Pembuatan Asam Oksalat dari Ampas Tebu dengan Proses Peleburan Alkali
Program Studi S – 1 Teknik Kimia Fakultas Teknologi Industri – UPN “Veteran” Jawa Timur
3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 TINJAUAN UMUM
Tebu
Tebu Saccharum officunarum L. termasuk dalam famili Graminae kelompok Andropogonae dan genus Saccharum. Dalam genus
Saccharum termasuk lima spesies tebu, yaitu S. officunarum, S. sinese, S. barberi, S. spontaneum dan S. robustun. Diantara lima spesies ini,
Saccharum officinarum merupakan penghasil gula utama, sedangkan yang lainnya mengandung kadar gula sedang sampai rendah.
http:bioindustri.blogspot.com200804ampas-tebu.html
A B
Gambar 2.1 A. Tanaman Tebu; B. Ampas tebu bagasse
Sumber : http:bioindustri.blogspot.com200804ampas-tebu.html
Tanaman tebu Saccharum officinarum L telah dikenal dalam peradapan manusia semenjak ribuan tahun yang lalu. Tanaman tebu talah
dikenal di India sejak ribuan sebelum Masehi. Nama latin Saccharum yang diberikan oleh Linnacus tahun 1953 berasal dari kata Karkara dan Sakkara
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber
Pembuatan Asam Oksalat dari Ampas Tebu dengan Proses Peleburan Alkali
Program Studi S – 1 Teknik Kimia Fakultas Teknologi Industri – UPN “Veteran” Jawa Timur
4 dalam bahasa sansekerta dan prakrit yang berarti kristal gula atau sirup
yang berwarna gelap. Sehubungan dengan hal tersebut dan oleh ciri – ciri botaninya, kebanyakan peneliti memperkirakan daerah asal tebu adalah
india utara Saccharum barberi, Jeswiet, cina bagian tenggara Saccharum sinence, Roxb, atau daerah pasifik selatan. Akan tetapi
penelitian terakhir menyimpulkan bahwa tanaman tebu berasal dari pulau Irian, lalu sejak 3000 tahun yang lampau menyebar ke kepulauan
Indonesia dan Malaysia dan kemudian menyebar ke Indocina dan India. India adalah Negara pertama yang membuat gula tebu. Di Indonesia tebu
banyak di budidayakan di pulau Jawa dan Sumatra. Djoehana, 1992
Ampas Tebu bagasse
Ampas tebu atau lazimnya disebut bagas, adalah hasil samping dari proses ekstraksi pemerahan cairan tebu. Dari satu pabrik dihasilkan
ampas tebu sekitar 35-40 dari berat tebu yang digiling. Berdasarkan data dari Pusat Penelitian Perkebunan Gula Indonesia P3GI ampas tebu yang
dihasilkan sebanyak 32 dari berat tebu giling. Pada musim giling 2006 lalu, data yang diperoleh dari Ikatan Ahli Gula Indonesia Ikagi
menunjukkan bahwa jumlah tebu yang digiling oleh 57 pabrik gula di Indonesia mencapai 30 juta ton sehingga ampas tebu yang dihasilkan
diperkirakan mencapai 9.640.000 ton. Namun, sebanyak 60 dari ampas tebu tersebut dimanfaatkan oleh pabrik gula sebagai bahan bakar, bahan
baku untuk kertas, bahan baku industri kanvas rem, industri jamur dan lain-lain. Oleh karena itu diperkirakan sebanyak 45 dari ampas tebu
tersebut belum dimanfaatkan. Djoehana,1992 Ampas tebu sebagian besar mengandung ligno-cellulose. Panjang
seratnya antara 1,7 sampai 2 mm dengan diameter sekitar 20 mikro, sehingga ampas tebu ini dapat memenuhi persyaratan untuk diolah
menjadi papan-papan buatan. Bagase mengandung air 48 - 52, gula rata- rata 3,3 dan serat rata-rata 47,7. Serat bagase tidak dapat larut dalam
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber
Pembuatan Asam Oksalat dari Ampas Tebu dengan Proses Peleburan Alkali
Program Studi S – 1 Teknik Kimia Fakultas Teknologi Industri – UPN “Veteran” Jawa Timur
5 air dan sebagian besar terdiri dari selulosa, pentosan dan lignin.
Djoehana,1992 Ampas tebu mengandung dua komponen utama yaitu selulosa dan
lignin. Selulosa C
6
H
10
O
5
n adalah molekul yang sangat besar tersusun dari pengulangan unit-unit atau satuan glukosa. Selulosa merupakan serat-
serat panjang yang bersama-sama hemi selulosa, pectin dan protein membentuk struktur jaringan yang memperkuat dinding sel tanaman. Pada
proses pematangan, penyimpanan, dan pengolahan, komponen selulosa dan hemiselulosa mengalami perubahan sehingga terjadi perubahan
struktur. http:bioindustri.blogspot.com200804ampas-tebu.html
Tabel 2.1 Hasil Analisis serat Bagase
Kandungan Kadar Abu 3,82
Lignin 22,09 Selulosa 37,65
Sari 1,81 Pentosan 27,97
SiO
2
3,01
Sumber: http:www.iptek.net.idindteknologi_panganserat_bagase
http:bioindustri.blogspot.com200804ampastebu.html
Selulosa
Selulosa adalah salah satu dari jenis polisakarida yang mempunyai
bentuk empiris C6H10O5n, berat molekul selulosa 162.000 sampai
2.430.000 dengan derajat polimerisasi 1.000 sampai 15.000 dan menjadi penyusun utama dari dinding sel pada tumbuhan. Casey P,1980
Selulosa adalah komponen utama dalam serat tumbuhan, yang
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber
Pembuatan Asam Oksalat dari Ampas Tebu dengan Proses Peleburan Alkali
Program Studi S – 1 Teknik Kimia Fakultas Teknologi Industri – UPN “Veteran” Jawa Timur
6 berfungsi sebagai komponen struktur tumbuhan. Selulosa adalah grup
polisakarida yang dengan rantai linear yang lurus hasil dari gabungan atau ikatan glukosa dari beberapa ratus hingga lebih 10000
β 1-4 unit glukosa. Selulosa juga larut dalam larutan seng klorida dan asam klorida. Selulosa
tidak memberi warna biru dengan iodin
. Selulosa adalah struktur berkomponen pada dinding sel utama pada tumbuhan.
Selulosa merupakan karbohidrat utama yang disintesis oleh tanaman dan menempati hampir 60 komponen penyusun struktur
kayu. Jumlah selulosa di alam sangat berlimpah sebagai sisa tanaman atau dalam bentuk sisa pertanian seperti jerami padi, kulit jagung, gandum,
kulit tebu dan lain-lain tumbuhan. http:selulosa-malayversion.blogspot.com
Struktur molekul dari selulosa dapat dilihat dalam gambar sebagai berikut :
Gambar 2.2 Rantai Selulosa
Sumber : http:www.scientificpsychic.comfitnesscarbohydrates.html
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber
Pembuatan Asam Oksalat dari Ampas Tebu dengan Proses Peleburan Alkali
Program Studi S – 1 Teknik Kimia Fakultas Teknologi Industri – UPN “Veteran” Jawa Timur
7
Tabel 2.2 Komposisi Kimia Serat Alam NAMA
SELULOSA HEMI
SELULOSA LIGNIN
KET
Abaka 60-65 6-8 5-10 Pisang
Coir 43 1
45 Sabut Kelapa
Kapas 90 6
- Bungkus,
Biji Flax 70-72 14
4-5 - Jute 61-63 13
3-13 -
Mesta 60 15
10 - Palmirah 40-50
15 42-45 -
Nenas 80 -
12 Daunnya
Rami 80-85 3-4 0,5-1
Kulit Batang
Sisal 60-67 10-15 8-12 Daun
Straw 40 28
18 - Jerami padi
39 27,5
33,5 -
Tandan Kosong
Kelapa Sawit
TKKS 45 26 29
-
Ampas Tebu 32-44
27-32 19-24
- Bambu 26-43
15-26 21-31 -
Rumput esparto
33-38 27-32 17-19 -
Kayu keras 40-45
7-14 26-34
- Kayu lunak
38-49 19-20
23-30 -
Sumber: Natural Organic Fiber by Hans Lilhot
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber
Pembuatan Asam Oksalat dari Ampas Tebu dengan Proses Peleburan Alkali
Program Studi S – 1 Teknik Kimia Fakultas Teknologi Industri – UPN “Veteran” Jawa Timur
8
Lignin
Lignin adalah salah satu komponen penyusun tanaman. Pada batang tanaman, lignin berfungsi sebagai bahan pengikat komponen
penyusun lainnya, sehingga suatu pohon bisa berdiri tegak. Lignin terbentuk dari gugus aromatik yang saling dihubungkan dengan rantai
alifatik, yang terdiri dari 2-3 karbon. Lignin dapat juga mengurangi daya swelling pengembangan buah dan ikatan antar buah. Isolasi lignin
digunakan pereaksi anorganik yaitu Na
2
S dan NaOH untuk mendestruksi karbohidratnya. Sugesty, 1986
Lignin di dalam tanaman berfungsi sebagai perekat selulosa dalam tanaman yang perlu dipisahkan dalam proses isolasi selulosa. Alfa selulosa
akan mempunyai sifat fisik yang baik apabila kandungan lignin dapat dikurangi karena sifat lignin yang kaku dan rapuh. Lignin dapat
mempengaruhi dalam hal pembentukan ikatan antar serat dan dapat menurunkan derajat putih Sugesty, 1986.
Hasil analisa serat bagas atau ampas tebu yang kami gunakan seperti dalam tabel berikut:
Tabel 2.3 Hasil analisis ampas tebu
Kandungan Kadar Selulosa 48,51
Pentosan 12,88 Lignin 2,41
Sumber : Laboratorium Penelitian Dan Konsultasi Industri Surabaya –
Jawa Timur
Asam Oksalat
Asam oksalat HO
2
CCO
2
H atau ethanedioic acid mempunyai berat molekul 90,04 adalah asam dikarboksilat yang paling sederhana,
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber
Pembuatan Asam Oksalat dari Ampas Tebu dengan Proses Peleburan Alkali
Program Studi S – 1 Teknik Kimia Fakultas Teknologi Industri – UPN “Veteran” Jawa Timur
9 bentuknya yang anhidrat tidak berbau, hygroskopis, berwarna putih
sampai tidak berwarna, asam oksalat terdiri dari dua bentuk polymorphic the rombic atau bentuk alfa dan the monoclinic atau bentuk beta, sublimasi
dari monoclinic dehydrate memberikan bentuk monoclinic Kristal, kristalisasi dari sebuah solvent asam asetat memberikan rhombic struktur
rombic atau piramidal Kristal mempunyai panas stabil pada suhu ruangan, tetapi bentuk monoklinic sedikit stabil. Herman F. Mark et al, 1983
Pada penggunaan sehari-hari sering digunakan sebagai bahan pencuci asam, seperti bahan pemutih untuk menghilangkan noda besi dari
berbagai macam bahan. Penggunaan yang paling besar adalah digunakan sebagai pembersih radiator mobil untuk mencegah terjadinya pengkaratan
dan dalam industry tekstil digunakan sebagai bahan pemutih. Asam oksalat dapat diperoleh dari oksidasi selulosa dengan asam nitrat. Asam
oksalat berbentuk padat anhydrous atau kristal dehydrous prisma monohlinic, tidak berbau, rasanya asam, dan bersifat higroskopis;
Mempunyai densitas 1,653 dan berat molekul 90,04; Berwarna putih dalam bentuk padat anhydrous dan berwarna jernih dalam bentuk kristal
dehydrous; Melting point 186 – 187
o
C dalam bentuk padat anhydrous dan 105,5
o
C dalam bentuk kristal dehydrous; Boiling point terdekomposisi atau menyublim pada suhu 100
o
C dalam bentuk anhydrous dan kehilangan air hydrat pada 100
o
C dalam bentuk Kristal dehydrous; Memiliki panas pembakaran sebesar 60,1 ; panas sublimasi sebesar 90,58 ; panas peruraian
sebesar 826,78 .
Asam oksalat banyak sekali kegunaannya, antara lain dapat digunakan sebagai reagensia dalam laboratorium kimia, proses
penyamakan pada industry kulit. http:id.wikipwedia.orgwikiasam_oksalt.html
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber
Pembuatan Asam Oksalat dari Ampas Tebu dengan Proses Peleburan Alkali
Program Studi S – 1 Teknik Kimia Fakultas Teknologi Industri – UPN “Veteran” Jawa Timur
10
Natrium Hidroksida
NaOH
Caustic soda adalah nama yang umum digunakan untuk natrium hidroksida yang termasuk dalam golongan basa kuat. Kirk-Othmer, 1967.
NaOH mempunyai berat molekul : 39,999 grmol, padatan higroskopis yang berwarna putih, larut dalam air dan ethanol tetapi tidak larut dalam
eter. A.A Sri Christianti,2005.
Natrium Hidroksida terbentuk dari oksida basa Natrium Oksida dilarutkan dalam air. Natrium hidroksida membentuk larutan alkalin yang
kuat ketika dilarutkan ke dalam air. Ia digunakan di berbagai macam bidang industri, kebanyakan digunakan sebagai basa dalam proses
produksi bubur kayu dan kertas, tekstil, air minum, sabun dan deterjen. Natrium hidroksida adalah basa yang paling umum digunakan dalam
laboratorium kimia. Natrium hidroksida murni berbentuk putih padat dan tersedia
dalam bentuk pelet, serpihan, butiran ataupun larutan jenuh 50. Ia bersifat lembab cair dan secara spontan menyerap karbon dioksida dari
udara bebas. Ia sangat larut dalam air dan akan melepaskan panas ketika dilarutkan. Ia juga larut dalam etanol dan metanol, walaupun kelarutan
NaOH dalam kedua cairan ini lebih kecil daripada kelarutan KOH. Ia tidak larut dalam
dietil eter dan pelarut non-polar lainnya.
Larutan natrium
hidroksida akan meninggalkan noda kuning pada kain dan kertas.
Pembuatan Asam Oksalat
Ada 4 cara yang umum digunakan dalam pembuatan asam oksalat. Pembuatan asam oksalat dari bahan-bahan limbah pertanian telah banyak
dilakukan oleh beberapa orang. Proses perlakuannya dapat bermacam- macam antara lain :
1. Peleburan limbah dengan larutan alkali
2. Oksidasi karbohidrat dengan larutan asam nitrat
3. Fermentasi gula atau karbohidrat
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber
Pembuatan Asam Oksalat dari Ampas Tebu dengan Proses Peleburan Alkali
Program Studi S – 1 Teknik Kimia Fakultas Teknologi Industri – UPN “Veteran” Jawa Timur
11 4.
Sintetic proses dari sodium format.
Peleburan Alkali
Proses ini menggunakan bahan baku berupa bahan yang mengandung selulosa tinggi, potass serbuk gergaji, sekam, tongkol jagung
dilebur menggunakan larutan Natrium Hidroksida menghasilkan asam oksalat, asam asetat dan asam formiat. Agra,1970. Bahan ini dilebur
dengan sodium hidroksida danatau potassium hidroksida dengan perbandingan 1:3 dengan suhu 200
o
C Herman F. Mark et al, 1983. Produk yang diperoleh direaksikan dengan kapur untuk mengikat oksalat
dengan kalsium. Produk ini kemudian direaksikan dengan asam sulfat untuk membentuk asam oksalat. Reaksi-reaksi yang terjadi adalah sebagai
berikut:
C
6
H
10
O
5
n + NaOH Na
2
C
2
O
4
+ zat lain Na
2
C
2
O
4
+ CaOH
2
CaC
2
O4 + 2NaOH CaC
2
O
4
+ H
2
SO
4
CaSO
4
+ H
2
C
2
O
4
http:reviks45.blogspot.com200903pabrik-asam-oksalat.html
Konversi yang diperoleh dari proses ini adalah 42 dengan kemurnian produk sebesar 99 . Herman F. Mark et al, 1983
Untuk proses pemasakan limbah dengan larutan alkali, bahan baku harus mengandung selulosa dan hemiselulosa yang dapat ditemui dalam
sekam padi, serbuk gergaji, ampa tebu, kertas bekas, tongkol jagung atau bahan lain, dimana selesai peleburan nantinya dihasilkan asam oksalat.
Agra dkk, 1970. Proses peleburan dimulai dengan larutnya lignin dan hemiselulosa pada suhu 125-150
o
C, kemudian terjadi hidrolisa terhadap selulosa dan pada pemanasan selanjutnya akan mengalami oksidasi dan
pemecahan yang menyebabkan terjadinya garam oksalat, asetat, dan formiat. Akibat pemanasan yang tinggi akan terbentuk natrium oksalat dan
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber
Pembuatan Asam Oksalat dari Ampas Tebu dengan Proses Peleburan Alkali
Program Studi S – 1 Teknik Kimia Fakultas Teknologi Industri – UPN “Veteran” Jawa Timur
12 asam oksalat. Natrium oksalat dibuat secara teknis dengan jalan
pemanasan natrium dengan cepat pada suhu tinggi.
Oksidasi glukosa dengan HNO
3
Oksidasi glukosa dengan asam nitrat, glukosa yang diperoleh dari hidrolisa pati starch direaksikan dengan asan nitrat dengan menggunakan
katalis Fe2SO43. Asam oksalat yang dihasilkan mempunyai kemurnian 99. Dan yield pada proses ini adalah 60 -70. Herman F. Mark et al,
1983
Fermentasi Glukosa
Proses fermentasi glukosa menjadi asam sitrat, menghasilkan asam oksalat sebagai hasil samping. Produk yang diperoleh sangat sedikit.
Herman F. Mark et al, 1983
Sintesis dari Sodium Formiat
Sintetis sodium formiat menjadi asam oksalat, cara yang dilakukan adalah dengan menaikkan suhu sodium formiat sampai 400
o
C di dalam reaktor. Yield asam oksalat yang diperoleh adalah 80-90. Kemurnian
asam oksalat adalah 97-98. Herman F. Mark et al, 1983
2.3 LANDASAN TEORI