KAJIAN UNJUK KERJA CuSO4 ANHIDRAT SEBAGAI PURIFIER BIOETANOL.

Kajian Unjuk Kerja CuSO

4

Anhidrat Sebagai Purifier

Bioetanol

SKRIPSI

Diajukan untuk Memenuhi Sebagian dari Syarat untuk Memperoleh Gelar Sarjana Ilmu Pengetahuan Alam

Program Study Pendidikan Kimia

Disusun Oleh:

LIDYA DWI NURMALIA

0700642

JURUSAN PENDIDIKAN KIMIA

FAKULTAS PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

LEMBAR PENGESAHAN

KAJIAN UNJUK KERJA CuSO4anhidrat SEBAGAI PURIFIER

BIOETANOL

Oleh :

Lidya Dwi Nurmalia

0700642

Disetujui dan disahkan oleh,

Pembimbing I

Dr. Ijang Rohman, M.Si

NIP: 196310291987031001

Pembimbing II

Drs. Yaya Sonjaya, M.Si

NIP: 196502121990031002

Mengetahui

Ketua Jurusan Pendidikan Kimia

FPMIPA UPI

Dr. H. Ahmad Mudzakir, M. Si

KAJIAN UNJUK KERJA CuSO

4

ANHIDRAT SEBAGAI

PURIFIER BIOETANOL

Oleh

Lidya Dwi Nurmalia

Sebuah skripsi yang diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Sciense pada Fakultas Pendidikan Matematika dan Ilmu Pengetahuan

Alam

Lidya Dwi Nurmalia 2014

Universitas Pendidikan Indonesia

Februari 2014

Hak Cipta dilindungi undang-undang

Skripsi ini tidak boleh diperbanyak seluruhnya atau sebagian,

ABSTRAK

Telah dilakukan penelitian mengenai pemurnian bioetanol hasilfermentasiubikayu. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kinerja CuSO₄ anhidrat sebagai agen pemurnian bioetanol. Dalam penelitian ini dilakukan pembuatan bioetanol berbahan dasar ubi kayu yang dihidrolisis menggunakan Aspergilus Niger dan difermentasi oleh ragi. Dari hasil fermentasi didapatkan bioetanol dengan kemurnian sebesar 14%. Hasil fermentasi kemudian didestilasi hingga didapatkan kemurnian sebesar 22%, sampel kemudian dimurnikan dengan menggunakan CuSO₄ anhidrat secaraberulang,kemudiandidestilasikembali sehingga didapatkan bioetanol yang memiliki titik didih 72,30o_{C dan indeks bias 1,3512, atau sebanding} dengan 99,51%. Hasil analisis instrumen AAS diperoleh kadar total ion Cu sebesar 0,054mg/L. Berdasarkan kinerja tersebut diatas maka bisa disimpulkan bahwa anhidrat dapat digunakan sebagai purifier.

ABSTRACT

Has conducted research on the purification of fermented cassava bioethanol. This study aims to investigate the performance of CuSO₄anhydrous bioethanol as apurification agent. In this research, the manufacture of bioethanol made from cassava using Aspergillus Niger hydrolyzed and fermented by yeast. Obtained from the fermentation of ethanol with a purity of 14%. Fermented and then distilled to obtain purityof 22%, the sample is then purified using anhydrous CuSO₄ repeatedly, then distilled to obtain bioethanol have boiling point 72,30o_{C and indeks bias 1,3512 or comparable} withre-grading 99.51%. The results of the analysis of the AAS instrumen to btaineda total concentration of Cu ions of 0.054mg /L. Based on the performance ofthe above it can be concluded that the CuSO₄ Anhydrous can be used as apurifier.

DAFTAR ISI

B. Pemurnian Bioetanol dengan Destilasi ... 9

1. Distilasi Fraksionasi (Bertingkat) ... 10

C. Pemurnian dengan Adsorpsi ... 11

1. Pengertian Adsorpsi ... 11

2. Jenis-jenis Adsorben ... 13

a. Adsorpsi Secara Fisik ... 13

b. Adsorpsi Secara Kimia ... 14

3. Faktor-faktor yang Mempengaruhi Adsorpsi ... 14

1. Jenis Adsorbat ... 14

2. Karakteristik Adsorbat ... 15

BAB III PROSEDUR PENELITIAN ... 21

A. Lokasi Penelitian ... 21

B. Sistematika Penelitian ... 21

C. Alat dan Bahan ... 22

D. Prosedur Penelitian ... 23

1 Tahap Persiapan Bioetanol ... 23

2. Tahap Pemurnian ... 23

a. Adsorpsi ... 23

b. Destilasi ... 24

3.Tahap Analisis ... 24

a) Uji Berat jenis Menggunakan Aerometer ... 25

b) Uji Kadar Cu Menggunakan AAS ... 25

BAB IV PEMBAHASAN ... 26

A. Tahap Preparasi Bioetanol ... 26

1). Preparasi Ubi Kayu ... 26

2). Gelatinasi ... 26

3). Hidrolisis ... 27

4). Fermentasi ... 29

B. Pemurnian Bioetanol Hasil Purifikasi ... 29

1) Analisis Kinerja Adsorben CuSO4 Anhidrat yang Digunakan dalam Pemurnian Bioetanol ... 29

a. Hasil Purifikasi Menggunakan CuSO4 Anhidrat ... 29

b. Metode Pemurnian Etanol dengan Metode destilasi ... 33

c.Uji Perbedaan Tingkat Kemurnian Alkohol yang Menggunakan Metode Adsorben CuSO4 Anhidrat dan Dengan Metode Destilasi ... 35

d. Aspek Ekonomis ... 35

1. Metode Destilasi ... 35

2. Metode Adsorpsi ... 36

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 38

A. Kesimpulan ... 38

B. Saran ... 38

DAFTAR PUSTAKA ... 39

LAMPIRAN ... 40

DAFTAR TABEL

Tabel Halaman

2.1 Spesifikasi Standard Bioetanol Terdenaturasi Untuk Gasohol ... 7

4.1 Data Hasil Adsorpsi Pertama ... 28

4.2 Data Hasil Adsorpsi Kedua ... 29

4.3 Data Hasil Destilasi ... 30

4.4 Data Hasil Destilasi Pertama ... 31

4.5 Data Hasil Destilasi Kedua ... 31

DAFTAR GAMBAR

Gambar dan Bagan Halaman

2.1 Gambar Set Alat Destilasi ... 11

2.2 Gambar Proses Adsorpsi ... 12

3.1 Bagan Alur Penelitian ... 22

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Kromatografi Hasil GC...40

Kromatografi GC sampel 1 ...41

Kromatografi GC sampel 2 ...42

Kromatografi GC sampel 3 ...43

Lampiran 4. Hasil Analisis AAS ...44

Lampiran 5. Hasil Determinasi tumbuhan ubi kayu ...45

1

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Masalah

Pemanfaatan etanol dan campuran bensin-etanol sebagai bahan bakar telah

lama dilakukan, bahkan pada tahun 1825 Henry Ford mengatakan dalam New

York Times bahwa etil alkohol akan menjadi bahan bakar masa depan dengan

bahan dasar bisa dari buah-buahan yang difermentasikan (Prihandan

dkk,2007). Pemanfaatan etanol murni sebagai bahan bakar kendaraan pertama

kali dikenalkan oleh Henry Ford pada tahun 1880 dengan mobil rakitannya

yang diberi nama quadrycle (Prihandan dkk, 2007), dan berkembang terus

hingga muncul lagi fungsi penggunaan etanol sebagai bahan bakar pada April

1933 di Nebraska, pada saat itu penggunaan etanol sebagai bahan bakar telah

mendapatkan modifikasi dengan dijual campuran 10% bioetanol dengan

premium (Praj Industries dalam Prihandan dkk, 2007).

Meskipun bioetanol telah lama ditemukan, namun penggunaannya sampai

saat ini khususnya di Indonesia masih belum mendapat tanggapan yang lebih

baik di beberapa kalangan pengguna bahan bakar premium, terutama kesadaran

pemerintah untuk mengeluarkan undang-undang mengenai konversi bahan

bakar fosil menjadi bahan bakar nabati.

Telah dilakukan penelitian mengenai bahan bakar bioetanol sebelumnya,

dengan bahan baku ubi kayu, keduanya melakukan tujuan penelitian yang sama

2

preparasi bahan baku, yang membedakan adalah bagian tanaman ubi kayu yang

diolahnya. Pada penelitian yang dilakukan Imanudin, I. (2011) adalah mencari

kondisi optimum dan preparasi bahan baku dari kulit ubi kayu, dan diperoleh

kondisi optimum yang digunakan dalam pembuatan bioetanol dari kulit ubi

kayu yaitu konsentrasi asam sulfat 0,4 M, konsentrasi ragi 5% b/v dan pH yang

di set 5 pada saat proses fermentasi, dan menghasilkan bioetanol sebesar 7,03

% v/v.

Sedangkan penelitian yang dilakukan oleh Saripah, I. (2011) adalah

mencari kondisi optimum dan preparasi bahan baku dari daging ubi kayu, dan

diperoleh kondisi optimum untuk pertumbuhan jamur Aspergillus Niger yaitu

pada pH 5, suhu 40oC, konsentrasi jamur 10% dan menghasilkan bioetanol

sebesar 9,69%.

Pada umumnya bioetanol hasil fermentasi memiliki kadar 7-9%

(Prihandan dkk, 2008), sedangkan standard yang harus dipenuhi agar bioetanol

dapat digunakan sebagai bahan bakar adalah bioetanol berkadar 99,5% (BSN,

2008). Hasil dari penelitian yang telah dilakukan oleh Imanudin dan Saripah

(2011) juga memberikan hasil masing-masing secara berturut-turut bioetanol

dengan kadar 7,03% dan 9,69% dari hasil optimasi dan preparasi awal sampel.

Oleh karena itu hasil tersebut perlu diolah lagi agar memenuhi standard yang

ditetapkan. Pada tahap pengolahan ini yang dibutuhkan adalah proses yang

mampu memperkecil kandungan air.

Ada beberapa cara yang dilakukan untuk menurunkan kadar air

3

c) Molecular sieve. Azeotropik destilation atau yang biasa disebut destilasi

azeotrop merupakan metode pemisahan campuran dua atau lebih komponen

yang sulit dipisahkan, biasanya pada prosesnya digunakan senyawa lain yang

dapat memecah azeotrop, senyawa yang digunakan biasanya adalah benzena,

sikloheksana, etilen glikol, pentana, dietil eter dan gliserin (Setyohadi, 2006).

Membran perpavoration merupakan metode pemisahan suatu campuran

dengan perubahan bentuk dari cair menjadi uap pada sisi membran, membran

yang biasanya digunakan adalah yang bersifat hidrofilik alias menyerap air

sehingga selektif terhadap air dan tidak mudah mengembang. Yang digunakan

adalah membran tidak berpori sehingga hanya uap air yang mampu

melewatinya, sedangkan larutan etanol ditolak oleh membran. _Seperti

membran polivinil alkohol (PVA) (Harold, 1999).

Molecular sieves merupakan unit material yang memiliki pori-pori

kecil/halus dan ukurannya sudah sangat tersandarisasi dan seragam, jenis

molecular sieve yang banyak digunakan untuk menangkap H2O adalah silica

gel. Jenis-jenis lain yang banyak digunakan di industri adalah Zeolite, dan lime

(Rakhmatullah dkk, 2007). Penelitian ini akan difokuskan kepada pemanfaatan

zat kimia yang berfungsi untuk meningkatkan kadar bioetanol melalui salah

satu cara pemurnian yaitu Molecular sieves.

Zat kimia lain yang potensial digunakan dalam proses purifikasi bioetanol

adalah CuSO4 anhidrat, karena CuSO4 anhidrat memiliki beberapa keunggulan,

yaitu mudah diregenerasi dan bisa digunakan sebagai indikator kapan adsorpsi

4

CuSO4 anhidrat dapat larut dalam metanol, sehingga kemungkinan besar Cu2+

yang larut dalam alkohol mempengaruhi kualitas bioetanol, sedangkan menurut

BSN kadar Cu maksimal yang wajar dimiliki oleh alkohol sebagai bahan bakar

adalah 0,1mg/L. Oleh karena itu fokus penelitian ini mengarah kepada kajian

kinerja CuSO4 anhidrat sebagai adsorben. Kinerja yang dimaksudkan dibagi

menjadi dua variabel yaitu berdasarkan persen kemurnian bioetanol yang

dihasilkan dan kadar total ion Cu yang terlarut dalam bioetanol.

B. Rumusan Masalah

Berdasarkan uraian yang dikemukakan di atas, maka masalah dalam

penelitian ini difokuskan kepada bagaimana kinerja CuSO4 anhidrat sebagai

purifier bioetanol, kinerja tersebut dilihat dari beberapa variabel dibawah

ini, yaitu:

a. Bagaimanakah sifat fisik bioetanol yang dihasilkan dari proses

purifikasi?

b. Bagaimana kadar total ion Cu yang terlarut dalam bioetanol hasil

purifikasi menggunakan CuSO4 anhidrat?

C. Tujuan Penelitian

Adapun tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui kinerja

penggunaan CuSO4 anhidrat dilihat dari:

a. Mengetahui sifat fisik dari bioetanol yang dihasilkan dari proses adsorpsi

5

b. Kadar ion total Cu yang dihasilkan dari proses adsorpsi menggunakan

CuSO4 anhidrat.

D. Manfaat Penelitian

Dari penelitian ini, maka diharapkan timbul beberapa manfaat diantaranya:

a. Meningkatkan nilai guna bahan baku (ubi kayu) khususnya sebagai

bahan bakar pengganti fosil.

b. Memberikan sumbangan bagi perkembangan teknologi industri di

Indonesia terutama dalam memanfaatkan bioetanol sebagai bahan bakar

sesuai dengan fokus ristek dan mengurangi penggunaan bahan bakar

21

BAB III

METODE PENELITIAN

A. Lokasi Penelitian

Penelitian ini sebagian besar dilakukan di Labolatorium Riset Jurusan

Pendidikan Kimia FPMIPA UPI, diantaranya proses gelatinasi, hidrolisis,

fermentasi, pemurnian, dan analisis sampel (sifat fisik bioetanol yang dihasilkan,

kadar total ion Cu dan massa jenis). Pengujian determinasi tanaman dilakukan di

Labolatorium Sekolah Ilmu dan Teknologi Hayati ITB, selain itu untuk pengujian

kadar logam dilakukan di Labolatorium Kimia Instrumen Jurusan Pendidikan

Kimia FPMIPA UPI.

B. Sistematika Penelitian

Untuk mengetahui strategi pemurnian bioetanol, membandingkan hasil

permunian CuSO4 anhidrat dengan destilasi menggunakan kolom farksionasi,

berdasarkan bahan baku bioetanol yang diperoleh dari jamur Aspergilus niger ,

22

Gambar 3.1 Bagan Alur Penelitian

Pada setiap tahap dalam alur pekerjaan selalu dilakukan analisis sifat fisik dari

sampel yang dihasilkan, sifat fisik yang dianalisis diantaranya adalah titik didih

23

C. Alat dan Bahan

Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini diataranya: pisau, parut,

kain penyaring, ember, neraca analitik, gelas kimia, spatula, water bath shaker

EYELA NTS-1300, bunsen, kasa asbes, inkubator SHIMADZU BITEC 300, set

alat destilasi, mantel heater, erlenmeyer vakum, pompa vakum, aerometer, alat

indeks bias,termometer, pipa kapiler, karet, statip, klem,tabung reaksi.

Adapun bahan-bahan yang diperlukan dalam penelitian ini diantaranya:

singkong, aquades, CuSO4.5H2O, ragi tape, dan Aspergillus niger dalam medium.

D. Prosedur Penelitian

1. Tahap Persiapan Pembuatan Bioetanol

Pada penelitian ini bioetanol yang digunakan berbahan dasar ubi

kayu, ubi kayu dikupas dari kulitnya kemudian diparut dan diperas hingga

diperoleh airnya. Air yang dihasilkan dari proses pemerasan dibiarkan

selama satu malam, setelah dibiarkan satu malam didapatkan endapan pati

basah. Kemudian pati basah dikeringkan dibawah sinar matahari hingga

membentuk serbuk pati.

2. Tahap Pengolahan Pati

Bioetanol yang digunakan dalam proses penelitian adalah bioetanol

yang dibuat langsung, dengan mengacu kepada penelitian sebelumnya

(Saripah, 2011), melalui tahap hidrolisis, penambahan Aspergilus niger

SP (gelatinasi),dan penambahan ragi (fermentasi), kemudian dari hasil

24

3. Destilasi

Hasil fermentasi kemudian didestilasi fraksinasi sehingga didapatkan

bioetanol berkadar 24% dan dihasilkan bioetanol sebanyak 710 mL, dari

710 mL sampel dibagi menjadi dua bagian sama besar, masing-masing

305 mL untuk dilakukan proses pemurnian dengan metode berbeda,

metode pertama di adsorpsi dan metode kedua di destilasi.

2. Tahap Pemurnian

a. Adsorpsi

Sampel sebanyak 305 mL dibagi menjadi tiga bagian yang sama

yaitu sebanyak 100 mL tiap sampel. Metode adsorpsi dengan

menggunakan anhidrat pada penelitian ini masih

menggunakan sisem batch, yaitu dengan cara memasukkan sampel

sebanyak 350 mL kedalam corong pisah, kemudian ditambahkan

anhidrat dan didiamkan hingga anhidrat berubah

warna dari abu-abu menjadi biru dan menjadi keras, setelah itu

sampel yang telah dipurifikasi menggunakan anhidrat

dimasukkan kembali kedalam corong pisah dan kembali

ditambahkan anhidrat, dan sebagai tahap finishing dilakukan

25

b. Destilasi

Pada penelitian ini, untuk mengetahui seberapa baiknya

metode purifikasi pada pemurnian bioetanol menggunakan

anhidrat maka diperlukan metode pembanding.

Sehingga dilakukan juga pemurnian bioetanol dengan

menggunakan destilasi, jenis destilasi yang digunakan sama

dengan jenis destilasi pada proses destilasi tahap pertama dan

destilasi pada proses purifier, yaitu destilasi dengan menggunakan

kolom fraksionasi.

3. Tahap Analisis

Setiap tahapan pada proses adsorpsi maupun destilasi selalu

dilakukan analisis sifat fisik, diantaranya: a) Uji titik didih, uji titik

didih dilakukan dengan cara menyiapkan air sebagai penangas dan

sampel yang akan dianalisis dimasukkan kedalam tabung reaksi yang

telah ditambahkan termometer dan tabung kapiler, kemudian

gelembung awal, gelembung konstan dan gelembung pertama kali

masuk di amati terus menerus, b) Uji indeks bias, pengujian indeks

bias sampel dilakukan menggunakan alat refraktometer, dan, c)

Analisis pH Analisis pH dilakukan untuk sampel hasil pengolahan dan

sampel bioetanol yang telah fuel grade menggunakan indikator

26

a) Uji Berat Jenis dengan Aerometer

Sampel yang akan diukur berat jenisnya dimasukkan ke

dalam gelas ukur 100 ml pada suhu 25oC. Aerometer dimasukkan

secara perlahan dan hati-hati ke dalam gelas ukur. Dibaca skala

pada Aerometer.

b) Uji kadar Cu menggunakan AAS

Sampel hasil adsorpsi menggunakan CuSO4 anhidrat

dianalisis kadar total ion Cu2+ nya menggunakan instrumen AAS.

c) Uji Analisis GC

Sampel hasil adsorpsi menggunakan CuSO4 anhidrat

31

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan

Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan dapat disimpulkan

bahwa anhidrat layak dijadikan purifier dengan dilihat dari kinerja:

1. Sifat fisik dari bioetanol yang dihasilkan dari proses purifikasin memiliki

indeks bias rata-rata 1,3611 dan titik didih rata-rata 72,30oC atau setara

dengan 99,51% berdasarkan hasil analisis GC.

2. Kadar total ion Cu yang masik dibawah standar kadar Cu yang ditetapkan

BSN dengan rata-rata 0,054mg/L.

B. Saran

Dari hasil penelitian yang telah dilakukan, saran-saran yang diberikan

untuk penelitian berikutnya antara lain :

1. Perlu dikaji mengenai regenerasi sebagai adsorben.

2. Perlu dikaji dengan sistem flow, karena pada penelitian ini penelitian

masih menggunakan sistem batch.

3. Perlu dilakukan penelitian untuk mencari jenis adsorben lain yang dapat

digunakan untuk proses purifikasi bioetanol dan tidak mempengaruhi

DAFTAR PUSTAKA

Badan Standard Nasional. (2008). Bioetanol Terdenaturasi Untuk Gasohol. Jakarta : Badan Standard Nasional.

Billah, Mu’tasim. (2009). Produksi Alkohol Fuel Grade dengan Proses Distilasi Ekstraktif. Jurnal Penelitian Progdi teknik Kimia FTI-UPNV. Jawa Timur : Juni 2009.

Brown, G.G., (1950), “Unit Operation”, John Wiley & Sons, Inc., New York.

Depdiknas. 2008. Sistem pendidikan nasional. [Online]. Tersedia: http://www.inherentdikti.net/files/sisdiknas.pdf (10 Mei 2013).

Fessenden, R.J. dan Fessenden, J.S. (1986). Kimia Organik Jilid 1 (ed. Ketiga). Jakarta : Erlangga.

Green, D. M. Dan Perry, R, H. (2008). Perry’s Chemical Engineeres’ Handbook (Eight ed). New York : The McGraw-Hill Companies, Inc.

Hanley, and Seader, (1981). Equilibrium Separation Operations in Chemical Engineering, John Wiley and Sons, Chapter 9.

Ivanova, E., Damgaliev D,. Kostova M. (2009). Adsorption Separation of Ethanol Water Liquid Mixtures by Natural Clinoptilolite. Jurnal of the University of Chemical technology and Metallurgy. 44 : 267-274.

Khaeruddin, J.Z., Cathaputra, E., dan Winoto, H.P,. (2007). Produksi Isopropyl Alkohol Murni untuk Aditif Bensin yang Ramah Lingkungan sebagai Wujud Pemanfaatan Produk Samping pada Industri Alam. Laporan Akhir Karya Tulis. Institut Teknologi Bandung.

Mc Cabe, W.L., Unit Operation of Chemical Engineering, 3rd Edition, McGraw-Hill Book Co., New York, 1978, Chapter 19

Musanif J. (2008). Bioetanol. Jurnal Bio-fuel.

Poedjiadi, Anna dan Titin Supriyanti. (2009). Dasar-dasar Biokimia. Jakarta : UI- press.

Niger pada Proses Hidrolisis. Skripsi Sarjana Sains Jurusan Pendidikan Kimia FPMIPA UPI. Bandung “ tidak diterbitkan.

Sakinah, Siti. Modifikasi proses penyulingan dengan variasi tekanan uap untuk memperbaiki karakteristik aroma minyak kelapa. WWW KMS IPB

[Online]. Tersedia:

http://kms.ipb.ac.id/nplib/index.php?t=view&c=Tesis&id=7795 (10 Mei 2013).

Seader, J.D., dan Z.M., Kurtyka. (1984). Distilation, dalam Perry’s Chemical

Engineer’s Handbook. Editor R.H., Perry, D.W., Greed dan J.o., Malrney, 6th edition, Mc. Graw Hill Book Co. Singapore. Seksi 13.

Tanaka, B. and l. Otten, (1986), Dehidration of Aqueous Ethanol. University of Guelph, Canada.