Pembuatan dan karakterisasi katalis dari
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI KATALIS DARI
BENTONITE PACITAN UNTUK APLIKASI PEMBUATAN
BAHAN BAKAR SINTETIS DARI SAMPAH PLASTIK
Felycia Edi Soetaredjo, Herman Hindarso, Suryadi Ismadji
Jurusan Teknik Kimia Unika Widya Mandala Surabaya,
Kalijudan 37, Surabaya 60114
Abstrak
Bentonite adalah suatu jenis tanah liat yang terbentuk dari debu vulkanis yang telah mengalami
perubahan karena cuaca. Bentonite tersusun dari mineral-mineral smectite yang pada umumnya
adalah montmorillonite. Secara umum komposisi utama dari bentonit adalah SiO2 dan Al2O3,
sedangkan komposisi lainnya terdiri dari Fe2O3, MgO, CaO, K2O, Na2O dan LOI (Loss on Ignition).
Karena kandungan mineral yang beragam maka bentonite merupakan bahan baku yang sangat penting
bagi berbagai macam aplikasi industri. Pada penelitian ini, bentonite kami manfaatkan sebagai bahan
baku pembuatan katalis untuk aplikasi perengkahan plastik menjadi bahan bakar cair. Pembuatan
katalis dari bentonite dilakukan dengan cara aktivasi asam. Karakterisasi bentonite dan bentonite
termodifikasi (katalis) dilakukan dengan menggunakan XRD, nitrogen sorption, AAS, dan SEM.
Kemudian katalis yang dihasilkan digunakan untuk proses perengkahan sampah plastik. Variabelvariabel proses yang dipelajari adalah: jenis katalis dan suhu perengkahan. Karakterisasi bahan
bakar cair yang dihasilkan dilakukan dengan menggunakan gas kromatografi, kalorimeter bomb dan
beberapa uji fisik lainnya. Dari hasil percobaan yang diperoleh dapat disimpulkan bahwa katalis dari
bentonite cukup potensial untuk aplikasi pembuatan bahan bakar sintetis dari sampah. Pada suhu di
bawah 475oC produk cair yang dihasilkan dapat mencapai 60% dengan distribusi produk terbesar
adalah fraksi bensin.
Kata Kunci : Bentonite, katalis, karakterisasi
Abstract
Bentonite is clay generated frequently from the alteration of volcanic ash. Bentonite is consisting
predominantly of smectite minerals, usually montmorillonite.Generally the main composition in
bentonite is SiO2 and Al2O3, and also consits of other minerals such as Fe2O3, MgO, CaO, K2O,
Na2O and LOI (Loss on Ignition). Because of its composition make this clay a valuable material for
a wide range of uses and industrial application. In this study, we utilize the bentonite as the raw
material for preparation of catalyst for application in catalytic cracking of waste plastic to produce
liquid fuel. The preparation of catalyst from bentonite was conducted by modification of bentonite
using acid activation method. The characterization of bentonite and its modified form was conducted
using XRD, nitrogen sorption, AAS, and SEM methods. The catalyst produced was used for cracking
of waste plastic. Process variables studied were: type of catalyst and cracking temperature. The
characterization of the liquid fuel product was conducted using gas chromatography, bomb
calorimeter and several other physical test. The experimental results indicated that bentonite is
potentialas the raw material for catalyst for the production of synthetic liquid fuel from plastic
waste.At temperature below 475oC the liquid fuel produced was 60% with the highest product
distribution is gasoline fraction.
Keyword : Bentonite, catalyst, characterization
1. Pendahuluan
Dewasa
ini,
penggunaan
plastik
mengalami peningkatan yang sangat tinggi.
Penggunaan plastik dapat ditemui pada
kehidupan sehari-hari, contohnya pada kemasan
untuk makanan dan minuman, alat-alat rumah
tangga. Limbah plastik merupakan salah satu
limbah yang sulit terdegradasi secara natural.
Akibatnya jumlah sampah plastik semakin
meningkat dan menimbulkan permasalahan bagi
lingkungan yang cukup serius. Solusi untuk
mengatasi permasalahan ini adalah melakukan
daur ulang sampah plastik dengan berbagai
macam cara. Salah satu cara pemanfaatan sampah
plastik yang cukup potensial adalah merubah
menjadi bahan bakar melalui dekomposisi
thermal (Ahmed dan Gupta, 2009; Siddiqui,
2009; Paradela dkk, 2009) maupun secara
katalitis (Miskolczi dkk, 2009; de Marco dkk,
2009).
Dekomposisi thermal sampah plastik
menjadi bahan bakar cair membutuhkan energi
yang relatif tinggi dan dibutuhkan upgrading
pada produk yang dihasilkan. Dekomposisi
secara katalitis memberikan beberapa keuntungan
dibandingkan dengan dekomposisi secara
thermal yaitu dekomposisi berlangsung pada
suhu yang lebih rendah dan produk yang
dihasilkan merupakan hidrokarbon dengan
kandungan terbesar fraksi bahan bakar bensin dan
tidak diperlukan upgrading untuk produk yang
dihasilkan.
Sejauh ini katalis yang digunakan untuk
proses dekomposisi katalitis sampah plastik
menjadi bahan bakar cair adalah katalis berbasis
zeolite (de la Puente dan Sedran, 1998; Serrano
dkk, 2000; Manos dkk, 2001; Miskolczi dkk,
2009; de Marco dkk, 2009; Elordi dkk, 2009).
Katalis berbahan dasar silika ini memiliki
kelemahan yaitu struktur pori adalah mikropori
dan distribusi ukuran porinya sempit disamping
itu memiliki sifat asam yang kuat. Dengan dua
sifat tersebut, produk terbesar yang dihasilkan
pada degradasi katalitis sampah plastik adalah
berupa produk gas. Produk bahan bakar
berbentuk gas ini memiliki kelemahan dibanding
bahan bakar cair yaitu dalam hal transportasi dan
penyimpanan. Untuk itu perlu dilakukan suatu
penelitian mengenai pembuatan katalis dari
bahan baku yang memiliki tingkat keasaman
sedang dan ukuran pori yang merupakan
kombinasi mikropori dan makropori. Bentonite
merupakan salah satu alternatif bahan yang dapat
digunakan sebagai bahan dasar pembuatan katalis
untuk proses dekomposisi katalitis sampah
plastik menjadi bahan bakar cair.
Pada penelitian ini bentonite yang
digunakan adalah bentonite yang berasal dari
Pacitan jawa Timur. Bentonite tersedia melimpah
dengan harga yang sangat murah. Sehingga
dengan digunakannya bentonite sebagai bahan
baku pembuatan katalis maka bahan bakar cair
yang dihasilkan dari proses dekomposisi atau
perengkahan sampah plastik secara katalitis akan
mampu bersaing dengan bahan bakar cair yang
ada di pasaran seperti bensin, solar dan minyak
tanah.
2. Teori Dasar
Proses pirolisis adalah proses dekomposisi
termal material-material organik tanpa adanya
udara dari luar. Pirolisis sering juga disebut
dengan proses cracking, yaitu pemecahan
molekul-molekul hidrokarbon di dalam fasa gas
menjadi molekul-molekul yang lebih kecil. Hal
ini bisa dilakukan dengan metode thermal atau
catalytic. Dalam pirolisis, material-material
plastik dipanaskan pada suhu tinggi, sehingga
struktur-struktur molekulnya terpecah menjadi
molekul-molekul yang lebih kecil dan akan
terbentuk berbagai macam hidrokarbon.
Hasil dari proses pirolisis dapat dibedakan
menjadi 3 yaitu fraksi gas, fraksi solid dan fraksi
liquid. Fraksi liquid yang dihasilkan terdiri dari
parafin, olefin, naphtanes, dan senyawa aromatik.
Sedangkan fraksi gas yang dihasilkan terutama
terdiri dari metana, etana, propana, dan
hidrokarbon rantai C1-C4 dalam jumlah yang
cukup kecil.
Metode thermal cracking limbah plastik
adalah proses pirolisis yang hanya menggunakan
panas. Metode ini beroperasi pada tekanan
atmosphere dan pada suhu antara 500-850oC.
Beberapa kelebihan dari thermal cracking adalah
produk gas yang dihasilkan hanya sedikit, yaitu
sekitar 5 sampai 20 kali lebih sedikit jika
dibandingkan dengan incineration, menghasilkan
emisi yang lebih sedikit karena produk logam
beracun terkonsentrasi di dalam abu, dan tidak
dibutuhkan biaya untuk pembelian dan proses
regenerasi katalis. Selain memiliki kelebihan,
metode ini juga memiliki kekurangan yaitu energi
yang digunakan selama proses berjalan cukup
besar dan produk yang dihasilkan memiliki berat
molekul dengan range yang sangat luas
tergantung dengan kondisi yang digunakan.
Dalam skala industri, proses thermal cracking
tidak menguntungkan karena untuk mendapatkan
kualitas gasoline yang baik masih dibutuhkan
biaya untuk melakukan proses pemisahan
sehingga biaya keseluruhan menjadi sangat
mahal.
Untuk
mengatasi
permasalahan
selektivitas dari produk pirolisis diperlukan suatu
katalis yang disebut fluid cracking catalyst
(FCC). FCC akan meningkatkan jumlah senyawa
aromatik dan naphtene yang terbentuk.
Keuntungan lain dari penggunaan katalis adalah
temperatur pirolisis yang lebih rendah.
Penggunaan katalis menjadikan pirolisis limbah
plastik tidak hanya ramah bagi lingkungan
karena tidak menghasilkan emisis yang
berbahaya tetapi juga dapat memberikan
keuntungan bila diusahakan untuk menghasilkan
bahan bakar alternatif.
Dalam menggunakan katalis, diperlukan
adanya kontak antara plastik dengan katalis.
Ukuran plastik dan katalis harus cukup kecil
supaya keduanya dapat berkontak sesempurna
mungkin. Kontak ini dapat meningkatkan jumlah
produk liquid hasil pirolisis dan menyebabkannya
cenderung memiliki berat molekul yang rendah.
Kontak yang baik antara plastik dan polimer juga
memberikan laju reaksi yang tinggi.
3. Metodologi
Pada penelitian ini percobaan dilakukan
dalam 2 tahap, yaitu pembuatan katalis dan
karakterisasinya kemudian dilanjutkan dengan
tahap pembuatan bahan bakar cair dari sampah
plastik
dengan
menggunakan
metode
dekomposisi secara katalitis. Katalis K10
montmorillonite yang diperoleh dari SigmaAldrich dan bentonite yang belum diaktivasi
digunakan sebagai pembanding keefektifan
katalis dari bentonite pacitan.
Pembuatan katalis dan uji karakterisasinya
Bentonite yang digunakan sebagai bahan
baku pada penelitian ini diperoleh dari Pacitan.
Sebelum digunakan sebagai bahan baku katalis
terlebih dahulu bongkahan bentonite dikecilkan
ukran partikel nya hingga ukuran tertentu dengan
menggunakan hammer mill JUNKE and
KUNKEL. Kemudian untuk menghilangkan
kandungan senyawa organik yang terdapat dalam
bentonite dilakukan perendaman dalam larutan
H2O2 selama 24 jam. Setelah itu dilakukan
pencucian dan bentonite dikeringkan hingga
kadar air nya mencapai 12%. Setelah itu
dilakukan pengecilan ukuran hingga ukuran
partikel dari bentonite mencapai 60/80 mesh dan
selanjutnya serbuk bentonite tersebut disimpan
dalam desikator untuk penggunaan selanjutnya.
Pembuatan katalis dilakukan dengan cara
aktivasi asam dengan prosedur kerja sebagai
berikut: mula-mula 100 gram bentonite ditambah
dengan aquadest sehingga terbentuk slurry.
Kemudian ke dalam slurry ditambahkan asam
sulfat pekat (98%) dengan perbandingan
asam/bentonite
sebesar
0,35.
Kemudian
campuran dimasukkan ke dalam water bath
bersuhu 90oC sambil diaduk dan dipanaskan
selama 24 jam. Pada akhir waktu aktivasi
ditambahkan air dalam jumlah berlebih ke dalam
campuran untuk menghentikan reaksi aktivasi,
kemudian dipisahkan antara padatan dengan
cairan dengan cara centrifugasi. Padatan
kemudian
dicuci
berulang-ulang
untuk
menghilangkan sisa asam. Padatan kemudian
dikeringkan pada suhu 100oC selama 24 jam dan
selanjutnya dilakukan pengecilan ukuran partikel
hingga diperoleh partikel berukuran 60/80 mesh.
Karakterisasi dari bentonite, katalis
dengan aktivasi asam dan K10 montmorrilonite
dilakukan dengan menggunakan metode AAS,
XRD, dan adsorpsi nitrogen pada suhu -196OC.
Analisa komposis logam dilakukan dengan
menggunakan
Atomic
Absorption
Spectrophotometer,
AA6200
SHIMADZU.
Untuk analisa nitrogen adsorption digunakan
Quadrasorb SI, dan analisa XRD dilakukan
dengan menggunakan alat Rigaku Miniflex
Goniometer pada 30 kV dan 15 mA,
menggunakan radiasi Cu Kα pada rentang
pengukuran setiap 0.01o. Sedangkan karakterisasi
permukaan bentonite dan katalis bentonite
dilakukan dengan menggunakan JEOL JSM6300F field emission SEM.
Pembuatan bahan bakar cair dan uji
karakteristiknya
Secara garis besar langkah pembuatan
bahan bakar cair dari pirolisis limbah plastik
adalah sebagai berikut : mula-mula plastik dan
katalis dengan perbandingan berat tertentu
dimasukkan pada reaktor pirolisis yang
dilengkapi dengan alat pemanas, kontrol suhu,
kondensor, penampung tar dan gas, kemudian
dipanaskan dengan laju pemanasan yang tertentu
hingga tercapai suhu yang diinginkan.
Selanjutnya proses dijaga pada suhu konstan
tersebut selama waktu 30 menit atau hingga tidak
lagi terbentuk uap/gas. Selama proses pirolisis
akan terjadi peruraian plastik menjadi senyawasenyawa yang lebih sederhana. Produk yang
dihasilkan meliputi char (sisa padatan karbon
yang tidak terurai), uap yang dapat terkondensasi
disebut sebagai tar dan uap yang tidak dapat
terkondensasi disebut sebagai gas. Setelah proses
pirolisis berakhir, reaktor didinginkan sampai
suhu kamar dan produk char dan tar yang
dihasilkan ditimbang untuk mencari yieldnya.
Yield produk gas massanya didapatkan dari
neraca massa plastik awal dengan massa char dan
tar.
Berbagai macam produk yang didapatkan
dari pirolisis ini kemudian dianalisis untuk
mengetahui karakterisasinya, meliputi: yield,
densitas, nilai kalor yang dilakukan dengan
menggunakan Bomb Calorimeter dan GC. Proses
dekomposisi sampah plastik tanpa katalis dan
dengan adanya katalis juga dipelajari dengan
menggunakan alat TGA/DSC 1 STAR system
(Mettler toledo) dengan laju ramping dan cooling
10oC/menit sampai suhu 575oC pada kondisi
pengaliran gas nitrogen pada laju 20 mL/menit,
laju gas nitrogen dikontrol dengan menggunakan
gas comtroller GC200.
Sedangkan gambar 3 menunjukkan SEM katalis
yang terbuat dari bentonite yang telah mengalami
modifikasi dengan asam
4. Hasil dan Pembahasan
Karakterisasi katalis
Gambar 1 menunjukkan hubungan antara
pengaruh suhu terhadap dekomposisi plastik yang
diperoleh
dari
hasil
percobaan
yang
menggunakan TGA/DSC 1 STAR system
(Mettler toledo).
100
kehilangan berat, %
80
Gambar 3. SEM dari katalis bentonite
60
40
20
sampah plastik
sampah plastik + K10
sampah plastik + bentonite
sampah plastik + bentonite aktivasi asam
0
100
200
300
400
500
o
suhu, C
Dari gambar 2 dan 3 menunjukkan bahwa
struktur permukaan dari bentonite yang telah
mengalami aktivasi asam secara garis besar tidak
mengalami perubahan yang berarti jika
dibandingkan dengan bentonite awal.
Kurva adsorpsi nitrogen untuk bentonite
awal dan katalis yang terbuat dari bentonite dapat
dilihat pada gambar 4 berikut ini
Gambar 1. Kurva TGA untuk dekomposisi
sampah plastik + katalis
Dari gambar 1 terlihat bahwa bentonite
mempunyai kemampuan sebagai katalis yaitu
menurunkan suhu aktivasi proses perengkahan
atau dekomposisi sampah plastik sehingga proses
perengkahan sampah plastik dapat berlangsung
pada suhu yang lebih rendah. Aktivasi asam
bentonite pacitan mempunyai kemampuan untuk
menurunkan energi aktivasi yang lebih baik dari
komersial katalis K10 montmorillonite ditandai
dengan lebih rendahnya suhu perengkahan seperti
terlihat pada gambar 1.
Karateristik bentonite dan katalis
Gambar 2 memperlihatkan karakteristik
permukaan bentonite
Gambar 2. SEM dari bentonite
volume gas N2 teradsorp, cm3/g STP
200
180
Bentonite awal
Katalis dari bentonite
160
140
120
100
80
60
40
20
0
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
p/po
Gambar 4. Isotherm adsorpsi gas nitrogen
pada bentonite dan katalis dari bentonite
Dari hasil karakterisasi dengan menggunakan
adsorpsi gas nitrogen pada suhu -196oC diperoleh
luas permukaan BET untuk bentonite awal adalah
sebesar 91,627 m2/g dan volume total pori
sebesar 0.705 cm3/g. Aktivasi bentonite dengan
asam merubah luas permukaan BET menjadi 281
m2/g dan volume total pori berubah menjadi
0.916 cm3/g.
Aktivasi dengan menggunakan asam sulfat
pada suhu yang cukup tinggi (mild condition)
akan merusak strukture dari bentonite karena
unsur-unsur besi, aluminium, magnesium dan
lain-lain yang terdapat dalam struktur lapisan
oktahedral bentonite akan terlarut sehingga akan
terbentuk rongga-rongga baru pada struktur
bentonite sehingga meningkatkan luas permukaan
dan volume pori total bentonite teraktivasi.
Proses aktivasi ini juga meningkatkan surface
acidity dari bentonite dari 0,23 mmol/g menjadi
0,71 mmol/g.
Analisa elemental dan cation exchange
capacity (CEC) dari bentonite dan katalis yang
digunakan pada penelitian ini dapat dilihat pada
Tabel 1 berikut ini
sedangkan produk padatan merupakan sisa
dekomposisi dari sampah plastik terdiri dari
senyawa-senyawa inorganik dan sisa karbon
(coke). Sampah plastik yang terkonversi menjadi
produk cair dan gas pada berbagai macam suhu
dapat dilihat pada gambar 5 dan 6
70
Sampah plastik
Sampah plastik + bentonite
Sampah plastik + K10 Montmorillonite
Sampah plastik + bentonite aktivasi asam
Tabel 1. Komposisi dan CEC dari bentonite
dan katalis
Bahan
SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO CEC
(%) (%)
(%)
(%)
(meq/g)
Bentonite 54.7 18.2
11.2
2.1
0.62
Bentonite 70.3 14.6
3.1
1.6
0.33
aktivasi
asam
K10
72.8 14.1
2.6
1.2
0.31
Liquid terbentuk, %
60
50
40
30
20
10
0
100
200
300
400
500
600
o
Suhu dekomposisi, C
Tabel 2. Basal spacing bentonite dan katalis
Bahan
d001 (A)
Bentonite
13.21
Katalis bentonite
16.42
K10
-
Gambar 5. Produk liquid yang dihasilkan
pada dekomposisi sampah plastik pada
berbagai macam suhu
100
Sampah plastik
Sampah plastik + bentonite
Sampah plastik + K10 Monmorillonite
Sampah plastik + bentonite aktivasi asam
80
Gas terbentuk, %
Dari Tabel 1 terlihat bahwa aktivasi dengan
menggunakan asam menurunkan harga cation
exchange capacity (CEC) dari katalis bentonite.
Penurunan harga CEC ini disebabkan karena
kation-kation yang dapat saling bertukar
(exchangeable cations) pada bentonite telah
digantikan oleh kation H+ dari asam.
Basal spacing bentonite dan katalis yang
diukur dengan menggunakan metode XRD
disajikan pada Tabel 2.
60
40
20
0
100
Bergesernya nilai basal spacing dari bentonite
setelah mendapat perlakuan asam disebabkan
karena dekomposisi partial dari lapisan bentonite
karena pengaruh asam.
Dekomposisi katalitis sampah plastik
Komposisi elemental dari sampah plastik
(dinyatakan dalam % berat) yang akan
didekomposisi adalah sebagai berikut
Tabel 3. Komposisi elemental sampah plastik
dan nilai kalor total (MJ/kg)
C
H
N
S inorganic other GCV
81,4 13,5 1,6 0,2
2,4
0,8
42,1
Dari tabel 3 terlihat bahwa sampah plastik yang
digunakan mengandung sejumlah kecil bahan anorganik dan komponen lain yang tidak diketahui
(kemungkinan adalah senyawa Cl).
Pada percobaan ini konversi sampah
plastik yang terdekomposisi menjadi produk gas
dan cair dinyatakan dalam persen berat
200
300
400
500
600
o
Suhu dekomposisi, C
Gambar 6. Produk gas yang dihasilkan pada
dekomposisi sampah plastik pada berbagai
macam suhu
Dari gambar 5 dan 6 terlihat bahwa pada
perengkahan sampah plastik secara termal produk
yang dihasilkan sebagian besar adalah produk
gas. Tanpa adanya katalis energy aktivasi untuk
proses dekomposisi polimer menjadi senyawasenyawa yang lebih sederhana cukup tinggi
sehingga suhu dekomposisinya juga cukup tinggi.
Pada dekomposisi secara thermal ini juga terjadi
secondary reaction dimana produk liquid yang
terbentuk akan terdekomposisi kembali menjadi
produk yang lebih sederhana yaitu produk gas.
Dengan penambahan bentonite sebagai
terlihat produk zat cair mengalami peningkatan
yang cukup berarti sedangkan produk gas
mengalami penurunan, fenomena ini menunjukan
bahwa bentonite dari Pacitan memiliki suatu
potensi untuk digunakan sebagai katalis pada
pembuatan bahan bakar cair sintetis dari sampah
plastik. Proses aktivasi bentonite dengan
menggunakan asam kuat pekat (H2SO4) pada
suhu yang cukup tinggi meningkatkan
kemampuan bentonite sebagai katalis yang
efektif untuk pembuatan bahan bakar cair sintetis
dari sampah plastik seperti terlihat pada gambar 5
dan 6. Di sini terlihat bahwa katalis bentonite
dengan aktivasi asam memiliki selektivitas yang
tinggi untuk pembentukan produk cair.
Kefektifan katalis dari aktivasi bentonite pacitan
ini lebih tinggi bila dibandingkan katalis
komersial K10 montmorillonite.
Untuk mempelajari pengaruh katalis
terhadap karakteristik produk cair yang
dihasilkan dari dekomposisi sampah plastik,
seluruh komponen yang terdapat dalam produk
cair termasuk komponen-komponen yang luas
area nya < 0,1 % diidentifikasi dengan
menggunakan GCMS-QP2010P SHIMADZU.
Komponen-komponen
yang
teridentifikasi
dikelompokan berdasarkan jumlah atom karbon
yaitu C5-C9, C10-C13, dan fraksi yang lebih besar
dari C13. Hasil identifikasi produk cair
dekomposisi sampah plastik dapat dilihat pada
tabel 4 berikut ini
Tabel 4. Indentifikasi senyawa-senyawa dalam
produk cair dekomposisi sampah plastik
C5-C9
C10-C13
>C13
% Area
% Area
% Area
SP
68,6
10,4
8,5
SP +
72,4
12,1
11,0
bentonite
SP + K10
82,0
5,6
10,7
81.4
11,0
7,3
SP +
bentonite
aktivasi
asam
*keterangan SP adalah sampah plastik
Dari tabel 4 dapat dilihat bahwa bahwa
dekomposisi
sampah
plastik
dengan
menggunakan katalis akan menghasilkan produk
dengan fraksi terbesar adalah fraksi bahan bakar
bensin (C5-C9) dan minyak berat (>C13) fraksinya
cukup rendah.
5. Kesimpulan
Dari hasil percobaan yang dilakukan
beberapa kesimpulan yang dapat diperoleh
adalah:
Bentonite pacitan mempunyai nilai potensial
untuk digunakan sebagai bahan baku
pembuatan katalis untuk proses dekomposisi
sampah plastik menjadi bahan bakar cair
Aktivasi dengan menggunakan asam pada
bentonite pacitan dapat meningkatkan
selektifitas bentonite untuk menghasilkan
produk cair.
Fraksi terbesar dari produk cair yang
dihasilkan dari dekomposisi sampah plastik
adalah fraksi bensin.
Ucapan Terima Kasih
Penulis mengucapkan terima kasih kepada
Dirjen DIKTI atas pembiayaan penelitian ini
melalui proyek Hibah Bersaing DIKTI dengan
Surat Perjanjian Pelaksanaan Hibah Penelitian
Nomor: 111/SP2H/PP/DP2M/IV/2009, tanggal 6
April 2009.
Daftar Pustaka
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
Ahmed, I.I., dan Gupta, A.K., (2009),
“Hydrogen production from polystyrene
pyrolysis and gasification: characteristics
and kinetics”, International Journal of
Hydrogen Energy, 34, hal. 6253-6264
de Marco, I., Caballero, B.M., Lopez, A.,
Laresgoiti, M.F., Torres, A., Chomon,
M.J., (2009),”Pyrolysis of the rejects of a
waste
packaging
separation
and
classification plant”, Journal of Analytical
and Applied Pyrolisis, 85, 384-391
de la Puente, G., dan Sedran, U., (1998),
“Recycling polystyrene into fuels by
means of FCC: performance of various
acidic catalyst”, Applied Catalysis B:
Environmental, 19, hal. 305-311
Elordi, G., Olazar, M., Lopez, G., Amutio,
M., Artetxe, M., Aguado, R., dan Bilbao,
J., (2009), “Catalytic pyrolysis of HDPE
in continuous mode over zeolite catalyst
in a conical spouted bed reactor”, Journal
of Analytical and Applied Pyrolisis, 85,
hal. 345-351
Manos, G., Yusof, I.Y., Papayannakos, N.,
dan Gangas, N.H., (2001), “Catalytic
cracking of ploethyelene over clay
catalyst. Comparison with ultrastable Y
zeolite”, Industrial and Engineering
Chemistry Research, 40, hal. 2220-2225
Miskolczi, N., Angyal, A., Bartha, L., dan
Valkai, L., (2009), “Fuels by pyrolysis of
waste plastic from agricultural dan
packaging sectors in a pilot scale
reaktors”, Fuel Processing Technology,
90, hal. 1032-1040
Paradela, F., Pinto, F., Ramos, A.M.,
Gulyurtlu, I., dan Cabrita, I., (2009),
“Study of slow batch pyrolysis of
mixtures of plastics, tyres, and forestry
biomass wastes”, Journal of Analytical
and Applied Pyrolisis, 85, hal. 392-398.
[8]
[9]
Serrano, D.P., Aguado, J., dan Escola,
J.M., (2000), “Catalytic conversion of
polystyrene over HMCM-41, HZSM-5
and amorphous SiO2-Al2O3: comparison
with thermal cracking”, Applied Catalysis
B: Environmental, 25, hal. 181-189
Siddiqui, M.N., (2009),”Conversion of
hazardous plastic waste into useful
chemical products”, Jounal of Hazardous
Materials, 167, hal. 728-735.
BENTONITE PACITAN UNTUK APLIKASI PEMBUATAN
BAHAN BAKAR SINTETIS DARI SAMPAH PLASTIK
Felycia Edi Soetaredjo, Herman Hindarso, Suryadi Ismadji
Jurusan Teknik Kimia Unika Widya Mandala Surabaya,
Kalijudan 37, Surabaya 60114
Abstrak
Bentonite adalah suatu jenis tanah liat yang terbentuk dari debu vulkanis yang telah mengalami
perubahan karena cuaca. Bentonite tersusun dari mineral-mineral smectite yang pada umumnya
adalah montmorillonite. Secara umum komposisi utama dari bentonit adalah SiO2 dan Al2O3,
sedangkan komposisi lainnya terdiri dari Fe2O3, MgO, CaO, K2O, Na2O dan LOI (Loss on Ignition).
Karena kandungan mineral yang beragam maka bentonite merupakan bahan baku yang sangat penting
bagi berbagai macam aplikasi industri. Pada penelitian ini, bentonite kami manfaatkan sebagai bahan
baku pembuatan katalis untuk aplikasi perengkahan plastik menjadi bahan bakar cair. Pembuatan
katalis dari bentonite dilakukan dengan cara aktivasi asam. Karakterisasi bentonite dan bentonite
termodifikasi (katalis) dilakukan dengan menggunakan XRD, nitrogen sorption, AAS, dan SEM.
Kemudian katalis yang dihasilkan digunakan untuk proses perengkahan sampah plastik. Variabelvariabel proses yang dipelajari adalah: jenis katalis dan suhu perengkahan. Karakterisasi bahan
bakar cair yang dihasilkan dilakukan dengan menggunakan gas kromatografi, kalorimeter bomb dan
beberapa uji fisik lainnya. Dari hasil percobaan yang diperoleh dapat disimpulkan bahwa katalis dari
bentonite cukup potensial untuk aplikasi pembuatan bahan bakar sintetis dari sampah. Pada suhu di
bawah 475oC produk cair yang dihasilkan dapat mencapai 60% dengan distribusi produk terbesar
adalah fraksi bensin.
Kata Kunci : Bentonite, katalis, karakterisasi
Abstract
Bentonite is clay generated frequently from the alteration of volcanic ash. Bentonite is consisting
predominantly of smectite minerals, usually montmorillonite.Generally the main composition in
bentonite is SiO2 and Al2O3, and also consits of other minerals such as Fe2O3, MgO, CaO, K2O,
Na2O and LOI (Loss on Ignition). Because of its composition make this clay a valuable material for
a wide range of uses and industrial application. In this study, we utilize the bentonite as the raw
material for preparation of catalyst for application in catalytic cracking of waste plastic to produce
liquid fuel. The preparation of catalyst from bentonite was conducted by modification of bentonite
using acid activation method. The characterization of bentonite and its modified form was conducted
using XRD, nitrogen sorption, AAS, and SEM methods. The catalyst produced was used for cracking
of waste plastic. Process variables studied were: type of catalyst and cracking temperature. The
characterization of the liquid fuel product was conducted using gas chromatography, bomb
calorimeter and several other physical test. The experimental results indicated that bentonite is
potentialas the raw material for catalyst for the production of synthetic liquid fuel from plastic
waste.At temperature below 475oC the liquid fuel produced was 60% with the highest product
distribution is gasoline fraction.
Keyword : Bentonite, catalyst, characterization
1. Pendahuluan
Dewasa
ini,
penggunaan
plastik
mengalami peningkatan yang sangat tinggi.
Penggunaan plastik dapat ditemui pada
kehidupan sehari-hari, contohnya pada kemasan
untuk makanan dan minuman, alat-alat rumah
tangga. Limbah plastik merupakan salah satu
limbah yang sulit terdegradasi secara natural.
Akibatnya jumlah sampah plastik semakin
meningkat dan menimbulkan permasalahan bagi
lingkungan yang cukup serius. Solusi untuk
mengatasi permasalahan ini adalah melakukan
daur ulang sampah plastik dengan berbagai
macam cara. Salah satu cara pemanfaatan sampah
plastik yang cukup potensial adalah merubah
menjadi bahan bakar melalui dekomposisi
thermal (Ahmed dan Gupta, 2009; Siddiqui,
2009; Paradela dkk, 2009) maupun secara
katalitis (Miskolczi dkk, 2009; de Marco dkk,
2009).
Dekomposisi thermal sampah plastik
menjadi bahan bakar cair membutuhkan energi
yang relatif tinggi dan dibutuhkan upgrading
pada produk yang dihasilkan. Dekomposisi
secara katalitis memberikan beberapa keuntungan
dibandingkan dengan dekomposisi secara
thermal yaitu dekomposisi berlangsung pada
suhu yang lebih rendah dan produk yang
dihasilkan merupakan hidrokarbon dengan
kandungan terbesar fraksi bahan bakar bensin dan
tidak diperlukan upgrading untuk produk yang
dihasilkan.
Sejauh ini katalis yang digunakan untuk
proses dekomposisi katalitis sampah plastik
menjadi bahan bakar cair adalah katalis berbasis
zeolite (de la Puente dan Sedran, 1998; Serrano
dkk, 2000; Manos dkk, 2001; Miskolczi dkk,
2009; de Marco dkk, 2009; Elordi dkk, 2009).
Katalis berbahan dasar silika ini memiliki
kelemahan yaitu struktur pori adalah mikropori
dan distribusi ukuran porinya sempit disamping
itu memiliki sifat asam yang kuat. Dengan dua
sifat tersebut, produk terbesar yang dihasilkan
pada degradasi katalitis sampah plastik adalah
berupa produk gas. Produk bahan bakar
berbentuk gas ini memiliki kelemahan dibanding
bahan bakar cair yaitu dalam hal transportasi dan
penyimpanan. Untuk itu perlu dilakukan suatu
penelitian mengenai pembuatan katalis dari
bahan baku yang memiliki tingkat keasaman
sedang dan ukuran pori yang merupakan
kombinasi mikropori dan makropori. Bentonite
merupakan salah satu alternatif bahan yang dapat
digunakan sebagai bahan dasar pembuatan katalis
untuk proses dekomposisi katalitis sampah
plastik menjadi bahan bakar cair.
Pada penelitian ini bentonite yang
digunakan adalah bentonite yang berasal dari
Pacitan jawa Timur. Bentonite tersedia melimpah
dengan harga yang sangat murah. Sehingga
dengan digunakannya bentonite sebagai bahan
baku pembuatan katalis maka bahan bakar cair
yang dihasilkan dari proses dekomposisi atau
perengkahan sampah plastik secara katalitis akan
mampu bersaing dengan bahan bakar cair yang
ada di pasaran seperti bensin, solar dan minyak
tanah.
2. Teori Dasar
Proses pirolisis adalah proses dekomposisi
termal material-material organik tanpa adanya
udara dari luar. Pirolisis sering juga disebut
dengan proses cracking, yaitu pemecahan
molekul-molekul hidrokarbon di dalam fasa gas
menjadi molekul-molekul yang lebih kecil. Hal
ini bisa dilakukan dengan metode thermal atau
catalytic. Dalam pirolisis, material-material
plastik dipanaskan pada suhu tinggi, sehingga
struktur-struktur molekulnya terpecah menjadi
molekul-molekul yang lebih kecil dan akan
terbentuk berbagai macam hidrokarbon.
Hasil dari proses pirolisis dapat dibedakan
menjadi 3 yaitu fraksi gas, fraksi solid dan fraksi
liquid. Fraksi liquid yang dihasilkan terdiri dari
parafin, olefin, naphtanes, dan senyawa aromatik.
Sedangkan fraksi gas yang dihasilkan terutama
terdiri dari metana, etana, propana, dan
hidrokarbon rantai C1-C4 dalam jumlah yang
cukup kecil.
Metode thermal cracking limbah plastik
adalah proses pirolisis yang hanya menggunakan
panas. Metode ini beroperasi pada tekanan
atmosphere dan pada suhu antara 500-850oC.
Beberapa kelebihan dari thermal cracking adalah
produk gas yang dihasilkan hanya sedikit, yaitu
sekitar 5 sampai 20 kali lebih sedikit jika
dibandingkan dengan incineration, menghasilkan
emisi yang lebih sedikit karena produk logam
beracun terkonsentrasi di dalam abu, dan tidak
dibutuhkan biaya untuk pembelian dan proses
regenerasi katalis. Selain memiliki kelebihan,
metode ini juga memiliki kekurangan yaitu energi
yang digunakan selama proses berjalan cukup
besar dan produk yang dihasilkan memiliki berat
molekul dengan range yang sangat luas
tergantung dengan kondisi yang digunakan.
Dalam skala industri, proses thermal cracking
tidak menguntungkan karena untuk mendapatkan
kualitas gasoline yang baik masih dibutuhkan
biaya untuk melakukan proses pemisahan
sehingga biaya keseluruhan menjadi sangat
mahal.
Untuk
mengatasi
permasalahan
selektivitas dari produk pirolisis diperlukan suatu
katalis yang disebut fluid cracking catalyst
(FCC). FCC akan meningkatkan jumlah senyawa
aromatik dan naphtene yang terbentuk.
Keuntungan lain dari penggunaan katalis adalah
temperatur pirolisis yang lebih rendah.
Penggunaan katalis menjadikan pirolisis limbah
plastik tidak hanya ramah bagi lingkungan
karena tidak menghasilkan emisis yang
berbahaya tetapi juga dapat memberikan
keuntungan bila diusahakan untuk menghasilkan
bahan bakar alternatif.
Dalam menggunakan katalis, diperlukan
adanya kontak antara plastik dengan katalis.
Ukuran plastik dan katalis harus cukup kecil
supaya keduanya dapat berkontak sesempurna
mungkin. Kontak ini dapat meningkatkan jumlah
produk liquid hasil pirolisis dan menyebabkannya
cenderung memiliki berat molekul yang rendah.
Kontak yang baik antara plastik dan polimer juga
memberikan laju reaksi yang tinggi.
3. Metodologi
Pada penelitian ini percobaan dilakukan
dalam 2 tahap, yaitu pembuatan katalis dan
karakterisasinya kemudian dilanjutkan dengan
tahap pembuatan bahan bakar cair dari sampah
plastik
dengan
menggunakan
metode
dekomposisi secara katalitis. Katalis K10
montmorillonite yang diperoleh dari SigmaAldrich dan bentonite yang belum diaktivasi
digunakan sebagai pembanding keefektifan
katalis dari bentonite pacitan.
Pembuatan katalis dan uji karakterisasinya
Bentonite yang digunakan sebagai bahan
baku pada penelitian ini diperoleh dari Pacitan.
Sebelum digunakan sebagai bahan baku katalis
terlebih dahulu bongkahan bentonite dikecilkan
ukran partikel nya hingga ukuran tertentu dengan
menggunakan hammer mill JUNKE and
KUNKEL. Kemudian untuk menghilangkan
kandungan senyawa organik yang terdapat dalam
bentonite dilakukan perendaman dalam larutan
H2O2 selama 24 jam. Setelah itu dilakukan
pencucian dan bentonite dikeringkan hingga
kadar air nya mencapai 12%. Setelah itu
dilakukan pengecilan ukuran hingga ukuran
partikel dari bentonite mencapai 60/80 mesh dan
selanjutnya serbuk bentonite tersebut disimpan
dalam desikator untuk penggunaan selanjutnya.
Pembuatan katalis dilakukan dengan cara
aktivasi asam dengan prosedur kerja sebagai
berikut: mula-mula 100 gram bentonite ditambah
dengan aquadest sehingga terbentuk slurry.
Kemudian ke dalam slurry ditambahkan asam
sulfat pekat (98%) dengan perbandingan
asam/bentonite
sebesar
0,35.
Kemudian
campuran dimasukkan ke dalam water bath
bersuhu 90oC sambil diaduk dan dipanaskan
selama 24 jam. Pada akhir waktu aktivasi
ditambahkan air dalam jumlah berlebih ke dalam
campuran untuk menghentikan reaksi aktivasi,
kemudian dipisahkan antara padatan dengan
cairan dengan cara centrifugasi. Padatan
kemudian
dicuci
berulang-ulang
untuk
menghilangkan sisa asam. Padatan kemudian
dikeringkan pada suhu 100oC selama 24 jam dan
selanjutnya dilakukan pengecilan ukuran partikel
hingga diperoleh partikel berukuran 60/80 mesh.
Karakterisasi dari bentonite, katalis
dengan aktivasi asam dan K10 montmorrilonite
dilakukan dengan menggunakan metode AAS,
XRD, dan adsorpsi nitrogen pada suhu -196OC.
Analisa komposis logam dilakukan dengan
menggunakan
Atomic
Absorption
Spectrophotometer,
AA6200
SHIMADZU.
Untuk analisa nitrogen adsorption digunakan
Quadrasorb SI, dan analisa XRD dilakukan
dengan menggunakan alat Rigaku Miniflex
Goniometer pada 30 kV dan 15 mA,
menggunakan radiasi Cu Kα pada rentang
pengukuran setiap 0.01o. Sedangkan karakterisasi
permukaan bentonite dan katalis bentonite
dilakukan dengan menggunakan JEOL JSM6300F field emission SEM.
Pembuatan bahan bakar cair dan uji
karakteristiknya
Secara garis besar langkah pembuatan
bahan bakar cair dari pirolisis limbah plastik
adalah sebagai berikut : mula-mula plastik dan
katalis dengan perbandingan berat tertentu
dimasukkan pada reaktor pirolisis yang
dilengkapi dengan alat pemanas, kontrol suhu,
kondensor, penampung tar dan gas, kemudian
dipanaskan dengan laju pemanasan yang tertentu
hingga tercapai suhu yang diinginkan.
Selanjutnya proses dijaga pada suhu konstan
tersebut selama waktu 30 menit atau hingga tidak
lagi terbentuk uap/gas. Selama proses pirolisis
akan terjadi peruraian plastik menjadi senyawasenyawa yang lebih sederhana. Produk yang
dihasilkan meliputi char (sisa padatan karbon
yang tidak terurai), uap yang dapat terkondensasi
disebut sebagai tar dan uap yang tidak dapat
terkondensasi disebut sebagai gas. Setelah proses
pirolisis berakhir, reaktor didinginkan sampai
suhu kamar dan produk char dan tar yang
dihasilkan ditimbang untuk mencari yieldnya.
Yield produk gas massanya didapatkan dari
neraca massa plastik awal dengan massa char dan
tar.
Berbagai macam produk yang didapatkan
dari pirolisis ini kemudian dianalisis untuk
mengetahui karakterisasinya, meliputi: yield,
densitas, nilai kalor yang dilakukan dengan
menggunakan Bomb Calorimeter dan GC. Proses
dekomposisi sampah plastik tanpa katalis dan
dengan adanya katalis juga dipelajari dengan
menggunakan alat TGA/DSC 1 STAR system
(Mettler toledo) dengan laju ramping dan cooling
10oC/menit sampai suhu 575oC pada kondisi
pengaliran gas nitrogen pada laju 20 mL/menit,
laju gas nitrogen dikontrol dengan menggunakan
gas comtroller GC200.
Sedangkan gambar 3 menunjukkan SEM katalis
yang terbuat dari bentonite yang telah mengalami
modifikasi dengan asam
4. Hasil dan Pembahasan
Karakterisasi katalis
Gambar 1 menunjukkan hubungan antara
pengaruh suhu terhadap dekomposisi plastik yang
diperoleh
dari
hasil
percobaan
yang
menggunakan TGA/DSC 1 STAR system
(Mettler toledo).
100
kehilangan berat, %
80
Gambar 3. SEM dari katalis bentonite
60
40
20
sampah plastik
sampah plastik + K10
sampah plastik + bentonite
sampah plastik + bentonite aktivasi asam
0
100
200
300
400
500
o
suhu, C
Dari gambar 2 dan 3 menunjukkan bahwa
struktur permukaan dari bentonite yang telah
mengalami aktivasi asam secara garis besar tidak
mengalami perubahan yang berarti jika
dibandingkan dengan bentonite awal.
Kurva adsorpsi nitrogen untuk bentonite
awal dan katalis yang terbuat dari bentonite dapat
dilihat pada gambar 4 berikut ini
Gambar 1. Kurva TGA untuk dekomposisi
sampah plastik + katalis
Dari gambar 1 terlihat bahwa bentonite
mempunyai kemampuan sebagai katalis yaitu
menurunkan suhu aktivasi proses perengkahan
atau dekomposisi sampah plastik sehingga proses
perengkahan sampah plastik dapat berlangsung
pada suhu yang lebih rendah. Aktivasi asam
bentonite pacitan mempunyai kemampuan untuk
menurunkan energi aktivasi yang lebih baik dari
komersial katalis K10 montmorillonite ditandai
dengan lebih rendahnya suhu perengkahan seperti
terlihat pada gambar 1.
Karateristik bentonite dan katalis
Gambar 2 memperlihatkan karakteristik
permukaan bentonite
Gambar 2. SEM dari bentonite
volume gas N2 teradsorp, cm3/g STP
200
180
Bentonite awal
Katalis dari bentonite
160
140
120
100
80
60
40
20
0
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
p/po
Gambar 4. Isotherm adsorpsi gas nitrogen
pada bentonite dan katalis dari bentonite
Dari hasil karakterisasi dengan menggunakan
adsorpsi gas nitrogen pada suhu -196oC diperoleh
luas permukaan BET untuk bentonite awal adalah
sebesar 91,627 m2/g dan volume total pori
sebesar 0.705 cm3/g. Aktivasi bentonite dengan
asam merubah luas permukaan BET menjadi 281
m2/g dan volume total pori berubah menjadi
0.916 cm3/g.
Aktivasi dengan menggunakan asam sulfat
pada suhu yang cukup tinggi (mild condition)
akan merusak strukture dari bentonite karena
unsur-unsur besi, aluminium, magnesium dan
lain-lain yang terdapat dalam struktur lapisan
oktahedral bentonite akan terlarut sehingga akan
terbentuk rongga-rongga baru pada struktur
bentonite sehingga meningkatkan luas permukaan
dan volume pori total bentonite teraktivasi.
Proses aktivasi ini juga meningkatkan surface
acidity dari bentonite dari 0,23 mmol/g menjadi
0,71 mmol/g.
Analisa elemental dan cation exchange
capacity (CEC) dari bentonite dan katalis yang
digunakan pada penelitian ini dapat dilihat pada
Tabel 1 berikut ini
sedangkan produk padatan merupakan sisa
dekomposisi dari sampah plastik terdiri dari
senyawa-senyawa inorganik dan sisa karbon
(coke). Sampah plastik yang terkonversi menjadi
produk cair dan gas pada berbagai macam suhu
dapat dilihat pada gambar 5 dan 6
70
Sampah plastik
Sampah plastik + bentonite
Sampah plastik + K10 Montmorillonite
Sampah plastik + bentonite aktivasi asam
Tabel 1. Komposisi dan CEC dari bentonite
dan katalis
Bahan
SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO CEC
(%) (%)
(%)
(%)
(meq/g)
Bentonite 54.7 18.2
11.2
2.1
0.62
Bentonite 70.3 14.6
3.1
1.6
0.33
aktivasi
asam
K10
72.8 14.1
2.6
1.2
0.31
Liquid terbentuk, %
60
50
40
30
20
10
0
100
200
300
400
500
600
o
Suhu dekomposisi, C
Tabel 2. Basal spacing bentonite dan katalis
Bahan
d001 (A)
Bentonite
13.21
Katalis bentonite
16.42
K10
-
Gambar 5. Produk liquid yang dihasilkan
pada dekomposisi sampah plastik pada
berbagai macam suhu
100
Sampah plastik
Sampah plastik + bentonite
Sampah plastik + K10 Monmorillonite
Sampah plastik + bentonite aktivasi asam
80
Gas terbentuk, %
Dari Tabel 1 terlihat bahwa aktivasi dengan
menggunakan asam menurunkan harga cation
exchange capacity (CEC) dari katalis bentonite.
Penurunan harga CEC ini disebabkan karena
kation-kation yang dapat saling bertukar
(exchangeable cations) pada bentonite telah
digantikan oleh kation H+ dari asam.
Basal spacing bentonite dan katalis yang
diukur dengan menggunakan metode XRD
disajikan pada Tabel 2.
60
40
20
0
100
Bergesernya nilai basal spacing dari bentonite
setelah mendapat perlakuan asam disebabkan
karena dekomposisi partial dari lapisan bentonite
karena pengaruh asam.
Dekomposisi katalitis sampah plastik
Komposisi elemental dari sampah plastik
(dinyatakan dalam % berat) yang akan
didekomposisi adalah sebagai berikut
Tabel 3. Komposisi elemental sampah plastik
dan nilai kalor total (MJ/kg)
C
H
N
S inorganic other GCV
81,4 13,5 1,6 0,2
2,4
0,8
42,1
Dari tabel 3 terlihat bahwa sampah plastik yang
digunakan mengandung sejumlah kecil bahan anorganik dan komponen lain yang tidak diketahui
(kemungkinan adalah senyawa Cl).
Pada percobaan ini konversi sampah
plastik yang terdekomposisi menjadi produk gas
dan cair dinyatakan dalam persen berat
200
300
400
500
600
o
Suhu dekomposisi, C
Gambar 6. Produk gas yang dihasilkan pada
dekomposisi sampah plastik pada berbagai
macam suhu
Dari gambar 5 dan 6 terlihat bahwa pada
perengkahan sampah plastik secara termal produk
yang dihasilkan sebagian besar adalah produk
gas. Tanpa adanya katalis energy aktivasi untuk
proses dekomposisi polimer menjadi senyawasenyawa yang lebih sederhana cukup tinggi
sehingga suhu dekomposisinya juga cukup tinggi.
Pada dekomposisi secara thermal ini juga terjadi
secondary reaction dimana produk liquid yang
terbentuk akan terdekomposisi kembali menjadi
produk yang lebih sederhana yaitu produk gas.
Dengan penambahan bentonite sebagai
terlihat produk zat cair mengalami peningkatan
yang cukup berarti sedangkan produk gas
mengalami penurunan, fenomena ini menunjukan
bahwa bentonite dari Pacitan memiliki suatu
potensi untuk digunakan sebagai katalis pada
pembuatan bahan bakar cair sintetis dari sampah
plastik. Proses aktivasi bentonite dengan
menggunakan asam kuat pekat (H2SO4) pada
suhu yang cukup tinggi meningkatkan
kemampuan bentonite sebagai katalis yang
efektif untuk pembuatan bahan bakar cair sintetis
dari sampah plastik seperti terlihat pada gambar 5
dan 6. Di sini terlihat bahwa katalis bentonite
dengan aktivasi asam memiliki selektivitas yang
tinggi untuk pembentukan produk cair.
Kefektifan katalis dari aktivasi bentonite pacitan
ini lebih tinggi bila dibandingkan katalis
komersial K10 montmorillonite.
Untuk mempelajari pengaruh katalis
terhadap karakteristik produk cair yang
dihasilkan dari dekomposisi sampah plastik,
seluruh komponen yang terdapat dalam produk
cair termasuk komponen-komponen yang luas
area nya < 0,1 % diidentifikasi dengan
menggunakan GCMS-QP2010P SHIMADZU.
Komponen-komponen
yang
teridentifikasi
dikelompokan berdasarkan jumlah atom karbon
yaitu C5-C9, C10-C13, dan fraksi yang lebih besar
dari C13. Hasil identifikasi produk cair
dekomposisi sampah plastik dapat dilihat pada
tabel 4 berikut ini
Tabel 4. Indentifikasi senyawa-senyawa dalam
produk cair dekomposisi sampah plastik
C5-C9
C10-C13
>C13
% Area
% Area
% Area
SP
68,6
10,4
8,5
SP +
72,4
12,1
11,0
bentonite
SP + K10
82,0
5,6
10,7
81.4
11,0
7,3
SP +
bentonite
aktivasi
asam
*keterangan SP adalah sampah plastik
Dari tabel 4 dapat dilihat bahwa bahwa
dekomposisi
sampah
plastik
dengan
menggunakan katalis akan menghasilkan produk
dengan fraksi terbesar adalah fraksi bahan bakar
bensin (C5-C9) dan minyak berat (>C13) fraksinya
cukup rendah.
5. Kesimpulan
Dari hasil percobaan yang dilakukan
beberapa kesimpulan yang dapat diperoleh
adalah:
Bentonite pacitan mempunyai nilai potensial
untuk digunakan sebagai bahan baku
pembuatan katalis untuk proses dekomposisi
sampah plastik menjadi bahan bakar cair
Aktivasi dengan menggunakan asam pada
bentonite pacitan dapat meningkatkan
selektifitas bentonite untuk menghasilkan
produk cair.
Fraksi terbesar dari produk cair yang
dihasilkan dari dekomposisi sampah plastik
adalah fraksi bensin.
Ucapan Terima Kasih
Penulis mengucapkan terima kasih kepada
Dirjen DIKTI atas pembiayaan penelitian ini
melalui proyek Hibah Bersaing DIKTI dengan
Surat Perjanjian Pelaksanaan Hibah Penelitian
Nomor: 111/SP2H/PP/DP2M/IV/2009, tanggal 6
April 2009.
Daftar Pustaka
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
Ahmed, I.I., dan Gupta, A.K., (2009),
“Hydrogen production from polystyrene
pyrolysis and gasification: characteristics
and kinetics”, International Journal of
Hydrogen Energy, 34, hal. 6253-6264
de Marco, I., Caballero, B.M., Lopez, A.,
Laresgoiti, M.F., Torres, A., Chomon,
M.J., (2009),”Pyrolysis of the rejects of a
waste
packaging
separation
and
classification plant”, Journal of Analytical
and Applied Pyrolisis, 85, 384-391
de la Puente, G., dan Sedran, U., (1998),
“Recycling polystyrene into fuels by
means of FCC: performance of various
acidic catalyst”, Applied Catalysis B:
Environmental, 19, hal. 305-311
Elordi, G., Olazar, M., Lopez, G., Amutio,
M., Artetxe, M., Aguado, R., dan Bilbao,
J., (2009), “Catalytic pyrolysis of HDPE
in continuous mode over zeolite catalyst
in a conical spouted bed reactor”, Journal
of Analytical and Applied Pyrolisis, 85,
hal. 345-351
Manos, G., Yusof, I.Y., Papayannakos, N.,
dan Gangas, N.H., (2001), “Catalytic
cracking of ploethyelene over clay
catalyst. Comparison with ultrastable Y
zeolite”, Industrial and Engineering
Chemistry Research, 40, hal. 2220-2225
Miskolczi, N., Angyal, A., Bartha, L., dan
Valkai, L., (2009), “Fuels by pyrolysis of
waste plastic from agricultural dan
packaging sectors in a pilot scale
reaktors”, Fuel Processing Technology,
90, hal. 1032-1040
Paradela, F., Pinto, F., Ramos, A.M.,
Gulyurtlu, I., dan Cabrita, I., (2009),
“Study of slow batch pyrolysis of
mixtures of plastics, tyres, and forestry
biomass wastes”, Journal of Analytical
and Applied Pyrolisis, 85, hal. 392-398.
[8]
[9]
Serrano, D.P., Aguado, J., dan Escola,
J.M., (2000), “Catalytic conversion of
polystyrene over HMCM-41, HZSM-5
and amorphous SiO2-Al2O3: comparison
with thermal cracking”, Applied Catalysis
B: Environmental, 25, hal. 181-189
Siddiqui, M.N., (2009),”Conversion of
hazardous plastic waste into useful
chemical products”, Jounal of Hazardous
Materials, 167, hal. 728-735.