STUDI PENAMBAHAN ASAP CAIR TEMPURUNG KELAPA GRADE …digilib.unila.ac.id/31760/3/SKRIPSI TANPA BAB...

STUDI PENAMBAHAN ASAP CAIR TEMPURUNG KELAPA GRADE 2

SEBAGAI INHIBITOR KERAK KALSIUM KARBONAT (CaCO3)

MENGGUNAKAN METODE UNSEEDED EXPERIMENT

(Skripsi)

Oleh

YUSUF HADI KURNIAWAN

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS LAMPUNG

BANDAR LAMPUNG

2018

http://www.kvisoft.com/pdf-merger/

ABSTRAK




Oleh

Yusuf Hadi Kurniawan

Terbentuknya kerak pada pipa merupakan masalah yang sering dijumpai pada

industri diantaranya industri minyak, gas, dan industri yang melibatkan proses

desalinasi dan ketel. Salah satu kerak yang banyak dijumpai yaitu kalsium

karbonat (CaCO3). Untuk mengatasi masalah tersebut, pada penelitian ini

digunakan asap cair tempurung kelapa grade 2 sebagai inhibitor kerak CaCO3 yang ramah lingkungan menggunakan metode tanpa penambahan bibit kristal

(Unseeded Experiment) menggunakan suhu 90 oC. Larutan pertumbuhan CaCO3

yang digunakan yaitu 0,025; 0,038; 0,050; dan 0,063 M serta variasi inhibitor

sebesar 50, 150, 250, dan 350 ppm. Nilai persen efektivitas tertinggi terjadi pada

konsentrasi 0,025 M dengan penambahan inhibitor sebesar 350 ppm yaitu sebesar

99,48%. Berdasarkan hasil Scanning Electron Microscopy (SEM) dan X-Ray

Diffraction (XRD) menunjukkan kerak CaCO3 tanpa inhibitor terdiri dari kristal

fasa kalsit dan sedikit aragonit, sedangkan setelah penambahan inhibitor terdiri

dari kristal fasa aragonit, vaterit, dan sedikit kalsit. Kalsit merupakan jenis kristal

hardscale sedangkan aragonit dan vaterit merupakan jenis kristal softscale.

Analisis kuantitatif menggunakan Particle Size Analyzer (PSA) menunjukan

bahwa distribusi ukuran partikel kerak CaCO3 menjadi lebih kecil dengan adanya

penambahan inhibitor berdasarkan nilai rata-rata (mean) yaitu dari 133,70 menjadi

8,26 µm dan nilai tengah (median) yaitu dari 44,51 menjadi 6,40 µm.

Kata Kunci : Asap cair, CaCO3, inhibitor, kerak

ABSTRACT

THE STUDY OF ADDITION OF COCONUT SHELL LIQUID SMOKE

GRADE 2 AS AN INHIBITOR OF CALCIUM CARBONATE (CaCO3)

SCALE USING UNSEEDED EXPERIMENT METHOD

By


Scale formation on the pipes is a problem that is often encountered in industries

such as oil, gas, and industries that involve desalination and kettle process. One of

the many scales found is calcium carbonate (CaCO3). In order to solve the

problem, in this research coconut shell liquid smoke was used as an

environmentally friendly inhibitor of CaCO3 using unseeded experiment method

at temperature of 90 oC. The growth solutions of CaCO3 used were 0.025, 0.038,

0.050, and 0.063 M with inhibitor variations of 50, 150, 250, and 350 ppm. The

highest percentage of the effectiveness (99.48%) occurred in the concentration of

0.025 M with the addition of 350 ppm inhibitor. Based on the results of Scanning

Electron Microscopy (SEM) and X-Ray Diffraction (XRD) showed that the scale

of CaCO3 without inhibitors consisted of calcite and slightly aragonite crystals,

while after addition of inhibitors contained of aragonite, vaterite and slightly

calcite phases. Calcite is a type of hard scale crystal while aragonite and vaterite

are a type of soft scale crystals. Quantitative analysis using Particle Size Analyzer

(PSA) showed that the particle size distribution of CaCO3 crystals was smaller

with the addition of inhibitor based on mean value from 133.70 to 8.26 μm and

median of 44.51 to 6.40 μm.

Keywords: Liquid smoke, CaCO3, inhibitor, scale




Oleh

YUSUF HADI KURNIAWAN

Skripsi

Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Mencapai Gelar

SARJANA SAINS

Pada

Jurusan Kimia

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Lampung

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS LAMPUNG

BANDAR LAMPUNG

2018

RIWAYAT HIDUP

Penulis bernama lengkap Yusuf Hadi Kurniawan dilahirkan di

Desa Panaragan Jaya, Kecamatan Tulang Bawang Tengah,

Kabupaten Tulang Bawang Barat pada 28 Juli 1996. Penulis

merupakan anak pertama dari dua bersaudara dari pasangan

Bapak Subur dan Ibu Sulistiani. Penulis menyelesaikan pendidikan di TK

Aisyiyah Bustanul Athfal pada tahun 2002, lalu melanjutkan ke SD N 5

Panaragan Jaya lulus pada tahun 2008, kemudian melanjutkan ke SMP N 2

Tulang Bawang Tengah lulus pada tahun 2011, selanjutnya penulis melanjutkan

pendidikan di SMA N 1 Tulang Bawang Tengah lulus pada tahun 2014. Saat

SMA penulis aktif di berbagai organisasi yaitu Orientasi Siswa Intra Sekolah

(OSIS), Karya Ilmiah Remaja (KIR), Palang Merah Remaja (PMR), dan penulis

pernah menjadi bagian dari pasukan pengibar bendera pusaka tingkat kabupaten

Tulang Bawang Barat tahun 2012. Pada tahun 2014 penulis terdaftar sebagai

mahasiswa Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam,

Universitas Lampung melalui jalur Seleksi Bersama Masuk Perguruan Tinggi

Negeri (SBMPTN) dan sebagai penerima beasiswa Bidik Misi angkatan kelima.

Selama menjadi mahasiswa, penulis pernah menjadi finalis Olimpiade Nasional

Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Perguruan Tinggi (ON MIPA PT)

tingkat wilayah 2 yang diselenggarakan di Palembang tahun 2017. Selain itu,

penulis pernah menjadi asisten praktikum mata kuliah Kimia Anorganik 1

angkatan 2016 tahun 2017, asisten Kimia Anorganik 2 angkatan 2015 tahun 2017,

dan asisten Kimia Anorganik 2 angkatan 2016 tahun 2018. Penulis juga mengikuti

aktivitas organisasi, dimulai dengan menjadi Kader Muda Himaki (KAMI) tahun

2014, GARUDA Badan Eksekutif Mahasiswa (BEM) FMIPA tahun 2014. Penulis

juga pernah menjadi anggota Bidang Sains dan Penalaran Ilmu Kimia (SPIK)

Himaki FMIPA Unila periode 2015-2016, anggota Departemen Pendidikan Ikatan

Mahasiswa Tulang Bawang Barat (IKAM TUBABAR) periode 2015-2016, dan

ketua Bidang Sains dan Penalaran Ilmu Kimia (SPIK) Himaki FMIPA Unila

periode 2016. Tahun 2017 penulis menyelesaikan kerja praktik dengan judul Studi

Penambahan Asap Cair Tempurung Kelapa Grade 2 Sebagai Inhibitor Kerak

Kalsium Karbonat (CaCO3) Menggunakan Metode Unseeded Experiment di

Laboratorium Kimia Anorganik/Fisik, Fakultas Matematika dan Ilmu

Pengetahuan Alam, Universitas Lampung. Penulis melaksanakan Kuliah Kerja

Nyata (KKN) di Desa Banjarsuri, Kecamatan Sidomulyo, Lampung Selatan pada

Juli-Agustus 2017.

MOTTO

“Maka sesungguhnya bersama kesulitan ada kemudahan, Maka

apabila engkau telah selesai (dari sesuatu urusan), tetaplah bekerja

keras (untuk urusan yang lain), Dan hanya kepada Tuhanmulah

engkau berharap”

(Q.S. Al-Insyirah, 6-8)

“Memulai dengan penuh keyakinan Menjalankan dengan penuh keikhlasan

Menyelesaikan dengan penuh kebahagiaan” (Yusuf Hadi Kurniawan)

“Life is like riding a bicycle, To keep

your balance, you must keep moving”

(Albert Einstein)

“An action is the foundation of a success”

“Tidak ada jalan keluar yang dipakai untuk

menghindarkan diri dari sesuatu, kecuali befikir”

(Thomas Alfa Edison)

Dengan menyebut nama Allah yang Maha pengasih lagi Maha penyayang

Dengan mengucap Alhamdulillahirobil’alamin kepada AllahSWT yang membolak balikan hati. Kupersembahkan goresan tinta dalam karya kecilku ini sebagai wujud

tanggungjawabku Kepada:

Kedua malaikat dalam hidupku, Bapak dan Mamakku

tersayang yang tidak pernah lelah memberikan motivasi, dukungan,

semangat, kerja keras, kasih sayang, dan senantiasa mendoakan

keberhasilanku. Melalui karya kecil ini ananda ingin

berterimakasih atas segala ketulusan yang telah Bapak dan

Mamak berikan

Seluruh keluarga besar dan adikku yang selalu mendoakan

keberhasilanku

Dengan rasa hormat kepada Prof Suharso, Ph.D. dan Prof.

Dr. Buhani, M.Si., serta seluruh Dosen Pengajar yang telah

membimbingku sampai menyelesaikan pendidikan sarjana selama 4

tahun ini

Sahabat dan teman – teman yang telah memberikan banyak warna

dan pelajaran dalam hidupku

Almamater tercinta Universitas Lampung

SANWACANA

Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan segala bentuk rahmat,

hidayah dan ridho-Nya yang tak bertepi. Shalawat serta salam teruntuk Nabi

Muhammad SAW. Berbekal pengetahuan dan pengalaman yang telah diperoleh,

penulis mampu menyelesaikan skripsi yang berjudul

“STUDI PENAMBAHAN ASAP CAIR TEMPURUNG KELAPA GRADE 2


MENGGUNAKAN METODE UNSEEDED EXPERIMENT”

Sebagai salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Sains (S.Si) pada Jurusan

Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Lampung.

Teriring doa dan segenap ketulusan hati, penulis mengucapkan terimakasih

kepada:

1. Kedua Orang tua Penulis,Bapak Subur dan Ibu Sulistiani tersayang yang

selalu memberikan motivasi, nasehat, kasih sayang, dukungan, kerja keras,

dan selalu mendoakan keberhasilan penulis. Bapak mamak terimakasih atas

semua ketulusan yang telah diberikan kepada penulis, aku sayang kalian.

Semoga Allah selalu memberikan perlindungan, rezeki, dan kesehatan untuk

kalian. Amin ya Allah

2. Bapak Prof. Suharso, Ph.D. selaku pembimbing I atas segala dedikasi yang

telah beliau berikan kepada penulis, atas semua kebaikan, gagasan, motivasi,

kritik, saran, keikhlasan, kesabaran, bimbingan, dan ilmu sehingga penulis

bisa menyeleseaikan penelitian dan skripsi ini dengan baik. Atas semua yang

telah beliau berikan, semoga Allah SWT senantiasa memberikan kemudahan

dan keberkahan atas ilmu yang beliau berikan.

3. Ibu Prof. Dr. Buhani, M.Si. selaku pembimbing II atas segala masukan,

gagasan, nasehat, kesabaran, keikhlasan, bimbingan, dan ilmu yang

bermanfaat kepada penulis dalam perencanaan dan penyelesaian penelitian

serta skripsi ini. Semoga Allah senantiasa memberikan pertolongan dan

membalas semuanya dengan kebaikan.

4. Ibu Dr. Ilim, M.S. selaku pembahas atas segala bimbingan, kritik, saran, dan

ilmu yang telah diberikan kepada penulis, sehingga penulis dapat

menyelesaikan skripsi ini dengan baik. Semoga Allah memberikan

keberkahan atas semua yang sudah diberikan.

5. Bapak Dr. Hardoko Insan Qudus, M.S. selaku pembimbing akademik, penulis

mengucapkan terimakasih banyak atas bimbingan, nasehat, motivasi, dan

kesabaran dalam membimbing penulis terkait permasalahan akademik selama

4 tahun ini .

6. Bapak Dr. Eng. Suripto Dwi Yuwono, M.T. selaku Ketua Jurusan Kimia

FMIPA Unila.

7. Bapak Prof. Warsito, D.E.A., Ph.D. selaku Dekan Fakultas Matematika dan

Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Lampung.

8. Bapak dan Ibu Dosen Jurusan Kimia FMIPA Unila atas seluruh ilmu,

bimbingan dan pengalaman yang telah diberikan kepada penulis sehingga

penulis dapat menyelesaikan studi ini tepat pada waktunya, serta terimakasih

kepada staff administrasi Jurusan Kimia FMIPA Unila yang telah membantu

penulis untuk menyelesaikan persyaratan administrasi selama kuliah. Semoga

Allah SWT senantiasa membalas kebaikan-kebaikan bapak dan ibu.

9. Ibu Prof. Dr. Buhani, M.Si. selaku Kepala Laboratorium Kimia

Anorganik/Fisik atas izin yang telah diberikan kepada penulis, sehingga

penulis dapat menyelesaikan penelitian dengan baik.

10. Mba Liza Apriliya S, S.Si. selaku Laboran Laboratorium Kimia

Anorganik/Fisik yang telah banyak memberikan saran serta membantu

penulis dalam penyediaan alat untuk penelitian.

11. Kementrian Riset dan Teknologi Pendidikan Tinggi (Kemenristek Dikti),

penulis mengucapkan banyak terimakasih atas kepercayaannya kepada

penulis untuk menerima beasiswa Bidik Misi, sehingga penulis dapat

menyelesaikan studi S1 ini dengan baik.

12. Keluarga besar Alm. Mbah Badawi dan keluarga besar Alm. Mbah Sunarto

atas semua bantuannya baik berupa materi ataupun motivasi kepada penulis

dalam menyelesaikan studi.

13. Adikku Galih Budi Prasetyo terimakasih atas segala dukungannya untuk

penulis.

14. Ibu Novi Dwi Sutanti, S.Pd. atas semua bantuan materi ataupun motivasi

kepada penulis. Terimakasih bu atas semua yang telah diberikan, karena ibu

penulis memilih Jurusan Kimia.

15. Kak Sukamto terimakasih atas semua bantuan yang telah diberikan kepada

penulis semasa kuliah. Terimakasih sudah banyak mengajarkan penulis

berbagai hal, mengajarkan materi kuliah, mengajarkan organisasi, dan

bersedia direpotkan baik pikiran maupun tenaga.

16. Bapak, Ibu guru dari SD, SMP, dan SMA yang telah banyak memberikan

ilmu pengetahuan, pendidikan akhlak serta pengalaman kepada penulis .

Terimakasih yang iada terkira, semoga bapak ibu selalu dalam lindungan dan

diberikan Jannah-Nya.

17. Bapak Rojulin, Ibu Hamidah, Bapak Sunandar, Ibu Amanah, Bapak Sukar,

Mba Julis, Rahmat, Salim, Dewan guru SD N 4 Sukabanjar, dan seluruh

masyarakat Desa Banjarsuri terimakasih atas semua bantuannya, pengalaman,

dan ilmu yang bermanfaat. Sehingga, penulis dapat menyelesaikan KKN

dengan baik.

18. Pengurus Himaki periode 2016: Fikri (Ketum), Kartika (Sekum), Riri

(Bendum), Teguh (Kabid KPO), Herda (Sekbid KPO), Heny (My best

sekbid), Jepry (Kabid Sosmas), Yola (Sekbid Sosmas), Bidari (Kabir

Kestari), Bunga (Sekbir Kestari), Hesty (Kabir Penerbitan), Nella (Sekbir

Penerbitan), Reni (Kabir UM), Ayi (Sekbir UM), dan seluruh anggota Himaki

yang telah memberikan pengalaman, ilmu, dan kebahagiaan kepada penulis.

Semoga kalian semua tetap semangat dalam menjalani hidup ini.Thanks

yakk..

19. Seluruh mahasiswa Bidik Misi angkatan 5 Unila terimakasih untuk

kebersamaan ini.

20. Seluruh pengurus Ikatan Mahasiswa Tulang Bawang Barat (IKAM

TUBABAR) periode 2016 terimakasih untuk kebersamaannya dan ilmu serta

pengalamannya.

21. Special for Windi Antika terimakasih atas semangatnya, bantuannya,

motivasinya, serta cinta dan kasih sayangnya kepada penulis dalam

menyelesaikan penelitian dan skripsi ini. I Love You So Much..

22. JG Com : Amran (Wakgenk), Novi, Tari, Emil, Fani, Ayu, Sofi, dan Elisabet

terimakasih atas semua canda tawa, kebahagiaan, dan kebersamaan ini.

Semoga kebersamaan ini tetap selalu terjalin. Semangat buat kalian semua.

23. Sahabat lawasku : Novi, Tari, Nur, Anita, dan Oyok terimakasih untuk semua

canda tawa, sedih, bahagia, dan terimakasih sudah menjadi bagian dari hidup

penulis. Semoga kita semua dapat meraih kesuksesan. Amin

24. Sahabat Syari`i ku : Liana (Simbok), Sifa (Mak), Rizky (Pulo), Ufi (Ufil), Ella

(Ndut), dan Jepry (Jejep) terimakasih untuk semua kebahagiaan, canda tawa,

sedih, susah, dan selalu mengingatkan penulis untuk berada dijalan

kebenaran. Semoga kita tetap menjadi sahabat until Jannah.

25. My Best Partner (Scale Squad) : Uci, Reni, Fikri, dan Hafid terimakasih atas

semua bantuan, kritik, saran, kerjasama, dan kepeduliannya. Susah senangnya

penelitian sudah kita lewati, semangat menata karir untuk kita semua.

26. Keluarga kecilku kimia 2014 : Inorganic Research Group : Reni Anggraeni,

Audina Uci Pertiwi, Hafid Darmais Halan, Fikri Muhammad, Lucia Arum

Hartati, Rica Royjanah, Devi Tri Lestari, Cindy Claudia Putri, Ainun

Nadiyah, Ana Devita Mutiara, Ismi Aditya, Ferita Angriana, Fitria Luziana,

Asdini Virginia, Novi Indarwati, Hot Asi, Aniza Vidya Widata, Khumil

Ajmila, Putri Sendi Khairunnisa, Widia Sari, Bayu Andani, Deni Diora, Dira

Fauzi Ridwan. Organic Research Group : Kartika Dewi Rachmawati,

Elisabeth Yulinda, Gabriela Setiw W, Astriva Novri Harahap, Laili Dini

Ariza, Herda Yulia, Rizky Fijaryani, Nur laelatul K, Hidayatul Mufidah,

Dicky Sildianto, Risa Septiana, Wahyu Fichtiana Dewi,Berliana Anastasia P,

Fendi Setiawan, Erien Ratna P, Fitri Oktavianica, Rahma Hanifah, Nella

Merliani, Fransisca Clodina Dacosta, Dhia Hawari, Hamidin. Phisical

Research Group : Erwin Simarmata, Mattew Maranata, Lilian Elisabet,

Meliana Sari Simarmata, Ranaldi Arlento, V. Ari Viggi, M. Ilham Imanudin,

Sola Gratia, Liana Hariyanti, Ganjar Andulangi, Khasandra, Herliana,

Mahliani Erianti, Tika Dwi Febriyanti, Michael Alberto Sihombing, Rizky

Nurfitriyani. Analitical Research Group : Windi Antika, Teguh Wijaya

Hakim, M. Ilham Haqqiqi, Desi Tiara, Dellania Frida Yulita, Fitrah Adhi

Nugroho,Riri Auliya, Yunita Damayanti, Ayisa Ramadona, Heny Wijaya,

Nova Ariska, Siti Fatimah, Rizka Ari Wandari, Fergina Prawaningtyas, Dinda

Mezia Physka, Yolla Yashinta Batubara, M. Firza Ersa, Edith Hendri

Purnami, M. Firdaus, Riza Umami, M. Arqam, Grace Nadya Putri D, Diani

Widya Pangestika, Ismini Hidayati, Agnesa Anugrah. Biological Chemistry

Research Group : Ni Putu Rahma Agustina, Bunga Lantri Dwinta, Riza

Mufarida Akhsin, Rica Aulia, Erika Liandini, Hestianingsih Famela, Diva

Amila, Ayuning Fara M, Jepry Romansyah, Bidari Maulid Diana, Asrul

Fanani, Fernando Silaban, Luthfi Hijrianto, Leony Fransiska, Agung Setyo

Wibowo, Angga Hidayatulla Eza. Terimakasih atas kebersamaan dan sudah

menjadi bagian dalam hidup penulis. Semoga kita semua dimudahkan dalam

karir, usaha, bisnis, dan membangun keluarga.I’ll remembers and save you in

my heart. Don’t forget, we are family forever

27. Partner KKN : Angga Wahyu Pratama (Fisika), M. Wafi Eriza (Tekim),

Riska Ningtias (Akuntansi), dan Risma Yulianti (Adm. Bisnis) terimakasih

untuk kebersamaan selama 40 harinya.

28. Kak Rifki, Kak Arif, Kak Anton, Mbak Fenti, Mbak Dian, Mbak Siti, Mbak

Ismi dan kakak-kakak angkatan 2013, 2012, 2011, 2010 yang tidak bisa saya

sebutka satu persatu. Terimakasih telah memberikan banyak pelajaran dan

bantuan untukku. Sukses selalu dan tetap menjadi terbaik.

29. Adik-adik angkatan 2015, 2016, dan 2017 yang tidak bisa saya sebutkan.

Terimakasih atas persaudaraan dan kekeluargaan ini, semoga kita semua

menjadi orang-orang sukses. Percayalah, hidup akan indah jika kita berusaha

dan berdoa. Segera lakukan pekerjaanmu dan jangan menunda sesuatu. Keep

fight and dreaming on.

30. Almamater tercinta Universitas Lampung

31. Semua pihak yang tidak bisa penulis sebutkan satu persatu. Terimakasih atas

segala ketulusan, bantuan, dan doa. Semoga kebaikannya mendapat balasan

dari Allah SWT.

Bandar Lampung

Penulis,


DAFTAR ISI

Halaman

DAFTAR ISI ................................................................................................... i

DAFTAR TABEL .......................................................................................... v

DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... vi

I.PENDAHULUAN

A. Latar Belakang ........................................................................................ 1

B. Tujuan Penelitian .................................................................................... 6

C. Manfaat Penelitian .................................................................................. 6

II. TINJAUAN PUSTAKA

A. Kerak....................................................................................................... 7

B. Pengendapan Senyawa Anorganik ......................................................... 9

C. Pembentukan Endapan dan Kerak .......................................................... 10

1. Nukleasi ............................................................................................. 10

2. Pembentukan Kristal .......................................................................... 10

3. Aglomerasi ......................................................................................... 10

D. Mekanisme Pembentukan Kerak ............................................................ 11

E. Faktor Pembentukan Kerak .................................................................... 12

1. Kristalisasi.......................................................................................... 13

2. Kelarutan Endapan ............................................................................. 14

3. Derajat Lewat Jenuh .......................................................................... 15

ii

F. Kalsium Karbonat (CaCO3) .................................................................... 18

G. Pengaruh Terbentuknya Kerak CaCO3 ................................................... 20

H. Metode Pencegahan Terbentuknya Kerak CaCO3 .................................. 21

1. Pengandalian pH ............................................................................... 21

2. Pelunakan dan Pembebasan Mineral Air ........................................... 22

3. Penggunaan Inhibitor Kerak .............................................................. 22

I. Asap Cair Tempurung Kelapa ................................................................ 25

J. Unseeded Experiment ............................................................................. 29

K. Analisis menggunakan IR, SEM, XRD, PSA, dan GC-MS ................... 29

1. Spektrofotometer Infrared (IR) ......................................................... 29

2. Scanning Electron Microscopy (SEM) ............................................. 30

3. X-Ray Difraction (X-RD) ................................................................. 31

4. Particle Size Analyzer (PSA) ............................................................ 32

5. Gas Chromatography – Mass Spectrometry (GC-MS) .................... 35

III. METODOLOGI PENELITIAN

A. Waktu dan Tempat .................................................................................. 37

B. Alat dan Bahan ....................................................................................... 37

C. Prosedur Penelitian ................................................................................. 38

1. Pembuatan Inhibitor ........................................................................... 38

2. Pengujian Inhibitor dalam Menghambat Pertumbuhan Kerak CaCO3 39

a. Penentuan Laju Pertumbuhan CaCO3 Tanpa Penambahan

Inhibitor pada Konsentrasi Larutan Pertumbuhan yang Berbeda

dengan Metode Unseeded Experiment .......................................... 39

b. Penentuan Laju Pertumbuhan CaCO3 dengan Penambahan

Inhibitor pada Konsentrasi Larutan Pertumbuhan yang Berbeda

dengan Metode Unseeded Experiment .......................................... 40

3. Analisis Data ...................................................................................... 41

iii

D. Diagram Alir Penelitian .......................................................................... 41

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Analisis Gugus Fungsi Asap Cair Tempurung Kelapa grade 2

Menggunakan Spektrofotometer Infrared (IR) .................................... 43

B. Analisis Komponen Senyawa Kimia Asap Cair Tempurung Kelapa

grade 2 Menggunakan Gas Chromatography-Mass Spectrometer

(GC-MS) ............................................................................................. 45

C. Penentuan Laju Pertumbuhan CaCO3Tanpa Inhibitor pada Konsentrasi

Larutan Pertumbuhan yang Berbeda dengan Metode Unseeded

Experiment ........................................................................................... 48

D. Penentuan Laju Pertumbuhan CaCO3 dengan Penambahan Inhibitor

Pada Konsentrasi Larutan Pertumbuhan yang Berbeda dengan

Metode Unseeded Experiment ............................................................. 50

1. Penentuan Laju Pertumbuhan Kristal CaCO3 dengan Variasi

Konsentrasi Inhibitor Asap Cair Tempurung Kelapa grade 2 pada

Larutan Pertumbuhan 0,025 M ...................................................... 51










E. Perbandingan Larutan Pertumbuhan CaCO3 ........................................ 62

iv

F. Analisis Permukaan Kerak CaCO3 Menggnakan Scanning Electron

Microscopy (SEM) ............................................................................... 63

G. Analisis Distribusi Ukuran Partikel CaCO3 dengan Particle Size

Analyzer (PSA) .................................................................................... 65

H. Analisis Struktur Kerak CaCO3 dengan X-Ray Difraction (XRD)....... 67

V. SIMPULAN DAN SARAN

A. Simpulan ................................................................................................ 73

B. Saran ...................................................................................................... 74

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

DAFTAR TABEL

Tabel Halaman

1. Nilai supersaturasi (s) pada beberapa tingkat kesadahan dan pH

pada suhu 25oC ......................................................................................... 20

2. Kandungan asap cair tempurung kelapa serta titik didihnya .................... 27

3. Komponen kimia asap cair tempurung kelapa hasil GC-MS .................... 28

4. Gugus fungsi pada hasil IR asap cair tempurung kelapa grade 2 ............. 45

5. Komponen-komponen kimia asap cair tempurung kelapa ........................ 47

6. Nilai pH asap cair tempurung kelapa sebelum dan sesudah pengenceran 50

7. Nilai pH larutan pertumbuhan sebelum dan sesudah penambahan asap

cair ............................................................................................................. 51

8. Data persentase efektivitas inhibitor pada larutan pertumbuhan 0,025 M 53




12. Data persentase efektivitas inhibitor pada penambahan inhibitor 350

ppm ........................................................................................................... 60

13. Efektivitas inhibitor dalam menghambat kerak CaCO3 ............................ 61

DAFTAR GAMBAR

Gambar Halaman

1. Endapan kerak pada pipa .......................................................................... 9

2. Skema umum mekanisme pembentukan deposit kerak air ....................... 12

3. Tahapan kristalisasi ................................................................................... 14

4. Diagram temperatur– konsentrasi ............................................................. 16

5. Mekanisme inhibitor dalam menghambat laju pertumbuhan kristal

dalam larutan pertumbuhan (○ = inhibitor, ◊ = bibitkristal) ..................... 24

6. Reaksi hidrolisis polifosfat ....................................................................... 25

7. Warna asap cair tempurung kelapa ........................................................... 26

8. Skema bagan SEM .................................................................................... 31

9. Skema kerja alat XRD .............................................................................. 32

10. Diagram proses fraksinasi massa dalam sedigraf ..................................... 34

11. Skema alat GC-MS ................................................................................... 36

12. Diagram alir penelitian.............................................................................. 42

13. Spektrum IR asap cair tempurung kelapa grade 2 .................................... 44

14. Hasil analisis Gas Chromatograpgy-Mass Spectrometry (GC-MS) asap

cair tempurung kelapa grade 2.................................................................. 46

15. Grafik perbandingan laju pertumbuhan kerak CaCO3 dengan variasi

konsentrasi larutan pertumbuhan .............................................................. 49

16. Grafik perbandingan laju pertumbuhan kerak CaCO3 dengan konsentrasi

larutan pertumbuhan 0,025 M dan variasi penambahan inhibitor asap cair

tempurung kelapa grade 2 ........................................................................ 52


vii







lartan pertumbuhan 0,063 M dan variasi penambahan inhibitor asap cair


20. Perbandingan larutan pertumbuhan 0,025 M (A) tanpa penambahan

inhibitor dan (B) dengan penambahan inhibitor pada konsentrasi 350

ppm ........................................................................................................... 62

21. Kristal kerak CaCO3 0,038 M tanpa penambahan inhibitor (A) dan

dengan penambahan inhibitor (B) asap cair tempurung kelapa grade 2

sebesar 50 ppm .......................................................................................... 63

22. Morfologi kerak CaCO3 pada konsentrasi 0,038 M dengan perbesaran

2000x tanpa penambahan inhibitor (A) dan dengan penambahan inhibitor

asap cair tempurung kelapa grade 2 sebesar 50 ppm (B) ......................... 64

23. Morfologi kerak CaCO3 pada konsentrasi 0,038 M dengan perbesaran

5000x tanpa penambahan inhibitor (A) dan dengan penambahan inhibitor

asap cair tempurung kelapa grade 2 sebesar 50 ppm (B) ......................... 64

24. Distribusi ukuran partikel CaCO3 ............................................................. 66

25. Pola XRD kerak CaCO3 tanpa penambahan inhibitor (A) dan dengan

penambahan inhibitor asap cair tempurung kelapa grade 2 sebesar

50 ppm (B) ................................................................................................ 68

26. Mekanisme penghambatan kerak CaCO3 oleh inhibitor ............................ 71

27. Mekanisme anti kerak ................................................................................ 72

I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Perkembangan industri di Indonesia saat ini berlangsung begitu pesat. Sebagian

besar industri di Indonesia menggunakan air dalam sistem kerjanya. Setiap

industri yang menggunakan air dalam sistem kerjanya bisa dipastikan selalu

mempunyai permasalahan yang berhubungan dengan pengerakan (scaling).

Pengerakan terjadi pada komponen industri yang sangat kompleks, seperti industri

minyak dan gas, industri menggunakan proses desalinasi dan ketel, serta industri

kimia lainnya (Jamailahmadi, 2007; Suharso et al., 2009; Suharso et al., 2010;

Suharso dan Buhani, 2011). Proses pengendapan kerak bisa terjadi pada

peralatan-peralatan industri. Hal ini disebabkan karena terdapatnya unsur-unsur

anorganik pembentukan kerak seperti logam kalsium (Ca2+

) dalam jumlah yang

melebihi kelarutan pada keadaan kesetimbangan (Amjad, 1995). Kerak yang

terbentuk pada pipa-pipa peralatan industri akan memperkecil diameter dan

menghambat aliran fluida pada sistem pipa tersebut, ini akan menyebabkan suhu

semakin naik dan tekanan semakin tinggi sehingga kemungkinan pipa akan pecah

(Asnawati, 2001)

2

Dampak negatif yang ditimbulkan karena adanya penimbunan kerak antara lain

menyebabkan sumur pipa pada industri perusahaan minyak negara

(Pertamina,Tbk) hanya berumur 10 tahun, sehingga perusahaan harus membuat

kembali sumur pipa dengan biaya 6-7 juta dolar per sumur atau setara dengan Rp

80-90 milyar. Akibatnya biaya dan kerugian yang ditimbulkan sangat besar untuk

operasional biaya perawatan (Suharso et al., 2010; Suharso et al., 2014; Suharso

et al., 2017; Suharso et al., 2017a). Selain itu, endapan kerak dapat menyebabkan

penipisan pada dinding boiler yang berdampak terhadap peningkatan penggunaan

bahan bakar solar. Oleh karena itu, berbagai upaya penanggulangan kerak telah

dilakukan, salah satunya yaitu dengan menggunakan asam untuk menurunkan pH

larutan, rentang pH efektif untuk mencegah pengendapan kerak adalah 6,5 sampai

8,0. Namun menghilangkan kerak menggunakan asam dengan konsentrasi tinggi

tidak efektif karena dapat meningkatkan laju korosi dan konduktivitas, serta

mempunyai tingkat bahaya yang cukup tinggi dalam penanganannya (Lestari,

2008).

Kerak adalah tumpukan keras dari bahan anorganik yang disebabkan oleh

pengendapan partikel mineral dalam air terutama pada permukaan perpindahan

panas. Seperti air menguap dalam menara pendingin, uap yang murni hilang dan

konsentrasi padatan terlarut dalam air yang tersisa (Bhatia, 2003). Adapun

komponen-komponen kerak yang sering dijumpai pada peralatan industri yaitu,

kalsium karbonat (CaCO3), kalsium dan seng fosfat, kalsium sulfat (CaSO4), serta

silika dan magnesium silikat (Lestari dkk., 2004). Kalsium karbonat (CaCO3)

merupakan salah satu endapan penyusun kerak yang menjadi masalah serius pada

sebagian besar proses industri yang melibatkan air garam (Amjad, 1995) dan pada

3

operasi produksi minyak bumi (Halimatuddahliana, 2003). Dalam bidang

industri, kerak kalsium karbonat (CaCO3) merupakan salah satu masalah yang

cukup penting pada sebagian besar proses industri yang melibatkan air, seperti

pada desalinasi, permukaan tower pendingin, mesin penukar panas, mesin

pembangkit tenaga uap dan di pipa-pipa minyak. Kelarutan CaCO3 yang sedikit

dapat terbentuk jika dalam larutan lewat jenuh terjadi kesetimbangan kimia pada

tekanan dan temperatur yang sama (Nunn, 1997).

Beberapa metode yang pernah dilakukan untuk mencegah terbentuknya kerak

pada peralatan-peralatan industri yaitu dengan menurunkan pH larutan melalui

penambahan asam, penggunaan senyawa-senyawa anorganik (Zhang and Dawe,

2000), asam amino (Manoli et al., 2003), polimer-polimer yang larut dalam air

(Donachy and Sikes, 1994), penggunaan inhibitor (scale inhibitor) (Suharso dkk.,

2013), dan senyawa-senyawa organik lain (He et al., 1999). Selain beberapa

metode di atas, pembentukan kerak dapat dikontrol dengan cara pelunakan dan

pembebasan mineral air, akan tetapi penggunaan air bebas mineral dalam industri-

industri besar membutuhkan biaya yang cukup tinggi (Halimatuddahliana, 2003).

Penggunaan inhibitor merupakan alternatif yang baik karena ramah lingkungan,

murah, dan mudah didapat. Efektivitas inhibitor kerak bergantung pada

kemampuan sebuah aditif untuk mengganggu langkah-langkah pembentukan

kerak, yaitu baik dengan langkah nukleasi atau dengan pertumbuhan kristal

(Tzotzi et al., 2007).

4

Metode yang paling efektif untuk menghambat laju pertumbuhan kerak yang

sedang dikembangkan adalah dengan menginjeksikan bahan-bahan kimia

pencegah kerak (scale inhibitor) ke dalam air formasi (Cowan and Weintritt,

1976). Salah satu prinsip kerja dari scale inhibitor yaitu pembentukan senyawa

kompleks (khelat) antara pencegah kerak dengan unsur-unsur pembentuk kerak.

Senyawa kompleks yang terbentuk larut dalam air sehingga menutup

kemungkinan pertumbuhan kristal yang besar dan dapat mencegah kristal kerak

untuk melekat pada permukaan pipa (Patton, 1981). Metode inhibitor merupakan

metode yang menarik untuk dikembangkan lebih lanjut karena biayanya relatif

lebih murah dan memiliki efektivitas yang lebih tinggi (Asnawati, 2001) serta

dapat mencegah kerak dalam periode yang lama (Cowan and Weintritt, 1976).

Hal inilah yang mendasari untuk dilakukan suatu penelitian lebih lanjut mengenai

inhibitor kerak baru yang lebih efektif, aman, dan ramah lingkungan.

Pada penelitian yang telah dilakukan sebelumnya, tanaman gambir (Uncaria

gambier Roxb) dapat digunakan sebagai inhibitor CaCO3, ini dikarenakan gambir

mengandung 70% senyawa tanin (Bakhtiar, 1991). Gambir dapat dikombinasikan

dengan kemenyan putih (Styrx benzoin dryand) dan aditif golongan karboksilat

untuk meningkatkan nilai efektivitas inhibitor dalam mencegah pertumbuhan

kerak (Aisah, 2016). Tanin adalah suatu senyawa polifenol yang mampu

menghambat proses oksidasi. Tanin memiliki sifat antara lain dapat larut dalam

air atau alkohol karena tanin banyak mengandung fenol yang memiliki gugus OH,

yang dapat mengikat logam berat seperti Ca2+

(Irianty dan Sembiring, 2012) .

Penggunaan beberapa jenis aditif dari golongan karboksilat seperti asam sitrat,

5

asam oksalat, dan asam benzoat sebagai aditif juga memberikan pengaruh

terhadap laju pertumbuhan kristal kerak. Penggunaan aditif yang efektif sebagai

inhibitor mengakibatkan terjadinya perubahan konduktivitas menjadi lebih besar

dan ukuran kristal menjadi lebih kecil dibandingkan tanpa menggunakan aditif,

konsentrasi menentukan tingkat keefektifan aditif sebagai inhibitor (Suharso et al.,

2009). Aditif yang efektif dengan konsentrasi yang sangat kecil dalam satuan

ppm teradsorpsi ke dalam inti untuk memperlambat pertumbuhan kristal dengan

cara menggantikan anion seperti SO42-

atau CO32-

dan mengikat kation Ca2+

(Austin et al., 1975).

Menurut penelitian sebelumnya, asap cair tempurung kelapa grade 2 banyak

mengandung senyawa fenolik, asam seperti asam asetat, asam butirat, dan asam

propionat, serta mengandung karbonil (Darmadji dkk., 1996). Sehingga, asap cair

tempurung kelapa grade 2 menarik untuk dikembangkan sebagai inhibitor

kalsium karbonat (CaCO3) karena adanya kandungan senyawa fenol dan asam

tersebut. Oleh karena itu, maka dilakukan penelitian ini untuk mempelajari

pengaruh penambahan asap cair tempurung kelapa grade 2 sebagai inhibitor pada

pembentukan kerak CaCO3 dengan menggunakan metode unseeded experiment

pada konsentrasi larutan pertumbuhan dan konsentrasi inhibitor yang berbeda.

Efektifitas inhibitor tempurung kelapa grade 2 dalam menghambat pertumbuhan

kerak CaCO3 dengan metode unseeded experiment diketahui berdasarkan analisis

data. Sedangkan analisis morfologi CaCO3 menggunakan Scanning Electron

Microscopy (SEM), analisis struktur kerak CaCO3 menggunakan X-Ray

6

Difraction (XRD), sedangkan distribusi ukuran partikelnya diukur menggunakan

Particle Size Analyzer (PSA).

B. Tujuan Penelitian

Adapun tujuan dilakukannya penelitian ini adalah :

1. Mempelajari pengaruh penambahan asap cair tempurung kelapa grade 2

sebagai inhibitor kalsium karbonat (CaCO3) pada konsentrasi yang berbeda.

2. Mengetahui keefektifan asap cair tempurung kelapa grade 2 sebagai inhibitor

kalsium karbonat (CaCO3) dengan metode unseeded experiment melalui

analisis data dan karakterisasi menggunakan SEM, X-RD dan PSA.

C. Manfaat Penelitian

Manfaat dari penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi tentang

kemampuan dari asap cair tempurung kelapa grade 2 dalam menghambat

pertumbuhan kerak CaCO3 sehingga dapat dikembangkan untuk memperoleh

inhibitor kerak yang lebih efektif dan dapat dikembangkan untuk mencegah

pembentukan kerak pada peralatan-peralatan industri sehingga dapat mengurangi

dampak negatif yang ditimbulkan oleh pembentukan kerak tersebut.

II. TINJAUAN PUSTAKA

A. Kerak

Kerak didefinisikan sebagai suatu deposit dari senyawa-senyawa anorganik yang

terendapkan dan membentuk timbunan kristal pada permukaan suatu substansi

(Kemmer, 1979). Kerak adalah tumpukan keras dari bahan anorganik terutama

pada permukaan perpindahan panas yang disebabkan oleh pengendapan partikel

mineral dalam air (Bhatia, 2003 ). Pembentukan kerak pada sistem perpipaan di

industri maupun rumah tangga menimbulkan banyak permasalahan teknis dan

ekonomis. Hal ini disebabkan karena kerak dapat menutupi atau menyumbat air

yang mengalir dalam pipa dan sekaligus menghambat proses perpindahan panas

pada peralatan penukar panas. Sehingga, kerak yang terbentuk pada pipa-pipa

akan memperkecil diameter dan menghambat aliran fluida pada sistem pipa

tersebut (Shiddiq, 2014).

Kerak dapat terbentuk karena campuran air yang digunakan tidak sesuai.

Campuran air tersebut tidak sesuai jika air berinteraksi secara kimia dan

mineralnya mengendap jika dicampurkan.

8

Contoh tipe air yang tidak sesuai adalah air laut dengan konsentrasi SO42-

tinggi

dan konsentrasi Ca2+

rendah dan air 6 formasi dengan konsentrasi SO42-

sangat

rendah tetapi konsentrasi Ca2+

tinggi. Campuran air ini menyebabkan

terbentuknya endapan CaSO4 (Badr and Yassin, 2007).

Komponen-komponen kerak yang sering dijumpai pada peralatan industri yaitu

kalsium sulfat (CaSO4), kalsium karbonat (CaCO3 turunan dari kalsium

bikarbonat), kalsium dan seng fosfat, kalsium fosfat, silika dengan konsentrasi

tinggi, besi dioksida (senyawa yang disebabkan oleh kurangnya kontrol korosi

atau alami berasal dari besi yang teroksidasi), besi fosfat ( senyawa yang

disebabkan karena pembentukan lapisan film dari inhibitor fosfat), mangan

dioksida (mangan teroksidasi tingkat tinggi) magnesium silika, silika dan

magnesium pada konsentrasi tinggi dengan pH tinggi, magnesium karbonat,

magnesium dengan konsentrasi tinggi dan pH tinggi serta CO2 tinggi (Lestari,

2008).

Adanya endapan kerak pada komponen pipa, dapat mengakibatkan aliran fluida

terhambat baik dalam pipa maupun alat heat excangers. Pada heat excangers,

endapan-endapan kerak tersebut akan mengganggu transfer panas sehingga

menyebabkan panas akan akan semakin meningkat. Sedangkan pada pipa-pipa ,

penyumbat aliran fluida akan terjadi karena adanya penyempitan volume alir

fluida serta penambahan kekasaran permukaan pipa bagian dalam, seperti yang

terlihat pada Gambar 1.

9

Gambar 1. Endapan kerak pada pipa (Vendamawan, 2016).

B. Pengendapan Senyawa Anorganik

Endapan didefinisikan sebagai bentuk kristal keras yang menempel pada

perpindahan panas permukaan dimana proses penghilangannya dapat dilakukan

dengan cara dibor atau didril. Endapan yang berasal dari larutan akan terbentuk

karena proses penurunan kelarutan pada kenaikan temperatur operasi dan kristal

padat melekat erat pada permukaan logam. Endapan yang umum ditemui di pipa

minyak ada beberapa jenis, seperti kalsium karbonat (CaCO3), kalsium sulfat

termasuk gips (CaSO4·2H2O) dan kalsium sulfat anhidrat (CaSO4), serta barium

sulfat (BaSO4) (Asnawati, 2001).

Proses pengendapan senyawa-senyawa anorganik biasa terjadi pada peralatan-

peralatan industri yang melibatkan air garam seperti industri minyak dan gas,

proses desalinasi dan ketel serta industri kimia. Hal ini disebabkan karena

terdapatnya unsur-unsur anorganik pembentuk kerak seperti logam kalsium dalam

jumlah yang melebihi kelarutannya pada keadaan kesetimbangan.

10

Terakumulasinya endapan-endapan dari senyawa anorganik tersebut dapat

menimbulkan masalah seperti kerak (Weijnen et al.,1983 ; Maley, 1999).

C. Pembentukan Endapan dan Kerak

Proses pengendapan terjadi melalui 3 tahap, yaitu :

1. Nukleasi

Sebuah inti endapan adalah suatu partikel halus, pembentukan atau pengendapan

dapat terjadi secara spontan. Inti dapat dibentuk dari beberapa molekul atau ion

komponen endapan yang tumbuh secara bersama-sama dan jaraknya berdekatan,

dapat juga dikatakan partikel halus secara kimia tidak berhubungan dengan

endapan tetapi ada kemiripan dengan struktur kisi kristal. Jika inti dibentuk dari

ion atau komponen endapan, fasa awal endapan disebut nukleasi homogen.

2. Pertumbuhan Kristal

Kristal terbentuk dari lapisan ion komponen endapan pada permukaan inti karena

pada pengolahan air yang melibatkan proses pengendapan sering tidak mencapai

kesetimbangan.

3. Aglomerasi

Padatan yang awalnya terbentuk dengan pengendapan, kemungkinan bukan

padatan yang paling stabil (secara termodinamika) untuk berbagai kondisi

reaksi.Jika demikian selama jangka waktu tertentu struktur kristal endapan dapat

berubah menjadi fasa stabil. Perubahan ini disertai penambahan endapan dan

pengurangan konsentrasi larutan, sebab fasa yang stabil biasanya mempunyai

kelarutan yang lebih kecil dari fasa yang dibentuk sebelumnya.

11

Pematangan juga terjadi pada ukuran kristal endapan yang bertambah sebab

partikel yang lebih kecil memiliki energi permukaan yang besar dari pada partikel

yang besar, konsentrasi larutan dalam kesetimbangan untuk partikel yang lebih

tinggi sebanding untuk partikel yang lebih besar. Akibatnya, pada ukuran partikel

yang beragam partikel yang lebih besar terus bertambah, sebab larutan masih

dalam keadaan lewat jenuh. Partikel yang lebih kecil melarut, sebab konsentrasi

larutan sekarang belum diketahui harga jenuhnya (Lestari et al., 2004).

D. Mekanisme Pembentukan Kerak

Pada dasarnya pembentukan kerak terjadi dalam suatu aliran yang bersifat garam

jika mengalami penurunan tekanan secara tiba-tiba, maka aliran tersebut menjadi

lewat jenuh dan menyebabkan terbentuknya endapan garam yang menumpuk pada

dinding-dinding peralatan proses industri. Prinsip mekanisme pembentukan

kerak, yaitu:

1. Campuran dua air garam yang tidak sesuai (umumnya air formasi mengandung

banyak kation seperti kalsium, barium, dan stronsium, bercampur dengan sulfat

yang banyak terdapat dalam air laut, menghasilkan kerak sulfat seperti CaSO4).

Ca2+

(atau Sr2+

atau Ba2+

) + SO42-

→ CaSO4 (atau SrSO4 atau BaSO4)

2. Penurunan tekanan dan kenaikan temperatur air garam, yang akan menurunkan

kelarutan garam (umumnya mineral yang paling banyak mengendap adalah

kerak karbonat seperti CaCO3).

Ca(HCO3)2 → CaCO3 + CO2 + H2O

3. Penguapan air garam, menghasilkan peningkatan konsentrasi garam melebihi

batas kelarutan dan membentuk endapan garam (Amjad, 1995).

12

Pembentukan kerak dan deposit endapan lain adalah proses kristalisasi yang

kompleks. Pada saat larutan menjadi lewat jenuh dan nukleasi terjadi, kondisi ini

sangat cocok dan ideal untuk pertumbuhan kristal partikel kerak. Senyawa-

senyawa yang dibawa air seperti kalsium sulfat, magnesium sulfat, barium sulfat,

magnesium karbonat, kalsium karbonat, silikat, dan lain-lain dapat mengendap

dan membentuk kerak sebagai akibat dari beda tekanan, perubahan temperatur,

perubahan pH, dan lain-lain. Skema mekanisme pembentukan kerak dapat dilihat

pada Gambar 2.

Gambar 2. Skema umum mekanisme pembentukan deposit kerak air (Salimin

dan Gunandjar, 2007).

E. Faktor Pembentukan Kristal

Ukuran kristal yang terbentuk selama pengendapan, tergantung terutama pada dua

faktor penting, yaitu laju pembentukkan inti (nukleasi) dan laju pertumbuhan

kristal. Laju pembentukkan inti dapat dinyatakan dengan jumlah inti yang

13

terbentuk dalam satuan waktu. Jika laju pembentukkan inti tinggi, banyak sekali

kristal yang akan terbentuk yang terdiri dari partikel-partikel kecil. Laju

pembentukkan inti tergantung pada derajat lewat jenuh dari larutan. Semakin

tinggi derajat lewat jenuh maka semakin besar kemungkinan untuk membentuk

inti baru sehingga akan semakin besar laju pembentukkan inti. Laju pertumbuhan

kristal merupakan faktor penting lainnya yang akan mempengaruhi ukuran kristal

yang terbentuk selama pengendapan berlangsung. Semakin tinggi laju

pertumbuhan maka akan kristal yang terbentuk akan besar. Laju pertumbuhan

kristal juga tergantung pada derajat lewat jenuh (Svehla, 1990).

1. Kristalisasi

Menurut Brown (1978) kristalisasi adalah suatu proses pembentukkan kristal dari

larutannya, dimana kristal yang dihasilkan dapat dipisahkan secara mekanik.

Pertumbuhan kristal dapat terjadi bila konsentrasi suatu zat terlarut berada pada

kadar larutan lewat jenuh pada suhu tertentu. Kondisi kelarutan lewat jenuh dapat

diperoleh melalui proses pendinginan dengan larutan pekat panas, penguapan

larutan encer, kombinasi proses penguapan dan pendinginan, dan dengan

penambahan zat lain untuk menurunkan kelarutannya.

Kristalisasi memiliki dua tahap proses, yaitu tahap pembentukkan inti yang

merupakan tahap mulai terbentuknya zat padat baru, dan tahap pertumbuhan

kristal yang merupakan tahap inti zat padat yang baru terbentuk mengalami

pertumbuhan menjadi kristal yang lebih besar, akibatnya kristal inti yang pada

awalnya hanya memiliki ukuran yang kecil akan berubah menjadi ukuran yang

lebih besar. Proses pertumbuhan kristal pada borak merupakan salah satu contoh

14

kasus laju pertumbuhan kristal yang dapat dengan mudah diamati (Brown, 1978;

Suharso, 2004; Suharso, 2007a; Suharso, 2009a; Suharso, 2009b; Suharso, 2010a;

Suharso, 2010b; Suharso, 2010c; Suharso, 2010d; Suharso, 2012; Suharso, 2012a;

Suharso et al., 2008). Penjelasan sederhana pembentukkan kerak (kristalisasi)

ditunjukkan pada Gambar 3.

Gambar 3.Tahapan kristalisasi (Zeiher et al, 2003).

2. Kelarutan Endapan

Endapan adalah zat yang memisahkan diri sebagai suatu fase padat dari larutan.

Endapan mungkin berupa kristal atau koloid, dan dapat dikeluarkan dari larutan

dengan penyaringan atau pemusingan. Endapan terbentuk jika larutan menjadi

terlalu jenuh dengan zat bersangkutan. Kelarutan (S) suatu endapan, menurut

definisi adalah sama dengan konsentrasi molar dari larutan jenuhnya. Kelarutan

tergantung berbagai kondisi, seperti temperatur, tekanan, konsentrasi, bahanbahan

lain dalam larutan itu dan pada komposisi pelarutnya.

Hasil kali kelarutan memungkinkan kita untuk menerangkan dan juga

memperkirakan reaksi-reaksi pengendapan. Hasil kali kelarutan dalam keadaan

15

sebenarnya merupakan nilai akhir yang dicapai oleh hasil kali ion ketika

kesetimbangan tercapai antara fase padat dari garam yang hanya sedikit larut

dalam larutan itu. Jika hasil kali ion berbeda dengan hasil kali kelarutan, maka

sistem itu akan berusaha menyesuaikan, sehingga hasil kali ion mencapai nilai

hasil kali kelarutan. Jadi, jika hasil kali ion dengan sengaja dibuat lebih besar dari

hasil kali kelarutan, penyesuaian oleh sistem mengakibatkan mengendapnya

garam larutan. Sebaliknya, jika hasil kali ion dibuat lebih kecil dari hasil kali

kelarutan, kesetimbangan dalam sistem dicapai kembali dengan melarutnya

sebagian garam padat ke dalam larutan. Hasil kali kelarutan menentukan

keadaaan kesetimbangan, tetapi tidak memberikan informasi tentang laju ketika

kesetimbangan itu terjadi. Sesungguhnya, kelebihan zat pengendap yang terlalu

banyak dapat mengakibatkan sebagian endapan melarut kembali, sebagai akibat

bertambahnya efek garam atau akibat pembentukkan ion kompleks. Dalam hal ini

hasilkali kelarutan dari kalsium sulfat pada temperatur ruang sebesar 2,3 x 10-4

mol/L (Svehla, 1990).

3. Derajat Lewat-Jenuh (Supersaturasi)

Larutan lewat jenuh adalah larutan yang mengandung zat terlarut lebih besar

daripada yang dibutuhkan pada sistem kesetimbangan larutan jenuh. Kondisi

kelarutan lewat jenuh dapat diperoleh melalui proses pendinginan larutan pekat

panas, penguapan larutan encer, kombinasi proses penguapan dan pendinginan

serta dengan penambahan zat lain untuk menurunkan kelarutannya.

16

Gambar 4. Diagram temperatur– konsentrasi (Wafiroh, 1995).

Berdasarkan Gambar 4, garis tebal menunjukkan kelarutan normal untuk zat

terlarut dalam pelarut, sedangkan garis putus-putus menunjukkan kurva lewat

jenuh, dimana posisinya dalam diagram bergantung pada zat-zat pengotor. Pada

Gambar 4 di atas, kondisi kelarutan dibagi dalam tiga bagian yaitu daerah stabil,

metastabil, dan daerah labil. Daerah stabil adalah daerah larutan yang tidak

mengalami kristalisasi. Daerah yang memungkinkan terjadinya kristalisasi tidak

spontan adalah daerah metastabil, sedangkan daerah labil adalah daerah yang

memungkinkan terjadinya kristalisasi secara spontan.

Pada gambar diagram temperatur konsentrasi tersebut, jika suatu larutan yang

terletak pada titik A didinginkan tanpa kehilangan volume pelarut (garis ABC),

maka pembentukkan inti secara spontan tidak akan terjadi sampai kondisi C

tercapai. Larutan lewat jenuh dapat juga tercapai dengan mengurangi sejumlah

volume palarut dari pelarutnya dengan proses penguapan. Hal ini ditunjukkan

17

dengan garis ADE, yaitu saat larutan di titik A diuapkan pada temperatur konstan

(Wafiroh, 1995).

Menurut Lestari (2008) faktor-faktor yang mempengaruhi timbulnya kerak antara

lain yaitu :

a. Kualitas Air

Pembentukkan kerak dipengaruhi oleh konsentrasi komponen-komponen

pembentuk kerak (kesadahan kalsium, konsentrasi fosfat, pH, dan konsentrasi

bahan penghambat kerak dalam air).

b. Temperatur Air

Pada umumnya komponen pembentuk kerak cenderung mengendap atau

menempel sebagai kerak pada temperatur tinggi. Hal ini disebabkan karena

kelarutannya menurun dengan naiknya temperatur. Laju pengerakan mulai

meningkat pada temperatur air 50 oC atau lebih dan kadang-kadang kerak

terbentuk pada temperatur air diatas 60 oC.

c. Laju Alir Air

Laju pembentukkan kerak akan meningkat dengan turunnya laju alir sistem.

Dalam kondisi tanpa pemakaian penghambat kerak, pada sistem dengan laju alir

0,6 m/detik maka laju pembentukkan kerak hanya seperlima dibanding pada laju

alir air 0,2 m/detik.

18

F. Kalsium Karbonat (CaCO3)

Kalsium karbonat (CaCO3) merupakan suatu zat padat putih, tak berbau, tak

berasa, terurai pada 825 oC, tak beracun, larut dalam asam dengan melepas CO2,

dan dijumpai di alam sebagai kalsit, napal, aragonit, travertin, marmer, batu

gamping, dan kapur, juga ditemukan bersama mineral dolomit (CaCO3·MgCO3).

Benar-benar tidak larut dalam air (hanya beberapa bagian per juta), kristalnya

berwujud rombik/rombohedral dan dimanfaatkan sebagai obat penawar asam,

dalam pasta gigi, cat putih, pembersih, bahan pengisi kertas, semen, kaca, plastik,

dan sebagainya.

Kalsium karbonat (CaCO3) merupakan salah satu endapan penyusun kerak yang

menjadi masalah serius pada sebagian besar proses industri yang melibatkan air

garam (Amjad, 1995) dan pada operasi produksi minyak bumi

(Halimatuddahliana, 2003). Kalsium karbonat(CaCO3) dibuat dari reaksi CaCl2 +

Na2CO3dalam air, atau melewatkan CO2 melalui suspensi Ca(OH)2 dalam air yang

murni. Kalsium karbonat (CaCO3) berupa endapan amorf putih terbentuk dari

reaksi antara ion kalsium (Ca2+

) dalam bentuk CaCl2 dengan ion karbonat (CO32-

)

dalam bentuk Na2CO3 (Svehla, 1990).

Ca2+

+ CO32-

→ CaCO3(s) ↓

Karbonat dari kalsium tidak larut dalam air dan hasil kali kelarutannya menurun

dengan naiknya ukuran Ca2+

(Cotton and Wilkinson, 1989).

Kelarutan CaCO3 yang sedikit dapat terbentuk jika larutan lewat jenuh dalam

tempat pengolahannya terjadi kesetimbangan kimia dengan lingkungannya pada

19

tekanan dan temperatur yang sebenarnya. Kesetimbangan CaCO3 dapat diganggu

dengan pengurangan gas CO2 dari aliran selama proses produksi berlangsung. Ini

akan mengakibatkan pengendapan sehingga terbentuk kerak. Pengendapan CaCO3

dapat dihasilkan dari reaksi sebagai berikut :

CO2 + 2 OH- ↔ CO3

2- + H2O (aq)

Ca(OH)2(aq) ↔ Ca2+

+ 2 OH-

Ca2+

+ CO32-

↔ CaCO3(s)↓

(Zhang et al., 2002).

Harga supersaturasi ( s) dari suatu larutan merupakan fungsi dari hasil kali

kelarutan (Ksp) dan konsentrasi ion Ca2+

dan CO32-

dalam larutan dijelaskan

dalam persamaan berikut ini :

s =

Harga Ksp CaCO3 kalsit pada suhu 25 °C adalah 8,7 10-9

, sedangkan konsentrasi

(CO32-

) dapat dihitung dengan persamaan berikut ini :

(CO32-

) = 5,6 10-11

(HCO3-) /10

-pH (Knez, 2005).

Pembentukan inti (nuklei) CaCO3 secara spontan dilarutan (homogenuos

nucleation) membutuhkan harga supersaturasi s= kritis= 40 dan di permukaan

(deposit) s= kritis= 20, dimana presipitasi baru mulai terjadi pada pH 8,5 untuk

konsentrasi CaCO3 sebesar 400 ppm (Fathi et al., 2006). Harga supersaturasi ( s)

dari model larutan CaCO3 merupakan fungsi konsentrasi CaCO3 terlarut dan pH

larutan seperti yang diberikan pada Tabel 1.

20

Tabel 1. Nilai supersaturasi ( s) pada beberapa tingkat kesadahan dan pH pada

suhu 25 °C (Fathi et al., 2006)

Kesadahan (ppm CaCO3) Supersaturasi ( s)

pH 5,7 pH 6,0 pH 7,0 pH 7,5

300 0,05 0,18 1,32 6,10

400 0,15 0,32 3,20 10,11

500 0,23 0,47 4,72 14,93

Presipitasi CaCO3 menggunakan larutan CaCO3 ini berjalan sangat lambat karena

terjadi pada supersaturasi rendah (pH 6-8). Para peneliti telah melakukan

beberapa cara untuk mempercepat proses presipitasi CaCO3 yaitu dengan

menaikkan suhu (Saksono et.al., 2007), menaikkan pH dan degassing gas CO2

dengan N2 (Fathi et al., 2006). Larutan CaCO3 didapat dengan melarutkan CaCO3

bubuk dalam air dan mengalirkan gelembung gas CO2. Larutan CaCO3 yang

dihasilkan bersifat asam (pH: 5,5- 6,5) dan akan meningkat mendekati pH iso-

elektrik kalsit yaitu sekitar 8,4 seiring dengan meningkatnya kejenuhan larutan

CaCO3. Model larutan lain yang digunakan oleh banyak peneliti dalam

mengamati presipitasi CaCO3 adalah dengan mencampurkan larutan Na2CO3 dan

CaCl2 (Higashitani et al., 1993; Barret and Parson, 1998; Wang et al., 1997;

Saksono dkk., 2006; Saksono, 2008).

G. Pengaruh Terbentuknya Kerak (CaCO3)

Kerak kalsium karbonat (CaCO3) yang sering dijumpai pada pipa-pipa peralatan

industri dapat menimbulkan masalah-masalah seperti mengecilnya diameter pipa

sehingga menghambat aliran fluida pada sistem pipa tersebut. Terganggunya

aliran fluida menyebabkan suhu semakin naik dan tekanan semakin tinggi

sehingga kemungkinan pipa akan pecah (Asnawati, 2001). Pada operasi produksi

21

minyak bumi, pembentukan kerak dapat mengurangi produktivitas sumur akibat

tersumbatnya penorasi, pompa, valve, dan fitting (Halimatuddahliana, 2003).

Oleh karena itu, perlu dilakukan pencegahan pembentukan kerak untuk

mengurangi atau menghilangkan kerak kalsium karbonat yang terdapat pada

peralatan-peralatan industri.

H. Metode Pencegahan Terbentuknya Kerak CaCO3

Beberapa metode yang digunakan untuk mencegah terbentuknya kerak kalsium

karbonat pada peralatan-peralatan industri adalah sebagai berikut :

1. Pengendalian pH

Pengendalian pH dengan penginjeksian asam (asam sulfat atau asam klorida) telah

lama diterapkan untuk mencegah pertumbuhan kerak oleh garam-garam kalsium,

garam logam bivalen dan garam fosfat (Lestari dkk.,2004). Asam sulfat yang

biasa digunakan pada metode ini akan bereaksi dengan ion karbonat yang ada di

air menghasilkan H2O dan CO2 sehingga pembentukan kerak CaCO3 dapat

dicegah (Al-Deffeeri, 2006).

CaCO3 ↓+ 2H+ → Ca

2+ + H2O + CO2 ↑

Kelarutan bahan pembentuk kerak biasanya meningkat pada pH yang lebih

rendah. Namun pada pH 6,5 atau kurang, korosi pada baja, karbon, tembaga, dan

paduan tembaga dengan cepat akan berlangsung sehingga pH efektif untuk

mencegah pengendapan kerak hanyalah pada pH 7 sampai 7,5. Oleh karena itu,

suatu sistem otomatis penginjeksian asam diperlukan untuk mengendalikan pH

secara tepat. Selain itu, asam sulfat dan asam klorida mempunyai tingkat bahaya

22

yang cukup tinggi dalam penanganannya. Saat ini, penghambatan kerak dengan

hanya penginjeksian asam semakin jarang digunakan (Lestari dkk., 2004).

2. Pelunakan dan Pembebasan Mineral Air

Untuk mencegah terjadinya kerak pada air yang mengandung kesadahan tinggi

(±250 ppm setara dengan ± 0,0025 M CaCO3) perlu adanya pelunakan dengan

kapur dan soda abu. Masalah kerak tidak akan dijumpai jika yang digunakan

adalah air bebas mineral karena seluruh garam-garam terlarut dapat dihilangkan.

Oleh karena itu, pemakaian air bebas mineral merupakan metode yang tepat untuk

menghambat kerak di dalam suatu sistem dengan pembebanan panas tinggi

dimana pengolahan konvensional dengan bahan penghambat kerak tidak berhasil

(Lestari dkk., 2004). Namun, penggunaan air bebas mineral dalam industri-

industri besar membutuhkan biaya yang cukup tinggi sehingga dapat menurunkan

efisiensi kerja (Halimatuddahliana, 2003).

3. Penggunaan Inhibitor Kerak

Inhibitor kerak pada umumnya merupakan bahan kimia yang sengaja ditambahkan

untuk mencegah atau menghentikan terbentuknya kerak bila ditambahkan dengan

konsentrasi yang kecil ke dalam air (Halimatuddahliana, 2003). Prinsip kerja dari

inhibitor kerak adalah pembentukan senyawa kompleks (kelat) antara inhibitor

dengan unsur-unsur penyusun kerak. Senyawa kompleks yang terbentuk larut

dalam air sehingga menutup kemungkinan pertumbuhan kristal yang besar dan

mencegah kristal kerak untuk melekat pada permukaan pipa (Patton, 1981).

Biasanya, penggunaan bahan kimia tambahan untuk mencegah pembentukan

kerak didukung dengan penggunaan bola-bola spons untuk membersihkan secara

23

mekanis permukaan bagian dalam pipa. Syarat yang harus dimiliki senyawa

kimia sebagai inhibitor kerak adalah sebagai berikut:

1. Inhibitor kerak harus menunjukkan kestabilan termal yang cukup dan

efektif untuk mencegah terbentuknya air sadah dari pembentukkan kerak;

2. Inhibitor kerak juga harus dapat merusak struktur kristal dan padatan

tersuspensi lain yang mungkin akan terbentuk;

3. Selain itu, inhibitor kerak juga harus memiliki tingkat keamanan yang

tinggi dalam penggunaannya sehingga tidak menimbulkan efek samping

yang berbahaya bagi lingkungan sekitar (Al-Deffeeri, 2006).

Mekanisme kerja inhibitor kerak terbagi menjadi dua, yaitu :

1. Inhibitor kerak dapat teradsorpsi pada permukaan kristal kerak pada saat

mulai terbentuk. Inhibitor merupakan kristal yang besar yang dapat

menutupi kristal yang kecil dan menghalangi pertumbuhan selanjutnya.

2. Dalam banyak hal bahan kimia dapat dengan mudah mencegah

menempelnya suatu partikel-partikel pada permukaan padatan

(Suharso dkk., 2007).

Mekanisme inhibitor dalam menghambat laju pertumbuhan kristal dapat

diilustrasikan dalam Gambar 5. Gambar 5 memberikan gambaran bagaimana

kerja Inhibitor dalam mengadsorpsi pada sisi-sisi pertumbuhan kristal dari bibit

kristal (ditunjukkanpada kristal yang diberi warna hitam) yang mengakibatkan

pertumbuhan kristal menjadi terhambat. Sedangkan pada bibit kristal yang tidak

teradsorpsi oleh inhibitor (ditunjukkan pada kristal yang tidak diberi warna)

mengalami pertumbuhan normal (Suharso et al., 2009; Suharso et al., 2014).

24

Gambar 5. Mekanisme inhibitor dalam menghambat laju pertumbuhan kristal

dalam larutan pertumbuhan (○ = inhibitor, ◊ = bibit kristal).

Pada umumnya inhibitor kerak yang digunakan di ladang-ladang minyak atau

pada peralatan industri dibagi menjadi dua macam yaitu inhibitor kerak anorganik

dan inhibitor kerak organik. Senyawa anorganik fosfat yang umum digunakan

sebagai inhibitor adalah kondesat fosfat dan dehidrat fosfat. Pada dasarnya

bahan-bahan kimia ini mengandung grup P-O-P dan cenderung untuk melekat

pada permukaan kristal. Inhibitor kerak organik yang biasa digunakan adalah

organofosfonat organofosfat ester dan polimer-polimer organik. Inhibitor kerak

yang pernah digunakan yaitu polimer-polimer yang larut dalam air dan senyawa

fosfonat (Asnawati, 2001).

Salah satu inhibitor kerak dari polimer-polimer yang larut dalam air yaitu

polifosfat. Polifosfat merupakan inhibitor kerak yang murah namun

keefektifannya terbatas. Keunggulan polifosfat sebagai inhibitor kerak kalsium

karbonat (CaCO3) antara lain karena kemampuannya untuk menyerap pada

permukaan kristal yang mikroskopik, menghambat pertumbuhan kristal pada batas

konsentrasi rendah dan strukturnya yang mampu merusak padatan tersuspensi.

Hal ini dapat mencegah pertumbuhan kristal lebih lanjut, atau setidaknya

25

memperlambat proses pertumbuhan kerak. Namun, polifosfat memiliki

kelemahan utama yaitu mudah terhidrolisis pada temperatur di atas 90 °C

menghasilkan ortofosfat. Reaksi hidrolisis polifosfat di tunjukkan pada Gambar 6

(Gill, 1999).

Gambar 6. Reaksi hidrolisis polifosfat (Gill, 1999).

Gambar 6 adalah reaksi hidrolisis polifosfat yang merupakan fungsi dari

temperatur, pH, waktu, dan adanya ion-ion lain. Ortofosfat yang dihasilkan dapat

menyebabkan menurunnya kemampuan untuk menghambat pertumbuhan kerak

dan menyebabkan terbentuknya kerak baru dari presipitasi kalsium fosfat (Gill,

1999), sehingga penggunaan polifosfat sebagai inhibitor kerak hanya efektif pada

temperatur rendah (Al-Deffeeri, 2006).

I. Asap Cair Tempurung Kelapa

Asap cair (liquid smoke) merupakan campuran larutan dari dispersi asap kayu

dalam air yang dibuat dengan mengkondensasikan asap hasil pirolisis kayu

(Darmadji, 1998). Pada dasarnya bahan baku untuk menghasilkan asap cair ini

bermacam-macam, antara lain kayu, tandan kosong kelapa sawit, cangkang sawit,

tempurung kelapa sawit, pelepah sawit, tempurung kelapa dan ampas hasil

penggergajian (Girard, 1992). Asap cair memiliki banyak manfaat salah satunya

26

yaitu sebagai inhibitor(Choi et al, 2001). Asap cair tempurung kelapa grade 2

memiliki warna yang lebih kekuningan jika dibandingkan dengan asap cair

tempurung kelapa grade 3, namun sedikit lebih pekat kuningnya dari pada asap

cair tempurung kelapa grade 1 (Yulistiani, 2008).

Gambar 7. Warna asap cair tempurung kelapa (Anonim 1, 2017)

Menurut Tranggono dkk (1996) asap cair tempurung kelapa memiliki 7 macam

komponen dominan, yaitu fenol, 3-metil-1,2-siklopentadion, 2 metoksifenol, 2-

metoksi-4-metilfenol, 4-etil-2-metoksifenol, 2,6-dimetoksifenol, dan 2,5-

dimetoksi benzil alkohol yang semuanya larut dalam eter. Sedangkan Guillen and

Manzanos (1995) melaporkan bahwa asap cair komersial memiliki empat macam

komponen dominan yaitu 3-methyl-1,2-cyclopentanedione, 3 hydroxy-2 methyl-

4H-pyran-4-one, 2-methoxyphenol orguaiacol, dan 2,6-dimethoxyphenol.

Gumanti (2006) melaporkan bahwa komponen kimia destilat asap tempurung

kelapa mengandung total fenol (5,5%), metil alkohol (0,37%), dan total asam

(7,1%).

Asap cair grade 2 merupakan asap cair yang telah melewati tahapan destilasi

dengan menggunakan suhu 250o– 300

oC, kemudian dilakukan penyaringan zeolit.

Asap cair ini memiliki warna kuning kecoklatan dan diorientasikan untuk

27

pengawetan bahan makanan mentah (Yulistiani, 2008). Asap cair grade 2 ini

memiliki kualitas dibawah kualitas asap cair Grade 1 karena memiliki kadar fenol

sebesar 0,64 % dan kadar asam sebesar 43,96 - 44,24 %. Namun, asap cair grade

2 ini memiliki kuantitas sebesar 1,8 - 2,1%, yang lebih tinggi bila dibandingkan

dengan kuantitas asap cair grade 1. Asap cair grade 2 ini hanya terdiri dari asap

cair dengan bahan baku tempurung kelapa pada suhu pembakaran 300 °C dan 500

°C (Luditama, 2006). Menurut Himawati (2010) asap cair grade 2, memiliki

warna yang lebih coklat bening, kandungan tar 16,6% jauh lebih rendah,

kandungan fenol 9,55%, karbonil 1,67%, dan aroma asapnya sudah berkurang.

Asap cair Grade 2 tidak terlalu berbeda dengan grade 3 untuk kadar fenol,

karbonil, dan asamnya. Namun, pada asap cair grade 2 untuk kadar tar dan

poliaromatik hidrokarbon (PAH) seperti benzopirena sudah semakin berkurang,

hal ini dikarenakan pada saat destilasi dengan suhu 250 oC senyawa tersebut tidak

ikut menguap karena titik didih kedua senyawa tersebut berada diatas 250 oC.

Tabel 2. Kandungan asap cair tempurung kelapa serta titik didihnya

Senyawa Titik didih

(oC, 750 mmHg)

Fenol

-Guaikol 205

-4-metilguaikol 211

-Eugenol 244

-Siringol 267

-Furfural 162

-Pirokatekol 240

-Hidrokuinon 285

-Isoeugenol 266

Karbonil

-Metilglioksal 72

-Glikoaldehid 97

-Diasetil 88

28

-Formaldehid 21

Asam

-Asam Asetat 118

-Asam Butirat 162

-Asam Propionat 141

Asam Isovalerat 176

Sumber: Himawati (2010)

Analisis komponen spesifik asap cair dilakukan menggunakan GC-MS.

Komponen-komponen senyawa dominan dari asap cair dapat dilihat pada Tabel 3.

Tabel 3. Komponen kimia asap cair tempurung kelapa hasil GC-MS

(Jayanudin dan Suhendi, 2012)

Waktu Retensi % Area Nama Senyawa

2,64 2,95 2-Propanon

2,69 11,20 Acetat Acid, Methyl Ester

3,12 7,72 Methanol

3,24 4,67 2-Butanon

11,11 2,62 2-Propanon

12,48 1,55 1-Hydroxy,2-Butanon

13,48 45,56 Acetat Acid, Ethylic Acid

13,93 6,59 Furancarboxaldehyde

19,32 2,51 Phenol,2-Methoxy

20,46 0,70 Benzene,1,4-dimethoxy

20,85 12,93 Phenol

Hasil analisis GC-MS menunjukkan bahwa senyawa dominan pada asap cair

tempurung kelapa adalah senyawa-senyawa dari alkanon seperti 2-Propanone, 2-

Butanon, acetat acid dan phenol (Jayanudin dan Suhendi, 2012). Demikian pula

berdasarkan penelitian (Tranggono dkk,1996), bahwa senyawa dominan dari asap

cair tempurung kelapa adalah senyawa fenol dengan luas area sebesar 44,13 %.

Berdasarkan penelitian Budijanto et al., (2008) hasil analisis GC-MS

menunjukkan terdapat 40 komponen yang teridentifikasi dari asap cair, dengan 7

komponen dominan asap cair yaitu 2-Methoxyphenol (guaiacol), 3,4-

29

Dimethoxyphenol, Phenol, 2-methoxy-4-methylphenol, 4-Ethyl-2-methoxyphenol,

3-Methylphenol, dan 5-Methyl-1,2,3-trimethoxybenzene.

J. Unseeded Experiment

Unseeded Experiment merupakan salah satu metode pembentukkan kristal dengan

cara tanpa menambahkan bibit kristal ke dalam larutan pertumbuhan. Hal ini

dilakukan untuk melihat laju pertumbuhan kerak CaCO3. Metode ini biasanya

digunakan untuk pemeliharaan alat-alat industri yang masih baru sehingga

dibutuhkan pencegahan pertumbuhan kerak CaCO3 (Aisah,2016).

K. Analisis Menggunakan IR, GC-MS, SEM, XRD, dan PSA

Pada penelitian ini dilakukan beberapa analisis terhadap kristal CaCO3 yang

terbentuk. Analisis tersebut meliputi analisis gugus fungsi dan komponen kimia

terhadap asap cair tempurung kelapa Grade 2 dengan menggunakan

spektrofotometer infrared (IR) dan Gas Chromatography – Mass Spectrometry

(GC-MS) , morfologi permukaan kristal CaCO3 menggunakan SEM dan X-RD,

serta analisis distribusi ukuran partikel menggunakan PSA. Analisis ini dilakukan

agar dapat mengetahui seberapa efektif asap cair tempurung kelapa Grade 2

dalam menghambat pembentukkan kerak CaCO3.

1. Spektrofotometer InfraRed (IR)

Spektrofotometer IR adalah spektrofotometer yang menggunakan sinar IR dekat,

yakni sinar yang berada pada jangkauan panjang gelombang 2,5 –25 μm atau

30

jangkauan frekuensi 400–4000 cm-1. Sinar ini muncul akibat vibrasi atom-atom

padaposisi kesetimbangan dalam molekul dan kombinasi vibrasi dengan rotasi

menghasilkan spektrum vibrasi–rotasi (Khopkar, 2001)

Spektrum IR suatu molekul adalah hasil transisi antara tingkat energi vibrasi dan

osilasi. Bila molekul menyerap radiasi IR, energi yang diserap akanmenyebabkan

kenaikan amplitude getaran atom-atom yang terikat sehingga molekul-molekul

tersebut berada pada keadaan vibrasi tereksitasi (excited vibrational state); energi

yang diserap ini akan dibuang dalam bentuk panas bila molekul itu kembali ke

keadaan dasar. Dengan demikian spektrofotometer IR dapat digunakan untuk

mengidentifikasi adanya gugus fungsi dalam suatu molekul (Supratman, 2010).

2. Scanning Electron Microscopy(SEM)

SEM adalah salah satu jenis mikroskop elektron yang dapat mengamati dan

menganalisis karakteristik struktur mikro dari bahan padat yang konduktif

maupun yang nonkonduktif. Sistem pencahayaan pada SEM menggunakan

radiasi elektron yang mempunyai λ = 200 – 0,1 Å, daya pisah (resolusi) yang

tinggi sekitar 5 nm sehingga dapat dicapai perbesaran hingga ± 100.000 kali dan

menghasilkan gambar atau citra yang tampak seperti tiga dimensi karena

mempunyai depth of field yang tinggi. Sehingga SEM mampu menghasilkan

gambar atau citra yang lebih baik dibandingkan dengan hasil mikroskop optik.

Pada prinsipnya mikroskop elektron dapat mengamati morfologi, struktur mikro,

komposisi, dan distribusi unsur. Untuk menentukan komposisi unsur secara

kualitatif dan kuantitatif perlu dirangkaikan satu perangkat alat EDS (Energy

31

Dispersive X-ray Spectrometer) atau WDS (Wavelength Dispersive X-ray

Spectrometer) (Handayani dkk., 2004). Skema bagan SEM ditunjukkan pada

Gambar 8.

Gambar 8. Skema bagan SEM (Gabriel, 1985).

3. X-Ray Difraction (X-RD)

Metode difraksi sinar-X adalah metode yang didasarkan pada difraksi radiasi

elektromagnetik yang berupa sinar-X oleh suatu kristal. Sinar-X merupakan

radiasi gelombang elektromagnetik yang memiliki panjang gelombang yang

pendek yaitu 0,5 – 2,5 Ἀ . Sinar-X dihasilkan dengan cara menembakkan suatu

berkas elektron berenergi tinggi ke suatu target dan menunjukkan gejala difraksi

jika jatuh pada benda yang jarak antar bidangnya kira-kira sama dengan panjang

gelombangnya pada suatu bidang dengan sudut θ (Cullity, 1987).

Analisis difraksi sinar-X didasarkan pada susunan sistematik atom-atom atau ion

ion di dalam bidang kristal yang dapat tersusun sedemikian rupa sehingga

membentuk kisi kristal dengan jarak antar bidang (d) yang khas. Setiap spesies

32

mineral mempunyai susunan atom yang berbeda-beda sehingga membentuk

bidang kristal yang dapat memantulkan sinar-X dalam pola difraksi yang

karakteristik. Pola difraksi inilah yang kemudian digunakan untuk

mengidentifikasi suatu senyawa (Rini, 2016).

Pada analisis menggunakan XRD, kristal memantulkan sinar-X yang dikirimkan

dari sumber dan diterima oleh detektor.Ketika berkas sinar-X berinteraksi dengan

lapisan permukaan kristal, sebagian sinar-X ditransmisikan, diserap, direfleksikan

dan sebagian lagi dihamburkan serta didifraksikan.Skema kerja alat XRD

ditunjukkan pada Gambar 9 berikut.

Gambar 9. Skema kerja alat XRD (Leofanti, 1997).

Sinar-X yang mengenai suatu bahan akan dipantulkan sehingga menghasilkan

spektrum pantulan yang spesifik dan berhubungan langsung dengan kisi kristal

yang dianalisis. Pada penelitian ini, uji difraksi dilakukan untuk mempelajari

struktur dan karakteristik dari kerak kalsium karbonat (CaCO3).

4. Particle Size Analyzer (PSA)

Analisis ukuran partikel adalah sebuah sifat fundamental dari endapan suatu

partikel yang dapat memberikan informasi tentang tentang asal dan sejarah

partikel tersebut. Distribusi ukuran juga merupakan hal penting seperti untuk

33

menilai perilaku granular yang digunakan oleh suatu senyawa atau gaya gravitasi.

Diantara senyawa-senyawa dalam tubuh hanya ada satu partikel yang

berkarakteristik dimensi linear. Partikel irregular memiliki banyak sifat dari

beberapa karakteristik dimensi linear (James and Syvitski, 1991).

Perhitungan partikel secara modern umumnya menggunakan alinasis gambar atau

beberapa jenis penghitung partikel. Gambar didapatkan secara tradisional dengan

mikroskop elektron atau untuk partikel yang lebih kecil menggunakan SEM

(James and Syvitski, 1991). Penyinaran sinar laser pada analisis ukuran partikel

dalam keadaan tersebar. Pengukuran distribusi intensitas difraksi cahaya spasial

dan penyebaran cahaya dari partikel. Distribusi ukuran partikel dihitung dari hasil

pengukuran. Difraksi sinar laser analisis ukuran partikel meliputi perangkat laser

untuk mennghasilkan sinar laser ultraviolet sebagai sumber cahaya dan

melekatkan atau melepaskan flourescent untuk mengetahui permukaan photodiode

array yang menghitung distribusi intensitas cahaya spasial dan penyebaran cahaya

selama terjadinya pengukuran (Totoki et al., 2007).

Particle size analyzer (PSA) mampu mengukur partikel distribusi ukuran emulsi,

suspensi dan bubuk kering (Totoki et al., 2007).

Keunggulan dari PSA antara lain:

1. Akurasi dan reproduksibilitas berada dalam ± 1%.

2. Dapat mengukur sampel dari 0,02 nm sampai 2000 nm.

3. Dapat mengukur distribusi ukuran partikel yang berupa emulsi, suspensi,

dan bubuk kering (Hossaen, 2000).

34

Sampel berupa padatan lebih banyak mengabsorbsi sinar-X daripada cairan, oleh

karena itu transmisi sinar-X dikurangi. Sejak pencampuran suspensi yang

homogen, intensitas diasumsikan sebagai nilai konstan, Imin untuk transmisi

sinar X dalam skala pengurangan yang penuh. Aliran pencampuran dihentikan dan

penyebaran yang homogen dimulai untuk menyelesaikan pentransmisian

intensitas sinar-X yang dimonitor pada depth - s. Selama proses sedimentasi,

partikel yang besar menempati tempat pertama di bawah zona pengukuran dan

pada akhirnya, semua partikel menempati level ini dan yang tertinggal hanya

cairan yang bersih. Semakin banyak partikel besar yang menempati di bawah

zona pengukuran dan tidak digantikan dengan ukuran partikel yang sama yang

menempati dari atas, maka pelemahan sinar-X berkurang. Diagram proses

fraksinasi massa dalam sedigraf dapat ditunjukkan pada Gambar 10.

Gambar 10. Diagram proses fraksinasi massa dalam sedigraf (Webb, 2002).

35

5. Gas Chromatography – Mass Spectrometry (GC-MS)

Kromatografi gas merupakan metode analisis berdasarkan perbedaan waktu

retensi akibat perbedaan mobilitas analit melalui suatu kolom. Perbedaan

mobilitas dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain titik didih analit, gas, dan

interaksi dengan fase padat dalam kolom. Prinsip dasar kromatografi sendiri

adalah pemisahan senyawa-senyawa berdasarkan adanya perbedaan distribusi fasa

gerak dan fasa diam (McNair dan Bonelli, 1998).

Spektrofotometri massa adalah suatu teknik analisis yang didasarkan pada

pemisahan berkas ion-ion yang sesuai dengan perbandingan massa terhadap

muatan dan pengukuran intensitas dari berkas-berkas ion tersebut

(Sastrohamidjoyo, 1982). Secara sederhana spektrofotometri massa dapat

dikatakan sebagai untuk mengioniasi molekul sampel dalam kondisi vakum dan

mengukur massa dari ion-ion yang ditimbulkan. Prinsip pengukuran dengan

spektrofotometri massa adalah molekul induk dalam bentuk gas ditembak dengan

electron berenergi tinggi sehingga terionisasi menjadi fragmen-fragmen dengan

massa molekul yang lebih kecil. Spektrofotometer massa terdiri dari pengion

(ionizer), lensa, kuadrupo, dan detektor. Pengion akan mengionisasi molekul

sampel dalam sumber ion (Ratnaningsih, 2000).

GC-MS merupakan gabungan dari dua instrument analisis, yaitu kromatografi gas

dan spektrofotometri massa sehingga menjadi sebuah instrument yang sangat

efektif untuk analisis (Baugh, 1993). Spektrofotometer massa merupakan detector

universal sehingga GC-MS dapat digunakan untuk menganalisis berbagai jenis

senyawa dan menjadikan perangkat analisis ini menjadi salah satu instrument

36

dengan penggunaan yang sangat luas. Alat ini semakin popular digunakan dalam

analisa dibidang kimia organik, ilmu kedokteran, farmasi dan dalam bidang

lingkungan. Alat ini juga dilengkapi dengan system kepustakaan senyawa kimia,

sehingga identifikasi senyawa kimia dapat dilakukan dengan cepat tanpa bantuan

instrumen lainnya, seperti spektrofotometri inframerah dan spektrofotometri

magnet inti (Torres, 2005). Skema GC-MS seperti terlihat pada Gambar 11.

Gambar 11. Skema alat GC-MS (Anonim 2, 2017).

III. METODOLOGI PENELITIAN

A. Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Kimia Anorganik dan Fisik Fakultas

Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Lampung pada bulan

Desember 2017 sampai Maret 2018. Analisis menggunakan IR dan SEM

dilakukan di UPT Laboratorium Teknologi dan Sentra Inovasi Terpadu (LTSIT)

Universitas Lampung, analisis menggunakan GC-MS dilakukan di Laboratorium

Kimia Organik Universitas Gadjah Mada, analisis menggunakan PSA dilakukan

di Laboratorium Sentral Universitas Padjajaran, dan analisis menggunakan XRD

dilakukan di Laboratorium Institut Teknologi Sepuluh November.

B. Alat dan Bahan

Alat-alat yang digunakan pada penelitian ini, yaitu alat-alat gelas yang sering

digunakan di laboratorium, water bath (Thermoscientific AC 200/S21), gelas-

gelas plastik, spinbar, oven, neraca analitik merek Airshwoth AA-160,

Spektrofotometer IR merek Cary 630 Agilent, Particle Size Analyzer (PSA)

merek Coulter LS 13320, Scanning Electron Microscopy (SEM) merek Zeiss evo

MA10,

38

Gas Chromatography – Mass Spectrometry (GC-MS) merk Shimadzu GC2010

MSQP 2010S, X-Ray Difraction (X-RD) merek Philip Analytical, dan pH meter.

Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini yaitu CaCl2 anhidrat, Na2CO3,

akuades, kertas saring, serta asap cair tempurung kelapa grade 2.

C. Prosedur Penelitian

1. Pembuatan Inhibitor

Pada penelitian digunakan asap cair tempurung kelapa grade 2 yang dihasilkan

dari proses destilasi asap cair grade 3 dengan variasi konsentrasi 50, 150, 250, dan

350 ppm. Pembuatan larutan inhibitor dengan konsentrasi 50 ppm dilakukan

dengan cara mengeringkan 50 mL asap cair tempurung kelapa grade 2 dan

didapat berat sebesar 50 mg, kemudian diencerkan dengan akuades dalam labu

ukur 1000 mL, lalu dihomogenkan. Perlakuan yang sama dilakukan untuk

pembuatan larutan inhibitor dengan konsentrasi 150, 250, dan 350 ppm. Untuk

mengetahui gugus fungsi yang terdapat pada asap cair tempurung kelapa grade 2

dilakukan karakterisasi menggunakan spektrofotometer IR. Selain itu asap cair

tempurung kelapa grade 2 di analisis menggunakan GC-MS untuk mengetahui

komponen senyawa kimianya.

39

2. Pengujian Inhibitor dalam Menghambat Pertumbuhan Kristal CaCO3

Tahapan untuk menguji pengujian asap cair tempurung kelapa grade 2 sebagai

inhibitor dalam pengendapan kristal CaCO3 dengan metode unseeded experiment

dilakukan dengan rangkaian percobaan sebagai berikut:

a. Penentuan Laju Pertumbuhan CaCO3 Tanpa Penambahan Inhibitor pada

Konsentrasi Larutan Pertumbuhan yang Berbeda dengan Metode

Unseeded Experiment

Larutan pertumbuhan dibu

STUDI PENAMBAHAN ASAP CAIR TEMPURUNG KELAPA GRADE …digilib.unila.ac.id/31760/3/SKRIPSI TANPA BAB...

Documents

Transcript of STUDI PENAMBAHAN ASAP CAIR TEMPURUNG KELAPA GRADE …digilib.unila.ac.id/31760/3/SKRIPSI TANPA BAB...