BAB III METODE PENELITIAN
3.1
Desain Penelitian Secara umum, metode yang digunakan dalam penelitian ini meliputi aspek
sintesis imidazolin, metilasi imidazolin menjadi imidazolinium (sebagai zat inhibitor), karakterisasi senyawa, dan pengukuran laju korosi serta efisiensi inhibisi dengan menggunakan metode polarisasi potensiodinamik (elektrokimia). Untuk mencapai tujuan tersebut dilakukan langkah-langkah sebagai berikut: 1. Persiapan alat dan bahan, 2. sintesis dan karakterisasi senyawa imidazolin, 3. metilasi imidazolin menjadi imidazolinium, 4. karakterisasi senyawa hasil metilasi, 5. pembuatan larutan induk untuk pengujian korosi logam, 6. pelaksanaan pengujian dengan metoda polarisasi potensiodinamik, meliputi : a. optimasi pH laju korosi tertinggi, b. optimasi temperatur laju korosi tertinggi, c. pengukuran kinerja inhibisi cairan ionik turunan imidazolin, d. ekstrapolasi Tafel, 7. pendekatan termodinamika. Secara skematik, langkah-langkah yang ditempuh dalam penelitian ini ditunjukan pada gambar 3.1 berikut ini.
34
35
Fatty Acid Sintesis (oven microwave) Refluks Penyaringan dan pengeringan Evaporasi Imidazolin
Karakterisasi FTIR
Metilasi (CH3I) Evaporasi Cairan Ionik Imidazolinium
Karakterisasi
FTIR H-NMR
Dimurnikan (sebagai inhibitor) Baja Karbon
Sebagai elektroda kerja Sel Elektrokimia • Uji Korosi dengan potensiostat (Voltalab PGZ 301) • Metode Polarisasi potensiodinamik Kurva Polarisasi Ekstrapolasi Tafel
Laju Korosi
Efisiensi Inhibisi
Gambar 3.1 Bagan Alir Penelitian
36
3.2
Persiapan Alat dan Bahan
3.2.1 Alat Peralatan yang digunakan adalah peralatan kimia biasa dan beberapa alat khusus. Untuk mereaksikan padatan CaO, asam lemak oleat, dan dietilentriamin (DETA) digunakan oven microwave (Sanyo EM-S1055S 800 W). Pemisahan pelarut etilasetat dan metilen klorida dilakukan menggunakan evaporator (Buchi Oilbath B-485). Karakterisasi gugus fungsi zat hasil sintesis dilakukan dengan FTIR (SHIMADZU, FTIR-8400) di Laboratorium Instrumen Jurusan Pendidikan Kimia FPMIPA UPI. Karakterisasi struktur senyawa dengan H-NMR di Pusat Penelitian KIMIA LIPI kawasan Puspitek Serpong. Proses pelarutan imidazolin dari padatan CaO dan metilasi menjadi imidazolinium dilakukan dengan set alat refluks. Selain itu, untuk pengukuran laju korosi dan efisiensi inhibisi zat inhibitor digunakan potensiostat produksi Radiometer® (Tacussel-Radiometer, Voltalab PGZ 301) yang terdapat di Laboratorium Korosi Program Studi Kimia ITB.
3.2.2 Bahan Bahan-bahan yang digunakan untuk keseluruhan penelitian ini adalah: asam oleat-cis ekstrak pure produksi Merck, metil iodida p.a produksi Aldrich, dietilenatriamina p.a produksi Aldrich, metilen klorida (CH2Cl2) teknis produksi Bratachem, etilasetat teknis produksi Bratachem, kalsium oksida p.a produksi Merck, dan metanol teknis produksi Bratachem, garam natrium klorida p.a produksi Aldrich, asam asetat pekat produksi Merck, garam natrium asetat p.a produksi Merck, aseton teknis produksi Bratachem, butanol p.a produksi Merck, dan kerosin (minyak tanah) produksi PT. Pertamina (diambil dari Depot
37
Pertamina Padalarang) yang didestilasi ulang di Laboratorium Kimia Organik Program Studi Kimia ITB.
3.3
Sintesis Cairan Ionik Turunan Imidazolin O H N
C1 7 H3 3
OH
H2 N
A sam O leat
NH 2
Dietilenetriamin
+
O
O H N
R
HN
R
NH
D iam idoam ina
C 1 7H 3 3 H N N
C 17 H 33
N O
O leat Im idazoline
+ CH 3I CH 3 N
C 17H 33
O
N C 17 H 33
N
O lei l Im idazo linium
Gambar 3.2 Reaksi pembentukan cairan ionik turunan imidazolin
I
38
Imidazolinium disintesis berdasarkan dua tahap reaksi, yakni pembentukan senyawa imidazolin dan pembentukan imidazolinium melalui metilasi terhadap imidazolin. Reaksi pembentukan senyawa imidazolin dilakukan dalam oven microwave (Sanyo EM-S1055S 800 W) selama 6,5 menit dengan mereaksikan 20 mmol atau 2,06 gram DETA (dietilentriamina) dengan 40 mmol atau 11, 3 gram asam oleat dalam 20 gram padatan CaO. Hasil reaksi direfluks sampai mendidih (800C) agar terjadi pelarutan imidazolin dari padatan CaO, dengan penambahan 80 ml pelarut etilasetat ke dalam labu dasar bulat yang berisi campuran imidazolin. Setelah itu, campuran disaring (agar CaO terpisah) dalam kondisi panas dan dikeringkan dengan pompa vakum serta dievaporasi sampai imidazolin mengental. Sedangkan reaksi metilasi dilakukan dengan mereaksikan imidazolin yang didapat dan CH3I dengan perbandingan 1:1,5 mol dalam 70 ml pelarut CH2Cl2 (metilen klorida). Proses reaksi ini dilakukan dengan alat refluks selama 4 jam.
3.4
Pengukuran Laju Korosi dan Efisiensi Inhibisi
3.4.1
Sel elektrokimia dan spesimen uji Sel elektrokimia dibuat dari gelas kimia dengan ukuran volume 600 ml.
Pada bagian atas dan bawah gelas dipasang pipa berfungsi untuk memasukan air sebagai penangas. Selain itu, di sisi kanan dan kiri bagian bawah dibuat pipa konektor untuk memasukan elektroda kerja dan elektroda bantu. Penutup sel dibuat dari karet dengan tiga buah lubang, masing-masing untuk menyisipkan elektroda rujukan, luaran dan masukan gas, serta masukan sampel inhibitor.
39
(a)
(b)
Gambar 3.3 Sel Elektrokimia dengan tiga elektroda (a) dan elektroda kerja (b) Spesimen uji (elektroda kerja) dibuat dari baja karbon API 5L X65 yang digunakan Total Indonesie. Elektroda ini dibuat dengan cara memotong sampel baja karbon, dibubut sampai diameter 1,5 cm dan panjang 4 cm, kemudian direkatkan dengan resin epoksi. Sebelum dipakai untuk pengukuran, permukaan baja dihaluskan dengan kertas ampelas silikon karbida (grade 600-1200) dan dibilas dengan air bidestilat dan aseton agar dipastikan tidak ada lemak, produk korosi, atau zat inhibitor yang masih menempel, selanjutnya dikeringkan pada temperatur kamar.
3.4.2
Persiapan Larutan Uji Larutan uji dibuat dengan melarutkan padatan kristal natrium asetat dan
asam asetat dari asam asetat pekat (98%) dalam aqua destilat. Larutan uji berupa larutan buffer asetat pada rentang pH 3,18 s.d 5,20, dibuat dengan cara memvariasikan [HAc]/[NaAc] dalam [NaAc] tetap 0,1 M, dan 0,1 M larutan natrium asetat (pH 10,25±0,1) agar berdaya hantar sama.
40
3.4.3
Pengukuran Laju Korosi dan Inhibisi Laju korosi baja karbon dan efek inhibisi dari cairan ionik diukur
menggunakan metoda polarisasi potensiodinamik. Hasil dari pengukuran berupa kurva polarisasi anodik dan katodik yang direkam pada laju sapuan tetap sebesar 2,5 mV s-1. Kurva tersebut selanjutnya diekstrapolasi menggunakan teknik Tafel untuk memperoleh besaran-besaran listrik berupa tahanan polarisasi, Rp, tetapan Tafel anodik, ba dan tetapan Tafel katodik, bc. Berdasarkan nilai-nilai tersebut dapat ditentukan kerapatan arus korosi, Ikorr yang ditentukan melalui persamaan Stern-Geary:
icorr =
ba bc 1 B = 2,303(ba + bc ) R p R p
(13)
dengan ba dan bc menyatakan kemiringan Tafel anodik dan Tafel katodik, dan B adalah tetapan Stern-Geary. Laju korosi baja karbon dan efek inhibisi dari cairan ionik ditentukan berdasarkan kerapatan arus korosi melalui persamaan: Vkor = 3,27 x 10-3
3.4.4
Ae I kor ρ
Prosedur Pengujian Prosedur pengujian korosi baja karbon dalam media uji dengan
menggunakan metoda polarisasi potensiodinamik adalah sebagai berikut. Ke dalam sel elektrokimia dituangkan larutan uji sebanyak 200 ml, dialiri gas CO2 secara terus-menerus, dan diaduk dengan menggunakan magnetic stirrer pada kecepatan 400 rpm. Elektroda kerja (baja karbon), elektroda acuan (elektroda kalomel jenuh, SCE), dan elektroda bantu (platina) direndam dalam media uji. Ketiga elektroda tersebut dihubungkan dengan potensiostat buatan
41
Radiometer® (Tacussel-Radiometer, Voltalab PGZ 301). Prinsip kerja dari potensiostat secara skematik digambarkan dalam gambar 3.4. Pada gambar tersebut dinyatakan bahwa pasangan elektroda kerja dan elektroda rujukan mengukur potensial sel, sedangkan pada saat bersamaan pasangan elektroda kerja dan elektroda bantu mengukur arus.
Gambar 3.4 Skema alat potensiostat Sebelum dilakukan pengukuran terhadap sel elektrokimia tanpa inhibitor (blanko) dan dengan inhibitor, sel elektrokimia yang dijenuhkan dengan gas CO2, dibiarkan sekitar 15 menit agar antaraksi antarmuka antara baja karbon dan larutan uji mencapai keadaan mantap (steady state), diketahui dari hasil nilai OCP (Open Circuit Potential), yang menyatakan hubungan potensial sel sebagai fungsi waktu. Menurut Ismail (2007), pengukuran dengan metoda polarasisasi dapat dilakukan, jika pada potensial yang terukur dengan nilai potensial sel menunjukan nilai yang konstan atau mempunyai selisih 0,1 mV/menit. Pengukuran selanjutnya dilakukan untuk mendapatkan data laju korosi dari sel elektrokimia tanpa inhibitor dan dengan inhibitor dengan tiga kali pengukuran (triplo). Namun, sebelum
42
pengukuran sel elektrokimia dengan inhibitor dilakukan, ke dalam larutan uji terlebih dahulu ditambahkan kerosin murni sebanyak 50 ml agar kondisi larutan uji menyerupai kondisi pertambangan minyak bumi sebenarnya.
3.4.5
Optimasi pH Pengaturan pH dilakukan untuk mengetahui kondisi pH pada saat laju
korosi baja karbon mencapai maksimum dan untuk mengetahui pengaruh inhibitor terhadap laju korosi baja karbon pada pH uji. Pengendalian pH media dilakukan menggunakan buffer asetat dalam rentang pH 3,18 s.d 5,20.
3.4.6
Optimasi Temperatur Untuk mengetahui pengaruh temperatur terhadap laju korosi baja karbon
dan pengaruh inhibitor dalam larutan uji dilakukan variasi temperatur. Umumnya laju korosi akan bertambah dengan naiknya temperatur. Percobaan dilakukan pada pH media dengan laju korosi maksimum (hasil percobaan 3.4.5) pada temperatur: 298 K, 308 K, 318 K, 328 K, dan 338 K (selang pengukuran 10 derajat).
3.4.7
Optimasi Konsentrasi Inhibitor Penentuan kadar optimum inhibisi korosi baja karbon dari inhibitor cairan
ionik turunan imidazolin dilakukan dengan cara merendam spesimen uji dalam larutan uji pada pH dan temperatur dengan laju korosi baja karbon mencapai maksimum. Konsentrasi cairan ionik turunan imidazolin yang diuji adalah: 20, 40, 60, 80, dan 100 (ppm), sampai dampak inhibisinya terhadap baja karbon relatif konstan.
