ABSTRACT
THE EFFECT OF ADDITION OF INHIBITOR COMPOUNDS FROM STARFRUIT LEAF EXTRACT AND NALCO 72990 AS SCALE
INHIBITORS OF CALSIUM SULFATE (CaSO4)
By
MIFTAHUDIN ROMLI THOHIR
Scale has become a serious problem in industry, especially in oil and gas industries. Therefore, in this study, it has been carried out the addition of inhibitor compounds from starfruit leaf extract and NALCO 72990 to reduce the negative impacts caused by the scaling of calcium sulfate. The addition of scale inhibitors of calcium sulfate (CaSO4) used seeded and unseeded experiment methods on CaSO4 growth concentrations of 0.15, 0.2, and 0.25 M and various concentrations of inhibitor at 50, 150, and 250 ppm.
ABSTRAK
EFEK PENAMBAHAN SENYAWA EKSTRAK DAUN BELIMBING WULUH DAN NALCO 72990 SEBAGAI INHIBITOR
KERAK KALSIUM SULFAT (CaSO4)
Oleh
MIFTAHUDIN ROMLI THOHIR
Kerak telah menjadi masalah yang cukup serius di bidang industri, terutama industri minyak dan gas. Oleh karena itu, dalam penelitian ini telah dilakukan penambahan inhibitor senyawa ekstrak daun belimbing wuluh dan NALCO 72990 untuk mengurangi dampak negatif yang ditimbulkan oleh kerak tersebut. Pada penelitian ini telah dilakukan penambahan inhibitor terhadap kerak kalsium sulfat (CaSO4) dengan menggunakan metode penambahan bibit kristal (seeded experiment) dan tanpa penambahan bibit kristal (unseeded experiment) pada konsentrasi CaSO4 sebesar 0,15, 0,2, dan 0,25 M serta variasi inhibitor sebesar 50, 150, dan 250 ppm.
EFEK PENAMBAHAN SENYAWA EKSTRAK DAUN BELIMBING WULUH DAN NALCO 72990 SEBAGAI INHIBITOR
KERAK KALSIUM SULFAT (CaSO4)
Oleh
MIFTAHUDIN ROMLI THOHIR
Skripsi
Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mencapai Gelar SARJANA SAINS
Pada Jurusan Kimia
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Lampung
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS LAMPUNG
MENGESAHKAN
1. Tim Penguji
Ketua : Prof. Suharso, Ph.D. ____________
Sekretaris : Dr. Buhani, M.Si. ____________
Penguji
Bukan Pembimbing : Dra. Ilim, M.S. ____________
2. Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Prof. Suharso, Ph.D NIP. 196905301995121001
1
I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Proses pengendapan senyawa-senyawa anorganik biasa terjadi pada peralatan-peralatan industri yang melibatkan air garam seperti industri minyak dan gas, proses desalinasi dan ketel serta industri kimia (Badr and Yassin, 2007; Lestari dkk., 2004). Hal ini disebabkan karena terdapatnya unsur-unsur anorganik
pembentuk kerak seperti logam kalsium dalam jumlah yang melebihi kelarutannya pada keadaan kesetimbangan. Terakumulasinya endapan-endapan dari senyawa anorganik tersebut dapat menimbulkan masalah seperti kerak (Weijnen et al., 1993; Maley, 1999).
2
semakin tinggi sehingga kemungkinan pipa akan pecah semakin tinggi (Asnawati, 2001).
Adapun komponen-komponen kerak yang sering dijumpai pada peralatan industri yaitu, kalsium karbonat (CaCO3), kalsium dan seng fosfat, kalsium sulfat
(CaSO4), serta silika dan magnesium silikat (Lestari dkk., 2004). Beberapa
metode yang pernah dilakukan untuk mencegah terbentuknya kerak kalsium sulfat pada peralatan-peralatan industri yaitu dengan menurunkan pH larutan melalui penambahan asam, penggunaan senyawa-senyawa anorganik (Zhang and Dawe, 2000), asam amino (Manoli et al., 2003) polimer-polimer yang larut dalam air (Donachy and Sikes, 1994, Jones et al., 2002) dan senyawa-senyawa organik lain (He et al., 1999). Penggunaan metode asam untuk menurunkan pH larutan dengan konsentrasi tinggi terbukti kurang efektif karena dapat meningkatkan laju korosi dan konduktivitas, serta mempunyai tingkat bahaya yang cukup tinggi dalam penanganannya (Lestari, 2008). Selain beberapa metode di atas, pembentukan kerak dapat dikontrol dengan cara pelunakkan dan pembebasan mineral air, akan tetapi penggunaan air bebas mineral dalam industri-industri besar membutuhkan biaya yang cukup tinggi. Hal ini karena sebagian besar biaya ditujukan untuk menyediakan air bebas mineral.
Berdasarkan beberapa kelemahan tersebut di atas, maka saat ini telah
dikembangkan salah satu metode efektif yang dapat digunakan untuk mengurangi laju pertumbuhan kerak yaitu dengan menginjeksikan bahan-bahan kimia
3
kestabilan, kecocokan dan biaya. Sifat dari scale inhibitor yang sangat diharapkan stabil dalam air pada waktu yang panjang dan temperatur yang tinggi (Cowan and Weintritt, 1976). Hal-hal inilah yang mendasari untuk dilakukan suatu penelitian lebih lanjut mengenai inhibitor kerak baru yang lebih efektif dan ramah
lingkungan.
Oleh karena itu, pada penelitian ini digunakan ekstrak daun belimbing wuluh sebagai inhibitor yang diharapkan mampu menghambat laju pertumbuhan kerak kalsium sulfat yang terbentuk di pipa-pipa industri.
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan sebelumnya (Asmarani, 2010), diketahui bahwa asam tanat (tanin) yang terdapat pada tanaman, seperti tanaman gambir dapat digunakan sebagai inhibitor pertumbuhan kerak kalsium sulfat. Seperti halnya gambir, ekstrak daun belimbing wuluh memiliki kandungan tanin yang cukup tinggi yakni sebesar 10,92% (Ummah, 2010 ; Wijayakusuma dan Dalimarta, 2006) sehingga memungkinkan tanaman ini untuk dijadikan inhibitor yang cukup efektif dalam menghambat laju pertumbuhan kerak kalsium sulfat pada pipa-pipa industri.
4
B. Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dilakukannya penelitian ini adalah :
1. Mempelajari pengaruh penambahan ekstrak daun belimbing wuluh dan NALCO 72990 sebagai inhibitor kerak kalsium sulfat (CaSO4) pada konsentrasi yang berbeda.
2. Mengetahui keefektifan ekstrak daun belimbing wuluh dan NALCO 72990 sebagai inhibitor kerak melalui analisis data.
3. Membandingkan efek penambahan ekstrak daun belimbing wuluh dan NALCO 72990 sebagai inhibitor kerak kalsium sulfat (CaSO4).
C. Manfaat Penelitian
5
II. TINJAUAN PUSTAKA
Dalam tinjauan pustaka ini akan diuraikan mengenai hal-hal yang berhubungan dengan kerak, proses pembentukan kerak, pencegahan, dan jenis-jenis analisis, antara lain:
A. Kerak
6
Kerak juga dapat terbentuk karena campuran air yang digunakan tidak sesuai. Campuran air yang tidak sesuai tersebut jika berinteraksi secara kimia maka mineralnya akan mengendap jika dicampurkan. Contoh tipe air yang tidak sesuai adalah air laut dengan konsentrasi SO42- tinggi dan konsentrasi Ca2+ rendah dan air formasi dengan konsentrasi SO42- sangat rendah tetapi konsentrasi Ca2+ tinggi. Campuran air ini menyebabkan terbentuknya endapan CaSO4 (Badr dan Yassin, 2007).
Komponen khas kerak yang sering dijumpai adalah sebagai berikut (Lestari, 2008; Nunn, 1997) : Kalsium sulfat (CaSO4), Kalsium karbonat (CaCO3: turunan dari kalsium bikarbonat), Kalsium dan seng fosfat, Kalsium fosfat, sejumlah besar kalsium dan ortofosfat. Biasanya dikarenakan air terlalu sering dirawat, silika dengan konsentrasi tinggi, besi dioksida, senyawa yang disebabkan oleh kurangnya kontrol korosi atau alami berasal dari besi yang teroksidasi, besi fosfat, senyawa yang disebabkan karena pembentukan lapisan film dari inhibitor fosfat, mangan dioksida, mangan teroksidasi tingkat tinggi, magnesium silika, silika dan magnesium pada konsentrasi tinggi dengan pH tinggi, magnesium karbonat, magnesium dengan konsentrasi tinggi dan pH tinggi serta CO2 tinggi.
B. Faktor Pembentuk Kristal
7
kristal yang akan terbentuk yang terdiri dari partikel-partikel kecil. Laju pembentukan inti tergantung pada derajat lewat jenuh dari larutan. Semakin tinggi derajat lewat jenuh maka semakin besar kemungkinan untuk membentuk inti baru sehingga akan semakin besar laju pembentukan inti. Laju pertumbuhan kristal merupakan faktor penting lainnya yang akan mempengaruhi ukuran kristal yang terbentuk selama pengendapan berlangsung. Semakin tinggi laju
pertumbuhan maka kristal yang terbentuk akan besar. Laju pertumbuhan kristal juga tergantung pada derajat lewat jenuh (Svehla, 1990).
1. Kristalisasi
Menurut Brown (1978) kristalisasi adalah suatu proses pembentukan kristal dari larutannya dan kristal yang dihasilkan dapat dipisahkan secara mekanik.
Pertumbuhan kristal dapat terjadi bila konsentrasi suatu zat terlarut dalam
larutannya melewati kadar kelarutan lewat jenuhnya pada suhu tertentu. Kondisi kelarutan lewat jenuh dapat diperoleh dengan jalan pendinginan larutan pekat panas, penguapan larutan encer, kombinasi proses penguapan dan pendinginan, dan dengan penambahan zat lain untuk menurunkan kelarutannya. Kristalisasi memiliki dua tahap proses, yaitu tahap pembentukan inti yang merupakan tahap mulai terbentuknya zat padat baru, dan tahap pertumbuhan kristal yang
8
2. Kelarutan endapan
Endapan adalah zat yang memisahkan diri sebagai suatu fase padat dari larutan. Endapan mungkin berupa kristal atau koloid, dan dapat dikeluarkan dari larutan dengan penyaringan atau pemusingan. Endapan terbentuk jika larutan menjadi terlalu jenuh dengan zat bersangkutan. Kelarutan (S) suatu endapan, menurut definisi adalah sama dengan konsentrasi molar dari larutan jenuhnya. Kelarutan tergantung berbagai kondisi, seperti temperatur, tekanan, konsentrasi, bahan-bahan lain dalam larutan itu dan pada komposisi pelarutnya.
Kelarutan tergantung juga pada sifat dan konsentrasi zat-zat lain, terutama ion-ion dalam campuran itu. Ada perbedaan yang besar antara efek dari ion sejenis dan ion asing. Ion sejenis adalah suatu ion yang juga merupakan salah satu bahan endapan. Umumnya dapat dikatakan bahwa suatu endapan berkurang banyak sekali jika salah satu ion sejenis terdapat dalam jumlah berlebihan, meskipun efek ini mungkin diimbangi dengan pembentukan suatu kompleks yang dapat larut dengan ion sejenis yang berlebihan itu. Dengan adanya ion asing, kelarutan endapan bertambah, tetapi pertambahan ini umumnya sedikit, kecuali jika terjadi reaksi kimia (seperti pembentukan kompleks atau reaksi asam-basa) antara endapan dan ion asing, pertambahan kelarutannya menjadi lebih besar.
Hasil kali kelarutan memungkinkan kita untuk menerangkan dan juga
memperkirakan reaksi-reaksi pengendapan. Hasil kali kelarutan dalam keadaan sebenarnya merupakan nilai akhir yang dicapai oleh hasil kali ion ketika
9
dalam larutan itu. Jika hasil kali ion berbeda dengan hasil kali kelarutan, maka sistem itu akan berusaha menyesuaikan, sehingga hasil kali ion mencapai nilai hasil kali kelarutan. Jadi, jika hasil kali ion dengan sengaja dibuat lebih besar dari hasil kali kelarutan, penyesuaian oleh sistem mengakibatkan mengendapnya garam larutan. Sebaliknya, jika hasil kali ion dibuat lebih kecil dari hasil kali kelarutan, kesetimbangan dalam sistem dicapai kembali dengan melarutnya sebagian garam padat ke dalam larutan. Hasil kali kelarutan menentukan keadaaan kesetimbangan, tetapi tidak memberikan informasi tentang laju ketika kesetimbangan itu terjadi. Sesungguhnya, kelebihan zat pengendap yang terlalu banyak dapat mengakibatkan sebagian endapan melarut kembali, sebagai akibat bertambahnya efek garam atau akibat pembentukan ion kompleks. Dalam hal ini hasil kali kelarutan dari kalsium sulfat pada temperatur ruang sebesar 2,3 x 10-4 mol/L (Svehla, 1990).
3. Derajat lewat-jenuh (supersaturasi)
Larutan lewat jenuh (Gambar 1) adalah larutan yang mengandung zat terlarut lebih besar daripada yang dibutuhkan pada sistem kesetimbangan larutan jenuh. Kondisi kelarutan lewat jenuh dapat diperoleh dengan jalan pendinginan larutan pekat panas, penguapan larutan encer, kombinasi proses penguapan dan
10
Ko nse ntra si
Gambar 1. Diagram temperatur – konsentrasi (Wafiroh, 1995)
Garis tebal adalah kelarutan normal untuk zat terlarut dalam pelarut. Garis putus-putus adalah kurva lewat jenuh, posisinya dalam diagram tergantung pada zat-zat pengotor (Wafiroh, 1995). Pada diagram di atas, kondisi kelarutan dibagi dalam tiga bagian yaitu daerah stabil, metastabil, dan daerah labil. Daerah stabil adalah daerah larutan yang tidak mengalami kristalisasi. Daerah yang memungkinkan terjadinya kristalisasi tidak spontan adalah daerah metastabil, sedangkan daerah labil adalah daerah yang memungkinkan terjadinya kristalisasi secara spontan.
Pada diagram temperatur – konsentrasi, jika suatu larutan yang terletak pada titik A dan didinginkan tanpa kehilangan volume pelarut (garis ABC), maka
pembentukan inti secara spontan tidak akan terjadi sampai kondisi C tercapai. Larutan lewat jenuh dapat juga tercapai dengan mengurangi sejumlah volume palarut dari pelarutnya dengan proses penguapan. Hal ini ditunjukkan dengan
C B A
D E
Daerah metastabil Daerah labil
Daerah stabil
11
garis ADE, yaitu jika larutan pada titik A diuapkan pada temperatur konstan (Wafiroh, 1995).
Beberapa reaksi yang menunjukkan terbentuknya endapan (deposit) antara lain (Halimatuddahliana, 2003) :
1. CaCl2 + Na2SO4 CaSO4 + 2 NaCl
Kalsium sulfat terdapat dalam air terkontaminasi
2. BaCl2 + Na2SO4 BaSO4 + 2 NaCl
Barium sulfat terdapat dalam air terkontaminasi
3. Ca(HCO3)2 CaCO3 + CO2 + H2O
Kalsium karbonat terdapat dalam air terkontaminasi karena penurunan tekanan, panas dan agitasi (pengadukan).
Dibawah ini adalah tiga prinsip mekanisme pembentukan kerak (Badr and Yassin, 2007) :
1. Campuran dua air garam yang tidak sesuai (umumnya air formasi mengandung banyak kation seperti kalsium, barium, dan stronsium, bercampur dengan sulfat yang banyak terdapat dalam air laut, menghasilkan kerak sulfat seperti CaSO4)
12
2. Penurunan tekanan dan kenaikan temperatur air garam, yang akan menurunkan kelarutan garam (umumnya mineral yang paling banyak mengendap adalah kerak karbonat seperti CaCO3)
Ca(HCO3)2 CaCO3 + CO2 + H2O
3. Penguapan air garam, menghasilkan peningkatan konsentrasi garam melebihi batas kelarutan dan membentuk endapan garam
C. Kerak CaSO4
Kalsium adalah logam putih perak dan agak lunak yang diproduksi dengan elektrolisis garam kalsium klorida, (CaCl2). Ia melebur pada 845 °C, memiliki massa jenis 2,96 dan titik didih 1450 oC. Kalsium membentuk kation kalsium (II), Ca2+, dalam larutan-larutan air. Garam-garamnya biasa berupa bubuk putih dan membentuk larutan yang tak berwarna kecuali anionnya berwarna (Saito, 1996; Svehla, 1990).
Berikut ini adalah reaksi menunjukkan terbentuknya endapan dan kerak kalsium sulfat :
CaCl2(aq) + Na2SO4(aq) CaSO4(s) + 2 NaCl(aq) Ca2+ + SO42- CaSO4
13
CaSO4 merupakan salah satu jenis kerak non alkali. Kerak ini dikenal dengan tiga bentuk yaitu anhidrat (CaSO4) stabil pada temperatur 98 oC, hemihidrat
(CaSO4.1/2H2O) stabil antara 98-170 oC dan dihidrat (CaSO4.2H2O). Semua ini terbentuk karena adanya perbedaan temperatur dan konsentrasi air laut. Pada air sirkulasi dengan kesadahan kalsium tinggi, kalsium sulfat (CaSO4.2H2O) dapat terendapkan sesuai dengan temperatur air. Kelarutan CaSO4 bertambah dengan naiknya temperatur sampai 37 oC, kemudian cenderung menurun pada temperatur di atas 37 oC (Patel, 1999; Hamed et al., 1997; Amjad, 1987).
D. Proses Pembentukan Kerak CaSO4
Pembentukan kerak CaSO4 (Gambar 2) merupakan proses kristalisasi. Kristalisasi adalah peristiwa pembentukan partikel-partikel zat padat dalam dalam suatu fase homogen. Kristalisasi dari larutan dapat terjadi jika padatan terlarut dalam keadaan berlebih (di luar kesetimbangan), maka sistem akan mencapai
kesetimbangan dengan cara mengkristalkan padatan terlarut (Dewi dan Ali, 2003).
15
karbon, tembaga dan paduan tembaga dengan cepat akan berlangsung dan pH efektif untuk mencegah pengendapan kerak hanyalah pada pH 7,0 sampai 7,5. Oleh karena itu, suatu sistem otomatis penginjeksian asam diperlukan untuk mengendalikan pH secara tepat. Lagi pula, asam sulfat dan asam klorida mempunyai tingkat bahaya yang cukup tinggi dalam penanganannya.
Untuk mencegah terjadinya kerak pada air yang mengandung kesadahan tinggi (kira-kira 250 ppm CaCO3) perlu adanya pelunakan dengan menggunakan kapur dan soda abu (pengolahan kapur dingin). Masalah kerak tidak akan di jumpai bilamana dipakai air bebas mineral karena seluruh garam-garam terlarut dapat dihilangkan. Oleh karena itu pemakaian air bebas mineral merupakan metoda yang tepat untuk menghambat kerak di dalam suatu sistem dengan pembebanan panas tinggi dimana pengolahan konvensional dengan bahan penghambat kerak tidak berhasil (Lestari dkk., 2004). Namun penggunaan air bebas mineral membutuhkan biaya yang cukup tinggi untuk digunakan dalam industri skala besar sehingga dapat menurunkan efisiensi kerja.
2. Penggunaan inhibitor kerak
16
dengan unsur-unsur pembentuk kerak. Senyawa kompleks yang terbentuk larut dalam air sehingga menutup kemungkinan pertumbuhan kristal yang besar (Patton, 1981). Biasanya, penggunaan bahan kimia tambahan untuk mencegah pembentukan kerak didukung dengan penggunaan bola-bola spons untuk membersihkan secara mekanis permukaan bagian dalam pipa.
Terdapat beberapa syarat-syarat yang harus dimiliki senyawa kimia sebagai inhibitor kerak
yaitu :
1. Inhibitor kerak harus menunjukkan kestabilan termal yang cukup dan efektif untuk mencegah terbentuknya air sadah dari pembentukan kerak.
2. Inhibitor kerak harus dapat merusak struktur kristal dan padatan tersuspensi lain yang mungkin akan terbentuk.
3. Inhibitor kerak juga harus memiliki tingkat keamanan yang tinggi dalam penggunaannya sehingga tidak menimbulkan efek samping yang berbahaya bagi lingkungan sekitar (Al-Deffeeri, 2006).
Mekanisme kerja inhibitor kerak terbagi menjadi dua, yaitu :
1. Inhibitor kerak dapat teradsorpsi pada permukaan kristal kerak pada saat mulai terbentuk. Inhibitor merupakan kristal yang besar yang dapat menutupi kristal yang kecil dan menghalangi pertumbuhan selanjutnya.
17
Pada umumnya inhibitor kerak yang digunakan di ladang-ladang minyak atau pada peralatan industri dibagi menjadi dua macam yaitu inhibitor kerak anorganik dan inhibitor kerak organik. Senyawa anorganik fosfat yang umum digunakan sebagai inhibitor adalah kondesat fosfat dan dehidrat fosfat. Pada dasarnya bahan-bahan kimia ini mengandung grup P-O-P dan cenderung untuk melekat pada permukaan kristal. Sedangkan inhibitor kerak organik yang biasa digunakan adalah organofosfonat, organofosfat ester dan polimer-polimer organik (Asnawati, 2001). Inhibitor kerak yang pernah digunakan yaitu polimer-polimer yang larut dalam air dan senyawa fosfonat.
Salah satu inhibitor kerak dari polimer-polimer yang larut dalam air yaitu polifosfat. Polifosfat merupakan inhibitor kerak yang murah namun
keefektifannya terbatas. Keunggulan polifosfat sebagai inhibitor kerak CaSO4 antara lain karena kemampuannya untuk menyerap pada permukaan kristal yang mikroskopik, menghambat pertumbuhan kristal pada batas konsentrasi rendah dan strukturnya yang mampu merusak padatan tersuspensi. Hal ini dapat mencegah pertumbuhan kristal lebih lanjut, atau setidaknya memperlambat proses
pertumbuhan kerak. Namun, polifosfat memiliki kelemahan utama yaitu mudah terhidrolisis pada temperatur di atas 90°C menghasilkan ortofosfat (Al-Deffeeri, 2006). Reaksi hidrolisis polifosfat (Gambar 3) merupakan fungsi dari
18
Gambar 3. Reaksi hidrolisis polifosfat (Al-Deffeeri, 2006)
Ortofosfat yang dihasilkan dapat menyebabkan menurunnya kemampuan untuk menghambat pertumbuhan kerak dan menyebabkan terbentuknya kerak baru dari presipitasi kalsium fosfat (Gill, 1999), sehingga penggunaan polifosfat sebagai inhibitor kerak hanya efektif pada temperatur rendah (Al-Deffeeri, 2006).
F. Tanaman Belimbinng Wuluh dan Kandungan di dalamnya
Belimbing wuluh merupakan tanaman yang termasuk dari keluarga Oxalidaceae. Belimbing wuluh (Averrhoa bilimbi L.) dikenal sebagai tanaman pekarangan yang berbunga sepanjang tahun. Belimbing wuluh memiliki pohon kecil, dengan tinggi mencapai 10 m dengan batang yang tidak begitu besar dan mempunyai garis tengah hanya sekitar 30 cm. Belimbing wuluh ditanam sebagai pohon buah, ada yang tumbuh secara liar dan kebanyakan berada di daerah dataran rendah dengan ketinggian 500 meter di atas permukaan laut (Arland, 2006).
19
2-10 cm, lebar 1-3 cm, warnanya hijau, permukaan bawah hijau muda. Bunga belimbing wuluh kecil-kecil berbentuk bintang warnanya ungu kemerahan, berkelompok, keluar dari batang atau percabangan yang besar. Buah belimbing wuluh berbentuk bulat lonjong persegi, panjang sekitar 4-6 cm, warnanya hijau kekuningan, bila sudah masak banyak mengandung air, rasanya asam. Biji belimbing wuluh berbentuk bulat telur, gepeng (Arland, 2006).
Terdapat dua varietas dari tumbuhan belimbing wuluh (Averrhoa bilimbi L.) yaitu yang menghasilkan buah berwarna hijau dan kuning muda atau sering pula
dianggap berwarna putih (Thomas, 2007).
20
Klasifikasi ilmiah tanaman belimbing wuluh adalah (Dasuki, 1991) Kingdom : Plantae (tumbuhan)
Subkingdom : Tracheobionta (berpembuluh) Superdivisio : Spermatophyta (menghasilkan biji Divisio : Magnoliophyta (berbunga)
Kelas : Magnoliopsida (berkeping dua / dikotil) Sub-kelas : Rosidae
Ordo : Geraniales
Familia : Oxalidaceae (suku belimbing-belimbingan) Genus : Averrhoa
Spesies : Averrhoa bilimbi L
G. Komponen Kimia Daun Belimbing wuluh (Averrhoa bilimbi L)
Daun belimbing wuluh mengandung tanin, sulfur, asam format dan peroksida (Wijayakusuma dan Dalimarta, 2006). Senyawa peroksida yang dapat
21
1. Asam tanat
Asam tanat (Gambar 5) merupakan unsur dasar dalam zat warna kimia tanaman. Asam tanat banyak terdapat dalam kayu oak, walnut, mahogani, dan gambir. Asam tanat merupakan salah satu golongan tanin terhidrolisis dan termasuk asam lemah. Rumus kimia dari asam tanat adalah C41H32O26. Pusat molekul dari asam tanat adalah glukosa, dimana gugus hidroksil dari karboksilat terestrifikasi dengan gugus asam galat. Ikatan ester dari asam tanat mudah mengalami hidrolisis
dengan bantuan katalis asam, basa, enzim, dan air panas. Hidrolisis total dari asan tanat akan menghasilkan karboksilat dan asam gallat (Hagerman,2002).
Gambar 5. Struktur Asam Tanat (Hagerman, 2002)
H. Seeded dan Unseeded experiment
Seeded Experiment merupakan salah satu metode pembentukan kristal dengan
22
kristalisasi dengan lebih cepat. Adanya area permukaan bibit kristal akan mempermudah pertumbuhan kristal menjadi lebih besar. Semakin cepat terjadinya proses kristalisasi maka akan semakin cepat laju pertumbuhan inti kristal kalsium sulfat untuk membentuk kristal yang lebih besar. Sedangkan Unseeded Experiment merupakan salah satu metode pembentukan kristal dengan
cara tanpa menambahkan bibit kristal ke dalam larutan pertumbuhan.
I. Instrumentasi Scanning Electron Mycroscopy (SEM)
SEM adalah salah satu jenis mikroskop elektron yang dapat mengamati dan menganalisis karakteristik struktur mikro dari bahan padat yang konduktif maupun yang nonkonduktif. Sistem pencahayaan pada SEM menggunakan radiasi elektron yang mempunyai λ = 200 – 0,1 Å, daya pisah (resolusi) yang
tinggi sekitar 5 nm sehingga dapat dicapai perbesaran hingga ± 100.000 kali (Gambar 6) dan menghasilkan gambar atau citra yang tampak seperti tiga dimensi karena mempunyai depth of field yang tinggi. Sehingga SEM mampu
menghasilkan gambar atau citra yang lebih baik dibandingkan dengan hasil mikroskop optik.
Aplikasi mikroskop elektron ini tidak hanya terbatas pada analisis logam dan paduan di bidang metalurgi, melainkan dapat diaplikasikan di berbagai bidang lain, seperti farmasi, pertanian, biologi, kedokteran, dan industri bahan
23
Pada prinsipnya mikroskop elektron dapat mengamati morfologi, struktur mikro, komposisi, dan distribusi unsur. Untuk menentukan komposisi unsur secara kualitatif dan kuantitatif perlu dirangkaikan satu perangkat alat EDS (Energy Dispersive X-ray Spectrometer) atau WDS (Wavelength Dispersive X-ray
Spectrometer) (Handayani dkk., 1996).
Gambar 6. Skema Bagan SEM (Gabriel, 1985)
J. Instrumentasi Particle Size Analyzer (Sedigraf)
Metode sedigraf digunakan untuk menentukan distribusi ukuran partikel yang secara luas sudah dipakai dalam berbagai aplikasi sejak tahun 1967. Instrumentasi ini sudah melalui pembuktian dalam kecepatan, kemampuan penanganan sampel, dan reduksi data dan presentasi sejak diperkenalkan. Dasar metode analisis, pengukuran partikel dengan mengukur kecepatan dan penentuan fraksinasi massa dengan kerelatifan absorbsi sinar-X pada energi yang rendah. Sedigraf
24
pengukuran pertama intensitas massa, Imax dari garis dasar atau keterangan atau informasi yang ditransmisikan sinar-X yang sudah diproyeksikan melalui medium cairan sebelum pengenalan sampel (Gambar 7). Sebagai sirkulasi cairan yang berkelanjutan, sampel berupa padatan dimasukkan ke wadah cairan dan dicampur sampai penyebaran aliran suspensi sampel berupa padatan homogen dan
penyebaran cairan dipompa melalui sel.
Sampel berupa padatan lebih banyak mengabsorbsi sinar-X daripada cairan, oleh karena itu transmisi sinar-X dikurangi. Sejak pencampuran suspensi yang
homogen, intensitas diasumsikan sebagai nilai konstan, Imin, untuk transmisi sinar-X dalam skala pengurangan yang penuh.
Aliran pencampuran dihentikan dan penyebaran yang homogen dimulai untuk menyelesaikan pentransmisian intensitas sinar-X yang dimonitor pada depth - s. Selama proses sedimentasi, partikel yang besar menempati tempat pertama di bawah zona pengukuran dan pada akhirnya, semua partikel menempati level ini dan yang tertinggal hanya cairan yang bersih. Semakin banyak partikel besar yang menempati di bawah zona pengukuran dan tidak digantikan dengan ukuran
25
Gambar 7. Diagram proses fraksinasi massa dalam sedigraf (Webb, 2002)
Ruang sampel Daerah pengukuran
Transmisi sinar X
Medium cair
Partikel di atas daerah pengukuran
Distribusi partikel homogen
Partikel di dalam daerah pengukuran
Partikel di bawah daerah pengukuran
Semua partikel berukuran lebih besar jatuh terlebih dahulu ke daerah pengukuran Kumpulan partikel
26
III. METODOLOGI PENELITIAN
A. Waktu dan Tempat Peneletian
Penelitian ini telah dilakukan pada bulan Oktober 2011 – Maret 2012 di
Laboratorium Kimia Anorganik dan Laboratorium Biokimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Lampung. Analisis morfologi dengan Scanning Electron Mycroscopy (SEM) (Jeol JSM-6360la) dilakukan di
Laboratorium Pusat Survei Geologi (PPPGL) Bandung dan analisis menggunakan instrument Particle Size Analyzer (PSA) (Coulter LS 1000) dilakukan di
Laboratorium Pusat Penelitian Kimia (LIPI) Serpong.
B. Alat dan Bahan
Alat-alat yang digunakan pada penelitian ini, yaitu alat-alat gelas yang sering digunakan di laboratorium, water bath, botol-botol plastik, indikator pH universal, pengaduk magnet, oven, neraca analitik merek Airshwoth AA-160, SEM (Jeol JSM-6360la), dan PSA (Coulter LS 1000).
Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini yaitu CaCl2 anhidrat dari chemical products, Na2SO4 dari chemical products, akuades, kertas saring,
27
C. Prosedur Penelitian
1. Pembuatan ekstrak daun belimbing wuluh
Ekstrak daun belimbing wuluh dibuat dengan cara menghaluskan daun belimbing wuluh yang sudah dikeringkan menggunakan oven. Sebanyak 100 gram serbuk daun belimbing wuluh yang sudah diayak dilarutkan dalam 1 liter akuades sambil dipanaskan pada suhu 90oC. Larutan tersebut diaduk menggunakan pengaduk magnet selama 2-3 jam. Setelah diaduk, filtrat disaring dengan menggunakan kertas saring dan divacum. Sehingga, diperoleh ekstrak daun belimbing wuluh dengan konsentrasi 100.000 ppm.
2. Preparasi bibit kristal
28
3. Pengujian ekstrak daun belimbing wuluh dan NALCO 72990 sebagai inhibitor dalam pengendapan kristal CaSO4 dengan metode seeded
dan unseeded experiment
Tahapan untuk menguji ekstrak daun belimbing wuluh dan NALCO 72990 sebagai inhibitor dalam pengendapan kristal CaSO4 dengan metode seeded dan unseeded experiment dilakukan dengan rangkaian percobaan sebagai berikut:
a. Penentuan laju pertumbuhan CaSO4 pada beberapa variasi
konsentrasi larutan pertumbuhan dengan metode seeded experiment
1.Tanpa penambahan inhibitor kerak
29
Percobaan ini diulang dengan variasi konsentrasi larutan CaCl2 dan Na2SO4 sebesar 0,2 dan 0,25 M. Endapan yang terbentuk ditimbang, kemudian dilakukan analisis menggunakan instrumen SEM, dan distribusi ukuran partikel dalam endapannya menggunakan PSA.
2. Dengan penambahan inhibitor kerak
Larutan pertumbuhan dibuat dari larutan 0,15 M CaCl2 dan larutan 0,15 M Na2SO4 dalam inhibitor ekstrak daun belimbing wuluh dengan konsentrasi 50 ppm pada masing-masing larutan hingga mencapai volume 200 mL, diletakan dalam waterbath pada suhu 90 oC selama 10-15 menit. Kemudian, kedua larutan tersebut dicampurkan dan diukur pH-nya. Setelah kedua larutan tersebut dicampurkan, larutan dibagi ke dalam 8 botol plastik di mana setiap botol berisi 50 mL larutan pertumbuhan dan masing-masing botol ditambahkan bibit kristal sebanyak 200 mg. Larutan tersebut kemudian diletakan ke dalam waterbath pada suhu 90oC.
Pengamatan dilakukan selama satu jam, dan setiap lima menit satu botol diambil untuk ditimbang berat kristal yang terbentuk dengan cara
menyaring larutan dalam botol tersebut menggunakan kertas saring, dicuci dengan akuades, dan dikeringkan menggunakan oven pada suhu 80 oC.
30
yang terbentuk ditimbang, kemudian dipilih yang paling efektif untuk dianalisis menggunakan SEM, dan distribusi ukuran partikel dalam endapannya menggunakan PSA.
b. Penentuan laju pertumbuhan CaSO4 pada beberapa variasi
konsentrasi larutan pertumbuhan dengan metode unseeded experiment
1. Tanpa penambahan inhibitor kerak
Larutan pertumbuhan dibuat dari larutan 0,15 M CaCl2 dan larutan 0,15 M Na2SO4 masing-masing dalam 200 mL akuades dan kemudian diletakan dalam waterbath pada suhu 90 oC selama 10-15 menit. Kemudian, kedua larutan tersebut dicampurkan dan diukur pH-nya. Setelah kedua larutan tersebut dicampurkan, larutan dibagi ke dalam 8 botol plastik di mana setiap botol berisi 50 mL larutan pertumbuhan. Larutan tersebut kemudian diletakan ke dalam waterbath pada suhu 90oC. Pengamatan dilakukan selama satu jam, dan setiap lima menit satu botol diambil untuk ditimbang berat kristal yang terbentuk dengan cara menyaring larutan dalam botol tersebut menggunakan kertas saring, dicuci dengan akuades, dan dikeringkan menggunakan oven pada suhu 80 oC.
31
2. Dengan penambahan inhibitor kerak
Larutan pertumbuhan dibuat dari larutan 0,15 M CaCl2 dan larutan 0,15 M Na2SO4 dalam inhibitor ekstrak daun belimbing wuluh dengan konsentrasi 50 ppm pada masing-masing larutan hingga mencapai volume 200 mL, diletakan dalam waterbath pada suhu 90 oC selama 10-15 menit. Kemudian, kedua larutan tersebut dicampurkan dan diukur pH-nya. Setelah kedua larutan tersebut dicampurkan, larutan dibagi ke dalam 8 botol plastik di mana setiap botol berisi 50 mL larutan pertumbuhan. Larutan tersebut kemudian diletakan ke dalam waterbath pada suhu 90oC. Pengamatan dilakukan selama satu jam, dan setiap lima menit satu botol diambil untuk ditimbang berat kristal yang terbentuk dengan cara
menyaring larutan dalam botol tersebut menggunakan kertas saring, dicuci dengan akuades, dan dikeringkan menggunakan oven pada suhu 80 oC.
32
4. Analisa data
Data yang diperoleh berupa jumlah endapan terhadap waktu dengan variasi konsentrasi larutan pertumbuhan dan variasi konsentrasi inhibitor, masing-masing akan diplot sebagai jumlah endapan terhadap waktu. Morfologi kerak CaSO4 sebelum atau sesudah penambahan inhibitor dianalisis menggunakan SEM. Perubahan ukuran partikel dari kelimpahan CaSO4 pada masing-masing endapan dari setiap percobaan yang
Kata-kata Motivasi
AKU TAK PERNAH BOSAN UNTUK BELAJAR, KARENA AKU BENCI KETIDAKTAHUAN (Miftahudin Romli Thohir)
Sampai kapan anda RAGU dengan KEMAMPUAN DIRI ANDA SENDIRI sementara orang lain
YAKIN akan KEMAMPUAN YANG ANDA MILIKI.? (Miftahudin Romli Thohir).
Satuperbuatannyata, sekecil apa pun, jauh lebih berarti dibandingkan seribu kata-kata indah.
Satu perbuatan nyata sama dengan seribu kata-kata indah.
Satu perbuatan nyata akan mengundang beberapa perbuatan nyata lainnya.
Marilah setiap hari kita (kami dan Anda) membiasakan dengan minimal SATU perbuatan nyata
(tentu saja perbuatan baik untuk membantu orang lain).
Ini akan MENGUNDANG perbuatan-perbuatan baik lainnya.
Alangkah indahnya membiasakan diri berbuat nyata (berbuat baik).
Bila Allah CEPAT mengabulkan doa kita.
Maka Allah menyetujui bahwa yang kita minta itu memang yang terbaik untuk kita.
Bila Allah LAMBAT mengabulkannya.
Artinya Allah ingin menguji kita.
Apakah kita akan berusaha keras untuk mengejar/mewujudkan permintaan tsb. Apakah permintaan kita itu memang benar-benar yang kita inginkan.
Apakah yang kita minta itu benar-benar memang terbaik untuk kita.
Karena yang kita inginkan belum tentu terbaik untuk kita.
Bila Allah TIDAK mengabulkan doa kita.
Maka ketahuilah bahwa sesungguhnya permintaan kita itu telah dikabulkan Allah dengan
sesuatu yang lebih indah dan lebih membahagiakan.
Hanya saja kita sering baru menyadarinya setelah bertahun-tahun kemudian.
Tetaplah berprasangka baik pada Allah dalam keadaan apapun.
Judul Skripsi : Efek Penambahan Senyawa Ekstrak Daun Belimbing Wuluh dan NALCO 72990 sebagai Inhibitor Kerak Kalsium Sulfat (CaSO4)
Nama : Miftahudin Romli Thohir
NPM : 0817011040
Jurusan : Kimia
Fakultas : Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
MENYETUJUI
1. Komisi Pembimbing
Prof. Suharso, Ph.D Dr. Buhani, M.Si
NIP. 196905301995121001 NIP. 196904161994032003
2. Ketua Jurusan Kimia
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Metro pada tanggal 13 Agustus 1990 sebagai anak kedua dari tiga bersaudara, dari bapak Thohirin dan ibu Hj.Umi Kulsum.
Pendidikan Taman Kanak-kanak (TK) Al-ikhlas Purwodadi diselesaikan oleh penulis pada tahun 1996. Penulis kemudian melanjutkan pendidikan sekolah dasar di
Madrasah Ibtidaiyah Nurul Huda Sribawono, Lampung Timur dan menyelesaikannya pada tahun 2002. Penulis menamatkan pendidikan Sekolah Menengah Pertama (SMP) di SMP Muhammadiyah 3 Metro pada tahun 2005. Pendidikan Sekolah Menengah Atas (SMA) penulis diselesaikan di SMA N 10 Bandar Lampung pada tahun 2008.
SANWACANA
Puji syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan segala nikmat, hidayah dan ridho-Nya kepada Penulis hingga skripsi ini dapat
diselesaikan. Shalawat serta salam penulis sanjungkan kepada Nabi Muhammad SAW. Nabi yang memberikan penerangan kepada zaman yang gelap dan
senantiasa penulis harapkan syafaatnya di hari akhir nanti.
Berbekal pengetahuan dan pengalaman yang telah diperoleh, penulis mampu menyelesaikan skripsi yang berjudul “Efek Penambahan Senyawa Ekstrak Daun Belimbing Wuluh dan NALCO 72990 sebagai Inhibitor Kerak Kalsium Sulfat (CaSO4).”
Dengan segenap jiwa yang dilandasi dengan ketulusan hati, penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. Bapak Prof. Suharso, Ph.D selaku dosen pembimbing I yang telah bersedia membimbing penulis, memberikan saran dan kritik hingga penulis dapat menyelesaikan penelitian dan skripsi ini;
3. Ibu Dra. Ilim, M.S selaku dosen pembahas, yang telah memberikan banyak masukan, baik saran maupun kritik kepada penulis untuk kesempurnaan tulisan dan penelitian penulis;
4. Ibu Dra. Fifi Martasih M.S. selaku pembimbing akademik atas bantuan, nasehat, saran, serta semangat yang diberikan kepada penulis;
5. Bapak Andi Setiawan, Ph.D selaku Ketua Jurusan Kimia FMIPA Universitas Lampung;
6. Seluruh dosen Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Lampung atas ilmu, bimbingan, dan perhatian yang telah diberikan kepada penulis;
7. Bapak Prof. Suharso, Ph.D selaku dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Lampung;
8. Ibuku tercinta, Hj. Umi Kulsum, Kakakku Ismail Rusli T, Adikku Alif Rahman T, Ayahku Thohirin, terima kasih atas segala limpahan kasih sayang kalian, semangat, motivasi, nasihat, do’a restu, serta dukungan baik moril
maupun materil;
9. Kepada mas Agus Sahlan Mahbub, S.E. atas motivasi dan didikannya selama ini;
10.Sahabat-sahabatku TB. Didi Supriadi, Eko Wijianto, Ahmad Ruzki,
Muhammad Amin, Muhammad Subari, Idrus yang tak pernah bosan memberi motivasi, semangat serta dukungan kepada penulis;
12.Sahabat-sahabatku di Primamedia Mbah, Ardi, Rico, Hendro, Hendra, Aban, Rendi, David, izul, terima kasih atas keceriaan yang kalian berikan;
13.Kawan-kawan seperjuangan 2008 di Anorganik : Rudi Jailani, Robi Yansah, Ani Sulistriani, Elianasari, Putri Febriani, Dewa Putu Suryani, Miftasani, Musrifatun, dan Albert Ferdinand P. Analitik : Ahmad Ruzki, Eko Wijianto, Harnita Yuniar, Majid Rimbani, Nyayu Putri Handayani, Ayu Aditya, Novia Wiliana, Biokimia : Sundari Riawati, Ni Putu Yuliastri, Muhammad Ramdhan N, Adek Purnawati, Chandra Saka N, Idrus, Shoffa Nur Fauziah, Puji
Mugianto, Aan Kurniawan dan Siti Oktavia. Fisik : Riki Fauzi, Raffel
Stevano, Evirawati S, Wanti S, Eny H, Leni Warlina, Dewi Kartika Sari, Rizki Amalia, dan Muhammad Subari. Organik : Mychel Dendiko P, Nurjannah, TB Didi Supriadi, Ricardo S, Muhammad Amin, Vivi Dwi E, Retno Dwi P, dan Arif Azhari. Untuk setiap dukungan, dan kebersamaan yang telah kita lalui ”We are The Best”;
14.Eko Wijianto dan Ani Sullistriani, keluarga mini kimiaku; 15.Mas Nomo yang setia menjaga gedung Biokimia;
16.Special thanks for Adk Hapin Afriyani, terima kasih atas bantuannya selama ini, semangat yang diberikan, dukungan yang tak pernah henti, semua pengorbananmu yang tak bisa penulis sebutkan, membangkitkan semangat penulis ketika terpuruk, jazakollah khoiron jaza;
18.Adik-adik penerus bimbingan bpk. Prof. Suharso, Ph. D. atas support yang diberikan.
19.Keluarga besar kimia 2008; 20.Keluarga besar kimia 2006-2011. 21.Almamater tercinta.
Penulis menyadari bahwa dalam skripsi ini masih terdapat kekurangan dan kesalahan, untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun untuk dapat dijadikan acuan dalam memperbaiki kesalahan-kesalahan yang penulis lakukan. Akhirnya penulis berharap skripsi ini dapat bermanfaat dan semoga kebaikan dan bantuan yang diberikan kepada penulis mendapatkan rahmat dari Allah SWT.
Bandar lampung, Mei 2012 Penulis
51
V. SIMPULAN DAN SARAN
A. Simpulan
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, maka diperoleh kesimpulan sebagai berikut:
1. Senyawa ekstrak daun belimbing wuluh dapat digunakan sebagai alternatif inhibitor kerak CaSO4. Hal ini terlihat dengan menurunnya pertumbuhan kerak CaSO4 setelah ditambahkan ekstrak daun belimbing wuluh.
2. Pada penelitian ini konsentrasi optimum ekstrak daun belimbing wuluh dalam menghambat laju pertumbuhan kerak CaSO4 0,15 M adalah 250 ppm dengan keefektifan sebesar 22,86 % pada metode seeded experiment dan 17,27 % pada metode unseeded experiment.
52
B. Saran
Untuk meningkatkan mutu penelitian yang telah dilakukan, maka penulis memberikan saran yaitu :
1. Perlu dilakukannya penelitian lebih lanjut terhadap ekstrak daun belimbing wuluh sehingga dapat meningkatkan keefektifan dari ekstrak daun
belimbing wuluh sebagai alternatif inhibitor yang ramah lingkungan. 2. Perlu dilakukannya penelitian lebih lanjut terhadap kerak CaSO4 dengan
