STUDI PENGGUNAAN TUMBUHAN TEMBAKAU, TEH DAN KOPI SEBAGAI
INHIBITOR KOROSI BAJA LUNAK DALAM AIR LAUT BUATAN YANG
JENUH CO
2Ilim, Kamisah D. Pandiangan dan Sudrajat
Jurusan Kimia FMIPA Universitas Lampung, Jl. Prof. Sumantri Brojonegoro No 1 Bandar Lampung 35145
E-mail : Ilim_ds@yahoo.com.au
Diterima 28 Agustus 2007, perbaikan 10 Desember 2007, disetujui untuk diterbitkan 27 Desember 2007
ABSTRACT
Corrosion inhibitors still continue to be used to control carbon dioxide corrosion, although many other methods are also available. Corrosion inhibitor is the most cost effective and flexible means of corrosion control. The use of the nitrogen containing natural products, i.e. tobacco, tea leaves and coffee as corrosion inhibitors of mild steel in brine solution saturated by carbon dioxide gas has been studied by gravimetric method. The results showed that the natural products containing nitrogen of tobacco, tea leaves and coffee inhibited the carbon dioxide corrosion of mild steel. The optimum concentrations of the inhibition of tobacco and tea leaves extracts were 100 and 500 ppm respectively, while the coffee concentration was not identified.
Keywords: corrosion,mild steel, gravimetricmethod,
1. PENDAHULUAN
Korosi (karat) adalah pengrusakan material disebabkan adanya reaksi kimia antara material tersebut dengan lingkungannya. Kita mungkin pernah mendengar pencemaran laut karena adanya kebocoran pipa minyak di lepas pantai akibat korosi, terjadi kecelakaan pesawat saat landing karena roda girnya patah akibat korosi dan banyak contoh lainnya. Contoh mutahir yang paling menghebohkan di Cina yang dilansir media elektronik1) terjadinya kebocoran pipa
gas, sehingga membuat sibuk pemerintahan dalam mengevakuasi warga untuk menghindari ledakan yang dapat membahayakan banyak jiwa manusia. Terjadinya kebocoran tersebut diakibatkan oleh tidak terpantau atau tidak terkendalinya korosi yang terjadi pada industri gas tersebut.
Korosi dapat merusak sumber-sumber yang potensial dan membutuhkan biaya yang sangat banyak untuk perbaikan. Beberapa studi menunjukkan bahwa biaya yang dibutuhkan akibat korosi di negara berkembang adalah sekitar 3-4 % dari “gross national product” (GNP)nya. Di Amerika Serikat, perkiraan biaya total dari korosi adalah sekitar 80 milyar dolar per tahun. Dari jumlah tersebut sekitar 55 milyar dolar sulit untuk dieliminasi2, 3).
Korosi atau karat adalah suatu permasalahan yang selalu dihadapi oleh pemakai bahan yang berasal dari logam, atau campuran logam dalam peralatan yang digunakan. Kebutuhan untuk meminimalisasi kerugian akibat korosi, pengembangan dan pengenalan metoda dengan efektifitas tinggi untuk meningkatkan ketahanan logam dan senyawanya akan selalu mendapat perhatian pengembangan ilmu pengetahuan, teknologi dan pemerhati lingkungan. Teknik-teknik yang bisa digunakan untuk mengontrol atau mengendalikan korosi sangat bervariasi, mulai dari pemilihan material, menggunakan “coating”, proteksi secara katodik, menggunakan zat aditif atau inhibitor. Penggunaan inhibitor merupakan metoda yang paling murah dan universal untuk proteksi logam4). Inhibitor dapat digunakan secara individu
atau dikombinasi dengan metoda proteksi lain; seperti pencatan, proteksi katodik dan lain-lain.
Pemanfaatan tumbuhan sebagai inhibtor korosi (anti karat) merupakan suatu alternatif yang perlu dikaji terus menerus karena bahan alam biasanya lebih aman dan ramah lingkungan dibandingkan senyawa kimia yang diproduksi sendiri. Indonesia yang kaya dengan berbagai jenis tumbuhan, sangat memungkinkan menyimpan potensi yang bisa dimanfaatkan sebagai bahan anti karat. Sejauh ini belum ada peneliti yang melaporkan pemanfaatan bahan aktif dari tumbuhan sebagai inhibitor korosi. Pada penelitian ini dilakukan pengujian ekstrak berbagai tumbuhan yaitu daun tembakau, daun teh dan kopi sebagai anti karat (inhibitor korosi) baja lunak (mild steel). Pengujian dilakukan dengan metoda gravimetri.
2. METODE PENELITIAN
2.1. Alat dan Bahan
Alat yang digunakan pada penelitian ini adalah; alat-alat gelas laboratorium, neraca analitik, pingset, jangka sorong, botol minuman, mikro pipet, termometer, amplas ukuran 250,400, 600 dan 800 grid, grinder, polisher, dan shaker. Bahan-bahan yang digunakan adalah: mild steel 2x1 cm2 tebal 0,4 mm, kertas abrasif dengan grit 240, 400, 600 dan
800, NaCl, gas CO2, aseton, HCl, NaHCO3, aquades, daun tembakau daun teh, dan kopi. 2.2. Prosedur Penelitian
2.2.1. Persiapan Spesimen Baja Lunak
Spesimen baja lunak dipotong-potong dengan ukuran 2x1 cm2 dan diamplas dengan kertas abrasif mulai grit 240, 400,
600 dan terakhir dengan grit 800. Setelah permukaan mild steel rata atau homogen selanjutnya dibersihkan dengan akuades dan dikeringkan dengan etanol kemudian disimpan dalam desikator. Permukaan logam tersebut diukur dimensinya lalu ditimbang massanya.
2.2.2. Pembuatan Larutan
a. Medium korosif
Air laut buatan (brine solution) dibuat dengan melarutkan NaCl 3% (w/v) dan NaHCO3 100 mg/L dengan akuades dalam
labu ukur. Larutan ini dijenuhkan dengan gas CO2.
b. Larutan inhibitor
Inhibitor yang digunakan adalah ekstrak kasar daun tembakau, daun lidah buaya, dan daun papaya. Larutan inhibitor dari ekstrak bahan alam tersebut disiapkan dengan variasi konsentrasi mulai dari 0, 10, 100, 500 dan 1000 ppm.
2.2.3. Pengujian Inhibisi Korosi
Pengujian awal inhibisi senyawa yang terkandung dalam tumbuhan terhadap korosi baja lunak dilakukan dengan menggunakan ekstrak kasar. Metoda yang digunakan adalah wheel test atau kehilangan berat. Senyawa yang akan diuji ditambahkan dalam konsentrasi yang bervariasi. Larutan korosif (brine solution) dimasukkan ke dalam botol uji sebanyak 175 ml dan dijenuhkan dengan gas CO2. Senyawa yang akan ditentukan proteksinya terhadap korosi baja lunak
dimasukkan ke dalam larutan dengan konsentrasi tertentu, kemudian lempeng baja lunak yang sudah diukur luas dan ditimbang beratnya dimasukkan ke dalam larutan. Setelah itu botol ditutup dan didiamkan selama 24 jam. Keesokan harinya baja lunak diambil dari larutan, dibersihkan dan ditimbang kembali. Inhibisi (proteksi) setiap ekstrak tumbuhan ditentukan dengan membandingkan kehilangan berat antara larutan blanko dan larutan yang mengandung inhibitor
.
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1. Hasil Uji Korosi
Pada penelitian ini dilakukan uji aktifitas ekstrak daun tembakau, daun teh dan kopi sebagai inhibitor korosi baja lunak dalam medium air laut buatan yang jenuh dengan gas CO2. Metode yang digunakan adalah kehilangan berat
(gravimetri) atau weight loss. Data kehilangan berat baja lunak, laju korosi dan persen proteksi dari ekstrak daun tembakau, daun teh dan kopi masing-masing dapat dilihat pada Tabel 1, 2 dan 3.
Berdasarkan Tabel 1, 2 dan 3 persen proteksi paling tinggi untuk ekstrak daun tembakau adalah pada 100 ppm, ekstrak daun teh pada 500 ppm dan kopi pada 1000 ppm. Khusus untuk kopi belum didapatkan konsentrasi optimum yang dapat memberikan proteksi paling baik.
Tabel 1. Data hasil uji korosi dengan ekstrak daun tembakau ______________________________________________________
Konsentrasi Kehilangan Laju Persen
daun berat korosi proteksi
Tembakau rata-rata (g) (mmpy) (%)
(ppm) ______________________________________________________ 0 0,0039 0,4035 - 10 0,0025 0,2757 31,68 100 0,0015 0,1553 61,52 500 0,0017 0,1756 56,47 1000 0,0021 0,2122 47,40 _______________________________________________________
Tabel 2. Data hasil uji korosi dengan ekstrak daun teh
_______________________________________________________ Konsentrasi Kehilangan Laju Persen
daun teh berat korosi proteksi
(ppm) rata-rata (g) (mmpy) (%) _______________________________________________________ 0 0,0044 0,4641 - 10 0,0036 0,4019 13,40 100 0,0034 0,3672 20,86 500 0,0032 0,3400 26,73 1000 0,0037 0,3901 15,94 _______________________________________________________
Tabel 3. Data hasil uji korosi dengan ekstrak kopi
_______________________________________________________ Konsentrasi Kehilangan Laju Persen
kopi berat korosi proteksi (ppm) rata-rata (g) (mmpy) (%) _______________________________________________________ 0 0,0051 0,5533 - 10 0,0039 0,4069 26,46 100 0,0033 0,3231 41,60 500 0,0027 0,2794 49,50 1000 0,0024 0,2498 54,86 _______________________________________________________
Untuk melihat pengaruh proteksi daun tembakau, daun teh dan kopi terhadap mikrostruktur, sampel dianalisis menggunakan SEM dan menghasilkan mikrograf masing-masing disajikan pada Gambar 1, 2, dan 3. Berdasarkan ketiga gambar tersebut baja lunak yang diperlakukan dengan ekstrak daun tembakau, daun teh dan kopi lebih mulus permukaannya dibandingkan tanpa menggunakan ekstrak daun tembakau, daun teh dan kopi yang terlihat berlubang
A B C
Gambar 1. Hasil SEM inhibitor daun tembakau (A = tanpa perlakuan, B = tanpa inhibitor, C = menggunakan ekstrak daun tembakau)
(terkorosi). Produk korosi tersebut kemungkinan besar dapat berupa lapisan proteksi dan lapisan film dari inhibitor ekstrak tumbuhan yang digunakan, sehingga pada SEM tidak nampak kerusakan pada sampel. Menurut Al-Hassan et al.5) produk korosi juga dapat melindungi lapisan proteksi pada logam mild steel oleh gas CO2. Sedangkan menurut
Broers et al.6), logam mild steel memiliki komposisi kimia yang berbeda pada permukaan logam, sehingga daerah yang
dianalisis mempunyai keunikan baik dalam hal jenis unsur maupun persentasenya.
Pada Gambar 1 B, 2 B dan 3 B dengan jelas menunjukkan terjadinya korosi sumuran (pitting), korosi yang diakibatkan oleh medium air laut buatan yang jenuh dengan gas CO2 yang menghasilkan lubang-lubang pada permukaan logam mild
steel. Mishra et al. 7) mengemukakan bahwa karbon dioksida yang terlarut di dalam larutan elektrolit akan membentuk
larutan asam yang dapat menyerang permukaan logam dan membentuk korosi sumuran.
A B C
Gambar 2. Hasil SEM inhibitor daun teh (A = tanpa perlakuan, B = tanpa inhibitor, C = menggunakan ekstrak daun teh)
A B C
Gambar 3. Hasil SEM inhibitor kopi (A = tanpa perlakuan, B = tanpa inhibitor, C = menggunakan ekstrak kopi)
3.2. Mekanisme Proteksi
Reaksi yang terjadi antara logam Fe2+ dengan medium korosif diperkirakan mengahasilkan FeCO3, oksidasi lanjutan
menghasilkan Fe2(CO3)3 dan reaksi antara Fe2+ dengan inhibitor ekstrak bahan alam menghasilkan senyawa kompleks.
Inhibitor ekstrak bahan alam yang mengandung nitrogen mendonorkan sepasang elektronnya pada permukaan logam
mild steel ketika ion Fe2+ terdifusi ke dalam larutan elektrolit, reaksinya adalah Fe → Fe2+ + 2e- (melepaskan elektron)
danFe2+ + 2e- → Fe (menerima elektron).seperti tampak pada Gambar 4. 26Fe : 3d 4s 4p 24Fe2+ : . . . . . . . . . . . . 3d 4s 4p Fe2+ + :NH3 → [Fe(NH3)6]2+ (senyawa komplek)
N N O N N N N O
Produk-produk yang terbentuk di atas mempunyai kestabilan yang tinggi dibanding dengan Fe saja, sehingga sampel
mild steel yang diberikan inhibitor ekstrak bahan alam akan lebih tahan terhadap korosi.
Bahan alam yang mengandung nitrogen yang digunakan dalam penelitian ini yaitu daun tembakau, lidah buaya, daun pepaya, daun teh dan kopi. Daun tembakau memiliki kandungan senyawa kimia lebih dari 4000 jenis senyawa kimia yang mengandung nitrogen diantaranya yaitu nikotin, hidrazin, alanin, quinolin, anilin, piridin, amina, dan lain-lain8).
Lidah buaya (aloe vera) mengandung aloin, aloenin, aloesin dan asam amino9). Daun pepaya mengandung
N-asetil-glukosaminida, benzil isotiosianat, asam amino10). Daun teh dan kopi mengandung kafein. Menurut Gurudas et al. 11)
bahwa kandungan kimia dari daun teh lebih banyak mengandung kafein dibandingkan kopi.
Salah satu contoh senyawa bahan alam yang mengandung nitrogen adalah nikotin dan kafein. Senyawa nikotin terdapat pada daun tembakau8), sedangkan senyawa kafein ditemukan pada daun teh dan kopi11). Kedua struktur
senyawa ditunjukkan seperti pada Gambar 4 dan 5.
Fe
2+Gambar 4. Struktur senyawa nikotin Gambar 5 Struktur senyawa kafein
Dari Gambar 4 dan 5 terlihat bahwa senyawa yang mengandung gugus atom nitrogen dari sepasang elektron berperan sebagai pendonor elektron kepada logam Fe2+ untuk membentuk senyawa kompleks.
Pada penelitian ini juga terjadi perubahan warna pada logam mild steel yang mula-mula berwarna putih mengkilap tetapi setelah dilakukan proses korosi dengan inibitor menjadi kuning kecoklat-coklatan. Perubahan warna pada permukaan logam mild steel ini menunjukkan terbentuknya lapisan proteksi.
4. KESIMPULAN
Dari hasil penelitian dapat disimpulkan: (1) Konsentrasi inhibitor optimum ekstrak daun tembakau adalah 100 ppm, daun teh 500 ppm, sedangkan kopi belum teridentifkasi ; (2) Inhibitor organik yang mengandung nitrogen seperti daun tembakaudaun teh dan kopi menunjukkan bahwa inhibitor tersebut dapat menurunkan laju korosi pada mild steel dalam medium air laut buatan dan gas CO2; (3) Medium air laut buatan yang mengandung gas CO2 memiliki korosifitas yang
tinggi terhadap logam mild steel ; (4) Hasil analisis SEM menunjukkan struktur permukaan sampel tanpa inhibitor terlihat adanya lubang-lubang, sedangkan permukaan sampel dengan inhibitor ekstrak bahan alam terlihat adanya lapisan proteksi.
DAFTAR PUSTAKA
1. Liputan 6 pagi, SCTV 27 Maret 2006.
2. Dillon, C. P. 1987. Corrosion Control in the Chemical Process Industries. Sydney, McGraw-Hill Book Company. 3. West, J. M. 1980. Basic Corrosion and Oxidation. Brisbane, Ellis Horwood Limited.
4. Kutznetsov, 1996. Organic Inhibitor Corrosion,
5. Al-Hassan, Schmitt, G., Simon, T. and Hausler, R.H. 1998. CO2 Erosion Corrosion and Its Inhibition Under
Extreme Shear Stress II. Performance of Inhibitors. Corrosion 93, paper No. 86. National Association of Corrosion Engineers, Houston. Texas.
6. Broers, Sedrik, A.J., Haynes, G.S., and Baboian, R., 1980. Laboratory Corrosion Tests and Standards. ASTM-STP 866.
7. Mishra, B., Al-Hassan, S. and Olson, D.L. 1993. Prediction of Microstructural Effect on Corrosion of Linepipe Steels in CO2-Brine Solution. Corrosion 93, paper no. 90. National Association of Corrosion Engineers, Houston,
Texas.
8. Reynolds, R.J. 1994. Truth Found Expose The Facts About The Tobacco Industry and Its Practise. www.thetruth.com
9. Nurtiyani, 2005. Tanaman Berkhasiat Obat. Aloe vera. Offset. Surabaya.
10. Andrade, Silva, M., 1943. Histamine and proteolytic enzymes, Liberation of histamine by papain. Journal of Biological Chemistry 149: 9-7
11. Gurudas, Pedersen, M., and Harald, W.T. 1988. The Spiritual Properties of Herbs. Cassandra Press, San Rafael, California. USA.
