Post on 05-Oct-2021
PENGEMBANGAN METODE DISPERSI
PADA KOPOLIMER CONTROLLED RELEASE
FERTILIZER
Laporan Penelitian
Disusun untuk memenuhi tugas akhir guna mencapai gelar sarjana di
bidang ilmu Teknik Kimia
oleh :
Martina Herlambang (6215083)
Pembimbing :
Prof. Dr. Judy Retti Witono, Ir., M. App. Sc.
PROGRAM STUDI SARJANA TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
UNIVERSITAS KATOLIK PARAHYANGAN
BANDUNG
2020
iii
PROGRAM STUDI SARJANA TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
UNIVERSITAS KATOLIK PARAHYANGAN
SURAT PERNYATAAN
Saya, yang bertanda tangan di bawah ini :
Nama : Martina Herlambang
NRP : 6215083
Dengan ini menyatakan bahwa laporan penelitian dengan judul :
PENGEMBANGAN METODE DISPERSI PADA KOPOLIMER CONTROLLED
RELEASE FERTILIZER
adalah hasil pekerjaan saya, dan seluruh ide, pendapat materi dari sumber lain, telah dikutip
dengan cara penulisan referensi yang sesuai.
Pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya dan jika pernyataan ini tidak sesuai
dengan kenyataan, maka saya bersedia menanggung sanksi sesuai peraturan yang berlaku.
Bandung, Januari 2020
Martina Herlambang
(6215083)
v
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena berkat dan
rahmat-Nya laporan penelitian yang berjudul “Pengembangan Metode Dispersi Pada
Kopolimer Controlled Release Fertilizer” ini dapat diselesaikan dengan baik dan tepat pada
waktunya. Laporan penelitian ini dibuat untuk melengkapi salah satu tugas akhir dari Jurusan
Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Katolik Parahyangan, Bandung.
Proses pembuatan laporan penelitian ini tidak mudah. Namun, pada akhirnya laporan
penelitian ini dapat terselesaikan dengan baik. Keberhasilan dari laporan penelitian ini tidak
dapat tercapai tanpa bantuan dan dukungan dari orang – orang terkasih, baik secara langsung
maupun tidak langsung. Maka dari itu, penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. Tuhan Yesus yang selalu memberikan jalan dan petunjuk dalam menghadapi segala
situasi,
2. Prof. Dr. Judy Retti Witono, Ir., M. App. Sc. selaku dosen pembimbing yang telah
membantu penulis dalam proses menyelesaikan laporan penelitian,
3. Keluarga, sahabat, Zeal Bandung, dan rekan – rekan seperjuangan yang selalu
memberikan dukungan, semangat, dan juga doa kepada penulis selama proses
penyusunan laporan penelitian,
Penulis menyadari bahwa laporan penelitian ini jauh dari sempurna. Oleh karena itu,
penulis bersedia menerima kritik dan saran untuk pengembangan laporan penelitian ini
agar dapat bermanfaat bagi penelitian selanjutnya.
Bandung, Januari 2020
Penulis
vi
DAFTAR ISI
COVER .............................................................................................................................. i
LEMBAR PENGESAHAN ............................................................................................... ii
SURAT PERNYATAAN ................................................................................................. iii
LEMBAR REVISI ............................................................................................................ iv
KATA PENGANTAR ....................................................................................................... v
DAFTAR ISI .................................................................................................................... vi
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................................ xi
DAFTAR TABEL........................................................................................................... xiv
INTISARI ........................................................................................................................ xv
ABSTRACT ..................................................................................................................... xvi
BAB I PENDAHULUAN .................................................................................................. 1
1.1 Latar Belakang ..........................................................................................................1
1.2 Tema Sentral Masalah ...............................................................................................2
1.3 Identifikasi Masalah ..................................................................................................2
1.4 Premis .......................................................................................................................3
1.5 Hipotesis ...................................................................................................................3
1.6 Tujuan Penelitian ......................................................................................................3
1.7 Manfaat Penelitian ....................................................................................................3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ...................................................................................... 10
2.1 Pupuk ...................................................................................................................... 10
2.2 Urea ........................................................................................................................ 11
2.2.1 Urea Prill ......................................................................................................... 12
2.2.2 Urea Non Prill .................................................................................................. 13
2.3 Nitrogen .................................................................................................................. 14
2.4 Masalah Penggunaan Pupuk .................................................................................... 14
2.5 Controlled Release Fertilizer................................................................................... 16
2.5.1 Klasifikasi Controlled Release Fertilizer .......................................................... 18
2.5.2 Mekanisme Pelepasan Nutrisi .......................................................................... 19
2.5.3 Manfaat Controlled Release Fertilizer.............................................................. 21
2.5.4 Kelebihan dan Kekurangan dari Controlled Release Fertilizer ......................... 22
vii
2.6 Sintesa Controlled Release Fertilizer dengan Metode Matriks ................................. 23
2.7 Sintesa Controlled Release Fertilizer dengan Teknik Enkapsulasi ........................... 25
2.7.1 Pelapisan Urea dengan Sulfur ........................................................................... 25
2.7.2 Pelapisan Urea dengan Polimer ........................................................................ 26
2.7.3 Pelapisan Urea dengan Material Superabsorben ............................................... 26
2.7.4 Pelapisan Urea dengan Material Bio-komposit ................................................. 28
2.8 Teknik Dispersi ....................................................................................................... 29
2.8.1 Teknik secara Fisika – Kimia ........................................................................... 29
2.8.2 Teknik secara Kimia ........................................................................................ 30
2.8.3 Teknik secara Fisika......................................................................................... 31
2.9 Peralatan yang Digunakan untuk Enkapsulasi .......................................................... 32
2.10 Pati .......................................................................................................................... 35
2.10.1 Pati Ganyong ................................................................................................... 36
2.10.2 Amilosa ........................................................................................................... 36
2.10.3 Amilopektin ..................................................................................................... 37
2.10.4 Gelatinasi ......................................................................................................... 38
2.10.5 Retrogradasi ..................................................................................................... 38
2.11 Polimerisasi ............................................................................................................. 39
2.12 Kopolimer ............................................................................................................... 39
2.13 Grafting .................................................................................................................. 40
2.14 Crosslinking (pengikatan silang) ............................................................................. 42
2.14.1 Kalsium Klorida ............................................................................................... 43
2.15 Asam Akrilat ........................................................................................................... 43
2.16 Sodium Alginate ...................................................................................................... 44
2.17 Hidrogen Peroksida ................................................................................................. 45
2.18 Reagen Erhlich ........................................................................................................ 45
2.19 Sikloheksana ........................................................................................................ 46
2.20 Liquid Paraffin ..................................................................................................... 47
2.21 Surfaktan ................................................................................................................. 47
2.21.1 Cetyl Trimethylammonium Bromide (CTAB) ................................................... 48
2.21.2 Span 80 ............................................................................................................ 49
BAB III BAHAN DAN METODE PENELITIAN ........................................................... 50
3.1 Bahan Baku Penelitian ............................................................................................ 50
viii
3.1.1 Bahan Baku Utama .......................................................................................... 50
3.1.2 Bahan Baku Analisis ........................................................................................ 50
3.2 Alat Penelitian ......................................................................................................... 51
3.2.1 Peralatan Penelitian Utama............................................................................... 51
3.2.2 Peralatan Analisis ............................................................................................ 51
3.3 Set – up Peralatan yang Digunakan Dalam Penelitian .............................................. 52
3.3.1 Reaktor Isotermal ............................................................................................. 52
3.3.2 Peralatan Enkapsulasi (Wurst Fluidized Bed) ................................................... 53
3.4 Variasi Percobaan.................................................................................................... 53
3.5 Prosedur Percobaan ................................................................................................. 54
3.5.1 Penentuan Kadar Air ........................................................................................ 54
3.5.2 Percobaan Utama ............................................................................................. 55
3.5.3 Variasi Percobaan dengan Pembekuan dan Tanpa Pembekuan ......................... 59
3.6 Analisis ................................................................................................................... 60
3.6.1 Analisis Daya Serap Air ................................................................................... 60
3.6.2 Analisis Pelepasan CRF ................................................................................... 60
3.6.3 Analisis Persentase Grafting Urea .................................................................... 60
3.6.4 Fourier Transform Infra Merah (FTIR) ........................................................... 60
3.6.5 Scanning Electron Microscopy (SEM) ............................................................. 61
3.7 Jadwal Kerja Penelitian ........................................................................................... 61
BAB IV PEMBAHASAN ................................................................................................ 63
4.1 Percobaan Pendahuluan ........................................................................................... 63
4.1.1 Analisis Kadar Air ........................................................................................... 63
4.1.2 Standardisasi H2O2 ........................................................................................... 63
4.2 Percobaan Utama .................................................................................................... 64
4.3 Teknik Dispersi ....................................................................................................... 66
4.4 Proses Enkapsulasi .................................................................................................. 69
4.5 Analisa Produk ........................................................................................................ 70
4.5.1 Analisis FTIR .................................................................................................. 70
4.5.2 Analisis Urea Ter-grafting ............................................................................... 79
4.5.3 Analisis SEM ................................................................................................... 81
4.5.4 Analisis Daya Serap Air ................................................................................... 85
4.5.5 Analisis Pelepasan Urea ................................................................................... 93
ix
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .......................................................................... 105
5.1 Kesimpulan ........................................................................................................... 105
5.2 Saran ..................................................................................................................... 105
DAFTAR PUSTAKA .................................................................................................... 107
LAMPIRAN A KETENTUAN ANALISIS .................................................................... 116
A.1 Pembuatan Kurva Standar ..................................................................................... 116
A.2 Penentuan Daya Serap Air pada Media Air Statis .................................................. 116
A.3 Penentuan Pelepasan Pupuk pada Media Air Statis ................................................ 117
A.4 Standardisasi H2O2 ................................................................................................ 117
A.5 Penentuan persentasi grafting urea di dalam kopolimer ......................................... 118
A.6 Analisis FTIR ........................................................................................................ 119
A.7 Analisis SEM ........................................................................................................ 120
LAMPIRAN B LEMBAR DATA KESELAMATAN BAHAN ...................................... 121
B.1 Pati Ganyong ........................................................................................................... 121
B.2 Sodium Alginate ...................................................................................................... 121
B.3 Aseton ..................................................................................................................... 122
B.4 Asam Akrilat ........................................................................................................... 123
B.5 Ferro Ammonium Sulfat / FAS ((NH4)Fe(SO4)2.6H2O) ........................................... 124
B.6 Hidrogen Peroksida (H2O2) ...................................................................................... 125
B.7 Sikloheksana ........................................................................................................... 126
B.8 Natrium Hidroksida (NaOH) ................................................................................... 127
B.9 Cetyl Trimethylammonium Bromide (CTAB) ........................................................... 127
B.10 Kalsium Klorida (CaCl2) ....................................................................................... 128
B.11 Urea (CO(NH2)2) ................................................................................................... 129
B.12 Gas Nitrogen (N2) .................................................................................................. 130
B.13 Hidroquinon .......................................................................................................... 131
B.14 Reagen Erhlich ...................................................................................................... 131
B.15 Larutan KMnO4 ..................................................................................................... 132
B.16 SPAN 80 (Sorbitan Monooleat) ............................................................................. 133
B.17 Light Liquid Paraffin ............................................................................................. 134
LAMPIRAN C HASIL ANTARA ................................................................................. 136
C.1 Penentuan Panjang Gelombang Maksimum ........................................................... 136
C.2 Penentuan Kurva Standar ...................................................................................... 136
x
C.3 Analisis Pelepasan Urea Pada Media Air Statis ..................................................... 137
C.4 Analisis Daya Serap Air Pada CRF ....................................................................... 145
C.5 Analisis Urea Ter-grafting ..................................................................................... 145
C.6 Analisis FTIR ........................................................................................................ 146
C.7 Kadar Air Pati ....................................................................................................... 149
LAMPIRAN D GRAFIK ............................................................................................... 150
LAMPIRAN E CONTOH PERHITUNGAN .................................................................. 151
xi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Laju perkembangan lahan kritis di Indonesia tahun 1980-2007 ....................2
Gambar 2.1 Struktur molekul urea ................................................................................ 11
Gambar 2.2 Demonstrasi seluruh proses pelepasan nutrisi ............................................. 16
Gambar 2.3 Klasifikasi dari controlled release fertilizer ................................................ 19
Gambar 2.4 Mekanisme difusi controlled release .......................................................... 20
Gambar 2.5 Fluidized bed ............................................................................................. 33
Gambar 2.6 Spouted bed ............................................................................................... 34
Gambar 2.7 Rotating drum ............................................................................................ 35
Gambar 2.8 (a) Struktur amilosa; (b) Ikatan α-1,4 pada amilosa .................................... 37
Gambar 2.9 (a) Struktur amilopektin; (b) Ikatan α-1,6 amilopektin ................................ 37
Gambar 2.10 Skema representasi perubahan yang terjadi dalam campuran pati-air ........ 39
Gambar 2.11 Susunan kopolimer grafting ..................................................................... 40
Gambar 2.12 Proses terjadinya tahap inisiasi ................................................................. 41
Gambar 2.13 Proses terjadinya tahap propagasi ............................................................. 41
Gambar 2.14 Proses terjadinya tahap terminasi ............................................................. 42
Gambar 2.15 Struktur molekul kalsium klorida ............................................................. 43
Gambar 2.16 Struktur molekul asam akrilat .................................................................. 44
Gambar 2.17 Rantai polimer dari sodium alginate ......................................................... 45
Gambar 2.18 Struktur molekul H2O2 ............................................................................. 45
Gambar 2.19 Struktur p-DMAB yang ada pada reagen ehrlich ...................................... 46
Gambar 2.20 Struktur molekul sikloheksana ................................................................. 46
Gambar 2.21 Struktur light liquid paraffin .................................................................... 47
Gambar 2.22 Struktur molekul CTAB ........................................................................... 48
Gambar 2.23 Struktur molekul span 80 ......................................................................... 49
Gambar 3.1 Rangkaian alat pembuatan kopolimer ......................................................... 52
Gambar 3.2 Rangkaian alat pembuatan enkapsulasi....................................................... 53
Gambar 3.3 Analisis kadar air dalam pati ...................................................................... 54
Gambar 3.4 Proses pembuatan kopolimer ...................................................................... 56
Gambar 3.5 Teknik dispersi .......................................................................................... 58
Gambar 3.6 Proses separasi kopolimer .......................................................................... 58
xii
Gambar 3.7 Pelapisan dengan bahan sodium alginate .................................................... 59
Gambar 3.8 Variasi tanpa pembekuan ........................................................................... 59
Gambar 3.9 Variasi dengan pembekuan ........................................................................ 59
Gambar 4.1 Reaktor pembuatan kopolimer ................................................................... 65
Gambar 4.2 Hasil kopolimer dari percobaan utama ....................................................... 66
Gambar 4.3 Pembuatan larutan emulsi untuk mendispersi kopolimer…….…………….67
Gambar 4.4 Hasil kopolimer menggunakan teknik dispersi ........................................... 68
Gambar 4.5 Kopolimer yang telah dilapisi sodium alginate ........................................... 68
Gambar 4.6 Rangkaian alat wurst fluidized bed ............................................................. 69
Gambar 4.7 Hasil akhir CRF dengan metode dispersi .................................................... 70
Gambar 4.8 Analisis FTIR pada run 1 ........................................................................... 71
Gambar 4.9 Analisis FTIR pada run 2 ........................................................................... 71
Gambar 4.10 Analisis FTIR pada run 3 ......................................................................... 73
Gambar 4.11 Analisis FTIR pada run 4 ......................................................................... 74
Gambar 4.12 Analisis FTIR pada run 5 ......................................................................... 75
Gambar 4.13 Analisis FTIR pada run 6 ......................................................................... 76
Gambar 4.14 Analisis FTIR pada run 7 ......................................................................... 77
Gambar 4.15 Analisis FTIR pada run 8 ......................................................................... 78
Gambar 4.16 Morfologi CRF pada setiap variasi ........................................................... 82
Gambar 4.17 Analisis SEM pada CRF tanpa pembekuan pada perbesaran 150X ........... 82
Gambar 4.18 Morfologi CRF tanpa pembekuan ............................................................ 83
Gambar 4.19 Analisis SEM pada CRF dengan pembekuan pada perbesaran 150X ........ 84
Gambar 4.20 Morfologi CRF tanpa pembekuan atau dengan pembekuan ...................... 85
Gambar 4.21 Analisis daya serap air pada CRF ............................................................. 86
Gambar 4.22 Daya serap air untuk setiap run ................................................................ 86
Gambar 4.23 Daya serap air dengan light liquid paraffin ............................................... 87
Gambar 4.24 Daya serap air dengan sikloheksana ......................................................... 88
Gambar 4.25 Daya serap air tanpa penggunaan CTAB .................................................. 90
Gambar 4.26 Daya serap air dengan penggunaan CTAB ............................................... 90
Gambar 4.27 Daya serap air tanpa pembekuan .............................................................. 92
Gambar 4.28 Daya serap air tanpa pembekuan .............................................................. 92
Gambar 4.29 Kurva penentuan panjang gelombang maksimum urea ............................. 94
Gambar 4.30 Kurva standar urea ................................................................................... 94
xiii
Gambar 4.31 Reaksi urea dengan reagen ehrlich ........................................................... 95
Gambar 4.32 Perendaman CRF pada media air yang diberi reagen ehrlich .................... 96
Gambar 4.33 Daya pelepasan pupuk (run 1 – 8) ............................................................ 96
Gambar 4.34 Daya pelepasan pupuk dengan pelarut light liquid paraffin………………97
Gambar 4.35 Daya pelepasan pupuk dengan pelarut sikloheksana ................................. 99
Gambar 4.36 Daya pelepasan pupuk tanpa CTAB ....................................................... 101
Gambar 4.37 Daya pelepasan pupuk dengan CTAB .................................................... 101
Gambar 4.38 Daya pelepasan pupuk tanpa pembekuan................................................ 103
Gambar 4.39 Daya pelepasan pupuk dengan pembekuan ............................................. 103
Gambar A.1 Proses pembuatan kurva standar larutan pupuk ....................................... 117
Gambar A.2 Diagram alir penentuan daya serap air ..................................................... 117
Gambar A.3 Penentuan pelepasan pupuk dalam media air statis .................................. 117
Gambar A.4 Diagram alir standardisasi KMnO4 .......................................................... 117
Gambar A.5 Diagram alir standardisasi H2O2 .............................................................. 118
Gambar A.6 Diagram alir penentuan persen grafting urea ........................................... 118
Gambar A.7 Prinsip Kerja FTIR .................................................................................. 119
Gambar D.1 Panjang gelombang maksimum ............................................................... 150
Gambar D.2 Kurva standar .......................................................................................... 150
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1 Kebutuhan pupuk urea dari tahun 2006-2015 ...................................................1
Tabel 1.2 Premis .............................................................................................................5
Tabel 3.1 Variasi percobaan .......................................................................................... 54
Tabel 3.2 Parameter konstan proses pembuatan kopolimer ............................................ 55
Tabel 3.3 Parameter konstan teknik dispersi .................................................................. 57
Tabel 3.4 Jadwal kerja penelitian .................................................................................. 62
Tabel 4.1 Spesifikasi bahan yang digunakan untuk percobaan utama ............................. 64
Tabel 4.2 Gugus utama CRF…………………………………………………………….79
Tabel 4.3 Hasil analisis kadar urea ter-grafting ............................................................. 80
xv
INTISARI
Indonesia merupakan negara pertanian dengan konsumsi pupuk yang tinggi.
Penggunaan pupuk yang tinggi ini mempengaruhi ketahanan pangan nasional dan kondisi
lingkungan. Salah satu jenis pupuk yang banyak digunakan ialah pupuk urea. Pupuk urea
banyak digunakan karena kandungan nitrogennya paling tinggi (46 %) daripada jenis pupuk
lain. Namun, penggunaan pupuk urea dalam jangka panjang dapat menyebabkan
pencemaran lingkungan. Selain itu, pada pupuk urea, penyerapan unsur nitrogen pada akar
tanaman tidak maksimal karena pupuk urea sangat mudah larut dalam air. Masalah ini dapat
diselesaikan dengan cara memperkecil kelarutan urea dalam air atau mengontrol pelepasan
nutrisinya dengan controlled release fertilizer (CRF). CRF dapat mengurangi penggunaan
pupuk berlebih yang dapat mencemari lingkungan.
Pada penelitian ini, CRF dibuat dengan proses grafting kopolimer dan enkapsulasi
dengan teknik dispersi. Teknik dispersi ini dikembangkan dengan tujuan distribusi skala industri,
agar tidak dilakukan secara manual. Pengembangkan CRF ini dilakukan dengan variasi pelarut,
variasi perlakuan, dan variasi penggunaan cetyl trimethylammonium bromide (CTAB). Larutan
emulsi yang digunakan adalah campuran span 80 dan sikloheksana; span 80, sikloheksana, dan
CTAB; span 80 dan light liquid paraffin; dan span 80, light liquid paraffin, dan CTAB. Pada
variasi tersebut diberi perlakuan dengan pembekuan atau tanpa pembekuan. Variasi pelarut
dan variasi perlakuan tidak mempengaruhi keseragaman distribusi ukuran CRF. Penggunaan
CTAB membuat ukuran CRF menjadi lebih seragam secara kualitatif dan meningkatkan
daya absorpsi air pada CRF. Pelarut sikloheksana pada teknik dispersi dapat menghasilkan
rongga yang lebih besar pada morfologi dalam CRF daripada light liquid paraffin. Pelarut
light liquid paraffin dapat berikatan dengan CTAB sehingga meningkatkan adsorpsi pada
CRF, namun menurunkan daya absorpsinya. Daya serap air CRF dengan perlarut
sikloheksana tidak menunjukkan perubahan signifikan dengan adanya variasi lainnya,
namun daya pelepasan pupuk pada pelarut sikloheksana lebih besar daripada light liquid
paraffin. Pelarut pada larutan emulsi dapat menyumbat permukaan CRF, namun dapat
diminimalisir resikonya. Pada pelarut light liquid paraffin, penggunaan CTAB dapat
meningkatkan laju pelepasan pupuk, sementara pada sikloheksana proses pembekuan dapat
meningkatkan laju pelepasan pupuk.
Kata kunci : pupuk, controlled release fertilizer, grafting kopolimer, enkapsulasi, dispersi
xvi
ABSTRACT
Indonesia is an agricultural country with high fertilizer consumption. This use of
fertilizer affects national food security and environmental conditions. Type of fertilizer
widely used is urea. Urea is widely used because the highest nitrogen content (46 %).
However, long-term use of urea can cause environmental pollution. In addition, in urea, the
absorption of nitrogen in the roots of plants is not optimal because urea is soluble in water
easily. This problem can be solved by reducing the solubility of urea in water or controlling
the release of nutrients with controlled release fertilizer (CRF). CRF can reduce the use of
excess fertilizer which can pollute the environment.
In this research, CRF is made by copolymer grafting process and encapsulation with
dispersion techniques. This dispersion technique is developed with the aim of industrial scale
distribution, so it is not done manually. The development of CRF has done with a variety of
solvents, variations in treatment, and variations in the use of cetyl trimethylammonium
bromide (CTAB). The emulsion solution used was a mixture of span 80 and cyclohexane;
span 80, cyclohexane, and CTAB; span 80 and paraffin light liquid; and span 80, paraffin
light liquid, and CTAB. In these variations given treatment with freezing or without freezing.
Variation of solvent and variation of treatment did not affect the uniformity of CRF size
distribution. The use of CTAB increases uniformity of CRF qualitatively and increases water
absorption capacity of CRF. Cyclohexane solvents in the dispersion technique can produce
a greater cavity in morphology in CRF than light liquid paraffin. Light liquid paraffin solvent
can bind with CTAB thereby increasing adsorption on CRF, but decreasing the absorption
of CRF. The absorption of CRF water with cyclohexane solvent did not show significant
changes in the presence of other variations, but the release of fertilizer in cyclohexane
solvent was greater than that of light liquid paraffin. Solvents in emulsion solutions can clog
CRF surfaces, but the risks can be minimized. In paraffin light liquid solvents, the use of
CTAB can increase the rate of fertilizer release, while the cyclohexane freezing process can
increase the rate of fertilizer release.
Keywords: fertilizer, controlled release fertilizer, copolymer grafting, encapsulation,
dispersion
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Indonesia merupakan negara pertanian. Hal ini mengakibatkan penggunaan pupuk di
Indonesia memiliki jumlah yang besar. Pupuk digunakan untuk memberikan nutrisi berupa
unsur hara bagi tanaman. Pupuk yang digunakan paling banyak ialah pupuk urea. Pemakaian
pupuk urea meningkat setiap tahunnya berdasarkan data Asosiasi Produsen Pupuk Indonesia
(2009) ditunjukkan pada Tabel 1.1.
Tabel 1.1 Kebutuhan pupuk urea dari tahun 2006-2015 (APPI, 2009)
Tahun
Jumlah Pupuk Untuk
Subsidi (Ton)
Jumlah Pupuk Non
Subsidi (Ton)
Jumlah Pupuk Untuk
Pertanian (Ton)
Total Kebutuhan Pupuk Urea
(Ton)
Kapasitas Produksi
(Ton)
2006 4.300.000 1.320.000 4.890.000 5.620.000 7.872.000 2007 5.712.091 3.457.392 8.417.583 9.169.483 7.872.000 2008 6.047.782 3.732.498 9.005.823 9.780.280 7.872.000 2009 6.407.045 4.032.816 9.642.170 10.439.861 7.872.000 2010 6.791.811 4.360.789 10.330.979 11.152.600 7.872.000 2011 7.204.172 4.719.109 11.077.011 11.923.281 7.872.000 2012 7.646.420 5.110.723 11.885.485 12.757.143 7.872.000 2013 8.121.050 5.538.880 12.762.122 13.659.930 7.872.000 2014 8.630.787 6.007.145 13.713.190 14.637.932 7.872.000 2015 9.178.602 6.519.440 14.745.558 15.698.042 7.872.000
Pupuk urea banyak digunakan karena memiliki kadar nitrogen yang tinggi (46%) dan
memiliki harga yang lebih ekonomis bagi para petani (Azeem, et al., 2014). Namun, hanya
sebagian unsur hara dari pupuk urea yang terserap di tanah. Hal ini disebabkan karena pupuk
urea memiliki bentuk granular yang ringan sehingga pupuk dapat terbawa angin atau terbawa
air hujan karena sifatnya mudah larut dalam air. Pupuk yang tidak terserap ini dapat
mencemari lingkungan seperti penurunan produktivitas tanah dan menurunkan kualitas air.
Adanya penurunan produktivitas tanah mengakibatkan kondisi lahan menjadi kritis.
Hal ini ditunjukkan pada Gambar 1.1 mengenai kondisi lahan setiap tahunnya.
2
Gambar 1.1 Laju perkembangan lahan kritis di Indonesia tahun 1980-2007
(Statistik Departemen Kehutanan, 2004 & 2007)
Hal ini dapat diatasi dengan memodifikasi bentuk fisik dan kimia dari pupuk urea sehingga
dapat memperlambat proses hidrolisis. Pupuk urea yang dibuat dalam ukuran lebih besar
dengan dibalut lapisan polimer dapat meningkatkan ketersediaan pupuk sehingga dapat
bertahan lebih lama. Hal ini membuat serapan tanaman lebih banyak daripada pupuk
konvensional dan dapat meminimalisir terjadinya pencemaran lingkungan. Pupuk tersebut
dapat disebut sebagai controlled release fertilizer.
1.2 Tema Sentral Masalah
Controlled release fertilizer (CRF) dapat menangani permasalahan yang timbul dari
penggunaan pupuk konvensional seperti pencemaran lingkungan dan penggunaan pupuk
yang tidak efisien, namun masih perlu dikembangkan CRF berbasis biodegradable sehingga
tidak hanya meningkatkan efisiensi penggunaan pupuk tetapi juga ramah bagi lingkungan.
1.3 Identifikasi Masalah
1. Bagaimana pengaruh variasi perlakuan (dengan pembekuan atau tanpa
pembekuan) terhadap kemampuan laju pelepasan pupuk dan penyerapan air?
2. Bagaimana pengaruh variasi pelarut (sikloheksana dan light liquid paraffin)
terhadap morfologi CRF, daya serap air, dan daya pelepasan pupuk?
3. Bagaimana pengaruh penggunaan CTAB (Cetyl Trimethyl Ammonium Bromide)
terhadap morfologi CRF, daya serap air, dan daya pelepasan pupuk?
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
70000
80000
90000
1980 1983 1986 1989 1992 1995 1998 2001 2004 2007
Luas
Lah
an K
ritis
(kH
a)
Tahun
3
1.4 Premis
Pada penelitian ini, dilakukan peninjauan terhadap beberapa literatur yang
bersangkutan sebagai pedoman dalam proses penelitian. Literatur yang digunakan telah
disajikan pada Tabel 1.2.
1.5 Hipotesis
1. Variasi perlakuan dengan pembekuan akan memberikan laju penyerapan air lebih
tinggi dan laju pelepasan pupuk yang lebih lambat.
2. Dispersi menggunakan pelarut sikloheksana memberi ukuran granul yang lebih
seragam, daya serap air dan daya pelepasan pupuk lebih tinggi daripada light
liquid paraffin.
3. Penggunaan CTAB memberikan ukuran granul lebih seragam, daya serap air dan
daya pelepasan pupuk lebih tinggi daripada tanpa CTAB.
1.6 Tujuan Penelitian
Mengembangkan controlled release fertilizer berbahan dasar umbi ganyong melalui
reaksi grafting dan enkapsulasi dengan metode dispersi agar ukuran granular lebih seragam
dan tidak menggunakan teknik manual (ekstruksi).
1.7 Manfaat Penelitian
1. Bagi Industri
Penelitian ini bermanfaat untuk mengembangkan pupuk yang diproduksi oleh
industri pupuk di Indonesia sehingga dapat meningkatkan efisiensi dan kualitas
pupuk.
2. Bagi Pemerintah
Penelitian ini bermanfaat bagi pemerintah agar dapat mengurangi biaya subsidi untuk
pupuk karena dapat meningkatkan efisiensi penggunaan pupuk terkendali,
mengurangi jumlah pengangguran karena berkembangnya industri di Indonesia, serta
meningkatkan pendapatan perkapita negara dengan menjadi agen produksi pupuk
terbaik bagi negara agraris lainnya.
3. Bagi Masyarakat
Penelitian ini bermanfaat agar masyarakat mengetahui cara memaksimalkan
pemanfaatan pati ganyong sebagai bahan dasar controlled release fertilizer. Disisi
4
lain, masyarakat yang di bidang pertanian dapat mengaplikasikan pengembangan
controlled release fertilizer untuk meminimalisir permasalahan penggunaan pupuk
konvensional.
4. Bagi Peneliti
Penelitian ini memiliki manfaat agar peneliti dapat memahami dan mendapat
wawasan baru mengenai proses pengembangan pupuk konvensional berupa
controlled release fertilizer.
5
Tabel 1.2 Premis
Peneliti Tahun Bahan baku Variabel Proses Hasil Peralatan analisis
Urea Controlled-Release Fertilizer Based on Gelatin Microspheres
Jianwei Tang,
Junyi Hong,
Yong Liu,
Baoming
Wang,
Quanxian
Hua, Li Liu,
Danyang
Ying
2017
Gelatin, alkohol
isopropanol,
parafin cair, urea,
CTAB (Cetyl
Trimethyl
Ammonium
Bromida), span-
80, dan
glutaraldehid
Komposisi urea
dan bahan
pelapis
Enkapsulasi dengan
Gelatin
menggunakan
metode dispersi
(light liquid
paraffin, span 80,
dan CTAB)
Jumlah urea yang ter-graft
maksimum saat komposisi
CTAB : bahan pelapis
adalah 7 : 1
SEM (struktur
kopolimer)
Presentasi pupuk ter-graft
akan meningkat seiring
peningkatan rasio urea dan
bahan pelapis
FTIR (mengamati
ikatan kopolimer)
Komposisi
bahan emulsi
dan senyawa
CTAB
Crosslink dengan
glutaraldehid
Efisiensi pelapisan
maksimum pada
perbandingan bahan emulsi
: CTAB adalah 3:1
UV-
Spektrofotometer
(Kandungan urea
yang tergrafting
dang efisiensi
enkapsulasi)
6
Peneliti Tahun Bahan baku Variabel Proses Hasil Peralatan analisis
Release of markers from the inner water phase of W/O/W
Y. Sela, S.
Magdassi, N.
Garti
1995
Hidrofobik Abil EM-90,
sintesis hidrofilik
surfaktan, yaitu PHMS-
PDMS-UPEG - 52.5-
UPEG-45 disebut E1 dan
PHMS-PDMS-4-UPEG -
45 disebut E2, Paraffin
oil, Span 80, NaCl, NaF,
NaBr, NaI, KNO3,
ephedrine hydrochloride
(EPH. HCl)
% Abil EM
Pembuatan
larutan double
emulsion dengan
dua tahap yaitu
hidrofobik
emulsifier dan
hidrofilik
emulsifier
Semakin besar %
span, maka
pelepasan urea
akan semakin cepat Coulter counter
(mendistribusikan ukuran
granular) Semakin besar %
Abil EM (Surfktan
hidrofobik) maka
semakin besar
penyerapan airnya
% Span Mengamati
ukuran granular
Semakin besar %
span, maka
penyerapan air
semakin banyak
Light microscope
(morfologi kopolimer)
7
Peneliti Tahun Bahan baku Variabel Proses Hasil Peralatan
analisis
Synthesis and Characterization of Slow-Release Nitrogen Fertilizer with Water Absorbency: Based on Poly(acrylic acid-acrylic amide)/Na-
Bentonite
Shaohua Qin,
Zhansheng Wu,
Aamir Rasool,
Chun Li
2012
Asam akrilik,
kalium persulfat, N,
N -methylene
bisacrylamide
(NNMBA), urea,
akrilamida,
sikloheksana,
natrium bentonit,
dan sorbitan
monostearate (span
60)
% derajat
polimerisasi
(asam akrilat)
Pembuatan larutan
dispersi dengan
sikloheksana dan
span 80
Untuk mencapai pelepasan
nutrisi terbaik didapat :
SEM (bentuk
permukaan
partikel)
Konsentrasi urea Konsentrasi cross-linker
optimum pada 0,04% berat
Konsentrasi
bentonit
Pelapisan dengan
asam akrilat
Konsentrasi inisiator
optimum pada 0,8% berat
Konsentrasi
crosslinker
Konsentrasi bentonit
optimum pada 10,10%
berat
Konsentrasi urea optimum
pada 39,91%
8
Peneliti Tahun Bahan baku Variabel Proses Hasil Peralatan
analisis
Application of waterborne acrylic emulsions in coated controlled release fertilizer using reacted layer technology
Yazhen Shen,
Cong Zhao,
Jianmin Zhou,
Changwen Du
2015
Pupuk NPK, Metil metakrilat,
butil akrilat, dan etilen glikol
(EG), sodium dodecyl benzene
sulfonate, alkyl phenol
polyethenoxy
(OP-10), potassium persulfate,
Methyl silicone oil (MSO) and
methylsilanolate sodium (MSS),
aziridine
Crosslinker (Tanpa
crosslinker dan
dengan
crosslinker)
Sintesis emulsi
akrilat
Crosslink dapat
mengurangi
tingkat
pembengkakan
pada CRF FTIR-PAS
(mengamati
ikatan
kopolimer)
Jenis pengemulsi Pelapisan
pupuk granul
emulsi silikon–
akrilat dengan
modifikasi methyl
siloxane oil
dengan crosslink
membuat laju
pelepasan paling
lambat
9
Peneliti Tahun Bahan baku Variabel Proses Hasil Peralatan
analisis
The Facile Modification of Polyacrylate Emulsion via Hexadecane to Enhance Controlled Release Profiles of Coated Urea
Yazhen Shen,
Changwen Du
, Jianmin
Zhou, dan Fei
Ma
2018
Urea granul, metil metakrilat, n-
butil akrilat, sodium
dodecylbenzenesulfonate, nonyl
phenyl polyoxyethylene ether-10,
Potassium persulfate, hexadecane,
akuades
Metode dispersi
conventional
emultion
polimerization
(CEP), CEP dan
hexadecane,
penambahan
miniemultion
polimerization (MP).
Pembuatan
emulsi
poliakrilat
CEP dan
hexadecane
memiliki kinerja
ketahanan air
paling baik dan
pelepasan nutrisi
paling lambat
SEM (morfologi
partikel)
Pelapisan
pupuk granul
CEP, hexadecane,
ditambah MP
membuat
pelepasan nutrisi
lebih lambat.
FTIR
(mengamati
ikatan
kopolimer)