Saran - Modification of Natural Zeolite into Molecular Sieve Material and Its Application in Bi

Beberapa saran yang dapat digunakan untuk kelanjutan proses dari penelitian ini antara lain :

1. Kondisi proses dehidrasi bioetanol skala laboratorium perlu diatur dengan baik sehingga dapat digunakan secara optimal.

2. Perlu dicari metode modifikasi zeolit alam yang lebih baik, sehingga produk yang dihasilkan lebih mendekati bahkan sama seperti molecular sieve 3A. Zeolit alam hasil modifikasi (ZAM) diharapkan dapat diaplikasikan dengan baik pada proses dehidrasi bioetanol dan dalam bidang-bidang lain tanpa harus mengimpor dari luar.

3. Zeolit yang dihasilkan mungkin tidak cocok untuk pemisahan campuran bioetanol-air, sehingga perlu diuji untuk memisahkan molekul-molekul lain yang ukurannya lebih besar dari etanol maupun air.

Al-Asheh S, Banat F, Al-Lagtah N. 2004. Separation of Ethanol-Water Mixtures Using Molecular Sieves and Biobased Adsorbents. Chem Eng Res Des 82 : 855-864.

[Anonim]. 1864. Mordenite Mineral Data. http://webmineral.com/data/ Mordenite.shtml. [11 Juli 2011].

[Anonim]. 1923. Clinoptilolite-K Mineral Data. http://webmineral.com/data/ Clinoptilolite-K.shtml. [11 Juli 2011].

[Anonim]. 1969. Clinoptilolite-Na Mineral Data. http://webmineral.com/data/ Clinoptilolite-Na.shtml. [11 Juli 2011].

[Anonim]. 2002. Ethanol : Useful information and resources. http://www.ethanolindia.net/molecular_sieves.html. [30 Maret 2009].

[Anonim]. 2006. Molecular Sieve. http://www.molecularsieve.org. [30 Maret 2009].

Atkins PW. 1999. Kimia Fisika. Ed ke-4. Kartohadiprodjo II, penerjemah; Indarto PW, editor. Jakarta : Erlangga. Terjemahan dari : Physical Chemistry. Austin GT. 1984. Shreve’s Chemical Process Industries. Ed ke-5. New York:

McGraw-Hill.

Bedard RL. 2010. Synthesis of Zeolites and Manufacture of Zeolitic Catalysts and Adsorbents. Di dalam : Kulprathipanja S, editor. Zeolites in Industrial Separation and Catalysis. Weinheim : J Wiley. hlm 61-84.

Broach RW. 2010. Zeolite Types and Structures. Di dalam : Kulprathipanja S, editor. Zeolites in Industrial Separation and Catalysis. Weinheim : J Wiley. hlm 27-60.

Brundle CR, Evans CA, Wilson S, editor. 1992. Encyclopedia of Materials Characterization. USA : Butterworth-Heinemann.

Byrappa K, Yoshimura M. 2001. Handbook of Hydrothermal Technology : A technology for crystal growth and materials processing. New York : William Andrew.

Carmo MJ, Gubulin JC. 1997. Ethanol-Water Adsorption on Commercial 3A Zeolite : kinetic and thermodynamic data. Braz J Chem Eng 14(3). [terhubung berkala]. [ 28 Maret 2009].

Chiaramonti D. 2007. Bioethanol: role and production technologies. Di dalam : Ranalli P, editor. Improvement of Crop Plants for Industrial End Uses. Netherlands : Springer. hlm 209-251.

Clark J. 2005. Non-ideal Mixtures of Liquids.

http://www.chemguide.co.uk/physical/phaseeqia/nonideal.html. [25 Juli 2011].

Clark J. 2007. Pembuatan Alkohol dalam Skala Produksi. http://www.chem-is- try.org. [07 Juli 2011].

Condon JB. 2006. Surface Area and Porosity Determinations by Physisorption : measurements and theory. Amsterdam : Elsevier.

Cotton FA, Wilkinson G. 1989. Kimia Anorganik Dasar. Suharto S, penerjemah. Jakarta : UI-Pr. Terjemahan dari :Basic Inorganic Chemistry.

[Depdiknas] Departemen Pendidikan Nasional. 2005. Kamus Besar Bahasa Indonesia. Ed ke-3. Jakarta : Balai Pustaka.

Díaz JC, Gil-Chávez ID, Giraldo L, Moreno-Piraján JC. 2010. Separation of Ethanol-Water Mixture Using Type-A Zeolite Molecular Sieve. E J Chem 7 : 483-495.

Earle RL, Earle MD. 1983. Unit Operation in Food Processing. The Web Ed. Published by NZIFST. http://www.nzifst.org.nz/unitoperations/.

[EM] Era Media. 2008. Kamus Pintar Kimia. Bandung : Era Media.

Flanigen EM. 1980. Molecular Sieve Zeolite Technology-The First Twenty-Five Years. Plenary Paper-Technology. Pure Appl Chem 52 : 2191-2211. Great Britain : Pergamon Pr.

Flanigen EM. 1991. Zeolite and Molecular Sieves an Historical Perspective. New York : Elsevier Science.

Gubta RB, Demirbas A. 2010. Gasolin, Diesel, and Ethanol Biofuels from Grasses and Plants. Cambridge : Cambridge Univ Pr.

Hart H. 2004. Kimia Organik : Suatu kuliah singkat. Ed ke-6. Achmadi SS, penerjemah. Jakarta : Erlangga. Terjemahan dari Organic Chemistry : A short course.

He BB. 2009. Two-Dimensional X-Ray Diffraction. New Jersey : J Wiley.

Igbokwe PK, Okolomike RO, Nwokolo SO. 2008. Zeolite for Drying of Ethanol- Water and Methanol-Water Systems from Nigerian Clay Resource. J Univ Chem Technol Met 43 : 109-112.

[IUPAC] International of Pure and Applied Chemistry. 1985. Reporting Physisorption Data for Gas/Solid Systems with Special Reference to The Determination of Surface Area and Porosity. Pure Appl. Chem. 57 : 603- 619. www.iupac.org/publications/pac/57/4/0603/pdf/. [ 22 September 2009].

[IUPAC] International of Pure and Applied Chemistry. 1997. IUPAC Compendium of Chemical Terminology. Ed ke-2. http://www.iupac.org/goldbook.pdf. [ 15 Juni 2009].

Ivanova E, Damgaliev D, Kostova M. 2009. Adsorption Separation of Ethanol- Water Liquid Mixtures by Natural Clinoptilolite. J Univ Chem Technol Met 44 : 267-274.

Kohl S. 2004. Ethanol 101-7 : Dehidration. Ethanol Today. Maret 2004. http://www.ovsclub.com.vn/datapic/File/Ethanol_Dehydration.pdf. [13 Februari 2009].

Kurniawan Y, Susmiadi A, Toharisman A. 2005. Potensi Pengembangan Industri Gula Sebagai Penghasil Energi di Indonesia. http://p3gi.net/images/opini/Bioenergi.pdf.

Kuznicki SM, Langner TW, Curran JS, Bell VA, penemu; Engelhard Corporation. 2 Jul 2002. Method of forming high aluminum aluminosilicate zeolites. US Patent 6 413 492 B1.

Leonard JJ, penemu; Atlantic Richfield Company. 27 Jan 1981. Preparation of zeolite A by hydrothermal treatment of clinoptilolite. US Patent 4 247 524. Ling LK, Ghazali M, Sadikin AN. 2008. Pervaporation of Ethanol-Water Mixture

Using PVA Zeolite-Clay Membranes. J Technol 49 : 167-177.

Mortimer M, Taylor P. 2002. Chemical kinetics and mechanism. Cambridge : RSC.

Mumpton FA. 1999. La roca magica : Uses of natural zeolite in agriculture and industry. Proc Natl Acad Sci 96 : 3463-3470.

Narayana M, Murray BD, penemu; Shell Oil Company. 2 Jun 1992. Process for realuminating zeolites. US Patent 5 118 484.

Nimmo JR. 2004. Porosity and Pore Size Distribution. Di dalam : Hillel D, editor. Encyclopedia of Soils in The Environment. New York : Academic Pr. hlm 295-303.

Nurdyastuti I. 2005. Teknologi Proses Produksi Bio-Ethanol. Prospek pengembangan biofuel sebagai substitusi bahan bakar minyak.

www.geocities.com/markal_bppt/publish/biofbbm/biindy.pdf. [13 Agustus 2008].

Onuki S. 2006. Bioethanol : Industrial production process and recent studies. www.public.iastate.edu/~tge/courses/ce521/sonuki.pdf. [ 13 Februari 2009]. Oudejans JC. 1984. Zeolite Catalyst in Some Organic Reaction. Chem. Res.

Holland.

Ozin GA, Arsenault AC. 2005. Nanochemistry : A chemical approach to nanomaterials. Cambridge : RSC.

Pfenninger A. 1999. Manufacture and use of zeolites for adsorption processes. Di dalam : Karge HG, Weitkamp J, editor. Molecular Sieve - Science and Technology. Volume ke-2, Structures and Structure Determination. Berlin Heidelberg : Springer. hlm 163-198.

Plee D, penemu; Ceca Company. 21 Jul 1992. Zeolite granules with zeolitic binder. US Patent 5 132 260.

Polat E, Karaca M, Demir H, Onus AN. 2004. Use of Natural Zeolite (Clinoptilolite) in Agriculture. J Fruit Ornmtl Plant Res 12 : Ed khusus.

Pruksathorn P, Vitidsant T. 2009. Production of Pure Ethanol from Azeotropic Solution by Pressure Swing Adsorption. Am J Eng Appl Sci 2 : 1-7.

Purawiardi R. 1999. Karakteristik Zeolit Alam Asal Bayah, Sukabumi Jawa Barat. Bul IPT 5 : 6-12.

[QICD] Quantachrome Instruments Corporate Drive. 2004. An Introduction to Calculation Methods for Surface Area and Pore Size From Gas Sorption Data. Boynton Beach, Florida 33426 USA. [28 Mei 2011].

Rakhmatullah DKA, Wiradini G, Ariyanto NP. 2007. Pembuatan Adsorben dari Zeolit Alam dengan Karakteristik Adsorben Properties untuk Kemurnian Bioetanol. http://pub.bhaktiganesha.or.id. [12 Agustus 2008].

Richardson JT. 1989. Principles of Catalyst Development. USA : Kluwer Academic.

Robson H, Lillerud KP, editor. 2001. Verified Synthesis of Zeolitic Materials. Ed rev ke-2. Amsterdam : Elsevier.

Rouquerol F, Rouquerol J, Sing K. 1999. Adsorption by Powders and Porous Solids. London : Academic Pr.

Saragih SA. 2008. Pembuatan dan Karakterisasi Karbon Aktif dari Batubara Riau Sebagai Adsorben. [tesis]. Jakarta : Program Pascasarjana, Universitas Indonesia.

Sastiono A. 1993. Perilaku Mineral Zeolit dan Pengaruhnya Terhadap Perkembangan Tanah [disertasi]. Bogor : Program Pascasarjana, Institut Pertanian Bogor.

Sastrosupadi A. 1995. Rancangan Percobaan Praktis untuk Bidang Pertanian. Yogyakarta : Kanisius.

Suhala S, Arifin M. 1997. Bahan Galian Industri. Bandung : Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Mineral. hlm 320-338.

Sun HN, penemu; Atlantic Richfield Company. 30 Aug 1983. Two step process for preparation of zeolite A by hydrothermal treatment of clinoptilolite. US Patent 4 401 634.

Suwardi. 2000. Pemanfaatan mineral zeolit di bidang pertanian dan lingkungan [abstrak]. Di dalam : Seminar Staf Jurusan Tanah, Fakultas Pertanian, IPB, 22 Maret 2000. http://suwardi-abstrak.blogspot.com. [26 Mei 2009].

Taherzadeh MJ, Karimi K. 2008. Bioethanol : Market and production processes. Di dalam : Nag A, editor. Biofuels Refining and Performance. New York : McGraw-Hill. hlm 69-106.

Tissler A, Unger KK, Schmidt H, penemu; Vereinigte Aluminium-Werke Aktiengesellschaft. 28 Jul 1992. Method for modifying A zeolite. US Patent 5 133 952.

Treacy MMJ, Higgins JB. 2007. Collection of Simulated XRD Powder Patterns for Zeolites. Amsterdam : Elsevier.

Ulfah EM, Yasnur FA, Istadi. 2006. Optimasi Pembuatan Katalis Zeolit X dari Tawas, NaOH dan Water Glass Dengan Response Surface Methodology. Bul Chem React Eng Catal 1 : 26-32.

Vaughan DEW, penemu; Exxon Research and Engineering Co. 13 Aug 1985. Process for direct synthesis of sodium-and potassium-containing zeolite A. US Patent 4 534 947.

Wahyudi D. 2010. Desain Proses Dehidrasi Bioetanol Menggunakan Zeolit Molecular sieve dengan Teknik Vacuum Swing Adsorption [tesis]. Bogor : Program Pascasarjana, Institut Pertanian Bogor.

Wittcoff HA, Reuben BG, Plotkin JS. 2004. Industrial Organic Chemicals. Ed ke- 2. New Jersey : J Wiley.

Wyman CE. 1996. Handbook on Bioethanol : Production and utilization. USA : Taylor and Francis.

Zhan X, Li JD, Chen J, Huang JQ. 2009. Pervaporation of Ethanol/Water Mixtures With High Flux by Zeolite-Filled PDMS/PVDF Composite Membranes. Chin J Polym Sci 27 : 771-780.

LAMPIRAN

Alat-alat yang digunakan dalam penelitian

Keterangan : 1 = Density meter DMA 4500M Anton Paar, 2 = XRF Panalytical AXIOS, 3 = EDX Bruker Quantax, 4 = XRD MaximaX Shimadzu, 5 = SEM EVO 50 ZEISS, 6 = AUTOSORB-6 Quantacrom.

Hasil analisis komposisi kimia zeolit 3A dan ZA

Plot BET sampel zeolit 3A, ZAA, dan ZAM1

ZAM1 ZAA

Plot BET sampel zeolit alam (ZA), ZAM2 sampai ZAM6

ZAM2

ZAM3 _ZAM4

ZAM5 ZAM6

Nilai rataan kadar bioetanol pada masing-masing percobaan

Jenis Zeolit Percobaan Kadar bioetanol (%)

A1 A2 B1 B2 ZA Awal 89,91 89,93 95,53 95,53 Akhir 90,71 90,64 96,22 96,22 ZAM2 Awal 91,23 91,25 95,43 96,41 Akhir 92,45 92,25 95,41 96,20 ZAM3 Awal 89,53 89,55 95,43 95,43 Akhir 90,88 90,43 95,69 95,48 ZAM4 Awal 89,53 89,42 95,42 95,74 Akhir 90,34 90,15 95,43 95,57 ZAM5 Awal 89,53 89,42 95,43 96,55 Akhir 90,84 90,20 95,43 96,35 ZAM6 Awal 90,40 89,90 95,53 95,53 Akhir 91,01 90,64 95,74 95,93 Z3A Awal 89,91 89,93 95,53 95,53 Akhir 94,86 93,73 97,15 97,02

Keterangan : ZA = zeolit alam, ZAM2 sampai ZAM6 = zeolit alam modifikasi 2 sampai 6, A = adsorpsi menggunakan bioetanol kadar 90%, B = adsorpsi mengunakan bioetanol kadar 95%, 1 = percobaan adsorpsi awal, 2 = percobaan adsorpsi menggunakan zeolit regenerasi pada percobaan 1.

Nilai rataan massa bioetanol pada masing-masing percobaan

A1 A2 B1 B2

Sampel Bioetanol (g) Bioetanol (g) Bioetanol (g) Bioetanol (g) Zeolit Awal Akhir Selisih Awal Akhir Selisih Awal Akhir Selisih Awal Akhir Selisih ZA 40,01 25,37 14,64 39,95 26,06 13,89 40,01 20,29 19,72 40,02 25,08 14,94 ZAM2 40,01 19,99 20,02 39,95 22,58 17,37 40,01 20,22 19,79 36,35 23,14 13,21 ZAM3 40,01 14,72 25,29 39,77 17,02 22,75 39,68 9,23 30,45 39,54 11,24 28,30 ZAM4 40,00 10,24 29,77 39,46 12,79 26,67 39,35 9,33 30,02 39,69 9,52 30,18 ZAM5 40,01 5,90 34,10 39,34 7,76 31,59 40,01 10,58 29,43 39,15 11,50 27,65 ZAM6 40,00 31,76 8,24 39,02 31,79 7,23 40,00 18,06 21,95 39,99 20,72 19,28 Z3A 40,01 27,62 12,38 40,00 30,62 9,39 40,02 20,46 19,56 40,00 22,01 17,99 Keterangan : ZA = zeolit alam, ZAM2 sampai ZAM6 = zeolit alam modifikasi 2 sampai 6, A = adsorpsi menggunakan bioetanol kadar 90%, B = adsorpsi mengunakan bioetanol kadar 95%, 1 = percobaan adsorpsi awal, 2 = percobaan adsorpsi menggunakan zeolit regenerasi pada percobaan 1.

Percobaan Perendaman 24 jam Menggunakan Kadar Bioetanol 90%

Hasil Analisis sidik ragam persentase kenaikan kadar bioetanol (PKB) SK Derajat Jumlah Kuadrat F hitung Pr > F Tanda

Bebas Kuadrat Tengah

F1 6 84,330041 14,055007 90,92 <,0001 ** F2 1 1,015786 1,015786 6,57 0,0177 * F1*F2 6 2,461309 0,410218 2,65 0,0432 *

Galat 22 3,400969 0,154589

Total 35 91,208105

R-Square Coeff Var Root MSE PKB Mean 0,962712 25,80618 0,393179 1,523583

Keterangan : F1 = Jenis zeolit (ZA, ZAM2 sampai ZAM6, Z3A), F2 = Pemakaian zeolit (baru dan regenerasi), * = berbeda nyata, ** = berbeda sangat nyata.

Hasil Analisis sidik ragam kapasitas adsorpsi air dari zeolit (KAZ)

SK Derajat Jumlah Kuadrat F

hitung Pr > F Tanda Bebas Kuadrat Tengah

F1 6 727,707948 121,284658 138,67 <,0001 ** F2 1 14,886905 14,886905 17,02 0,0003 ** F1*F2 6 7,727862 1,287977 1,47 0,2236 tn

Galat 28 24,489733 0,874633

Total 41 774,812449

R-Square Coeff Var Root MSE KAZ Mean 0,968393 8,292781 0,935218 11,27750

Keterangan : F1 = Jenis zeolit (ZA, ZAM2 sampai ZAM6, Z3A), F2 = Pemakaian zeolit (baru dan regenerasi), * = berbeda nyata, ** = berbeda sangat nyata, tn = tidak berbeda nyata.

Hasil Uji lanjut Duncan’s Multiple Range Test bioetanol 90%

Jenis Zeolit (F1) PKB KAZ

Z1 (ZA) 0,6172 d 7,5657 f Z2 (ZAM2) 1,2198 bc 9,3725 e Z3 (ZAM3) 0,6903 cd 13,4593 c Z4 (ZAM4) 0,2653 d 15,4408 b Z5 (ZAM5) 1,3834 b 17,6705 a Z6 (ZAM6) 0,7545 cd 4,9278 g Z7 (Z3A) 4,8630 a 10,5058 d Pemakaian Zeolit (F2) Baru (P1) 1,6825 a 11,8729 a Regenerasi (P2) 1,3460 b 10,6821 b F1*F2 Z1P1 0,8837 cde 7,8460 hi Z1P2 0,2175 de 7,2853 i Z2P1 1,3393 c 9,9393 f Z2P2 1,1003 cd 8,8057 ghi Z3P1 0,9675 cde 14,2167 de Z3P2 0,4130 de 12,7020 ef Z4P1 0,2120 e 15,9977 bc Z4P2 0,3185 de 14,8840 cd Z5P1 1,4583 c 18,2280 a Z5P2 1,2710 c 17,1130 ab Z6P1 0,6837 cde 4,9020 j Z6P2 0,8253 cde 4,9537 j Z7P1 5,5043 a 11,9803 f Z7P2 4,2217 b 9,0313 gh

Keterangan : Angka yang diikuti huruf berbeda pada kolom yang sama berbeda menurut DMRT, F1 = jenis zeolit, F2 = pemakaian zeolit, Z1 = Zeolit alam, Z 2 sampai 6 = Zeolit alam modifikasi 2 sampai 6, Z7 = zeolit sintetis, P1 = pemakaian awal zeolit (baru), P2 = pemakaian ulang zeolit (regenerasi).

Percobaan pengadukan 1 jam plus destilasi 30 menit pada bioetanol 95%

Hasil Analisis sidik ragam persentase kenaikan kadar bioetanol (PKB) SK Derajat Jumlah Kuadrat F hitung Pr > F Tanda

Bebas Kuadrat Tengah

F1 6 9,23701753 1,53950292 90,46 <,0001 ** F2 1 0,04128674 0,04128674 2,43 0,1330 tn F1*F2 6 0,19729031 0,03288172 1,93 0,1183 tn

Galat 23 0,39144467 0,01701933

Total 36 9,86703924

R-Square Coeff Var Root MSE PKB Mean 0,960328 16,01723 0,130458 0,814486

Keterangan : F1 = Jenis zeolit (ZA, ZAM2 sampai ZAM6, Z3A), F2 = Pemakaian zeolit (baru dan regenerasi), * = berbeda nyata, ** = berbeda sangat nyata, tn = tidak berbeda nyata.

Hasil Analisis sidik ragam kapasitas adsorpsi air dari zeolit (KAZ)

SK Derajat Jumlah Kuadrat F

hitung Pr > F Tanda Bebas Kuadrat Tengah

F1 6 40,53224157 6,75537360 7,36 <,0001 ** F2 1 3,77760038 3,77760038 4,12 0,0521 tn F1*F2 6 2,32864329 0,38810721 0,42 0,8575 tn

Galat 28 25,70107933 0,91789569

Total 41 72,33956457

R-Square Coeff Var Root MSE KAZ Mean 0,644716 16,16253 0,958069 5,927714

Keterangan : F1 = Jenis zeolit (ZA, ZAM2 sampai ZAM6, Z3A), F2 = Pemakaian zeolit (baru dan regenerasi), * = berbeda nyata, ** = berbeda sangat nyata, tn = tidak berbeda nyata.

Hasil Uji lanjut Duncan’s Multiple Range Test Bioetanol 95%

Jenis Zeolit (F1) PKB KAZ

Z1 (ZA) 0,7187 d 4,6395 c Z2 (ZAM2) 1,2723 b 5,2327 c Z3 (ZAM3) 0,2334 e 6,8275 ab Z4 (ZAM4) 0,3018 e 7,0080 a Z5 (ZAM5) 1,0750 c 7,1597 a Z6 (ZAM6) 0,3708 e 4,8870 c Z7 (Z3A) 1,6258 a 5,7397 bc Pemakaian Zeolit (F2) Baru (P1) 0,8470 a 6,2276 a Regenerasi (P2) 0,7802 a 5,6278 a F1*F2 Z1P1 0,7223 d 5,1057 cde Z1P2 0,7150 d 4,1733 e Z2P1 1,4335 b 6,0133 a_d Z2P2 1,1110 c 4,4520 de Z3P1 0,2773 e 7,0730 ab Z3P2 0,1675 e 6,5820 abc Z4P1 0,3353 e 7,0137 ab Z4P2 0,2515 e 7,0023 ab Z5P1 1,1790 c 7,3137 a Z5P2 0,9710 c 7,0057 ab Z6P1 0,2985 e 5,0520 cde Z6P2 0,4190 e 4,7220 de Z7P1 1,6957 a 6,0220 a_d Z7P2 1,5560 ab 5,4573 b_e

KHAIDIR. Modification of Natural Zeolite into Molecular Sieve Material and Its Application in Bioethanol Dehydration. Under the Supervision of DWI SETYANINGSIH and HERY HAERUDIN.

Bioethanol dehydration process carried out using modified zeolites. Modifications made to improve the physical properties of natural zeolites, including pore size, chemical composition, and the ratio of Si/Al, so that the hydrophilic and become more effective in water adsorption. The objective of this study was to examine the methods in the modification of natural zeolite structure to obtain suitable characteristics for bioethanol dehydration, to get the best conditions of bioethanol dehydration, and to know the grades increase of bioethanol and adsorption capacity for each sample of modified zeolites. The natural zeolites were modified through hydrothermal synthesis at the temperature of 95 - 100o C, while the bioethanol dehydration process was carried out using a distillation system and batch adsorption. The modified zeolites mostly turned into zeolite type A in the form of sodium aluminosilicate. Zeolite samples leading to the structure of zeolite NaA were ZAM2, ZAM3, ZAM5 and ZAM6. The content of ethanol in bioethanol increased after the adsorption process of each zeolite sample. The ability of modified natural zeolites (ZAM2 and ZAM5) to increase the grade of bioethanol was better compared with that of purely natural zeolites (without modification), and this was also the case with their capacity of water adsorption in the bioethanol sample. The increased percentages of bioethanol grades in the immersion method using ZAM2 and ZAM5 with bioethanol of 90% were respectively 1.22% and 1.38%, while with bioethanol of 95% the percentages were 1.27% and 1.08%. Meanwhile, the resulted levels of bioethanol using purely natural zeolites with bioethanol of 90% and 95% were respectively 0.62% and 0.72%. The maximum capacity of adsorption was 17.67% for ZAM5 in the immersion with bioethanol of 90% for 24 hours. In general, the grade of ethanol increased after the adsorption process that uses all the modified zeolite samples. Keywords: bioethanol, dehydration, modified zeolite, zeolite A

vii

KHAIDIR. Modifikasi Zeolit Alam sebagai Material Molecular Sieve dan Aplikasinya pada Proses Dehidrasi Bioetanol. Dibimbing oleh DWI SETYANINGSIH dan HERY HAERUDIN.

Bioetanol adalah etanol yang dihasilkan dari fermentasi glukosa (gula). Bioetanol yang dihasilkan sangat tidak murni, sehingga memerlukan pengolahan lebih lanjut (Clark 2007). Jika bioetanol ingin digunakan sebagai bahan bakar (biofuel) perlu dimurnikan hingga mencapai 99% yang lazim disebut fuel grade ethanol (FGE). Bioetanol sebagai campuran bahan bakar harus betul-betul kering (anhidrat) supaya tidak korosif. Jika bioetanol masih mengandung air sebesar 4 – 5% akan mempengaruhi kinerja mesin dan dapat menyebabkan terjadinya korosi. Proses dehidrasi dilakukan untuk memperoleh etanol dengan kadar lebih besar dari 99%.

Penggunaan zeolit alam dalam bidang adsorpsi dan dehidrasi masih terbatas karena distribusi pori yang tidak seragam dan bukan merupakan jenis zeolit tunggal. Zeolit alam Indonesia merupakan campuran dari beberapa senyawa kimia pembentuk batuan. Zeolit 3A (Z3A) memiliki ukuran pori 3Å dengan rasio Si/Al adalah 1,0. Zeolit dengan kandungan alumina yang tinggi akan bersifat hidrofilik, sebaliknya zeolit dengan kandungan silika tinggi bersifat hidrofobik (Flanigen 1980). Rasio Si/Al dalam zeolit alam adalah 5,62, sehingga menyebabkan zeolit alam kurang hidrofilik dibandingkan dengan Z3A.

Oleh karena itu, perlu dilakukan modifikasi struktur zeolit alam untuk mendapatkan zeolit dengan rasio Si/Al mendekati 1,0 dengan distribusi ukuran pori yang seragam dan hampir sama dengan Z3A. Zeolit hasil modifikasi diharapkan dapat digunakan pada proses adsorpsi dan dehidrasi terutama dalam proses pemurnian bioetanol kualitas bahan bakar.

Modifikasi zeolit dilakukan melalui sintesis hidrotermal pada temperatur 95 – 100oC. Proses modifikasi dilakukan melalui aluminasi zeolit menggunakan beberapa sumber alumina. Sumber alumina yang digunakan adalah aluminium oksida, aluminium nitrat, tawas, dan kaolin. Zeolit hasil modifikasi diberi kode ZAM1, ZAM2, ZAM3, ZAM4, ZAM5, dan ZAM6. Karakterisasi yang dilakukan meliputi analisis komposisi kimia menggunakan X-Ray Fluorescence (XRF) dan Energy Dispersive X-Ray (EDX), struktur zeolit menggunakan XRD, sedangkan luas permukaan, volume dan diameter pori menggunakan Pore Size Distribution Analysis (PSDA).

Proses dehidrasi bioetanol dilakukan menggunakan metode destilasi dan perendaman (batch adsorption) dengan kadar bioetanol umpan adalah 90 dan 95%. Metode destilasi dilakukan menggunakan ZAM1, sedangkan metode perendaman dilakukan menggunakan ZAM2, ZAM3, ZAM4, ZAM5, dan ZAM6. Analisis statistik dilakukan terhadap data peningkatan kadar bioetanol dan kapasitas adsorpsi zeolit terhadap air pada percobaan proses dehidrasi menggunakan metode perendaman.

Hasil karakterisasi terhadap sampel zeolit menunjukkan bahwa terjadi penurunan rasio Si/Al dalam sampel zeolit hasil modifikasi. Luas permukaan

sampel zeolit yang dihasilkan berdasarkan pendekatan isoterm adsorpsi BET (Bunauer, Emmett, & Teller) menjadi lebih kecil dibandingkan dengan sampel zeolit alam murni, begitu juga dengan volume porinya kecuali ZAM1. Diameter pori sebelum dan setelah modifikasi tidak terjadi perubahan yang signifikan, artinya ukuran pori zeolit hasil modifikasi masih mendekati ukuran pori sampel zeolit alam. Berdasarkan pada pola difraksi sinar-X yang diperoleh, zeolit yang dimodifikasi sudah mengarah pada pembentukan zeolit A dalam bentuk sodium, antara lain ZAM2, ZAM3, ZAM5 dan ZAM6. Namun, hasil yang diperoleh masih belum murni dan diduga masih merupakan campuran dari beberapa jenis zeolit seperti klinoptilolit, filipsit, natrolit, dan mordenit.

Aplikasi zeolit hasil modifikasi pada proses dehidrasi bioetanol menunjukkan bahwa terjadi peningkatan kadar bioetanol setelah proses adsorpsi. Kemampuan zeolit alam modifikasi (ZAM2 dan ZAM5) dalam menaikkan kadar bioetanol lebih baik jika dibandingkan dengan zeolit alam murni (tanpa modifikasi). Begitu juga dengan kapasitas adsorpsinya terhadap air dalam sampel bioetanol. Persentase kenaikan kadar bioetanol menggunakan ZAM2 dan ZAM5 pada metode perendaman dengan bioetanol 90% berturut-turut adalah 1,22 % dan 1,38%, sedangkan pada bioetanol 95% adalah 1,27% dan 1,08%. Sementara itu, kemampuan peningkatan kadar bioetanol menggunakan zeolit alam murni pada bioetanol kadar 90% dan 95% berturut-turut adalah 0,62% dan 0,72%. Kapasitas adsorpsi air maksimum adalah 17,67% yang dimiliki oleh ZAM5 pada perlakuan perendaman dalam bioetanol 90% selama 24 jam, namun masih kurang selektif jika dibandingkan dengan zeolit sintetis (Z3A).

Kemampuan adsorpsi zeolit terhadap air dalam bioetanol dari semua jenis zeolit yang digunakan tidak mengalami penurunan yang siginifikan pada saat digunakan kembali pada proses dehidrasi. Kemampuan zeolit setelah regenerasi hampir sama dengan pada saat penggunaan pertama, dengan kata lain zeolit tersebut masih layak untuk digunakan kembali pada proses dehidrasi bioetanol selanjutnya. Kapasitas adsorpsi sampel zeolit hasil modifikasi terhadap air dalam bioetanol sudah menunjukkan hasil yang cukup bagus jika dibandingkan dengan sampel zeolit alam. Bahkan kapasitas adsorpsi zeolit alam modifikasi melebihi kapasitas adsorpsi zeolit 3A, namun kelemahan dari zeolit alam modifikasi adalah masih mengadsorpsi bioetanol dalam jumlah yang besar pula. Hal ini terlihat dari berkurangnya jumlah bioetanol setelah proses adsorpsi menggunakan ZAM3, ZAM4, dan ZAM5. Jika dibandingkan dengan proses dehidrasi menggunakan metode destilasi, maka metode perendaman (batch adsorption) masih kurang bagus karena menyebabkan terjadinya pengurangan volume bioetanol yang cukup besar.

1.1 Latar Belakang

Bioetanol adalah etanol yang dihasilkan dari fermentasi glukosa (gula) yang dilanjutkan dengan proses destilasi. Proses destilasi hanya mampu menghasilkan etanol dengan persentase 95% atau secara teoritis < 97,20% (Onuki 2006). Proses produksi bioetanol berbeda dengan proses produksi etanol yang umum digunakan dalam industri etanol. Etanol skala industri dihasilkan melalui hidrasi senyawa alkena dengan uap air menggunakan katalis SiO2 padat yang dilapisi dengan asam fosfat (Clark 2007). Proses pembuatan dilakukan dengan mengalirkan pereaksi di atas sebuah katalis secara terus-menerus. Proses ini sangat cepat dan menghasilkan etanol dengan kemurnian tinggi, namun terbatas pada ketersediaan sumber bahan baku.

Sementara itu, pada proses produksi bioetanol tidak mengalami kendala terhadap ketersediaan sumber bahan baku. Sumber bahan baku untuk produksi bioetanol berasal dari material tanaman yang renewable. Hampir semua tanaman yang mengandung karbohidrat dapat digunakan sebagai sumber bahan baku pada proses produksi bioetanol. Proses pembuatan bioetanol dilakukan dengan mencampurkan semua bahan ke dalam sebuah wadah dan kemudian dibiarkan sampai fermentasi selesai. Kumpulan bahan ini kemudian dikeluarkan dan sebuah reaksi baru dilangsungkan. Bioetanol yang dihasilkan memiliki kadar 10% dengan kandungan air yang cukup banyak, sehingga memerlukan pengolahan lebih lanjut (Clark 2007). Jika bioetanol ingin digunakan sebagai bahan bakar (biofuel) perlu dimurnikan hingga mencapai 99% yang lazim disebut fuel grade ethanol (FGE). Bioetanol sebagai campuran bahan bakar harus betul-betul kering dan anhidrat supaya tidak korosif. Jika bioetanol masih mengandung air sebesar 4 – 5% akan mempengaruhi kinerja mesin dan dapat menyebabkan terjadinya korosi.

Proses dehidrasi dilakukan untuk memperoleh etanol dengan kadar lebih

Dalam dokumen Modification of Natural Zeolite into Molecular Sieve Material and Its Application in Bioethanol Dehydration. (Halaman 81-178)