Teknik Pemisahan [PDF]

Citation preview

MODUL PEMBELAJARAN TEKNIK PROSES PEMISAHAN



2018



1



KATA PENGANTAR



Puji syukur kehadirat Allah SWT, atas segala rahmat dan hidayah-Nya sehingga modul mata kuliah Teknik Proses Pemisahan ini dapat terselesaikan. Modul ini merupakan media pembelajaran untuk Program D1 Teknik Kimia Industri PT. Petrokimia Gresik. Modul mata kuliah Teknik Proses Pemisahan ini berisikan materi tentang pengantar pemisahan, distilasi, evaporasi, absorbsi, adsorpsi, ekstraksi, leaching dan ion exchange serta pemisahan dengan membrane ataupun pemisahan fisik. Setelah terselesaikannya modul ini, diharapkan bisa menjadi acuan dalam pembelajaran mata kuliah Teknik Proses Pemisahan dan sebagai media interaksi antara dosen dan mahasiswa dalam proses belajar mengajar.



Gresik ,



September 2018



Penulis



2



DAFTAR ISI KATA PENGANTAR .......................................................................................



1



DAFTAR ISI .....................................................................................................



2



DAFTAR TABEL .............................................................................................



3



DAFTAR GAMBAR .........................................................................................



4



BAB I PENGANTAR PEMISAHAN A. Latar Belakang Pemisahan ................................................................



5



B. Metode Pemisahan Campuran ...........................................................



6



C. Dasar – Dasar Metode Pemisahan ......................................................



7



D. Karakteristik Pemisahan .....................................................................



9



BAB II DISTILASI A. Prinsip Distilasi ................................................................................... 11 B. Jenis – Jenis Distilasi .......................................................................... 12 C. Distilasi Sederhana ............................................................................. 12 D. Distilasi Fraksi .................................................................................... 14 E. Distilasi Uap ........................................................................................ 16 BAB III EVAPORASI A. Pengertian Dasar Evaporasi ................................................................ 21 B. Prinsip Kerja Evaporator. ................................................................... 22 C. Jenis – Jenis Evaporator ...................................................................... 25 D. Pemilihan Jenis Evaporator ................................................................ 28 BAB IV ABSORBSI A. Pengertian Absorbsi ........................................................................... 29 B. Prinsip – Prinsip Dasar Absorbsi. ...................................................... 29 C. Kolom Absorbsi ................................................................................. 30 D. Adsorben ............................................................................................ 31 E. Fungsi Absorbsi dalam Industri ......................................................... 32 BAB V ADSORPSI A. Prinsip Dasar Adsorpsi ...................................................................... 34 B. Mekanisme Proses Adsorpsi. ............................................................



36



3



C. Kinetika Adsorpsi .............................................................................. 37 D. Adsorben ........................................................................................... 38 BAB VI EKSTRAKSI A. Pengertian Ekstraksi .......................................................................... 43 B. Syarat – Syarat Ekstraksi Pelarut. ...................................................... 46 C. Klasifikasi Ekstraksi .......................................................................... 46 D. Prinsip Ekstraksi ................................................................................ 47 E. Jenis Ekstraksi .................................................................................... 50 BAB VII LEACHING DAN ION EXCHANGE A. Leaching ............................................................................................ 52 B. Ion Exchange. .................................................................................... 55 BAB VIII PEMISAHAN DENGAN MEMBRAN DAN PEMISAHAN FISIK A. Pemisahan dengan Membran ............................................................. 64 B. Pemisahan Fisik. ................................................................................ 71 DAFTAR PUSTAKA DAFTAR TABEL Tabel 1. Sistem Absorbsi dengan Reaksi Kimia .............................................. 29 Tabel 2. Spesifikasi Karbon Aktif ...................................................................



42



DAFTAR GAMBAR Gambar 1. Grafik Perubahan Fasa ..................................................................... 13 Gambar 2. Grafik Berbagai Jenis Kurva Pemanasan ........................................ 14 Gambar 3. Alat Distilasi Sederhana .................................................................. 14 Gambar 4. Grafik Perubahan Fasa Multipel Distilasi ....................................... 15 Gambar 5. Distilasi Fraksi ................................................................................. 16 Gambar 6. Distilasi Uap dan Distilasi Vakum .................................................. 20 Gambar 7. Kolom Fraksionasi Pengolahan Minyak Bumi ............................... 20 Gambar 8. Kurva Titik Didih Larutan NaOH dalam Air .................................. 23 Gambar 9. Horizontal Tube Evaporator ............................................................ 25



4



Gambar 10.Basket Evaporator .......................................................................... 26 Gambar 11.Standard Vertical – Tube Evaporator ............................................



27



Gambar 12.Long Tube Vertical Evaporator .....................................................



28



Gambar 13.Garis Operasi dan Kesetimbangan Absorbsi .................................



30



Gambar 14.Bagan Kolom Absorbsi .................................................................



31



Gambar 15.Tipe – Tipe Kolom Absorbsi .........................................................



31



Gambar 16.Contoh Penyerapan CO2 ................................................................



33



Gambar 17.Alat Ekstraksi Sederhana ...............................................................



46



Gambar 18.Proses Penukaran Ion Ca dengan Na ..............................................



57



Gambar 19.Proses Demineralisasi ..................................................................... 57 Gambar 20.Proses Demineralisasi dengan Penukaran Ion ................................



61



Gambar 21.Operasi Sistem Penukar Ion ...........................................................



62



Gambar 22.Proses Pemisahan dengan Membran ..............................................



65



Gambar 23.Penggolongan Membran Simetris ..................................................



67



Gambar 24.Penggolongan Membran Asimetris ................................................



68



5



BAB I PENGANTAR PEMISAHAN



A. Latar Belakang Pemisahan Dalam Kimia dan teknik kimia, proses pemisahan digunakan untuk mendapatkan dua atau lebih produk yang lebih murni dari suatu campuran senyawa kimia. Sebagian besar senyawa kimia ditemukan di alam dalam keadaan yang tidak murni. Biasanya, suatu senyawa kimia berada dalam keadaan tercampur dengan senyawa lain. Untuk beberapa keperluan seperti sintesis senyawa kimia yang memerlukan bahan baku senyawa kimia dalam keadaan murni atau proses produksi suatu senyawa kimia dengan kemurnian tinggi, proses pemisahan perlu dilakukan. Proses pemisahan sangat penting dalam bidang teknik kimia. Suatu contoh pentingnya proses pemisahan adalah pada proses pengolahan minyak bumi. Minyak bumi merupakan campuran berbagai jenis hidrokarbon. Pemanfaatan hidrokarbon-hidrokarbon penyusun minyak bumi akan lebih berharga bila memiliki kemurnian yang tinggi. Proses pemisahan minyak bumi menjadi komponen-komponennya akan menghasilkan produk LPG, solar, avtur, pelumas, dan aspal. Secara mendasar, proses pemisahan dapat diterangkan sebagai proses perpindahan massa. Proses pemisahan sendiri dapat diklasifikasikan menjadi proses pemisahan secara mekanis atau kimiawi. Pemilihan jenis proses pemisahan yang digunakan bergantung pada kondisi yang dihadapi. Pemisahan secara mekanis dilakukan kapanpun memungkinkan karena biaya operasinya lebih murah dari pemisahan secara kimiawi. Untuk campuran yang tidak dapat dipisahkan melalui proses pemisahan mekanis (seperti pemisahan minyak bumi), proses pemisahan kimiawi harus dilakukan. Proses pemisahan suatu campuran dapat dilakukan dengan berbagai metode. Metode pemisahan yang dipilih bergantung pada fasa komponen penyusun campuran. Suatu campuran dapat berupa campuran homogen (satu fasa) atau campuran heterogen (lebih dari satu fasa). Suatu campuran heterogen dapat



6



mengandung dua atau lebih fasa: padat-padat, padat-cair, padat-gas, cair-cair, cairgas, gas-gas, campuran padat-cair-gas, dan sebagainya. Pada berbagai kasus, dua atau lebih proses pemisahan harus dikombinasikan untuk mendapatkan hasil pemisahan yang diinginkan. Peran Proses Pemisahan di Industri Kimia Bahan Baku



Separator



Reaktor



Separator



Separator



Produk



Recycle



By Product



Produk



B. Metode Pemisahan Campuran Metode pemisahan merupakan suatu cara yang digunakan untuk memisahkan atau memurnikan suatu senyawa atau skelompok senyawa yang mempunyai susunan kimia yang berkaitan dari suatu bahan, baik dalam skala laboratorium maupun skala industri. Metode pemisahan bertujuan untuk mendapatkan zat murni atau beberapa zat murni dari suatu campuran, sering disebut sebagai pemurnian dan juga untuk mengetahui keberadaan suatu zat dalam suatu sampel (analisis laboratorium). Berdasarkan tahap proses pemisahan, metode pemisahan dapat dibedakan menjadi dua golongan, yaitu metode pemisahan sederhana dan metode pemisahan kompleks. 1. Metode Pemisahan Sederhana Metode pemisahan sederhana adalah metode yang menggunakan cara satu tahap. Proses ini terbatas untuk memisahkan campuran atau larutan yang relatif sederhana. 2. Metode Pemisahan Kompleks Metode pemisahan kompleks memerlukan beberapa tahapan kerja, diantaranya penambahan bahan tertentu,pengaturan proses mekanik alat, dan reaksi-reaksi kimia yang diperlukan. Metode ini biasanya menggabungkan dua



7



atau lebih metode sederhana. Contohnya, pengolahan bijih dari pertambangan memerlukan proses pemisahan kompleks. Keadaan zat yang diinginkan dan dalam keadaan campuran harus diperhatikan untuk menghindari kesalahan pemilihan metode pemisahan yang akan menimbulkan kerusakan hasil atau melainkan tidak berhasil. Beberapa faktor yang perlu diperhatikan antara lain : 1.



Keadaan zat yang diinginkan terhadap campuran, apakah zat ada di dalam sel makhluk hidup, apakah bahan terikat secara kimia, dan sebagainya



2.



Kadar zat yang diinginkan terhadap campurannya, apakah kadarnya kecil atau besar.



3.



Sifat khusus dari zat yang diinginkan dan campurannya, misalnya zat tidak tahan panas, mudah menguap, kelarutan terhadap pelarut tertentu, titik didih, dan sebagainya.



4.



Standar kemurnian yang diinginkan. Kemurnian 100% memerlukan tahap yang berbeda dengan 96%.



5.



Zat pencemar dan campurannya yang mengotori beserta sifatnya.



6.



Nilai guna zat yang diinginkan, harga, dan biaya proses pemisahan.



C. Dasar – Dasar Metode Pemisahan Suatu zat dapat dipisahkan dari campurannya karena mempunyai perbedaan sifat. Hal ini dinamakan dasr pemisahan. Beberapa dasar pemisahan campuran antara lain sebagai berikut : 1. Ukuran partikel, bila ukuran partikel zat yang diinginkan berbeda dengan zat yang tidak diinginkan (zat pencmpur) dapat dipisahkan dengan metode filtrasi (penyaringan). jika partikel zat hasil lebih kecil daripada zat pencampurnya, maka dapat dipilih penyring atau media berpori yang sesuai dengan ukuran partikel zat yang diinginkan. Partikel zat hasil akan melewati penyaring dan zat pencampurnya akan terhalang. 2. Titik didih, bila antara zat hasil dan zat pencampur memiliki titik didih yang jauh berbeda dapat dipishkan dengan metode destilasi. Apabila titik didih zat hasil lebih rendah daripada zat pencampur, maka bahan dipanaskan antara suhu didih zat hasil dan di bawah suhu didih zat pencampur. Zat hasil akan



8



lebih cepat menguap, sedangkan zat pencampur tetap dalam keadaan cair dan sedikit menguap ketika titik didihnya terlewati. Proses pemisahan dengan dasar perbedaan titik didih ini bila dilakukan dengan kontrol suhu yang ketat akan dapat memisahkan suatu zat dari campuranya dengan baik, karena suhu selalu dikontrol untuk tidak melewati titik didih campuran. 3. Kelarutan, suatu zat selalu memiliki spesifikasi kelarutan yang berbeda, artinya suatu zat selalu memiliki spesifikasi kelarutan yang berbeda, artinya suatu zat mungkin larut dalam pelarut A tetapi tidak larut dalam pelarut B, atau sebaliknya. Secara umum pelarut dibagi menjadi dua, yaitu pelarut polar, misalnya air, dan pelarut nonpolar (disebut juga pelarut organik) seperti alkohol, aseton, methanol, petrolium eter, kloroform, dan eter. Dengan melihat kelarutan suatu zat yang berbeda dengan zat-zat lain dalam campurannya, maka kita dapat memisahkan zat yang diinginkan tersebut dengan menggunakan pelarut tertentu. 4. Pengendapan, suatu zat akan memiliki kecepatan mengendap yang berbeda dalam suatu campuran atau larutan tertentu. Zat-zat dengan berat jenis yng lebih besar daripada pelarutnya akan segera mengendap. Jika dalam suatu campuran mengandung satu atau beberapa zat dengan kecepatan pengendapan yang berbeda dan kita hanya menginginkan salah satu zat, maka dapat dipisahkan dengan metode sedimentsi tau sentrifugsi. Namun jika dalm campuran mengandung lebih dari satu zat yang akan kita inginkan, maka digunakan metode presipitasi. Metode presipitasi biasanya dikombinasi dengan metode filtrasi. 5. Difusi, dua macm zat berwujud cair atau gas bila dicampur dapat berdifusi (bergerak mengalir dan bercampur) satu sama lain. Gerak partikel dapat dipengaruhi oleh muatan listrik. Listrik yang diatur sedemikian rupa (baik besarnya tegangan maupun kuat arusnya) akan menarik partikel zat hasil ke arah tertentu sehingga diperoleh zat yang murni. Metode pemisahan zat dengan menggunakan bantuan arus listrik disebut elektrodialisis. Selain itu kita mengenal juga istilah elektroforesis, yaitu pemisahan zat berdasarkan



9



banyaknya nukleotida (satuan penyusun DNA) dapat dilakukan dengan elektroforesis menggunakan suatu media agar yang disebut gel agarosa. 6. Adsorbsi, merupakan penarikan suatu zat oleh bahan pengadsorbsi secara kuat sehingga menempel pada permukaan dari bahan pengadsorbsi. Penggunaan metode ini diterapkan pada pemurnian air dan kotoran renik atau organisme. Metode pemisahan konstituen dari campurannya, dapat dibedakan menurut kategori : 1. pemisahan menurut dasar operasi difusional. Pemisahan ini dipilih jika umpannya homogen. Transfer massa konstituen berlangsung secara difusi antara 2 fase atau lebih. Contoh : distilasi ( flash, kontinyu, batch), absorpsi, stiping, ekstraksi adsorpsi, ion exchange dll. 2. Pemisahan secara mekanik. Pemisahan ini dilakukan pada campuran heterogen. Contoh : decanter, sedimentasi, sentrifuge, filtrasi, screening dll. 3. Pemisahan menggunakan reaksi kimia. Untuk memilih metode pemisahan perlu dipertimbangkan factor-faktor teknik dan ekonomis. Teknis : cukup efisien ( pemilihan alat benar ), konstruksi dan perawatannya sederhana, sedangkan aspek ekonomis : biaya investasi dan operasi rendah. D. Karakteristik Pemisahan Ditinjau secara makro, proses-proses yang terjadi secara alamiah dapat diartikan sebagai proses pencampuran yang terjadi secara spontan dan merupakan proses yang tidak dapat balik. Berarti untuk memisahkan suatu konstituen dari campurannya diperlukan suatu usaha yaitu usaha termodinamika sehingga terjadi proses berlawanan terhadap proses alam. Maka dalam operasi pemisahan campuran perlu dimasukkan sejumlah “ separating agent “ tertentu.



10



Separating agent yang biasa digunakan : 1. tenaga panas, seperti steam, bahan bakar. Contoh alat : distilasi, evaporasi, pengeringan dll. 2. Sejumlah massa bahan, seperti pelarut atau penjerap. Contoh alat : ekstraksi, absorbsi, adsorpsi, stipping dll. 3. Tenaga mekanik. Contoh alat : filtrasi, sentrifugasi, sedimentasi dll.



11



BAB 2 DISTILASI A. Prinsip Distilasi Distilasi merupakan metode pemisahan dan pemurnian dari cairan yang mudah menguap. Prosesnya meliputi penguapan cairan tersebut dengan cara memanaskan, dilanjutkan dengan kondensasi uapnya menjadi cairan, disebut dengan destilat. Terdapat berbagai macam cara destilasi, yaitu destilasi sederhana, destilasi fraksi, destilasi tekanan rendah, destilasi uap air, dan microscale destilasi. Dalam prakteknya pemilihan prosedur destilasi tergantung pada sifat cairan yang akan dimurnikan dan sifat pengotor yang ada di dalamnya. Pemisahan komponen dari campuran cairan melalui distilasi tegantung atas



perbedaan titik didih masing-masing komponen. Juga, tergantung atas



konsentrasi komponen yang ada, campuran cairan akan memiliki karakteristik titik didih yang berbeda. Karenanya, proses distilasi tergantung atas karakteristik tekanan uap campuran cairan. Tekanan uap suatu cairan



pada



suhu tertentu merupakan



tekanan



kesetimbangan yang dilakukan oleh molekul-molekul yang keluar dan masuk permukaan cairan. Berikut beberapa butir penting melihat tekanan uap : •



masukan energi menaikkan tekanan uap



•



tekanan uap terkait dengan pendidihan



•



Suatu cairan dikatakan “ mendidih” bilamana tekanan uapnya sama dengan tekanan sekitarnya



•



Kemudahan suatu cairan mendidih tergantung atas volatilitasnya



•



Cairan dengan tekanan uap tinggi ( cairan volatil) akan mendidih pada suhu lebih rendah



•



Tekanan uap dan titik didih campuran cairan tergantung atas jumlah relatip komponen di dalam campuran tersebut



•



Distilasi terjadi dikarenakan



beda



volatilitas komponen di dalam cairan



campuran



12



B. Jenis – Jenis Distilasi 1. Destilasi Sederhana : prinsipnya memisahkan dua atau lebih komponen cairan berdasar beda titik didih yang jauh berbeda 2. Destilasi Fraksinasi (bertingkat): sama prinsipnya dengan destilasi Sederhana, hanya saja di destilasi bertingkat memiliki rangkaian alat kondensor lebih baik sehingga mampu memisahkan dua komponen dengan titik didih berdekatan. 3. Distilasi Azeotrop : memisahkan campuran azeotrop (campuran dua/ lbh komponen yg susah dipisahkan), biasanya digunakan senyawa lain yg dapat memisahkan ikatan azeotrop atau dengan tekanan tinggi. 4. Destilasi Kering : memanaskan material padat untuk mendapatkan fasa uap dan cairnya. Biasa untuk mengambil cairan bahan bakar dari kayu atau batubara. 5. Destilasi Vacum : memisahkan komponen yg titik didihnya sangat tinggi, jadi dengan cara menurunkan tekanan permukaan lebih rendah dari 1 atm C. Distilasi Sederhana Tekanan uap suatu cairan akan meningkat seiring dengan bertambanya temperatur, dan titik dimana tekan uap sama dengan tekanan eksternal cairan disebut sebagai titk didih. Proses pemisahan campuran cairan biner A dan B menggunakan distilasi dapat dijelaskan dengan hukum Dalton dan Raoult. Menurut hukum Dalton, tekanan gas total suatu campuran biner, atau tekanan uap suatu cairan (P), adalah jumlah tekanan parsial dari masing-masing komponen A dan B (PA dan PB) P = PA + PB Hukum Raoult menyatakan



(1)



bahwa pada suhu dan tekanan tertentu,



tekanan parsial uap komponen A (PA) dalam campuran sama dengan hasil kali antara tekanan uap komponen murni A (PAmurni) dan fraksi molnya XA PA = PAmurni . XA



(2)



Sedang tekanan uap totalnya adalah Ptot = PAmurni . XA + PBmurni . XB



(3)



13



Dari persamaan tersebut di atas diketahui bahwa tekanan uap total suatu campuran cairan biner tergantung pada tekanan uap komponen murni dan fraksi molnya dalam campuran. Hukum Dalton dan Raoult merupakan pernyataan matematis yang dapat menggambarkan apa yang terjadi selama distilasi, yaitu menggambarkan perubahan komposisi dan tekanan pada cairan yang mendidih selama proses distilasi. Uap yang dihasilkan selama mendidih akan memiliki komposisi yang berbeda dari komposisi cairan itu sendiri. Komposisi uap komponen yang memiliki titik didih lebih rendah akan lebih banyak (fraksi mol dan tekanan uapnya lebih besar). Komposisi uap dan cairan terhadap suhu tersebut dapat digambarkan dalam suatu grafik diagram fasa berikut ini.



Gambar 1. Grafik Perubahan Fasa Jika uap dipindahkan dari campuran cairan, maka pada suatu waktu tertentu, komposisi campuran cairan akan berubah. Fraksi mol cairan yang memiliki titik didih lebih tinggi akan meningkat di dalam campuran. Karena komposisi campuran cairan berubah, maka titik didih akan berubah. Biasanya yang diukur adalah suhu uap. Plot berbagai jenis kurva pemanasan ditunjukkan pada grafik di bawah ini.



14



Gambar 2. Grafik Berbagai Jenis Kurva Pemanasan Untuk memperoleh distilasi sederhana yang efektif diperlukan suatu kurva seperti kurva C. Kita akan mengamati suhu uap yang konstan, sangat dekat dengan titik didih cairan yang memiliki titik didih lebih rendah. Jika suhu uap mulai naik dengan cepat, maka kita dapat menghentikan pengumpulan distilat. Pada prakteknya, kebanyakan campuran sukar untuk dimurnikan melalui satu distilasi sederhana.



Gambar 3. Alat Distilasi Sederhana B. Distilasi Fraksi Distilasi sederhana yang dilakukan hanya sekali biasanya tidak akan dapat memisahkan dua cairan secara sempurna. Cairan yang berasal dari uap terkondensasi (distilat) akan mengandung komponen dengan titik didih lebih 15



rendah dengan proporsi yang lebih besar, akan tetapi masih mengandung komponen yang memiliki titik didih lebih tinggi di dalamnya. Jika distilat ini kita distilasi sekali lagi, maka komponen dengan titik didih rendah akan makin banyak pada distilatnya. Demikian seterusmnya, hingga kita bisa mendapatkan distilat yang hampir 100% mengandung komponen dengan titik didih lebih rendah. Diagram fasa berikut ini menyatakan perubahan komposisi dari multipel distilasi ini



Gambar 4. Grafik Perubahan Fasa Multipel Distilasi Melakukan multipel distilasi memerlukan banyak waktu dan kita akan kehilangan banyak sampel karena cairan yang tertinggal di dalam labu. Untuk itu kita dapat menggunakan alat yang disebut dengan kolom fraksi yang berfungsi untuk meningkatkan efek multipel distilasi ini. Prosesnya disebut sebagai distilasi fraksi. Saat uap mencapai kolom, uap tersebut akan mengalami kondensasi dan membentuk cairan. Cairan tersebut memiliki komposisi sama dengan uap darimana dia berasal dan diperkaya dengan cairan dengan titik didih rendah. Cairan terkondensasi tersebut akan ditahan pada kolom dan menetes secara pelahan-lahan. Uap campuran akan terus terbentuk dan bergerak ke arah bagian atas kolom. Ketika uap tersebut bertemu dengan tetesan cairan, maka uap akan terkondensasi dan mentransfer energi panasnya pada cairan. Energi panas ini



16



dapat menyebabkan tetesan cairan mendidih, membentuk uap baru. Uap yang baru terbentuk ini akan makin banyak pada cairan bertitik didih rendah dibanding uap pada bagian awal. Uap baru ini akan bergerak ke atas dan berkondensasi lagi. Proses ini berulang sehingga uap/cairan mengalir pada kolom fraksi. Uap cairan yang keluar pada bagian atas kolom sebagain besar mengandung cairan dengan titik didih rendah, kadang-kadang sampai 100%, tergantung panjang kolom. Uap ini berkondensasi dan ditampung.



Gambar 5. Distilasi fraksi E. DIstilasi Uap DIstilasi adalah suatu proses pemurnian yang didahului dengan penguapan senyawa cair dengan cara memanaskannya, kemudian mengembunkan uap yang terbentuk. Prinsip dasar dari destilasi adalah perbedaan titik didih dari zat-zat cair dalam campuran zat cair tersebut sehingga zat (senyawa) yang memiliki titik didih terendah akan menguap lebih dahulu, kemudian apabila didinginkan akan mengembun dan menetes sebagai zat murni (destilat). 17



Untuk memurnikan zat/senyawa cair yang tidak larut dalam air, dan titik didihnya cukup tinggi, sedangkan sebelum zat cair tersebut mencapai titik didihnya, zat cair sudah terurai, teroksidasi atau mengalami reaksi pengubahan (rearranagement), maka zat cair tersebut tidak dapat dimurnikan secara destilasi sederhana atau destilasi bertingkat, melainkan harus didestilasi dengan destilasi uap. Destilasi uap adalah istilah yang secara umum digunakan untuk destilasi campuran air dengan senyawa yang tidak larut dalam air, dengan cara mengalirkan uap air ke dalam campuran sehingga bagian yang dapat menguap berubah menjadi uap pada temperatur yang lebih rendah dari pada dengan pemanasan langsung. Untuk destilasi uap, labu yang berisi senyawa yang akan dimurnikan dihubungkan dengan labu pembangkit uap. Uap air yang dialirkan ke dalam labu yang berisi senyawa yang akan dimurnikan, dimaksudkan untuk menurunkan titik didih senyawa tersebut, karena titik didih suatu campuran lebih rendah dari pada titik didih komponen-komponennya. Distilasi uap biasanya digunakan pada campuran senyawa-senyawa yang memiliki titik didih mencapai 200 °C atau lebih. Distilasi uap dapat menguapkan senyawa-senyawa ini dengan suhu mendekati 100 °C dalam tekanan atmosfer dengan menggunakan uap atau air mendidih. Sifat yang fundamental dari distilasi uap adalah dapat mendestilasi campuran senyawa di bawah titik didih dari masing-masing senyawa campurannya. Selain itu distilasi uap dapat digunakan untuk campuran yang tidak larut dalam air di semua temperatur, tapi dapat didestilasi dengan air. 1. Prinsip Destilasi Uap Prinsip kerja dari destilasi uap yaitu memisahkan suatu campuran yang memiliki titik didih yang tinggi dengan cara mengalirkan uap kedalamnya. Dimana senyawa yang memiliki titik didih yang tinggi sebelum mencapai titik didihnya dimurnikan dengan menggunakan uap atau air mendidih. Campuran substansi yang tidak larut menunjukkan reaksi yang sangat beda dalam larutan homogen dan deskripsi sifatnya memerlukan hukum fisik yang berbeda. Dasar aturan dapat dipakai dengan mempertimbangkan akibat naiknya deviasi pada



18



hukum rault. Satu gejala dari deviasi positif adalah dalam diagram hubungan antara tekanan dengan temperatur. Pada batas deviasi positif besar dari hukum rault, dua komponen dapat larut dan komponen tersebut menguap yang secara matematis memberikan tekanan total yang merupakan jumlah total dari tekanan masing-masing. Dimana bunyi dari hukum Raoult adalah: “Tekanan uap larutan ideal dipengaruhi oleh tekanan uap pelarut dan fraksi mol zat terlarut yang terkandung dalam larutan tersebut”. Secara matematis ditulis sebagai: P larutan = X terlarut . P pelarut Pada destilasi uap, uap air yang dialirkan ke dalam labu yang berisi senyawa yang akan dimurnikan, dimaksudkan untuk menurunkan titik didih senyawa tersebut, karena titik didih suatu campuran lebih rendah dari pada titik didih komponen-komponennya. Secara matematis dapat dituliskan :                              Po = P1 + P2          2. Proses Destilasi Uap Proses destilasi uap sebenarnya bertumpu pada 3 komponen utamanya yaitu retort, kondensor dan pemisah. Proses kerja yang terjadi akan dijelaskan dibawah ini : a. Retort Pada bagian retort ini berisi bagian tanaman yang akan didistilasi atau tanaman yang memiliki senyawa yang kita inginkan (aromatik). Uap akan masuk lewat bawah seperti yang ditunjukan (steam in) dan akan masuk melalui lubang lubang kecil yang ada dibawahnya dan mulai memberikan tekanan uap pada tanaman. Setelah itu uap akan melewati retort ini juga tanaman tadi dengan membawa hasil (senyawa yang diinginkan) dengan menjenuhkannya bersama air / uap. Uap tersebut akan melalui pipa yang terhubung melalui condenser. b. Kondenser Air/uap yang membawa hasil tadi nantinya akan didinginkan pada bagian kondensor yang berbentuk tabung yang berisi spiral panjang panjang itu yang berbentuk seperti tabung yang melingkar. Air/uap ini didinginkan oleh air yang



19



mengalir didalam tabung tersebut. Hasil dari kondensor ini berupa 2 fasa yaitu air dan senyawa aktif yang akan keluar dari kondensor secara bergantian sesuai dengan daya grafitasinya masing masing. c. Separator / Pemisah. Hasil dari kondensator tadi yang berupa 2 fasa itu akan ditampung pada tabung sepertor ini dan akan bercampur, walaupun nantinya perbedaan fasa ini akan terlihat dengan munculnya senyawa aktif/ zat yang diinginkan dibagian atas sedangkan air dibagian bawah. Setelah dua bagian ini terlihat memisah maka air atau hydrolat akan dibuang melalui bagian bawah tabung seperti ditunjukan (hydrolat from bottom seperation) sedangkan senyawa / zat yang diinginkan diambil dari atas. 3. Penerapan Destilasi Uap Penerapan destilasi uap dalam bidang industri bermacam-macam, salah satunya yaitu pada pembuatan minyak atsiri. Minyak atsiri merupakan minyak yang berasal dari daun jeruk purut. Distilasi uap ini biasanya digunakan dalam penyulingan minyak atsiri untuk pembuatan parfum. Caranya sama dengan proses yang telah diuraikan diatas yaitu dengan melewatkan uap pada tanaman yang mengandung minyak atsiri didalam retort. Jika daun jeruk purut itu disuling, dihasilkan minyak atsiri yang dari tidak berwarna (bening) sampai kehijauan (tergantung cara ekstraksi), minyak atsiri berbau harum mirip bau daun (jeruk purut). Minyak atsiri hasil destilasi (penyulingan) menggunakan uap mengandung 57 jenis komponen kimia. Yang utama dan terpenting adalah sitronelal dengan jumlah 81, 49%, sitronelol 8,22%, linalol 3,69% dangeraniol 0,31%. Komponen lainnya ada dalam jumlah yang sedikit.



20



Gambar 6. Distilasi uap dan distilasi vakum



Gambar 7. Kolom Fraksionasi Pengolahan Minyak Bumi



21



BAB 3 EVAPORASI



A. Pengertian Dasar Evaporasi Evaporasi merupakan proses penambahan konsentrasi suatu zat tertentu melalui proses perubahan molekul dari zat campurannya (zat cair menjadi molekul uap/gas), intinya adalah evaporasi merupakan proses penguapan. Perbedaannya dengan distilasi adalah bila distilasi uapnya (liquid) yang diinginkan/ dibutuhkan apabila proses evaporasi adalah vapor (cairan) yang dibutuhkan, pada proses ini zat yang tertinggal itulah yang diinginkan, sedangkan uapnya biasanya dibuang, biasanya molekul yang menguap ini memiliki energi yang lemah untuk terikat dengan cairan, sehingga dengan spontan menjadi uap karna suhu yang sudah mencapai pada titik didih zat tersebut. Tujuan dari evaporasi adalah memekatkan larutan yang mengandung zat yang sulit menguap (non-volatile solute) dan pelarut yang mudah menguap (volatile solvent) dengan cara menguapkan sebagian pelarutnya. Pelarut yang ditemui dalam sebagian besar sistem larutan adalah air. Umumnya, dalam evaporasi, larutan pekat merupakan produk yang diinginkan, sedangkan uapnya diembunkan dan dibuang. Sebagai contoh adalah pemekatan larutan susu, sebelum dibuat menjadi susu bubuk. Beberapa system evaporasi bertujuan untuk mengambil air pelarutnya, misalnya dalam unit desalinasi air laut untuk mengambil air tawarnya. Proses evaporasi dengan skala komersial di dalam industri kimia dilakukan dengan peralatan yang namanya evaporator. Evaporator adalah alat untuk mengevaporasi larutan sehingga prinsip kerjanya merupakan prinsip kerja atau cara kerja dari evaporasi itu sendiri. Prinsip kerjanya dengan penambahan kalor atau panas untuk memekatkan suatu larutan yang terdiri dari zat terlarut yang memiliki titik didih tinggi dan zat pelarut yang memiliki titik didih lebih rendah sehingga dihasilkan larutan yang lebih pekat serta memiliki konsentrasi yang tinggi.



22



Faktor – faktor yang mempengaruhi proses evaporasi adalah : 1.



Suhu : Secara umum semakin tinggi suhu makin tinggi laju penguapan. Ketergantungan antara laju penguapan terhadap radiasi matahari ternyata lebih baik.



2. Kelembaban : Kelembaban tergantung dari suhu udara. Makin tinggi suhu udara kelembaban menurun. Makin tinggi kelemban udara (suhu turun) laju penguapan turun 3. Tekanan Udara : Perubahan tekanan udara dikenali akan mempengaruhi kecepatan angin. Makin tinggi kecepatan angin, maka laju penguapan naik. 4. Angin : Peran angin untuk memindahlan lapisan yang telah lebih jenuh dengan lapisan udara yang kurang jenuh, sehingga penguapan dapat berjalan terus. `



Adapun fungsi dari evaporasi adalah sebagai berikut :



1. Digunakan untuk pemekatan sblm pengeringan, pembekuan/sterilisasi untuk mengurangi berat dan volume→menghemat energi utk penyimpanan, transport dan distribusi 2. Evaporasi meningkatkan kadar total solid, menurunkan Aw: lebih awet 3. Lebih praktis untuk konsumen 4. Merubah flavor, warna makanan B. Prinsip Kerja Evaporator Prinsip kerja pemekatan larutan dengan evaporasi didasarkan pada perbedaan titik didih yang sangat besar antara zat-zat yang yang terlarut dengan pelarutnya. Pada industri susu, titik didih normal air (sebagai pelarut susu) 100°C, sedang padat ]an susu praktis tidak bisa menguap. Jadi, dengan menguapnya air dan tidak menguapnya padatan, akan diperoleh larutan yang makin pekat. Perlu diperhatikan bahwa titik didih cairan murni dipengaruhi oleh tekanan. Makin tinggi tekanan, maka titik didih juga semakin tinggi. Hubungan antara titik didih dengan tekanan uapnya dapat dirumuskan dengan persamaan Antoine:



23



log(P°) = A – (B / (C + t)) Untuk air: A = 6,96681; B = 1668,21; C= 228, dimana Po dalam cmHg dan t dalam oC Titik didih larutan yang mengandung zat yang sulit menguap akan tergantung pada tekanan dan kadar zat tersebut. Pada tekanan yang sama, makin tinggi kadar zat, makin tinggi titik didih Iarutannya. Beda antara titik didih larutan dengan titik didih pelarut murninya disebut kenaikkan titik didih (boillng point rise). Gambar dibawah merupakan contoh kurva titik didih larutan NaOH dalam air.



Gambar 8. Kurva Titik Didih Larutan NaOH dalam Air Evaporasi bisa dijalankan pada suhu Iebih rendah dan titik didih normal, dengan cara beroperas pada tekanan lebih rendah dan 1 atm (tekanan vakum). Pada industri susu, ada dua keuntungan operasi penguapan pada suhu lebih rendah yaitu: 1. mencegah perusakkan susu, dan



24



2. penghematan energi dengan memanfaatkan uap yang terbentuk sebagai pemanas. Dalam evaporator, terjadi 3 proses penting yang berlangsung simultan, yaitu: 1. Transfer panas 2. Penguapan (transfer massa) 3. Pemisahan uap dan cairan Penguapan umumnya berlangsung cepat, sehingga tidak mengontrol kecepatan keseluruhan proses. Penguapan cairan pada evaporator ukuran standar sudah dirancang oleh manufacturer sedemikian rupa sehingga untukjumlah penguapan dalam evaporator tersebut, pemisahan uap-cairan sudah bisa berjalan dengan balk. Jadi untuk perhitungan/perancangan evaporator (bentuk standar), yang perlu diperhatikan hanyalah kecepatan transfer panasnya. Untuk perhitungan kecepatan transfer panas, diperlukan hitungan neraca massa dan neraca panas. Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam perancangan evaporator antara lain: 1. Makin cepat gerakan fluida dalam evaporator, makin besar nilai koefisien transfer panas, sehingga kecepatan transfer panasnya juga semakin tinggi. 2. Kadar zat terlarut makin tinggi, biasanya viskositas larutan semakin tinggi. Hal ini mengakibatkan koefisien transfer massa menurun sehingga memperlambat transfer panas. Disamping itu, jika kekentalan makin tinggi, kadar lokal padatan disuatu titik dalam evaporator bisa terlalu tinggi sehingga dapat mengakibatkan kerusakan padatan (jika padatan sensitif terhadap panas), atau pemadatan lokal. 3. Pada evaporator dengan konveksi alami (naturalconvection) dimana gerak fluida diakibatkan oleh beda suhu, maka koefisien transfer panas dipengaruhi oleh beda suhu (t). Semakin besar t , semakin tinggi nilal koefisien transfer panas. 4. Gerakan yang balk dan fluida perlu dijaga. Gerakan fluida selain akan meningkatkan transfer panas, juga dapat mencegah terjadinya konsentrasi atau suhu lokal yang terlalu tmnggi, yang bisa mengakibatkan kerusakan padatan atau pemadatan.



25



5. Faktor-faktor yang mendorong terjadinya endapan perlu dicegah. 6. Untuk bahan yang sensitif terhadap panas (mudah rusak pada suhu tinggm), maka suhu evaporasi dusahakan rendah dengan cara menurunkan tekanan operasi. Disamping itu, waktu tinggal bahan dalam evaporator dijaga jangan terlalu lama. 7. Energi terbesar pada evaporator adalah untuk penguapan (panas penguapan nilainya sangat besar dibandingkan dengan panas sensibelnya, misal: panas penguapan air ~ 540 cal/g), sehingga usaha-usaha penghematan panas perlu dilakukan. Salah satu caranya adalah dengan memanfaatkan uap yang timbul sebagai pemanas evaporator. C. Jenis – Jenis Evaporator 1. Horizontal Tube Evaporator Alat ini merupakan evaporator yang paling klasik dan sederhana. Evaporator ini banyak digunakan untuk keperluan – keperluan kecil dengan teknologi sederhana. Alat ini tidak memberikan kondisi untuk terjadinya sirkulasi atau aliran cairan, sehingga koefisien transfer panas rendah yang menjadikan perpindahan panas tidak efisien. Pengendapan kerak terjadi diluar pipa, sehingga sulit untuk dibersihkan. Konstruksi alat harus diusahakan sedemikian rupa sehingga bundel pipa bisa dikeluarkan untuk dibersihkan.



Gambar 9. Horizontal Tube Evaporator 26



2. Basket Evaporator Sirkulasi atau cairan pada alat ini bisa berjalan dengan baik sehingga koefisien transfer panas akibat konveksi alami besar, menjadikan transfer panas cukup efisien. Sirkulasi aliran terjadi secara alami karena adanya beda rapat massa yang diakibatkan oleh adanya beda fasa antara cairan yang berada diluar pipa dengan cairan yang ada di dalam pipa.



Gambar 10. Basket Evaporator 3. Standard Vertical – Tube Evaporator Pada alat ini, cairan mengalir dalam pipa sedangkan steam pemanas mengalir dalam shell. Cairan dalam tabung mendidih, uap yang timbul bergerak keatas dengan membawa cairan. Sirkulasi aliran dalam pipa terjadi karena beda rapat massa yang terjadi karena perbedaan fasa antara fluida dalam pipa (campuran uap-cair) dengan yang diluar pipa (cair). Diatas pipa terdapat ruang uap yang berfungsi untuk memisahkan cairan dengan uap. Uap akan menuju lubang pengeluaran diatas, sedangkan cairan jatuh kebawah melewati saluran



27



besar yang ada ditengah bejana, dan kembali bersirkulasi masuk pipa – pipa. Konveksi alami berjalan baik sehingga transfer panas lebih efisien.



Gambar 11. Standard Vertical – Tube Evaporator 4. Long Tube Vertical Evaporator Untuk mempercepat kecepatan sirkulasi cairan dengan harapan koefisien perpindahan panas makin tinggi, pipa – pipa transfer panas dibuat lebih panjang. Aliran cairan, setelah masuk ruang uap untuk dipisahkan dengan uap yang terbentuk, kembali kebawah melalui pipa diluar evaporator.’ Koefisien transfer panas karena sirkulasi alami (natural circulation) lebih besar, sehingga transfer panas bisa lebih efisien.



28



Gambar 12. Long Tube Vertical Evaporator D. Pemilihan Jenis Evaporator Pemilihan jenis evaporator setidaknya harus memperhatikan faktor – faktor dibawah ini : 1. Kapasitas produksi yang disyaratkan (throughput requirea) 2. Viskositas umpan dan kenaikkan viskositas selama penguapan 3. Produk yang diinginkan: padatan, slurry atau larutan pekat 4. Sensitivitas bahan/produk terhadap panas 5. Apakah larutan yang diproses fouling atau non fouling 6. Apakah larutan dapat menimbulkan busa (foaming) 7. Apakah harus dilakukan pemanasan langsung.



29



BAB 4 ABSORBSI A. Pengertian Absorbsi Absorbsi merupakan salah satu operasi pemisahan dalam industri kimia di mana suatu campuran gas dikontakkan dengan suatu cairan penyerap yang sesuai, sehingga satu atau lebih komponen dalam campuran gas terlarut dalam cairan penyerap. Absorbsi dapat berlangsung dalam dua macam proses, yaitu absorbsi fisik atau absorbsi kimia. Absorbsi fisik merupakan absorbsi dimana gas terlarut dalam cairan penyerap tanpa disertai dengan reaksi kimia (Treybal, 1951). Proses penyerapan gas CO2 merupakan proses absorbsi kimia. Tabel 1 menyajikan reagent yang digunakan untuk CO2 terlarut (Levenspiel, 1998). Tabel 1 Sistem Absorbsi dengan Reaksi Kimia Gas Terlarut CO2 CO2 CO2



Reagent Carbonate Hidroksida Ethanolamine



`absorbsi merupakan metode umum untuk menghilangkan impurities dari gas. Hal ini dilakukan dengan mengalirkan absorben liquid (pelarut) secara countercurrent terhadap campuran uap/gas (absorpsi) atau suatu vapor countercurrent terhadap campuran liquid B. Prinsip – Prinsip Dasar Jenis Cairan Pengontak (ABSORBEN) yang dipilih bergantung pada: 1. Kelarutan Absorbat (gas kontaminan) di dalam cairan pengontak yang dipilih. 



Air: NH3, Asam Asetat, Aseton







Heksana: Bahan organik (herbal, FG)



2. Reaktivitas Kimiawi antara gas dan cairan. 



Larutan Basa/Soda: gas asam, HCl, SO2







Menghasilkan Garam



30



Gambar 13. Garis Operasi dan Kesetimbangan Absorbsi C. Kolom Absorbsi Kolom absorbsi adalah suatu kolom atau tabung tempat terjadinya proses pengabsorbsi



(penyerapan/penggumpalan)



dari



zat



yang



dilewatkan



di



kolom/tabung tersebut. Proses ini dilakukan dengan melewatkan zat yang terkontaminasi oleh komponen lain dan zat tersebut dilewatkan ke kolom ini dimana terdapat fase cair dari komponen tersebut. Prinsip kerja kolom absorbs adalah : 1. Kolom absorbsi adalah sebuah kolom, dimana ada zat yang berbeda fase mengalir berlawanan arah yang dapat menyebabkan komponen kimia ditransfer dari satu fase cairan ke fase lainnya, terjadi hampir pada setiap reactor kimia. Proses ini dapat berupa absorpsi gas, destilasi,pelarutan yang terjadi pada semua reaksi kimia. 2. Campuran gas yang merupakan keluaran dari reactor diumpankan kebawah menara absorber. Didalam absorber terjadi kontak antar dua fasa yaitu fasa gas dan fasa cair mengakibatkan perpindahan massa difusional dalam umpan gas dari bawah menara ke dalam pelarut air sprayer yang diumpankan dari bagian atas menara. Peristiwa absorbsi ini terjadi pada sebuah kolom yang berisi packing atau plate dengan tingkat sesuai kebutuhan.



31



Gambar 14. Bagan Kolom Absorbsi Bagian a : Spray untuk megubah gas input menjadi fase cair. Bagian b : out put gas keluar Bagian c : in put pelarut masuk Bagian d : out put pelarut dan gas terserap keluar Bagian e : tempat pencampuran pelarut dan umpan Bagian f : Packed tower untuk memperluas permukaan sentuh sehingga mudah untuk diabsorbsi



Gambar 15. Tipe - Tipe Kolom Absorbsi D. Absorben Absorben atau pelarut adalah cairan yang dapat melarutkan bahan yang akan diabsorpsi pada permukaannya, baik secara fisik maupun secara reaksi kimia.Absorben sering juga disebut sebagai cairan pencuci. Adapun Syarat Absorben / pelarut yaitu :



32



1. Pelarut minimum 2. Volatility yang rendah 3. Stabil (mengurangi kebutuhan penggantian pelarut) 4. Tidak korosif (mengurangi perawatan dan penggunaan alat anti korosi) 5. Viscositas rendah (menurunkan pressure drop dan kebutuhan pompa, menaikkan aliran massa) 6. Tidak berbusa bila berkontak dengan gas (mengurangi ukuran alat) 7. Tidak beracun dan nonflammable (safety) 8. Kelayakan proses (mengurangi cost, menurunkan kebutuhan untuk external source) Proses pengolahan kembali pelarut dalam proses kolom absorber dapat dilakukan dengan cara : 1. Konfigurasi absorber akan berbeda dan disesuaikan dengan sifat alami dari pelarut yang digunakan 2. Aspek Thermodynamic (suhu dekomposisi dari pelarut),Volalitas pelarut,dan aspek kimia/fisika seperti korosivitas, viskositas,toxisitas, juga termasuk biaya, semuanya akan diperhitungkan ketika memilih pelarut untuk spesifik sesuai dengan proses yang akan dilakukan. 3. Ketika volalitas pelarut sangat rendah, contohnya pelarut tidak muncul pada aliran gas, proses untuk meregenerasinya cukup sederhana yakni dengan memanaskannya. E. Fungsi Absorbsi dalam Industri Tujuan proses Absorpsi dalam dunia Industri adalah meningkatkan nilai guna dari suatu zat dengan cara merubah fasenya Contoh : Formalin yang berfase cair berasal dari formaldehid yang berfase gas (Formalin adalah larutan formaldehida dalam air, dengan kadar antara 10%40%) dapat dihasilkan melalui proses absorbsi. Formaldehid sebagai gas input dimasukkan ke dalam reaktor, dimana di dalam air formaldehid akan mengalami proses polimerisasi.. Output dari reaktor yang berupa gas yang mempunyai suhu 1820C didinginkan pada kondensor hingga suhu 550C, dimasukkan ke dalam absorber. Keluaran dari absorber pada tingkat I mengandung larutan formalin



33



dengan kadar formaldehid sekitar 37 – 40%. Bagian terbesar laiinnya terdiri dari metanol, air, dan formaldehid dikondensasi di bawah air pendingin bagian dari menara, dan hampir semua removal dari sisa metanol dan formaldehid dari gas terjadi dibagian atas absorber dengan counter current contact dengan air proses.



Gambar 16. Contoh Penyerapan CO2



34



BAB 5 ADSORPSI A. Prinsip Dasar Adsorpsi Adsorpsi (adsorption ‘penyerapan’) adalah proses pemisahan dimana komponen tertentu dari suatu fase fluida berpindah ke permukaan zat padat yang menyerap (adsorbent ‘adsorben’). Biasanya partikel-partikel kecil zat penyerap ditempatkan di dalam suatu hamparan tetap, dan fluida lalu dialirkan melalui hamparan itu sampai zat padat itu mendekati jenuh dan pemisahan yang dikehendaki tidak dapat lagi berlangsung. Aliran itu lalu dipindahkan ke hamparan kedua sampai adsorben jenuh tadi dapat diganti atau diregenerasi. Proses lain yang biasa dilaksanakan dengan cara setangah-tumpak (semibatch) ini ialah pertukaran ion (ion exchange). Air yang akan dilaksanakan atau dideionisasi dilewatkan melalui manik-manik resin penukar ion di dalam kolom sampai resin itu menjadi hampir jenuh. Kebanyakan zat pengadsorpsi atau adsorben (adsorbent) adalah bahanbahan yang sangat berpori, dan adsorpsi berlangsung terutama pada dindingdinding pori atau pada letak-letak tertentu di dalam partikel itu. Oleh karena poripori itu biasanya sangat kecil, luas permukaan-dalam menjadi beberapa orde besaran lebih besar dari permukaan-luar, dan bisa sampai 2000 m2/g. Pemisahan terjadi karena perbedaaan bobot molekul atau karena perbedaan polaritas menyebabkan sebagian molekul melekat pada permukaan itu lebih erat daripada molekul-molekul lainnya. Dalam kebanyakan hal, komponen yang diadsorpsi atau adsorbat (adsorbate)



melekat



sedemikian



kuat sehingga memungkinkan



pemisahan komponen itu secara menyeluruh dari fluida tanpa terlalu banyak adsorpsi terhadap komponen lain. Mekanisme proses adsorpsi pada dasarnya adalah proses penjerapan yang terjadi pada permukaan padatan. Mula-mula molekul adsorbat berdifusi melalui suatu lapisan batas ke permukaan luar adsorben, sebagian ada yang teradsorpsi di permukaan luar, sebagian besar berdifusi lanjut di dalam pori-pori adsorben. Pada adsorpsi pada arang aktif terjadi melalui tiga tahap dasar, yaitu zat terjerap pada



35



bagian luar, zat bergerak menuju pori-pori arang dan zat terjerap ke dinding bagian dalam dari arang. Adsorben memiliki kapasitas penjerapan masing-masing, sehingga apabila molekul yang terjerap melebihi kapasitas adsorben akan terjadi desorpsi dari padatan adsorben ke larutan. Pada saat kecepatan transfer massa adsorpsi sama dengan kecepatan transfer massa desorpsi maka terjadilah kondisi kesetimbangan (Oscik, 1991). Adsorpsi sendiri terbagi atas dua jenis yaitu, adsorpsi fisik dan adsorpsi kimia. Adsorpsi fisik adalah adsorpsi yang disebabkan oleh perbedaan gaya tarik menarik elektrik (gaya Van der Waals) sehingga molekul-molekul adsorbat secara fisik terikat pada molekul adsorben. Jenis adsorpsi ini umumnya akan membentuk lapisan film ganda (multi layer) yang dalam hal ini tiap lapisan molekul terbentuk diatas lapisan-lapisan yang proporsional dengan konsentrasi kontaminan. Makin besar konsentrasi kontaminan dalam suatu larutan maka makin banyak lapisan molekul yang terbentuk pada adsorben. Adsorpsi jenis ini bersifat dapat balik (reversible) yang berarti atom-atom atau ion-ion yang terikat dapat dilepaskan kembali dengan pelarut tertentu yang sesuai dengan sifat ion yang diikat. Adsorpsi kimia adalah adsorpsi yang disebabkan oleh pembentukan atau pemecahan ikatan kimia.Adsorpsi ini merupakan proses eksotermis dengan panas adsorpsi 10-100 kcal/gmol. Energi aktivasinya relatif tinggi, yaitu di atas 20 kcal/mol untuk desorpsi, kecuali untuk adsorpsi kimia pada permukaan yang tidak diaktifkan. Dalam percobaan ini adsorpsi yang terjadi adalah adsorpsi fisik. Faktor-faktor yang mempengaruhi adsorpsi yaitu: 1. Sifat adsorbat Jika kelarutan adsorbat pada pelarutnya besar, maka ikatan antara zat pelarut dengan adsorbat semakin kuat sehingga diperlukan energi yang lebih besar untuk memecah ikatan antara adsorbat dan zat pelarutnya. 2. Konsentrasi adsorbat Pada umumnya kecepatan adsorpsi akan berbanding lurus dengan kenaikan konsentrasi adsorbat, namun akan mencapai kondisi maksimum. Adsorpsi akan konstan apabila terjadi kesetimbangan antara konsentrasi adsorbat yang terjerap dengan konsentrasi yang tersisa pada larutan.



36



3. Sifat adsorben Banyaknya adsorbat yang dapat dijerap tergantung pada porositas dan luar permukaan adsorben, yaitu sebagai penyedia tempat adsorpsi. Semakin besar luas permukaan adsorben maka akan semakin besar adsorpsi yang terjadi. 4. Temperatur Hal ini berhubungan dengan energi untuk melepas ikatan antara adsorbat dengan zat pelarutnya. Umumnya adsorpsi bersifat eksotermis, sehingga akan semakin baik dengan temperatur operasi yang lebih rendah. 5. Waktu kontak Waktu kontak yang cukup diperlukan untuk mencapai kesetimbangan adsorpsi. (Oscik,1991) B. Mekanisme Proses Adsorpsi Menurut Martell dan Hancock (1996), adsorpsi dapat terjadi melalui beberapa mekanisme: 1. Mekanisme pemerangkapan Silika gel maupun senyawa hibrida organo-silika merupakan adsorben yang berpori sehinga dimungkinkan untuk mengadsorpsi ion logam dengan menjebaknya dalam pori-pori. Mekanisme ini akan terjadi apabila ukuran pori dari adsorben lebih besar daripada ukuran ion yang akan diadsorpsi. 2. Mekanisme pertukaran ion Mekanisme petukaran ion dapat ditinjau dari nilai elektronegatifitas pada adsorben. Pada silika gel terdapat gugus silanol (Si-OH) dan gugus siloksan (SiO-Si) yang diperkirakan



berperan dalam



proses



adsorpsi ion logam.



Elektronegatifitas atom H, O, Si, berturut-turut sebesar 2,2; 3,44; 1,9. Dilihat dari selisih nilai elektronegatifitas dari masing-masing atom, maka ikatan pada gugus silanol lebih bersifat ionik dibandingkan ikatan pada gugus silakson yang cenderung lebih bersifat kovalen. Akibatnya, atom H pada gugus silanol akan lepas dan tergantikan oleh ion logam yang bersifat elektropositif. Interaksi tersebut yang emungkinkan terjadinya adsorpsi ion logam melalui mekanisme pertukaran ion.



37



3. Pembentukan Ikatan Hidrogen Dalam medium air, ion Pb(II) akan membentuk kompleks akuo octahedral [Pb(H2O)6]2+. Ikatan hidrogen dapat terjadi antara oksigen dari gugus H2O dalam kompleks oktahedral dengan gugus aktif siloksan dan silanol pada silika gel maupun gugus aktif pada hibrida organo-silika. 4. Pembentukan kompleks Adsorpsi ion Pb(II) pada silika gel maupun hibrida organo-silika dapat terjadi melalui pembentukan kompleks antara gugus aktif adsorben sebagai ligan dengan ion Pb(II) sebagai atom pusat. Berdasarkan teori HSAB, ion Pb(II) merupakan golongan asam menengah, kemudian akan bereaksi dengan adsorben yang bersifat basa keras, menengah atau lunak yang memiliki gugus aktif dan membentuk suatu kompleks. C. Kinetika Adsorpsi Seperti halnya kinetika kimia, kinetika adsorpsi juga berhubungan dengan laju reaksi. Hanya saja, kinetika adsorpsi lebih khusus, yang hanya membahas sifat penting dari permukaan zat. Kinetika adsorpsi yaitu laju penyerapan suatu fluida oleh adsorben dalam suatu jangka waktu tertentu. Kinetika adsorpsi suatu zat dapat diketahui dengan mengukur perubahan konsentrasi zat teradsorpsi tersebut, dan menganalisis nilai k (berupa slope/kemiringan) serta memplotkannya pada grafik. Kinetika adsorpsi dipengaruhi oleh kecepatan adsorpsi. Kecepatan adsorpsi dapat didefinisikan sebagai banyaknya zat yang teradsorpsi per satuan waktu. Kecepatan atau besar kecilnya adsorpsi dipengaruhi oleh beberapa hal, diantaranya : 1. Macam adsorben 2. Macam zat yang diadsorpsi (adsorbate) 3. Luas permukaan adsorben 4. Konsentrasi zat yang diadsorpsi (adsorbate) 5. Temperatur



38



D. Adsorben Adsorben ialah zat yang melakukan penyerapan terhadap zat lain (baik cairan maupun gas) pada proses adsorpsi. Umumnya adsorben bersifat spesifik, hanya menyerap zat tertentu. Dalam memilih jenis adsorben pada proses adsorpsi, disesuaikan dengan sifat dan keadaan zat yang akan diadsorpsi. Adsorben yang paling banyak dipakai untuk menyerap zat-zat dalam larutan adalah arang. Karbon aktif yang merupakan contoh dari adsorpsi, yang biasanya dibuat dengan cara membakar tempurung kelapa atau kayu dengan persediaan udara (oksigen) yang terbatas. Tiap partikel adsorben dikelilingi oleh molekul yang diserap karena terjadi interaksi tarik menarik. Zat ini banyak dipakai di pabrik untuk menghilangkan zat-zat warna dalam larutan. Penyerapan bersifat selektif, yang diserap hanya zat terlarut atau pelarut sangat mirip dengan penyerapan gas oleh zat padat. Beberapa jenis adsorben yang biasa digunakan yaitu : 1. Karbon aktif/ arang aktif/ norit Sejak perang dunia pertama arang aktif produksi dari peruraian kayu sudah dikenal sebagai adsorben atau penyerap yang afektif sehingga banyak dipakai sebagai adsorben pada topeng gas Arang aktif adalah bahan berupa karbon bebas yang masing-masing berikatan secara kovalen atau arang yang telah dibuat dan diolah secara khusus melalui proses aktifasi, sehingga pori-porinya terbuka dan dengan demikian mempunyai daya serap yang besar terhadap zat-zat lainnya, baik dalam fase cair maupun dalam fase gas. Dengan demikian, permukaan arang aktif bersifat non-polar. Struktur pori berhubungan dengan luas permukaan, dimana semakin kecil pori-pori arang aktif, mengakibatkan luas permukaan semakin besar. Dengan demikian kecepatan adsorpsi bertambah. Untuk meningkatkan kecepatan adsorpsi, dianjurkan menggunakan arang aktif yang telah dihaluskan. Karbon aktif ini cocok digunakan untuk mengadsorpsi zat-zat organik. Komposisi arang aktif terdiri dari silika (SiO2), karbon, kadar air dan kadar debu. Unsur silika merupakan kadar bahan yang keras dan tidak mudah larut dalam air, maka khususnya silika yang bersifat sebagai pembersih partikel yang terkandung dalam air keruh dapat dibersihkan sehingga diperoleh air yang jernih.



39



Bahan baku yang berasal dari hewan, tumbuh-tumbuhan, limbah maupun mineral yang mengandung karbon dapat dibuat menjadi arang aktif yaitu dibuat melalui proses pembakaran secara karbonisasi (aktifasi) dari semua bahan yang mengandung unsur karbon dalam tempat tertutup dan dioksidasi/ diaktifkan dengan udara atau uap untuk menghilangkan hidrokarbon yang akan menghalangi/ mengganggu penyerapan zat organik Bahan tersebut antar lain tulang, kayu lunak maupun keras, sekam, tongkol jagung, tempurung kelapa, ampas penggilingan tebu, ampas pembuatan kertas, serbuk gergaji, dan batubara. 



Pembuatan arang aktif Secara umum dan sederhana, proses pembuatan arang aktif terdiri dari 3



tahap, yaitu : 



Dehidrasi : proses penghilangan air dimana bahan baku dipanaskan sampai temperatur 170°C.







Karbonisasi : pemecahan bahan-bahan organik menjadi karbon. Suhu diatas 170°C akan menghasilkan CO dan CO2. Pada suhu 275°C, dekomposisi menghasilkan “tar”, methanol dan hasil samping lainnya. Pembentukan karbon terjadi pada temperatur 400-600°C.







Aktifasi : dekomposisi tar dan perluasan pori-pori. Dapat dilakukan dengan uap atau CO2 sebagai aktifator. Yang dimaksud dengan aktifasi adalah suatu perlakuan terhadap arang



yang bertujuan untuk memperbesar pori yaitu dengan cara memecahkan ikatan hidrokarbon atau mengoksidasi molekul-molekul permukaan sehingga arang mengalami perubahan sifat, baik fisika maupun kimia, yaitu luas permukaannya bertambah besar dan berpengaruh terhadap daya adsorpsi. Arang aktif mempunyai warna hitam, tidak berasa dan tidak berbau, berbentuk bubuk dan granular, mempunyai daya serap yang jauh lebih besar dibandingkan dengan arang yang belum mengalami proses aktifasi, mempunyai bentuk amorf yang terdiri dari plat-plat dasar dan disusun oleh atom-atom karbon C yang terikat secara kovalen dalam suatu kisi yang heksagon. Plat-plat ini bertumpuk satu sama lain membentuk kristal-kristal dengan sisa-sisa hidrokarbon yang tertinggal pada permukaan. Dengan menghilangkan hidrokarbon tersebut



40



melalui proses aktifasi, akan didapatkan suatu arang atau karbon yang membentuk struktur jaringan yang sangat halus atau porous sehingga permukaan adsorpsi atau penyerapan yang besar dimana luas permukaan adsorpsi dapat mencapai 300-3500 cm2/gram. Proses pembuatan arang aktif dibagi menjadi 2, yaitu : 1)



Proses Kimia Bahan baku dicampur dengan bahan-bahan kimia tertentu, kemudian dibuat padat. Selanjutnya padatan tersebut dibentuk menjadi batangan dan dikeringkan serta dipotong-potong. Aktifasi dilakukan pada temperatur 100°C. Arang aktif yang dihasilkan dicuci dengan air selanjutnya dikeringkan pada temperatur 300°C. Dengan proses kimia, bahan baku dapat dikarbonisasi terlebih dahulu, kemudian dicampur dengan bahanbahan kimia.



2)



Proses Fisika Bahan baku terlebih dahulu dibuat arang. Selanjutnya arang tersebut digiling, diayak untuk selanjutnya diaktifasi dengan cara pemanasan pada temperatur 1000°C yang disertai pengaliran uap. Penyerapan



Bahan



-



bahan



Terlarut



Dengan



Arang



Aktif



Sifat arang aktif yang paling penting adalah daya serap. Untuk menghilangkan bahan-bahan terlarut dalam air, biasa menggunakan arang aktif dengan mengubah sifat permukaan partikel karbon melalui proses oksidasi. Partikel ini akan menyerap



bahan-bahan



organik



dan



akan



terakomulasi



pada



bidang



permukaannya. Pada umumnya ion organik dapat diturunkan dengan arang aktif. Adsorpsi oleh arang aktif akan melepaskan gas, cairan dan zat padat dari larutan dimana kecepatan reaksi dan kesempurnaan pelepasan tergantung pada pH, suhu, konsentrasi awal, ukuran molekul, berat molekul dan struktur molekul. Penyerapan terbesar adalah pada pH rendah. Dalam Laboratorium Manual disebutkan bahwa pada umumnya kapasitas penyerapan arang aktif akan meningkat dengan turunnya pH dan suhu air. Pada pH rendah aktifitas dari bahan larut dengan larutan meningkat sehingga bahan-bahan larut untuk tertahan pada arang aktif lebih rendah.



41



Proses adsorpsi arang aktif dapat digambarkan sebagai molekul yang meninggalkan zat pengencer yang terjadi pada permukaan zat padat melalui ikatan kimia maupun fisika. Molekul tersebut digunakan sebagai adsorbat dan zat padat disebut adsorben arang aktif. Adapun adsorpsi yang terjadi pada arang aktif dapat bersifat : 



Adsorpsi Fisika Adsorpsi fisika terjadi berdasarkan ikatan fisika antara zat-zat dengan arang aktif dalam keadaan suhu rendah dengan penyerapan relative kecil.







Adsorpsi Kimia Adsorpsi kimia terjadi berdasarkan ikatan kimia antara adsorben (arang aktif) dengan zat-zat teradsopsi. Dijelaskan pula bahwa bahan dalam larutan yang bersifat elektrolit akan diserap lebih efektif dalam suasana basa oleh arang aktif. Sedangkan bahan dalam larutan yang bersifat non elektrolit penyerapan arang aktif tidak dipengaruhi oleh sifat keasaman atau sifat kebasaan larutan. Secara garis besar penyerapan arang aktif terhadap zat yang terlarut



adalah: 



Zat teradsorpsi berpindah dari larutannya menuju lapisan luar dari adsorben (arang).







Zat teradsorpsi diserap oleh permukaan arang aktif.







Zat teradsorpsi akhirnya diserap oleh permukaan dalam atau permukaan porous arang. Adapun secara umum faktor yang menyebabkan adanya daya serap dari



arang aktif adalah : 



Adanya pori-pori mikro yang jumlahnya besar pada arang aktif sehingga menimbulkan gejala kapiler yang menyebabkan adanya daya serap.







Adanya permukaan yang luas (300 – 3500 cm2/gram) pada arang aktif sehingga mempunyai kemampuan daya serap yang besar. Menurut SII No.0258-79, arang aktif yang baik mempunyai persyaratan



seperti yang tercantum pada tabel dibawah ini :



42



Tabel 2. Spesifikasi karbon aktif Jenis Bagian yang hilang pada pemanasan 950°C Air Abu Bagian yang tidak diperarang Daya serap terhadap larutan



Persyaratan Maks. 15% Maks. 10% Maks. 2,5% Tidak nyata Min. 20%



2. Gel Silika Merupakan bahan yang terbuat dari add treatment dari larutan sodium silikat yang dikeringkan. Luas permukaanya 600-800 m2/g dengan diameter pori antara 20-50Á. Gel silika cocok digunakan untuk mengadsorpsi gas dehidrat dan untuk memisahkan hidrokarbon. 3. Alumina Aktif Alumina aktif cocok digunakan untuk mengadsorpsi gas kering dan Liquid. Luas permukaannya 200-500 m2/g dan diameter porinya 20-140Á.



43



BAB 6 EKSTRAKSI A. Pengertian Ekstraksi Ekstraksi adalah teknik yang sering digunakan bila senyawa organik (sebagian besar hidrofob) dilarutkan atau didispersikan dalam air. Pelarut yang tepat (cukup untuk melarutkan senyawa organik; seharusnya tidak hidrofob) ditambahkan pada fasa larutan dalam airnya, campuran kemudian diaduk dengan baik sehingga senyawa organik diekstraksi dengan baik. Lapisan organik dan air akan dapat dipisahkan dengan corong pisah, dan senyawa organik dapat diambil ulang dari lapisan organik dengan menyingkirkan pelarutnya. Pelarut yang paling sering digunakan adalah dietil eter C2H5OC2H5, yang memiliki titik didih rendah (sehingga mudah disingkirkan) dan dapat melarutkan berbagai senyawa organik. Teknik ini (ekstraksi) bermanfaat untuk memisahkan campuran senyawa dengan berbagai sifat kimia yang berbeda. Contoh yang baik adalah campuran fenol C6H5OH, anilin C6H5NH2 dan toluen C6H5CH3, yang semuanya larut dalam dietil eter. Pertama anilin diekstraksi dengan asam encer. Kemudian fenol diekstraksi dengan basa encer. Toluen dapat dipisahkan dengan menguapkan pelarutnya. Asam yang digunakan untuk mengekstrak anilin ditambahi basa untuk mendaptkan kembali anilinnya, dan alkali yang digunakan mengekstrak fenol diasamkan untuk mendapatkan kembali fenolnya. Bila senyawa organik tidak larut sama sekali dalam air, pemisahannya akan lengkap. Namun nyatanya, banyak senyawa organik, khususnya asam dan basa organik dalam derajat tertentu larut juga dalam air. Hal ini merupakan masalah dalam ekstraksi. Untuk memperkecil kehilangan yang disebabkan gejala pelarutan ini, disarankan untuk dilakukan ekstraksi berulang. Anggap anda diizinkan untuk menggunakan sejumlah tertentu pelarut. Daripada anda menggunakan keseluruhan pelarut itu untuk satu kali ekstraksi, lebih baik Anda menggunakan sebagian-sebagian pelarut untuk beberapa kali ekstraksi. Kemudian akhirnya menggabungkan bagian-bagian pelarut tadi. Dengan cara ini senyawa



44



akan terekstraksi dengan lebih baik. Alasannya dapat diberikan di bawah ini dengan menggunakan hukum partisi. Perhatikan senyawa organik yang larut baik dalam air dan dalam dietil eter ditambahkan pada campuran dua pelarut yang tak saling campur ini. Rasio senyawa organik yang larut dalam masing-masing pelarut adalah konstan. Jadi, ceter / cair = k (konstan) (12.1) ceter dan cair adalah konsentrasi zat terlarut dalam dietil eter dan di air. k adalah sejenis konstanta kesetimbangan dan disebut koefisien partisi. Nilai k bergantung pada suhu. Ekstraksi campuran-campuran merupakan suatu teknik dimana suatu larutan (biasanya dalam air) dibuat bersentuhan dengan suatu pelarut kedua (biasanya organik), yang pada hakikatnya tidak tercampurkan dengan yang pertama, dan menimbulkan perpindahan satu atau lebih zat terlarut (solut) ke dalam pelarut kedua itu. Untuk suatu zat terlarut A yang didistribusikan antara dua fasa tidak tercampurkan a dan b, hukum distribusi (atau partisi) Nernst menyatakan bahwa asal keadaan molekulnya sama dalam kedua cairan dan temperatur adalah konstan : Dimana KD adalah sebuah tetapan, yang dikenal sebagai koefisien distribusi (atau koefisien partisi) (Basset, 1994). Hukum distribusi atau partisi dapat dirumuskan: bila suatu zat terlarut terdistribusi antara dua pelarut yang tidak dapat campur, maka pada suatu temperatur yang konstan untuk setiap spesi molekul terdapat angka banding distribusi yang konstan antara kedua pelarut itu, dan angka banding distribusi ini tidak tergantung pada spesi molekul lain apapun yang mungkin ada. Harga angka banding berubah dengan sifat dasar pelarut, sifat dasar zat terlarut, dan temperatur (Svehla, 1990). Hukum ini dalam bentuk yang sederhana, tidak berlaku bila spesi yang didistribusikan itu mengalami disosiasi atau asosiasi dalam salah satu fasa tersebut. Pada penerapan praktis ekstraksi pelarut ini, terutama kalau kita perhatikan fraksi zat terlarut total dalam fasa yang satu atau yang lainnya, tidak peduli bagaimanapun cara-cara disosiasi, asosiasi atau interaksinya dengan spesi-



45



spesi lain yang terlarut. Untuk memudahkan, diperkenalkan istilah angka banding distribusi D (atau koefisien ekstraksi E). Dimana lambang CA menyatakan konsentrasi A dalam semua bentuknya seperti yang ditetapkan secara analitis (Basset, 1994). Partisi zat-zat terlarut antara dua cairan yang tidak dapat campur menawarkan banyak kemungkinan yang menarik untuk pemisahan analitis. Bila suatu zat terlarut membagi diri antara dua cairan yang tidak dapat campur, ada suatu hubungan yang pasti antara konsentrasi zat terlarut dalam dua fasa pada kesetimbangan. Suatu zat terlarut akan membagi dirinya antara dua zairan yang tidak dapat campur. Sedemikian rupa sehingga angka banding konsentrasai pada kesetimbangan adalah konstanta pada temperatur tertentu. Ekstraksi meliputi distribusi zat terlarut diantara dua pelarut yang tidak dapat campur. Pelarut umum dipakai adalah air dan pelarut organik lain seperti CHCl3, eter atau pentana. Garam anorganik, asam-asam dan basa-basa yang dapat larut dalam air bisa dipisahkan dengan baik melalui ekstraksi ke dalam air dari pelarut yang kurang polar. Ekstraksi lebih efisien bila dilakukan berulang kali dengan jumlah pelarut yang lebih kecil daripada jumlah pelarutnya banyak tetapi ekstraksinya hanya sekali (Arsyad, 2001). Tiga metode dasar pada ekstraksi cair-cair adalah ekstraksi bertahap, ekstraksi kontinyu, dan ekstraksi counter current. Ekstraksi bertahap merupakan cara yang paling sederhana. Caranya cukup dengan menambahkan pelarut pengekstraksi yang tidak bercampur dengan pelarut semula kemudian dilakukan pengocokan sehingga terjadi kesetimbangan konsentrasi yang akan diekstraksi pada kedua lapisan, setelah ini tercapai lapisan didiamkan dan dipisahkan (Khopkar, 1990). Kesempurnaan ekstraksi tergantung pada pada banyaknya ekstraksi yang dilakukan. Hasil yang baik diperoleh jika jumlah ekstraksi yang dilakukan berulang kali dengan jumlah pelarut sedikit-sedikit.



46



sampel bahan tanaman pelarut



Gambar 17. Alat Ekstraksi Sederhana



B. Syarat – Syarat Ekstraksi Pelarut Persyaratan yang harus dipenuhi dalam ekstraksi pelarut adalah : 1. Angka bonding ( ikatan ) yang tinggi untuk zat terlarut, angka bonding ( Ikatan ) yang rendah untuk zat-zat pengotor. 2. Kelarutan yang rendah untuk fase air. 3. Viskositas yang cukup rendah 4. Tidak mudah terbakar. 5. Mudah mengambil kembali zat terlarut dari pelarut C. Klasifikasi Ekstraksi Ekstraksi dapat di klasifikasikan menjadi : 1. Ekstraksi Khelat; Ekstraksi ini berlangsung melalui pembentukan khelat atau struktur cincin. 2. Ekstraksi Solvasi; Ekstraksi ini disebabkan oleh spesies ekstraksi disolvasi ke fase organik. 3. Ekstraksi Pembentukan Pasangan Ion; Ekstraksi ini berlangsung melalui pembentukan spesies netral yang tidak bermuatan diekstraksi kefasa organik. 4. Ekstraksi sinergis; Ekstraksi ini menyatakan adanya kenaikan pada hasil ekstraksi



di



sebabkan



oleh



adanya



penambahan



ekstraksi



dengan



memanfaatkan pelarut pengekstraksi.



47



D. Prinsip Ekstraksi 1. Prinsip Maserasi Penyarian zat aktif yang dilakukan dengan cara merendam serbuk simplisia dalam cairan penyari yang sesuai selama tiga hari pada temperatur kamar terlindung dari cahaya, cairan penyari akan masuk ke dalam sel melewati dinding sel. Isi sel akan larut karena adanya perbedaan konsentrasi antara larutan di dalam sel dengan di luar sel. Larutan yang konsentrasinya tinggi akan terdesak keluar dan diganti oleh cairan penyari dengan konsentrasi rendah ( proses difusi ). Peristiwa tersebut berulang sampai terjadi keseimbangan konsentrasi antara larutan di luar sel dan di dalam sel. Selama proses maserasi dilakukan pengadukan dan penggantian cairan penyari setiap hari. Endapan yang diperoleh dipisahkan dan filtratnya dipekatkan. 2. Prinsip Perkolasi Penyarian zat aktif yang dilakukan dengan cara serbuk simplisia dimaserasi selama 3 jam, kemudian simplisia dipindahkan ke dalam bejana silinder yang bagian bawahnya diberi sekat berpori, cairan penyari dialirkan dari atas ke bawah melalui simplisia tersebut, cairan penyari akan melarutkan zat aktif dalam sel-sel simplisia yang dilalui sampai keadan jenuh. Gerakan ke bawah disebabkan oleh karena gravitasi, kohesi, dan berat cairan di atas dikurangi gaya kapiler yang menahan gerakan ke bawah. Perkolat yang diperoleh dikumpulkan, lalu dipekatkan. 3. Prinsip Sokhletasi Penarikan komponen kimia yang dilakukan dengan cara serbuk simplisia ditempatkan dalam klonsong yang telah dilapisi kertas saring sedemikian rupa, cairan penyari dipanaskan dalam labu alas bulat sehingga menguap dan dikondensasikan oleh kondensor bola menjadi molekul-molekul cairan penyari yang jatuh ke dalam klonsong menyari zat aktif di dalam simplisia dan jika cairan penyari telah mencapai permukaan sifon, seluruh cairan akan turun kembali ke labu alas bulat melalui pipa kapiler hingga terjadi sirkulasi. Ekstraksi sempurna ditandai bila cairan di sifon tidak berwarna, tidak tampak noda jika di KLT, atau



48



sirkulasi telah mencapai 20-25 kali. Ekstrak yang diperoleh dikumpulkan dan dipekatkan. 4. Prinsip Refluks Penarikan komponen kimia yang dilakukan dengan cara sampel dimasukkan ke dalam labu alas bulat bersama-sama dengan cairan penyari lalu dipanaskan, uap-uap cairan penyari terkondensasi pada kondensor bola menjadi molekul-molekul cairan penyari yang akan turun kembali menuju labu alas bulat, akan menyari kembali sampel yang berada pada labu alas bulat, demikian seterusnya berlangsung secara berkesinambungan sampai penyarian sempurna, penggantian pelarut dilakukan sebanyak 3 kali setiap 3-4 jam. Filtrat yang diperoleh dikumpulkan dan dipekatkan. 5. Prinsip Destilasi Uap Air Penyarian minyak menguap dengan cara simplisia dan air ditempatkan dalam labu berbeda. Air dipanaskan dan akan menguap, uap air akan masuk ke dalam labu sampel sambil mengekstraksi minyak menguap yang terdapat dalam simplisia, uap air dan minyak menguap yang telah terekstraksi menuju kondensor dan akan terkondensasi, lalu akan melewati pipa alonga, campuran air dan minyak menguap akan masuk ke dalam corong pisah, dan akan memisah antara air dan minyak atsiri. 6. Prinsip Rotavapor Proses pemisahan ekstrak dari cairan penyarinya dengan pemanasan yang dipercepat oleh putaran dari labu alas bulat, cairan penyari dapat menguap 5-10º C di bawah titik didih pelarutnya disebabkan oleh karena adanya penurunan tekanan. Dengan bantuan pompa vakum, uap larutan penyari akan menguap naik ke kondensor dan mengalami kondensasi menjadi molekul-molekul cairan pelarut murni yang ditampung dalam labu alas bulat penampung. 7. Prinsip Ekstraksi Cair-Cair Ekstraksi cair-cair (corong pisah) merupakan pemisahan komponen kimia di antara 2 fase pelarut yang tidak saling bercampur di mana sebagian komponen larut pada fase pertama dan sebagian larut pada fase kedua, lalu kedua fase yang mengandung zat terdispersi dikocok, lalu didiamkan sampai terjadi pemisahan



49



sempurna dan terbentuk dua lapisan fase cair, dan komponen kimia akan terpisah ke dalam kedua fase tersebut sesuai dengan tingkat kepolarannya dengan perbandingan konsentrasi yang tetap. 8. Prinsip Kromatografi Lapis Tipis Pemisahan komponen kimia berdasarkan prinsip adsorbsi dan partisi, yang ditentukan oleh fase diam (adsorben) dan fase gerak (eluen), komponen kimia bergerak naik mengikuti fase gerak karena daya serap adsorben terhadap komponen-komponen kimia tidak sama sehingga komponen kimia dapat bergerak dengan kecepatan yang berbeda berdasarkan tingkat kepolarannya, hal inilah yang menyebabkan terjadinya pemisahan. 9. Prinsip Penampakan Noda a. UV 254 nm Pada UV 254 nm, lempeng akan berflouresensi sedangkan sampel akan tampak berwarna gelap.Penampakan noda pada lampu UV 254 nm adalah karena adanya daya interaksi antara sinar UV dengan indikator fluoresensi yang terdapat pada lempeng. Fluoresensi cahaya yang tampak merupakan emisi cahaya yang dipancarkan oleh komponen tersebut ketika elektron yang tereksitasi dari tingkat energi dasar ke tingkat energi yang lebih tinggi kemudian kembali ke keadaan semula sambil melepaskan energi. b. UV 366 nm Pada UV 366 nm noda akan berflouresensi dan lempeng akan berwarna gelap. Penampakan noda pada lampu UV 366 nm adalah karena adanya daya interaksi antara sinar UV dengan gugus kromofor yang terikat oleh auksokrom yang ada pada noda tersebut. Fluoresensi cahaya yang tampak merupakan emisi cahaya yang dipancarkan oleh komponen tersebut ketika elektron yang tereksitasi dari tingkat energi dasar ke tingkat energi yang lebih tinggi kemudian kembali ke keadaan semula sambil melepaskan energi. Sehingga noda yang tampak pada lampu UV 366 terlihat terang karena silika gel yang digunakan tidak berfluororesensi pada sinar UV 366 nm.



50



c. Pereaksi Semprot H2SO4 10% Prinsip penampakan noda pereaksi semprot H2SO 10% adalah berdasarkan kemampuan asam sulfat yang bersifat reduktor dalam merusak gugus kromofor dari zat aktif simplisia sehingga panjang gelombangnya akan bergeser ke arah yang lebih panjang (UV menjadi VIS) sehingga noda menjadi tampak oleh mata. E. Jenis Ekstraksi 1. Ekstraksi secara dingin a. Metode maserasi Maserasi merupakan cara penyarian sederhana yang dilakukan dengan cara merendam serbuk simplisia dalam cairan penyari selama beberapa hari pada temperatur kamar dan terlindung dari cahaya. Metode



maserasi



digunakan



untuk



menyari



simplisia



yang



mengandung komonen kimia yang mudah larut dalam cairan penyari, tidak mengandung benzoin, tiraks dan lilin. Keuntungan dari metode ini adalah peralatannya sederhana. Sedang kerugiannya antara lain waktu yang diperlukan untuk mengekstraksi sampel cukup lama, cairan penyari yang digunakan lebih banyak, tidak dapat digunakan untuk bahan-bahan yang mempunyai tekstur keras seperti benzoin, tiraks dan lilin. b. Metode Perkolasi Perkolasi adalah cara penyarian dengan mengalirkan penyari melalui serbuk simplisia yang telah dibasahi.Keuntungan metode ini adalah tidak memerlukan langkah tambahan yaitu sampel padat (marc) telah terpisah dari ekstrak. Kerugiannya adalah kontak antara sampel padat tidak merata atau terbatas dibandingkan dengan metode refluks, dan pelarut menjadi dingin selama proses perkolasi sehingga tidak melarutkan komponen secara efisien.



51



2. Ekstraksi secara panas a. Metode refluks Keuntungan dari metode ini adalah digunakan untuk mengekstraksi sampel-sampel yang mempunyai tekstur kasar dan tahan pemanasan langsung.. Kerugiannya adalah membutuhkan volume total pelarut yang besar dan sejumlah manipulasi dari operator. b. Metode destilasi uap Destilasi uap adalah metode yang popular untuk ekstraksi minyakminyak menguap (esensial) dari sampel tanaman Metode destilasi uap air diperuntukkan untuk menyari simplisia yang mengandung minyak menguap atau mengandung komponen kimia yang mempunyai titik didih tinggi pada tekanan udara normal.



52



BAB 7 LEACHING DAN ION EXCHANGE A. Leaching Proses memisahkan satu atau lebih komponen dalam campuran, campuran harus dikontakkan dengan fase lain, proses ini dikenal dengan nama Ekstraksi. Fase lain yang dikontakkan dapat berupa gas-cair, uap-cair, cair-cair maupun solid-fluida. Proses ekstraksi sendiri dibedakan menjadi dua macam yaitu, ekstraksi cair-cair dan ekstraksi padat-cair (leaching). Ekstraksi pelarut (ekstraksi cair-cair) seringkali digunakan sebagai alternatif untuk melakukan pemisahan selain dengan distilasi atau evaporasi. Contohnya asam asetat dapat dipisahkan dari air dengan distilasi atau dengan ekstraksi menggunakan pelarut organik.  Kebanyakan senyawa biologi, organik, dan anorganik terbentuk dalam campuran dari berbagai komponen dalam padatan. Untuk memisahkan solut (zat yang ingin diekstrak) yang diinginkan maupun yang tak diinginkan dari suatu solid, solid dikontakkan dengan fase liquid/ cair. Kedua fase tersebut akan mengalami kontak dan solut dapat berdifusi dari solid menuju fase liquid sehingga terjadi solut yang tadinya berada dalam solid dapat dipisahkan. Proses pemisahan inilah yang disebut dengan leaching. Pada leaching, ketika komponen yang tidak diinginkan dipisahkan dari solid dengan menggunakan air maka disebut washing. Leaching banyak dipakai dalam berbagai industri. Pada proses industri biologi dan makanan banyak produk dipisahkan dari struktur alaminya dengan proses leaching.  Sebagai contoh, gula dihasilkan dari proses leaching dari tebu atau gula bit dengan menggunakan air. Dalam produksi minyak sayur, pelarut organik seperti heksana, aseton, dan eter digunakan untuk mengekstrak minyak dari kacang tanah, kacang kedelai, biji bunga matahari, biji kapas, dan sebagainya. Pada industri farmasi, berbagai produk farmasi yang berbeda dihasilkan dengan proses leaching akar tanaman, daun, ataupun batang. Selain untuk berbagai kegunaan di atas leaching juga dijumpai dalam industri pemrosesan logam. Biasanya logam yang bermanfaat biasanya terdapat dalam campuran dengan jumlah konstituen tak diinginkan yang cukup besar. Leaching dipakai untuk



53



memisahkan logam sebagai garam yang terlarut. Misalnya garam tembaga dileaching dari bijih yang mengandung berbagai logam dengan menggunakan asam sulfat atau larutan amoniak. Persiapan dari solid yang akan di-leaching tergantung pada proporsi solut yang ada, distribusinya pada solid dan sifat alami dari solid. Bila senyawa terlarut dikelilingi oleh bahan yang tidak larut, pelarut harus berdifusi ke dalam dan lalu berkontak serta melarutkan solut dan kemudian berdifusi keluar. Material biologi biasanya memiliki struktur seluler dan solut berada dalam sel. Proses leachingnya berlangsung relatif lebih lambat karena dinding sel menyebabkan suatu halangan untuk berdifusi. Untuk itu biasanya materi biologi yang akan dileaching dipotong tipis memanjang atau dikecilkan ukurannya lebih dahulu agar sel-sel terpecah sehingga difusi dapat berlangsung  lebih cepat. Contohnya dalam untuk mengekstraksi gula dari tebu, tebu harus dipotong terlebih dulu. Pada proses leaching, mekanismenya ialah solven ditransfer menuju permukaan solid, kemudian solven berdifusi atau masuk ke dalam solid. Lalu, solut yang ada dalam solid berdifusi ke solven. Kemudian solut yang sudah terlarut dalam solven berdifusi menuju permukaan lalu ditransfer ke pelarut. Umumnya mekanisme  proses ekstraksi dibagi menjadi 3 bagian yaitu: 1. Perubahan fase solute untuk larut ke dalam pelarut, misalnya dari padat menjadi cairan. 2. Difusi melalui pelarut di dalam pori – pori untuk selanjutnya keluar dari partikel. 3. perpindahan solute ini dari sekitar partikel ke dalam larutan keseluruhannya. Setiap bagian dari mekanisme ini akan mempengaruhi kecepatan ekstraksi, namun bagian pertama berlangsung dengan cepat maka terhadap kecepatan ekstraksi secara keseluruhan dapat diabaikan. Jadi proses leaching dapat dilakukan  3 macam: 1. Pelarutan solute. 2. Pemisahan larutan terhadap ampas padat. 3. Pencucian ampas padat



54



Pemilihan alat untuk proses leaching dipengaruhi oleh faktor- faktor yang membatasi kecepatan ekstraksi dikontrol oleh mekanisme difusi solute melalui pori-pori solid yang diolah harus kecil, agar jarak perembesan tidak terlalu jauh. Sebaliknya bila mekanisme solute dari permukaan partikel kedalam larutan keseluruhan (bulk) merupakan faktor yang mengontrol, maka harus dilakukan pengadukan dalam proses. ‘ Ada 4 faktor yang harus diperhatikan dalam proses leaching: 1. Ukuran partikel Ukuran partikel yang lebih kecil akan memperbesar luas permukaan kontak antara partikel dengan liquid,akibatnya akan memperbesar heat transfer material,disamping itu juga akan memperkecil jarak diffusi. Tetapi partikel yang sangat halus akan membuat tidak efektif bila sirkulasi proses tidak dijalankan,disamping itu juga akan mempersulit drainage solid residu. Jadi harus ada range tertentu untuk ukuran-ukuran partikel dimana suatu partikel harus cukup kecil agar tiap partikel mempunyai waktu ekstraksi yang sama,tetapi juga tidak terlalu kecil hingga tidak menggumpal dan menyulitkan aliran. 2. Pelarut Harus dipilih larutan yang cukup baik dimana tidak akan merusak kontituen atau solute yang diharapkan(residu). Disamping itu juga tidak boleh pelarut dengan viskositas tinggi (kental) agar sirkulasi bebas dapat terjadi. Umumnya pada awal ekstraksi pelarut dalam keadaan murni,tetapi setelah beberapa lama konsentrasi solute didalamnya akan bertambah besar akibatnya rate ekstraksi akan menurun,pertama karena gradien konsentrasi akan berkurang dan kedua kerena larutan bertambah pekat. 3. Suhu operasi Umumnya kelarutan suatu solute yang di ekstraksi akan bertambah dengan bertambah tingginya suhu, demikian juga akan menambah besar difusi,jadi secara keseluruhan akan menambah kecepatan ekstraksi. Namun demikian dipihak lain harus diperhatikan apakah dengan suhu tinggi tidak merusak material yang diproses.



55



4. Pengadukan Dengan adanya pengadukan, maka diffusi eddy akan bertambah,dan perpindahan material dari permukaan pertikel ke dalam larutan (bulk) bertambah cepat,disamping itu dengan pengadukan akan mencegah terjadinya pengendapan. B. Ion Exchange Pertukaran ion secara luas digunakan untuk pengolahan air dan limbah cair, terutama digunakan pada proses penghilangan kesadahan dan dalam proses demineralisasi air.Proses pertukaran ion pada industri pengolahan air dan limbah cair, banyak diterapkan untuk proses penghilangan kesadahan dan demineralisasi air. Sebagai bahan yang digunakan untuk keperluan proses ini dapat dibedakan menurut ion penukarnya, yakni catiaon exchange pertukaran ion positif) dan anion exchange (pertukaran ion negatif). Sebagai bahan penukar ion positif yang umumnya digunakan adalan ion Natriun (Na+) dan ion hidrogen (H+), sedangkan bahan penukar ion negatif umumnya yang digunakan adalah (OH-). 1. Prinsip-prinsip Pertukaran Ion Pertukaran ion adalah sebuah proses fisika-kimia. Pada proses tersebut senyawa yang tidak larut, dalam hal ini resin, menerima ion positif atau negatif tertentu dari larutan dan melepaskan ion lain ke dalam larutan tersebut dalam jumlah ekivalen yang sama. Jika ion yang dipertukarkan berupa kation, maka resin tersebut dinamakan resin penukar kation, dan jika ion yang dipertukarkan berupa anion, maka resin tersebut dinamakan resin penukar anion. Dalam pengolahan air minum, media ion exchange harus memiliki sifatsifat sebagai berikut: a. Memiliki ion dalam media ion exchange itu sendiri; b. Tidak larut dalam air; c. Memiliki luas permukaan yang cukup pada struktur pori-pori sehingga mudah bagi ion untuk melewatinya; d. Memiliki kapasitas ion exchange dan dapat diregenerasi dengan bahan kimia yang sesuai; e. Bersifat tahan lama dan stabil secara kimia; f. Tidak beracun dan dalam penggunaannya tidak mewarnai air. 



56



Fungsi dari ion exchange adalah: a.      Demineralisi air; b.      Penyisihan amoniak; c.       Penyisihan logam berat; d.      Pengolahan radioaktif tingkat tinggi dan tingkat rendah. Kriteria desain kolom penukar ion: a.



Kedalaman resin 2,0-8,5 ft;



b.



Laju alir larutan 1-8 gpm/ft2;



c.



Ukuran diameter butiran (0,1-1) mm;



d.



Tingkat kolom harus memungkinkan terjadinya ekspansi resin (resin bergerak mengembang) selama backwash, tinggi maksimum kolom ± 12 ft;



e.



Selama backwash, zeolit berekspansi 25% dari kedalamannya sedangkan



resin



sintetis



akan



mengembang



75-100%



dari



kedalamannya semula; f.



Bila tinggi kolom yang dikehendaki besar dari 12 ft, digunakan 2 buah kolom.



Salah satu jenis kolom ialah kolom silinder baja dengan tinggi kolom 12 ft dan diameter 3 inchi.  Contoh reaksi pertukaran kation dan reaksi pertukaran anion disajikan pada reaksi (7.1) dan (7.2) di bawah ini : Reaksi pertukaran kation : 2NaR (s) + CaCl2 (aq)



CaR(s) + 2 NaCl(aq)



(7.1)



Reaksi pertukaran anion : 2RCl (s) + Na2SO4



R2SO4(s) + 2 NaCl



(7.2)



Reaksi (7.1) menyatakan bahwa larutan yang mengandung CaCl2 diolah dengan resin penukar kation NaR, dengan R menyatakan resin. Resin mempertukarkan ion Na+ larutan dan melepaskan ion Na+ yang dimilikinya ke dalam larutan. Proses penukaran kation yang diikuti dengan penukaran anion untuk mendapatkan air demin (demineralized water). Tahap terjadinya reaksi pertukaran ion disebut tahap layanan (service).



57



Jika resin tersebut telah mempertukarkan semua ion Na + yang dimilikinya, maka reaksi pertukaran ion akan terhenti. Pada saat itu resin dikatakan telah mencapai titik habis (exhausted), sehingga harus diregenerasi dengan larutan yang mengandung ion Na+ seperti NaCl. Tahap regenerasi merupakan kebalikan dari tahap layanan.Reaksi yang terjadi pada tahap regenerasi merupakan kebalikan reaksi (2.1). Resin penukar kation yang mempertukarkan ion Na+ tahap tersebut di atas dinamakan resin penukar kation dengan siklus Na. Resin penukar kation dengan siklus H akan mempertukarkan ion H+ pada tahap layanan dan regenerasi.



Gambar 18 Proses Gambar penukaran 19 Proses ion Demineralisasi Ca dengan Na (Pelunakan)



58



2. Jenis-jenis Resin Penukar Ion  Resin adalah suatu polimer yang secara elektris memiliki muatan yang satu ionnya dapat digantikan oleh ion lainnya. Sering kali resin dipakai untuk menghilangkan molekul yang besar dari air misalnya asam humus, lignin, asam sulfonat. Untuk regenerasi dipakai garam alkali atau larutan natrium hidroksida, bisa juga dengan asam klorida jika dipakai resin dengan sifat asam.Dalam regenerasi itu dihasilkan eluen yang mengandung organik dengan konsentrasi tinggi. Untuk proses air minum sampai sekarang hanya dipakai resin dengan sifat anionik.ibedakan atas dua jenis: a. Resin alami Umumnya yang digunakan adalah zeolit, yaitu mineral yang terdiri dari kristal alumino silikat terhidrasi yang mengandung kation alkali atau alkali tanah dalam kerangka tiga dimensi b. Resin buatan atau sintesis Resin penukar ion sintetis merupakan suatu polimer yang terdiri dari dua bagian yaitu struktur fungsional dan matrik resin yang sukar larut. Resin penukar ion ini dibuat melalui polimerisasi kondensasi phenol dengan formaldehid yang kemudian diikuti dengan reaksi sulfonasi untuk memperoleh resin penukar ion asam kuat.Resin sintesis memiliki kapasitas ion exchange yang lebih besar dari resin alami baik dari segi penukaran kation maupun anion. Biasanya resin sintesis terdiri dari polimerasi material organik syrene dan DVB (divinylbenzene). Berdasarkan jenis gugus fungsi yang digunakan, resin penukar ion dapat dibedakan menjadi empat jenis, yaitu : a. resin penukar kation asam kuat b. resin penukar kation asam lemah c. resin penukar anion basa kuat, dan d. resin penukar anion basa lemah Resin penukar kation mengandung gugus fungsi seperti sulfonat (RSO3H), phosphonat (R-PO3H2), phenolat (R-OH), atau karboksilat (R-COOH),



59



dengan R menyatakan resin. Gugus fungsi pada resin penukar ion asam kuat adalah asam kuatseperti sulfonat, phosphonat, atau phenolat, dan gugus fungsi pada resin penukar asam lemah adalah karboksilat. Gugus fungsi pada resin penukar anion adalah senyawa amina (primer/RNH2, sekunder/R-N2H, tersier/R-R'2N) dan gugus ammonium kuartener (RNR'3/tipe I, R-R'3N+OH/tipe II), dengan R' menyatakan radikal organik seperti CH3. Resin anion yang mempunyai gugus fungsi ammonium kuartener disebut resin penukar anion basa kuat dan resin penukar anion basa lemah mempunyai gugus fungsi selain ammonium kuartener.  Resin Penukar Kation Asam Kuat Resin penukar kation asam kuat yang beroperasi dengan siklus H, regenerasi dilakukan menggunakan asam HCl atau H2SO4. Reaksi pada tahap layanan adalah sebagai berikut : (7.3)



Konsentrasi asam keseluruhan yang dihasilkan oleh reaksi (2.3) disebut Free Mineral Acid (FMA).Jika nilai FMA turun, berarti kemampuan resin mendekati titik-habis dan regenerasi harus dilakukan. Reaksi pada tahap regenerasi adalah sebagai berikut : (7.4)  Resin Penukar Kation Asam Lemah Gugus fungsi pada resin penukar kation asam lemah adalah karboksilat (R- COOH). Jenis resin ini tidak dapat memisahkan garam yang berasal dari asam kuat dan basa kuat, tetapi dapat menghilangkan kation yang berasal dari garam 60



bikarbonat untuk membentuk asam karbonat, atau dengan kata lain resin ini hanya dapat menghasilkan asam yang lebih lemah dari gugus fungsinya. Reaksi-reaksi yang terj adi pada tahap layanan untuk resin penukar kation asam lemah dengan siklus H, dinyatakan oleh reaksi-reaksi berikut ini : (7.5)



Larutan regenerasi dan reaksi yang terjadi pada tahap regenerasi identik dengan resin penukar kation asam kuat.  Resin Penukar Anion Basa Kuat Resin penukar kation asam kuat siklus hidrogen akan mengubah garamgaram terlarut menjadi asam (reaksi 7.4), dan resin penukar anion basa kuat akan menghilangkan asam-asam tersebut, termasuk asam silikat dan asam karbonat. Reaksi- reaksi yang terjadi pada tahap layanan dan regenerasi adalah sebagai berikut :  Resin Penukar Anion Basa Lemah Resin penukar anion basa lemah hanya dapat memisahkan asam kuat seperti HCl dan H2SO4 , tetapi tidak dapat menghilangkan asam lemah seperti asam silikat dan asam karbonat, oleh sebab itu resin penukar anion basa lemah acap kali disebut sebagai acid adsorbers. Reaksi-reaksi yang terjadi pada tahap layanan adalah sebagai berikut : (7.6)



Resin penukar anion basa lemah dapat diregenerasi dengan NaOH, NH4OH atau N2CO3 seperti ditunjukkan oleh reaksi di bawah ini : (7.7)



61



3. Proses Demineralisasi Proses demineralisasi adalah suatu proses penghilangan garam-garam mineral yang ada didalam air, sehingga air yang dihasilkan mempunyai kemurnian yang tinggi. Padadasarnya proses ini seperti apa yang dilakukan didalam pelunakan air secara pertukaran ion. Bahan penukar ion yang digunakan terdiri dari penukar kation dan penukar anion. Penukar kation dikenal orang dengan sebutan Resin asam karena penukar ion-nya adalah ion hidrogen (H +), sedangkan penukar anion dikenal dengan sebutan Resin basa karena penukar ion-nya adalah ion hidroksida (OH-). Resin asam secara umum ditulis dengan simbul H2R dan Resin basa dengan simbul R(OH)2.



Gambar 20. Proses Demineralisasi dengan Pertukaran Ion Kedua macam Resin ini dapat ditempatkan secara terpisah pada dua buah



62



bejana ataupun dalam satu buah bejana.Susunannya harus berurutan (seri) dimana yang pertama adalah Resin asam dan yang berikutnyaadalah Resin basa. Resin asam berfungsi untuk merubah garam-garam mineral menjadi asam, dan Resin basa berfungsi untuk merubah (menetralkan) asam yang dihasilkan dari reaksi pertama menjadi air murni. 4. Operasi Sistem Pertukaran Ion Operasi sistem pertukaran ion dilaksanakan dalam empat tahap, yaitu : a. Tahap layanan (service) b. tahap pencucian balik (backwash) c. tahap regenerasi, dan d. tahap pembilasan.



63



Gambar 21. Operasi Sistem Penukar Ion



5. Manfaat Proses Ion Exchnge Bagi Industri Pada umumnya pertukaran ion digunakan untuk menghilangkan beberapa senyawa organik, misalnya pada suatu proses kimia di industri akan dihilangkan senyawa organik yang memiliki bau, warna, dan rasa. a. Pemurnian Air b. Produksi air kemurnian tinggi c. Pemisahan Logam d. Katalisis e. Gula Manufactur  f. Farmasi g. Desalinasi h. Demineralisasi i. Deklorisasi



64



BAB 8 PEMISAHAN DENGAN MEMBRAN DAN PEMISAHAN FISIK



A. Pemisahan dengan Membran 1. Teknologi Membran Membran telah mendapat tempat yang penting di dalam teknologi kimia dan aplikasinya telah digunakan secara luas. Sifat utama membran yang menjadi kunci pemanfaatan membran secara luas adalah kemampuannya untuk mengontrol laju permeasi suatu spesi kimia yang berbeda-beda. Dalam aplikasi pemisahan, tujuan penggunaan membran adalah untuk meloloskan satu komponen dari suatu campuran, melewati bagian membran secara bebas ketika laju permeasi komponen lain terhalang (Baker, 2004). Teknologi membran mulai dipelajari dan diteliti pada abad ke-18 oleh para ilmuwan filsafat. Ilmuwan pertama yang memelopori adalah Abbe Nolet. Nolet menggunakan kata ‘osmosis’ untuk menggambarkan permeasi air melewati diafragma pada tahun 1748. Pada sekitar abad 19 dan awal abad 20, belum ditemukan adanya penggunaan membran untuk industri ataupun untuk aplikasi komersial lainnya. Saat itu, membran hanya digunakan sebagai alat di laboratorium untuk mengembangkan teori kimia dan fisika. Sebagai contohnya, pengukuran tekanan osmosis larutan oleh Traube dan Pfeffer dengan memakai membran, digunakan lebih lanjut oleh van’t Hoff untuk mengembangkan hukum larutan idealnya pada tahun 1887, yang sekarang dikenal dengan persamaan van’t Hoff. Pada waktu yang sama, konsep dari membran selektif semipermiabel, digunakan oleh Maxwell dan lainnya dalam mengembangkan teori kinetik gas (Baker, 2004). Teknologi membran banyak digunakan karena proses pemisahannya memiliki banyak keuntungan, di antaranya adalah tidak memerlukan zat-zat kimia tambahan; prosesnya kontinu; temperatur operasional dan konsumsi energinya



65



rendah; non-destructive atau tidak akan merusak sampel dan komponen yang akan dipisahkan; teknologinya steril sehingga tidak menimbulkan masalah polusi baru; bersifat lebih kompetitif; sangat spesifik, yaitu membran dapat disesuaikan sesuai kebutuhan yang diinginkan dan mudah dikombinasikan dengan proses pemisahan lain (proses hibrid); dan peningkatan kapasitas (up-scale) pada membran mudah dilakukan (Mulder, 1996). Di samping keuntungan dan kelebihan yang dimiliki, membran juga memiliki beberapa kekurangan, di antaranya adalah adanya fenomena polarisasi konsentrasi atau membran fouling sehingga membran perlu dicuci secara berkala. Membran fouling merupakan masalah serius di dalam sistem pemisahan dengan membran, terutama pada membran mikrofiltrasi dan ultrafiltrasi. Fouling adalah proses terbentuknya endapan di atas membran, akibat penyumbatan lubang pori pada permukaan membran oleh partikel padat atau larutan berpartikel besar dalam umpan ataupun akibat penyerangan bakteri dan koloni pada permukaan membran. Membran fouling ini menyebabkan penurunan pada nilai fluks atau kecepatan alir permeat sehingga proses pemisahan menjadi tidak sempurna. Kelemahan lain adalah masa pakai (lifetime) membran terbatas; permeabilitas dan selektivitas membran kecil sehingga perlu adanya optimasi; serta peningkatan kapasitas pada membran tidak terjadi secara linear (Mulder, 1996). 2. Definisi Membran Membran dapat didefinisikan sebagai suatu lapisan penghalang tipis semipermiabel yang bersifat selektif dan berada di antara dua fasa (fasa umpan dan permeat). Membran dapat meloloskan suatu spesi kimia tertentu (permeat), tetapi menahan spesi kimia yang lain (retentat). Proses terjadinya pemisahan suatu spesi kimia tersebut perlu adanya gaya dorong, seperti perubahan tekanan (ΔP), perubahan konsentrasi (ΔC), perubahan potensial kimia (Δμ), dan perubahan potensial listrik (ΔE). Gambar 22 menunjukkan skema proses pemisahan melalui membran sistem 2 fasa.



66



Gambar 22. Proses Pemisahan dengan Membran Membran dapat berukuran tebal atau tipis; strukturnya dapat homogen ataupun heterogen; transpor membran dapat bersifat aktif atau pasif, transpor pasif bekerja dengan menggunakan perbedaan tekanan, konsentrasi atau temperatur. Selain itu, membran bisa berasal dari alam ataupun sintetik dengan bersifat netral atau bermuatan. Ketebalan, struktur, dan sifat membran yang bermacam-macam itu menyebabkan fungsi membran yang berbeda-beda dan dapat disesuaikan dengan kebutuhan proses pemisahan (Mulder, 1996). 3. Klasifikasi Membran a. Klasifikasi Membran Berdasarkan Morfologi dan Struktur Berdasarkan morfologi dan strukturnya, pada membran padat terdapat dua tipe membran yang berbeda, yaitu membran simetris dan asimetris. a) Membran Simetris atau Membran Isotropik Membran simetris merupakan membran yang memiliki struktur pori homogen dengan ukuran pori yang relatif sama pada kedua sisi membran. Ketebalan membran simetris, baik yang berpori ataupun tidak adalah sekitar 10200 μm (Mulder, 1996). Membran simetris dapat dibagi menjadi tiga macam, yaitu membran rapat, membran mikropori, dan membran bermuatan (Baker, 2004). Perbedaan di antara ketiga membran tersebut, diilustrasikan pada Gambar 23. Membran mikropori memiliki struktur dan fungsi yang sangat mirip dengan penyaring konvensional. Membran ini mempunyai struktur yang kaku dan pori yang terdistribusi secara acak dengan diameter lebih kecil dari penyaring konvensional, yaitu sekitar 0,01-10 μm. Semua partikel yang berukuran lebih besar dari ukuran pori terbesar membran, akan tertahan seluruhnya pada permukaan membran. Sebaliknya, semua partikel yang berukuran lebih kecil dari ukuran pori terbesar membran tetapi lebih besar dari pori membran terkecil, akan 67



tertahan sebagian oleh membran, sesuai dengan distribusi ukuran pori membran. Apabila ukuran partikel lebih kecil dibandingkan pori membran terkecil, partikel ini dapat dengan bebas keluar dari membran. Jadi, proses pemisahan larutan dengan membran mikropori didasarkan pada ukuran molekul dan distribusi ukuran pori. Secara umum, hanya molekul yang sangat berbeda dalam hal ukuran, dapat dipisahkan secara efektif dengan membran mikropori. Contohnya adalah penggunaan dalam ultrafiltrasi dan mikrofiltrasi (Baker, 2004). Membran rapat, tidak berpori merupakan suatu film rapat yang menjalani proses pemisahan dengan cara transpor difusi menggunakan tenaga pendorong berupa perbedaan konsentrasi, tekanan, ataupun perbedaan potensial listrik. Pemisahan variasi komponen dari campuran, dihubungkan secara langsung pada laju transpor membran sehingga membran rapat yang tak berpori ini dapat memisahkan partikel berukuran sama jika konsentrasi partikel dalam material membran tersebut berbeda dengan jelas. Membran rapat umumnya digunakan pada proses pemisahan gas, pervaporasi, dan osmosa balik. Biasanya, membran ini memiliki struktur anisotropik (asimetris) untuk meningkatkan nilai fluks (Baker, 2004). Membran bermuatan listrik, bisa memiliki struktur yang mikropori maupun rapat. Akan tetapi, biasanya merupakan membran mikropori dengan dinding pori bermuatan ion positif atau negatif. Membran bermuatan positif dapat mengikat anion sehingga disebut dengan membran pertukaran anion, sebaliknya membran bermuatan negatif dapat mengikat kation sehingga disebut membran pertukaran kation. Pemisahan pada membran yang bermuatan dipengaruhi oleh muatan dan konsentrasi ion pada larutan. Contoh dari aplikasi membran bermuatan ini adalah elektrodialisa (Baker, 2004).



Gambar 23. Penggolongan Membran Simetris b) Membran Asimetris atau Membran Anisotropik 68



Kecepatan alir spesi melewati membran berbanding terbalik dengan ketebalan membran. Laju alir tinggi sangat diinginkan dalam proses pemisahan membran sehingga membran perlu dibuat setipis mungkin. Perkembangan teknik membran untuk menghasilkan struktur membran asimetris merupakan salah satu faktor utama terobosan teknologi membran selama 30 tahun belakangan ini (Baker, 2004). Penggolongan membran asimetris ditunjukkan pada Gambar 24. Membran asimetris merupakan membran yang mempunyai struktur dan ukuran pori yang heterogen. Membran ini mengkombinasikan selektivitas tinggi dari membran rapat dengan laju permeasi tinggi dari membran tipis sehingga membran asimetris terdiri dari dua lapisan. Lapisan pertama merupakan lapisan kulit yang tipis dan rapat dengan ketebalan 0,1-0,5 μm. Lapisan kedua adalah lapisan pendukung yang lebih tebal dan memiliki ukuran pori lebih besar dengan ketebalan 50-150 μm (Mulder, 1996). Kedua lapisan dapat dibentuk dalam satu kesatuan ataupun terpisah. Dalam membran komposit, kedua lapisan biasanya dibuat dari polimer yang berbeda. Dalam membran cair, pori membran bertindak sebagai lapisan pendukung dan membran disiapkan dengan mengisi pori membran yang bersifat hidrofobik dengan pelarut organik yang sesuai. Selektivitas pemisahan dan laju permeasi membran ditentukan oleh lapisan permukaan membran sedangkan lapisan pendukung bertindak sebagai pemberi kekuatan mekanik. Tingginya nilai fluks yang dihasilkan menyebabkan hampir semua proses komersial menggunakan membran jenis ini (Baker, 2004).



Gambar 24. Penggolongan Membran Asimetris b. Klasifikasi Membran Berdasarkan Sumber untuk Pembuatan Membran



69



Berdasarkan sumber material untuk pembuatan membran, membran dapat dikelompokkan menjadi dua, yaitu membran alami (biologis) dan membran sintetik. Membran biologis dapat dibagi menjadi dua, yaitu living membran dan non-living membran. Living membran sangat penting dalam kehidupan makhluk hidup. Non-living membran, seperti liposom dan gelembung fosfolipid, semakin penting dalam proses pemisahan, terutama di bidang medis dan biomedis (Mulder, 1996). Membran sintetik dapat dibagi menjadi dua, yaitu membran organik (dalam bentuk polimer maupun membran cair) dan membran anorganik (dalam bentuk keramik dan logam) (Mulder, 1996). c. Klasifikasi Membran Berdasarkan Kerapatan dan Ketebalan Membran Berdasarkan kerapatan dan ketebalannya, membran dibagi menjadi dua, yaitu membran berpori dan membran tak berpori (Gambar 2.4). Berdasarkan diameter pori, membran berpori dibagi lagi menjadi tiga, yaitu makropori (diameter pori > 50 nm), mesopori (2 nm < diameter pori < 50 nm), dan mikropori (diameter pori < 2 nm). Pada membran tak berpori (rapat), ukuran pori tidak dapat ditentukan secara pasti (Mulder, 1996). d. Material Membran dan Sifatnya Membran dapat dibuat dari berbagai material yang berbeda. Membran sintetik dapat dibuat dari material organik dan anorganik. Material organik yang umum digunakan adalah polimer atau makromolekul sedangkan material anorganik yang sering digunakan adalah keramik, logam, gelas. Pada pembuatan membran organik, pemilihan polimer untuk pembuatan membran harus disesuaikan dengan sifat spesifik membran yang akan diperoleh (Mulder, 1996). Membran polimer sintetik dapat dibagi menjadi dua, yaitu membran hidrofobik dan



hidrofilik.



Contoh



material



membran



polimer



hidrofobik



adalah



politetrafluoroetilen (PTFE, teflon); poliviniliden fluorida (PVDF); polipropilen (PP); polietilen (PE). Contoh material membran polimer hidrofilik adalah ester selulosa



(CA);



polikarbonat



(PC);



polisulfon/polietersulfon



(PSf/PES);



poliimida/polieterimida (PI/PEI); poliamida alifatik (PA); polietereterketon (PEEK). Material membran anorganik yang umum digunakan adalah material



70



membran keramik, seperti alumina (Al2O3); zirkonia (ZrO2); titania (TiO2); silisium karbida (SiC) (Mulder, 1996). Pada pembuatan membran mikrofiltrasi dan ultrafiltrasi, material polimer (organik) dan keramik (anorganik) sama pentingnya. Beberapa contoh polimer yang digunakan dalam pembuatan mikrofiltrasi adalah PTFE, PVDF, PP, CA, PC, PES, PI, PEI, PA, Al2O3, ZrO2 sedangkan pada ultrafiltrasi biasa digunakan PSf, PES, PVDF, CA, PEI, PI, PA, Al2O3, ZrO2. Pada pembuatan membran osmosa balik dan nanofiltrasi, material polimer hidrofilik merupakan pilihan utama karena dibutuhkan permeabilitas tinggi terhadap air untuk proses desalinasi air laut. Beberapa contoh material hidrofilik yang sering digunakan adalah poliamida aromatik, selulosa triasetat, PA, polieter urea (Mulder, 1996). Pada umumnya, membran hidrofilik merupakan membran yang memiliki ketahanan yang lebih baik terhadap fouling dan dapat mempertahankan permeabilitas tetap tinggi jika dibandingkan dengan membran hidrofobik (Baker, 2004). Oleh karena itu, seringkali material polimer yang larut dalam air ditambahkan pada larutan casting membran hidrofobik sehingga dapat memberikan sifat hidrofilik pada permukaan membran hidrofobik tersebut. Sifat membran hidrofilik ini sangat baik digunakan dalam proses pemisahan yang mengandung air karena membran hidrofilik ‘suka’ dengan air sehingga kandungan lain di dalam air dapat dengan mudah terpisahkan. Contohnya adalah dalam proses pemurnian air; pengolahan air limbah seperti pemisahan air-minyak, desalinasi; dan sebagainya (Gomez et al., 2003). Pada penelitian ini dilakukan pembuatan membran nata-de-coco yang merupakan membran dengan material polimer hidrofilik. Membran nata-de-coco ini diharapkan dapat menghasilkan permeabilitas dan selektivitas yang baik. e. Teknik Pembuatan Membran Pada umumnya, teknik yang digunakan dalam proses pembuatan membran ada lima, yaitu sintering, stretching, track-etching, template-leaching, dan inversi fasa (Baker, 2004; Mulder, 1996). 1. Sintering



71



Prosesnya adalah dengan memberi tekanan pada bubuk atau serbuk yang memiliki ukuran partikel tertentu, lalu dilakukan sintering pada suhu tertentu sehingga antar muka partikel yang berdekatan akan menghilang dan muncul poripori yang baru. Teknik ini dapat menghasilkan membran organik maupun anorganik yang berpori, dengan ukuran pori 0,1-10 μm. 2. Stretching Prosesnya adalah film yang terbuat dari polimer semikristalin ditarik terhadap arah ekstruksi sehingga bagian kristalin dari polimer pada polimer terletak sejajar dengan arah ekstruksi. Teknik ini menghasilkan membran berpori dengan ukuran sekitar 0,1-0,3 μm. 3. Track-etching Prosesnya adalah film polimer ditembak oleh partikel radiasi berenergi tinggi yang tegak lurus terhadap arah film hingga membentuk lintasan pada matriks polimer (Gambar 2.9), lalu film dimasukkan ke dalam bak asam atau basa dan matriks polimer akan membentuk pori silinder yang sama dengan distribusi pori yang sempit. Teknik ini menghasilkan membran berpori dengan ukuran sekitar 0,02-10 μm. Pori membran ini berbentuk silinder dengan ukuran sama dan distribusi yang sempit. 4. Template-leaching Prosesnya adalah dengan melepaskan salah satu komponen (leaching) dari material dasar penyusun membran yang umumnya terdiri dari tiga komponen berbeda. Teknik ini menghasilkan membran berpori dengan diameter pori minimal 0,005 μm. 5. Inversi Fasa Metode inversi fasa dikembangkan oleh Sidney Loeb dan Srinivasa Sourirajan sehingga dikenal dengan metode Loeb-Sourirajan. Prosesnya adalah dengan mengubah larutan polimer dari fasa cair menjadi fasa padat. Proses inversi fasa ini meliputi empat tahap. Tahap pertama adalah pembuatan larutan cetak yang homogen. Tahap kedua adalah pencetakan. Tahap ketiga adalah penguapan sebagian pelarut atau koagulasi parsial hanya pada bagian lapisan kulit. Tahap



72



terakhir adalah pengendapan polimer dalam bak koagulan yang berisi non pelarut hingga dihasilkan suatu lapisan pendukung. B. Pemisahan Fisik Pemisahan campuran secara fisika ditandai dengan tidak adanya perubahan zat selama pemisahan campuran. Beberapa teknik pemisahan campuran secara fisik yaitu : 1. Corong Pisah Corong pisah atau corong pemisah adalah peralatan laboratorium yang digunakan untuk memisahkan komponen-komponen suatu campuran yang tersusun oleh dua jenis cairan yang tidak saling melarutkan. Contohnya memisahkan campuran air dan minyak.  Corong pemisah berbentuk kerucut yang ditutupi setengah bola. Corong ini mempunyai penyumbat di bagian atas dan keran di bagian bawah. Corong pemisah yang digunakan dalam laboratorium terbuat dari kaca borosilikat dan kerannya terbuat dari kaca ataupun Teflon. Untuk memakai corong ini, campuran dimasukkan ke dalam corong dari atas dengan corong keran ditutup. Corong ini kemudian ditutup dan digoyang dengan kuat supaya larutan tercampur. Corong kemudian didiamkan agar terjadi pemisahan komponen penyusun campuran. Penyumbat dan keran corong kemudian dibuka dan dua fase larutan ini dipisahkan dengan mengontrol keran corong. 2. Dekantasi Dekantasi adalah pemisahan campuran dengan cara menuang cairan secara perlahan-lahan, sehingga padatan tertinggal di dalam wadah. Pemisahan secara dekantasi juga dapat dilakukan dengan menggunakan pipet, seperti terlihat pada animasi. Metode ini lebih cepat dibanding filtrasi tetapi hasilnya kurang efektif. Cara ini lebih efektif jika partikel padatnya berukuran besar. Contohnya pemisahan campuran air dan pasir.  3. Distilasi Distilasi atau penyulingan merupakan pemisahan suatu campuran berdasarkan perbedaan titik didih. Materi satu dengan materi yang lain



73



mempunyai titik didih yang berbeda. Dengan distilasi, maka materi yang mempunyai titik didih lebih rendah akan mendidih dan menguap terlebih dahulu. Bahan yang dipisahkan dengan metode ini adalah bentuk larutan atau cair, tahan terhadap pemanasan, dan perbedaan titik didihnya tidak terlalu dekat. Pada proses distilasi kita akan menguapkan zat pelarut untuk mendapatkan zat pelarutnya dengan cara mengembunkan uap zat pelarut. Pelarut bahan yang diinginkan akan menguap, uap dilewatkan pada tabung pengembun (kondensor), kemudian uap yang mencair ditampung dalam wadah. Bahan hasil pada proses ini disebut destilat, sedangkan sisanya disebut residu. Contoh penggunaan metoda distilasi adalah pembuatan air murni (aquades) dari campuran air dan mineralmineral yang terkandung di dalamnya, memisahkan antara air dengan alkohol, dan pembuatan minyak kayu putih. Pemisahan campuran secara distilasi yang dilakukan hanya sekali, terkadang masih belum terpisah seluruhnya. Contoh pemisahan air dan alkohol dengan cara distilasi. Air mempunyai titik didih 100oC, sedangkan titik didih alkohol hanya 75oC. Jika larutan ini kita panaskan pada suhu 75 oC, ternyata sebagian airpun turut menguap. Akibatnya distilat masih mengandung air sedikit. Oleh karena itu kita perlu melakukan proses distilasi secara bertingkat. Contoh proses distilasi bertingkat lainnya adalah proses pengolahan minyak bumi. 3. Filtrasi Filtrasi



atau



penyaringan



merupakan



metode



pemisahan



untuk



memisahkan zat padat dari cairannya dengan menggunakan alat berpori (penyaring/filter). Dasar pemisahan metode ini adalah perbedaan ukuran partikel antara pelarut dan zat terlarutnya. Penyaring akan menahan zat padat yang mempunyai ukuran partikel lebih besar dari pori-pori saringan dan meneruskan pelarutnya. Pada proses filtrasi, bahan yang akan disaring harus dibuat dalam bentuk larutan atau berwujud cair kemudian disaring. Hasil penyaringan disebut filtrat sedangkan sisa yang tertinggal di penyaring disebut residu atau ampas. Dalam kehidupan sehari-hari kita sering melakukan teknik pemisahan campuran ini, misalnya ketika kita membuat santan dari parutan buah kelapa,



74



menyaring air bersih dari kotorannya, dan ketika memisahkan minuman teh dari ampas/dedaunan teh. 4. Kristalisasi Kristalisasi merupakan metode pemisahan untuk memperoleh zat padat yang terlarut dalam suatu larutan. Dasar metode ini adalah kelarutan bahan dalam suatu pelarut, dan perbedaan titik didih. Contohnya bila kita ingin memisahkan garam dari air pelarutnya. Kedua komponen larutan tersebut yaitu garam dan air, sama-sama mempunyai ukuran partikel yang sangat kecil yang dapat menembus filter serapat apapun. Oleh karena itu kita harus dapat memisahkan campuran ini dengan cara lain yaitu berdasarkan titik didih komponennya. Kristalisasi ada dua cara yaitu kristalisasi penguapan dan kristalisasi pendinginan. Kristalisasi penguapan dilakukan jika zat yang akan dipisahkan tahan terhadap panas dan titik bekunya lebih tinggi daripada titik didih pelarut. Contoh proses kristalisasi penguapan adalah pembuatan garam dapur dari air laut. Mula-mula air laut ditampung dalam suatu tambak, kemudian dengan bantuan sinar matahari dibiarkan menguap. Setelah proses penguapan, dihasilkan kristalkristal garam.  Kristalisasi pendinginan dilakukan dengan cara mendinginkan larutan. Pada saat suhu larutan turun, komponen zat yang memiliki titik beku lebih tinggi akan membeku terlebih dahulu, sementara zat lain masih larut sehingga keduanya dapat dipisahkan dengan cara penyaringan. Contoh kristalisasi pendinginan adalah pembuatan natrium asetat dari campuran asam asetat dengan natrium karbonat, natrium bikarbonat atau natrium hidroksida. Apabila asam asetat bercampur dengan natrium karbonat akan terbentuk kristal natrium asetat.    5. Kromatografi Kromatografi adalah cara pemisahan berdasarkan perbedaan kecepatan perambatan pelarut pada suatu lapisan zat tertentu. Dasar pemisahan metode ini adalah kelarutan dalam pelarut tertentu, daya absorbsi (daya serap) oleh bahan penyerap, dan volatilitas (daya penguapan).  Salah satu jenis kromatografi adalah kromatografi kertas. Teknik kromatografi ini dapat digunakan untuk memisahkan komponen campuran



75



pewarna. Misalnya, tinta merupakan campuran dari beberapa warna. Pelarut yang digunakan antara lain eter dan aseton. Zat yang lebih larut dalam pelarut akan bergerak lebih cepat ke atas, sedangkan zat yang kurang larut akan tertinggal. Kertas yang berisi hasil pemisahan secara kromatografi disebut kromatogram. Kromatografi memiliki banyak kegunaan. Dalam industri makanan digunakan untuk mengetahui apakah suatu pewarna makanan aman untuk dikonsumsi. Selain itu, untuk memeriksa kandungan pestisida dalam sayuran dan buah-buahan.  6. Sentrifugasi Suspensi yang partikel-partikelnya sangat halus tidak bisa dipisahkan dengan cara filtrasi. Partikel-partikelnya dapat melewati saringan atau bahkan menutupi lubang pori-pori saringan sehingga cairan tidak dapat lewat. Cara untuk memisahkan suspensi adalah dengan membiarkannya hingga mengendap. Setelah beberapa saat, partikel-partikelnya mengendap sehingga cairannya dapat dituang. Akan tetapi banyak partikel suspensi yang terlalu kecil untuk disaring tetapi juga tidak dapat mengendap. Hal ini karena partikel-partikel padatan tersebut dipengaruhi oleh gerakan molekul cairan yang sangat cepat. Suspensi yang sulit dipisahkan ini dapat dipisahkan dengan sentrifugasi. Suspensi yang akan dipisahkan dimasukkan ke dalam tabung reaksi kemudian diputar. Sentrifugasi yang cepat menghasilkan gaya sentrifugal yang lebih besar sehingga partikel tersuspensi mengendap di dasar tabung. Proses selanjutnya adalah memisahkan endapan dari pelarutnya dengan cara menuang pelarut ke tempat lain dan  endapan tetap tinggal di dalam tabung. Contoh pemisahan campuran dengan sentrifugasi adalah ketika kita ingin memisahkan komponen-komponen penyusun darah, dan  memisahkan susu menjadi susu krim dan susu skim. 7. Sublimasi Penyubliman merupakan peristiwa berubahnya wujud materi dari padat menjadi uap, kemudian berubah kembali dari uap menjadi padat. Beberapa materi dapat menyublim, misalnya kristal iodida (I2), kapur barus, dan sebagainya. Dengan sifat yang dimiliki oleh zat tersebut, jika terjadi campuran yang



76



melibatkan zat yang bersifat dapat menyublim dengan zat yang tidak dapat menyublim,



maka



pemisahan



dapat



dilakukan



dengan



cara



sublimasi.



Sublimasi merupakan metode pemisahan campuran dengan cara menguapkan zat padat tanpa melalui fasa cair terlebih dahulu sehingga kotoran yang tidak menyublim akan tertinggal dalam tabung. Misalnya campuran antara pasir dengan kristal iodida. Pasir merupakan materi yang tidak dapat (sukar) menguap, sedangkan kristal iodida merupakan materi yang mengalami peristiwa penyubliman. Dengan demikian campuran ini dapat dipisahkan dengan cara sublimasi.



77



DAFTAR PUSTAKA



Alam, Gemini dan Abdul Rahim. 2007. Penuntun Praktikum Fitokimia. UIN Atkins, P.W., 1997, Kimia Fisika Jilid 2, Erlangga, Jakarta Austin,



G.T. 1987. McGrawHill.



Shreve’s



Chemical



Process



Industries.Kogakusha:



Elliot, D. 1999. Primary Brine Treatment, 1999 Eltech Chlorine/Chlorate Seminar Technology Bridge To The Millenium.Ohio: Cleveland. Brady, James, 1999, Kimia Untuk Universitas, Erlangga, Jakarta. Ditjen POM, (1986), "Sediaan Galenik", Departemen Kesehatan Republik Indonesia, Jakarta. Day, R. A. Jr. & Underwood, A. L. 1986. Analisis Kimia Kuantitatif: Alih Bahasa Hadyana P. Jakarta:Erlangga. Jumaeri, dkk, 2003, Pengaruh Penambahan Bahan Pengikat Impurities terhadap Kemurnian Natrium Klorida Pada Proses Pemurnian Garam Dapur Melalui Proses Kristalisasi, Laporan Penelitian,Lembaga Penelitian UNNES, Semarang. Lakraimi, M., Legrouri, A., Barroug, A., de Roy, A., and Besse, J. P., 2000,Preparation of a new stablehybrid material by chloride/2.4dichlorophenoxyacetate ion exchange into the zincaluminiumchloridelayered double hydroxide, Journal of Materials Chemistry, 10, 1007-1011 Levenspiel, O., 1998, Chemical Reaction Engineering, 3rd Edition, John Wiley & Sons, Inc., New York



78



Nitimihardja, Agung A. 2005. Regulation of The Minister of Industry of The Republic of Indonesia Number 42/M-IND/PER/11/2005 Regarding Preparation, Packaging and Labeling Of Iodized Salt,Minister Of Industry Of The Republic Of Indonesia. Setiadi. 2007. Pengolahan dan Penyediaan Air.Balai Pustaka :Bandung Sudjadi, Drs., (1986), "Metode Pemisahan", UGM Press, Yogyakarta Stahl, Egon. 1985. Analisis Obat Secara Kromatografi dan Mikroskopi. ITB: Bandung. 3-5 Treybal, R. E., 1980, Mass Transfer Operation, 3rd edition, p.275, Mc Graw Hill Book Co. Ltd, New York. Wahono.2007.Resin Penukar Ion.Balai Pustaka : Jakarta Wijaya H. M. Hembing (1992), ”Tanaman Berkhasiat Obat di Indonesia”, Cet 1 , Jakarta . Vogel. 1979. Textbook of Macro and Semimicro Qualitative Inorganic Analysis. London: Longman



79