah Sekam Padi, Ilmu Dasar, Vol. 3, pp