unsur individu

23
PEMBUATAN SILIKA DARI ABU AMPAS TEBU disusun untuk memenuhi tugas matakuliah Kimia Unsur yang dibina oleh Dra.Sri Wardhani, M.Si disusun oleh: Suci Prawijana Soestya 0810920016 JURUSAN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS BRAWIJAYA

Upload: cik-cik-ucik

Post on 01-Jul-2015

407 views

Category:

Documents


24 download

TRANSCRIPT

Page 1: unsur individu

PEMBUATAN SILIKA DARI ABU AMPAS TEBU

disusun untuk memenuhi tugas matakuliah Kimia Unsur yang dibina

oleh Dra.Sri Wardhani, M.Si

disusun oleh:

Suci Prawijana Soestya

0810920016

JURUSAN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS BRAWIJAYA

MALANG

2010/2011

Page 2: unsur individu

PENDAHULUAN

1.1 RINGKASAN MATERI

1.1.1 Silika

Kehadiran dan konsentrasi unsur di dalam tanaman bukan merupakan asas

esensialitas suatu unsur. Tanaman tidak dapat secara selektif menyerap unsur hara

yang esensial bagi pertumbuhan dan perkembangannya. Tanaman juga menyerap

unsur yang tidak diperlukan untuk pertumbuhannya dan bahkan bisa jadi unsur yang

meracun. Selain hara esensial, terdapat juga hara non-esensial yang dalam kondisi

agroklimat tertentu bisa memperkaya pertumbuhan tanaman dengan mendorong

proses fisiologi. Hara tersebut disebut dengan hara fungsional atau hara bermanfaat

(pembangun) (Savant et.al., 1999).

Unsur bermanfaat merupakan unsur yang berguna bagi pertumbuhan tanaman

tetapi tidak memenuhi kaidah unsur hara esensial karena jika unsur ini tidak ada,

pertumbuhan tanaman tidak akan terganggu. Unsur hara pembangun (fakultatif)

dianggap unsur yang tidak penting, tetapi merangsang pertumbuhan tanaman dan juga

dapat menjadi unsur penting untuk beberapa spesies tanaman tertentu karena dapat

menyebabkan kenaikan produksi. Unsur-unsur yang termasuk menguntungkan bagi

tanaman adalah Natrium (Na), Cobalt (Co), Chlor (Cl), dan Silikon (Si).

Silikon bukan merupakan unsur yang penting (esensial) bagi tanaman. Tetapi

hampir semua tanaman mengandung Si, dalam kadar yang berbeda-beda dan sering

sangat tinggi. Walaupun tidak termasuk hara tanaman, Si dapat menaikkan produksi

karena Si mampu memperbaiki sifat fisik tanaman dan berpengaruh terhadap

kelarutan P dalam tanah. Tidak ada unsur hara lain yang dianggap non esensial hadir

dalam jumlah yang secara konsisten banyak pada tanaman. Pada tanaman padi

misalnya, kadar Si sangat tinggi dan melebihi unsur hara makro (N, P, K, Ca, Mg dan

S). Apabila kadar SiO2 kurang dari 5% maka tegak tanaman padi tidak kuat dan

mudah roboh. Robohnya tanaman menyebabkan turunnya produksi, dengan demikian

Page 3: unsur individu

pemupukan Si dianggap dapat menaikkan produksi tanaman (Roesmarkam dan

Yuwono, 2002).

Silikon (Si) merupakan unsur kedua terbanyak setelah oksigen (O) dalam

kerak bumi dan Si juga berada dalam jumlah yang banyak pada setiap tanah (Tabel

3). Porsi terbesar Si tanah dijumpai dalam bentuk kuarsa atau kristal silikon (Buol et.

al., 1980). Pada umumnya tanah mengandung 5-40 % Si. Dalam setiap kilogram

tanah liat terkandung sekitar 200-320 g Si, sementara dalam tanah berpasir terdapat

antara 450-480 g Si. Si merupakan unsur yang inert (sangat tidak larut) sehingga

selama ini Si dianggap tidak memiliki arti penting bagi proses-proses biokimia dan

kimia. Juga, karena jumlahnya yang melimpah dalam tanah peran Si seringkali tidak

terlalu diperhatikan atau bahkan tidak teramati (Jones, 2000).

Silika banyak digunakan di indusri karena sifat dan morfologinya yang unik,

meliputi antara lain : luas permukaan dan volume porinya yang besar, dan

kemampuan untuk menyerap berbagai zat seperti air, oli serta bahan radioaktif. Pada

umumnya silika bisa bersifat hidrofobik ataupun hidrofilik sesuai dengan struktur dan

morfologinya(Bagus dan Budi, 2006).

Precipitated silika adalah senyawa silika yang merupakan senyawa non logam

dengan rumus SiO2. Precipitated silika berbentuk serbuk padat berwarna putih, tidak

berbau dan tidak berasa, tidak larut dalam air maupun asam kecuali asam fluoride.

Precipitated silika mempunyai titik lebur/cair yang cukup tinggi yaitu sebesar

1.710°C dengan titik didih 2.230°C. Precipitated silika dapat digunakan dalam

industri barang-barang dari karet (sepatu olah raga, ban dll), pestisida (insektisida),

bahan baku atau bahan tambahan dalam industri kosmetik, makanan/minuman,

industri keramik dan penyaring air. Dalam bentuk amorph. Precipitated silika ini

berfungsi sebagai silika gel(Hernawati dan Indarto, 2010).

Page 4: unsur individu

1.1.2 Ampas Tebu

Tebu merupakan salah satu monokotil akumulator Si yaitu tanaman yang

serapan Si-nya melebihi serapannya terhadap air. Selama pertumbuhan (1 tahun),

tebu menyerap Si sekitar 500-700 kg per ha lebih tinggi dibanding unsur-unsur

lainnya. Sebagai pembanding, dalam kurun waktu yang sama tebu menyerap antara

100-300 kg K, 40-80 kg P, dan 50-500 kg N per ha.

Ampas tebu adalah suatu residu dari proses penggilingan tanaman tebu

(saccharum oficinarum) setelah diekstrak atau dikeluarkan niranya pada Industri

pemurnian gula sehingga diperoleh hasil samping sejumlah besar produk limbah

berserat yang dikenal sebagai ampas tebu (bagasse) (Worathanakul, et all., 2009).

Rata – rata ampas yang diperoleh dari proses giling 32 % tebu. Dengan

produksi tebu di Indonesia pada tahun 2007 sebesar 21 juta ton potensi ampas yang

dihasilkan sekitar 6 juta ton ampas per tahun. Selama ini hampir di setiap pabrik gula

tebu menggunakan ampas sebagai bahan bakar boiler.

Tiap berproduksi, pabrik gula selalu menghasilkan limbah yang terdiri dari

limbah padat,cair dan gas.Limbah padat, yaitu: ampas tebu (bagas),Abu boiler dan

blotong (filter cake). Ampas tebu merupakan limbah padat yang berasal dari perasan

batang tebu untuk diambil niranya. Limbah ini banyak mengandung serat dan gabus.

Ampas tebu selain dimanfaatkan sendiri oleh pabrik sebagai bahan bakar pemasakan

nira, juga dimanfaatkan oleh pabrik kertas sebagai pulp campuran pembuat kertas.

Kadangkala masyarakat sekitar pabrik memanfaatkan ampas tebu sebagai bahan

bakar. Ampas tebu ini memiliki aroma yang segar dan mudah dikeringkan sehingga

tidak menimbulkan bau busuk. Limbah padat yang kedua berupa blotong, merupakan

hasil endapan (limbah pemurnian nira) sebelum dimasak dan dikristalkan menjadi

gula pasir. Bentuknya seperti tanah berpasir berwarna hitam, memiliki bau tak sedap

jika masih basah. Bila tidak segera kering akan menimbulkan bau busuk yang

menyengat. (Mahmudah Hamawi,2005)

Page 5: unsur individu

Kelebihan ampas (bagasse) tebu dapat membawa masalah bagi pabrik gula,

ampas bersifat bulky (meruah) sehingga untuk menyimpannya perlu area yang luas.

Ampas mudah terbakar karena di dalamnya terkandung air, gula, serat dan mikroba,

sehingga bila tertumpuk akan terfermentasi dan melepaskan panas. Terjadinya kasus

kebakaran ampas di beberapa pabrik gula diduga akibat proses tersebut. Ampas tebu

selain dijadikan sebagai bahan bakar ketel di beberapa pabrik gula mencoba

mengatasi kelebihan ampas dengan membakarnya secara berlebihan (inefisien).

Dengan cara tersebut mereka bisa mengurangi jumlah ampas tebu.

1.1.3 Abu Ampas Tebu (Baggase ash)

Abu ampas tebu merupakan hasil dari pembakaran ampas tebu pada produksi

gula yang biasanya tidak terpakai dan dianggap sebagai limbah pabrik (waste

product).

Proses pembakaran ampas tebu itu sendiri berlangsung pada grate (pengapian)

dan furnace (ruang pembakaran) dimana ampas tebu yang dijatuhkan dari corong ke

grate. Di grate inilah akan terjadi timbunan ampas tebu yang menyerupai kerucut

bahan bakar dan akan berlangsung 4 proses yakni proses pengeringan, pembentukan

karbon, pembakaran, dan yang terakhir menjadi abu (abu ampas tebu). Secara garis

besar, proses untuk menghasilkan abu ampas tebu adalah sebagai berikut(Hernawati

dan Indarto,2010):

Gilingan Ampas tebuDiangkut oleh baggase carrier

Corong furnace

Abu Ampas Tebu

Page 6: unsur individu

Gambar I (a) Ampas Tebu; (b) Abu Ampas Tebu

1.2 IDENTIFIKASI MASALAH

Adapun permasalahan yang diambil dalam permasalahan ini adalah sebagai

berikut :

a. Apakah di dalam abu ampas tebu mengandung silika yang cukup dominan?

b. Bagaimana cara memisahkan silika presipitasi dari abu ampas tebu dan

bagaimana sifat fisik dan kimia silika yang dihasilkan?

c. Apakah pembuatan silika gel kering dari abu ampas tebu dengan pengendapan

dari Natrium Silikat dengan asam dapat menghasilkan silika gel kering?

1.3 TUJUAN

Adapun tujuan dari permasalahan ini adalah sebagai berikut :

a. Mengetahui kadar silika yang terkandung dalam abu ampas tebu.

b. Mengetahui cara memisahkan silika dari ampas tebu dan mengetahui sifat

fisik dan sifat kimia silika yang dihasilkan.

c. Mengetahui proses pembuatan silika gel kering dari abu ampas tebu dengan

pengendapan dari Natrium Silikat dengan asam.

Page 7: unsur individu

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Komposisi abu ampas tebu

Abu pembakaran ampas tebu merupakan hasil perubahan secara kimiawi dari

pembakaran ampas tebu murni.Ampas tebu digunakan sebagai bahan bakar untuk

memanaskan boiler dengan suhu mencapai 5500-6000C dan lama pembakaran setiap

4-8 jam dilakukan pengangkutan atau pengeluaran abu dari dalam boiler,karena jika

dibiarkan tanpa dibersihkan akan terjadi penumpukan yang akan mengganggu proses

pembakaran ampas tebu berikutnya.(Mukmin Batubara,2009).

Komposisi kimia dari abu ampas tebu terdiri dari beberapa senyawa yang dapat

dilihat pada table dibawah ini :

(Sumber:http://digilib.petra.ac.id/viewer.php?page=1&submit.x=0&submit.pdf)

Dari data di atas, jelas sekali terlihat bahwa senyawa kimia yang dominan adalah

SiO2 (silika) sebesar 70,97 %. Komposisi tersebut menguntungkan abu ampas tebu

bila bahan ini akan digunakan sebagai adsorbent. (Petra Christian University, 2007).

Page 8: unsur individu

2.2 Isolasi Silika

Salah satu cara pemisahan silika dari abu ampas abu yaitu dengan proses

pembuatan silika presipitasi yang terdiri dari 4 macam proses (Hernawati dan Indarto,

2010) :

Proses Aldcroft, yaitu mereaksikan Na2O. 3,3SiO2 dengan H2SO4

dengan menambahkannya ke dalam reactor berisi air secara stimultan.

Proses Chevallier, yaitu menambahkan Na2O. 3,37SiO2 ke dalam reactor

yang berisi air, kemudian dipanaskan, baru ditambahkan H2SO4.

Proses Esch, yaitu menambahkan Na2O. 3,4SiO2 ke dalam reactor yang

berisi air dan menjaganya sampai suhu tertentu, kemudian menambahkan

natrium silikat dan H2SO4 secara stimultan.

Proses Johson, yaitu menambahkan Na2O. 3,3SiO2 ke dalam reactor yang

berisi air dan menjaganya pada suhu tertentu, sambil menambahkan

natrium silikat dan H2SO4.

Proses produksi silika yang dipilih adalah proses Aldcroft, karena energi yang

digunakan yang dibutuhkan tidak terlalu besar dan safety peralatan cukup terjamin.

Proses produksinya secara umum dibagi dalam tiga tahap. Tahap pertama adalah

Ekstraksi abu ampas tebu dengan solvent NaOH. Tahap kedua yaitu tahap reaksi,

tahap ini merupakan tahap inti dari proses presipitasi. Pada tahap ini terjadi proses

antara natrium silikat dan asam sulfat. Selanjutnya tahap filtrasi, tahap ini merupakan

tahap pemisahan partikel silika dari liquid. Tahap ketiga adalah tahap pengeringan,

tahap ini merupakan tahap pembuangan air dalam partikel silika. Selanjutnya, tahap

pengecilan dan homogenisasi ukuran partikel silika sebesar 400 mesh (Hernawati dan

Indarto, 2010).

Page 9: unsur individu

Berdasarkan parameter – parameter tersebut maka produksi silika dipilih

menggunakan proses Aldcroft.

Sifat fisik dan kimia dari silica presipitasi yang dihasilkan adalah sebagai

berikut (Hernawati dan Indarto, 2010) :

SIFAT FISIKA

Bentuk : powder

Warna : putih

Page 10: unsur individu

Water absorption value : 250 % min

Oil absorption value : 225 % min

Solubility in water : 0,012 g/100ml

kandungan silika : ± 99 %

density : 2,634 g/cm3

Surface area : 5-100 m2/g

Spesific gravity : 2

SIFAT KIMIA

Silika presipitasi memilik dua gugus fungsi yang bebeda pada permukaanya,

yaitu gugus (Si-OH) dan gugus siloxane (Si-O-Si). Kedua gugus fungsi ini

mempengaruhi properti pada permukaan sekaligus aplikasi dari silika presipitasi itu

sendiri. Suatu permukaan dengan 5-6 gugus silanol per nm2, menghasilkan silika

presipirasi yang hidrofilik. Sedangkan gugus siloxane bersifat inert secara kimiawi

dan kereaktifannya menghasilkan silika presipitasi dengan permukaan yang beragam.

Sehingga reaksinya dengan organosilanes atau silicon membuatnya bersifat

hidrofobik.

2.3 Pembuatan Silika Gel Kering Dari Abu Ampas Tebu

Silika gel kering telah dibuat dari abu ampas tebu melalui proses pelarutan

dengan natrium hidroksida, pengendapan dengan larutan asam klorida-sitrat dan

proses pengeringan pada suhu 200oC (Enymia,dkk., 1998). Adapun proses pembuatan

silika gel kering, meliputi(Anggraini,dkk., 2005):

Abu ampas tebu di giling halus di dalam potmil dengan kondisi basah.

Pembentukan larutan Natrium Silikat

Pembentukan larutan natrium silikat digunakan precursor silika gel yang dibuat

dengan menambahkan NaOH padat ke dalam abu ampas tebu yang telah digiling

halus dengan perbandingan berat abu ampas tebu : NaOH : air suling 1:1:10.

Untuk mempercepat pelarutan abu sekam dalam NaOH dilakukan dengan cara

Page 11: unsur individu

pemanasan sampai larutan tersebut jenuh terhadap abu ampas tebu, kemudian

didinginkan, disaring dengan kain penyaring, dan filtratnya ditampung. Bila perlu

dilakukan pengenceran dengan air.

Pembuatan silika gel kering

Filtrat yang telah kering diasamkan dengan asam sitrat (10%) dan asam klorida

(5%) dengan pengaturan pH sampai mencapai pH netral. Endapan gel yang

terbentuk diperas dengan kain penyaring, di cuci berulang-ulang dan dikeringkan

dimana suhu pengeringan optimal untuk memperoleh standar pada pengeringan

200oC dengan struktur kimia SiO2.0.29 H2O.

Page 12: unsur individu

DAFTAR PUSTAKA

Anggraini, S., Azmiyawati, C., dan Taslimah . 2005 . Pembuatan Silika Gel Dari

Abu Sekam Padi Dengan Menggunakan Asam Sitrat . Skripsi . Fakultas

MIPA Universitas Diponegoro . Semarang

Buol, S. W., F. D. Hole, and R. J. Mc Cracken. 1980. Soil Genesis and

Classification. The IOWA State University Press. Ames

Enymia, Suhandan dan Sulistarihani,N. 1998. Pembuatan Silika Gel Kering Dari

Sekam Padi Untuk Bahan Pengisi Karet Ban, Jurnal Keramik & Gelas

Indonesia, Vol.7 No.1 &2 Tahun.1998

Hernawati dan Indarto,D.N . 2010. Pabrik Silika dari Abu Ampas Tebu

dengan Proses Presipitasi. Tugas Akhir. Teknik Kimia FTI-ITS. Surabaya

Jones, Thomas.S . 2000 . Silicon . U.S. Geological Survey Minerals Yearbook

Mahmudah Hamawi. 2005. Limbah Busuk Berenergi. Salam. Blotong

Roesmarkam, N. W. Yuwono. 2002. Ilmu Kesuburan Tanah. Kanisius. Yogyakarta

Savant, N. K, Korndorfer, G. H., Datnoff, L. E. and Snyder, G. H. 1999. Silicon

Nutrition And Sugarcane Production: A Review. Journal Plant and

Nutrition. 22 (12):1853-1903

Yukamgo, Edo dan Yuwono,N.W., 2007, Peran Silicon Sebagai Unsur Bermanfaat

Pada Tanaman Tebu, Jurnal Ilmu tanah dan lingkungan.Vol.7 No.2

(2007)p:103-116

Worathanakul, P., Payubnop, W., Muangpet, A . 2009. Characterization For Post

Treatment Effect Of Bagasse Ash For Silica Extraction . World Academy

of Science . Engineering and Technology 56 2009

Page 13: unsur individu

RINGKASAN

Abu ampas tebu merupakan hasil dari pembakaran ampas tebu pada produksi

gula yang biasanya tidak terpakai dan dianggap sebagai limbah pabrik. Senyawa

kimia terbesar yang terkandung pada abu ampas tebu ini adalah silica (SiO2) yaitu

sebesar 70.97 persen. Sehingga abu ampas tebu dapat digunakan sebagai bahan baku

untuk pembuatan silika presipitasi dan silika gel kering.

Salah satu pemisahan silika dari abu ampas tebu yaitu dengan pembuatan

silika presipitasi melalui proses Aldcroft yaitu mereaksikan Na2O. 3,3SiO2 dengan

H2SO4 dengan menambahkannya ke dalam reactor berisi air secara stimultan. Adapun

tahapan pembuatan silika presipitasi meliputi ekstraksi abu ampas tebu dengan

solvent NaOH, proses presipitasi dengan penambahan natrium silikat dan asam sulfat,

filtrasi, pengeringan, pengecilan dan homogenisasi ukuran partikel silika sebesar 400

mesh.

Silika gel kering telah dibuat dari abu ampas tebu melalui proses pelarutan

dengan natrium hidroksida, pengendapan dengan larutan asam klorida-sitrat dan

proses pengeringan pada suhu 200oC . Proses diawali dengan penggilingan abu

menjadi lebih halus dalam kondisi basah, tahap kedua adalah pembuatan larutan

natrium silikat dengan menambahkan NaOH padat ke dalam gilingan abu ampas tebu

dengan perbandingan berat abu ampas tebu : NaOH : air suling 1:1:10. Tahap terakhir

yaitu pembuatan silika gel kering dengan penambahan asam sitrat (10%) dan asam

klorida (5%) dengan pengaturan pH sampai mencapai pH netral. Setelah itu

dilakukan pengeringan pada suhu optimal pada 200oC.

Page 14: unsur individu

SUMMARY

Bagasse ash is the result of burning bagasse in sugar production which is

usually not used and is considered a waste plant. Largest chemical compounds

contained in bagasse ash is silica (SiO2) that is equal to 70.9 %. So the bagasse ash

can be used as raw material for the manufacture of precipitated silica and silica gel.

One of the separation of silica from bagasse ash that is by making silica

precipitation through a process of reacting Na2O Aldcroft. 3.3 SiO2 with H2SO4 by

adding it to the reactor containing water in stimultan. The stage production includes

the extraction of silica precipitation bagasse ash with NaOH solvent, the precipitation

process with the addition of sodium silicate and sulfuric acid, filtration, drying,

reduction and homogenization of the silica particle size of 400 mesh.

Silica gel has been created from the ashes of dry bagasse through the leaching

process with sodium hydroxide, precipitation with chloride-citric acid solution and

the drying process at a temperature of 200oC. The process begins with grinding the

ash becomes finer in wet conditions, the second stage is the manufacture of sodium

silicate solution by adding solid NaOH into the mill bagasse ash by weight ratio of

bagasse ash: NaOH: distilled water 1:1:10. The last stage of manufacture of dry silica

gel with the addition of citric acid (10%) and hydrochloric acid (5%) by setting the

pH to reach a neutral pH. Once it is done drying at optimal temperature at 200oC.