WIRE ELECTROPLATING SLUDGE SEBAGAI KATALIS PEMBAKARAN BATU BARA

ERISTIADY FEBRYANWAR

DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR

2012

ABSTRAK

ERISTIADY FEBRYANWAR. Wire Electroplating Sludge sebagai Katalis Pembakaran Batu Bara. Dibimbing oleh ARMI WULANAWATI dan MOHAMMAD KHOTIB.

Aditif bahan bakar (katalis pembakaran) dapat meningkatkan efisiensi pembakaran melalui proses oksidasi sempurna bahan bakar. Katalis pembakaran dalam penelitian ini dibuat dari wire electroplating sludge yang didispersikan ke dalam campuran minyak nabati, air, dan surfaktan. Disiapkan empat jenis suspensi katalis, yaitu A (2% sludge); B (3% sludge); C (2% sludge, 3% asam oksalat); D (3% sludge, 3% asam oksalat). Penambahan asam oksalat pada suspensi katalis C dan D menghasilkan pengaruh yang nyata pada efisiensi pembakaran. Suspensi katalis masing-masing diaplikasikan ke dalam batu bara dengan nilai kalor 5235.09 kal/g. Konsentrasi suspensi katalis di dalam batu bara adalah ±0.1% b/b. Hasil uji aktivitas dengan menggunakan penganalisis termal diferensial menunjukkan bahwa efisiensi energi katalis A adalah 62.21%, B: 97.19%, C: 77.96%, dan D: 97.54%. Katalis D (3% sludge, 3% asam oksalat) merupakan suspensi katalis terbaik yang dapat digunakan sebagai katalis pembakaran batu bara.

Kata kunci: Aditif bahan bakar, katalis, nilai kalor, sludge, suspensi.

ABSTRACT

ERISTIADY FEBRYANWAR. Wire Electroplating Sludge as Coal Combustion Catalyst. Supervised by ARMI WULANAWATI and MOHAMMAD KHOTIB.

A fuel additive (combustion catalyst) can improve the combustion efficiency by promoting complete oxidation of fuel. Combustion catalyst in this research was composed of wire electroplating sludge dispersed in a mixture of vegetable oil, water, and surfactant. Four types of catalyst suspensions were prepared, namely A (2% sludge); B (3% sludge); C (2% sludge, 3% oxalyc acid); and D (3% sludge, 3% oxalyc acid). Addition of oxalyc acid in catalyst suspension C and D showed significant effects on combustion efficiency. Each suspension was applied in coal having caloric value of 5235.09 cal/g. The concentration of catalyst suspension in coal was about ±0.1% w/w. The results of activity test by using differential thermal analyzer showed that the energy efficiency from catalyst A was 62.21%, B: 97.19%, C: 77.96%, and D: 97.54%. Catalyst D (3% sludge, 3% oxalyc acid) is the best catalyst suspension that can be used as coal combustion catalyst.

Key words: Caloric value, catalyst, fuel additive, sludge, suspension.

WIRE ELECTROPLATING SLUDGE SEBAGAI KATALIS PEMBAKARAN BATU BARA

ERISTIADY FEBRYANWAR

Skripsi Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

Sarjana Sains pada Departemen Kimia

DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR

2012

Judul Skripsi : Wire Electroplating Sludge sebagai Katalis Pembakaran Batu Bara Nama : Eristiady Febryanwar NIM : G44096035

Disetujui

Pembimbing I,

Pembimbing II,

Armi Wulanawati, SSi, MSi NIP 19690725 200003 2 001

Diketahui

Mohammad Khotib, SSi, MSi NIP 19781018 200701 1 002

Ketua Departemen Kimia

Prof Dr Ir Tun Tedja Irawadi, MS NIP 19501227 197603 2 002

Tanggal lulus:

PRAKATA

Segala puji dan rasa syukur penulis panjatkan atas segala karunia kesehatan dan kemudahan yang dilimpahkan oleh Allah SWT selama proses penyusunan karya ilmiah dengan judul “Wire Electroplating Sludge sebagai Katalis Pembakaran Batu Bara“. Karya ilmiah ini disusun berdasarkan penelitian yang dilaksanakan pada bulan Oktober 2011 hingga Februari 2012 di Laboratorium Kimia Fisik Departemen Kimia, Kampus IPB Dramaga, Bogor.

Penulis mengucapkan terima kasih kepada Ibu Armi Wulanawati, SSi, MSi dan Bapak Mohammad Khotib, SSi, MSi selaku pembimbing yang telah memberikan arahan, bimbingan, motivasi, waktu, dan doa selama penelitian. Terima kasih yang tak terhingga kepada Ayah, Ibu, saudara-saudari tersayang Niken Lia Anggraini, Julian Andhika, Marbella Rizky Prawesti, dan Andreas Prananda Putra yang telah memberikan doa, semangat, kasih sayang, dan dukungan selama masa studi hingga proses penyusunan karya ilmiah ini.

Ucapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada Ibu Ai, Bapak Ismail, Bapak Nano, Bapak Eman, Bapak Syawal, Ibu Oktori (Dosen Ilmu Tanah), dan Kepala Laboratorium Ilmu Tanah bagian Mineral Tanah IPB atas fasilitas, bantuan, serta masukan yang diberikan. Ungkapan terima kasih juga terucap untuk Kak Doni, Kak Nazmi, Andika, Nirwan, Mas Yana, Mas Doni, Zelfy, Kak Rozi dan kelompok Al-Fath, Bapak Atep, Mbak Dewi, teman-teman Ankim 46 (khususnya “10’S”), Soni, Rohman (kelompok PES 2012), teman-teman Ekstensi Kimia 43 atas bantuan, motivasi, diskusi, dan kebersamaannya. Terima kasih dihaturkan pula kepada seluruh pihak yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan karya ilmiah ini yang tidak dapat disebutkan satu per satu tanpa maksud mengurangi rasa terima kasih. Semoga Allah SWT memberikan balasan atas segala amal yang diperbuat dan senantiasa menyertai hamba-Nya dengan kasih dan sayang-Nya.

Semoga karya ilmiah ini dapat memberikan manfaat.

Bogor, Juni 2012

Eristiady Febryanwar

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Palembang pada tanggal 28 Februari 1988 sebagai putra kedua dari Bapak Anwar Effendi dan Ibu Musliah. Tahun 2006 penulis lulus dari SMA Negeri 1 Cilegon dan pada tahun yang sama diterima di Program Diploma IPB Program Keahlian Analisis Kimia melalui jalur PMDK. Penulis lulus dari Diploma IPB pada tahun 2009 dan melanjutkan pendidikan S1 melalui Program Alih Jenis Departemen Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor (IPB) pada tahun yang sama.

Selama menjalani masa perkuliahan di Diploma IPB, Penulis pernah mengikuti kegiatan Safety in Laboratory Training, Pelatihan Pengantar Sistem Manajemen Lingkungan (ISO 14001), Pelatihan Pengantar Sistem Manajemen Mutu (ISO 9001:2001) dan HACCP. Penulis pernah melakukan magang di PT Nutrifood Indonesia Tbk, dan praktik kerja lapang di Sentra Teknologi Polimer (STP) dengan judul laporan Identifikasi Jenis Polimer di dalam Beberapa Botol Susu Bayi.

vi

DAFTAR ISI

Halaman

DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ vii

DAFTAR LAMPIRAN ......................................................................................... vii

PENDAHULUAN .................................................................................................. 1

BAHAN DAN METODE Alat dan Bahan .............................................................................................. 1 Metode Penelitian .......................................................................................... 1 Pencirian Sludge dan Batu bara ..................................................................... 2 Preparasi Katalis ............................................................................................ 2 Uji Aktivitas Katalis ...................................................................................... 2

HASIL DAN PEMBAHASAN Ciri-ciri Sludge............................................................................................... 3 Ciri-ciri Batu Bara ......................................................................................... 3 Hasil Preparasi Katalis ................................................................................... 3 Aktivitas Katalis ............................................................................................ 4

SIMPULAN DAN SARAN Simpulan ........................................................................................................ 5 Saran .............................................................................................................. 5

DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................. 5

LAMPIRAN ............................................................................................................ 7

vii

DAFTAR GAMBAR Halaman

1 Kadar logam di dalam sludge ...................................................................... 3

2 Kurva DTA pembakaran batu bara tanpa katalis dan dengan katalis A (sludge 2%) ................................................................................................. 4

3 Efisiensi energi pembakaran batu bara dan batu bara + katalis. ................. 4

DAFTAR LAMPIRAN Halaman

1 Bagan alir penelitian ................................................................................... 8

2 Kadar abu wire electroplating sludge dan batu bara ................................... 9

3 Kadar air batu bara. ..................................................................................... 9

4 Kadar Fe2+ dalam batu bara + katalis D .................................................... 10

5 Kurva DTA hasil pembakaran batu bara + katalis B (sludge 3%), C (sludge 2% + asam oksalat 3%), D (sludge 3% + asam oksalat 3%) .... 11

6 Efisiensi energi pembakaran batu bara ..................................................... 12

PENDAHULUAN Konsumsi batu bara di Indonesia

mengalami pertumbuhan yang cukup signifikan dalam sepuluh tahun terakhir, yaitu dari 13.2 juta ton pada 1997 menjadi 45.3 juta ton pada 2007, atau meningkat lebih dari 3 kali lipat. Peningkatan jumlah konsumsi yang sangat tajam tersebut disebabkan meningkat tajamnya permintaan batu bara sebagai sumber energi terutama untuk pembangkit listrik, baik di dalam negeri maupun di negara-negara importir (Miranti 2008). Berdasarkan data statistik Direktorat Jenderal Minerba, total penjualan batu bara 2010 mencapai 235.61 juta ton (Setyowati 2011).

Dari sebanyak 21.13 miliar cadangan batu bara Indonesia yang bisa ditambang, sekitar 66.39% diklasifikasikan memiliki nilai kalori sedang (5100_6100 kkal/kg) (Setyowati 2011). Pemanfaatan batu bara di dalam negeri meliputi penggunaan di pembangkit listrik tenaga uap (PLTU), industri semen, kertas, tekstil, metalurgi, dan industri lainnya (Tim Kajian Batu Bara Nasional 2006).

Pembakaran batu bara merupakan salah satu cara terpenting pemanfaatan batu bara dalam menghasilkan energi. Namun, di samping potensinya sebagai sumber energi alternatif yang relatif murah, penggunaan batu bara ini menghasilkan limbah yang dapat mencemari lingkungan, yaitu limbah gas seperti CO2, NOx, CO, SO2, hidrokarbon, dan limbah padat. Selain itu, pembakaran tak sempurna batu bara pada kegiatan industri dapat menurunkan efisiensi pembakaran, terutama jika digunakan batu bara yang tinggi kadar airnya. Menurut Siritheerasas et al. (2008), kandungan air di dalam batu bara seharusnya tidak melebihi 20_30% agar dihasilkan pembakaran yang efisien.

Beberapa cara telah diterapkan untuk mengatasi permasalahan tersebut antara lain penerapan teknologi bersih setelah proses pembakaran (denitrifikasi, dedusting, desulfurisasi, penghilangan CO2) atau sebelum proses pembakaran (fluidized bed combustion (FBC), gasifikasi batu bara, magneto hydrodynamic (MHD), kombinasi integrated gasification combined cycle (IGCC) dan fuel cell) (Sugiyono 2000) serta penambahan bahan-bahan anorganik seperti aditif bahan bakar. Aditif bahan bakar dapat meningkatkan efisiensi sistem pembakaran melalui proses oksidasi sempurna bahan bakar, yang meminimalisasi pembentukan deposit dan bahan buangan (Willis 2000).

Pada umumnya, aditif bahan bakar berupa katalis pembakaran berbentuk cairan yang mengandung logam transisi seperti titanium (Ti), vanadium (V), kromium (Cr), mangan (Mn), besi (Fe), kobalt (Co), nikel (Ni), tembaga (Cu), zink (Zn), itrium (Y), zirkonium (Zr), niobium (Nb), molibdenum (Mo), timah (Sn), antimoni (Sb), wolfram (W), dan osmium (Os) (Zhou et al. 2010). Pada penelitian yang dilakukan oleh Li et al (2011), beberapa logam seperti Cu, Ni, Zn, Cr, dan Fe dapat diperoleh dari limbah padat (sludge) hasil kegiatan elektroplating dengan kadar berturut-turut 11.41, 9.99, 1.62, 1.38, dan 1.27%.

Sludge belum banyak dimanfaatkan dan masih menjadi masalah bagi industri elektroplating, tidak hanya karena kandungan logam yang cukup tinggi, tetapi juga kuantitasnya cukup besar. Sekitar 65 000 ton sludge elektroplating dihasilkan tiap tahunnya di Jepang (Kuchar et al. 2010). Salah satu usaha mengurangi dampak merugikan limbah elektroplating ini tanpa melakukan landfill ialah memanfaatkan kembali sludge, antara lain sebagai bahan baku pengganti semen dan pasir dalam mortar (Mastuti & Paryanto 2007). Penelitian ini bertujuan memanfaatkan kembali limbah sludge elektroplating sebagai bahan baku katalis pembakaran batu bara.

BAHAN DAN METODE

Alat dan Bahan

Alat-alat yang digunakan adalah alat-alat kaca, cawan porselen, oven, neraca analitik, tanur, mortar, blender, saringan 100 mesh, penganalisis termal diferensial (DTA) (DTG-60 H Simultaneous DTA-TG Apparatus, Shimadzu), kalorimeter bom (Parr 6200), spektrofotometer serapan atom (SSA) (Shimadzu AA 6300), energy- dispersive X-ray (EDX) Bruker.

Bahan-bahan yang digunakan adalah wire electroplating sludge, air distilasi, minyak goreng, Berol 226, asam nitrat pekat, asam klorida pekat, kertas saring, feroamonium sulfat heksahidrat (FAS) 11.30 ppm, 1,10-ortofenantrolina, asam oksalat, asam asetat 0.1 M, natrium asetat 0.1 M, dan batu bara.

Metode Penelitian

Penelitian ini terdiri atas 3 tahap (Lampiran 1). Tahap pertama adalah pencirian sludge/batu bara meliputi penentuan kadar abu, kadar air, dan kadar logam sludge, serta nilai kalori batu bara. Tahap kedua adalah

2

preparasi katalis dan uji Fe2+. Tahap ketiga adalah uji aktivitas katalis terhadap batu bara.

Pencirian Sludge dan Batu Bara

Kadar Abu Sludge dan Batu Bara (AOAC 2005)

Cawan porselen dikeringkan di dalam oven pada suhu 105 oC selama 1 jam. Cawan diletakkan dalam desikator kurang lebih 15 menit kemudian ditimbang. Cawan ditimbang kembali hingga bobotnya konstan. Sebanyak ±5 g contoh sludge dan batu bara yang telah dikeringudarakan dimasukkan ke dalam cawan tersebut, dipijarkan di atas nyala api hingga tak berasap lagi. Setelah itu, dimasukkan ke dalam tanur pengabuan dengan suhu 600 oC selama 5 jam. Cawan diletakkan dalam desikator kurang lebih 15 menit atau sampai dingin kemudian ditimbang hingga didapatkan bobot yang konstan.

Kadar Air Batu Bara (SNI 2004)

Cawan porselen dikeringkan di dalam oven pada suhu 105 oC selama 1 jam. Cawan diletakkan dalam desikator kurang lebih 15 menit kemudian ditimbang. Cawan ditimbang kembali hingga bobotnya konstan. Sebanyak ±5 g contoh batu bara yang telah dikeringudarakan dimasukkan ke dalam cawan tersebut, kemudian dikeringkan dengan oven pada suhu 105 oC selama 2 jam. Cawan lalu dimasukkan ke dalam desikator selama 30 menit atau sampai dingin dan ditimbang. Penimbangan dilakukan minimum 3 kali atau sampai mencapai bobot konstan.

Kadar Logam Sludge (Gunawan 2011)

Sebanyak 0.1998 g sludge yang telah diabukan dimasukkan ke dalam erlenmeyer yang kering dan bersih, kemudian ditambahkan 10 mL HNO3 pekat dan 10 mL HCl pekat. Sampel dipanaskan pada suhu 150 oC selama 30 menit sampai 1 jam. Setelah dingin, larutan disaring kemudian ditepatkan 50 mL dengan air distilasi untuk dianalisis dengan SSA.

Nilai Kalor Batu Bara

Batu bara dalam bentuk serbuk berukuran 100 mesh ditimbang sebanyak 0.5160 g. Nilai kalor batu bara tersebut diukur dengan menggunakan kalorimeter bom Parr 6200.

Preparasi Katalis

Tanpa Penambahan Asam Oksalat

Sebanyak 80 mL minyak nabati dan 8 mL Berol 226 (surfaktan paduan antara amina kuaterner monoetoksilat dan alkohol etoksilat) dimasukkan ke dalam gelas piala 100 mL, kemudian diaduk. Selama pengadukan, ditambah ±2 g atau ±3 g sludge yang telah disaring dengan saringan 100 mesh dan telah diabukan. Air distilasi sebanyak 12 mL kemudian ditambahkan ke dalam campuran, diaduk hingga homogen. Larutan sludge 2% selanjutnya disebut katalis A, dan larutan sludge 3% disebut katalis B.

Dengan Penambahan Asam Oksalat 3%

Sebanyak 12 mL asam oksalat 3% ditambahkan pada ±2 g atau ±3 g sludge kemudian didiamkan beberapa saat sampai terbentuk warna hijau kecokelatan pada bagian air. Masing-masing didispersikan ke dalam campuran 80 mL minyak nabati dan 8 mL Berol 226, diaduk hingga homogen. Katalis A dan B dengan penambahan asam oksalat 3% ini selanjutnya disebut berturut-turut katalis C dan D.

Uji Kadar Besi (Fe2+) (modifikasi Dobrinas et al. 2010)

Sebanyak 3.0145 g sludge direaksikan dengan ±3 g asam oksalat yang dilarutkan di dalam 15 mL akuades. Filtrat yang dihasilkan disaring, diambil sebanyak 0.5 mL, dan dimasukkan ke dalam labu takar 100 mL. Kemudian ditambahkan 5 mL 1,10-ortofenantrolina dan 8 mL bufer asetat, ditera menggunakan akuades. Sebanyak 5 mL larutan tersebut diencerkan kembali dengan akuades di dalam labu takar 100 mL. Larutan yang terbentuk diukur dengan spektrofotometer pada λmaks 510 nm dan dihitung kadar Fe2+ yang dihasilkan. Deret standar Fe2+ yang disiapkan dari larutan induk FAS yang mengandung 11.30 mg/L Fe2+ di dalam labu takar 500 mL. Dari larutan induk tersebut dibuat larutan Fe2+ 0.1, 0.2, 0.3, 0.5, 1.0, 1.5, dan 2.0 mg/L di dalam labu takar 100 mL. Setiap larutan tersebut ditambahkan 5 mL 1,10-ortofenantrolina dan 8 mL bufer asetat kemudian ditera dengan akuades.

Uji Aktivitas Katalis

Empat variasi katalis (A, B, C, D) masing-masing dicampurkan ke dalam batu bara dengan nisbah katalis_batu bara 1:1000. Setiap variasi dihomogenkan selama ±3 jam dengan

menggunakan mortar. Aktivitas katalis diuji menggunakan DTA. Masing-masing sampel batu bara yang telah dihomogenkan dengan katalis ditimbang sekitar 22 mg, ditempatkan di dalam krus platinum, dan dipanaskan hingga suhu 1000 oC selama 50 menit dengan menggunakan gas nitrogen sebagai purge gas. Dilakukan juga pengukuran terhadap batu bara tanpa pemberian katalis.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Ciri-ciri Sludge

Wire electroplating sludge umumnya mengandung Fe sebagai logam yang dominan. Kadar abu limbah cukup tinggi, yaitu sebesar 56.89% (Lampiran 2), menunjukkan bahwa kandungan mineral logam Ca, Al, Cu, Mn, dan Fe di dalam sludge cukup besar. Menurut May (2007), mangan (Mn), besi (Fe), dan tembaga (Cu), merupakan logam-logam transisi yang dapat digunakan sebagai komponen aktif utama pada katalis pembakaran bahan bakar padat (batu bara). Sedikitnya 50% yang sering digunakan adalah besi (Zhou et al. 2010). Berdasarkan hasil analisis, mineral logam terbanyak di dalam sludge adalah Fe, dengan persentase 55.98% dari keseluruhan kadar abu yang diperoleh (Gambar 1). Hasil ini mengindikasikan potensi wire electroplating sludge sebagai bahan baku untuk membuat aditif pembakaran batu bara.

Gambar 1 Kadar logam di dalam sludge.

Ciri-ciri Batu Bara

Berdasarkan UNEP (2006), yang termasuk sifat fisik batu bara adalah kadar air, kadar abu, nilai kalor, dan bahan atsiri. Ciri fisik batu bara yang diperoleh (Tabel 1) berdasarkan perhitungan (Lampiran 3) menunjukkan bahwa batu bara dapat

menghasilkan pembakaran yang cukup efisien karena mengandung air tidak melebihi 20_30% (Siritheerasas et al. 2008). Kadar air dapat menurunkan nilai kalor dalam proses pembakaran batu bara karena digunakan untuk penguapan air (Muchjidin 2006).

Tabel 1 Hasil analisis parameter batu bara Parameter Hasil

Kadar air (%b/b) 14.20 Kadar abu (%b/b) 8.33 Nilai kalor (kal/g) 5235.09

Sementara itu, kadar abu yang diperoleh kurang dari 10%. Semakin rendah kadar abu, jumlah kalor yang dibutuhkan untuk memecah mineral-mineral di dalam batu bara seperti lempung dan karbonat semakin sedikit. Karena itu, nilai kalor yang dikandung akan semakin tinggi (Muchjidin 2006).

Nilai kalor yang dihasilkan adalah 5235.09 kal/g. Nilai kalor merupakan kalor yang dilepaskan atau dihasilkan dari pembakaran combustible material dalam batu bara (Nuroniah 1996). Energi dibebaskan dari interaksi eksotermik senyawa hidrokarbon dengan oksigen. Material lainnya seperti air, nitrogen, sulfur, dan mineral juga mengalami perubahan kimia, tetapi kebanyakan reaksinya endotermik dan akan mengurangi energi yang sebenarnya ada dalam batu bara (Muchjidin 2006). Berdasarkan nilai kalor yang terukur, batu bara yang digunakan tergolong bernilai kalor sedang, yaitu 5100_6100 kkal/kg (Hadiyanto 2010).

Hasil Preparasi Katalis

Komposisi katalis batu bara meliputi minyak nabati, air, surfaktan Berol 226, dan wire electroplating sludge. Minyak nabati dan air berfungsi sebagai pendispersi wire electroplating sludge, dan Berol 226 berperan mengurangi energi antarmuka padatan-cairan serta memperlambat penggumpalan atau pembentukan sedimen (Myers 2006).

Katalis yang dihasilkan memiliki stabilitas yang rendah sehingga dihasilkan dalam bentuk suspensi katalis. Suspensi katalis dapat diaplikasikan menggunakan teknik sederhana, seperti penyemprotan, sehingga dapat mengurangi biaya pengoperasian (Zhou et al. 2010).

Preparasi katalis dilakukan dengan dan tanpa penambahan asam oksalat, untuk menguji pengaruh keberadaan Fe2+ hasil reduksi Fe3+ di dalam sludge terhadap efisiensi pembakaran. Reaksi yang terjadi ialah sebagai berikut:

05

101520253035

Fe Ca Cu Al Mn

31,85

11,26

2,610,18 0,16

Kad

ar L

ogam

dala

m s

ludg

e (%

)

Logam

4

2Fe3+(Merah kecokelatan) + H2C2O4 + 2H2O

→ 2Fe2+(Hijau kecokelatan) + 2CO2 + 2H3O+

(Harvey 2000)

Penelitian sebelumnya menyatakan bahwa bentuk besi yang sering digunakan sebagai katalis adalah logam besi, besi klorida, besi sulfat, besi nitrat, dan garam-garam besi lainnya (Zhou et al. 2010). Konsentrasi Fe2+

yang terukur pada sludge elektroplating 3% dengan penambahan asam oksalat 3% sebesar 0.05% b/b (Lampiran 4). Hal ini berarti wire electroplating sludge dengan penambahan asam oksalat mengandung katalis Fe3+ dan Fe2+.

Aktivitas Katalis

Hasil pembakaran batu bara dengan DTA disajikan pada Gambar 2. Tanpa penambahan katalis (Gambar 2a), terlihat jelas bahwa awal pembakaran batu bara terjadi pada menit ke 20_22 dengan suhu 428.80_485.71 oC. Terbentuk 2 lembah yang merupakan tahapan pembakaran bahan atsiri dan titik nyala hasil pembakaran char (Liu et al. 2002). Namun, hasil sebaliknya tidak terjadi pada pembakaran batu bara dengan katalis A (Gambar 2b) maupun katalis B, C, D (Lampiran 5). Hal ini membuktikan bahwa pengaruh katalis terhadap efisiensi pembakaran batu bara ialah mempercepat pembakaran zat atsiri dan tercapainya titik nyala pada pembakaran char (Liu et al. 2002).

a

b

Gambar 2 Kurva DTA pembakaran batu bara tanpa katalis (a) dan dengan katalis A (sludge 2%) (b).

Berdasarkan hasil pembakaran batu bara dengan dan tanpa katalis, efisiensi energi dapat dihitung. Hasilnya disajikan pada Lampiran 6. Efisiensi energi pembakaran batu bara tanpa penggunaan katalis sebesar 57% (Gambar 3). Penambahan katalis A yang berarti penambahan kandungan Fe3+ sludge meningkatkan efisiensi energi pembakaran sekitar 6.14%. Peningkatan efisiensi ini semakin besar dengan bertambahnya sludge 1% pada sampel B, menjadi 41.12%. Hal ini dapat terjadi karena meningkatnya jumlah katalis Fe3+ ketika jumlah sludge yang digunakan ditambah.

Gambar 3 Efisiensi energi pembakaran. O:

batu bara, A, B, C, D: batu bara + katalis A ,B, C, D.

Sampel C yang merupakan sampel A dengan penambahan asam oksalat menghasilkan peningkatan efisiensi yang lebih besar daripada sampel A, yaitu 21.89%. Hasil ini menunjukkan bahwa keberadaan Fe2+ memengaruhi efisisensi energi pembakaran batu bara. Penambahan asam oksalat pada sampel D menghasilkan efisiensi energi yang hampir sama dengan sampel B tanpa penambahan asam oksalat, yaitu sekitar 97%. Hal ini dapat terjadi karena efisiensi energi maksimum yang dapat dicapai pada pembakaran batu bara dengan menggunakan katalis dengan atau tanpa penambahan asam oksalat adalah sekitar 97_98%. Menurut Guan et al. (2003), besi Fe2+ dan Fe3+ memiliki kecenderungan katalitik yang sama pada saat pembakaran batu bara. Pada saat pembakaran, kedua bentuk besi tersebut diduga berubah menjadi FeO.

Beberapa penelitian menyatakan bahwa penggunaan Fe2O3, yang berarti Fe3+, pada proses pembakaran batu bara bitumin,

56.0762.21

97.19

77.96

97.54

0102030405060708090

100

O A B C D

Efis

iens

i ene

rgi %

Sampel

antrasit, dan grafit mempercepat pembakaran karbon terikat di dalam batu bara dibandingkan dengan tanpa Fe2O3 (Gong et al. 2010). Selain itu, menurut Guan et al. (2003), penambahan FeCl2 dan FeCl3, yang berarti Fe2+ dan Fe3+, sebanyak 2% ke dalam batu bara mampu menurunkan jumlah CO yang diemisikan pada saat pembakaran.

Konsentrasi katalis ±0.1% yang digunakan pada pembakaran batu bara mampu menghasilkan persentase kehilangan bobot maksimum sebesar 89.76% (Lampiran 6). Pada penelitian Gong et al. (2010), pemakaian katalis 2% pada pembakaran batu bara bitumin, antrasit, dan grafit juga mampu menghasilkan kehilangan bobot lebih dari 80%.

Dugaan reaksi yang terjadi pada saat pembakaran batu bara dengan menggunakan katalis logam adalah sebagai berikut:

M-CO + O2 → MO + CO2 4MO + C → 2M2O + CO2

M2O + O2 → 2MO Logam pada saat pembakaran mengalami dekomposisi, kemudian berikatan dengan CO yang berasal dari pemutusan kerangka batu bara dan berfungsi sebagai ligan (donor elektron). Terbentuk kompleks M-CO (M adalah ion logam) yang kemudian bereaksi dengan oksigen menghasilkan MO. Reaksi MO dengan C akan menghasilkan M2O dan CO2. Reaksi M2O dengan oksigen akan membentuk kembali MO. Dalam proses tersebut, oksigen terus disalurkan dari logam ke atom karbon sehingga mempercepat difusi oksigen pada permukaan char. Hal ini akan meningkatkan efisiensi pembakaran karbon dan karena itu, efisiensi pembakaran batu bara.

SIMPULAN DAN SARAN Simpulan

Wire electroplating sludge 3% dengan nisbah bobot terhadap batu bara 1:1000 dengan penambahan asam oksalat 3% dapat digunakan sebagai katalis pembakaran batu bara. Efisiensi energi yang dihasilkan sebesar 97.54% dan bobot hilang maksimum 89.76%

Saran

Perlu dilakukan optimalisasi Fe2+ hasil reduksi Fe3+ oleh asam oksalat di dalam wire electroplating sludge. Pengukuran dengan menggunakan gas analyzer juga diperlukan untuk menentukan gas hasil pembakaran batu bara ketika dianalisis dengan menggunakan DTA.

DAFTAR PUSTAKA [AOAC] Association of Official Analytical

Chemist. 2005. Official Method of Analysis of The Association of Official Analytical of Chemist. Arlington: AOAC.

Dobrinas S, Alina S, Cateluta BG, Mihaela T. 2010. Comparative methods applied for determination of total iron from beer samples. Ovidius Univ Annals Chem 21: 35-40.

Guan R, Wen L, Haokan C, Baoqing L. 2004. The release of nitrogen species during pyrolysis of model chars loaded with different additives. Fuel Processing Technol 85: 1025-1037.

Gunawan D. 2011. Petunjuk Pelatihan Instrumentasi. Semarang: FMIPA UNNES.

Gong X, Zhancheng G, Zhi W. 2010. Reactivity of pulverized coals during combustion catalyzed by CeO2 and Fe2O3. Combustion and Flame 157: 351-356.

Hadiyanto. 2010. Anatomi Sumber Daya Batu bara serta Asumsi Pemanfaatan ntuk PLTU di Indonesia.

Harvey D. 2000. Modern Analytical Chemistry. New York: McGraw-Hill.

Kuchar D, Fukuta T, Kubota M, Matsuda H. 2010. Recovery of Cu, Zn, Ni and Cr from plating sludge by combined sulfidation and oxidation treatment. Civil and Environ Eng 2(2):62-66.

Li PP, Peng CS, Li FM, Song SX, Juan AO. 2011. Copper and nickel recovery from electroplating sludge by the process of acid-leaching and electro-depositing. Int J Environ Res 5(3):797-804.

Liu Y, Defu C, Tongmu X. 2002. Catalytic reduction of SO2 during combustion of typical Chinese coals. Fuel Processing Technol 79:157-169.

Mastuti E, Paryanto. 2007. Pemanfaatan limbah elektroplating sebagai pengganti semen dan pasir dalam mortar. Ekuilibrium 6:15-19.

May WR, penemu; SFA International Inc. 12 Jun 2007. Method of reducing smoke and particulate emissions from steam boilers and heaters operating on solid fossil fuels. US patent 7 229 482 B2.

Miranti E. 2008. Prospek industri batu bara indonesia [ulas balik]. Economic Rev 214:1-9.

Muchjidin. 2006. Pengendalian Mutu dalam Industri Batu Bara. Bandung: ITB.

Myers D. 2006. Surfactant Science and Technology. New Jersey: J Wiley.

6

Nuroniah N. 1996. Analisis Sifat Kimia dan Pengujian Sifat Fisik Batu Bara. Bandung: Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Mineral.

Siritheerasas P, Chomthida C, Piyaporn S. 2008. Combustion of moist coal briquettes. Chiang Mai J Sci 35(1):35-42.

[SNI] Standar Nasional Indonesia. 2004. Cara Uji Mangan (Mn) secara Destruksi Asam dengan Spektrofotometer Serapan Atom (SSA). SNI 06-6992.7-2004. Jakarta: Badan Standardisasi Nasional.

Setyowati R. 2011. Batu Bara Tetap Membara. http://bataviase.co.id/node /610330.html [8 Feb 2012].

Sugiyono A. 2000. Prospek penggunaan teknologi bersih untuk pembangkit listrik dengan bahan bakar batu bara indonesia. J Tek Lingkungan 1(1):90-95.

Tim Kajian Batu Bara Nasional. 2006. Batu Bara Indonesia. Kelompok Kajian Kebijakan Mineral dan Batu Bara, Pusat Litbang Teknologi Mineral dan Batu Bara.

[UNEP] United Nations Environment Programme. 2006. Thermal Equipment Fuels & Combustion. Cambridge: UNEP.

Willis NJD, penemu; Combustion Technologies Inc. 5 Des 2000. Combustion Catalyst. US patent 6 156 081.

Zhou et al, penemu; Headwaters Technology Innovation LLC. 20 Jul 2010. Crystalline nanocatalyst combustion properties of fuel and fuel compositions incorporating such catalysts. US patent 7 758 660 B2.

LAMPIRAN

8

Lampiran 1 Bagan alir penelitian

Tahap 1 Pencirian sludge dan batu bara

Tahap 2 Preparasi katalis

Tahap 3 Uji aktivitas katalis

Kadar logam

Kadar abu

Kadar air

Nilai kalor

Sludge

Batu bara

Sludge C

Sludge

2% 3%

Sludge A

+ Minyak,

Berol, air

Sludge B Sludge D

+ asam oksalat + asam oksalat

Katalis A Katalis C Katalis B Katalis D

Uji Fe2+

Katalis A/B/C/D Batu bara

Dicampur

Sampel A/B/C/D

Uji DTA

9

Lampiran 2 Kadar abu wire electroplating sludge dan batu bara Bobot (g)

No Sampel Cawan Kosong Sampel Abu + cawan

Kadar Abu (%)

Kadar rerata (%)

1 Sludge

15.5636 5.0045 18.4008 56.69 56.89 2 20.0172 5.0415 22.9220 57.61

3 17.1689 5.0246 20.0017 56.37 1 Batu bara 15.5636 5.0531 15.9870 8.37 8.33 2 20.0174 5.0295 20.4352 8.30

Contoh perhitungan sludge no 1

Lampiran 3 Kadar air batu bara.

Bobot (g)

No Cawan Kosong Batu bara

Batu bara setelah dioven

Kadar air (%)

1 17.1726 5.0006 21.4684 14.09 2 23.5070 5.0004 27.8048 14.28 Rerata 14.20

Contoh perhitungan kadar air no 1:

10

Lampiran 4 Kadar Fe2+ dalam batu bara + katalis D Konsentrasi Standar Fe2+ (ppm) Absorbans, λmaks= 510 nm

0.1 0.0177 0.2 0.0259 0.3 0.0375 0.5 0.0604 1.0 0.1120 1.5 0.1598 2.0 0.2048

Sampel D 0.0333

Persamaan regresi linear yang diperoleh: y = 8.3293 10-3 + 0.0997x Absorban sampel yang diperoleh: 0.0339 Jadi, konsentrasi Fe2+ di dalam sampel adalah 0.0339 = 8.3293 10-3 + 0.0997x x = 0.2504 ppm Faktor pengenceran = 4000 Sehingga konsentrasi sampel sebenarnya: 0.2504 ppm 4000 = 1001.6 ppm. Konsentrasi Fe2+ dalam %b/b adalah

0.05% b/b

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0 0,5 1 1,5 2 2,5

Abs

orba

ns

Konsentrasi standar Fe2+ (ppm)

Kurva kalibrasi Fe2+

11

Lampiran 5 Kurva DTA hasil pembakaran batu bara + katalis B (sludge 3%), C (sludge 2% + asam oksalat 3%), D (sludge 3% + asam oksalat 3%)

Sampel B

Sampel C

Sampel D

12

Lampiran 6 Efisiensi energi pembakaran batu bara.

Bobot hilang

Sampel (g) (%) Energi yang terpakai (kal/g) Efisiensi energi (%)

O 12.798 57.64 2935.31 56.07 A 14.354 62.40 3256.74 62.21 B 22.128 89.58 5087.98 97.19 C 21.286 74.68 4081.27 77.96 D 24.147 89.76 5106.30 97.54

Keterangan : O: Batu bara A, B, C, D: berturut-turut batu bara + katalis A, B, C, D Contoh perhitungan untuk batu bara O: Nilai kalor batu bara: 5235.09 kal/g Kalor yang terpakai