ISSN: 1410-8917
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi 15 (3) (2012) : 79 – 83
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi Journal of Scientific and Applied Chemistry
Journal homepage: http://ejournal.undip.ac.id/index.php/ksa
Pengkayaan Alkohol Ciu Bekonang dengan Metode Destilasi Adsorptif Menggunakan Zeolit Alam dan Silika Gel
Ira Fibriari a , Gunawan a* , Rum Hastuti a
a Analytical Chemistry Laboratory, Chemistry Department, Faculty of Sciences and Mathematics, Diponegoro University, Jalan Prof. Soedarto, Tembalang, Semarang
* Corresponding author: gunawan@live.undip.ac.id
A r t i c l e   I n f o A b s t r a c t
Keywords:
Ciu Bekonang, adsorptive distillation, natural zeolite, silica gel
The  consumption  of  energy  in  transportation  sector  nowadays  increases  with  the population development. Ethanol is needed as the alternative fuels to suffice the existing energy source demand, primarily petroleum. This condition causes the use of alcohol in many countries increases. Ciu Bekonang is the traditional beverage from Solo that made from  molasses  fermentation  with  low  percentage  of  alcohol  (30%)  and  currently,  it  is generally used only for drunk. This research was conducted to investigate the enrichment of alcohol from Ciu Bekonang using adsorptive distillation method with natural zeolite and silica gel as adsorbents. The result showed that adsorptive distillation with natural zeolite and silica gel as adsorbents were able to increase the percentage of ethanol from Ciu Bekonang. The highest result percentage of ethanol with natural zeolite and silica gel were 76% and 91.61% respectively. Silica gel as adsorbent was more effective and selective to adsorb water than natural zeolite.

## A b s t r a k
Kata kunci: Ciu Bekonang, destilasi adsorptif, zeolit alam, silika gel Pemakaian  energi  dalam  sektor  transportasi  di  dunia  terus  meningkat  seiring  dengan pertumbuhan  populasi  penduduk.  Untuk  mengimbangi  tingkat  permintaan  sumber energi  yang  ada,  terutama  minyak  bumi,  salah  satu  bahan  bakar  alternatif  yang dibutuhkan adalah etanol. Namun, dengan adanya peralihan menggunakan bahan bakar alternatif  tersebut  menyebabkan  kebutuhan  alkohol  di  beberapa  negara  meningkat sehingga  perlu  pemanfaatan  alkohol  seefektif  mungkin.  Ciu  Bekonang  merupakan minuman tradisional khas Solo dari fermentasi tetes tebu yang mempunyai kadar alkohol masih rendah, yaitu ±30% yang selama ini belum dimanfaatkan dengan baik dan hanya digunakan sebagai minuman keras. Penelitian yang dilakukan akan mengkaji pengkayaan alkohol dari Ciu Bekonang secara destilasi adsorptif menggunakan zeolit alam dan silika gel  sebagai  adsorben.  Hasil  penelitian  menunjukkan  bahwa  destilasi  adsorptif menggunakan zeolit alam dan silika gel sebagai adsorben mampu meningkatkan kadar etanol dari Ciu Bekonang, diperoleh kemurnian etanol tertinggi dengan zeolit alam dan silika gel berturut-turut adalah 76% dan 91,61%. Penggunaan silika gel sebagai adsorben lebih efektif dan selektif menyerap air daripada zeolit alam.

## 1. Pendahuluan
Pemakaian energi dalam sektor transportasi di dunia terus meningkat. Untuk mengimbangi tingkat permintaan  sumber  energi  yang  ada,  terutama  minyak bumi,  bahan  bakar  alternatif  yang  digunakan  adalah etanol.  Tahapan  utama  untuk  memproduksi  etanol
adalah  fermentasi,  destilasi  dan  dehidrasi  yang umumnya  mengarah  pada  produksi  bioetanol  [1]. Produksi  bioetanol  bisa  dihasilkan  dari  bahan  baku lignoselulosa  seperti,  kayu  dan  jerami.  Amerika  Serikat dan  Brazil  telah  menggunakan  etanol  sebagai  bahan bakar  alternatif  dan  aditif  bensin  karena  ramah
lingkungan dan dapat diperbaharui [2]. Namun, dengan peralihan menggunakan bahan bakar etanol menyebabkan  kebutuhan  alkohol  meningkat  sehingga perlu pemanfaatan alkohol seefektif mungkin.
Alkohol  atau  sering  disebut  dengan  etanol  dalam kehidupan  sehari-hari  dikenal  sebagai  pelarut,  bahan antiseptik dan bahan bakar alternatif pengganti bensin. Alkohol  komersial  diperoleh  dari  destilasi  yang  hanya menghasilkan  95%  etanol  karena  etanol  dan  air  dapat membentuk  azeotrop  yang  mendidih  pada  temperatur 78,1°C  [3],  sedangkan  kemurnian  etanol  sebagai  bahan bakar harus 99% [1].
Teknik  pemisahan  alkohol  yang  biasa  digunakan adalah  destilasi,  pervaporasi  dengan  membran  dan adsorpsi.  Beberapa  metoda  destilasi  yang  telah dikembangkan adalah destilasi azeotrop, destilasi reaktif dan  destilasi  ekstraktif.  Pada  dasarnya  prinsip  ketiga metoda  destilasi  tersebut  sama,  yaitu  menggunakan entrainer atau zat pemisah. Destilasi azeotrop etanol-air dengan  penambahan  toluena  akan  membentuk  3 campuran azeotrop, yaitu etanol-air, etanol-toluena dan air-toluena.  Ravagnani dkk.  [4]  telah  melakukan produksi  etanol  anhidrat  dengan  destilasi  ekstraktif menggunakan  etilen-glikol  dan  tetraetilen-glikol diperoleh  kadar  etanol  berturut-turut  adalah  99,08% dan 99,14%.
Proses  adsorpsi  pada  pemurnian  alkohol  dapat dilakukan  secara  tunggal  dan  bisa  juga  merupakan kelanjutan  dari  destilasi.  Pengambilan  bioetanol  hasil fermentasi  dengan  metoda  adsorpsi  hidrofob  diperoleh adsorben  yang  paling  baik  menyerap  etanol  adalah magnesium  silikat.  Pemisahan  komponen  tertentu  dari larutan dengan metoda adsorpsi  telah dilakukan  Zhang dkk.  [5]  yang  menunjukkan  bahwa  lebih  dari  95,6% vanillin dapat teradsorp dari larutan berair menggunakan  adsorben  polimer  makropori  yang  telah dilakukan crosslinking  dengan  polistirena.  Adsorben polimer juga digunakan untuk memisahkan benzalkonium  klorida  dari  air  diperoleh  persentase benzalkonium klorida sebesar 98,9% [6]. Biazon dkk. [7] menggunakan  adsorben  silika  yang  dikombinasikan dengan  SPME  ( Solid  Phase  Microextraction)  dalam ekstraksi bir.
Teknik  lain  yang  dapat  dijadikan  solusi  efektif pemisahan  alkohol  adalah  destilasi  adsorptif,  yaitu metoda destilasi dan adsorpsi dilakukan secara simultan. Salah  satu  aplikasi  destilasi  adsorptif  adalah pengambilan  air  dari  sistem  isopropil  alkohol-air  yang dilakukan  oleh  Mujiburohman dkk.  [8]  diperoleh kemurnian isopropil alkohol sebesar 99,5%.
Adsorben merupakan bahan berpori yang digunakan untuk  menyerap  komponen  dari  campuran  yang  akan dipisahkan. Berdasarkan sifatnya terhadap air, adsorben dibagi  menjadi  2,  yaitu  adsorben  hidrofob  dan  hidrofil. Zeolit  alam  dan  silika  gel  merupakan  adsorben  hidrofil karena mempunyai kemampuan menyerap air [9]
Ciu Bekonang merupakan minuman tradisional khas Solo  hasil  fermentasi  tetes  tebu,  yang  menghasilkan etanol  dan  karbondioksida  dengan  kadar  etanol  ±30%
[10].  Kadar  etanol  yang  masih  rendah  tersebut menyebabkan  Ciu  Bekonang  belum  dimanfaatkan dengan  baik,  hanya  digunakan  sebagai  minuman  keras sementara kebutuhan alkohol di Indonesia sangat besar.
Penelitian  yang  akan  dilakukan  adalah  mengkaji peningkatan  kadar  atau  pemurnian  dalam  rangka pengkayaan  alkohol  dari  Ciu  Bekonang  secara  destilasi adsorptif  dengan  zeolit  alam  dan  silika  gel  sebagai adsorben.  Adsorben  hidrofil  dipilih  berdasarkan  pada jenis  zat  yang  akan  diadsorpsi,  yaitu  air  sehingga diharapkan  mendapatkan  etanol  99,9%  yang  bisa digunakan untuk memenuhi kebutuhan energi alternatif.

## 2. Metodologi Penelitian

## Alat & Bahan
Alat  yang  digunakan  dalam  penelitian  adalah seperangkat alat destilasi, seperangkat alat kromatografi gas  HP 5890,  ayakan  lolos  80  mesh,  oven  WTB  Binder, gelas beaker, gelas ukur, erlenmeyer, corong gelas, pipet tetes, botol sampel, gelas arloji, spatula, neraca analitik Kern  870.  Bahan  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini adalah  Ciu  Bekonang,  etanol p.a.,  silika  gel,  zeolit alam Bayat Klaten, kertas saring, akuades.

## Preparasi Sampel dan Adsorben
Preparasi  sampel  meliputi  identifikasi  dan pengukuran  kadar  alkohol dalam  Ciu Bekonang  dengan kromatografi gas sedangkan preparasi adsorben meliputi aktivasi  zeolit  alam  dan  silika  gel  secara  fisika  melalui pemanasan pada suhu 120°C berturut-turut selama 3 jam dan  1  jam  kemudian  didinginkan  dalam  desikator. Perlakuan  awal  zeolit  alam  sebelum  aktivasi  meliputi penumbukan  batuan  zeolit  alam  Bayat  dengan  ukuran lolos 80 mesh kemudian pencucian dengan akuades dan penyaringan menggunakan kertas saring.

## Destilasi Adsorptif Ciu Bekonang
Proses  destilasi  adsorptif  menggunakan  adsorben silika  gel  maupun  zeolit  alam  dilakukan  dengan memanaskan 200 mL Ciu Bekonang dalam labu alas bulat pada suhu 80°C. Adsorben dimasukkan ke dalam kolom destilasi  yang  terletak  di  antara  labu  alas  bulat  dan kondensor,  sehingga  destilat  akan  melewati  adsorben dan adsorben akan menyerap salah satu komponen, yaitu air. Destilat yang diperoleh ditampung dalam erlenmeyer kemudian dilakukan pengukuran kadar alkohol setiap 10 mL destilat dengan kromatografi gas. Destilasi adsorptif Ciu  Bekonang  dengan  silika  gel  sebagai  adsorben dilakukan 3 kali (destilasi adsorptif pertama, kedua dan ketiga), untuk setiap proses destilasi adsorptif dilakukan penggantian  Ciu  Bekonang  yang  baru  dengan  volume sama tetapi silika gel yang digunakan masih tetap sama sedangkan destilasi adsorptif dengan zeolit alam hanya dilakukan  sekali.  Pengambilan  destilat  dilakukan  2  kali (destilat I dan II) untuk setiap proses destilasi adsorptif, baik dengan silika gel maupun zeolit alam.

## 3. Hasil Dan Pembahasan

## Preparasi Sampel dan Adsorben
Preparasi  sampel  meliputi  identifikasi  komponen dan  pengukuran  kadar  alkohol  dalam  Ciu  Bekonang menggunakan kromatografi gas. Hasil analisis awal  Ciu Bekonang dengan kromatografi gas terdapat 2 peak yang hampir  sama  seperti  kromatogram  etanol  p.a, menunjukkan bahwa Ciu Bekonang mengandung etanol dan diperoleh kadar sebesar 28,94%. Peak pertama pada kromatogram  etanol  p.a  merupakan  senyawa  etanol sedangkan  peak  kedua  merupakan  senyawa  propanol 20%  yang  digunakan  sebagai  standar  internal.  Etanol mempunyai waktu retensi yang lebih kecil dan titik didih yang  lebih  rendah  dibandingkan  propanol,  yaitu  waktu retensi  etanol  2,821  menit  dengan  titik  didih  78°C sedangkan  waktu  retensi  propanol  3,124  menit  dengan titik didih 97°C, sehingga peak dari etanol akan muncul lebih  dulu  daripada  propanol.  Peak  etanol  pada kromatogram Ciu Bekonang lebih rendah daripada peak etanol pada etanol p.a, menunjukkan kadar etanol pada Ciu Bekonang lebih rendah dibandingkan dengan etanol p.a  yaitu  28,94%.  Adapun  kromatogram  dari  Ciu Bekonang dan etanol p.a ditunjukkan oleh Gambar 1 dan 2.

## Gambar 1. Kromatogram Ciu Bekonang
Gambar 2. Kromatogram Etanol p.a
Preparasi  adsorben  silika  gel  dan  zeolit  alam meliputi  aktivasi  secara  fisika  melalui  pemanasan  pada suhu  120°C  bertujuan  untuk  menguapkan  air  yang terdapat  dalam  pori-pori  adsorben  dan  pendinginan dalam  desikator  bertujuan  untuk  mencegah  adsorben menyerap  uap  air  dari  udara  bebas  karena  pori-pori
adsorben  sangat  rentan  terhadap  pemasukan  molekul uap  air.  Zeolit  alam  sebelum  pemanasan  dilakukan penggerusan  untuk  meningkatkan  luas  permukaan sehingga  semua  bagian  zeolit  memperoleh  perlakuan yang  sama  dalam  pencucian.  Pencucian  menggunakan akuades  bertujuan  melarutkan  garam  alkali,  asam mineral  dan  asam  organik  yang  kemungkinan  terdapat dalam  zeolit  alam.  Hasil  pemanasan  silika  gel  terjadi perubahan  warna  merah  muda  menjadi  biru  tua  yang menunjukkan  bahwa  molekul  uap  air  telah  keluar  dari pori-pori silika gel sedangkan pada zeolit alam dari agak coklat  berubah  menjadi  lebih  putih  yang  menunjukkan pengotor  pada  zeolit  alam  telah  larut  dalam  akuades ketika dilakukan pencucian.

## Proses Destilasi Adsorptif Ciu Bekonang
Destilasi adsorptif merupakan metode pemisahan di mana  proses  destilasi  dan  adsorpsi  dilakukan  secara bersamaan.  Pemanasan  pada  proses  destilasi  adsorptif Ciu Bekonang dilakukan pada suhu 80°C, karena etanol mendidih pada 78,4°C sedangkan air 100°C. Selanjutnya, uap air dan etanol akan melewati adsorben dan adsorben akan  menyerap  air  sehingga  kadar  alkohol  dalam  Ciu Bekonang bisa naik. Adsorben yang dilewati uap air dan etanol akan mengalami perubahan warna menjadi agak merah  muda  pada  silika  gel  sedangkan  zeolit  alam terlihat  agak  kecoklatan.  Destilat  yang  diperoleh kemudian ditampung dalam erlenmeyer untuk dilakukan pengukuran kadar etanol dengan kromatografi gas.
Mekanisme adsorpsi yang terjadi adalah uap air akan mengisi  pori-pori  adsorben  karena  molekul  air mempunyai diameter lebih kecil dari adsorben, yaitu 2,75 Å sedangkan silika gel 2-5 Å dan zeolit alam adalah 2,6- 7  Å  [9].  Selain  itu,  bila  ditinjau  dari  kepolarannya,  air lebih bersifat polar dibandingkan etanol sehingga silika gel  dan  zeolit  alam  yang  merupakan  adsorben  hidrofil akan  cenderung  mengadsorpsi  senyawa  polar.  Proses adsorpsi  yang  terjadi  adalah  adsorpsi  fisik  karena  zat yang teradsorpsi tidak larut dalam adsorben tetapi hanya sampai  permukaan  saja,  sehingga  adsorben  bisa diregenerasi agar dapat digunakan kembali untuk proses adsorpsi.  Menurut  Rakhmatullah dkk.  [3],  molekul  uap air yang terserap oleh zeolit akan membentuk bulatan di sekitar  kation.  Zeolit  alam  yang  digunakan  dalam penelitian merupakan zeolit jenis mordenit yang banyak mengandung  kation  Na  dan  Ca.  Kation  Na  akan menetralkan  1  atom  Al  yang  bermuatan  negatif sedangkan  kation  Ca akan  menetralkan  2 atom  Al  yang bermuatan negatif. Struktur zeolit setelah menyerap uap air diprediksikan seperti pada Gambar 3.
Gambar 3. Struktur Zeolit setelah menyerap Air

## Pengukuran Kadar Alkohol Ciu Bekonang
Kadar  etanol  dalam  Ciu  Bekonang  setelah  proses destilasi adsorptif dengan silika gel pada destilasi adsor ptif  pertama,  kedua  dan  ketiga  untuk  destilat  I  dan  II menggunakan kromatografi gas ditampilkan pada Tabel 1.
Tabel 1: Kadar Etanol dalam Ciu Bekonang setelah
Destilasi Adsorptif dengan Silika Gel untuk Destilat I dan II Destilasi Adsorptif Kadar Alkohol Destilat I Destilat II Pertama 70,43% 83,07% Kedua 77,24% 79,34% Ketiga 91,61% 80,31%
Berdasarkan  Tabel  1  proses  destilasi  adsorptif pertama  dan  kedua  dengan  silika  gel  untuk  destilat  II diperoleh  kadar  yang  lebih  tinggi  daripada  destilat  I karena tingkat kejenuhan silika gel yang berubah, yaitu terjadi  desorpsi  yang  menyebabkan  kemampuan  silika gel dalam menyerap air masih baik. Namun, pada proses destilasi  adsorptif  ketiga  dengan  silika  gel  diperoleh kadar  destilat  I  lebih  tinggi  daripada  destilat  II.  Hal  ini disebabkan karena silika gel yang mengadsorpsi destilat II  sudah  mulai  jenuh,  sehingga  menyebabkan kemampuan menyerap air menurun.
Kadar etanol tertinggi yang diperoleh dari destilasi adsorptif  Ciu  Bekonang  dengan  silika  gel  sebagai adsorben  adalah  91,61%  pada  destilasi  adsorptif  ketiga untuk  destilat  I  karena  kondisi  optimum  dicapai  pada destilasi  adsorptif  ketiga  yang  ditunjukkan  oleh  kadar rata-rata etanol tertinggi seperti terlihat pada Gambar 4.
Gambar 4. Grafik Kondisi Optimum Silika Gel sebagai Adsorben
Proses destilasi adsorptif Ciu Bekonang menggunakan  zeolit  alam  sebagai  adsorben  hanya dilakukan satu kali dengan pengambilan volume destilat 10 mL sebanyak dua  kali  karena  adsorben  sudah  jenuh, terlihat  dari  hasil  analisis  yang  menunjukkan  kadar destilat  II  lebih  rendah  dari  destilat  I,  sehingga  bila dilakukan  destilasi  adsorptif  berikutnya  kadarnya semakin turun. Kadar etanol dalam Ciu Bekonang setelah proses  destilasi  adsorptif  dengan  zeolit  alam  untuk destilat  I  dan  II  menggunakan  kromatografi  gas ditampilkan pada Tabel 2.
Tabel 2: Kadar Etanol dalam Ciu Bekonang setelah Destilasi Adsorptif dengan Zeolit Alam
Destilat Kadar Alkohol I 76% II 73,98%
Berdasarkan  Tabel  2  proses  destilasi  adsorptif dengan zeolit alam diperoleh kadar destilat I lebih tinggi daripada destilat II. Hal ini disebabkan karena zeolit alam yang digunakan sebagai adsorben mengalami kejenuhan, sehingga  kemampuan  zeolit  alam  untuk  mengadsorpsi air  pada  destilat  II  menjadi  berkurang.  Kadar  etanol tertinggi  yang  diperoleh  dari  destilasi  adsorptif  Ciu Bekonang  dengan  zeolit  alam  sebagai  adsorben  adalah 76%.

## 4. Kesimpulan
Destilasi  adsorptif  dengan  menggunakan  silika  gel dan zeolit alam sebagai adsorben mampu meningkatkan kadar etanol dalam Ciu Bekonang dari 28,94% menjadi 91,61%  dan  76%.  Kemurnian  etanol  tertinggi  yang diperoleh  dari  destilasi  adsorptif  Ciu  Bekonang  dengan silika  gel  dan  zeolit  alam  sebagai  adsorben  berturut- turut  adalah  91,61%  dan  76%.  Penggunaan  silika  gel sebagai adsorben lebih efektif dan selektif menyerap air daripada zeolit alam.

## 5. Daftar Pustaka
[1]  Adam  Brooks,  Purification  Of  Light  Alcohols  Using Macroporous  Hydrophobic  Membranes,  Chemistry, Worcester Polytechnic Institute, Worcester, USA
[2]  Rhys  T  Dale,  Wallace  E  Tyner,  Economic  and technical  analysis  of  ethanol  dry  milling:  Model description, Staff Paper (06-04), Dept. of Ag. Econ., Purdue University, (2006)
[3]  DKA  Rakhmatullah,  G  Wiradini,  NP  Ariyanto, Pembuatan  adsorben  dari  zeolit  alam  dengan karakteristik adsorption properties untuk kemurnian  bioetanol, Fakultas  Teknologi  Industri Institut Teknologi Bandung, (2007)
[4]  MASS  Ravagnani,  MHM  Reis,  R  Maciel  Filho,  MR Wolf-Maciel,  Anhydrous  ethanol  production  by extractive distillation: A solvent case study, Process Safety  and  Environmental  Protection,  88,  1,  (2010)
67-73
[5]  Qing-Feng  Zhang,  Zi-Tao  Jiang,  Hong-Juan  Gao, Rong Li, Recovery of vanillin from aqueous solutions using  macroporous  adsorption  resins, European Food Research and Technology, 226, 3, (2008) 377- 383 http://dx.doi.org/10.1007/s00217-006-0548-x
[6]  Irina  Turku,  Tuomo  Sainio,  Modeling of  adsorptive removal of benzalkonium chloride from water with a polymeric  adsorbent, Separation  and  Purification Technology, 69, 2, (2009) 185-194
http://dx.doi.org/10.1016/j.seppur.2009.07.017
[7]  César  Luis  Biazon,  Rodrigo  Brambilla,  Arnaud Rigacci,  Tânia  M  Pizzolato,  João  HZ  Dos  Santos, Combining silica-based adsorbents and SPME fibers in  the  extraction  of  the  volatiles  of  beer:  an exploratory  study, Analytical  and  bioanalytical
chemistry, 394, 2, (2009) 549-556 http://dx.doi.org/10.1007/s00216-009-2695-y [8]  Muhammad Mujiburohman, Wahyudi Budi
Sediawan,  Hary  Sulistyo,  A  preliminary  study: Distillation  of  isopropanol – water  mixture  using fixed adsorptive distillation method, Separation and purification  technology,  48,  1,  (2006)  85-92 http://dx.doi.org/10.1016/j.seppur.2005.07.025
[9]  Robert  H  Perry,  Don  W  Green,  Perry's  chemical engineers'  handbook,  McGraw-Hill  Professional, 1999.
[10] Yulian Indriani, Pengaruh Urutan Pencampuran Dan Konsentrasi  Laktosa  Dan  Avicel  Ph  102  Terhadap Sifat Fisik Tablet Ekstrak Daun Ceremai (Phyllanthus Acidus  (L.)  Skeels),  Universitas  Muhammadiyah
Surakarta,