Pelapisan Pupuk NPK dengan Poli(Asam Akrilat) Tertaut-Silang-N,N’-Metilena-bis-akrilamida dan Berbagai Konsentrasi Parafin

PELAPISAN PUPUK NPK DENGAN POLI(ASAM AKRILAT)

TERTAUT

˗

SILANG

˗

N,N

’˗METILENA˗BIS˗AKRILAMIDA

DAN BERBAGAI KONSENTRASI PARAFIN

DONY HERMAWAN

DEPARTEMEN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER

INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Pelapisan Pupuk NPK dengan Poli(asam akrilat) tertaut-silang-N,N’-Metilena-bis-akrilamida dan Berbagai Konsentrasi Parafin adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.

Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor.

Bogor, Maret 2013

ABSTRAK

DONY HERMAWAN. Pelapisan Pupuk NPK dengan Poli(asam akrilat) Tertaut-Silang-N,N’-Metilena-bis-akrilamida dan Berbagai Konsentrasi Parafin. Dibimbing oleh AHMAD SJAHRIZA dan MOHAMMAD KHOTIB.

Pelapisan pupuk NPK dapat meningkatkan efisiensi pemupukan, kehilangan pupuk dikurangi dan pencemaran lingkungan diminimumkan. Poli(asam akrilat) tertaut-silang-N,N’-metilena-bis-akrilamida (PAA-MBA) dan parafin dapat digunakan sebagai pelapis pupuk. Lapisan PAA-MBA dibuat dari monomer asam akrilat, inisiator benzoil peroksida, peanut-silang N,N’-metilena-bis-akrilamida, dan kloroform sebagai media polimerisasi. Lapisan kedua, yaitu parafin divariasikan dengan konsentrasi 5%, 10%, dan 15%. Uji pelepasan urea dilakukan dalam media air statis (release) dan media tanah (leaching). Hasil pengujian keduanya menunjukkan pola pelepasan urea berbentuk kurva sigmoid. Uji release dan leaching NPK terlapisi PAA-MBA dan parafin 15% menunjukkan kurva pelepasan urea yang paling lambat. Laju pelepasan urea ditentukan dengan pendekatan matematika y = ɑ(1 – e (–bx)). Laju pelepasan urea paling lambat pada uji release dan leaching berturut-turut ialah 0.21 dan 0.32% per menit. Pupuk NPK ini dapat dikategorikan sebagai pupuk dengan pelepasan lambat, tetapi belum dapat dikatakan sebagai pupuk dengan pelepasan terkendali atau terukur. Kata kunci: leaching, NPK, parafin, poli(asam akrilat), release

ABSTRACT

DONY HERMAWAN. Coating of NPK Fertilizer with N,N’ -Methylene-bis-acrylamide-Crosslinked Poly(acrylic acid) and Various Concentrations of Paraffin. Supervised by AHMAD SJAHRIZA and MOHAMMAD KHOTIB.

Coating of NPK fertilizer can increase the efficiency of fertilizing, fertilizer’s loss is reduced and environmental pollution is minimized. N,N’ -Methylene-bis-acrylamide-crosslinked poly(acrylic acid) (MBA-PAA) and paraffin can be used as fertilizer coating. MBA-PAA layer was made from acrylic acid as monomer, benzoyl peroxide as initiator, N,N'-methylene-bis-acrylamide as cross linker, and chloroform as the polymerization medium. The second layer, paraffin was varied with the concentrations of 5%, 10%, and 15%. Release in static water media and leaching test in soil media were carried out. The results showed sigmoid patterns for urea release as well as leaching. Release and leaching test of NPK coated with MBA-PAA and paraffin 15% showed the slowest urea release curve. Urea release rate was determined by a mathematical approach y = ɑ(1 e (–bx)). The slowest rate of urea release and leaching were 0.21 and 0.32% per minute, respectively. The NPK fertilizer can be categorized as slow release fertilizer, but it cannot be regarded as controlled or measured release fertilizer yet.

DONY HERMAWAN

Skripsi

sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains

pada Departemen Kimia

PELAPISAN PUPUK NPK DENGAN POLI(ASAM AKRILAT)

TERTAUT-SILANG-N,N

’

-METILENA-BIS-AKRILAMIDA

DAN BERBAGAI KONSENTRASI PARAFIN

DEPARTEMEN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR

Judul Skripsi : Pelapisan Pupuk NPK dengan Poli(Asam Akrilat) Tertaut-Silang-N,N’-Metilena-bis-akrilamida dan Berbagai Konsentrasi Parafin Nama : Dony Hermawan

NIM : G44104020

Disetujui oleh

Drs Ahmad Sjahriza Pembimbing I

Mohammad Khotib, SSi, MSi Pembimbing II

Diketahui oleh

Prof Dr Ir Tun Tedja Irawadi, MS Ketua Departemen

PRAKATA

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas segala karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan karya ilmiah yang berjudul Pelapisan Pupuk NPK dengan Poli(Asam Akrilat) Tertaut-Silang-N,N’ -metilena-bis-akrilamida dan Berbagai Konsentrasi Parafin. Shalawat dan salam senantiasa tercurahkan kepada junjungan Nabi Muhammad SAW, keluarganya, dan semoga kita semua menjadi pengikutnya hingga akhir zaman.

Penulis mengucapkan terima kasih kepada Bapak Drs Ahmad Sjahriza dan Bapak Mohammad Khotib, SSi, MSi selaku pembimbing yang senantiasa memberikan arahan, semangat, dan doa kepada penulis selama melaksanakan penelitian. Ucapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada Bapak Prof (em) Dr Ir HM Anwar Nur, MSc yang telah memberikan kesempatan melakukan penelitian di Laboratorium Terpadu (LT) IPB. Tidak lupa ucapan terima kasih penulis sampaikan Ibu Dr. Henny Purwaningsih SSi, MSi, Bapak Drs Muhammad Farid, MSi, dan Bapak Novriyandi Hanif, DSc yang senantiasa memberikan bimbingan kepada penulis. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada kedua orang tua, adik, dan seluruh keluarga yang selalu memberikan doa, motivasi, dan semangat selama masa studi hingga penyusunan karya ilmiah ini.

Terima kasih takterhingga penulis ucapkan kepada Kepala LT IPB atas fasilitas yang diberikan selama penulis melakukan penelitian, staf dan karyawan LT IPB, yaitu Indah, Baim, Bunda, Mas Ian, Mas Uut, Mas Yono, Mbak Rita, Mbak Mila, Samsul, Pak Furqoni, dan masih banyak lagi yang tidak mungkin penulis sebutkan satu per satu yang telah memberikan bantuan dan masukan selama penelitian berlangsung. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada teman-teman mahasiswa penelitian di LT IPB Devi, Ebta, Ika, Ade, Egi, Risma, Itoh, Anis, Ana, dan Dian serta pihak-pihak lain yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan penyusunan karya ilmiah ini.

Penulis berharap karya ilmiah ini dapat bermanfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan.

Bogor, Maret 2013

DAFTAR ISI

DAFTAR TABEL vii

DAFTAR GAMBAR vii

DAFTAR LAMPIRAN vii

PENDAHULUAN 1

BAHAN DAN METODE 1

Bahan dan Alat 1

Pelapisan NPK dengan PAA-MBA dan Parafin 2

Uji Pelepasan NPK 2

Pencirian Pupuk NPK Terlapisi PAA-MBA dan Parafin 3

HASIL DAN PEMBAHASAN 3

Pelapisan NPK 3

Kadar Urea Awal Pupuk 4

Release Urea 4

Leaching Urea 6

Model Laju Pelepasan Urea 7

SIMPULAN DAN SARAN 8

DAFTAR PUSTAKA 9

DAFTAR TABEL

1 Kadar urea awal pupuk NPK tanpa dan dengan pelapisan 4

2 Laju release dan leaching urea 8

DAFTAR GAMBAR

1 Struktur polimer tiga dimensi 3

2 NPK terlapisi PAA-MBA dan parafin 15% 4

3 Kurva release urea NPK tanpa pelapisan ( ), NPK terlapisi

PAA-MBA dan parafin 5% ( ), 10% ( ), dan 15% ( ) 5 4 Morfologi NPK tanpa pelapisan (a), NPK terlapisi PAA-MBA dan

parafin 10% (b) dan 15% (c) dengan perbesaran 500 kali. 6 5 Kurva leaching urea NPK tanpa pelapisan ( ), NPK terlapisi

PAA-MBA dan parafin 5% ( ), 10% ( ), dan 15% ( ) 7

DAFTAR LAMPIRAN

1 Reaksi pembentukan lapisan PAA-MBA 11

2 Kadar urea teoretis dalam NPK 12

3 Kadar urea awal pupuk NPK tanpa dan dengan pelapisan 13

4 Hasil release urea 14

5 Hasil leaching urea 18

6 Penentuan laju pelepasan urea menggunakan perangkat lunak Curve

PENDAHULUAN

Pupuk anorganik (buatan) masih menjadi unggulan di kalangan petani. Pada tahun 2011, Kementerian Perindustrian mencatat penggunaan pupuk anorganik di Indonesia sebesar 24.2 juta ton, lebih besar dibandingkan dengan pupuk organik yang hanya 12.4 juta ton. Penggunaan pupuk anorganik ini antara lain disebabkan oleh kandungan unsur hara yang relatif tinggi dan penggunaannya yang lebih praktis (Warsana 2009). Akan tetapi, penggunaan pupuk anorganik selama ini kurang efisien karena sekitar 4070% N, 8090% P, dan 5070% K hilang ke lingkungan tanpa diserap oleh tanaman. Hal ini tidak hanya menyebabkan kerugian ekonomi dan sumber daya yang besar, tetapi juga pencemaran lingkungan yang sangat serius (Shaviv dan Mikkelsen 2005). Kandungan nitrogen yang berlebihan dalam air tanah dapat menyebabkan diare campur darah, gangguan mental, dan metheglo binaemia. Selain itu, tanah menjadi tercemar dan unsur hara alami dalam tanah akan berkurang (Chaerun dan Anwar 2008).

Pengendalian pelepasan unsur hara pupuk dapat dilakukan secara fisis maupun kimiawi. Pelapisan pupuk secara fisis dapat dilakukan dengan beberapa teknik seperti drum berputar, fluidized bed, dan spouted bed. Bahan pelapis yang sering digunakan antara lain sulfur, resin, dan polimer. Abraham dan Pillai (1996) melapisi pupuk dengan kopolimer akrilamida. Pelapisan pupuk dengan polietilena dan parafin oleh Al-Zahrani (2000) memberikan pola pelepasan terkendali pada 6 jenis pupuk berbeda. Penyalutan pupuk dengan nanomaterial superabsorben juga dapat mengendalikan pelepasan pupuk (Barati 2010). Pada penelitian ini, pupuk NPK dilapisi dengan Poli(asam akrilat)-N,N’-metilena-bis-akrilamida (PAA-MBA) dan parafin. Pupuk yang sudah terlapisi diuji pelepasan unsur N-nya dalam bentuk persen urea. Unsur N paling banyak dibutuhkan tanaman karena digunakan untuk pertumbuhan vegetatif. Model pelepasan urea dalam media air secara statis (release) dan dalam tanah (leaching) ditentukan berdasarkan model yang telah dilaporkan sebelumnya oleh Tong et al. (2009).

BAHAN DAN METODE

Bahan dan Alat

Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini antara lain lempeng pemanas, penguap putar, alat-alat kaca, oven, saringan 100 mesh, radas uji pelepasan NPK, vortex mixer, neraca digital, spektrofotometer ultraviolet-tampak (UV-Vis) Shimadzu UV-1700, dan mikroskop elektron pemayaran (SEM) JSM-35 C di Balai Kehutanan Bogor.

Pelapisan NPK dengan PAA-MBA dan Parafin (Abraham 1997)

Pupuk NPK dibuat dengan mencampurkan 34 g urea, 44 g SP-36, dan 16 g KCl dengan menggunakan blender. Pupuk NPK lalu dipanaskan dalam oven pada suhu 80 oC selama 23 jam, didinginkan dalam desikator, dan siap digunakan.

Sebanyak 6.63 g AA dan 0.60 mg MBA dilarutkan dalam 350 mL kloroform kemudian ditambahkan 0.30 g BPO dan 94 g pupuk NPK. Campuran dipanaskan pada suhu 50 oC menggunakan penangas air sambil diaduk sampai terbentuk deposit pada pupuk NPK (±1 jam). Setelah itu, dimasukkan larutan parafin masing-masing sebanyak 5%, 10%, dan 15% sambil diaduk selama 15 menit. Pelarut kloroform diuapkan dengan penguap putar pada suhu 40 oC.

Uji Pelepasan NPK

Penentuan Kadar Urea Awal

Pupuk NPK tanpa dan dengan pelapisan PAA-MBA dan parafin dicuplik secara representatif, dihaluskan dengan mortar, kemudian masing-masing ditimbang sebanyak 2 g dan dimasukkan ke dalam labu takar 100 mL. Air ditambahkan sebanyak 50 mL, lalu campuran disonikasi pada level medium selama 1 jam sebelum ditera dengan akuades. Larutan disaring untuk diambil filtratnya. Filtrat NPK tanpa pelapisan dan NPK terlapisi PAA-MBA dan parafin 10% diambil 2 mL, sedangkan filtrat NPK terlapisi PAA-MBA dan parafin 5% dan 15% diambil 10 mL, masing-masing diencerkan ke dalam labu takar 100 mL. Larutan hasil pengenceran kemudian ditentukan kadar ureanya.

Release Urea (Liang et al. 2009)

Sebanyak 2 g NPK tanpa dan dengan pelapisan dibungkus dengan kain saring kemudian ditempatkan dalam gelas piala yang berisi 1000 mL akuades tanpa diaduk. Disiapkan juga pembungkus kain saring yang ditempatkan dalam 1000 mL akuades sebagai blangko. Perubahan kadar urea dalam larutan diamati setelah 0.5, 1, 2, 4, dan 6 jam; 1, 2, 4, dan 6 hari; serta hari ke-n pada saat urea 90% hilang. Larutan diambil sebanyak 10 mL pada setiap waktu tersebut kemudian diambil sebanyak 2.5 mL dan diencerkan ke dalam labu takar 25 mL. Larutan hasil pengenceran kemudian diuji kadar ureanya.

Leaching Urea (Liang et al. 2009)

Pencirian Pupuk NPK Terlapisi PAA-MBA dan Parafin

Penentuan Kadar Urea (AOAC 1998)

Larutan stok urea dibuat dari 0.5 g urea dilarutkan dalam 100 mL akuades. Kemudian dibuat deret standar 40, 120, 200, 280, 360, dan 400 ppm. Pereaksi warna dibuat dari 2 g p-dimetilaminobenzaldehida dilarutkan dalam 100 mL etanol 95% dan 10 mL HCl. Kadar urea ditentukan dengan mencampurkan deret standar, sampel, dan blangko masing-masing 15 mL dengan 10 mL pereaksi warna. Campuran dikocok sampai homogen dan didiamkan 10 menit kemudian ditentukan absorbansnya pada panjang gelombang (λ) 420 nm.

Pencirian dengan SEM

Sejumlah tertentu pupuk NPK tanpa dan dengan pelapisan ditempatkan pada tempat sampel (specimen holder) kemudian dibersihkan dan diberi lapisan tipis (coating) emas. Sampel kemudian dimasukkan ke dalam specimen chamber untuk diamati dan dipotret.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Pelapisan NPK

Pelapisan NPK dilakukan dalam 2 tahap, yaitu dengan PAA-MBA kemudian dengan parafin. Lapisan pertama dibuat dengan polimerisasi adisi AA kemudian rantai polimer dihubungkan satu sama lain dengan MBA sebagai penaut-silangnya. Polimer dengan tautan-silang lebih stabil dan mempunyai struktur yang lebih kokoh sebagai pelapis. Polimerisasi adisi ini berlangsung dalam 3 tahap, yaitu inisiasi, propagasi, dan terminasi. Benzoil peroksida digunakan sebagai inisiator. Pemanasan pada suhu 50 oC akan memecah ikatan lemah oksigen-oksigen secara homolitik membentuk radikal bebas benzoil (Anah et al. 2010). Radikal ini akan mengadisi ikatan rangkap pada AA dan menginisiasi pembentukan radikal AA. Pada tahap propagasi, radikal AA akan bereaksi dengan ikatan rangkap dari AA lainnya sehingga memperpanjang rantai radikal. Kemudian pada tahap terminasi MBA menaut-silang rantai radikal AA sehingga terbentuk struktur 3 dimensi yang dapat memerangkap air sehingga pupuk terlindungi dari air (Gambar 1). Reaksi selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran 1. Sintesis PAA-MBA dilakukan pada media nonpolar agar pupuk tidak larut dalam media air. Menurut penelitian Abraham (1997), kloroform merupakan media yang paling baik untuk itu.

Keberhasilan polimerisasi ditandai dengan terbentuknya enapan pupuk yang mantap. Pupuk NPK yang disintesis berbentuk serbuk halus. Setelah dilapisi dengan PAA-MBA, terbentuk butiran-butiran yang lebih besar. Pelapisan selanjutnya dilakukan dengan berbagai konsentrasi parafin, yaitu 5%, 10%, dan 15% dalam pelarut kloroform. Pelapisan dengan parafin ini bertujuan menjadikan permukaan pupuk hidrofobik sehingga mengurangi kontak langsung pupuk dengan air dan diharapkan keluarnya pupuk secara perlahan dapat tercapai (Trenkel 2010). Kloroform diuapkan dengan penguap putar. Pupuk NPK yang sudah terlapisi PAA-MBA dan parafin dapat dilihat pada Gambar 2.

Gambar 2 NPK terlapisi PAA-MBA dan parafin 15%

Kadar Urea Awal Pupuk

Dalam urea terkandung unsur N yang sangat dibutuhkan untuk pertumbuhan vegetatif tanaman. Kadar urea dalam NPK tanpa dan dengan pelapisan diukur sebelum dan sesudah uji release dan leaching. Kadar urea awal yang diperoleh (Tabel 1) hampir sama dengan hasil teoretis. Perhitungan selengkapnya diberikan di Lampiran 2 dan 3. Hal ini menunjukkan bahwa sintesis pupuk telah berjalan dengan efektif. Kadar urea hasil sintesis yang lebih besar daripada teoretis dapat disebabkan sampel tidak homogen. Ketidakhomogenan ini terlihat pada NPK yang telah terlapisi, ada yang berbentuk butiran halus dan kasar. Butiran halus menandakan lapisan PAA-MBA dan parafin yang lebih tipis daripada butiran kasar.

Tabel 1 Kadar urea awal pupuk NPK tanpa dan dengan pelapisan Jenis Pupuk Kadar Urea (%)

Teoretis Hasil sintesis NPK tanpa pelapisan

NPK terlapisi PAA-MBA dan parafin 5% NPK terlapisi PAA-MBA dan parafin 10% NPK terlapisi PAA-MBA dan parafin 15%

35.27 33.48 31.87 30.41

36.58 33.23 31.99 29.41

Release Urea

sekitar pupuk, mengakibatkan keluarnya hara dari dalam pupuk (Hauck 1972). Pola release urea ditunjukkan pada Gambar 3. Data selengkapnya diberikan di Lampiran 4. Pelepasan urea dari pupuk NPK yang tidak dilapisi telah berlangsung sangat cepat dalam waktu 30 menit, yaitu sekitar 83.45%. Pelepasan urea dalam 30 menit pertama ini semakin menurun seiring bertambahnya konsentrasi lapisan parafin. Pupuk NPK yang terlapisi PAA-MBA dan parafin 5%, 10%, dan 15% berturut-turut menunjukkan pelepasan urea sekitar 48.35%, 22.86%, dan 17.57%.

Gambar 3 Kurva release urea pupuk NPK tanpa pelapisan ( ), terlapisi PAA-MBA dan parafin 5% ( ), 10% ( ), dan 15% ( )

Pola release urea juga semakin lambat dengan meningkatnya konsentrasi parafin, ditunjukkan dengan semakin landainya kurva pada konsentrasi parafin yang semakin tinggi. Pupuk NPK yang terlapisi PAA-MBA dan parafin 15% mengeluarkan urea secara maksimum dalam waktu 48 jam, lebih lambat daripada yang terlapisi PAA-MBA dengan parafin 10% (1440 menit) atau 5% (240 menit). NPK tanpa pelapisan bahkan telah mengeluarkan urea secara maksimum dalam waktu kurang dari 60 menit. Nitrogen (N) dimanfaatkan oleh tanaman secara perlahan-lahan, artinya meskipun diberikan dalam jumlah banyak, tanaman hanya menggunakan sedikit demi sedikit sesuai kebutuhan pertumbuhan tanaman. Menurut Nugroho (2009), kebutuhan N pada tanaman mengikuti bentuk kurva sigmoid. Pada NPK tanpa pelapisan semua urea keluar dengan cepat sehingga sisa yang tidak digunakan oleh tanaman akan terbuang baik menguap di udara maupun terbawa aliran air. Pelapisan memperlambat keluarnya urea sehingga penggunaan urea oleh tanaman akan lebih efektif.

(a)

(b) (c)

Gambar 4 Morfologi NPK tanpa pelapisan (a), NPK terlapisi PAA-MBA dan parafin 10% (b) dan 15% (c) dengan perbesaran 500 kali

Leaching Urea

Uji leaching urea dilakukan dalam media tanah untuk menentukan pengaruh matriks tanah pada pengeluaran urea dari pupuk NPK yang sudah terlapisi. Pengujian ini disesuaikan dengan aplikasi yang sebenarnya di lapangan. Elusi dengan air dari atas dianggap sebagai penyiraman atau kondisi hujan. Pengujian dilakukan dalam kondisi ekstrem, yaitu air terus-menerus dialirkan, sedangkan di lapangan, hujan atau penyiraman tidak terjadi terus-menerus. Di dalam tanah juga banyak terdapat senyawa lain yang mungkin menghambat atau sebaliknya mempercepat keluarnya urea dari pupuk yang terlapisi.

dalam tanah juga mudah mengalami denitrifikasi oleh mikrob menjadi N2O dan N2. Denitrifikasi adalah perubahan nitrogen dari keadaan teroksidasi seperti ion nitrat (NO3-) dan nitrit (NO2-) menjadi bentuk yang lebih tereduksi seperti gas-gas nitrat oksida (NO), nitrit oksida (N2O), dan unsur nitrogen bebas (N2). Kehilangan terbesar terjadi dalam bentuk nitrit oksida pada pH 4.95.6, sedangkan pada pH 7.37.9 dalam bentuk gas N2 dan sedikit nitrit oksida. Kehilangan melalui proses denitrifikasi ini dapat mencapai lebih dari 20% (Leiwakabessy 1988).

Gambar 5 Kurva leaching urea NPK tanpa pelapisan ( ), NPK terlapisi PAA- MBA dan parafin 5% ( ), 10% ( ), dan 15% ( )

Kurva yang berbeda ditunjukkan oleh NPK terlapisi poli(asam akrilat) dan parafin 10%. Pengeluaran urea awal terbesar dalam waktu 30 menit pertama justru terjadi pada pupuk ini. Hal ini dapat disebabkan oleh pengemasan dalam tanah saat uji leaching kurang baik sehingga pupuk NPK banyak terkumpul di bagian bawah tabung. Akibatnya pada tahap awal, urea yang keluar banyak. Setelah 30 menit, pengeluaran urea semakin menurun dibandingkan dengan NPK terlapisi poli(asam akrilat) dan parafin 5%. Hal ini menunjukkan keberhasilan pelapisan NPK. Hasil penelitian ini dapat digolongkan ke dalam pupuk dengan pelepasan lambat (BPPT 2010), yaitu pupuk yang hanya dilepaskan secara perlahan ke dalam tanah dalam periode waktu tertentu. Namun, pupuk ini belum dapat dikategorikan sebagai pupuk dengan pelepasan terkendali atau terukur.

Model Laju Pelepasan Urea

Peristiwa pelepasan hara berlangsung melalui proses difusi. Menurut Tong et al. (2009), pola pelepasan nitrogen dalam media air statis dapat dijelaskan dengan model matematis berikut:

�( ) =�_∞− �_∞exp (− �

dengan

C_∞ = Kadar nitrogen saat kesetimbangan

C(t) = Kadar pelepasan nitrogen terhadap waktu (t)

Dalam penelitian ini, pola pelepasan urea dalam media air statis dan dalam tanah dalam percobaan ditentukan menggunakan pendekatan eksponensial 2 dalam perangkat lunak Curve Expert 1.4 seperti di bawah ini (Lampiran 6):

= (1− �(− ))

Jika dibandingkan dengan pendekatan model matematis Tong et al. (2009), nilai koefisien ɑ merupakan kadar urea saat kesetimbangan (C_∞) dan laju pelepasan urea (r) ialah nilai koefisien b dikalikan C_∞.

Tabel 2 menunjukkan bahwa parafin sangat menurunkan laju release urea. Hal tersebut menunjukkan bahwa parafin berfungsi sebagai penghalang fisis untuk mengendalikan release urea. Laju leaching urea yang rendah pada NPK tanpa pelapisan disebabkan tanah yang digunakan sebagai media ikut menghalangi pelepasan urea. Laju pelepasan NPK terlapisi PAA-MBA dan parafin 10% justru lebih besar. Seperti dijelaskan sebelumnya, pengepakan urea yang kurang homogen menyebabkan pada awal leaching urea yang keluar banyak sehingga laju pelepasan menjadi tinggi. Laju release dan leaching paling lambat diperoleh pada NPK terlapisi PAA-MBA dan parafin 15%, berturut-turut 0.21 dan 0.32% per menit. Laju pelepasan urea pada waktu tertentu dapat diprediksi dan dikendalikan dengan menyesuaikan konsentrasi parafin.

Tabel 2 Laju release dan leaching urea

Peubah

NPK tanpa pelapisan

NPK terlapisi PAA-MBA dan

parafin 5%

NPK terlapisi PAA-MBA dan

parafin 10%

NPK terlapisi PAA-MBA dan

parafin 15%

C∞(%) Release 104.23 90.66 83.56 95.95

Leaching 49.13 43.64 40.90 34.62

r (% menit) Release 9.59 2.93 1.67 0.21

Leaching 0.38 0.38 0.67 0.32

SIMPULAN DAN SARAN

Pelapisan NPK dengan PAA-MBA dan parafin dapat memperlambat pelepasan urea. Semakin tinggi konsentrasi parafin, pelepasan urea semakin lambat. Release urea dari pupuk NPK terlapisi PAA-MBA dan parafin 15% paling lambat, yaitu sekitar 48 jam. Demikian pula leaching urea paling lambat, yaitu dalam 96 jam, urea yang dilepaskan baru 49.62%. Pemodelan matematis dengan persamaan = (1− �(− )_{) mendapatkan laju release dan leaching berturut-turut}

Penelitian ini memiliki potensi manfaat yang besar dalam bidang pertanian, yaitu meningkatkan efisiensi pemupukan. Namun, masih diperlukan penelitian lanjutan untuk menentukan kurva pelepasan urea yang terkendali atau terukur sesuai dengan kebutuhan unsur N pada tumbuhan. Pelapisan kedua, yaitu parafin juga sebaiknya dilakukan dengan metode rotary spray untuk mendapatkan lapisan yang seragam.

DAFTAR PUSTAKA

[AOAC] Association of Official Analytical Chemists. 1998. Applicable to Animal Feeds and Their Ingredients. Official Methods of Analysis of AOAC International 967.07. CAS-57-13-6 (urea). Maryland (US): AOAC International.

Abraham J. 1997. Controlled release fertilizer formulations based on polymers. [tesis]. Kerala (IN): Mahatma Gandhi University

Abraham J, Pillai VNR. 1996. Membrane-encapsulated controlled release urea fertilizers based on acrylamide copolymers. J App Polym Sci. 60:2347-2351. Al-Zahrani SM. 2000. Utilization of polyethylene and paraffin waxes as controlled delivery systems for different fertilizers. Ind Eng Chem Res. 39:367-371.

Anah L, Astrini N, Suharto, Nurhikmat A, Haryono A. 2010. Studi awal sintesa carboxy methyl cellulose-graft-poly (acrylic acid)/ monmorilonit superabsorben polimer hidrogel komposit melalui proses kopolimerisasi cangkok SAP. Berita Selulosa. 45(1):1-8.

[BPPT] Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi. 2010. Insentif Riset Perekayasa. [laporan akhir]. Pengembangan produk pupuk SRF NPK plus biofertilizer.

Barati A, penemu; Chobin & Chobin Consultancy L.L.C. 2010 Juni 10. Nano-composite superabsorbent containing fertilizer nutrients used in agriculture. US patent ID US 2010/0139347 A1.

Chaerun SK, Anwar C. 2008. Dampak lingkungan penggunaan pupuk urea pada pembebanan N dan hilangnya kandungan N di sawah. J Pendidikan IPA. 6(7):1-8.

Hauck RD. 1985. Slow-release and bioinhibitor amended nitrogen fertilizers. Di dalam: Engelstad, Editor. Fertilizer Technology and Use. Ed ke-3. Madison (US): University of Wisconsin-Madison. hlm 293-322.

Leiwakabessy FM. 1988. Kesuburan Tanah. Bogor (ID): Jurusan Ilmu-ilmu Tanah, Fakultas Pertanian, IPB.

Liang R, Yuan H, Xi G, Zhou Q. 2009. Synthesis of wheat straw-g-poly(acrylic acid) superabsorbent composites and release of urea from it. Carbohydr Polym. 77:181-187.

Shaviv A, Mikkelsen RL. 2005. Controlled-release fertilizers to increase efficiency of nutrient use and minimize environmental degradation—a review. Fertilizer Res. 35:1–12.

Tong Z, Liang Y, Ye S, He Z. 2009. Superabsorbent hydrogel as carriers for the controlled-release of urea: Experiment and a mathematical model describing the release rate. Biosys Eng. 102:44-50.

Trenkel ME. 2010. Slow-Release and Controlled-Release and Stabilized Fertilizers: An Option for Enhancing Nutrient Use Efficiency in Agriculture. Ed ke-2. Paris (FR): International Fertilizer Industry Association.

Lampiran 1 Reaksi pembentukan lapisan PAA-MBA

Pembentukan radikal benzoil

Inisiasi

Propagasi

+

Lampiran 2 Kadar urea teoretis dalam NPK

Jenis Pupuk Kadar Urea Teoretis (%) NPK tanpa pelapisan

NPK terlapisi PAA-MBA dan parafin 5% NPK terlapisi PAA-MBA dan parafin 10% NPK terlapisi PAA-MBA dan parafin 15%

35.27 33.48 31.87 30.41

Contoh perhitungan untuk NPK terlapisi PAA-MBA dan parafin 5% Kadar urea pupuk urea 97.5%

Kadar urea =Bobot pupuk urea × % Urea

Bobot NPK + Bobot parafin × 100%

=34 g × 97.5%

94 g + 5 g × 100%

Lampiran 3 Kadar urea awal pupuk NPK tanpa dan dengan pelapisan

Sampel Ulangan Abs

Terkoreksi Persamaan

Konsentrasi Urea Terukur (ppm)

Urea (g)

Contoh (g)

Kadar Urea (%)

Rerata (%)

NPK tanpa pelapisan 1 0.190 y = 0.002421x + 0.003349 77.0966 0.3855 1.0034 38.42 36.58

2 0.172 69.6617 0.3483 1.0027 34.74

NPK terlapisi PAA-MBA dan parafin 5%

1 0.746

y = 0.002310x– 0.027949 335.0430 0.3350 1.0095 33.19 33.23

2 0.748 335.9090 0.3359 1.0095 33.27

NPK terlapisi PAA-MBA dan parafin 10%

1 0.154

y = 0.002421x + 0.003349 62.2268 0.3111 1.0019 31.05 31.99

2 0.163 65.9442 0.3297 1.0014 32.93

NPK terpalisi PAA-MBA dan parafin 15%

1 0.655

y = 0.002310x– 0.027949 295.6490 0.2956 1.0059 29.39 29.41

2 0.656 296.0820 0.2961 1.0059 29.43

Contoh perhitungan NPK terlapisi PAA-MBA dan parafin 5% Abs terkoreksi = 0.746

Konsentrasi terukur =0.746 + 0.027949

0.00231 = 335.043 ppm

Urea dalam contoh = Konsentrasi terukur × 1 L

1000 mL× Vol terukur × FP × 1 g 1000 mg

= 335.043 × 1 L

1000 mL× 100 mL × 100

10 × 1 g

1000 mg= 0.3350 g

Kadar urea = Urea dalam contoh

Bobot contoh × 100% =

0.3350 g

Lampiran 4 Hasil release urea

Kadar urea ditentukan dengan persamaan linear dari deret standar y = 0.002405x  0.034627

Blangko

NPK tanpa pelapisan (bobot pupuk yang digunakan 2.0363 g)

NPK terlapisi PAA-MBA dan parafin 5% (bobot pupuk yang digunakan 2.0187 g)

NPK terlapisi PAA-MBA dan parafin 10% (bobot pupuk yang digunakan 2.0181 g)

NPK terlapisi PAA-MBA dan parafin 15% (bobot pupuk yang digunakan 2.0920 g)

Contoh perhitungan NPK tanpa pelapisan menit ke-60: Blangko 60 menit

Persamaan linear kurva standar: y = 0.002405x  0.034627 y = bx + a

Konsentrasi urea terukur =Abs terkoreksi + =0.010 + 0.034627

0.002405 = 18.5559 ppm

Urea diambil g = Konsentrasi urea terukur ppm × Volume(mL) × 1 L

1000 mL× FP × 1 g 1000 mg

= 15.2295 ppm × 25 mL × 1 L

1000 mL× 4 × 1 g 1000 mg

= 0.0015 g

Total urea g = 0.1837g + 0.0015 g = 0.1852 g

Urea tanpa pelapisan 60 menit

Urea terkoreksi g = Total urea NPK tanpa pelapisan g −Total urea blangko(g)

= 0.7883 g−0.1852 g

= 0.6031 g

% ���� � urea = Urea terkoreksi g

Kadar urea % × Bobot pupuk yang digunakan (g) × 100% =

0.6031 g

Lampiran 5 Hasil leaching urea

NPK tanpa pelapisan (bobot pupuk yang digunakan 2.0007 g)

NPK terlapisi PAA-MBA dan parafin 5% (bobot pupuk yang digunakan 2.0005 g)

NPK terlapisi PAA-MBA dan parafin 10% (bobot pupuk yang digunakan 2.0038 g)

NPK terlapisi PAA-MBA dan parafin 15% (bobot pupuk yang digunakan 2.0098 g)

Contoh Perhitungan NPK tanpa pelapisan menit ke-60: Blangko 60 menit

Persamaan linear kurva standar:

Konsentrasi urea terukur =Abs terkoreksi + =0.009 + 0.01088

0.002529 = 7.6962 ppm

Urea g = Konsentrasi urea terukur ppm × Volume(mL) × 1 L

1000 mL× FP × 1 g 1000 mg

= 7.6962 ppm × 25 mL × 1 L

1000 mL× 10 × 1 g 1000 mg

= 0.0032 g

NPK tanpa pelapisan 60 menit

Urea terkoreksi g = Total urea NPK tanpa pelapisan g −Total urea blangko g = 0.0490 g−0.0032 g = 0.0458 g

= 0.0490 g−0.0032 g

= 0.0458 g

Total urea g = Urea terkoreksi 30 menit + 60 menit + 90 menit = 0.1063 g + 0.0187 g + 0.0458 g = 0.1708 g

% �� ℎ��� urea = Urea terkoreksi g

Kadar urea % × Bobot pupuk NPK yang digunakan (g)× 100% =

0.1708 g

Lampiran 6 Penentuan laju pelepasan urea menggunakan perangkat lunak Curve Expert 1.4

a) Penentuan koefisien pada persamaan model release urea

Peubah data

Hubungan eksponensial 2 y = a(1exp(bx)) NPK tanpa

pelapisan

NPK terlapisi PAA-MBA dan

parafin 5%

NPK terlapisi PAA-MBA dan

parafin 10%

NPK terlapisi PAA-MBA dan

parafin 15%

a 8.6176×101 9.1030×101 8.5105×101 9.4162×101

b 1.1091×10-1 3.2118×10-2 1.3422×10-2 2.2571×10-3

r (laju release

urea) 9.56 2.92 1.14 0.21

c∞ 86.18 91.03 85.11 94.16

r (koefisien

korelasi) 0.9832 0.9851 0.9865 0.9782

b) Penentuan koefisien pada persamaan model leaching urea

Peubah data

Hubungan eksponensial 2 y= a(1exp(bx)) NPK tanpa

pelapisan

NPK terlapisi PAA-MBA dan

parafin 5%

NPK terlapisi PAA-MBA dan

parafin 10%

NPK terlapisi PAA-MBA dan

parafin 15%

a 4.8744×101 4.2821×101 4.0067×101 3.4260×101

b 7.9249×10-3 9.0772×10-3 1.7104×10-2 9.4409×10-3

r (laju

leaching urea) 0.38 0.38 0.67 0.32

c∞ 48.74 42.82 40.06 34.26

r (koefisien

Perhitungan:

Model matematis menurut Tong et al. (2009):

�( ) =�_∞− �_∞exp (− �

∞ )

Model persamaan menurut hubungan eksponensial 2:

= − exp (− )

Pendekatan: C(t) ≈ y C_∞ ≈ a r /C_∞ ≈ b

sehingga, diperoleh nilai laju pelepasan urea (r). c) Kurva release urea terhadap waktu.

1. Pupuk NPK tanpa pelapisan 2. Pupuk NPK terlapisi PAA-MBA dan parafin 5%.

(d) Kurva hubungan leaching urea terhadap waktu.

1. Pupuk NPK tanpa pelapisan 2. Pupuk NPK terlapisi PAA-MBA dan parafin 5%

RIWAYAT HIDUP