21
jagung telah sesuai dengan standar kadar air bahan dimana menurut Bridgwater 2003, kadar air bahan yang akan dipirolisis sebaiknya 10
hingga 15. Kadar lignin batang dan daun jagung adalah 4,85 g per 100 g
bahan. Nilai tersebut menyatakan kandungan lignin yang kecil. Menurut Fengel dan Wegener 1984, jumlah lignin yang terkandung di dalam
tumbuhan sangat bervariasi. Pada spesies kayu, kandungan lignin berkisar antara 20-40, sedangkan kadar selulosa pada kayu sebesar 40-50.
Hasil analisis kadar selulosa batang dan daun jagung hanya sekitar 29,86 g per 100 g bahan, lebih kecil dari kandungan selulosa kayu.
Menurut Hardjo dan Indrasti 1989, kandungan hemiselulosa cukup besar yaitu 10-40 dari kandungan karbohidrat dan lignin sebagai
residu kehutanan dan pertanian. Kadar hemiselulosa batang dan daun jagung yang dihasilkan sebesar 12,91. Kandungan silika pada campuran
batang dan daun jagung sebesar 2,28 g100g. Ravendran et al. 1996 menyatakan silika pada abu tidak mempengaruhi kerja katalis tetapi
berpengaruh terhadap struktur arang yang dihasilkan serta reaktivitasnya.
2. Penentuan Suhu Pirolisis
Pirolisis merupakan penghilangan massa bahan pada suhu yang cukup tinggi tanpa atau dengan oksigen yang terbatas. Suhu yang
digunakan pada pirolisis ditentukan dengan analisis termogravimetrik. Menurut Jindarom et al. 2003, analisis termogravimetrik digunakan
untuk menentukan karakteristik suhu degradasi bahan, suhu susut bahan maksimum atau puncak suhu degradasi dan suhu dekomposisi akhir yaitu
suhu dimana 90 massa bahan telah hilang. Analisis termogravimetrik ini dilakukan dengan Perkin-Elmer
Thermo Balance, model TGA 7 yang dilengkapi dengan komputer. Bahan seberat 10 mg dimasukkan ke tabung dan dialirkan gas nitrogen dengan
tekanan 20 cm
3
menit. Nitrogen ini berfungsi untuk mengusir oksigen yang terdapat di dalam tabung. Sampel bahan dipanaskan pada suhu 105ºC
selama 12 menit untuk menurunkan kadar air. Kemudian dipanaskan
22
sampai suhu 1000ºC untuk mengetahui reaksi dekomposisi bahan. Hasil analisis termogravimetrik batang dan daun jagung seperti terlihat pada
Gambar 8 dan Gambar 9.
Gambar 8. Analisis termogravimetrik batang jagung
Gambar 9. Analisis termogravimetrik daun jagung
23
Gambar 8 menunjukkan suhu dekomposisi batang jagung yang dibakar hingga suhu 1000ºC selama 60 menit. Terdapat tiga zona pada
analisis termogravimetrik batang. Zona pertama batang mulai terbakar pada suhu 28-139ºC dimana terjadi penurunan kadar air bahan.
Devolatilisasi mulai terjadi pada suhu 139,28ºC dan perubahan senyawa volatil berakhir pada suhu 981ºC dengan mengakibatkan weight loss
sebesar 83,867. Puncak devolatilisasi ada dua yaitu pada zona kedua antara suhu 139-398ºC dimana maksimumnya terjadi pada suhu 350ºC .
Senyawa volatil ringan yang terdegradasi mencapai 41,86. Zona ketiga yang merupakan devolatilisasi kedua yaitu pada range suhu 388- 850ºC
dimana titik maksimum terjadi pada suhu 800ºC. Senyawa volatil berat yang terdegradasi sebesar 32,08.
Pada analisis termogravimetrik daun jagung juga didapat karakteristik suhu dekomposisi yang hampir sama dimana daun mulai
terdegradasi pada suhu 28ºC dan berakhir pada suhu 978ºC dengan weight loss mencapai 85,32. Daun dengan kadar air yang lebih rendah daripada
batang jagung akan lebih cepat terdegradasi sehingga pada suhu 209,06- 611,76
o
C daun telah terdegradasi sebanyak 67 dengan titik maksimum suhu 350ºC dan 600ºC. Pada suhu 611,76-978,55ºC daun yang
terdegradasi hanya meningkat 6,55 dari suhu dibawah 611,76ºC. Analisis termogravimetrik ini menunjukkan reaksi utama pirolisis
dimana terjadi depolimerisasi, dekarboksilasi dan pemecahan senyawa pada rentang suhu pirolisis. Pada suhu rendah puncak TGA pada batang
dan daun jagung menunjukkan evaporasi kadar air pada suhu 150ºC, kemudian pada suhu tinggi puncak TGA menunjukkan degradasi
hemiselulosa dan selulosa pada suhu 170ºC hingga 370ºC. Dekomposisi selulosa dan hemiselulosa menyebabkan pembentukan senyawa volatil
organik, sedangkan devolatilisasi lignin pada suhu tinggi membakar senyawa volatil berat dan membentuk arang. Lignin terdekomposisi mulai
dari suhu 200ºC hingga 700ºC, tetapi daerah utama yang menghasilkan weight loss paling besar yaitu pada suhu tinggi. Pada suhu di atas 800ºC
24
arang akan bereaksi dengan karbondioksida dan menghasilkan abu pada suhu 900ºC .
Menurut Yang et al. 2007 yang menganalisis suhu pirolisis komponen selulosa, hemiselulosa dan lignin, hemiselulosa terdekomposisi
lebih mudah dan paling awal yaitu pada suhu 220ºC hingga 315ºC dimana maksimum laju massa bahan yang hilang 0,95
o
C pada suhu 268ºC. Dekomposisi selulosa pada suhu yang cukup tinggi 315-400ºC dengan
maksimum laju weight loss 2,84 ºC pada suhu 355ºC. Di antara ketiga komponen tersebut, lignin merupakan komponen yang paling sulit
terdekomposisi. Dekomposisi lignin terjadi sangat lambat dari suhu rendah sampai 900ºC dengan laju massa yang hilang di bawah 0,14 ºC.
Perbedaan struktur dan sifat kimia selulosa, hemiselulosa dan lignin menentukan proses dekomposisi. Hemiselulosa terdiri dari beberapa
sakarida xilosa, manosa, glukosa, galaktosa dan lain-lain, tampak acak, berstruktur amorf tak berbentuk dan memiliki banyak cabang sehingga
sangat mudah memecahkan struktur intinya dan mendegradasi senyawa volatil pada suhu rendah. Selulosa berbeda dengan hemiselulosa dimana
terdiri dari polimer glukosa yang panjang tanpa cabang, struktur tersusun rapi dan sangat kuat serta memiliki stabilitas panas yang tinggi sehingga
terdekomposisi pada suhu yang lebih tinggi, sedangkan lignin terdegradasi pada range suhu yang luas dan lebih tinggi 100-900ºC. Hal ini
dikarenakan struktur lignin terdiri dari cincin aromatik dengan beberapa cabang serta aktivitas ikatan kimianya yang tertutup dan sangat kuat.
Batang dan daun jagung yang memiliki karakteristik yang hampir sama, suhu degradasi senyawa-senyawanya juga terjadi pada suhu yang
relatif sama. Berdasarkan hasil analisis termogravimetrik batang dan daun jagung yang terdegradasi dari suhu 28ºC dan berakhir pada 980ºC
diperoleh suhu untuk pirolisis batang dan daun jagung yaitu 150, 250, 350, 450, 550, dan 650ºC.
25
B. HASIL PIROLISIS BATANG DAN DAUN JAGUNG
