USULAN PROGRAM KREATIVITAS MAHASISWA JUDUL Katalisator dari “Limbah Kaca” pada Konversi “Limbah Gelas Plastik” dengan Situs Aktif Logam Ni berbasis Green Energy BIDANG KEGIATAN PKM PENELITIAN Diusulkan Oleh: Arum Putri Prameswari (M0312013/2012) Nanda Pratiwi (M0312048/2012) Rahmat Jaya Eka Syahputra (M0312058/2012) Anis Robi Astuti (M0313009/2013) UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2015
32
Embed
Limbah Kaca Limbah Gelas Plastik Ni berbasispkm.uns.ac.id/repositori/Front/download/pkm-pe/2016/M...USULAN PROGRAM KREATIVITAS MAHASISWA JUDUL Katalisator dari “Limbah Kaca” pada
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
USULAN PROGRAM KREATIVITAS MAHASISWA
JUDUL
Katalisator dari “Limbah Kaca” pada Konversi “Limbah Gelas
Plastik” dengan Situs Aktif Logam Ni berbasis Green Energy
BIDANG KEGIATAN
PKM PENELITIAN
Diusulkan Oleh:
Arum Putri Prameswari (M0312013/2012)
Nanda Pratiwi (M0312048/2012)
Rahmat Jaya Eka Syahputra (M0312058/2012)
Anis Robi Astuti (M0313009/2013)
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2015
ii
iii
DAFTAR ISI
Halaman Sampul
Halaman Pengesahan ............................................................................................. ii
Daftar Isi................................................................................................... ............... iii
Ringkasan ................................................................................................................ v
BAB 1 Pendahuluan
A. Latar Belakang ..................................................................................... 1
B. Permasalahan yang akan diteliti ............................................................ 2
C. Tujuan Khusus ...................................................................................... 2
D. Urgensi Penelitian ................................................................................. 2
E. Target Temuan ...................................................................................... 3
F. Luaran yang diharapkan ........................................................................ 3
G. Manfaat Penelitian ................................................................................ 3
BAB II Tinjauan Pustaka
a. Polipropilen .......................................................................................... 4
b. Silika..................................................................................................... 4
c. Montmorilonit ...................................................................................... 4
d. Katalisator ............................................................................................ 4
e. Pirolisis.................................................................................................. 6
BAB III Metode Penelitian
A. Waktu dan Tempat Pelaksanaan ........................................................... 6
B. Bahan dan peralatan .............................................................................. 6
C. Prosedur Penelitian................................................................................ . 6
BAB IV
iv
A. Anggaran Biaya .......................................................................................... ....9
B. JadwalKegiatan.............................................................................................. 9
Daftar Pustaka ............................................................................................................. 9
Lampiran – Lampiran
1. Identitas Ketua Anggota dan Anggota .................................................. 11
2. Data Pembimbing …………………………………………………….. 17
3. Justifikasi Anggaran Kegiatan .............................................................. 24
4. Susunan Organisasi Tim dan Pembagian Tugas ................................... 26
5. Surat Pernyataan Ketua Peneliti ............................................................ 27
v
RINGKASAN
Populasi limbah gelas plastik dan kaca dari tahun ketahun semakin meningkat,
namun terkendala oleh terbatasnya kemampuan recycle. Limbah gelas plastik
mengandung polipropilen, yakni senyawa polimer hidrokarbon termoset. Padahal
limbah ini berpotensi menjadi fuel dengan metode pirolisis. Pirolisis atau thermal
decomposition adalah metode pemanasan untuk memutus rantai polimer menjadi
rantai sederhana. Proses ini efektif pada suhu 300-500°C, namun diperlukan
katalisator untuk mengoptimalkan dekomposisi polipropilen. Katalisator
memungkinkan adanya probabilitas mekanisme reaksi lain yang dapat
menurunkan energi aktivasi, sehingga dalam waktu singkat yield dapat optimum.
Limbah gelas kaca yang kurang diminati dapat menjadi alternatif katalis, karena
terdapat sekitar 72% kandungan silika (SiO2). Silika merupakan katalis yang
selektif namun kurang aktif. Montmorilonit dapat meningkatkan kinerja silika
dengan mengkompositkan keduanya dalam perbandingan tertentu. Montmorilonit-
SiO2 bertindak sebagai pengemban saat interaksi dengan substart dengan bantuan
logam. Logam ini akan membantu memutuskan ikatan hidrogen pada rantai.
Logam Ni menjadi primadona sebagai katalis ekonomis dengan work function
tinggi. Logam Ni dapat memperluas sisi aktif permukaan, besar luas permukaan,
maka kontak yang terjadi antara zat-zat yang bereaksi juga bertambah banyak,
sehingga kecepatan reaksi juga bertambah besar pula. Katalis Ni/SiO2-
montmorilonit dapat menjadi akternatif katalis dalam proses hydrocraking
polipropilen. Pengujian katalis dilakukan untuk mengetahui pengaruh katalis
terhadap aktivitas katalitik proses pirolisis dengan GC, GC-MS, SAA, XRD, dan
XRF. Sehingga selain meningkatkan kegunaan limbah gelas plastik dan kaca, juga
dapat meningkat serta konversi polipropilen dan menanggulangi krisis bahan
bakar.
Kata kunci :Limbah gelas plastik, Limbah kaca, Pirolisis, Katalisator
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. LATAR BELAKANG MASALAH
Penggunaan plastik dari tahun ketahun terus meningkat, sampai tahun
2015 diperkirakan 15.000 ton limbah plastik terbuang sia-sia. Seperti yang di
lansir ilmuwan asal Universitas Georgia, Dr Jenna Jembeck, apabila jumlah
sampah plastik diakumulasikan dari tahun ini sampai 2025, sedikitnya 155 juta
ton plastik akan beredar di lautan. Sebagian besar limbah tersebut merupakan
polypropilen, polystirena, polyethylene terephtalate, dan polyvinil chlorida.
Meskipun telah gencar publikasi go green, banyak produsen dan konsumen
belum mampu dalam mengganti plastik menjadi biodegredable.
Salah satu jenis plastik yang menarik untuk didaur ulang adalah
polypropylen (PP). PP merupakan plastik yang memiliki titik lebur tinggi,
komersil sebagai wadah minuman. PP mengandung polimer termo plastik rantai
hidrokarbon. PP dapat dipecah rantai karbonnya melalui proses pemanasan
melebihi suhu leburnya (pirolisis) serta reforming (Nugraha et al, 2013). Namun
proses ini memerlukan katalisator untuk memecah rantai polimer menjadi
monomer.Hasil pirolisis ini dapat menjadi alternatif solusi menanggulangi
pembatasan pasokan minyak, terutama di Indonesia.
Limbah lain yang belum termanfaatkansecara optimal yakni limbah kaca.
Limbahyang berasal dari botol minuman, bahan bangunan, elektronik dan
peralatan rumah tangga. Tercatat sebanyak 0,7 juta ton per tahun limbah kaca
dibuang percuma tanpa solusi, hanya beberapa orang yang melakukan recycle
(Ministry of Environment, 2008). Limbah kaca sulit terurai karena mengandung
senyawa silika (SiO2) sebanyak 70% campuran(Coleman et al., 2013), adapun
pada limbah kaca jenis clear glass terdapat 72% kandungan silika (Setiawan,
2006), sehingga banyak peneliti memanfaatkan sebagai bahan campuran beton
(Ali,2012), filter pembuatan paving block (Jasmin dan Daniel, 2014), bahkan
hingga kerajinan daur ulang.
Silika dalam limbah kaca dapat dikompositkan dengan montmorilonit.
Montmorilonit mengandung mineral alumina oktahedral dan silika tertrahedral
yang sangat baik sebagai katalisator. Kemampuan aktivitas katalitik silika dapat
meningkat dengan penambahan montmorilonit. Logam Ni sering digunakan untuk
pemutusan hidrokarbon, selain itu harga murah, karena daya disosiasi cukup
tinggi dan work function tinggi. Logam ini bertindak sebagai situs aktif yang
dibutuhkan untuk meningkatkan sisi aktif substrat, serta memperkecil sisi non
aktif, dengan demikian efisiensi produk meningkat. Ni yang diembankan pada
SiO2-Montmorilonit dapat mentransfer elektron hingga terjadi adsorbsi fisika dan
2
kimia. Logam Ni juga mengadsorpsi gas hidrogen pada permukaannya dan
mengaktifkan ikatan hidrogen-hidrogennya, sehingga gas hidrogen menjadi lebih
mudah bereaksi (Rodiansono et al, 2007). Sehingga ikatan double pada
polipropilena dapat lepas, pembentukan monomer semakin cepat.
1.2.PERMASALAHAN YANG DITELITI
Volume limbah plastik di dunia masih sangat tinggi, situs berita Gresnew
(2015) memberitakan pada survey 2010 sebanyak 8 juta ton sampah plastik
makanan dan botol di buang kelautan, diperkirakan jumlahnya akan naik sepuluh
kali lipat tiap tahunnya. Di Indonesia, Kementerian Lingkungan hidup (2012)
menyebutkan rata-rata penduduk Indonesia menghasilkan sekitar 2,5 liter sampah
per hari atau 625 juta liter dari jumlah total penduduk, untuk produksi sampah
plastik mencapai 5,4 juta ton per tahun. Permasalahan ini timbul akibat perilaku
manusia yang belum bisa mengurangi pemakaian plastik dan kaca. Walaupun
demikian banyak upaya menanggulangi penumpukan limbah ini, namun tidak
akan bertahan lama.Salah satu upaya dengan proses pirolisis limbah gelas
polipropilen untuk menghasilkan fuel.Fuelini memilikibesaran densitas minyak
yang memenuhi syarat spesifikasi bensin komersil pertamina (Syahputra, 2015).
Standar bensin komersial pertamina sesuai keputusan Direktur Jendral Minyak
dan Gas Bumi No. 3674 K/24/DJM/2006 memiliki densitas (60oF) 715 – 780
kg/m3.
Sementara itu, pengolahan limbah kaca masih kurang diminati, padahal
kaca jenis clear glass mengandung ±70% Silika (SiO2). Silika tersebut dapat
bertindak sebagai katalisator yang selektif, namun aktivitasnya rendah
Montmorilonit dari pecahan genteng bersifat active catalizator , sehingga paduan
monmorilonit dengan kaca diharapkan dapat meningkatkan efisiensi SiO2 dalam
pemutusan polimer dengan Ni sebagai situs aktif.
1.3.TUJUAN KHUSUS
Adapun tujuan khusus dari penelitian ini adalah:
1. Memanfaatkan limbah kacayang mengandung SiO2 sebagai katalisator
konversi limbah gelas plastik menjadi fuel.
2. Mengetahui pengaruh komposit dari limbah kaca dan pecahan genteng
yang mengandung SiO2-Montmorilonit terhadap situs aktif Ni.
1.4.URGENSI PENELITIAN
Penggunaan bahan plastik dan kaca tidak seimbang dengan
pengolahan limbahnya. Limbah ini dikategorikan non- biodegradable yang
dapat terurai lebih dari 100 tahun. Peningkatan limbah dapat menimbulkan
dampak serius bagi ekosistem lingkungan. Laura (2013) menyatakan kandungan
plastitizer, microbials ( zat anti mikroorganisme) bila terkontaminasi dengan alam
dapat membahayakan makhluk hidup. Oleh karena itu, diperlukan upaya untuk
3
menanggulangi overload limbah, salah satunya dengan memanfaatkan kandungan
kimianya. Limbah gelas plastik mengandung polipropilen yang dapat diolah
menjadi bahan bakar, untuk meningkatkan nilai pembakaran diperlukan
katalisator hidrocracking. Selain itu ada limbah kaca dengan kandungan silika
tinggi belum termanfaatkan dengan baik, padahal kandungan mineralnya tersebut
dapat dimanfaatkan sebagai katalis. Montmorilonit dari pecahan genteng
merupakan mineral liat aluminosilikat yang biasa digunakan sebagai
reinforcement dan penyangga katalis dalam industri. Sifat montmorilonit dengan
kemampuan katalisator tinggi dapat meningkatkan kinerja SiO2. Komposit
Montmorilonit- SiO2 dari limbah kaca jenis clear glass dan pecahan genting
sebagai Katalisator Ni/Montmorilonit-SiO2 diharapkan dapat menurunkan
energi aktivasi dan termal, serta membantu menanggulangi limbah kaca dan
plastik, serta memberi solusi bagi kelangkaan BBM.
1.5. TEMUAN YANG DITARGETKAN
1. Dihasilkan katalis Ni/SiO2-Montmorilonit
2. Katalis Ni/SiO2-Montmorilonit dapat meningkatkan konversi limbah gelas
plastik menjadi fuel.
1.6. KONTRIBUSI
Penelitian ini diharapkan mampu memberi solusi penanggulangan limbah
non-degredable serta memotivasi peneliti dalam pengembangan katalisator
minyak. Sehingga dapat meningkatkan kemajuan IPTEK baik dalam lingkup
nasional maupun internasional.
1.7.LUARAN YANG DIHARAPKAN
Adapun luaran yang diharapkan dalam penelitian ini adalah:
1. Publikasi dalam Indonesian Journal of Cemistry maupun seminar baik
nasional kimia di UNY atau internasional (11th Join Conference in
Chemistry),
2. Paten produk dan katalis.
1.8.MANFAAT
Penelitian ini diharapkan dapat bermanfaat untuk menanggulangi limbah
plastik dan kaca. Limbah kaca berpotensi sebagai katalisator apabila ditambah
montmorilonit dan Ni sebagai pengemban dapat meningkatkan efisiensi konversi
limbah gelas platik menjadi fuel. Diharapkan hasil penelitian ini dapat menjadi
alternatif katalis bahan bakar.
4
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Polipropilen
Polipropilen adalah senyawa polimer hidrokarbon berstruktur banyak rantai
propilen -(CH2=CH2-CH3)-. Rantai polipropilen tersusun dari daerah kristalin
dan bagian lain membentuk daerah amorf (cowd MA, 1991). Dekomposisi
polipropilen terjadi di suhu 360°C,380°C dan 400°C (Kiran dan Gillham, 1976)
dengan temperatue glass transition dan crystallin melting -20°C dan 170°C
(Craig dan Marcelo,2012). Mekanisme degradasi termal polipropilen yakni
diawali pembuatan monomer melalui polimerisasi Radikal primer dan sekunder.
Kemudian reaksi perpindahan radikal intra molekular akan menghasilkan radikal
tersier. Telah banyak peneliti yang mengembangkan polipropilen dari limbah
plastik menjadi minyak. Terbukti, banyaknya plastik yang terurai 60%
hidrokarbon cair (Ermawati, 2011).
2.2. Silika (SiO2)
Silika merupakan senyawa yang terdiri dari unsur oksigen dan silikon. Silika
banyak dimanfaatkan sebagai Silika tidak reaktif terhadap Cl2, H2, asam dan
resisten suhu tinggi namun mudah diserang oleh HF, flour, hidroksi alkali (Cotton
dan Wilkinson, 1988). Salah satu yang mengandung silika adalah kaca yang
dijelaskan dalam Tabel 1 berikut (Setiawan,2006) :
Tabel 1. Komposisi kimia Gelas
Jenis Kaca Clear Glass
(%)
Amber Glass
(%)
Green Glass
(%)
Pyrex Glass
(%)
SiO2 73,2-72,4 71,0-72,4 71,27 81
Al2O3 11,7-1,9 1,7-1,8 2,22 2
Na2O + K2O 13,6-14,1 13,8-14,4 13,06 4
CaO+ MgO 10,7-10,8 11,6 12,17 -
Mineral lain 0,24-0,29 0,43-0,45 1,28 15,72-16,72
2.3. Montmorilonit
Montmorilonit banyak terdapat dalam clay, strukturnya terdiri dari
oktahedral dan tetrahedral. Adanya ikatan antar atom memungkinkan air atau
molekul lain masuk ke salam struktur montmorilonit. Penyebaran muatan negatif
pada permukaan struktur menyebabkan penyerapan kation ion logam maupun
organik, proses ini disebut sisi aktif.Kation logam yang sering digunakan sebagai
katalis adalah Al3+
, Fe3+
, Cr3+
, Zn2+
, Mg2+
, Ni2+
, Cu2+
and Co2+
. Logam ini dapat
5
terdisosiasi dalam molekul air mengikuti hukum Brondsted Lawry (Montana,
2012).
2.4. Katalis
Katalis adalah suatu substansi yang dapat mempercepat reaksi dengan
mengalami perubahan selama reaksi dan dihasilkan kembali pada akhir reaksi.
Katalis nikel mampu mengadsorpsi gas hidrogen pada permukaannya saja dan
mengaktifkan ikatan hidrogen-hidrogennya, sehingga gas hidrogen menjadi lebih
mudah bereaksi. Semakin luas permukaan logam katalis, maka akan semakin
banyak gas hidrogen yang diserap (Gambar 2.3). Demikian pula dengan semakin
besar luas permukaan, maka kontak yang terjadi antara zat-zat yang bereaksi juga
bertambah banyak, sehingga kecepatan reaksi juga bertambah besar pula (Hart,
2004 dalam Mulyaningsih, 2012).
Gambar 2.3. Mekanisme katalisis heterogen pada reaksi hidrogenasi ikatan
rangkap pada alkena (Rifan, 2008)
Umumnya, logam transisi diembankan pada padatan yang memiliki luas
permukaan besar untuk menjamin meratanya distribusi logam sehingga
mengefektifkan terjadinya interaksi logam katalis dan gas pada saat proses
katalisis terjadi. Dari beberapa logam yang ada, logam nikel adalah salah satu
logam yang secara ekonomis menguntungkan bagi dunia industri yang
menggunakan proses hydrocracking karena harganya yang relatif murah Molekul
terlepas dari permukaan katalis Menyediakan ruang pada permukaan katalis untuk
adsorbsi selanjutnya Salah satu ujung molekul lepas dari permukaan katalis
Molekul hidrogen yang lain juga teradsorbsi dan putus menjadi atom Atom
hidrogen membentuk sebuah ikatan dengan karbon Molekul alkena teradsorbsi
pada permukaan nikel nikel Molekul hidrogen teradsorbsi dan putus menjadi 17
dibandingkan logam lain seperti Pt dan Cu. Selain itu, logam nikel juga
6
mempunyai harga work
functionnomor 2 setelah Pt, sehingga
harga work function dari Ni lebih
besar daripada Cu, Pd, dan logam-
logam transisi lain. Tabel 2.2 berikut
menunjukkan harga work
functionbeberapa logam transisi.
2.5. Pirolisis
Pirolisis adalah proses pemanasan material organik agar dapat
terdekomposisi pada kondisi tertutup. Pirolisis dalam minyak dapatdiartikan
sebagai hidrocracking dimana material akan terdekomposisi menjadi molekul yang
lebih kecil. Katalis harus memiliki kriteria, yakni terdiri dari metal ( Co, Ni, V,
Mo, Pt dan yang lain) sebagai katalisis reaksi hidrogenasi(Eman, 2013). Telah
dilakukan penelitian (Syahputra, 2015) mengenai konversi limbah menjadi bahan
bakar dengan menggunakan pirolisis.
Pirolisis tidak hanya teknologi konversi yang independen namun juga
gasifikasi dan pembakaran, yang melibatkan degradasi termal dari inisiasi bahan
bakar padat menjadi gas dan cair. Hasil yang diperoleh berupa asap cair, minyak,
ter dan arang (Jahirul, 2012).
BAB III
METODE PENELITIAN
3. 1. TAHAPAN PENELITIAN
3. 1. 1. Tempat Penelitian
Penelitian ini akan dilaksanakan di laboratorium penelitian Jurusan Kimia
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret.
3. 1. 2. Alat dan Bahan
Alat-alat yang digunakan pada penelitian ini adalah peralatan gelas,