1
PEMANFAATAN ZEOLIT ALAM SEBAGAI ADSORBEN PADA PEMURNIAN ETANOL
Haryadi1, Sariadi2, Zahra Fona3
1DIV Teknologi Kimia Industri, Jurusan Teknik Kimia, Politeknik Negeri Lhokseumawe 2,3 Jurusan Teknik Kimia, Politeknik Negeri Lhokseumawe
Email : [email protected]
ABSTRAK
Penelitian tentang penggunaan zeolit alam (ZA) sebagai adsorben untuk menyerap air dalam etanol telah dilakukan. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengevaluasi kemampuan ZA yang telah diaktivasi dalam penyerapan air dalam etanol. Aktivator yang digunakan adalah larutan H2SO4 1N dan larutan HCl 1N. ZA dihaluskan dan diayak menggunakan ayakan 60, 80, dan 100 mesh. Sebanyak 35 gram ZA yang telah dihaluskan dicampurkan dengan aktivator dan diaduk selama 30 menit kemudian diendapkan selama 24 jam. Residu dicuci sampai netral dan dipanaskan menggunakan furnace pada temperatur 400oC selama 2 jam. ZA yang telah diaktifkan digunakan untuk mengabsorbsi air yang terkandung dalam etanol yang mempunyai konsentrasi 60%, 65 %, 70%, dan 80%. Hasil penelitian menunjukkan bahwa effisiensi penyerapan air dalam etanol mencapai 19,7% oleh zeolit yang diaktivasi menggunakan larutan H2SO4 1N. Namun demikian, pada adsorpsi air dalam etanol yang memiliki konsentrasi lebih dari 60%, etanol cenderung ikut teradsorpsi oleh ZA sehingga kadar air dalam etanol menjadi sedikit lebih tinggi dibandingkan dengan etanol sebelum adsorbsi.
Kata kunci : Adsorben, zeolit, kadar Air, aktivasi, penyerapan.
ABSTRACT
Research about application of natural zeolite (ZA) as adsorbent to absorb water in ethanol has been started. The purpose is, to evaluate the ability of ZA that have been activated in order to absorb water in ethanol. The activator that used is H2SO4 1N and HCl 1N solution. ZA crushed and sieved using a sieve 60, 80, and 100 meshes. A total of 35 grams of sifted ZA mixed with the activator and stirred for 30 minutes and then precipitated for 24 hours. Residue washed until neutral and heated using a furnace at a temperature of 400 oC for 2 hours. ZA which has activated used to adsorb the water content in ethanol having a concentration of 60 %, 65 %, 70 %, and 80 %. The results showed that the activated zeolite by using H2SO4 1N solution to absorb water content in the ethanol have the eficiency until 19.7 %. However, the adsorption of water content in ethanol which has more than 60 % concentration, ethanol tends to adsorbed by ZA so that the water content in ethanol to be slightly higher compared with ethanol before adsorption.
2 PENDAHULUAN
Etanol yang berasal dari bahan biomassa telah dibuktikan dapat menjadi sumber energi alternatif menggantikan bahan bakar fosil. Namun permasalahan yang sering timbul adalah etanol dengan kemurnian tinggi memerlukan proses distilasi yang memerlukan biaya tinggi. Selain itu, pemurnian etanol dengan cara distilasi umumnya menghasilkan etanol dengan kemurnian 96% (Harjono, 2004). Untuk mengatasi masalah tersebut zeolit alam (ZA) yang memiliki sifat adsorben dapat digunakan. Penelitian tentang adsorpsi air dalam bioetanol telah menghasilkan etanol dengan kemurnian tinggi. Penelitian lebih lanjut dapat terus dilakukan untuk mendukung proses kemurnian bioetanol sampai dengan >99.95 % ethanol (Dwi Karsa AR, 2007).
Pemurnian etanol dengan menggunakan zeolit berdasarkan pada prinsip penyerapan pada permukaan. Semakin luas permukaan zeolit maka semakin besar daya serapnya.
Zeolit alam (ZA) atau natural zeolit merupakan suatu kelompok mineral yang memiliki pori sangat kecil. Mineral ini biasanya dijumpai mengisi celah-celah ataupun rekahan dari batuan. Sampai saat ini ada lebih dari 150 jenis zeolit sintetis. Di alam, zeolit terbentuk dari abu lahar dan materi letusan gunung berapi (D. Novitasari dkk, 2012)
Selain itu zeolit juga merupakan endapan dari aktivitas vulkanik yang banyak mengadung unsur silika. Struktur pori zeolit dapat dilihat pada Gambar 1.
Gambar 1. Struktur Pori di dalam Zeolit (Sari, 2006)
ZA banyak dijumpai di berbagai propinsi di Indonesia antara lain Lampung, Jawa Barat, Jawa Tengah, Jogjakarta dan Aceh. ZA tersebut sampai saat ini hanya digunakan sebagian kecil untuk industri, sehingga harganya murah. Pada saat ini penggunaan mineral zeolit semakin meningkat sampai penggunaan dalam industri berskala besar. Di negara maju seperti Amerika Serikat, zeolit sudah benar-benar dimanfaatkan dalam industri. Karena sifat-sifat yang dimiliki oleh zeolit, maka mineral ini dapat dimanfaatkan dalam berbagai bidang, seperti dalam bidang industri yaitu sebagai bahan yang dapat digunakan untuk membantu pengolahan limbah industri. ZA mempunyai beberapa sifat di ataranya dehidrasi, adsorbsi, penukar ion, katalisator dan separator (Dian Kusumua,
2010).
HCl dan H2SO4 telah banyak digunakan dalam pemurnian beberapa bahan adsorpsi seperti pada pengaktifan karbon, dan zeolit. Larutan tersebut dapat menghilangkan zat-zat pengotor yang menyumbat pori-pori adsorben.
Penelitian ini dimaksudkan untuk menentukan jenis larutan aktivasi yang paling efektif antara H2SO4 dan HCl dalam mengaktivasi ZA dengan cara menentukan efektivitas absorbsi air yang terkandung dalam etanol. Dalam hal ini juga ditinjau pengaruh ukuran partikel ZA terhadap kemampuan penyerapan air dalam etanol.
3
Penelitian ini dititikberatkan pada proses pengolahan awal ZA dengan menggunakan proses pengaktifan. Aktivasi ZA dengan menggunakan dua jenis larutan yaitu HCl dan H2SO4 masing-masing 1 N diharapkan dapat memperluas permukaan ZA sehingga penyerapan dapat berlangsung maksimal.
METODE PENELITIAN 1. Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian ini dilakukan di laboratorium Satuan Proses Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhoseumawe pada awal bulan Mei 2013.
2. TahapPengoperasian. a. Tahap Pembuatan Adsorben
Batu ZA dihaluskan dan sesuai dengan ukuran 60, 80, dan 100 mesh.
b. Tahap Pencampuran Zeolit Alam (ZA) dengan larutan H2SO4 dan HCl 1,0 N :
1. ZA yang telah dihaluskan ditimbang sebanyak 35 gr.
2. Dicampurkan dengan larutan H2SO4 1,0 N sebanyak 150 ml di dalam beaker glass.
3. Larutan diaduk selama 2 jam sampai homogen dan diendapkan selama 24 jam.
4. Kemudian disaring dengan kertas saring dan dilakukan pencucian sampai mencapai PH netral.
c. Tahap Aktivasi Zeolit Alam :
1. Sampel yang telah disaring dimasukkan kedalam cawan porsellin.
2. Aktivasi sampel di dalam furnace dilakukan selama 2 jam pada temperatur 200oC.
3. Kemudian didinginkan dalam desikator. 4. Setelah dingin sampel ditimbang. 5. ZA dapat digunakan untuk penyerapan
air dalam larutan etanol yang di
variasikan yaitu 60%, 65%, 70%, 75% dan 80% etanol.
d. Analisa Nilai Indeks Bias
Indeks bias etanol dianalisa menggunakan Refraktometer. Beberapa konsentrasi etanol juga dianalisa indeks biasnya sebagai kalibrasi sehingga konsentrasi etanol pada sampel hasil adsorpsi dapat ditentukan.
HASIL DAN PEMBAHASAN Proses pemurnian etanol dengan zeolit alam (ZA) ini menggunakan prinsip penyerapan permukaan. Pada penelitian ini ditinjau efek jenis larutan aktivasi dan ukuran partikel ZA terhadap kemampuan adsorpsi air dalam etanol.
Tabel 1. Kadar Etanol Setelah Proses Adsorbsi Lar. Aktivasi Eto (%) Et Setelah Proses Adsorpsi (%) Eff Penyerapan (%) Uk. partikel (mesh) 60 60 100 60 80 100 H2SO4 60 70.9 70.9 71.4 18.2 18.2 19.1 65 71.8 71.9 72.1 10.4 10.7 10.9 70 72.2 72.3 72.6 3.1 3.3 3.7 75 73.9 73.7 73.7 -1.4 -1.7 -1.7 80 78.1 77.9 77.8 -2.6 -2.6 -2.7 HCl 60 70.7 70.7 70.9 17.8 17.9 18.2 65 70.8 70.8 70.9 9 9 9.14 70 71.2 71.4 71.6 1.7 2.1 2.3 75 74.3 74.1 73.9 -1 -1.3 -1.41 80 78.72 78.17 77.94 -1.6 -2.58 -2.6 Ket:
Eto = kadar etanol awal Et = kadar etanol Eff = effisiensi Uk = ukuran
1. Pembahasan
Pada penelitian ini diuji kemampuan ZA yang telah diaktivasi untuk mengadsorpsi air yang terkandung dalam etanol. Penggunaan HCl dan H2SO4 1 N dimaksudkan untuk menghilangkan zat pengotor di dalam bahan ZA.
4
Proses adsorpsi ZA terhadap air dalam etanol dilakukan pada temperatur kamar dengan waktu pengadukan 30 menit. Effisiensi penyerapan etanol dihitung berdasarkan kadar etanol awal dan kadar etanol setelah proses.
a. Pengaruh Konsentrasi Etanol Terhadap Efiesiensi Adsorbsi Oleh Zeolit Aktif 60 Mesh
Proses adsorpsi etanol dengan menggunakan ZA berukuran partikel 60 mesh dengan menggunakan dua jenis larutan aktivasi, yaitu H2SO4 dan HCl dengan konsentrasi 1,0 N telah dilakukan. Variasi 2 jenis larutan aktivasi ini bertujuan untuk mengetahui perbandingan daya serap adsorbsi dari ZA yang diaktivasi dalam asam dan basa. Hasil penelitian dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar 2. Pengaruh konsentrasi etanol
terhadap efisiensi adsorbsi oleh zeolit aktif dengan ukuran partikel 60 mesh
Berdasarkan Gambar 2, ZA hasil aktivasi dengan H2SO4 dapat mengadsorpsi air dalam etanol sedikit lebih banyak dibandingkan ZA yang diaktivasi dengan HCl. Pada konsentrasi larutan umpan (etanol-air) 60%, efisiensi penyerapan oleh ZA hasil aktivasi H2SO4 sebesar 18,2%, sedangkan ZA hasil aktivasi HCl dapat menyerap air dalam etanol sebesar 17,8%.
Pada larutan umpan (etanol-air) 65%, efisiensi ZA dengan larutan aktivasi H2SO4 sebesar 10,4%, sedangkan ZA yang
diaktivasi HCl, efisiensi penyerapan diperoleh sebesar 9%.
Pada pengujian penyerapan
menggunakan larutan umpan (etanol-air) 70%, efisiensi penyerapan air dalam etanol oleh ZA yang diaktivasi H2SO4 sebesar 3,1 %, dan pada ZA dengan larutan aktivasi HCl diperoleh sebesar 1,7%.
Ditinjau dari konsentrasi larutan umpan (etanol-air), semakin besar konsentrasi larutan umpan maka efisiensi adsorpsi oleh ZA cenderung menurun, hal ini disebabkan oleh kandungan air yang terkandung di dalam larutan umpan (etanol-air) lebih kecil sehingga agak sulit diadsorpsi oleh ZA.
b. Pengaruh Konsentrasi Etanol Terhadap Efiesiensi Adsorbsi Oleh Zeolit Aktif Berukuran 80 Mesh
Hasil penelitian adsorpsi oleh ZA berukuran 80 mesh dengan menggunakan dua jenis larutan aktivasi, H2SO4 dan HCl 1.0 N disajikan dalam Gambar 3.
Gambar 3. Pengaruh konsentrasi etanol
terhadap efisiensi adsorbsi oleh zeolit aktif dengan ukuran partikel 80 mesh
Berdasarkan Gambar 3, ZA hasil aktivasi dengan H2SO4 sedikit lebih baik dalam mengadsorpsi air dalam etanol dibandingkan dengan ZA hasil aktivasi dengan HCl. Hal ini serupa dengan adsorpsi oleh ZA berukuran partikel 60 mesh (dibahas pada sub bab sebelum ini). Pada konsentrasi larutan umpan (etanol-18.2 10.4 3.1 -1.4 -2.6 17.8 9 1.7 -1 -1.6 -5 0 5 10 15 20 60 65 70 75 80
Konsentrasi Etanol Umpan
Aktivasi dengan H2SO4 Aktivasi dengan HCl Efi si e ns i P e ny e rapa n (%)
5
air) 60%, efisiensi penyerapan oleh ZA yang diaktivasi H2SO4 sebesar 18,2%, sedangkan ZA dengan larutan aktivasi HCl dapat mengadsorpsi air sebesar 17,9%.
Sedangkan pada penggunaan larutan umpan (etanol-air) 70% menghasilkan efisiensi penyerapan oleh ZA dengan larutan aktivasi H2SO4 sebesar 3,3 %, dan pada ZA dengan larutan aktivasi HCl diperoleh effisiensi adsorpsi sebesar 2,1%. Pada percobaan ini nilai efisiensi penyerapan kadar air dalam etanol oleh ZA yang telah diaktivasi dengan ukuran partikel 80 mesh cenderung lebih baik bila dibandingkan dengan ZA dengan ukuran partikel 60 mesh.
.
c. Pengaruh Konsentrasi Etanol Terhadap Efiesiensi Adsorbsi Oleh Zeolit Aktif Berukuran 100 Mesh
Hasil penelitian penggunaan ZA berukuran 100 mesh hasil aktivasi dalam H2SO4 dan HCl 1,0 N dalam mengadsorpsi air dalam etanol ditunjukkan dalam Gambar 4.
Gambar 4. Pengaruh konsentrasi etanol
terhadap efisiensi adsorbsi oleh zeolit aktif yang mempunyai ukuran partikel 100 mesh
Seperti halnya penggunaan ZA dengan ukuran partikel 60 mesh dan 80 mesh, kadar etanol hasil adsorpsi dengan zeolit 100 mesh dengan aktifasi H2SO4 memiliki effisiensi adsorpsi cenderung lebih baik bila dibandingkan dengan ZA yang
berukuran 60 dan 80 mesh, dengan nilai efisiensi penyerapan maksimum 19,07 % dari umpan etanol 60%. Sedangkan dengan aktifasi HCl efisiensi penyerapan adalah 18.23 % dari umpan etanol 60 %. Sementara pada penggunaan konsentrasi etanol yang lebih tinggi, effisiensi adsorpsi cenderung menurun seperti halnya pada penggunaan adsorben ZA dengan ukuran partikel lebih besar (60 mesh dan 80 mesh).
ZA yang diaktivasi dengan larutan H2SO4 sedikit lebih baik dalam mengadsorpsi air dalam etanol dibandingkan dengan ZA yang diaktivasi dengan HCl. Namun demikian perbedaan daya serap ZA menggunakan kedua jenis larutan aktivasi ini tidak terlalu signifikan. Luas permukaan adsorben memiliki efek yang signifikan terhadap daya adsorbsi. Semakin besar luas perrmukaan adsorben maka semakin besar daya serap adsorben. Penggunaan ZA yang memiliki ukuran partikel 100 mesh dapat menyerap air dalam etanol sampai 19,7% dibandingkan dengan ZA yang berukuran partikel 60 mesh dan 80 mesh, yaitu masing-masing 18,2%.
Pada konsentrasi larutan umpan (etanol-air) 75 % dan 80 %, zeolit kurang efektif dalam menyerap kandungan air yang ada didalam etanol. Dalam penelitian ini konsentrasi etanol setelah adsorbsi terlihat lebih rendah dibandingkan konsentrasi sebelum adsorpsi.
Fenomena meningkatnya kadar air dalam etanol setelah proses adsorpsi dapat dijelaskan sebagai suatu fenomena alamiah. Menurut penelitian Silvia dan Darmawan (2008), ZA mampu menyerap etanol dalam larutan sehingga dapat menyebabkan konsentrasi air dalam etanol meningkat. Secara umum, penggunaan ZA untuk memurnikan etanol kurang efektif disebabkan karakteristik ZA itu sendiri.
Penggunaan zeolit sintetis (4A) dapat menjadi pertimbangan untuk memurnikan etanol, sesuai penelitian yang dilakukan
6
D.Novitasari, dkk (2012), yaitu dapat menaikkan kadar etanol sampai 86,36%.
PENUTUP Kesimpulan
Dari hasil penelitian yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa : 1. Larutan H2SO4 cenderung lebih efektif
sebagai larutan aktivasi adsorben ZA dibandingkan dengan larutan HCl 2. Ukuran partikel ZA 100 mesh
cenderung memberikan adsorpsi air lebih baik dibandingkan dengan ZA yang berukuran partikel 60 dan 80 mesh.
3. ZA kurang efektif sebagai adsorben air dalam etanol.
Saran
Untuk penelitian selanjutnya dapat digunakan zeolit sintetis (4A) dalam memurnikan etanol dengan memvariasikan metode adsorbsi, ukuran partikel, waktu kontak dan sebagainya.
DAFTAR PUSTAKA
D Kusumua R, F Anthonius, L. 2010.Optimasi Aktivasi Zeolit Alam
untuk Dehumidifikasi. Semarang.
UNDIP
D. Novitasari, D. Kusumaningrum, T.D. Kusworo. 2012. Pemurnian Bioetanol Menggunakan Proses Adsorbsi dan Distilasi adsorbs dengan Adsorben Zeolit. J. Teknologi Kimia dan Industri. Vol.1 no.1, h. xx - xx. http:// ejournal- s1.undip.ac.id/index.php/jtki Dwi Karsa, AR. 2007. “Pemanfaatan
Zeolit Alam Sebagai Adsorben”
Jakarta. Universitas Indonesia. Ferdinan Delesev Ginting. 2008. “
Pengujian Alat Pendingin”.
Jakarta. Fakultas Teknik Universitas Indonesia.
Saputra Rodhie, 2006. “Pemanfaatan
Zeolit Sintetis sebagai Alternatif Pengolahan Limbah Industri”.
Universitas Indonesia
Sari, 2006. “Struktur dan Komposisi Zeolit
