EFISIENSI PROSES ADSORPSI MENGGUNAKAN SILIKA GEL

TERHADAP KADAR BIOETANOL BONGGOL JAGUNG (Zea Mays)

Disusun sebagai salah satu syarat menyelesaikan Program Strata I

pada jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik

Oleh:

KUMALA SARI

D500140102

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2019

i

HALAMAN PERSETUJUAN

EFISIENSI PROSES ADSORPSI MENGGUNAKAN SILIKA GEL

TERHADAP KADAR BIOETANOL BONGGOL JAGUNG (Zea Mays)

PUBLIKASI ILMIAH

Oleh:

KUMALA SARI

D500140102

Telah diperiksa dan disetujui untuk diuji oleh:

Dosen Pembimbing

Eni Budiyati, S.T., M.Eng.

NIK. 991

iii

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam publikasi ilmiah ini tidak

terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu

perguruan tinggi dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau

pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan orang lain, kecuali secara tertulis

diacu dalam naskah dan disebutkan dalam daftar pustaka.

Apabila kelak terbukti ada ketidakbenaran dalam pernyataan saya di atas,

maka akan saya pertanggungjawabkan sepenuhnya.

Surakarta, 3 Januari 2019

Penulis

KUMALA SARI

D500140102

1

EFISIENSI PROSES ADSORPSI MENGGUNAKAN SILIKA GEL

TERHADAP KADAR BIOETANOL BONGGOL JAGUNG (Zea Mays)

Abstrak

Teknologi pemurnian bioetanol untuk kebutuhan bahan bakar sudah banyak

dilakukan. Salah satu cara pemurnian bioetanol adalah dengan penambahan

adsorben ke dalam bioetanol. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh

waktu pendiaman dan massa adsorben terhadap kenaikan kadar bioethanol. Pada

penelitian ini menunjukan bahwa terdapat pengaruh waktu pendiaman terhadap

kadar kenaikan bioetanol. Waktu pendiaman bioetanol terbaik didapat pada

perendaman adsorben selama 60 menit, dengan kadar 5,1%. Sedangkan waktu

pendiaman yang semakin lama dapat mempengaruhi kemampuan adsorbsi silika

gel semakin menurun dan mengakibatkan penurunan kadar bioetanol yang

dihasilkan. Pengaruh massa adsorben terhadap kenaikan kadar bioetanol bonggol

jagung, peningkatan terbaik pada massa adsorben 1,25 gram, dengan kenaikan

kadar etanol sebesar 0,1% diperoleh kadar etanol sebesar 5,1%. Pengaruh massa

adsorben terhadap kenaikan kadar bioetanol, dimana semakin banyak massa

adsorben maka semakin banyak air yang dapat terserap. Dalam proses distilasi

didapatkan volume bioetanol sebesar 64,75 mL dengan perolehan kadar bioetanol

mula-mula 4%, yang akan digunakan sebagai umpan adsorbsi menggunakan silika

gel. Pada setiap sampel digunakan volume bioetanol sebanyak 5 mL, dengan variasi

waktu pendiaman (60; 120; 180; 240 dan 300) menit, sedangkan untuk variasi

massa adsorben sebesar (0,25; 0,5; 0,75; 1 dan 1,25) gram.

Kata Kunci: Bonggol jagung, adsorpsi, adsorben, silika gel, bioetanol

Abstract

Bioethanol purification technology for fuel needs has been done a lot. One of

methods to purify bioethanol is by adding adsorbents to bioethanol. This study aims

to determine the effect of residence time and mass of adsorbent on increasing

bioethanol levels. In this study, it was shown that there was an effect on residence

time on the level of increase in bioethanol. The best bioethanol planting time was

obtained by soaking the adsorbent for 60 minutes, with a content of 5.1%. While

the longer dwelling time can affect the ability of silica gel adsorption to decrease

and result in a decrease in the level of bioethanol produced. The effect of the mass

of the adsorbent on the increase in corn hump bioethanol levels, the best increase

in the mass of the adsorbent was 1.25 grams, with an increase in ethanol content of

0.1% obtained by ethanol content of 5.1%. The effect of the mass of the adsorbent

on increasing levels of bioethanol, where the more mass of the adsorbent, the more

water can be absorbed. In the distillation process, the volume of bioethanol was

64.75 mL with the acquisition of the initial bioethanol level of 4%, which will be

used as bait for adsorption using silica gel. In each sample bioethanol volume was

used as much as 5 mL, with variations in residence time (60; 120; 180; 240 and

300) minutes, while for mass variations of the adsorbent amounted to (0.25; 0.5;

0.75; 1 and 1.25) grams.

Keywords: Corn weed, adsorption, adsorbent, silica gel, bioethanol

2

1. PENDAHULUAN

Sektor pertanian Indonesia memiliki peranan penting dalam perekonomian

nasional, untuk tujuan komersial sebagai bahan baku industri. Seiring dengan

pertambahan jumlah penduduk mengakibatkan gaya hidup yang lebih

konsumtif. Hal ini dapat menimbulkan banyak sampah. Sampah yang

menumpuk banyak membawa dampak buruk bagi kesehatan manusia maupun

lingkungan apabila tidak dimanfaatkan secara maksimal.

Menurut (Harianja dan Idiawati, 2015) diantara bahan limbah yang

memiliki jumlah besar adalah limbah dengan kandungan lignoselulosik seperti

sekam, jerami, sagu, ubi, dan bonggol jagung. Salah satu metode pemanfaatan

sampah antara lain metode biokonversi (proses pengubahan sampah menjadi

bahan bakar termasuk didalamnya sebagai bioetanol dengan melibatkan

mikroorganisme). Komponen-komponen utama yang terkandung dalam

sampah organik meliputi pati, selulosa, hemiselulosa dan lignin (Mushlihah dan

Trihadiningrum, 2013).

Bonggol jagung merupakan salah satu limbah pertanian yang memiliki

kandungan bahan lignoselulosa yang potensial dikembangkan menjadi

bioetanol. Selain sebagai sumber karbohidrat jagung dimanfaatkan pula sebagai

pakan ternak, diolah menjadi minyak, tepung, furfural, dan bahan baku indutri

(Sulistyawati, 2008; Muslihah, 2012; Mushlihah dan Trihadiningrum, 2013).

Salah satu alternatif bahan baku yang dapat digunakan untuk pembuatan

bioetanol adalah biomassa berselulosa. Menurut Wayman, (2002) dalam

Riyanti, (2009) biomassa berselulosa merupakan sumber daya alam yang

berlimpah dan murah serta mendukung industri bahan bakar nabati (BBN)

seperti etanol dan butanol. Biomassa berpotensi sebagai BBN dilihat dari

kandungan energi dari selulosa yang bisa dikonversi menjadi gula sederhana

kemudian dikonversi menjadi bioetanol (Riyanti, 2009).

Biomassa merupakan salah satu komoditas yang bisa diproduksi menjadi

bioetanol. Selain murah bioetanol berbahan dasar limbah biomassa dapat

membantu dapat membantu pengelolaan lingkungan yang bersih, memberikan

alternatif pengelolaan limbah padat berlignoselulosa dari pertanian menjadi

bahan bakar terbarukan (Shah dan Rehan, 2014; Leustean, 2009)

3

Hasil penelitian terdahulu kemurnian bioetanol dari bonggol jagung

menggunakan analisa interpolasi densitas adalah 3,9306% pada kondisi HCl 0,5

M dengan waktu fermentasi 7 hari, sedangkan dengan analisa Gas

Chromatograph (GC) kadar etanol tertinggi diperoleh 1,3039% pada perlakuan

kondisi yang sama (Fachry et al., 2013).

Beberapa proses pemurnian etanol diantaranya yaitu extractive distillation,

pressure swing distillation, dan metode adsorpsi (Tadayon et al., 2014; Kumar

et al., 2010; Dyartanti et al., 2012). Namun hanya metode adsorpsi-lah yang

banyak digunakan karena selain murah tapi juga mudah pengoprasiannya

(Dyartanti et al., 2012).

Proses pemurnian dengan metode adsorpsi dapat dilakukan dengan

menggunakan za-zat padat atau adsorben untuk mengikat suatu zat dari suatu

larutan (McCabe et al., 1999). Silika gel merupakan media adsorpsi yang

mempunyai daya serap tinggi terhadap air serta bersifat hidrofilik sehingga

kandungan air dalam bioetanol dapat diserap secara sempurna dan terikat pada

pori adsorben sehingga kadar etanol meningkat (Oktaviani et al., 2017). Selain

itu adsorben silika gel lebih mudah di regenerasi dan dapat langsung dipakai

tanpa harus diaktivasi terlebih dahulu. Selain itu juga dari segi ekonomi silika

gel harganya lebih murah dibandingkan dengan zeolit serta mudah didapatkan

(Dyartanti et al., 2012).

Berdasarkan dari uraian diatas, penelitian ini bertujuan untuk memanfaatkan

limbah bonggol jagung menjadi bioetanol dengan proses adsorpsi

menggunakan adsorben silika gel, serta mengetahui pengaruh waktu pendiaman

dan massa adsorben terhadap kadar etanol yang dihasilkan.

2. METODE

2.1 Persiapan Bahan Baku

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah bonggol jagung, fermipan

dan silika gel. Bahan baku limbah bonggol jagung didapatkan dari perkebunan

salah satu warga di Desa Ngasinan, Kecamatan Jetis, Ponorogo, fermipan dibeli

dari pasar di Sukoharjo, sedangkan absorben silika gel diperoleh dari CV.

Agung Jaya Surakarta.

4

Petama-tama limbah bonggol jagung dipotong-potong hingga berukuran ±

3 cm. Selanjutnya dikeringkan dengan cara diangin-anginkan di bawah sinar

matahari. Setelah bonggol jagung kering kemudian digiling atau dihaluskan

menggunakan grinder. Bonggol jagung yang telah halus selanjutnya diayak

hingga diperoleh sampel dalam bentuk serbuk dengan ukuran partikel 40 µ

sebanyak 120 gram.

2.2 Proses Hidrolisis

Larutan 0,5 N H2SO4 ke dalam labu leher tiga sebanyak 1000 mL kemudian

memanaskan dengan hot plate. Setelah itu memasukan tepung bonggol jagung

sebanyak 120 gram ke dalam labu leher tiga dan mengaduk menggunakan

pengaduk merkuri selama 2 jam. Selanjutnya biarkan hasil hidrolisis dingin

hingga suhu kamar.

2.3 Pembuatan Starter

Larutan hasil hidrolisis selanjutnya diukur pH dengan menggunakan pH

meter digital. Menambahkan NaOH yang sudah dilarutkan sedikit demi sedikit

hingga pH mencapai 4,5-5,5. Kemudian, mengambil larutan hasil dari hidrolisis

sebanyak 60 mL dan memasukkan kedalam botol cupang 1000 mL.

Selanjutnya, menambahkan 0,03 gram urea dan fermipan 9 gram lalu menutup

dengan penutup botol. Setelah itu mendiamkan selama 1 x 24 jam pada suhu

kamar.

2.4 Proses Fermentasi

Proses fermentasi ini menggunakan proses anaerob. Mengambil hasil

hidrolisis sebanyak 600 mL dan memasukkan ke dalam botol cupang 1000 mL.

Kemudian menambahkan urea sebesar 0,27 gram dan starter ke dalam botol

cupang 1000 mL. Proses fermentasi dilakukan di suhu lingkungan dan waktu

yang digunakan selama 3 hari. Berikutnya melakukan distilasi hasil fermentasi.

2.5 Proses Distilasi

Melakukan pemisahan etanol hasil fermentasi dengan cara distilasi.

Pertama, menyaring larutan hasil fermentasi dengan menggunakan kertas

saring. Lalu, memasukkan filtrat/larutan yang dihasilkan ke dalam labu leher

tiga. Proses distilasi berlangsung pada suhu ±79°C dengan waktu selama 3 jam.

5

2.6 Proses Adsorpsi

Absorben sebelum dipergunakan terlebih dahulu dilakukan aktivasi secara

fisik dengan pengovenan pada suhu 120°C selama 3 jam. Silika gel yang telah

diaktivasi selanjutnya didinginkan selama 1 jam dalam desikator kemudian

absorben siap dipergunakan (Gunawan et al., 2012).

Adsorben silika gel untuk variabel waktu pendiaman divariasikan yaitu 30

menit, 60 menit, 90 menit, 120 menit dan 150 menit. Lalu, memasukkan

adsorben silika gel sebesar 1,25 gram dan menambahkan etanol hasil distilasi

sebesar 5 mL ke dalam botol vial. Selanjutnya dilakukan pengambilan larutan

sampel sesuai dengan variasi waktu pendiaman menggunakan pipet tetes.

Kemudian menghitung kadar etanol dari larutan tersebut dengan refraktometer.

Selanjutnya menganalisis adsorben batu silika gel untuk variabel massa

adsorben yaitu 0,25 gram, 0,5 gram, 0,75 gram, 1 gram dan 1,25 gram.

Berikutnya, memasukkan 5 mL etanol ke dalam masing-masing botol vial

sesuai dengan variasi massa adsorben tersebut. Selanjutnya melakukan

pengambilan larutan masing-masing sampel pada waktu 60 menit

menggunakan pipet tetes. Kemudian menghitung kadar etanol dari larutan

tersebut dengan refraktometer.

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

3.1 Pengaruh waktu pendiaman terhadap kenaikan kadar etanol

Berikut ini merupakan tabel pengaruh waktu pendiaman terhadap kenaikan

kadar etanol bonggol jagung:

Tabel 1. Pengaruh waktu pendiaman terhadap kenaikan kadar etanol

No. Waktu pendiaman (jam) Kadar etanol (%)

1. 1 5,1

2. 2 5

3. 3 4,9

4. 4 4,8

5. 5 4,6

6

Dari tabel diatas dapat dibuat grafik hubungan antara waktu pendiaman

terhadap kadar etanol sebagai berikut:

Gambar 1. Grafik hubungan antara waktu pendiaman terhadap kadar etanol

Berdasarkan Gambar 5, menunjukan hasil penelitian bahwa penggunaan

adsorben silika gel terbaik pada waktu perendaman 1 jam dengan kadar etanol

yang paling optimal sebesar 5,1%. Dari hasil penelitian menunjukan bahwa

semakin lama waktu pendiaman, kadar etanol yang dihasilkan akan semakin

menurun.

Fenomena ini dapat terjadi karena lamanya waktu perendaman berpengaruh

terhadap waktu kontak terhadap bioetanol. Sehingga waktu pendiaman yang

terlalu singkat, memungkinkan air yang terdapat pada campuran bioetanol

bonggol jagung belum terserap secara maksimal. Namun sebaliknya, jika

waktu perendaman terlalu lama dapat mengakibatkan kehilangan bioetanol

terlalu tinggi. Hal ini terjadi kemungkinan selama proses penyerapan air oleh

adsorben, bioetanol juga ikut terjerap.

Faktor lain yang mungkin terjadi adalah silika gel sudah berada pada titik

kejenuhan, sehingga sudah tidak dapat lagi menyerap kelembaban dan dapat

diregenerasi kembali dengan dihangatkan pada mesin oven dengan suhu 120°C

selama 3 jam (Krismawati, 2012; Gunawan et al., 2012).

3.2 Pengaruh massa adsorben terhadap kadar etanol

Berikut ini merupakan tabel pengaruh massa adsorben terhadap kadar

kenaikan etanol bonggol jagung:

5.1

5

4.9

4.8

4.6

4.3

4.4

4.5

4.6

4.7

4.8

4.9

5

5.1

5.2

1 2 3 4 5

Kad

ar e

tan

ol (

%)

Waktu pendiaman (jam)

Variasi waktu pendiaman Linear (Variasi waktu pendiaman)

7

Tabel 2. Pengaruh massa adsorben terhadap kenaikan kadar etanol

No. Massa adsorben (gram) Kadar etanol (%)

1. 0,25 4,7

2. 0,5 4,85

3. 0,75 4,9

4. 1 5

5. 1,25 5,1

Dari tabel diatas dapat dibuat grafik hubungan antara waktu pendiaman

terhadap kadar etanol sebagai berikut:

Gambar 2. Grafik hubungan antara massa adsorben terhadap kadar etanol

Berdasarkan Gambar 6, diperoleh massa adsorben terbaik terhadap adsorpsi

bioetanol bonggol jagung pada massa 1,25 gram dengan kadar etanol yang

diperoleh 5,1%. Hasil penelitian ini menunjukan bahwa semakin besar massa

adsorben maka kadar etanol akan semakin meningkat.

Kondisi ini sejalan dengan penelitian (Hargono et al., 2013) yang

menyatakan bahwa semakin banyak adsorben yang ditambahkan, maka

semakin banyak air yang dapat terserap yang berdampak pada kadar

peningkatan etanol yang dihasilkan, dengan konsentrasi larutan etanol yang

semula tetap. Hal ini bisa terjadi karena kandungan air dalam bioetanol

semakin sedikit, sehingga semakin susah untuk dipisahkan.

Berdasarkan penelitian ini, pengaruh perbandingan massa adsorben dan

volume bioetanol bahwa kenaikan kadar etanol pada massa absorben 1 gram

dengan 1,25 gram tidak terpaut jauh, hanya berkisar 0,1% saja.

4.7

4.854.9

5

5.1

4.5

4.6

4.7

4.8

4.9

5

5.1

5.2

0.25 0.5 0.75 1 1.25

Kad

ar e

tan

ol (

%)

Massa Adsorben (gram)

Variasi massa adsorben Linear (Variasi massa adsorben)

8

4. PENUTUP

4.1 Kesimpulan

Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, maka dapat diambil kesimpulan

sebagai berikut:

1. Perlakuan waktu pendiaman, massa adsorben dengan volume bioetanol

bonggol jagung berpengaruh terhadap kenaikan kadar etanol pada proses

adsorbsi.

2. Perbandingan waktu pendiaman adsorben dengan volume bioetanol

mempengaruhi proses adsorbsi bioetanol terhadap kadar kenaikan etanol,

dimana semakin lama waktu pendiaman, maka kemampuan adsorbsi silika

gel semakin menurun dan mengakibatkan penurunan kadar bioetanol yang

dihasilkan.

3. Pengaruh massa adsorben dengan volume etanol yang tetap berpengaruh

terhadap kadar kenaikan etanol. Dimana semakin banyak massa adsorben

maka semakin banyak air yang dapat terserap.

4. Waktu pendiaman terbaik menggunakan adsorben silika gel adalah 1 jam

dan massa adsorben 1,25 gram, dengan kadar bioetanol yang diperoleh

sebesar 5,1%.

4.2 Saran

Saran yang penulis dapat sampaikan pada penelitian ini adalah:

1. Perlu penelitian yang lebih lanjut mengenai proses distilasi dan adsorbsi

bioetanol bonggol jagung (Zea Mays)

2. Perlu dilakukan analisis mengenai aktivasi silika secara fisik dengan

temperatur oven lebih tinggi dari 120°C terhadap kemampuan adsorbsinya

DAFTAR PUSTAKA

Dyartanti, E. R., Putra, F. C., dan Priadi, R. O. 2012. "Pembuatan Etanol Fuel Grade

dalam Kolom Unggun dengan Adsorbent Hybrid Active Granulated

Zeolite - Silika Gel," Jurnal Ekuilibrium, 11 (2) : 63 - 66.

Fachry, A. R., Astuti, P., dan Puspitasari, T. G. 2013. “Pembuatan Bioetanol dari

9

Limbah Tongkol Jagung dengan Variasi Konsentrasi Asam Klorida

dan Waktu Fermentasi,” Jurnal Teknik Kimia, 19 (1) : 60 – 69.

Gunawan., Fibriari, I., dan Hastuti, R. 2012. "Pengkayaan Alkohol Ciu Bekonang

dengan Metode Destilasi Adsorptif Menggunakan Zeolit Alam dan

Silika Gel," Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi, 15 (3) : 79 - 83.

Hargono., Nugraheni, A. K., dan Zakaria, L. R. 2013. "Pembuatan Bioetanol Grade

Bahan Bakar dari Bahan Baku Umbi Gadung Melalui Proses

Fermentasi Distilasi-Dehidrasi," Jurnal Teknologi Kimia dan

Industri, 2 (3) : 163 - 169.

Harianja, J. W., Idiawati, N., dan Rudiyansyah. 2015. “Optimasi Jenis dan

Konsentrasi Asam pada Hidrolisis Selulosa dalam Tongkol Jagung,”

Jurnal Kimia Khatulistiwa, 4 (4) : 66 - 71.

Krismawati, N. 2012. "Optimasi Konsentrasi Adsorben dan Waktu Adsorbsi

Menggunakan Silika Gel dan Zeolit Sintetis 3Å Terhadap Kadar

Bioetanol Sorgum (Sorghum bicolor L,.). Skripsi. Fakultas

Pertanian. Universitas Sebelas Maret: Surakarta.

Kumar, S., Singh, N., and Prasad, R. 2010. "Anhydrous Ethanol: A Renewable

Source of Energy," Renewable and Sustainable Energy Reviews, 14

: 1830 – 1844.

Leustean, Iuliana. 2009. “Bioethanol from Lignocellulosic Materials,” Journal of

Agroalimentary Processes and Technologies, 15 (1) : 94 – 101.

McCabe, W. L., Julian, C. S., and Peter, H. 1999. Operasi Teknik Kimia. Jilid 1.

Jakarta : Penerbit Erlangga.

Muslihah, Siti. 2012. Pengaruh Penambahan Urea dan Lama Fermentasi yang

Berbeda Terhadap Kadar Bioetanol dari Sampah Organik. Skripsi.

Fakultas Sains dan Teknologi. UIN Maulana Malik Ibrahim:

Malang.

Mushlihah, S., dan Trihadiningrum, Y. 2013. “Produksi Bioetanol dari Limbah

10

Tongkol Jagung sebagai Energi Alternatif Terbarukan,” Prosiding

Seminar Nasional Manajemen Teknologi XVIII, 1 – 8.

Oktaviani, S., Chairul., dan Yenti, S. R. 2017. "Pemurnian Bioetanol Hasil

Fermentasi Nira Nipah Menggunakan Proses Destilasi-Adsorpsi

Menggunakan Adsorben Silica Gel," Jom FTEKNIK, 4 (2) : 1 - 7.

Riyanti, E. I. 2009. “Biomassa Sebagai Bahan Baku Bioetanol,” Jurnal Litbang

Pertanian, 28 (3) : 101 – 110.

Shah, Nasrullah., and Rehan, Touseef. 2014. “Bioethanol Production from

Biomass,” Journal of Chemistry and Biochemistry, 2 (2) : 161 – 167.

Sulistyawati, Sari. 2008. MODIFIKASI TONGKOL JAGUNG SEBAGAI

ADSORBEN LOGAM BERAT Pb ( II ). Skripsi. Fakultas MIPA.

Institut Pertanian Bogor: Bogor.

Tadayon, F., Motiee, F., Erfani, A., and Baghbani, B.R. 2014. "Design of

Adsorptive Distillation For Separation of Ethanol-Water Azeotropic

Mixture Using Bio-Based Adsorbents". Studia UBB Chemia, LIX, 4

: 65 - 74.