SOLUBILISASI BATUBARA SUBBITUMINUS
HASIL IRADIASI GAMMA DALAM PELARUT BENZENA
Romdonia M.S.
1, S. Hermanto
1dan I. Sugoro
2Prodi Kimia FST – UIN Syarif Hidayatullah1 Pusat Aplikasi Teknologi Isotop dan Radiasi – BATAN2
ABSTRAK
Solubilisasi batubara subbituminus hasil iradiasi gamma dalam pelarut benzena telah dilakukan. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh iradiasi gamma terhadap solubilisasi batubara subbituminus serta potensinya sebagai bahan bakar alternatif yang setara dengan output minyak bumi. Tahapan penelitian yang dilakukan adalah preparasi batubara, iradiasi gamma batubara, analisis solubilisasi batubara dengan UV-Vis dan analisis dengan FTIR. Berdasarkan analisis yang telah dilakukan, tingkat solubilisasi tertinggi dalam pelarut benzena terjadi pada dosis 5 kGy, yaitu sebesar 6%, dengan nilai absorbansi sebesar 0,6 dan 0,78 untuk senyawa fenolik dan aromatik. Pada analisis FTIR yang dilakukan terdapat gugus fungsi C-H alifatik pada panjang gelombang 2880-2900 cm-1 dan
juga terdapat ikatan C=C pada bilangan gelombang 1600-1650 cm-1.
Kata Kunci: Solubilisasi, benzena, iradiasi gamma, Fourier Transform Infrared (FTIR)
ABSTRACT
The solubilization of subbituminous coal of gamma irradiation in benzene solution has been done. This study aimed to determine the effect of Co-60 gamma irradiation of subbituminus coal solubilization and its potential as an alternative fuel that is equivalent to oil. The stages of this research are preparation of coal, gamma irradiation, analysis of coal solubilization by UV-Vis dan FTIR analysis. Based on the analysis conducted, the highest level of the solvent benzene solubilization occurs at doses of 5 kGy which is equal to 6%. While the value of absorbance with wavelenght 250 and 450 nm, respectively by 0,6 and 0,78. FTIR analysis performed on the contained aliphatic C-H functional groups at a wavelength of 2880-2900 cm-1 and also there is a C=C bond at wavelenght of 1600-1650 cm-1.
Keywords: solubilization, benzene, gamma irradiation, Fourier Transform Infrared (FTIR)
1. PENDAHULUAN
Solubilisasi batubara merupakan konversi batubara menjadi bahan bakar cair melalui teknik likuifikasi yang melibatkan serangkaian reaksi kimia dan fisika [1]. Metode pancairan batubara yang telah diaplikasikan adalah proses sintesis Fischer-Tropsch dan Bergius serta
Brown Coal Liquefaction Technology (BCL).
Pencairan batubara dengan metode tersebut memakan biaya operasional yang cukup tinggi karena dilakukan dalam temperatur dan tekanan
yang tinggi serta memerlukan instalasi yang cukup rumit dan menghasilkan produk sampingan yang berbahaya [2]. Selain itu, dikembangkan pula teknologi pencairan batubara secara biologi dengan memanfaatkan mikroorganisme. Kendala yang dihadapi adalah waktu yang diperlukan untuk memperoleh batubara cair lebih lama dan produknya heterogen [3,4].
Alternatif lain adalah solubilisasi dengan iradiasi gamma. Sinar gamma merupakan radiasi elektromagnetik yangmempunyai daya tembus
paling besar dibandingkan dengan radiasi beta danalfa. Dosis tertentu iradiasi gamma dapat memutus ikatan pada senyawa kompleks seperti senyawa poliaromatik pada batubara.Penelitian tentang ini telah dilakukan di India, dimana pengaruh iradiasi gamma terhadap kelarutan pada batubara ditemukan. Batubara lignit dan subbituminus diiradiasi dengan berbagai dosis gamma pada media udara. Solubilisasi batubara lignit ini menggunakan pelarut benzena dan etanol. Hasil kelarutan yang didapat dengan pelarut benzena yaitu sebesar 9,98%, 8,30% dan 5,14% dengan masing-masing dosis iradiasi gamma 500, 1000 dan 1500 kGy. Sedangkan dengan pelarut etanol hasilnya yaitu 4,86%, 9,38% dan 10,87%.Kemudian solubilisasi batubara subbituminus dengan pelarut benzena didapatkan hasil yaitu 0,70%, 1,85% dan 0,00%, serta dalam pelarut etanol sebesar 1,24%, 0,92% dan 1,66%. Dosis radiasi sampai 1000 kGy paling efektif dalam meningkatkan kelarutan [5].
Penelitian ini juga telah dilakukan di Turki bahwa oksidasi pada perlakuan awal batubara tingkat rendah dapat meningkatkan kelarutan dalam air. Oksidasi ini berasal dari radiolisis air yang merupakan agen penting dalam dekomposisi batubara. Perlakuan awal radiasi pada solubilisasi batubara lignit dan subbituminus dikisaran dosis 25-100 kGy meningkatkan penyerapan fase cair dalam interval 250-420 nm. Kenaikan dari solubilisasi batubara disebabkan adanya oksidasi bahan organik dan pengurangan tingkat polimerisasi. Radiasi sebagai perlakuan awal fisik menawarkan aplikasi alternatif untuk degradasi batubara [6].
Penelitian mengenai pemanfaatan iradiasi gamma untuk solubilisasi batubara belum dilakukan di Indonesia. Jenis batubara yang akan digunakan dalam penelitian ini adalah subbituminus. Batubara subbituminus ini digunakan karena memiliki kandungan sulfur yang rendah serta hasil pembakaran yang relatif lebih bersih [7], serta saat ini banyak digunakan oleh pembangkit listrik di Indonesia terutama Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU). Sedangkan pelarut yang digunakan yaitu benzena. Selain itu dosis iradiasi gamma yang digunakan terdiri dari 0, 2,5, 5, 10, 20 dan 40 kGy. Pemilihan pelarut serta dosis ini mengacu kepada referensi-referensi sebelumnya yaitu seperti penelian yang dilakukan di India dan Turki. Berdasarkan penjelasan tersebut maka dilakukan penelitian untuk mengetahui pengaruh iradiasi gamma terhadap solubilisasi batubara subbituminus.
2. MATERI DAN METODE
Alat yang digunakan meliputi mortar, Erlenmeyer, spatula, timbangan analitik, gelas ukur, sentrifus, Iradiator IRKA, Fourier
Transform Infra Red (FTIR) dan
Spektrofotometer UV-Vis. Bahan yang digunakan meliputi batubara jenis subbituminus yang berasal dari Sumatera Selatan dengan ukuran partikel 0,2 mm, benzenadan plastik polietilen.
Batubara yang telah dihaluskan sebesar 70 mesh kemudian dikemas dalam plastik polietilen, diiradiasi gamma dengan dosis 0 kGy, 2,5 kGy, 5 kGy, 10 kGy, 20 kGy dan 40 kGy di Iradiator IRKA dengan sumber radioaktif Co-60 dengan laju dosis 20 kGy/jam.Solubilisasi batubara: Sebanyak5 g batubara ukuran 70 mesh hasil iradiasi gamma ditambahkan ke dalam air steril sebanyak 50 ml. Kemudian dilakukan pengocokan selama 1 jam (100 rpm). Setelah itu dilakukan pengukuran nilai pH dan tingkat solubilisasi. Kemudian sampel disentrifugasi pada 5400 rpm selama 15 menit dan diambil supernatannya.Supernatan kemudian diukur nilai absorbansinya menggunakan Spektrofotometer UV-Vis pada panjang gelombang 250 nm dan 450 nm untuk mengetahui tingkat solubilisasi batubara [8].AnalisisFourier Transform Infra Red (FTIR) Spectrum One Perkin Elmer digunakan untuk identifikasi profil gugus fungsi batubara sebelum dan setelah iradiasi gamma sertasetelah solubilisasi.
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1.Analisis Solubilisasi Secara Gravimetri Kelarutan tertinggi batubara hasil iradiasi gamma dengan pelarut benzena terjadi pada dosis 5 kGy dengan persen kelarutan yaitu 6% (Gambar 1). Berdasarkan gambar dibawah ini terlihat bahwa dengan penambahan dosis iradiasi kelarutan yang terjadi semakin menurun. Hal ini menunjukkan bahwa semakin besar dosis iradiasi yang diberikan maka proses repolimerisasi terjadi dimana stuktur batubara yang sebelumnya sudah terpisah bergabung kembali dengan struktur lainnya. Hal tersebut mengakibatkan proses solubilisasi menjadi lebih lama sehingga diperlukan waktu yang lebih lama pula.
Gambar 1. Persen kelarutan dalam pelarut benzena
3.2.Hasil Analisis Solubilisasi Batubara Subbituminus dengan Spektrofotometer UV-Vis
Proses solubilisasi batubara hasil iradiasi gamma dapat diamati tingkat solubilisasinya dengan absorbansi sampel pada panjang gelombang, λ250nm (sinar tak tampak) dan λ450nm (sinar tampak) (Gambar 2). Pemilihan λ250nm berfungsi untuk mengukur adanya senyawa fenolik dan λ450nm untuk mengukur adanya ikatan terkonjugasi pada senyawa aromatik batubara. Analisis ini diukur dengan menggunakan spektrofotometer UV-Vis [9]. Secara kualitatif pengujian supernatan dari hasil iradiasi gamma diukur dengan menentukan nilai absorbannya. Perbedaan absorbansi menunjukkan adanya perbedaan pada tingkat degradasi atau solubilisasi batubara hasil iradiasi gamma dengan beberapa dosis yang diberikan.
Nilai absorbansi λ250nm dan λ450nm dari supernatan hasil iradiasi gamma dalam pelarut benzena bernilai antara 0,46 sampai 0,63 pada λ250nm dan 0,7 sampai 0,92 pada λ450nm. Nilai absorbansi λ450nm lebih tinggi dibandingkan λ250nm. Hal ini disebabkan terbentuknya ikatan terkonjugasi pada senyawa aromatik yang terlarut dalam supernatan batubara akibat iradiasi gamma. Adapun pengaruh konjugasi ini menyebabkan tingkat energi orbital π* menurun dan panjang gelombang bertambah serta energinya yang menurun. Pada λ250nm nilai absorbansi batubara subbituminus dengan dosis iradiasi 0, 2,5, 5, 10, 20 dan 40 kGy pada pelarut benzena masing-masing bernilai 0,505, 0,625, 0,6, 0,63, 0,46 dan 0,501. Sedangkan pada λ450nm nilai absorbansi batubara subbituminus pada pelarut benzena masing-masing bernilai 0,86, 0,7, 0,78, 0,88, 0,92 dan 0,89.
Gambar 2. Grafik spektrofotometri UV-Vis hasil solubilisasi batubara dengan iradiasi gamma pada λ250nm (A) dan λ450nm(B).
Hasil absorbansi yang cenderung berfluktuatif ini dikarenakan proses radiasi yang terjadi tidak secara maksimal memecah ikatan kompeks pada struktur batubara subbituminus. Semakin besar dosis radiasi yang diberikan tidak membuat struktur batubara terdegradasi dengan sempurna. Ada beberapa faktor yang menyebabkan degradasi tidak sempurna yaitu diantaranya terjadi proses repolimerisasi. Repolimerisasi ini merupakan proses pembentukan senyawa kembali akibat memecahnya struktur batubara yang sebelumnya telah terputus. Reaksi ini ditandai dengan adanya ikatan rantai utama yang putus sehingga menyebabkan pemendekan rantai panjang dan penurunan bobot molekul. Perubahan sifat fisik ini menyebabkan pembentukan ikatan kimia baru melalui mekanisme ikatan silang sehingga konversi molekul menjadi lebih tinggi [10]. Hal ini mengakibatkan struktur poliaromatik dari batubara subbituminus yang diiradiasi tidak secara sempurna berubah menjadi struktur-struktur yang lebih sederhana.
3.3.Profil Gugus Fungsi Batubara Hasil Analisis dengan Fourier Transform Infrared (FTIR)
Analisis gugus fungsi batubara subbituminus hasil iradiasi gamma ini bertujuan untuk mengetahui adanya pengaruh pancaran sinar gamma terhadap profil gugus fungsi batubara
.
Hasil analisis tersebut dapat dilihat pada Gambar 3. Dalam pengujian dengan menggunakan FTIR ini sampel yang digunakan adalah sampel endapan batubara subbituminus yang telah dipanaskan selama 24 jam dengan oven dengan suhu 370C. Dari gambar 4 tersebut dapat diketahui bahwa batubara subbituminus mengandung gugus hidroksil fenol (O-H) dan NH pada daerah serapan 3200-3600 cm-1.Gugus alkana (C-H) alifatik pada daerah serapan 2880-2900 cm-1.Gugus P-H pada daerah 2280-2440 cm-1.Gugus (C=C) aromatik pada daerah serapan 1600-1650 cm-1. Gugus CH2 dan CH3bending pada daerah 1350-1470 cm-1 dan gugus alkohol (C-O) pada daerah serapan 1000-1300 cm-1.Menurut penelitian Saikia et al
(2008) terhadap batubara subbituminus di India menunjukkan terdapat gugus C-S di daerah sekitar 690 cm-1, gugus alifatik rantai panjang pada daerah serapan 2920-2850 cm-1 dan terdapat mineral-mineral seperti kaolinit (1031 cm-1) dan pirit (420 cm-1).
Selain itu, menurut Manoj et al (2009) dalam jurnalnya [11], yang menganalisis batubara murni dimana terdapat ikatan aromatik (aromatic binding) pada daerah 700-900 cm-1
.
Berdasarkan pengujian yang dilakukan terlihat bahwa dosis 2,5 kGy merupakan spektrum tertinggi, setelah itu 0, 10, 40, 5 dan 20 kGy. Peningkatan dan penurunan intensitas peak yang terjadi pada keenam dosis menunjukkan adanya pengaruh iradiasi gamma yang diberikan saat perlakuan awal. Iradiasi gamma tersebut menyebabkan degradasi terhadap struktur kompleks batubara subbituminus menjadi senyawa fenolik, alifatik lignin dan memecah cincin [12]. Selain itu, dapat juga diubah menjadi senyawa-senyawa lemak rantai panjang, aromatik tunggal dan alkana (C16-C24).Gambar 3. Spektrum gugus fungsi solubilisasi batubara dalam pelarut benzena
4. KESIMPULAN Perlakuan awal iradiasi gamma terhadap
proses solubilisasi. Kelarutan tertinggi pada pelarut benzena terjadi pada dosis 5 kGy yaitu sebesar 6%.Iradiasi gamma menyebabkan perubahan gugus fungsi batubara hasil solubilisasi dalam pelarut benzena.
5. DAFTAR PUSTAKA
1. SWARBRICK, J. and BOYLAN, J.C. (ed), 1996, Encyclopedia of Pharmaceutical Technology, vol. 14,
Marcel Dekker, New York, p. 295-331 2. YOSHIDA, H. 2007. Coal Liquefaction
Pilot Plant. New Energy and Industrial
Technology Development Organization. Tokyo
3. FAKUOSA, R.M., FROST. 1998.
Production of Water-Soluble
Coal-Substance by PartialMicrobial
Liquefaction of Untreated Hard Coal.
Resor. Conserve.Recycle. 251-60.
4. SUGORO, D.I. ASTUTI, D.
SASONGKO and P. ADITIAWATI. 2012. Comparison of Gamma Irradiated
and Raw Lignite in Bioliquefaction Process by Fungus T5. Jurnal Atom
Indonesia. Vol. 38 No. 2 (2012) 51-56 5. L.C. RAM., P.S.M. TRIPATHI., S.K.
JHA., K.P. SHARMA., G. SINGH., S.P. MISHRA. 1997. У-Irradiation Of Coal
And Lignite: Effect On Extractability. 1-14
6. GAZSÓ, L.G. 1997. The Effect of
Radiation To Enhance The Bioconversion
of Coal. 239-245
7. TEKMIRA. 2005. Teknologi Mineral dan Batubara. www.tekmira.esdm.go.id/data /batubara. Diakses 3 Januari 2013, pk.
20.15 WIB
8. SELVI, V.A. and BANERJEE, R. 2007. Coal Biotechnlogy : Bio-conversion of
Different Rank Indian Coal for The Extraction of Liquid Fuel and Fertilizer
25: 1713-1720.
9. SCHUMACHER, J.D. 1997.
Untersuchungen Zur Oxidation
Kolherevanter StruktkranalogaDurch
Bakterielle Monooxygenasen. Ph.D
Thesis,University of Bonn, Jerman. 10. DWIATMOKO, J. B. C. 2000. Pengaruh
Radiasi Sinar Gamma (Co-60) terhadap Viabilitas Aspergillus sp. DUCC 001 M pada Medium PDA (Potato)
11. MANOJ, B., KUIYOMANA, A.B., dan CHANDRASEKHARAN, K.A. 2009.
Chemical Leaching of Low Rank Coal an Its Characterization Using SEM / EDAX dan FTIR. Department of Physics, Christ
University, Hosur Road, Bangalore -29 Karnataka, India
12. STEVENS, MALCOLM P. 2001. Kimia Polimer. Diterjemehkan oleh Iis Sopyan, cetakan pertama. PT. Pradnya Paramitha: Jakarta
DISKUSI Marpaung :
Kenapa tidak dicoba tanpa radiasi? Romdonia:
Dilakukan. Seperti ditunjukkan pada kurva “Persen kelarutan dalam pelarut benzena”, dosis iradiasi 0 kGy atinya tanpa radiasi
