JURNAL APLIKASI FISIKA VOLUME 12 NOMOR 1 PEBRUARI 2016 Analisis Komponen Kimia pada Liquid Volatile Matter Kulit Biji Mete Menggunakan Metode Gas Chromatography M. Jahiding, I. Kurniasih, W. S. Ilmawati 1) Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Halu Oleo, Kendari, Sulawesi Tenggara, 93231 E-mail : jahidding1967@yahoo.com ABSTRACT The purpose of this study was to determine the effect of temperature pyrolysis to chemical component Liquid Volatile Matter (LVM) cashew nut shell. Cashew nut shell is dried, then pyrolysed in the reactor at the temperature of each 400 o C, 500 o C, 600 o C, and 700 C. Pyrolysed cashew nut shell produces smoke condensed known as Liquid Volatile Matter. LVM volume of cashew nut shell is measured using a measuring cup and the building blocks of LVM characterized using Gas Chromatography (GC). At any temperature pyrolysis, the volume of cashew nut shell LVM is different, each 100 ml, 150 ml, 150 ml and 125 ml. Similarly, the type of compound and the percentage vary at any temperature pyrolysis. LVM cashew nut shell composed of ammonia, hydrazine, hexane, acetic acid, and phenol. Keywords: cashew nut shell, pyrolysis, Liquid Volatile Matter, Gas chromatography 1. Pendahuluan Pemanfaatan limbah organik sebagai bahan padat alternatif briket dapat mengurangi ketergantungan pada Bahan Bakar Minyak (BBM), sehingga perkembangan teknologi penanganan dan pemanfaatan limbah-limbah organik akan sejalan dengan upaya pengendalian pencemaran lingkungan dan pemenuhan kebutuhan energi di industri dan masyarakat. Limbah organik yang telah dimanfaatkan antara lain kulit biji mete, sekam padi, kulit kakao, dan lain-lain. Limbah organik tersebut diolah menjadi briket, kemudian dipadukan dengan batubara yang disebut briket hybrid. Pada proses pembuatan briket hybrid batubara dan arang kulit biji jambu mete, arang sekam padi, maupun arang kulit kakao, dilakukan inovasi dengan menambahkan bahan perekat. Salah satu metode pengolahan limbah organik adalah pirolisis. Pirolisis limbah organik akan menghasilkan arang, tar, dan asap cair/liquid Volatile Matter (LVM). Komposisi kimia limbah organik yang terdiri dari selulosa, hemiselulosa, dan lignin ketika dipirolisis akan mengalami dekomposisi. LVM dimanfaatkan sebagai bahan pengawet, antioksidan, perekat bata dan pestisida, namun belum pernah dimanfaatkan sebagai perekat briket hybrid. Oleh karena itu, LVM akan 1
JAF Vol 12 No. 1 (2016) 1-6 dilihat potensinya sebagai perekat briket hybrid berdasarkan komposisi senyawa yang terkandung dalam LVM. 2. Tinjauan Pustaka A. Pirolisis Pirolisis adalah proses pemanasan suatu bahan keras tanpa adanya oksigen sehingga terjadi penguraian komponen kimianya [1]. Pirolisis merupakan salah satu metode yang menarik untuk mendaur ulang limbah yang akhir-akhir ini menjadi pokok pembicaraan dalam upaya penanganan limbah organik [2]. Pirolisis material organik seperti biomassa pada suhu tinggi terdekomposisi menjadi karbon, abu, dan volatile matter/zat terbang/asap [3]. Pada saat pirolisis, energi panas mendorong terjadinya oksidasi sehingga molekul karbon yang kompleks terurai, sebagian besar menjadi karbon atau arang yang merupakan proses penguraian yang tidak teratur dari bahan-bahan organik. Hal tersebut mengandung pengertian bahwa apabila kulit mete dipanaskan tanpa berhubungan dengan udara dan diberi suhu yang cukup tinggi maka akan terjadi rangkaian reaksi penguraian dari senyawa-senyawa kompleks yang menyusun kulit mete. Dalam teknologi energi biomassa, proses pirolisis merupakan degradasi temperatur bahan bakar padat dalam bentuk pembakaran dan gasifikasi [4]. Pirolisis bahan kayu keras akan mengalami peruraian secara bertahap yaitu hemiselulosa terdekomposisi dari suhu 200 o C-250 o C, selulosa terdekomposisi pada suhu 240 o C 350 o C, dan lignin pada suhu 300 o C- 450 o C. Secara umum pirolisis hemiselulosa akan menghasilkan fulfural, furan dan turunannya. Lignin terdekomposisi menjadi fenol dan eter fenolik serta turunannya. Sedangkan selulosa akan terdekomposisi menghasilkan alkohol, asam asetat dan senyawa karbonil [5]. B. Liquid Volatile Matter Liquid Volatile Matter (LVM) atau asap cair merupakan suatu hasil kondensasi atau pengembunan dari uap hasil pembakaran tidak sempurna dalam tabung tertutup dari bahan-bahan yang banyak mengandung lignin, selulosa, hemiselulosa, serta senyawa karbon lainnya. Sebelum dilakukan penyaringan dan pengendapan, LVM yang dihasilkan dari proses pirolisis berwarna hitam pekat, namun setelah disaring dan diendapkan, LVM akan lebih jernih dan cenderung berwarna coklat. Komposisi LVM juga bergantung pada bahan baku yang meliputi jenis, kadar air, ukuran partikel bahan, suhu pembakaran, kecukupan oksigen dan tahapan proses. Peran faktor suhu pada pembuatan LVM paling menentukan kualitas asap yang dihasilkan [6]. A. Gas Chromatography Gas Chromatography (GC) adalah salah satu teknik pemisahan komponenkomponen dalam campuran di antara fase diam (kolom) dan fase gerak (gas). Dalam beberapa situasi, GC dapat membantu dalam mengidentifikasi sebuah senyawa kompleks. GC juga mirip dengan pecahan penyulingan, karena kedua proses memisahkan komponen dari campuran terutama berdasarkan perbedaan titik didih atau tekanan uap [7]. Senyawa kimia yang paling banyak teridentifikasi pada LVM melalui proses analisis GC yaitu senyawa golongan fenol, karbonil, asam-asam karboksilat, furan, hidrokarbon, alkohol, dan lakton. Komposisi asap telah diteliti oleh Petter dan Lane pada tahun 1940, di mana pada asap kayu ditemukan hampir 1000 senyawa kimia. Beberapa senyawa yang telah diidentifikasi, yaitu fenolik 85 macam, karbonil 45 macam, asam 35 macam, furan 11 macam, alkohol dan ester 15 macam, lakton 13 macam, dan hidrokarbon alifatik 21 macam [8]. 2
Analisis Komponen Kimia..(M. Jahiding, dkk) 3. Metode Penelitian A. Alat dan Bahan Material yang digunakan yaitu limbah kulit biji mete. Alat yang digunakan untuk menghasilkan LVM yaitu pirolisis, dan LVM dianalisis menggunakan metode GC. B. Preparasi Bahan Preparasi bahan pada penelitian ini yaitu kulit biji mete dikeringkan di bawah sinar matahari selama 1-2 minggu. C. Proses Pirolisis Proses pirolisis dilakukan dengan langkah-langkah sebagai berikut : 1). Kulit biji mete ditimbang sebanyak 0,5 kg, 2). Kulit biji mete dimasukkan ke dalam reaktor pirolisis, 3). Pirolisis dihubungkan ke thermocouple digital, 4). Variasi suhu pada 400 o C, 500 o C, 600 o C dan 700 o C selama 30 menit, 5). Asap terkondensasi dalam kondensor dan menghasilkan Liquid Volatile Matter (LVM), 6). LVM dianalisis menggunakan GC. D. Analisis Komponen Kimia menggunakan GC Analisis LVM kulit biji mete dilakukan di laboratorium Forensik Makassar, dengan spesifikasi : Merk : Gilent, tipe MSD Chemstation 1431 Ms. 5975, jenis kolom : Frontier Alloy 5 Ultra UA-5, suhu kolom : 450 o C, diameter kolom 30m x 250μm x 0.25 μm, suhu oven : 160 o C/menit, suhu injeksi 250 o C, gas pembawa: Helium (He), dan laju alir : 150 L/menit. 4. Hasil dan Pembahasan LVM kulit biji mete yang dihasilkan dari proses pirolisis pada suhu 400 o C, 500 o C, 600 o C dan 700 o C selanjutnya dianalisis menggunakan GC. Analisis GC bertujuan untuk mengetahui komponen kimia yang terkandung dalam LVM kulit biji mete. Hasil analisis GC LVM kulit mete pada suhu pirolisis 400 o C, 500 o C, 600 o C dan 700 o C masing-masing dapat dilihat pada Tabel 1. Berdasarkan chemstation data system, puncak-puncak pada LVM kulit biji mete suhu 400 o C pada waktu retensi 1,88-18,46 menit teridentifikasi sebanyak 16 senyawa, LVM kulit biji mete suhu 500 o C pada waktu retensi 1,88-16,50 menit teridentifikasi sebanyak 10 senyawa, LVM kulit biji mete suhu 600 o C pada waktu retensi 1,88-17,17 menit teridentifikasi sebanyak 6 senyawa, dan LVM kulit biji mete suhu 700 o C pada waktu retensi 1,89-17,16 menit teridentifikasi sebanyak 8 senyawa. Berdasarkan hasil analisis GC keempat suhu pirolisis, senyawa yang paling dominan adalah senyawa amonia, hydrazine, heksan, asam asetat, dan fenol. 3
JAF Vol 12 No. 1 (2016) 1-6 A b u n d a n c e 0 1. 8 8 T I C : S A M P E L - 9. D 2. 7 2 2. 8 9 2. 12 4. 6 5 3. 5 0 1 8. 4 6 8. 9 6 1 3. 2 1 5. 0 57 1 7. 2 0 1 4. 01 3 41. 59. 26 3 41 1 7. 0 1 T i m e - - > Gambar 1. Kromatogram LVM hasil pirolsis kulit biji mete suhu 400 o C A b u n d a n c e 1. 8 9 T I C : S A M P E L - 1 0. D 2. 7 3 1. 9 2 2. 8 8 2. 739. 5 0 2. 1 5 1 3. 1 1 1 4. 9 6 1 6. 5 0 T im e - - > Gambar 2. Kromatogram LVM hasil pirolisis kulit biji mete suhu 500 o C A b u n d a n c e 1 2. 7 2 T I C : S A M P E L - 1 1. D 1 0 1. 8 7 2. 8 1 2. 8 7 3. 4 8 1 3. 1 1 1 4. 9 6 1 7. 1 6 T i m e - - > Gambar 3. Kromatogram LVM hasil pirolisis kulit biji mete suhu 600 o C 4
Analisis Komponen Kimia..(M. Jahiding, dkk) A b u n d a n c e 1. 8 9 T I C : S A M P E L - 1 2. D 2. 7 3 2. 8 9 3. 5 0 2. 8 4 2. 1 4 1 3. 1 1 1 4. 9 6 1 7. 1 6 T im e - - > Gambar 4. Kromatogram LVM hasil pirolisis kulit biji mete suhu 700 o C Tabel 1. Komponen Kimia pada LVM Kulit Biji Mete Hasil Pirolisis Suhu 400 o C, 500 o C, 600 o C dan 700 o C. Komponen Kimia Kandungan (%) 400 500 600 700 Amonia 45.42 35.85 36.13 46.04 Hydrazine 10.65 2-propanon, aseton (keton) 0.79 1.39 1.72 Asam Asetat 18.82 11.52 15.02 9.22 Heksan 12.92 18.64 36.03 21.93 2-Propanon, Hidroksi aseton (Keton) 4.48 6.81 5.29 6.2 Furfural, 2-Furan Karboxaldehid 1.55 Fenol 1.68 2.64 1.89 1.86 1,2-Siklopentanedion 0.83 Fenol, 3 metil fenol 0.85 4.03 3.21 3.17 2-piran 1.71 3,4-Asam metoksi benzoik 1.93 Fenol, mequinol 0.93 2-metil amino 1.45 Fenol, 4-etil fenol 0.36 Fenol, 2-etoksi fenol 1.3 2,3-Dihidro benzofuran 3 1.93 Fenol, 2,6-dimetoksi fenol (Siringol) 1.16 Fenol, Hidrokinon 4.19 5
JAF Vol 12 No. 1 (2016) 1-6 5. Kesimpulan Perubahan suhu pirolisis menyebabkan perubahan jenis komponen kimia dan persentase LVM kulit biji mete. Kromatogram LVM hasil pirolisis kulit biji mete menunjukkan senyawa yang dominan yaitu senyawa amonia, hydrazine, heksan, asam asetat, dan fenol. Ucapan Terima Kasih Kami ucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu penelitian ini. Referensi [1] Fisher, T.M., Hajaligol, B., and Waymack, D. Kellog, 2002, Journal of Analytical and Applied Pyrolysis 62 (2002) 331 349. [2] Cunliffe A.M., and Williams, P.T., 1998, Composition of Oils Derived From the Batch Pyrolysis of Tires. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis 44 (3), 131-152. [3] Boateng, A.C., Mullen, Goldberg, and Hicks, 2008, Production of Bio-Oil From Alfalfa Stems by Fluidized-Bed Fast Pyrolysis. Ind. Eng. Chem. Res. 47:4115-4122. [4] Tsamba, Alberto. J., 2005, Pyrolysis Characteristics and Global Kinetics of Coconut and Cashew Nut Shells, Royal Institute of Technology, School of Industrial Engineering and Management, Department of Materials Science and Engineering, Division of Energy and Furnace Technology; Brinellvägen 23, SE-100 44, Stockholm Sweden. [5] Girrard, 1992, Kimia Polimer. Alih Bahasa : Iis Sopyan, 45-46, PT. Pradnya Paramita Jakarta, Dalam Skripsi S1, Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknologi Industri Universitas Pembangunan Nasional Veteran Jawa Timur, Surabaya. [6] Kurniati, dan Rahmawati, 2007. Pembuatan Asap Cair dan Pemurnian. Laporan Penelitian, Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sriwijaya. Palembang. [7] Fowlis, Ian, A.,1998, Gas Chromatography Analytical Chemistry by Open Learning, John Wiley & Sons Ltd, Chichester. [8] Haji, Abdul.G., 2007, Komponen Kimia Asap Cair Hasil Pirolisis Limbah Padat Kelapa Sawit, Jurnal Rekayasa Kimia dan Lingkungan Vol. 9, No. 3, hal. 109 116, Program Studi Kimia FKIP Universitas Syiah Kuala Darussalam, Banda Aceh. 6