Fenol Pemilihan Proses TINJAUAN PUSTAKA

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Fenol

Fenol juga dikenal dengan nama asam karboksilat, merupakan cairan bening yang beracun dengan bau yang khas. Rumus kimianya adalah C 6 H 5 OH dan memiliki struktur grup hidroksil -OH yang terikat dengan sebuah cincin phenyl yang juga merupakan senyawa aromatis. Fenol dapat dibuat dari oksidasi parsial benzen atau asam benzoat, dengan proses cumene, atau dengan proses Raschig. Fenol juga dapat diisolasi dari batubara. Fenol memiliki sifat antiseptik dan digunakan oleh Sir Joseph Lister 1827-1912 pada teknik pembedahan antiseptiknya. Fenol juga merupakan bahan aktif anastesi oral seperti Chloraseptic spray. Fenol juga merupakan bahan utama dari Carbolic Smoke Ball , sebuah alat yang dipasarkan di London pada abad ke 19 sebagai pengaman pengguna terhadap influenza dan penyakit lainnya. Gambar 2.1 Struktur Fenol http:en. wikipedia.orgwikiPhenol, 2011 Fenol juga digunakan dalam proses produksi obat obatan merupakan bahan awal pada produksi aspirin, herbisida, dan resin sintetis Bakelite, salah satu resin sintetis awal yang diproduksi, merupakan sebuah polimer dari fenol dengan formaldehid. http:en. wikipedia.orgwikiPhenol, 2011 Universitas Sumatera Utara Sifat-sifat fisika fenol: 1. Rumus molekul : C 6 H 5 OH 2. Berat molekul : 94,11 grmol 3. Wujud : Cair 4. Warna : Tak berwarna 5. Densitas : 1,07 grcm³ 6. Titik didih : 181,75 o C pada 101,3 kPa 7. Titik beku : 40,9 o C pada 101,3 kPa 8. Kelarutan dalam air 20 o C : 8,3 g100 ml 9. Bersifat korosif Ullmann’s, 2005

2.2 Bahan Baku

Sumber bahan baku bukan pangan yang potensial untuk dieksploitasi adalah lignoselulosa. Lignoselulosa ditemui pada kayu, rumput, sisa penebangan hutan, limbah pertanian, dan lain lain. Umumnya, hanya kayu yang digunakan sebagai bahan dasar untuk produksi hidrolisat lignoselulosa. Komposisi utama kayu yaitu, selulosa, hemiselulosa, dan lignin. Biomassa lignoselulosa sebagian besar terdiri dari campuran polimer karbohidrat selulosa dan hemiselulosa, lignin, ekstraktif, dan abu. Kadang- kadang disebut holoselulosa, istilah ini digunakan untuk menyebutkan total karbohidrat yang dikandung di dalam biomassa dan meliputi selulosa dan hemiselulosa. Isroi, 2008 Salah satu sumber lignoselulosa yang terdapat dalam jumlah yang berlimpah dan murah harganya di Indonesia adalah limbah padat dari industri kelapa sawit. Sebuah pabrik kelapa sawit PKS dengan kapasitas 60 ton tandanjam dapat menghasilkan limbah 100 tonhari. Di Indonesia terdapat 470 pabrik pengolahan kelapa sawit. Limbah kelapa sawit mencapai 28,7 juta ton dalam bentuk cair dan 15,2 juta ton dalam bentuk padat per tahun. Limbah padat dari perkebunan kelapa sawit terdiri dari tandan kosong kelapa sawit TKKS, serat, cangkang, batang pohon dan pelepah daun. Dari kelima bahan tersebut, bahan yang paling besar kandungan selulosanya adalah TKKS sebesar 45,95, disusul Universitas Sumatera Utara oleh batang pohon sebesar 45,7 dan serat sebesar 39,9, sedangkan cangkang dan pelepah daun tidak mengandung selulosa. Adapun kandungan dan sifat kimia tandan kosong kelapa sawit dapat dilihat pada tabel berikut: Tabel 2.1 Kandungan Tandan Kosong Kelapa Sawit No. Parameter Kandungan 1 Lignin 22,60 2 Selulosa 45,80 3 Holoselulosa 71,80 4 Pentosa 25,90 5 Kadar Abu 1,60 Purwito dan Firmanti, 2005

2.2.1 Lignin

Lignin adalah molekul komplek yang tersusun dari unit phenylphropane yang terikat di dalam struktur tiga dimensi. Lignin adalah material yang paling kuat di dalam biomassa. Lignin sangat resisten terhadap degradasi, baik secara biologi, enzimatis, maupun kimia. Karena kandungan karbon yang relatif tinggi dibandingkan dengan selulosa dan hemiselulosa, lignin memiliki kandungan energi yang tinggi. Jumlah lignin yang terdapat dalam tumbuhan yang berbeda sangat bervariasi dan biasanya antara 20- 40. Isroi, 2008 Sebelum material lignoselulosa dipirolisis untuk menghasilkan fenol diperlukan serangkaian proses untuk memperoleh lignin dalam tandan kosong kelapa sawit. Selulosa dan hemiselulosa dipecah dihidrolisis menjadi monomer gula dengan cara enzimatis atau menggunakan asam encer atau pekat untuk memperoleh lignin yang nantinya akan menghasilkan fenol. Universitas Sumatera Utara

2.2.2 Selulosa

Selulosa merupakan konstituen utama kayu. Kira-kira 40-45 bahan kering dalam kebanyakan spesies kayu adalah selulosa terutama terdapat dalam dinding sel sekunder. Selulosa merupakan struktur dasar sel-sel tanaman, oleh karena itu merupakan bahan alam yang paling penting yang dibuat oleh organisme hidup. Pernyataan yang sama ini berlaku pada terdapatnya selulosa secara kuantitatif. Di dalam biosfer 27 x 10 10 ton karbon terikat dalam organisme hidup, lebih 99 dari padanya adalah terikat dalam selulosa, yang berarti bahwa selulosa total dalam dunia nabati berjumlah sekitar 26,5 x 10 10 ton. Didalam kayu, selulosa tidak hanya disertai dengan poliosa dan lignin, tetapi juga terikat erat dengannya, dan pemisahannya memerlukan perlakuan kimia yang intensif. Selulosa yang diisolasi tetap tidak murni. Untuk memperoleh selulosa murni 100 dari kayu, α-selulosa harus mengalami perlakuan intensif lebih lanjut, seperti hidrolisis parsial, pelarutan dan pengendapan serta produk yang dihasilkan terdiri dari rantai molekul yang sangat pendek. Fengel, D, dkk, 1995

2.2.3 Hemiselulosa

Hemiselulosa termasuk dalam kelompok polisakarida heterogen yang dibentuk melalui jalan biosintesis yang berbeda dari selulosa. Berbeda dengan selulosa yang merupakan homopolisakarida, hemiselulosa merupakan heteropolisakarida. Seperti halnya selulosa, kebanyakan hemiselulosa berfungsi sebagai bahan pendukung dalam dinding-dinding sel. Hemiselulosa relatif mudah dihidrolisis oleh asam menjadi komponen-komponen monomernya yang terdiri dari D-glukosa, D-manosa, D-galaktosa, D-xilosa, L-arabinosa, dan sejumlah kecil L-ramnosa di samping menjadi asam D- glukuronat, asam 4-0-metil-D-glukuronat, dan asam D-glukuronat. Kebanyakan hemiselulosa mempunyai derajat polimerisasi hanya 200. Jumlah hemiselulosa dari berat kayu kering biasanya antara 20 dan 30. Sjostrom, 1995 Universitas Sumatera Utara

2.3 Bahan Pendukung

Bahan-bahan pendukung yang digunakan dalam proses pembuatan fenol terdiri dari: air H 2 O, metanol CH 3 OH, nitrogen N 2 dan asam sulfat H 2 SO 4 .

2.3.1 Air H

2 O Adapun sifat-sifat fisika air adalah sebagai berikut: 1. Berat molekul : 18,015 grmol 2. Titik didih : 100 C pada 101,3 kPa 3. Titik beku : 0 C pada 101,3 kPa 4. Densitas 25 c : 0,998 grml 5. Viskositas pada kondisi standar, 1 atm : 8,949 mP 6. Tekanan uap 20 c : 0,0212 atm 7. Panas pembentukan : 6,013 kJmol 8. Panas spesifik pada kondisi standar : 4,180 Jkg K 9. Panas penguapan : 22,6.10 5 Jmol 10. Kapasitas panas : 4,22 kJkg K 11. Tidak berbau, berasa dan berwarna Kirk Othmer, 1968

2.3.2 Metanol CH

3 OH Adapun sifat-sifat fisika metanol adalah sebagai berikut: 1. Berat molekul : 32 grmol 2. Titik didih : 64,7 C pada 101,3 kPa 3. Titik beku : –97,9 C pada 101,3 kPa 4. Densitas 20 C : 0,7915 grml 5. Viskositas 15 C : 0,6405 cP 6. Kapasitas panas 25 C : 81,08 Jmol K 7. Tegangan permukaan 15 C : 22,99 dynecm 8. Temperatur kritik : 240 C 9. Tekanan kritik : 78,5 atm Kirk Othmer, 1968 Universitas Sumatera Utara

2.3.3 Nitrogen N

2 Adapun sifat-sifat fisika nitrogen adalah sebagai berikut: 1. Berat molekul : 14,0067 grmol 2. Titik didih : –195,8 C pada 101,3 kPa 3. Titik lebur : –209,86 C pada 101,3 kPa 4. Temperatur kritis : 126,26 C 5. Tekanan kritis : 33,54 atm 6. Densitas 25 C, 1 atm : 1,25046 grl 7. Panas peleburan : 172,3 kalmol 8. Panas penguapan : 1332,9 kalmol 9. Gas yang tidak berbau, berasa dan berwarna 10. Merupakan unsur diatomic http:en. wikipedia.orgwikiNitrogen, 2011

2.3.4 Asam Sulfat H

2 SO 4 Adapun sifat-sifat fisika asam sulfat adalah sebagai berikut: 1. Berat molekul : 98,079 gmol 2. Wujud : Cair 3. Warna : Bening 4. Titik didih : 340 o C pada 101,3 kPa 5. Titik beku : 10,49 o C pada 101,3 kPa 6. Densitas : 1,9224 grcm 3 7. Specific Gravity 60 o F : 1,824 8. Merupakan senyawa asam kuat yang higroskopis dan sangat stabil Perry, 1999 Kirk Othmer, 1969

2.4 Pembuatan Fenol

Secara umum, fenol dapat dibuat melalui 2 cara yaitu melalui sintesis kimia maupun melalui proses pirolisis. Universitas Sumatera Utara

2.4.1 Pembuatan Fenol Secara Kimiawi

Pembuatan fenol melalui sintesis kimia dapat dilakukan dengan proses-proses sebagai berikut: a. Cumene Hidroperoksida Process Hock Process Reaksi oksidasi cumene berlangsung pada temperatur 130 o C dan tekanan 1 atm dengan ditambahkan larutan alkali membentuk CHP. Larutan yang mengandung CHP, cumene yang tidak bereaksi dan alkali dilarutkan ke reaktor yang ke dua. Reaksi yang terjadi dalam reaktor berpengaduk ini adalah dekomposisi CHP menjadi aseton dan fenol, dengan katalis H 2 SO 4 pada temperatur 95 o C dan tekanan 3 atm. Crude fenol yang dihasilkan dari rekator kedua ini selanjutnya didinginkan dalam cooler sebelum dipisahkan dari produk sampingnya untuk memperoleh kemurnian 99,9 yield yang dihasilkan dari proses cumene ini adalah 93. b. Oksidasi Asam Benzoat Oksidasi asam benzoat dipopulerkan pada tahun 1962 oleh Dow Chemical of Canada yang berlangsung dalam Asam Benzoat yang mengandung garam copper dan katalis. Oksidasi asam benzoat berlangsung pada temperatur 250 o C dan tekanan atmosfir dengan katalis CuMg menjadi benzil salisilat acid yang selanjutnya dihidrolisa menjadi asam salisilat dan asam benzoat atau dekarboxylate menjadi phenil benzoat. Hidrolisa phenil benzoat menjadi fenol dan asam benzoat. c. Klorinasi Benzen Proses ini dikenalkan oleh Dow dan Bayer dimana reaksi dimulai dengan klorinasi benzen menjadi Monochlorobenzen, HCl dengan katalis FeCl 3 . Selanjutnya hidrolisa monochlorobenzen dengan 10 – 15 larutan soda kaustik pada temperatur 360 – 390 o C dan tekanan 280 – 300 atm menghasilkan sodium phenat. Kemudian sodium phenat dicampur dengan HCl untuk mendapatkan fenol dan sodium chlorida. Ullmann’s, 2005

2.4.2 Pembuatan Fenol Melalui Proses Pirolisis

Pirolisis adalah proses dekomposisi termal tanpa adanya oksigen. Pada pirolisis, molekul hidrokarbon besar biomassa dipecah menjadi molekul hidrokarbon yang lebih Universitas Sumatera Utara kecil. Pirolisis cepat menghasilkan bahan bakar cair, yang dikenal sebagai bio-oil dan menghasilkan gas dan arang padat salah satu dari bahan bakar yang paling kuno, digunakan untuk pemanasan dan ekstraksi logam sebelum discovery batubara. Pirolisis merupakan konversi biomassa limbah menjadi bahan yang lebih berguna. Basu, 2010 Bio oil yang dihasilkan dari proses pirolisis dapat digunakan sebagai bahan bakar untuk mesin, turbin dan boiler. Tetapi, jika bio oil diproses lebih lanjut dengan proses ekstraksi maka akan diperoleh bahan-bahan kimia salah satunya yaitu fenol. Bridgwater, 2004 Indonesia memiliki keunggulan dalam hal biomassa lignoselulosa dibandingkan negara-negara beriklim dingin. Kalau negara-negara Eropa mencari bahan baku, di sini malah kebalikannya. Biomassa lignoselulosa di Indonesia, melimpah, murah, tapi juga banyak yang disia-siakan. Ada banyak potensi biomassa lignoselulosa di Indonesia. Sumber biomassa lignoselulosa antara lain adalah sebagai berikut: 1. Limbah pertanianindustri pertanian: jerami, tongkol jagung, sisa pangkasan jagung, onggok, dan lain-lain. 2. Limbah perkebunan: tandan kosong kelapa sawit TKKS, bagase, sisa pangkasan tebu, kulit buah kakao, kulit buah kopi, dan lain-lain. 3. Limbah kayu dan kehutanan: sisa gergajian, limbah sludge pabrik kertas, dan lain-lain. 4. Sampah organik: sampah rumah tangga, sampah pasar, dan lain-lain. Isroi, 2008

2.5 Pemilihan Proses

Pemilihan proses dilakukan sesuai dengan keuntungan dari tiap proses. Proses pembuatan fenol secara kimiawi memiliki kelebihan pada konsentrasi produk yang dihasilkan cukup tinggi, sehingga tidak memakai banyak energi untuk pemurniannya dan waktu reaksi yang lebih singkat dibandingkan dengan pirolisis. Proses pembuatan fenol dengan cara pirolisis memiliki kelebihan pada stok bahan baku yang cukup berlimpah di alam berupa biomassa. Sedangkan kelemahan proses ini Universitas Sumatera Utara antara lain adalah rangkaian proses untuk mendapatkan produk yaitu fenol relatif banyak. Proses yang dipilih dalam pembuatan fenol yaitu pirolisis. Alasan dipilihnya proses pirolisis yaitu:  Melimpahnya limbah tandan kosong kelapa sawit di Indonesia, sehingga perlu dimanfaatkan menjadi produk yang lebih berguna dan bernilai ekonomis.  Mengurangi polusi udara. Karena selama ini limbah tandan kosong kelapa sawit hanya dibakar untuk boiler.  Pirolisis merupakan teknologi yang potensial untuk menghasilkan bahan bakar dan bahan-bahan kimia dari limbah tandan kosong kelapa sawit.  Pirolisis merupakan teknologi yang menguntungkan dalam pengolahan biomassa.  Bahan pendukung yang digunakan relatif tidak mahal dan mudah didapat.  Tidak dibutuhkan peralatan bertekakan tinggi yang mahal.

2.6 Deskripsi Proses