BAB II TINJAUAN PUSTAKA. Bahan bakar minyak merupakan hasil dari proses destilasi minyak bumi (Crude

Transkripsi

1 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2. Bahan Bakar Minyak (BBM) Bahan bakar minyak (BBM) adalah suatu senyawa organik yang dibutuhkan dalam suatu pembakaran dengan tujuan untuk mendapatkan energi. Bahan bakar minyak merupakan hasil dari proses destilasi minyak bumi (Crude Oil) menjadi fraksi-fraksi yang diinginkan. Secara kimiawi, BBM merupakan senyawa hidrokarbon dan digolongkan menjadi beberapa golongan berdasarkan karakteristik dan sifatnya. Dalam perdagangan dikenal beberapa jenis BBM dengan perbedaan karateristiknya, yaitu solar, premium, pertamax, pertamax plus dan sebagainya. Dalam proses pembakaran, BBM menghasilkan gas buang yang masih mengandung unsur-unsur yang membahayakan kesehatan (Ma mun dkk., 200). Menurut Agency for Toxic Substances and Diesease Register (2007), bahan kimia berbahaya dan beracun yang terdapat di dalam kandungan minyak yaitu benzena, toluena, xilena, etilena, Total Petroleum Hydrocarbon (TPH), dan Polycyclic Aromatic Hydrocarbon (PAHs). Paparan benzena di lingkungan kerja berdampak sangat serius bagi kesehatan. Keberadaan benzena dalam produk migas dapat secara alami terdapat dalam produk tersebut sejak dari proses ekplorasi, maupun benzena yang timbul karena adanya proses pengolahan dan produksi. Berdasarkan SNI No tentang nilai ambang batas zat kimia di tempat kerja nilai maksimum yang diijinkan adalah 0 ppm. Depot distribusi BBM merupakan salah satu fasilitas untuk menyalurkan BBM ke masyarakat. Dengan kegiatan utama penerimaan, 6

2 penimbunan dan penyaluran BBM, pekerja depot distribusi BBM mempunyai tingkat risiko tinggi terhadap paparan benzena dari produk BBM yang dikelola (Puryoko, 200). 2.2 Adsorpsi Adsorpsi merupakan suatu proses penyerapan oleh adsorben terhadap zat tertentu yang terjadi pada permukaan adsorben karena adanya gaya tarik atom atau molekul pada permukaan tanpa meresap ke dalam (Atkins, 999). Adsorpsi dengan adsorben merupakan metode efisien dan banyak dikembangkan. Bahan yang digunakan untuk mengolah limbah diharapkan murah dan mudah diperoleh (Munawaroh, 202). Adsorben adalah zat padat yang dapat menyerap partikel fluida dalam suatu proses adsorpsi. Kebanyakan padatan dapat digunakan untuk mengadsorpsi gas dan cairan, tetapi hanya zat-zat tertentu yang memiliki selektivitas dan kapasitas yang memenuhi dan dapat digunakan sebagai adsorben yang komersial (Seader dkk., 20). Menurut Basuki dkk (2008), mekanisme penyerapan adalah sebagai berikut:. molekul adsorbat berpindah menuju lapisan terluar dari adsorben. 2. karbon aktif dalam kesatuan kelompok mempunyai luas permukaan pori yang besar sehingga dapat mengadakan penyerapan terhadap adsorbat. 3. sebagian adsorbat ada yang teradsorpsi dipermukaan luar, tetapi sebagian besar teradsorpsi di dalam pori-pori adsorben dengan cara difusi. 4. bila kapasitas adsorpsi masih sangat besar, sebagian besar molekul adsorbat akan teradsorpsi dan terikat di permukaan. Tetapi bila permukaan pori adsorben sudah jenuh dengan adsorbat maka akan terjadi dua kemungkinan, yaitu: 7

3 a. terbentuk lapisan adsorpsi kedua, ketiga dan seterusnya. b. tidak terbentuk lapisan adsorpsi kedua, ketiga dan seterusnya sehingga adsorbat yang belum teradsorpsi akan terus berdifusi keluar pori. Menurut Basuki dkk (2008), adsorpsi gas oleh zat padat ditandai oleh hal-hal sebagai berikut:. adsorpsi bersifat selektif, artinya suatu adsorben dapat menyerap suatu gas dalam jumlah besar, tetapi menyerap gas-gas lain dalam jumlah yang lebih kecil. 2. adsorpsi terjadi sangat cepat, yaitu kecepatan adsorpsinya semakin berkurang dengan semakin banyaknya gas yang diserap. 3. adsorpsi tergantung pada luas permukaan adsorben, semakin porus adsorben maka semakin besar daya adsorpsinya. 4. jumlah gas yang diadsorpsi persatuan berat adsorben tergantung pada tekanan parsial (partial presure) gas, maka semakin besar tekanan maka semakin banyak gas diserap Faktor-faktor yang Mempengaruhi Adsorpsi Menurut Khairunisa (2008), karbon aktif merupakan salah satu adsorben yang efektif digunakan dalam proses adsorpsi. Kemampuan adsorpsi dari karbon aktif disebabkan oleh beberapa faktor, yaitu:. Sifat fisika dari karbon aktif Sifat ini berhubungan dengan jumlah dan ukuran pori-pori yang dapat diisi oleh adsorbat. Setiap molekul akan mengisi pori-pori sesuai dengan ukurannya. 2. Sifat kimia karbon aktif Gugus pengaktif yang terdapat pada permukaan karbon aktif dapat berinteraksi secara kimiawi dengan molekul organik. Adanya gaya Van der 8

4 Waals yang terdapat pada permukaan karbon aktif dari adsorbat memungkinkan terjadinya proses adsorpsi. Sifat kimia dari gugus-gugus pengaktif yang terdapat pada karbon aktif dihasilkan pada saat dilakukan aktivasi. 3. Jenis adsorbat Adsorbat yang mudah berikatan dengan gugus-gugus pengaktif adalah adsorbat yang bersifat nonpolar. Oleh karena itu, molekul organik akan berikatan kuat dengan gugus-gugus pengaktif. Pada umumnya molekul organik yang mempunyai kelarutan kecil dalam air akan mudah untuk berikatan dengan gugus-gugus pengaktif. 4. Suhu Proses Adsorpsi akan bertambah besar apabila suhu semakin rendah, sebab pada keadaan tersebut umumnya kelarutan suatu molekul akan berkurang sehingga semakin banyak molekul yang teradsorpsi. 5. Waktu Waktu kontak antara karbon aktif dengan adsorbat sangat berpengaruh pada proses adsorpsi. Semakin lama waktu kontak antara karbon aktif dengan adsrobat maka, semakin banyak adsorbat yang mengisi pori-pori karbon aktif. 6. Luas permukaan karbon aktif Besar kecilnya permukaan karbon aktif sangat berpengaruh pada proses adsorpsi. Semakin besar luas permukaan karbon aktif maka, semakin banyak adsorbat yang akan diadsorpsi. 7. Konsentrasi adsorbat dan ukuran partikel dari karbon aktif Semakin besar konsentrasi dan ukuran partikel adsorbat maka pori-pori karbon aktif akan lebih cepat terjenuhkan. 9

5 2.2.2 Sifat Adsorpsi Arang Aktif Sifat arang aktif yang paling penting adalah daya serap. beberapa faktor yang mempengaruhi daya serap adsorpsi, yaitu (Sembiring dan Sinaga, 2003): a. Sifat adsorban Arang aktif yang merupakan adsorben adalah suatu padatan berpori yang sebagian besar terdiri dari unsur karbon bebas dan masing-masing berikatan secara kovalen. Dengan demikian, permukaan arang aktif bersifat non polar. Selain kompisisi dan polaritas, struktur pori juga merupakan faktor yang penting diperhatikan. Struktur pori berhubungan dengan luas permukaan, semakin kecil pori-pori arang aktif, mengakibatkan luas permukaan semakin besar. Dengan demikian kecepatan adsorpsi bertambah. Untuk meningkatkan kecepatan adsorpsi, dianjurkan agar menggunakan arang aktif yang telah dihaluskan. b. Sifat serapan Banyak senyawa yang dapat diadsorpsi oleh arang aktif, tetapi kemampuannya untuk mengadsorpsi berbeda untuk masing-masing senyawa. Adsorpsi akan bertambah besar sesuai dengan bertambahnya ukuran molekul serapan dari sturktur yang sama. Adsorsi juga dipengaruhi oleh gugus fungsi, posisi gugus fungsi, ikatan rangkap, dan struktur rantai dari senyawa serapan. c. Temperatur Dalam pemakaian arang aktif dianjurkan untuk menyelidiki. temperatur pada saat berlangsungnya proses karena tidak ada peraturan umum yang bisa diberikan mengenai temperatur yang digunakan dalam adsorpsi. Faktor yang mempengaruhi temperatur proses adsoprsi adalah viskositas dan stabilitas termal senyawa serapan. Jika pemanasan tidak mempengaruhi sifat-sifat senyawa serapan, seperti terjadi perubahan warna mau dekomposisi, maka perlakuan 0

6 dilakukan pada titik didihnya. Untuk senyawa volatil, adsorpsi dilakukan pada temperatur kamar atau bila memungkinkan pada temperatur yang lebih kecil. d. ph (Derajat keasaman) Adsorpsi akan meningkat bila ph diturunkan, yaitu dengan penambahan asam-asam mineral. Ini disebabkan karena kemampuan asam mineral untuk mengurangi ionisasi asam organik tersebut. Sebaliknya bila ph asam organik dinaikkan yaitu dengan menambahkan alkali, adsorpsi akan berkurang sebagai akibat terbentuknya garam. e. Waktu Bila arang aktif ditambahkan dalam suatu cairan, dibutuhkan waktu untuk mencapai kesetimbangan. Waktu yang dibutuhkan berbanding terbalik dengan jumlah arang yang digunakan. Selisih ditentukan oleh konsertasi arang aktif, pengadukan juga mempengaruhi waktu kontak. Pengadukan dimaksudkan untuk memberi kesempatan pada partikel arang aktif untuk bersinggungan dengan adsorbat. Untuk larutan yang mempunyai viskositas tinggi, dibutuhkan waktu kontak yang lebih lama Isotermal Adsorpsi Isotermal adsorpsi merupakan hubungan konsentrasi zat terlarut yang teradsorpsi pada padatan dengan konsentrasi larutan, pada suhu tetap. Persamaan isotrmal adsorpsi yang lazim digunakan ialah yang dikaji dan dikembangkan oleh Freundlich dan Langmuir (Puspitasari, 2006). Isotermal Freundlich bergantung pada asumsi energi permukaan yang heterogen, dimana energi dalam persamaan Langmuir bervariasi sebagai fungsi dari cakupan permukaan. pada proses adsorpsi zat terlarut oleh permukaan

7 padatan digunakan isotermal Freundlich yang diturunkan secara empiris dengan bentuk persamaan (Atkins, 994): qe = kcn () Apabila dilogaritmakan akan menjadi persamaan 2. log qe = log k+ n log Ce (2) atau: log qe = log k+ Dimana q n log We (3) adalah jumlah adsorbat yang teradsorpsi persatuan bobot adsorben (mg/g), Ce adalah konsentrasi keseimbangan adsorbat dalam larutan setelah adsorpsi (mg/l), We merupakan massa adsorben setelah adsorpsi (mg), k dan n merupakan konstanta yang menggabungkan seluruh faktor yang mempengaruhi proses adsorpsi seperti kapasitas dan intensitas adsorpsi. Isotermal Langmuir didasarkan pada asumsi bahwa adsorpsi maksimum bersesuaian dengan lapisan tunggal molekul adsorbat yang diadsorpsi ada permukaan adsorben, dimana energi adsorpsi konstan dan tidak terjadi perpindahan adsorbat pada bidang permukaan. Bentuk linear dari persamaan isotermal Langmuir ditunjukkan pada persamaan 3 (Periasamy dan Namasivayam, 995): Ce qe = Qo + b Qo Ce (4) Dimana Ce adalah konsentrasi kesetimbangan (mg/l), qe adalah jumlah zat yang diadsorpsi per gram adsorben (mg/g), Qo dan b adalah konstanta Langmuir yang berturut-turut menyatakan kapasitas adsorpsi dan energi adsorpsi. 2

8 Adsorbat bukan dalam hanya bentuk larutan namun juga dapat dalam bentuk gas dan kualitas yang terserap dinyatakan dengan mol, berat, volume gas pada keadaan STP per gram sampel, sehingga dapat dirumuskan: We qe = Qo b + Qo We (5) Dimana We merupakan massa adsorben setelah adsorpsi (mg). 2.3 Karbon Aktif Karbon Aktif merupakan senyawa karbon amorf, yang dapat dihasilkan dari bahan-bahan yang mengandung karbon atau dari arang yamg diperlakukan secara khusus untuk mendapatkam permukaan yang lebih luas. Karbon akrif adalah karbon yang mengalami proses pengaktifan dengan menggunakan bahan pengaktif sehingga pori-porinya terbuka, luas permukaan karbon menjadi lebih besar, dan kapasitas adsorpsinya menjadi lebih tinggi. Karbon aktif merupakan adsorben dengan permukaan lapisan yang luas dengan bentuk butiran (granular) atau serbuk (powder) (Syauqiah dkk., 20). Kualitas karbon aktif dapat dinilai berdasarkan persyaratan (SNI) pada Tabel (Laos dkk., 206). Tabel. Standar kulitas karbon aktif Persyaratan kualitas Uraian Butiran Serbuk Kadar air % Maksimal 4,5 Maksimal 5 Kadar abu % Maksimal 2,5 Maksimal 0 Daya serap terhadap yodium (mg/g) Minimal 750 Minimal 750 Menurut Austin (996), karbon aktif adalah karbon amorf yang telah mendapat perlakuan dengan uap dan panas sampai mempunyai afinitas yang kuat sekali untuk menyerap berbagai bahan. Karbon aktif dapat dihasilkan dari 3

9 bahan-bahan organik yang mengandung karbon atau dari arang yang telah mendapatkan perlakuan khusus agar permukaannya menjadi luas. Gambar. Struktur karbon amorf (Tanaka dkk., 997) Luas permukaan, dimensi, dan distribusi karbon aktif bergantung pada bahan baku, pengarangan, dan proses aktivasi. Berdasarkan ukuran porinya, ukuran pori karbon aktif diklasifikasikan menjadi 3, yaitu mikropori (diameter <2 nm), mesopori (diameter 2-50 nm), dan makropori (diameter >50 nm) (Cal, 995). Gambar 2. Struktur pori karbon aktif granular (a) dan fibrous (b) (Manocha, 2003) Menurut Setyaningsih (995) dalam Puspitasari (2006), membedakan karbon aktif menjadi 2 berdasarkan fungsinya, yaitu karbon adsorben gas (gas adsorbent carbon) dan karbon fasa cair (liquid-phase carbon). Karbon adsorben gas digunakan untuk mengadsorpsi kotoran berupa gas. Pori-pori yang terdapat pada karbon aktif jenis ini tergolong mikropori yang menyebabkan molekul gas akan mampu melewatinya, tetapi molekul dari cairan tidak bisa melewatinya. Sedangkan karbon fasa cair digunakan untuk mengadsorpai kotoran atau zat yang tidak diinginkan dari cairan atau larutan. 4

10 Secara umum, pembuatan karbon aktif terdiri atas tiga tahap yaitu tahap dehidrasi, karbonisasi, dan aktivasi (Ramdja dkk., 2008).. Dehidrasi Dehidrasi adalah proses penghilangan air pada bahan baku karbon aktif melalui pemanasan hingga temperatur 0 C. 2. Karbonisasi Karbonisasi merupakan proses pembakaran bahan baku menggunakan udara terbatas pada suhu antara oc sesuai dengan tingkat kekerasan bahan baku yang digunakan. Proses ini menyebabkan terjadinya penguraian senyawa organik yang menyusun struktur bahan membentuk metanol, uap asam asetat, tar, dan hidrokarbon. Proses karbonisasi ini menghasilkan karbon dalam bentuk arang dengan permukaan spesifik yang sempit. 3. Aktivasi Proses aktivasi material karbon dibagi menjadi 2 yaitu aktivasi fisika dan aktivasi kimia. a. Aktivasi Fisika Pada proses aktifasi fisika, biasanya karbon dipanaskan di dalam tanur pada temperatur C. Beberapa bahan baku lebih mudah untuk diaktivasi jika diklorinasi terlebih dahulu. Selanjutnya dikarbonisasi untuk menghilangkan hidrokarbon yang terklorinasi dan akhimya diaktivasi dengan uap. b. Aktivasi Kimia Proses aktivasi kimia, karbon hasil karbonisasi diaktivasi menggunakan bahan-bahan kimia atau reagen pengaktif. Bahan kimia yang digunakan dapat berupa asam, basa, atau garam misalnya CaCl2, Ca(OH)2, NaCl, MgCl2, HNO3, HCl, Ca3(PO4)2, H3PO4, ZnCl2, dan sebagainya. Zat-zat ini mengaktivasi karbon 5

11 dengan cara masuk diantara plat heksagon dari kristalit dan memisahkan permukaan yang mula-mula tertutup. Dengan demikian, saat pemanasan dilakukan, senyawa kontaminan yang berada dalam pori menjadi lebih mudah terlepas. Hal ini menyebabkan luas permukaan yang aktif bertambah besar dan meningkatkan kemampuan adsorpsi karbon aktif. 2.4 Tempurung Kemiri (Aleurites moluccana L) sebagai Sumber Karbon Aktif Tumbuhan kemiri hidup di daerah tropis dan subtropis sehingga dapat ditanam di daerah dataran rendah maupun dataran tinggi, baik di tanah yang subur maupun tanah yang kurang subur. Selama ini tanaman kemiri sebagian besar diambil bijinya saja, kayunya untuk perkakas rumah tangga, sedangkan air dan kulit serta daun mudanya bila diolah lebih lanjut bisa untuk obat-obatan (Laos dkk., 206). Tempurung kemiri merupakan bahan baku yang baik untuk pembuatan karbon sedangkan ampas sisa pembuatan minyak kemiri dapat dimanfaatkan sebagai pupuk dan pakan ternak (Halimah, 206). Gambar 3. Tempurung Kemiri Kemiri tumbuh secara alami di hutan campuran dan hutan jati pada ketinggian m di atas permukaan laut serta ketinggian tanaman dapat mencapai 40 m. Tanaman kemiri tidak begitu banyak menuntut persyaratan 6

12 tumbuh, sebab dapat tumbuh di tanah-tanah kapur, tanah berpasir dan jenis tanah-tanah lainnya. Tanaman kemiri sekarang sudah tersebar luas di daerah-daerah tropis. Tinggi tanaman ini mencapai sekitar 5-25 meter. Daunnya berwarna hijau pucat. Kacangnya memiliki diameter sekitar 4 6 cm. Biji yang terdapat di dalamnya memiliki lapisan pelindung yang sangat keras dan mengandung minyak yang cukup banyak, yang memungkinkan untuk digunakan sebagai lilin (Arlene dkk., 200). Pada Tabel 2 diketahui bahwa tempurung kemiri mengandung holoselulosa 49,22%. Kadar holoselulosa tempurung kemiri ini lebih rendah daripada holoselulosa kayu yang besarnya antara 65-75%. Pada penetapan yang dilakukan dengan cara gravitasi didapatkan kadar pentosa tempurung kemiri sebesar 4,55%. Lignin merupakan komponen kimia dalam bagian tumbuhan yang selalu bergabung dengan selulosa dan bukan merupakan karbohidrat, melainkan didominasi oleh gugus aromatis berupa fenilpropana. Kandungan lignin dalam tempurung kemiri sebesar 54,68% (Lempeng dkk., 20) Tabel 2. Komposisi kimia tempurung kemiri (Lempeng dkk., 20) Komponen Kadar (%) Holoselulosa 49,22 Pentosa 4,55 Lignin 54,46 Ekstraktif: Kelarutan dalam air dingin Kelarutan dalam air panas Kelarutan dalam alkohol-benzena :2,96 6,8 2,69 Kelarutan dalam NaOH % Abu 7,4 8,73 7

13 2.5 Benzena Benzena adalah senyawa hidrokarbon aromatik. Dalam suhu ruangan, benzena adalah cairan tidak berwarna, mudah menguap dengan bau aromatik yang khas, sedikit larut dalam air tetapi sangat mudah larut dengan pelarut organik. Benzena mendidih pada suhu 80,oC dan sangat mudah terbakar serta dapat menyebar ke sumber api. Uapnya sangat mudah meledak, memiliki titik leleh 5,5oC dan spontan terbakar pada suhu 498oC (Agency for Toxic Substances and Diesease Register, 2007). Struktur benzena dapat dilihat pada Gambar 4. Gambar 4. Senyawa Benzena (Pudyoko, 200) Adapun sifat fisik dan kimia dari benzena dapat dilihat pada Table 3. Tabel 3. Sifat fisik dan kimia benzena (MSDS, 2005) Sifat Fisik dan Kimia Informasi Rumus kimia C6H6 Berat molekul 78, gr/mol Titik nyala -,oc Titik leleh 5,5oC Titik didih 80,oC Berat jenis pada suhu 5oC Kelarutan dalam air pada 25oC Larut dalam pelarut 0,8787 gr/ml 0,88% (w/w) atau,8 gr/l Alkohol, kloroform, eter, karbon sulfide, aseton, minyak, karbon tetraklorida, asam asetat glasial 8