Pengaruh Waktu Kontak dan Kecepatan Pengadukan Terhadap Adsorpsi Zat Warna Metilen Biru Dengan Karbon Aktif dari Kulit Durian Menggunakan KOH Sebagai Aktivator
LAMPIRAN 1
DATA HASIL PENELITIAN
L1. 1 DATA ANALISA KAPASITAS ADSORPSITabel L1. 1 Hasil Analisa Kapasitas Adsorpsi Kecepatan
Pengadukan (rpm)
Waktu Kontak (menit)
Konsentrasi Awal
Konsentrasi
Akhir Kapasitas Adsorpsi (mg/g)
90
30 30 13 3.4
60 30 12.5 3.5
90 30 12.1 3.58
120 30 12 3.6
110
30 30 12.4 3.52
60 30 12.1 3.58
90 30 11.6 3.68
120 30 11.5 3.7
130
30 30 11.7 3.66
60 30 11.2 3.76
90 30 10.6 3.88
120 30 10.5 3.9
150
30 30 11.5 3.7
60 30 11 3.8
90 30 10.4 3.92
(2)
L1. 2 DATA ANALISA PENGUKURAN LUAS PERMUKAAN Tabel L1. 2 Hasil Analisa Luas Permukaan
Kecepatan Pengadukan (rpm) Waktu Kontak (menit) Absorba nsi Konsentra si Awal Konsentra si Akhir Luas Permukaan S(m2/g) 90
30 0.3457 30 13 1556.383895
60 0.3304 30 12.5 1602.159892
90 0.32428 30 12.1 1638.780689
120 0.3151 30 12 1647.935889
110
30 0.32734 30 12.4 1611.315091
60 0.31816 30 12.1 1638.780689
90 0.3151 30 11.6 1684.556686
120 0.2998 30 11.5 1693.711885
130
30 0.30592 30 11.7 1675.401487
60 0.29062 30 11.2 1721.177484
90 0.2845 30 10.6 1776.160868
120 0.2692 30 10.5 1785.263879
150
30 0.2998 30 11.5 1693.711885
60 0.2845 30 11 1739.487882
90 0.28144 30 10.4 1754.419079
(3)
L1. 3 DATA KINETIKA ADSORPSI Tabel L3. Hasil Data Kinetika Adsorpsi
Kecepata n Pengadu
kan (rpm)
Waktu (menit)
konsentr asi (ppm)
%
adsorpsi qt 1/t 1/qt t t/qt
130 rpm
0 30 0.00 0.00 0.0000 0.0000 0 0.0000
10 27 10.00 0.30 0.1000 3.3333 10 33.3333 20 24 20.00 0.60 0.0500 1.6667 20 33.3333 30 21 30.00 0.90 0.0333 1.1111 30 33.3333 40 18 40.00 1.20 0.0250 0.8333 40 33.3333 50 16 46.67 1.40 0.0200 0.7143 50 35.7143 60 14 53.33 1.60 0.0167 0.6250 60 37.5000 70 12.5 58.33 1.75 0.0143 0.5714 70 40.0000 80 11.55 61.50 1.85 0.0125 0.5420 80 43.3604 90 11.01 63.30 1.90 0.0111 0.5266 90 47.3934 100 10.58 64.73 1.94 0.0100 0.5149 100 51.4933 110 10.33 65.57 1.97 0.0091 0.5084 110 55.9227 120 9.95 66.83 2.01 0.0083 0.4988 120 59.8504 130 9.74 67.53 2.03 0.0077 0.4936 130 64.1658 160 9.73 67.57 2.03 0.0063 0.4933 160 78.9344 190 9.73 67.57 2.03 0.0053 0.4933 190 93.7346 220 9.73 67.57 2.03 0.0045 0.4933 220 108.534
(4)
LAMPIRAN 2
CONTOH HASIL PERHITUNGAN
L2.1 PERHITUNGANKAPASITAS ADSORPSIDari persamaan di bawah ini dapat dihitung kapasitas adsorpsi adsorben kulit durian. Sebagai contoh perhitungan diambil dari data percobaan dengan kecepatan pengadukan 90 rpm dan waktu kontak 30 menit.
Wads =
�1−�21000
x V x
1�
(L.1)
Wads = Kapasitas Adsorpsi (mg/g)
B = berat sampel yang digunakan (g) = 0,5 gram
C1 = konsentrasi larutan metilen biru awal (ppm) = 30 ppm C2 = konsentrasi larutan metilen biru akhir (ppm) = 13 ppm V = volume larutan metilen biru yang digunakan (ml) = 100 ml
Wads
=
30−131000
x 100 x
1 0,5Wads = 3,4 mg/g.
Dengan cara yang sama dilakukan untuk menghitung kapasitas adsorpsi terhadap data yang lain.
L2.2 PERHITUNGAN LUAS PERMUKAAN ADSORBEN
Dari persamaan di bawah ini dapat dihitung luas permukaan adsorben kulit salak. Sebagai contoh perhitungan diambil dari data percobaan kecepatan pengadukan 90 rpm dan waktu kontak 30 menit. dengan data absorbansi 0.3457.
(5)
Gambar B.1 Kurva Kalibrasi Metilen Biru
Konsentrasi sisa larutan metilen biru didapat dengan persamaan garis lurus: y = 0,0306x – 0,0521
Dimana : y = absorbansi
x = konsentrasi sisa larutan metilen biru (ppm) 0,3457 = 0,0306x + 0,0521
x = 13 ppm
Perhitungan berat adsorbat teradsorpsi (Xm) :
Xm = konsentrasi metilen blue awal – konsentrasi metilen blue sisa konsentrasi metilen blue awal
= 30 ppm – 13 ppm 30 ppm = 0,566 g/g.
Perhitungan luas permukaan adsorben (S):
S =
Xm.N.aMr (L.2)
Diketahui : Xm= 0,566 g/g
N = 6,022 x 1023 mol-1
y = 0,030x - 0,052 R² = 0,986 0,000 0,200 0,400 0,600 0,800 1,000 1,200
0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36
A bs o rba ns i Konsentrasi (ppm) Kurva Standar Kurva Standar Linear (Kurva Standar)
(6)
a = 197x10-20m2 Mr = 420,5 g/mol Maka:
S
=
Xm.N.a MrS = 0,566 g/g. 6,022 x 1023 mol-1. 197x10-20m2 420,5 g/mol
S = 1556,383 m2/g
Dengan cara yang sama, dilakukan untuk menghitung luas permukaan yang lain.
(7)
LAMPIRAN 3
(8)
(9)
(10)
(11)
(12)
LAMPIRAN 4
FOTO HASIL PENELITIAN
L4.1 FOTO PEMBUATAN KARBON AKTIFDENGAN AKTIVASI KALIUM HIDROKSIDA (KOH)
Gambar L4.1 Sampel Kulit Durian yang telah Dikeringkan
Gambar L4.2 Sampel yang Dihaluskan
(13)
Gambar L4.4 Aktivasi Sampel dengan Furnace
Gambar L4.5 Karbon Aktif Hasil aktivasi menggunakan furnace dan Desikator
L4.2 FOTO ANALISA PENENTUAN LUAS PERMUKAANADSORBEN
(14)
Gambar L4.7Shaker dan Sampel yang akan Dianalisa Adsorbansinya
(15)
DAFTAR PUSTAKA
[1] Tchobanoglous George, Burton Franklin L, Stensel H. David. Wastewater Engibeering Treatment and Reuse. Fourth Edition. McGraw-Hill Companies, Inc. 2003. hal. 1138
[2] G.Vijayakumar , R.Tamilarasan, M. Dharmendirakumar. Adsorption, Kinetic, Equilibrium And Thermodynamic Studies On The Removal Of Basic Dye Rhodamine-B From Aqueous Solution By The Use Of Natural Adsorbent Perlite. Department of Chemical Engineering, A.C.Tech., Anna University, Chennai-600025, India. J. Mater. Environ. Sci. 3 (1) (2012) 157-170 ISSN : 2028-2508CODEN: JMESCN 2011
[3] Indah Subadra, Bambang Setiaji, Iqmal Tahir. Activated Carbon Production From Coconut Shell With (Nh4)Hco3activator As An Adsorbent In Virgin Coconut Oil Purification. Physical Chemistry Laboratory, Departmentof Chemistry Gadjah Mada University. Prosiding Seminar Nasional DIES ke 50 FMIPA UGM , 17 September 2011
[4] Perdinan Sinuhaji, Junedi Ginting, Melya Dyanasari Sebayang. Pembuatan Pulp Dan Kertas Dari Kulit Durian. FMIPA USU MedanJl. Bioteknologi No. 1. Kampus USU, Medan. Politeknologi vol.13 no.1 januari 2014.
[5] Hameed B.H., Foo K.Y., Textural Porosity, Surface Chemistry And Adsorptive Properties Of Durian Shell Derived Activated Carbon Prepared By Microwave Assisted NaOH Activation. School of Chemical Engineering, Engineering Campus, Universiti Sains Malaysia, 14300 Nibong Tebal, Penang, Malaysia. Chemical Engineering Journal 187 (2012) 53–622012
[6] Kurniati Elly. Pemanfaatan Cangkang Kelapa Sawit Sebagai Arang Aktif. Teknik Kimia FTI – UPN ”Veteran” Jawa Timur. Jurnal Penelitian Ilmu Teknik Vol.8, No.2 Desember 2011 : 96-103 2011.
[7] Chandra Thio Christine, Mirna M.M., Sudaryanto Y., Ismadji S. Adsorption Of Basic Dye Onto Activated Carbon Prepared From Durian Shell: Studies Of Adsorption Equilibrium And Kinetics. Department of Chemical Engineering, Widya Mandala Surabaya Catholic University Kalijudan 37, Surabaya 60114, Indonesia. Chemical Engineering Journal 127 (2016) 121– 129.2016
[8] Hameed B.H., Hakimi H. Utilization Of Durian (Durio Zibethinusmurray) Peel As Low Costsorbent For The Removal Of Acid Dye From Aqueous Solutions. School of Chemical Engineering, Engineering Campus, Universiti Sains Malaysia, 14300 Nibong Tebal, Penang, Malaysia. B.H. Hameed, H. Hakimi / Biochemical Engineering Journal 39 (2011) 338–343. 2011
(16)
[9] Chandra Thio Christine, Mirna Magdalena Maria, Sunarso Jaka, Sudaryanto Yohanes, Ismadji Suryadi. Activated Carbon From Durian Shell: Preparation And Characterization. Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers 40 (2009) 457–462
[10] Tham Y.J., Latif Puziah Abdul, Abdullah A.M., Shamala-Devi A., Taufiq-Yap Y.H. Performances Of Toluene Removal By Activated Carbon Derived From Durian Shell. Department of Environmental Science, Faculty of Environmental Studies, Universiti Putra Malaysia, Bioresource Technology 102 (2011) 724-728
[11] Jumali, SP. Pedoman Budidaya Tanaman Durian (Durio zibethinus). Penyuluh Kehutanan Kab. Sleman
[12] F. Widhi Mahatmanti, Winarni. Optimalisasi Olahan Buah Durian Sebagai Produk Alternatif Dalam Usaha Agrowisata Durian. Prodi Kimia Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Semarang.
[13] Hameed B.H., Foo K.Y., Textural Porosity, Surface Chemistry And Adsorptive Properties Of Durian Shell Derived Activated Carbon Prepared By Microwave Assisted NaOH Activation. School of Chemical Engineering, Engineering Campus, Universiti Sains Malaysia, 14300 Nibong Tebal, Penang, Malaysia. Chemical Engineering Journal 187 (2012) 53–622012
[14] Hermana Joni, Boedisantoso Rachmat. Adsorpsi. Jurusan Teknik Lingkungan FTSP –ITS Kampus Sukolilo, Surabaya –6011
[15] Zahrul Mufrodi, Nur Widiastuti, Ranny Cintia Kardika.Adsorpsi Zat Warna Tekstil Dengan Menggunakan Abu Terbang(Fly Ash) Untuk Variasi Massa Adsorben Dan Suhu Operasi. Program Studi Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Ahmad Dahlan. Chemical Journal ISBN: 978-979-3980-15-7
[16] Jabit Nurul’ain Binti. The Production And Characterization Of Activated Carbon Using Local Agricultural Waste Through Chemical Activation Process. Thesis submitted in fulfillment of the requirements for the degree of Master of Science. 2012
[17] Leimkuehler Eric Paul. Production, Characterization, and Applications of Activated Carbon. A Thesis presented to the Faculty of the Graduate School University of Missouri. 2010
[18] Mohammad Saber Tehrani. Removal of Lead Ions from Wastewater UsingFunctionalized Multiwalled Carbon Nanotubes withTris(2-Aminoethyl) Amine. Department of Chemistry, Science and Research Branch of Islamic Azad University, Tehran, Iran. Journal of Environmental Protection, 2013, 4, 529-536.
(17)
[19] Akshay Shende, J S Main, Effect Of Contact Time On Adsorption OfNitrates And Phosphates. Environment Engineering Department,VJTI, Mumbai
(India). International Journal of Advanced Technology in Engineering and
Science,Volume No.02, Issue No. 07, July. 2014.
[20] Krzysztof Kus,´mierek, Andrzej Tkowski. Textural The influence of different agitation techniques on the adsorption kinetics of 4-chlorophenol on granular activated carbon. Springerlink.com. 2015.
[21] Chandra Thio Christine, Mirna Magdalena Maria, Sunarso Jaka, Sudaryanto Yohanes, Ismadji Suryadi. Activated Carbon From Durian Shell: Preparation And Characterization. Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers 40 (2011) 457–462
[22] Akshay Shende, J S Main, Effect Of Contact Time On Adsorption OfNitrates And Phosphates. Environment Engineering Department,VJTI, Mumbai
(India). International Journal of Advanced Technology in Engineering and
Science,Volume No.02, Issue No. 07, July. 2014.
[23] Krzysztof Kus,´mierek, Andrzej Tkowski. Textural The Influence Of Different Agitation Techniques On The Adsorption Kinetics Of 4-Chlorophenol On Granular Activated Carbon. Springerlink.com. 2015.
[24] G.M. Walker, Weatherley. Adsorption of dyes from aqueous solution — the effect of adsorbent pore size distribution and dye aggregation. School of Chemical Engineering, The Queen’s University of Belfast. Chemical Engineering Journal 83 (2011) 201–206. 2015.
[25] Patricia A , Lei Li, ´ Detlef R.U. Knappe. Effects Of Activated Carbon Surface Chemistry And Pore Structure On The Adsorption Of Organic Contaminants From Aqueous Solution. Department of Civil Engineering, North Carolina State University. Carbon 40 (2002) 2085–2100. 2015.
[26] Krzysztof Kus,´mierek, Andrzej Tkowski. Textural The Influence Of Different Agitation Techniques On The Adsorption Kinetics Of 4-Chlorophenol On Granular Activated Carbon. Springerlink.com. 2015.
[27] S. Gueu, dkk. Kinetics and thermodynamics study of lead adsorption on to activated carbons from coconut and seed hull of the palm tree. Institut National Polytechnique Félix. Int. J. Environ. Sci. Tech., 4 (1): 11-17,. 2007. [28] Saijit Daosukho. The Development of Durian Shell Biochar as a Nutrition
Enrichment Medium for Agricultural Purpose : Part 1 Chemical and Physical Characterization. Springerlink.com. 2012.
[29] Isna Syauqiah. Analisis variasi waktu dan kecepatan pengaduk pada proses adsorpsi limbah logam berat dengan arang aktif. Department of Civil Engineering, Info Teknik, Volume 12 No. 1, Juli 2011.
(18)
[30] Aidi Taufan. Pengujian Alat Pendingin Adsorpsi Dua Adsorben dengan Menggunakan Methanol 250 ml Sebagai Refrigen. :Tugas Akhir Fakultas Teknik Program Studi Teknik Mesin. Universitas Indonesia. 2008.
[31] Drastinawati dan Zultiniar. Pengaruh Kecepatan Pengadukan dan Temperatur terhadap Konstanta Kecepatan Adsorpsi Cu2+ dengan Arang Aktif Cangkang Sawit Sisa Pembuatan Asap Cair. Jurusan Teknik Kimia, Universitas Riau. Jurnal Teknobiologi, IV(1) 2013: 47 – 53. 2013.
[32] Azhary H. Surest, J. A. Fitri Kasih, Arfenny Wisanti. Pengaruh Suhu, Konsentrasi Zat Aktivator Dan WaktuAktivasi Terhadap Daya Serap Karbon AktifDari Tempurung Kemiri. Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sriwijaya. Jurnal Teknik Kimia, No. 2, Vol. 15, April 2008.
[33] Gilar S. Pambayun, Remigius Y.E. Yulianto, M. Rachimoellah, Endah M.M. Putri. Pembuatan Karbon Aktif Dari Arang Tempurung Kelapa Dengan Aktivator Zncl2 Dan Na2CO3 Sebagai Adsorben Untuk Mengurangi Kadar Fenol Dalam Air Limbah. Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (Its). Jurnal Teknik Pomits Vol. 2, No. 1, (2013) Issn: 2337-3539 (2301-9271 Print). 2013
[34] Endang Widjajanti Laksono. Kajian Penggunaan Adsorben Sebagai AlternatifPengolahan Limbah Zat Pewarna Tekstil. Jurnal pendidikan Kimia Vol. 1, No. 3, FMIPA, UNY. 2013
[35] I.A.W. Tan, B.H. Hameed, A.L. Ahmad. Equilibrium and kinetic studies on basic dye adsorption by oil palm fibre activated carbon. School of
Chemical Engineering, University Science Malaysia, Engineering Campus, 14300 Nibong Tebal, Penang, Malaysia. Chemical Engineering Journal 127
(2007) 111–119.
[36] Bhumica Agarwal, Priya Sengupta, Chandrajit Balomajumder. Equilibrium, Kinetic and Thermodynamic Studies of Simultaneous Co-Adsorptive Removal of Phenol and Cyanide Using Chitosan. International Journal of Chemical, Molecular, Nuclear, Materials and Metallurgical Engineering Vol:7, No:11, 2013
[37] Gustan Pari, Kurnia Sofyan , Wasrin Syafii & Buchari. Effect of Activation Time on Chemical Structure and Quality of Sengon Sawdust Activated Charcoal. Journal of Chemical, Molecular, Materials Engineering Vol:117, No:11, 2015.
(19)
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 LOKASI DAN WAKTU PENELITIAN
Penelitian dilakukan di Laboratorium Penelitian, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, Medanserta Laboratorium Penelitian, Fakultas Farmasi, Universitas Sumatera Utara, Medan. Penelitian ini dilakukan selama lebih kurang 3 bulan.
3.2 BAHAN
Pada penelitian ini bahan yang digunakan antara lain: 1. Kulit durian
2. Metilen Biru 3. Aquadest
4. Larutan KOH
3.3 PERALATAN
Pada penelitian ini peralatan yang digunakan antara lain: 1. Spektrofotometer UV-Vistipe Shimadzu Serial No. A114548 2. Oven
3. Furnace
4. Ayakan 5. Desikator 6. Magnetic Stirrer
7. Kertas Saring Whatman 42 8. Beaker Glass
9. Gelas Ukur
10.Timbangan Digital 11.Batang Pengaduk 12.Corong Gelas 13.Pipet Tetes 14.Stopwatch
(20)
15.Erlenmeyer 16.Cawan Porselen 17.Penjepit Tabung 18.Spatula
3.4 PROSEDUR PERCOBAAN
3.4.1 Pembuatan Karbon Aktif kulit durian
1. Limbah kulit durian dibersihkan dari kotoran yang terikut kemudian dipotong-potong hingga ukurannya kecil 3 x3 cm.
2. Kulit durian kemudian digiling menjadi serbuk dengan ball mill.
3. Kulit durian direndam dalam larutan KOH 2 %, diaduk dan dijaga dengan suhu larutan 85oC selama 1 jam.
4. Kulit durian dikeringkan selama 24 jam 60 oC.
5. Serbuk kulit durian diayak dengan ayakan yang berukuran 50 mesh.
6. Hasil ayakan yang lolos dipanaskan pada suhu 6000C di furnace selama 2 jam.
7. Setelah itu, hasil pemanasan disimpan dalam desikator selama 24 jam. 3.5 PROSEDUR ANALISA
3.5.1 Penentuan Luas Permukaan Karbon Aktif dan Daya Serap Karbon Aktif
1. Sebanyak 0,5 gram sampel serbuk kulit durian dengan waktu aktivasi 1 jam ukuran 50 meshditambahkan ke dalam 100 ml larutan metilen biru 30 ppm. 2. Diaduk larutan tersebut dengan magnetic stirrer dengan kecepatan
pengadukan 90 rpm selama 30 menit.
3. Hasil pengadukan disaring dengan menggunakan kertas saring.
4. Diukur adsorbansi filtratnya dengan menggunakan Spektrofotometer UV-Vis.
5. Hasil pengukuran akan berupa konsentrasi dari filtratnya.
6. Banyaknya metilen biru yang terjerap oleh setiap gram sampel dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut:
(21)
B 1 x V x 1.000 C C
Wads= 1− 2 (3.2)
Keterangan :
Wads = berat metilen biru yang terjerap oleh satu gram sampel (mg/g) B = berat sampel yang digunakan (g)
C1 = konsentrasi larutan metilen biru awal (ppm) C2 = konsentrasi larutan metilen biru akhir (ppm) V = volume larutan metilen biru yang digunakan (ml)
7. Berat teradsorpsi maksimum dimasukkan ke dalam persamaan sehingga didapatkan luas permukaan karbon aktif:
Mr a N. Xm.
S = (3.1)
Keterangan:
S = luas permukaan karbon aktif (m2/g) N = bilangan Avogrado (6,022 x 1023mol-1) Xm = berat adsorbat teradsorpsi (g/g)
a = luas penutupan oleh 1 molekul sampel(197 x 10-20 m2) Mr = massa molekul relatif metilen biru (320,5 g/mol)
8. Percobaan dari nomor 1-6 diulangi untuk variasi pengadukan (110 rpm, 130 rpm dan 150 rpm) waktu kontak (50 menit, 70 menit dan 90 menit).
3.5.2 Penentuan Kinetika Adsorpsi
1. Diambil larutan metilen biru (30 ppm) sebanyak 100 mL dari botol reagen 2,5 L yang diterangkan pada prosedur 3.6.
2. Kemudian ditambahkan 0,5 gram karbon aktif kulit durian
3. Kemudian diaduk dengan shaker dengan kecepatan pengadukan 130 rpm 4. Lalu diambil 2 mL sampel pada selang waktu 10 menit selama 80 menit 5. Konsentrasi metilen birupada larutan setelah adsorpsi dianalisis dengan
Spektrofotometer UV-Vis
6. Lalu dihitung nilai qa
���� =
(�0− ��)� �
(22)
3.6 FLOWCHART PERCOBAAN
3.6.1 Pembuatan Larutan metilen biru30 ppm
Gambar 3.1 Flowchart Pembuatan Larutan Metilen Biru 30 ppm Mulai
Dimasukkan pelarut sebanyak 2,5 L kedalam beaker glass
Selesai
Ditambahkan 75 mg metilen biru Diaduk larutan hingga merata
(23)
3.6.2 Flowchart Pembuatan Karbon aktif Kulit durian dan Karakterisasi Gugus Fungsi Karbon Aktif
Gambar 3.2 Flowchart Pembuatan dan Karakterisasi Gugus Fungsi Karbon aktif Kulit durian yang Diaktivasi menggunakan KOH
Mulai
Kulit durian dicuci dengan air beberapa kali
Kulit durian yang telah bersih dianginkan dan dipotong dengan ukuran 3 x 3 cm
Setelah kering, kulit durian dihancurkan dengan digiling menggunakan ballmill
Hasil gilingan diayak dengan ayakan 50 – 60 mesh Hasil ayakan yang lolos dipanaskan pada suhu 6000C di
furnace selama 2 jam.
Hasil pemanasan disimpan dalam desikator selama 24 jam
Selesai
Kulit durian direndam dalam larutan KOH 2 %, diaduk dan dipanaskan dengan suhu larutan 85oC selama 1 jam.
Kulit durian dikeringkan selama 24 jampada suhu 60 oC.
(24)
3.6.3 Flowchart Penentuan Luas Permukaan dan Daya Serap Karbon aktif
Gambar 3.3Flowchart Penentuan Luas Permukaan dan Daya Serap Karbon aktif 100 ml larutan metilen biru 30 ppm dimasukkan dalam Beaker glass
Campuran diaduk dengan magnetic stirrer dengankecepatan pengadukan 90 rpm selama 30 menit
Campuran disaring dengan kertas saring
Dihitung luas permukaan dan berat sampel yang teradsorpsi
Selesai Mulai
Ditambahkan 0,5 gram sampel karbon aktif kulit durian
Filtrat diukur dengan Spektrofotometer UV-Vis
Apakah ada variasi yang lain?
Tidak
(25)
3.6.4 Flowchart Prosedur Kinetika Adsorpsi
Gambar 3.4Flowchart Penentuan Kinetika Adsorpsi
Diambillarutan metilen biru (30 ppm) sebanyak 100 mLdaribotolreagen 2,5 L yang diterangkanpada prosedur 3.6.1 laludimasukkan kedalam erlenmeyer
Kemudiandiadukdenganshaker dengan kecepatan pengadukan 130 rpm padasuhukamar
Kemudian ditambahkan 0,5 gram karbon aktifkulit durian
Konsentrasi metilen birusetelahadsorpsi dianalisa denganspektrofotometer UV-VIS
Selesai
���� =
(�0− ��)� �
Lalu dihitung nilai qads Mulai
(26)
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1PENENTUAN GUGUS FUNGSI KULIT DURIANPengujian FTIR dilakukan untuk melihat dan mendeteksi gugus-gugus fungsi senyawa organik pada sampel. Hasil pengujian FTIR sampel karbon aktif sebelum dan setelah aktivasi KOH 2% dapat dilihat pada Gambar 4.1 dan 4.2.
(27)
Gambar 4.2 HasilAnalisis FTIR padaKarbon Aktif Kulit Durian Setelah Aktivasi KOH 2%
Gugus fungsi dapat terbentuk pada karbon aktif ketika dilakukan aktivasi, yang disebabkan terjadinya interaksi radikal bebas pada permukaan karbon dengan atom-atom seperti oksigen, hidrogen dan nitrogen, yang berasal dari proses pengolahan ataupun atmosfer. Gugus fungsi ini menyebabkan permukaan karbon aktif menjadi reaktif secara kimiawi dan mempengaruhi sifat adsorpsinya [35]
Dari Gambar 4.1 diatas dapat dilihat bahwa Spektrum FTIR karbon aktif dari kulit durian yang tidak diaktivasi menunjukkan adanya vibrasi gugus fungsi O–H, C-H, C-C dan C=C dari senyawa aromatik yang ditunjukkan dengan adanya pita serapan di daerah panjang gelombang 455.2cm-1 - 3402.43 cm-1. Pita lebar dengan
(28)
intensitas kuat pada daerah 3402.43 cm-1 menunjukkan adanya ikatan O–H dan C-H. Pita pada daerah 1056.99 cm-1 menunjukkan adanya ikatan C=C aromatik, dan pada daerah 455.2 cm-1 - 1411.89 cm-1 menunjukkan adanya ikatan C-C.
Dari Gambar 4.2 diatas dapat dilihat bahwa spektrum FTIR pada arang yang diaktivasi dengan KOH 2% terjadi perubahan gugus fungsi yang ditunjukkan dengan terbentuknya pita C=C aromatik di daerah panjang gelombang 1026.13 cm-1 - 1053.13 cm-1 dan perubahan gugus fungsi C-H terjadi karena adanya pergeseran panjang gelombang dari 3402.43 cm-1 menjadi 3371.57 cm-1
Aktivasi lebih lanjut menyebabkan hilangnya gugus karbonil disusul dengan terbentuknya C=C aromatik [37] yang masing-masing ditunjukkan oleh pergeseran panjang gelombang gugus fungsi C-H dari 3402.43 cm-1 menjadi 3371.57 cm-1 dan terbentuknya pita di daerah panjang gelombang 1026.13 cm-1 - 1053.13 cm-1.
Berdasarkan pola spektrum FTIR terlihat bahwa proses aktivasi mempengaruhi intensitas serapan di daerah panjang gelombang dan mengakibatkan terjadinya perubahan struktur gugus fungsi. Hal ini menunjukkan bahwa struktur permukaan arang aktif masih mengandung ikatan C-O dan C-H serta terbentuknya pita C=C aromatik, yang mengakibatkan berubahnya sifat arang tersebut menjadi lebih polar dibandingkan dengan kondisi awalnya [37]
4.2PENGARUH WAKTU KONTAK DAN KECEPATAN PENGADUKAN
TERHADAP KAPASITAS ADSORPSI
Adsorpsi merupakan peristiwa penyerapan suatu zat pada permukaan zat lain. Zat yang diserap disebut fase terserap (adsorbat), sedangkan zat yang menyerap disebut adsorben. [15].
Kapasitas adsorpsi adalah salah satu parameter penentuan karbon aktif yang baik [18]. Waktu kontak merupakan waktu yang dibutuhkan karbon aktif untuk berinteraksi dengan material yang akan diadsorpsi sehingga waktu kontak dapat merefleksikan kinetika suatu karbon aktif dalam berinteraksi dengan adsorbat. Waktu juga dapat dijadikan sebagai indikator untuk menentukan tingkat keefisienan penggunaan karbon aktif [19]. Oleh sebab itu, perlu dilakukan analisis untuk menetukan pengaruh waktu kontak terhadap proses adsorpsi. Kapasitas
(29)
adsorpsi dapat dihitung dengan menggunakan persamaan kapasitas adsorpsi [2]. Konsentrasi akhir sampel larutan metilen biru pada tiap variasi dihitung menggunakan spektofotometer UV-Vis pada panjang gelombang maksimum.
Wads = �1−�2 1000 x V x
1
� (4.1)
Keterangan :
Wads = Kapasitas Adsorpsi (mg/g) B = berat sampel yang digunakan (g)
C1 = konsentrasi larutan metilen biru awal (ppm) C2 = konsentrasi larutan metilen biru akhir (ppm) V = volume larutan metilen biru yang digunakan (ml)
Pengaruh waktu kontak terhadap kapasitas adsorpsi karbon aktif yang dihasilkan dapat dilihat pada gambar 4.3
Gambar 4.3 Pengaruh Waktu Kontak dan Kecepatan Pengadukan terhadap Kapasitas Adsorpsi.
Dari Gambar 4.3 diatas diperoleh kapasitas adsorpsi minimum pada kecepatan pengadukan 90 rpm dan waktu kontak 30 menit yaitu 3,4 mg/g sedangkan kapasitas adsorpsi maksimum diperoleh pada kecepatan pengadukan 150 rpm dan waktu kontak 90 menit yaitu 3,92 mg/g.
Semakin lama waktu yang digunakan untuk mengadsorpsi zat terlarut maka akan semakin banyak zat terlarut yang teradsorpsi. Adsorpsi selalu berlangsung
3,3 3,4 3,5 3,6 3,7 3,8 3,9 4
30 60 90 120
K ap asi ta s A d so rp si ( m g /g )
Waktu Kontak (menit)
90 rpm 110 rpm 130 rpm 150 rpm
(30)
cepat pada waktu awal adsorpsi dan seiring bertambahnya waktu, proses adsorpsi akan semakin lambat hingga mencapai kesetimbangan [22]. Pada awal proses adsorpsi, pori - pori karbon aktif masih terbebas dari partikel adsorbat dan peluang partikel adsorbat untuk terjerap kedalam pori - pori karbon aktif masih sangat besar sehingga perubahan kapasitas adsorpsi pada awal waktu adsorpsi cukup besar. Namun, seiring bertambahnya waktu, perubahan kapasitas adsorpsi akan mencapai titik kesetimbangan karena pada waktu tertentu pori kulit durian telah jenuh untuk menjerap partikel adsorbat [7]
Dari hasil penelitian diperoleh nilai kapasitas adsorpsi semakin besar seiring bertambahnya waktu kontak dari 30 – 120 menit pada berbagai variasi kecepatan pengadukan. Secara umum perubahan kapasitas adsorpsi terbesar terjadi mulai dari waktu 30 - 90 menit sedangkan dari waktu 90 – 120 menit nilai kapasitas adsorpsi cenderung mendekati nilai konstan.
Hal ini terjadi karena pori - pori karbon aktif telah jenuh atau tidak mampu lagi untuk menjerap partikel metilen biru sehingga adsorpsi pada permukaan karbon aktif cenderung mencapai batas maksimum. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa penelitiaan ini sudah sesuai dengan teori yaitu semakin lama waktu kontak maka kapasitas adsorpsi akan semakin besar dan pada waktu tertentu perubahan kapasitas adsorpsi akan semakin lambat hingga mencapai kesetimbangan.
4.3PENGARUH WAKTU KONTAK DAN KECEPATAN PENGADUKAN
TERHADAP LUAS PERMUKAAN
Luas permukaan karbon aktif merupakan salah satu karakter fisik yang memiliki peranan penting dimana berhubungan langsung dengan kemampuan adsorpsi karbon aktif terhadap zat-zat yang dijerap [24]. Semakin luas permukaan karbon aktif akan memberikan bidang kontak yang lebih besar sehingga semakin banyak adsorbat yang dijerap dan proses adsorpsi semakin efektif [25]. Semakin cepat pengadukan dan semakin lama waktu kontak maka ukuran luas permukaan karbon aktif akan semakin besar [26].
Penentuan luas permukaan kulit durian kulit durian, pertama - tama dilakukan dengan menentukan panjang gelombang maksimum untuk larutan
(31)
metilen biru dengan menggunakan spektrofotometer UV-Vis. Pada larutan metilen biru dengan konsentrasi 30 ppm dihasilkan panjang gelombang maksimum pada 664 nm, yaitu pada absorbansi maksimum. Kemudian, kurva standar metilen biru dibuat dengan cara mengukur absorbansi larutan standar metilen biru dengan konsentrasi 3 ppm sampai 30 ppm dengan spektofotometer UV-Vis pada panjang gelombang maksimum.Dari data absorbansi larutan metilen biru pada berbagai konsentrasi dibuat kurva larutan standar metilen biru antara konsentrasi larutan metilen biru terhadap absorbansi berdasarkan hukum Lambert
Beer.
Grafik konsentrasi larutan metilen biru terhadap absorbansi dapat dilihat pada Gambar 4.4
Gambar 4.4 Kurva Kalibrasi Larutan Metilen Biru
Persamaan regresi kurva standar metilen biru dinyatakan sebagai y = a + bx, dengan ketentuan y adalah absorbansi dan x adalah konsentrasi larutan metilen biru.Korelasi dinyatakan sempurna jika nilai R2 mendekati 1. Berdasarkan data dan perhitungan didapatkan persamaan regresi linier larutan standar metilen biru adalah y = 0.0306x - 0.0521dengan nilai R2 = 0,9861. Harga R yang diperoleh mendekati 1, maka dapat disimpulkan bahwa nilai koefisien korelasi layak artinya titik-titik pada kurva kalibrasi mendekati lerengnya.
Konsentrasi metilen biru teradsorpsi digunakan untuk menghitung luas permukaan karbon aktif dengan rumus :
y = 0,030x - 0,052 R² = 0,986
0,000 0,200 0,400 0,600 0,800 1,000 1,200
0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36
A bs o rba ns i Konsentrasi (ppm) Kurva Standar
(32)
S =Xm.N.a
Mr (4.2)
Keterangan:
S = luas permukaan karbon aktif (m2/g) N = bilangan Avogrado (6,002 x 1023mol-1) Xm = berat adsorbat teradsorpsi (g/g)
Xm = konsentrasi metilen blue awal – konsentrasi metilen blue sisa konsentrasimetilen blue awal
a = luas penutupan oleh 1 molekul metilen biru (197 x 10-20 m2) Mr = massa molekul relatif metilen biru (320,5 g/mol)
Pengaruh waktu kontak dan kecepatan pengadukan terhadap luas permukaan karbon aktif yang dihasilkan dapat dilihat pada gambar 4.5
Gambar 4.5 Pengaruh Waktu Kontak dan Kecepatan Pengadukan terhadap Luas Permukaan
Dari Gambar 4.4 diperoleh luas permukaan minimum pada kecepatan pengadukan 90 rpm dan waktu kontak 30 menit yaitu sebesar 1556,383 m2/g sedangkan luas permukaan maksimum pada kecepatan pengadukan 130 rpm dan waktu kontak 120 menit yaitu 1785,263 m2/g.
Semakin cepat pengadukan, maka ukuran luas permukaan karbon aktif akan semakin besar. Hal ini diakibatkan karena kecepatan pengadukan akan memaksa
1500 1550 1600 1650 1700 1750 1800 1850
90 110 130 150
L ua s P er m uka an (m g/ g)
Kecepatan Pengadukan (rpm)
30 menit 60 menit 90 menit 120 menit
(33)
terjadinya kontak fisik antara adsorbat dengan karbon aktif sehingga partikel – partikel adsorbat akan memaksa dinding situs aktif pori karbon aktif melebar, sehingga ukuran luas permukaan karbon aktif semakin besar dan mempermudah karbon aktif untuk menjerap adsorbat. [26].
Dari hasil penelitian yang dilakukan, pengaruh kecepatan pengadukan terhadap kapasitas adsorpsi cenderung memiliki bentuk atau model yang sama yaitu luas permukaan karbon aktif semakin besar pada saat kecepatan pengadukan semakin besar.
Dari gambar 4.3 dapat dilihat bahwa kecepatan pengadukan pada 150 rpm tidak menunjukkan perubahan kapasitas adsorpsi yang signifikan terhadap 130 rpm, hal ini dikarenakan kecepatan pengadukan yang terlalu cepat dapat mengakibatkan zat yang teradsorpsi akan mengalami desorpsi karena zat yang teradsorpsi akan terlepas dan tercampur kembali kedalam fluida. Kecepatan yang terlalu cepat dapat mengakibatkan struktur dari karbon aktif tersebut akan rusak [29].
Karbon aktif kulit durian memiliki luas permukaan yang cukup besar sehingga bidang interaksi antara metilen biru terhadap karbon aktif memiliki area yang luas. Berdasarkan standard karakteristik kulit durian, kulit durian yang baik dan dapat dipergunakan untuk jenis Powdered Activatid Carbon (PAC) harus memiliki luas permukaan 800 m2 /g – 1800 m2 /g [1]. Berdasarkan hasil penelitian ini karbon aktif kulit durian memiliki luas permukaan maksimum 1785,263 m2/g. Hal ini menunjukkan bahwa karbon aktif kulit durian memiliki luas permukaan yang telah memenuhi standard karbon aktif komersial.
4.4 KINETIKA ADSORPSI
Penentuan kinetika adsorpsi pada penelitian ini dilakukan dengan variasi waktu kontaknya adalah 0 - 220 menit. Larutan metilen biru yang digunakan pada analisis optimasi waktu kontak ini adalah 30 ppm. Berat kulit durian kulit durian yang digunakan adalah 0,5 gram dengan ukuran kulit durian 50-60 mesh. Dari data yang diperoleh dapat dibuat hubungan antara waktu kontak dengan konsentrasi metilen biru yang teradsorpsi dari larutan metilen biru, seperti yang disajikan pada Gambar 4.6.
(34)
Gambar 4.6 Persentase Adsorpsi Metilen Biru 30 ppm
Kinetika adsorpsi ini dilakukan untuk mengetahui laju adsorpsi dari suatu kulit durian terhadap adsorbat dengan pengaruh waktu. Waktu kontak yang diperlukan untuk mencapai kesetimbangan adsorpsi dijadikan sebagai ukuran laju adsorpsi. Pada penelitian ini pengujian laju adsorpsi dilakukan dengan menduga orde reaksinya. Orde reaksi laju suatu reaksi kimia atau proses kimia diartikan sebagai kecepatan terjadinya suatu reaksi.
Dalam penelitian ini, data kinetika adsorpsi diperoleh secara empiris dengan menggunakan model pseudo orde satu dan pseudo orde dua. Pengujian model kesetimbangan dilakukan untuk menentukan model kesetimbangan yang sesuai digunakan pada suatu penelitian. Penentuan model kesetimbangan tergantung pada harga koefisien korelasi (R2). Model kesetimbangan yang cocok adalah model kesetimbangan dengan harga R2 yang lebih tinggi atau mendekati 1 [35]. Adapun persamaan pseudo orde satu dan orde dua tersebut berturut-turut dapat dilihat sebagai berikut :
1
�� =
�� (��)�+
1
�� (4.3)
� �� =
� ��+
1
��2��2� (4.4)
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00
0 50 100 150 200 250
R (
%
)
t (menit)
(35)
Data hasil eksperimental menunjukkan hasil yang lebih baik terhadap model pseudo orde dua dibandingkan pseudo orde satu berdasarkan pada nilai koefisien korelasi ( R2) seperti ditunjukkan pada Tabel 4.1.
Tabel 4.1 Pemodelan Pseudo Orde Satu Dan Pseudo Orde Dua Kinetika Adsorpsi Larutan Metilen Biru Pada Karbon aktif Kulit Durian
Kecepatan Pengadukan
Konsentrasi Metilen Biru
qe Percobaan
Pseudo Orde 1 Pseudo Orde 2 qe1 k1 r2 qe2 k2 r2 130 rpm 30 1,845 2.485 26.296 0,808 0.098 0.004 0,993
Koefisien korelasi tersebut, diperoleh dengan cara melakukan plot data kapasitas adsorpsi (qt) terhadap waktu dengan menggunakan persamaan di atas, sehingga diperoleh grafik seperti Gambar 4.7 dan Gambar 4.8.
Gambar 4.7 Pemodelan Pseudo Orde Satu pada Konsentrasi Larutam Metilen Biru 30 ppm dan Kecepatan Pengadukan 130 rpm
y = 10,57x + 0,402 R² = 0,808
0,4700 0,6700 0,8700 1,0700 1,2700 1,4700 1,6700
0,0000 0,0200 0,0400 0,0600 0,0800 0,1000 0,1200
1
/qt
1/t
Metilen Biru Linear (Metilen Biru)
(36)
Gambar 4.8 Pemodelan Pseudo Orde Dua pada Konsentrasi Larutam Metilen Biru 30 ppm dan Kecepatan Pengadukan 130 rpm
Nilaikoefisienkorelasi (R2) ordedualebihmendekatiangkasatu (1) dibandingkandenganordesatu.Persamaanordesatumemilikinilai R2 = 0,808danpersamaanordeduamemilikinilai R2 =0,993. Jika harga R2 pada pseudo orde satu lebih besar dan mendekati nilai 1 dari harga R2 pada pseudo orde dua maka adsorpsi melibatkan reaksi fisika, dan jika harga R2 pada pseudo orde dua lebih besar dan mendekati nilai 1 dari harga R2 pada pseudo orde satu maka adsorpsi melibatkan reaksi kimia Inimenunjukkanbahwapemodelan pseudo ordedua menyajikan data adsorpsilebihpresentatif, persamaan orde dua didasarkan pada asumsi bahwa tahap penentuan laju yang mungkin ialah adsorpsi secara kimia antara adsorben dan adsorbat[36].
y = 0,431x + 10,11 R² = 0,993
0 20 40 60 80 100 120
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240
t
t/qt
Metilen Biru Linear (Metilen Biru)
(37)
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 KESIMPULANDari hasil penelitian yang telah dilakukan maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:
1. Proses aktivasi mempengaruhi intensitas serapan di daerah panjang gelombang dan mengakibatkan terbentuknya pita C=C aromatik, sehingga sifat arang tersebut menjadi lebih polar dibandingkan dengan kondisi awalnya.
2. Kapasitas adsorpsi maksimum diperoleh pada kecepatan pengadukan 150 rpm dan waktu kontak 90 menit yaitu 3,92 mg/g.
3. Luas permukaan maksimum diperoleh pada kecepatan pengadukan 130 rpm dan waktu kontak 120 menit yaitu 1785,263 m2/g.
4. Pemodelan kinetika adsorpsi terbaik berdasarkan koefisien korelasinya adalah persamaan orde dua, yaitu pada mekanisme adsorpsi melibatkan reaksi kimia (chemisorption) antara adsorbat dan adsorben.
5.2 SARAN
Adapun saran yang dapat di ambil dari penelitian yang telah di lakukan adalah:
1. Perlu dilakukan proses penyerapan pada logam misalnya Cr.
2. Perlu dilakukan proses aktivasi adsorben menggunakan Asam misalnya HCl.
3. Perlu dilakukan karakterisasi adsorben dengan menggunakan SEM, TGA, dan lain-lain untuk menambah informasi tentang karakteristik adsorben. 4. Perlu dilakukan adsorpsi larutan metilen biru menggunakan kulit durian
tanpa aktivasi.
(38)
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1KULIT BUAH DURIAN (BOMBACEAE SP.)Buah durian merupakan tanaman daerah tropis, karenanya dapat tumbuh baik di Indonesia. Panjang buah durian yang matang bisa mencapai 30-45 cm dengan lebar 20-25 cm, dan berat antara 1,5-2,5 kg. Setiap buah berisi 5 juring yang di dalamnya terletak 1-5 biji yang diselimuti daging buah yang berwarna putih, krem, kuning, atau kuning tua. Tiap varietas durian menentukan besar kecilnya ukuran buah, rasa, tekstur, dan ketebalan buah durian [11]
Kandungan daging buah durian merupakan 20-35% dari berat buah, sedangkan bijinya 5-15%, sisanya berupa kulit 60-75%. [12]
Kulit durian mengandung sejumlah senyawa organik. Tabel 2.1 dibawah ini menunjukkan komposisi kimia dari kulit durian
Tabel 2.1 Komposisi Kimia Kulit Durian [5] Senyawa Komposisi (%)
Karbon 57.42
Oksigen 31.94 Hidrogen 1.13
Nitrogen 8.41
Sulfur 1.10
2.2 ADSORPSI
Secara umum adsorpsi dapat diartikan sebagai peristiwa fisika pada permukaan suatu bahan, yang tergantung dari spesifikasi antara adsorben dengan zat yang diserap (adsorbat).
Adsorpsi yang terjadi pada permukaan adsorben dapat bersifat adsorpsi fisika (adsorpsi Van der Waals) atau adsorpsi kimia (chemisorption). Adsorpsi fisik terjadi akibat adanya perbedaan energi atau gaya tarik bermuatan listrik (gaya van der Walls). Molekul adsorbat mulai diikat secara fisik menuju molekul adsorben. Tipe adsorpsi ini multilayer, karena masing-masing molekul membentuk lapisan di atas lapisan sebelumnya, dengan nomor lapisan sesuai dengan konsentrasi kontaminan. Adsorpsi ini tidak spesifik dan mirip dengan proses kondensasi, dan terjadi pada zat-zat yang bersuhu rendah dengan adsorpsi
(39)
relatif rendah. Dalam hal ini perubahan panas adsorpsi mempunyai derajat yang sama dengan panas kondensasi dari gas menjadi cair, sehinga gaya yang menahan adsorpsi molekul-molekul fluida biasanya cepat tercapai dan bersifat reversibel, karena kebutuhan energi yang sangat kecil. Adsorpsi Kimia (chemisorption), bersifat spesifik dan terjadi berdasarkan ikatan kimia antara adsorben dengan zat yang teradsorpsi (adsorbat), sehingga dibandingkan dengan adsorpsi fisik, kerja yang terjadi jauh lebih besar begitu juga dengan panas adsorpsi dibanding dengan adsorpsi fisik, selain itu adsorpsi kimia terjadi pada suhu yang tinggi. Karena terjadinya ikatan kimia, maka pada permukaan adsorben dapat berbentuk suatu lapisan dan apabila hal ini berlanjut maka adsorben tidak akan mampu lagi menyerap zat lainnya. Proses adsorpsi secara kimia bersifat irreversible. Adsorpsi fisik tidak melibatkan trasfer elektron dan selalu mempertahankan individualitas dari senyawa yang berinteraksi. Interaksi yang terjadi adalah reversible, yang memungkinkan terjadinya desorpsi pada temperatur yang sama, walaupun proses terjadi secara lambat akibat efek difusi. Adsorpsi kimia melibatkan ikatan kimia dan bersifat irreversible. Adsorpsi fisik tidak site spesifik, molekul yang terserap bebas menutupi seluruh permukaan. Hal ini memungkinkan dilakukannya pengukuran luas area solid adsorben. Sebaliknya, adsorpsi kimia bersifat site spesifik, molekul hanya terserap pada tempat-tempat tertentu saja. Panas pada adsorpsi fisik lebih rendah dibandingkan dengan panas dari adsorpsi kimia [14].
Faktor-faktor yang berpengaruh terhadap proses adsorpsi, diantaranya adalah
• Luas permukaan adsorben
• Afinitas adsorben terhadap adsorbat, yang dipengaruhi oleh ukuran dan bentuk pori, polaritas dan reaktivitas
• Karakteristik adsorbat, yang meliputi : - Densitas dan berat molekul
- Ukuran dan bentuk molekul - Tekanan uap
- Konsentrasi
- Adanya senyawa lain sebagai kompetitor - Polaritas
(40)
- Reaktivitas adsorbat
• Temperatur dan tekanan
• Waktu kontak antara adsorbat dengan adsorben
2.3ADSORBEN
Adsorbenadalah bahanpadatan yang mampu menjerap suatu partikel (adsorbat) dari suatu cairan. Pada umumnya jenis jenis adsorben yang digunakan dalam proses adsorpsi adalah, karbon aktif, polimer sintesis, alumina, silika gel, zeolit (molecular sieve), dan lain-lain [1].
Karakteristik yang paling penting untuk menetukan kulitasdari suatuadsorbenadalah:kapasitas adsorpsi, selektivitas, regenerability, kinetika, kompatibilitas, dan biaya. Semua jenis adsorben memiliki kelebihan dan kekuranganya masing-masing.
Kapasitas adssorpsi adsorben merupakan hal yang paling penting dari suatu adsorben yaitu seberapa banyak adsorbat yang dapat dijerap oleh adsorben. Kapasitas adsorpsi dapat dipengaruhi oleh beberapa hal seperti konsentrasi, suhu, terutama kondisi awal adsorben. Umumnya data kapasitas
adsorpsidikumpulkanpada suhutetap denganberbagai konsentrasiadsorbat(tekananparsialuntukuapatau gas), dandatadiplotsebagai data
isoterm(memuat konsentrasiterhadap temperatur konstan).
Selektivitas adsorbenberkaitan dengankapasitas sebagai contoh adalah berapa rasio yang dibutuhkan antara bahan baku terhadap activating agent dalam membuat adsorben apabila bahan baku dalam jumlah yang sedikit dapat dibuat maka tingkak selektivitas adsorben semakin baik.
Regenerability adsorben adalah kemapuan dari adsorben untuk dapat
digunakan secara berulang. Regenerabilitymungkindicapai denganpenambahan suhu, penambahan tekanan,perlakuan kimia(misalnya, dengandisplacement, elusi, atauekstraksisuperkritis), atau kadang-kadangdengan kombinasidari beberapa cara tersebut.
(41)
Klasifikasi adsorben berdasarkan jenisnya terbagi menjadi: 1. Adsorben Organik
Adsorben organik adalah adsorben yang berasal dari bahan-bahan yang mengandung pati. Adsorben ini sudah mulai digunakan sejak tahun 1979 untuk mengeringkan berbagai macam senyawa. Beberapa tumbuhan yang biasa digunakan untuk adsorben diantaranya adalah ganyong, singkong, jagung, dan gandum. Kelemahan dari adsorben ini adalah sangat bergantung pada kualitas tumbuhan yang akan dijadikan adsorben.
Beberapa contoh adsorben organik: a. Karbon aktif
Adsorben karbon seperti karbon aktif, kokas aktif, karbon
molecular sieve adalah bahan padat berpori tinggi dimana karena sifat
permukaan menyebabkan terakumulasinya bahan organik dan non polar. Adsorben karbon diproduksi dari bahan organik seperti kayu, kokas petroleum, gambut, batu bara, cangkang kelapa sawit, antrasit, inti plum, cangkang kelapa, sekam padi, lignin, serbuk gergaji, benih sekam, tulang, dan lain-lain.
Karbon aktif merupakan jenis adsorben yang paling terkenal dan banyak digunakan dalam pengolahan air limbah. Proses pembuatan karbon aktif terdiri dari dehidrasi, karbonisasi bahan baku dan aktivasi. Proses karbonisasi mengubah bahan organik menjadi karbon primer dimana merupakan campuran abu, tar, karbon amorphous, dan kristal karbon. Selama karbonisasi, produk yang terdekomposisi/tar terdeposisi di pori-pori, kemudian dihilangkan pada proses aktivasi. Aktivasi terdiri dari dua proses, yaitu pemanasan yangmenyebabkan dekomposisi produk (tar) yang amorphous dan perbesaran ukuran pori.
b. Polimer
Beberapa adsorben polimer bersifat hidrofilik dan ada yang bersifat hidrofobik. Harga adsorben polimer sepuluh kali lebih mahal dibandingkan adsorben lainnya. Aplikasi adsorben ini adalah proses
recovery dan pemurnian antibiotik dan vitamin, penghilangan warna
(42)
limbah industri tertentu seperti larutan fenol dan recovery VOC dari
off-gas. Contoh adsorben polimer adalah polistirena divinil benzena,
polimetakrilat, etilvinilbenzena, dan lain-lain. 2. Adsorben Anorganik
Adsorben ini mulai dipakai pada awal abad ke-20. Dalam perkembangannya, pemakaian dan jenis dari adsorben ini semakin beragam dan banyak dipakai orang. Penggunaan adsorben ini dipilih karena berasal dari bahan-bahan non pangan, sehingga tidak terpengaruh oleh ketersediaan pangan dan kualitasnya cenderung sama. Beberapa contoh adsorben anorganik :
a. Alumina aktif
Alumina aktif diproduksi dari alumina yang terhidrasi (Al2O3.nH2O) dimana n = 1 atau 3, dengan cara dehidrasi (kalsinasi) pada kondisi terkontrol untuk mendapatkan n = 0,5. Ketika alumina terhidrasi dipanaskan, grup hidroksil meninggalkan struktur bahan padat berpori dari alumina aktif. Bahan ini berwarna putih, transparan, dan berkapur. Alumina aktif digunakan untuk menghilangkan uap air dari gas, menghilangkan limbah logam berat seperti As(V), Cl-, F-, PO43- dari air.
b. Silika gel
Silika gel bersifat inert, tidak beracun, polar dan bentuk
amorphous stabil (< 4000C) dari SiO2. Silika gel merupakan hasil reaksi dari sodium silikat dan asam asetat, kemudian mengalami proses aging,
pickling, dan lain-lain. Adsorben silikat yang berhubungan termasuk
magnesium silikat, kalsium silikat, dan lain-lain. Silika gel umumnya digunakan sebagai adsorben untuk senyawa polar. Selain itu, juga dapat digunakan untuk menyerap ion-ion logam dengan prinsip pertukaran ion namun kemampuannya untuk menyerap logam terbatas.
c. Zeolit (Molecular Sieve)
Zeolit adalah kristal silikat dengan rumus kimia Me2/nO.Al2O3.xSiO2.yH2O (n = valensi) terdiri dari oksida alkali atau logam alkali tanah (Na, K, Ca) dan dikarakterisasi dengan struktur pori dengan dimensi masing-masing pada rentang ukuran molekul.
(43)
Pemisahan molecular sieve berdasarkan pada ukuran molekul dan bentuk disebabkan ukuran pori yang kecil (< 1 nm) dan distribusi pori yang sempit. Beberapa spesimen zeolit berwarna putih, kebiruan, kemerahan, coklat karena hadirnya oksida besi atau logam lainnya. Struktur zeolit dapat dibedakan dalam tiga komponen yaitu rangka aluminosilikat, ruang kosong saling berhubungan yang berisi kation logam dan molekul air dalam fase occluded. Sifat kimia zeolit antara lain mengalami hidrasi pada suhu tinggi, sebagai penukar ion, dan mengadsorpsi gas dan uap [15].
2.4 KARBON AKTIF
karbon aktif adalah salah satu adsorben yang paling dikenal memiliki ciri berupa padatan berpori dan mengandung karbon yang tinggi, karbon aktif adalah unsur karbon yang telah mengalami reaksi dengan gas selama atau setelah karbonisasi untuk meningkatkan porositas [16].
Proses aktivasi karbon aktif dapat dilakukan dengan dua cara yaitu aktivasi kimia dan aktivasi fisika.
Aktivasi kimia biasanya digunakan untuk bahan dasar yang mengandung sellulosa dan menggabungkan antara tahap karbonisasi dan tahap aktivasi. Zat kimia yang dapat mendehidrasi seperti phosforic acid (H3PO4) atau KOH ditambahkan ke bahan dasar pada temperatur yang telah dinaikkan. Produk ini kemudian akan mengalami pirolisis termal yang mendegradasi selulosa lalu didinginkan dan terakhir agen aktivasinya diekstraksi. Biasanya hasil proses ini adalah karbon aktif bubuk densitas rendah. Aktivasi kimia ini bertujuan mengurangi pembentukan pengotor dan produk samping dengan cara merendam bahan mentah dalam senyawa kimia. proses aktivasi kimia dilakukan pada temperatur 500-900 oC dan activating agent yang digunakan bervariasi seperti
phosphoric acid, zinc chloride, potassium sulfide, KOH dan NaOH.
Aktivasi fisika disebut juga aktivasi termal. aktivasi fisika adalah proses untuk mengembangkan struktur pori dan memperbesar luas permukaan karbon aktif dengan perlakuan panas pada temperature 800-1000 oC dengan mengalirkan gas pengoksidasi seperti uap atau karbondioksida [17].
(44)
Berdasarkan ukurannya, karbon aktif dapat dibagi menjadi 2 yaitu
Powdered Activated Carbon (PAC) dengan diameter lebih kecil dari 0,074 mm
dan Granular Activated Carbon (GAC) dengan diameter lebih besar dari 0,1 mm [1].
Tabel 2.2 dibawah ini menjelaskan perbedaan karakteristik dari Powdered
Activated Carbon (PAC) dan Granular Activated Carbon (GAC) pada karbon
aktif komersial.
Tabel 2.2 Perbedaan Karakteristik dari Powdered Activated Carbon (PAC) dan Granular Activated Carbon (GAC) Pada Karbon Aktif Komersial [1].
Parameter unit GAC PAC
Total surface area m2/g 700-1300 800-1800
Bulk density kg/m3 400-500 360-740
Particle density, wetted in water
kg/l 1,0-1,5 1,3-1,4
Particle size range mm (µm) 0,1-2,36 (5-50)
Effective size mm 0,6-0,9 na
Iodine number 600-1100 800-1200
Ash % ≤8 ≤6
Moisture as packed % 2-8 3-10
2.5LIMBAH TEKSTIL
Zat warna yang digunakan pada umumnya beragam jenis dan golongannya tergantung dari jenis seratnya. Namun beberapa zat warna tekstil mengandung polutan berupa logam berat dan atau “intermediate dye” yang berbahaya. Logam berat tersebut antara lain adalah tembaga, nikel, krom, merkuri dan kobalt. Polutan tersebut pada akhirnya akan berada dalam perairan umum, karena pada proses pencelupan hanya sebagian zat warna yang akan terserap oleh bahan tekstil dan sisanya (2 – 50%) akan berada dalam pembilas tekstil, sehingga apabila konsentrasinya cukup besar, maka dapat mencemari lingkungan. Selain itu pembilas tekstil menjadi berwarna-warni dan mudah dikenali pencemarannya [32]
Perkembangan industri tekstil di Indonesia telah maju dengan pesat, dampak negatif dari pembangunan industri tekstil tersebut terutama dari proses pencelupan adalah pencemaran lingkungan apabila air limbahnya dibuang ke selokan atau sungai tanpa diolah terlebih dahulu [33]
(45)
Industri pencelupan tekstil dalam proses produksinya menghasilkan produk samping berupa air limbah dalam jumlah yang besar dan mengandung berbagai macam bahan-bahan kimia digunakan pada proses pengkanjian, pengelantangan dan pewarnaan. Air sisa pencelupan tekstil ini apabila dibuang begitu saja ke perairan tanpa adanya proses pengolahan terlebih dahulu, maka dapat berdampak negatif bagi keberlangsungan ekosistem perairan [34].
(46)
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG
Adsorbenadalah bahanpadatan yang mampu menjerap suatu partikel (adsorbat) dari suatu cairan. Pada umumnya jenis jenis adsorben yang digunakan dalam proses adsorpsi adalah, karbon aktif, polimer sintesis, alumina, silika gel, zeolit (molecular sieve), dan lain-lain [1].
Karbon aktifadalahsalah satu adsorbenyang paling sering digunakan karena memiliki tingkatefektifitas adsorpsi yang tinggi, namun di satu sisi tidak ekonomis. Hal inilahyang mendorongpeneliti-penelitiuntuk mencaribahan alternatif adsorben yang lebih murah (adsorben dari limbah)dengan mencari bahan adsorbenyang merupakan potensi lokalyang tersedia,sehingga prosesdapatmenjadi lebihlayak secara ekonomi [2].
Industri pembuatan karbon aktif di Indonesia telah mengalami kemajuan yang cukup pesat. Hal ini disebabkan oleh semakin meningkatnya permintaan pasar, baik di dalam negeri maupun untuk diekspor ke luar negeri. Peningkatan kebutuhan akan karbon aktif ini diakibatkan oleh semakin banyaknya aplikasi karbon aktif untuk industri dan berbagai peralatan bantu manusia. Karbon aktif dapat dipergunakan untuk berbagai industri, antara lain yaitu industri obat-obatan, makanan, minuman, pengolahan air (penjernihan air) dan lain-lain. Hampir 70% produk karbon aktif digunakan untuk pemurnian dalam sektor industri gula, minyak kelapa, farmasi dan kimia[3].
Sumatera Utara merupakan penghasil buah durian terbesar di Indonesia, sementara Kabupaten Langkat, daerah penghasil durian terbesar di Sumatera Utara. Produksi durian di Sumatera Utara sebesar 579,471 ton pertahun, Sementara Langkat menghasilkan 3.627 ton pertahun dari luas lahan 850 ha. Dari satu buah durian 57% adalah kulit, sehingga dikhawatirkan menjadi sampah jika tidak dimanfaatkan. Pertahun Sumatera Utara menghasikan 332.712 ton kulit durian, sehingga akan berdampak buruk bagi lingkungan [4].
Kulit durian bisa menjadi alternatif karbon aktif yang potensial karena kulit durian mengandung karbon yang cukup tinggi yaitu 57,42% dan setelah diaktivasi
(47)
kandungan karbon meningkat menjadi 78,56% [5], proses aktivasi dilakukan dengan menggunakan bahan kimia sebagai aktivator. Aktivasi arang ini dilakukan dengan merendam arang ke dalam larutan kimia, misalnya KOH, NaOH, ZnCl2, HNO3, dan KCl, sehingga bahan kimia akan meresap dan membuka permukaan arang yang semula tertutup oleh deposit tar. Pada cara ini karbon atau arang dipanaskan dengan suhu tinggi didalam sistem tertutup tanpa udara sambil dialiri gas inert. Saat ini terjadi reaksi lanjutan pemecahan atau peruraian sisa deposit tar dan senyawa hidrokarbon sisa karbonisasi keluar dari permukaan karbon sebagai akibat gas suhu tinggi dan adanya aliran gas inert, sehingga akan dihasilkan karbon dengan luas permukaan yang cukup luas atau disebut karbon aktif[6], sebagai informasi,
durianmerupakansalah satu komoditasbuahyang
terkenaldiIndonesia.Produksiduriansetiap tahunadalah600.000ton, danJumlahkulitdurianyangdihasilkanadalah sekitar350.000ton[7].
Tabel 1.1 Data Beberapa Hasil Penelitian yang Memanfaatkan Kulit Durian sebagai Adsorban
Nama Peneliti (Tahun)
Penelitian Hasil Penelitian Sumber Jurnal
Foo dan Hameed (2007)
Utilization of durian (Durio zibethinus Murray) peel as low cost
sorbent for the removal of acid dye from aqueous solutions
- rasio NaOH : kulit durian adalah 0,25- 2,00, Rasio terbaik adalah 1,50
- luas permukaan maksimum 1475,48 m2/g.
Biochemical Engineering Journal(ELSE VIER) Chandra, dkk (2008)
Activated carbon from durian shell:
Preparation and characterization
- dengan rasio KOH : kulit durian adalah (0,25-1,00).Rasio terbaik adalah 1,50
- kapasitas adsorpsi maksimum 200 mg/g. - luas permukaan 1475,48
m2/g.
Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers(EL SEVIER) Tham, dkk (2010)
Performances of toluene removal by activated carbon derived from durian shell
- luas permukaan 1404 m2/g. Chemical Engineering Journal (ELSEVIER) Foo, dkk (2012) Textural porosity, surface chemistry and adsorptive properties of
- luas permukaan 1475.48 m2/g.
Chemical Engineering
(48)
durian shell derived activated carbon prepared by microwave assisted NaOH activation
(ELSEVIER)
Dengan memperhatikan beberapa hal diatas, maka dilakukan penelitian adsorpsi zat warna metilen biru dengan karbon aktif dari kulit durian menggunakan KOH sebagai aktivator. Adapun alasan pemilihan kulit durian sebagai bahan baku pembuatan karbon aktif adalah,karena kandungan karbon kulit durian yang tinggi serta ketersediaannya di alam yang banyak khususnya daerah Sumatera Utara, dan menggunakan KOH sebagai aktivator karena KOH mampu menghasilkan luas permukaan yang besar, serta harga yang terjangkau dan mudah didapatkan.
1.2 PERUMUSAN MASALAH
Dalam penelitian ini yang menjadi rumusan masalah adalahlimbah kulit durian yang belum dimanfaatkan secara maksimal serta pengaruh waktu kontak dan kecepatan pengadukan dalam mencapai kondisi optimumpada penyerapan zat warna metilen biru, menggunakan karbon aktif dari kulit durian dengan aktivator KOH 2%.
1.3 TUJUAN PENELITIAN
Untuk mengetahuipengaruhwaktu kontak dankecepatan pengadukan, dalam mencapai kondisi optimum terhadap penyerapan zat warna metilen biru menggunakan karbon aktif dari kulit durian dengan aktivator KOH 2%.
1.4 MANFAAT PENELITIAN
Manfaat dari penelitian ini adalah :
1. Dapat memberikan sumbangan ilmu pengetahuan tentang pengolahan limbah kulit durianmenjadi karbon aktif menggunakan KOH 2% sebagai aktivator.
(49)
3. Mengurangi pencemaran lingkungan oleh kulit durian dengan memanfaatkannya sebagai adsorben.
1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Penelitian, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, Medan serta Laboratorium Penelitian, Fakultas Farmasi, Universitas Sumatera Utara, Medan.
Penelitian ini memiliki ruang lingkup dan batasan sebagai berikut:
1. Sampel yang digunakan adalah kulit durian yang diperoleh dari toko ucok durian yang berada di kawasan Jalan Iskandar muda Medan.
2. Proses yang digunakan dalam penelitian ini adalah aktivasi dan adsorpsi. 3. Variabel penelitian
Variabel berubah :
− Waktu kontak 30, 60,90, dan 120 menit.
− Kecepatan pengadukan 90, 110, 130 dan 150 rpm. Variabel kontrol :
− Ukuran partikel sampel 50 – 60 mesh
− Waktu aktivasi 1 jam
− Konsentrasi KOH 2 %
− Activated agent : Sampel kulit durian 1:1
− Suhu aktivasi 600 0C
Variabel waktu pengambilan sampel penentuan kinetika adsorpsi :
− 0, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 10, 110, 120, 130, 160, 190, dan 220 menit.
4. Analisis yang dilakukan yaitu:
− Analisis luas permukaan asorben dengan Spektro UV-VIS.
− Analisis kapasitas adsorpsi.
(50)
ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh waktu kontak dan kecepatan pengadukan untuk mencapai nilai maksimum terhadap penyerapan zat warna metilen biru menggunakan karbon aktif dari kulit durian dengan aktivasi KOH 2%. Analisa FTIR menunjukkan proses aktivasi mempengaruhi intensitas serapan di daerah panjang gelombang dan mengakibatkan terbentuknya pita C=C aromatik pada karbon aktif kulit durian. Analisa dilakukan dengan menggunakan alat Spektrofotometer UV-Vis untuk mengetahui nilai absorbansi dan konsentrasi akhir larutan metilen biru pada tiap variasi waktu kontak dan kecepatan pengadukan. Hasil penelitian dengan aktivator KOH2% menunjukkan kapasitas adsorpsi maksimum berada pada kecepatan pengadukan 150 rpm dan waktu kontak 90 menit yaitu sebesar 3,92 mg/g, sedangkan luas permukaan maksimum adalah pada kecepatan pengadukan 130 rpm dan waktu kontak 120 menit yaitu sebesar 1785,263 m2/g. Dari hasil perhitungan teoritis, nilai koefisien korelasi (R2) orde dua lebih mendekati angka satu (1) dibandingkan dengan orde satu. Persamaan orde satu memiliki nilai R2 = 0,808 dan persamaan orde dua memiliki nilai R2 =0,993, sehingga kinetika orde dua lebih merepresentasikan data adsorpsi penelitian ini. Orde dua mengindikasikan adsorpsi melibatkan reaksi kimia.
Kata kunci: karbon aktif, kulit durian, kapasitas adsopsi, luas permukaan, FTIR, Spektrofotometer UV-Vis
(51)
ABSTRACT
This study aims to determine the effect of contact time and stirring speed to achieve the maximum value of the absorption dye methylene blue using durian shell activated carbon with KOH 2% as activator. FTIR analysis showed the activation process affects the absorption intensity in the wavelength region and resulted in the formation of C = C aromatic ribbon on activated carbon durian skin. Analysis performed using an UV-Vis spectrophotometer to determine the absorbance values and the final concentration of methylene blue solution at each variation of contact time and stirring speed. The results of the research with activators KOH 2% showed maximum adsorption capacity is at stirring speed of 150 rpm and contact time 90 minutes is equal to 3.92 mg/g, whereas the maximum surface area is at stirring speed 130 rpm and contact time 120 minutes that is equal to 1785,263 m2/g. From the results of theoretical calculations, the correlation coefficient (R2) of order two is closer to one (1) compared to the first order. The equation of first order has a value of R2 = 0.808 and equations second order has a value of R2 = 0.993, so that second order kinetics adsorption more represents to data of this study. Order two indicated that the adsorption involves chemical reactions.
Keywords: activated carbon, durian shell, adsopsi capacity, surface area, FTIR, UV-Vis Spectrophotometer
(52)
PENGARUH WAKTU KONTAK DAN KECEPATAN
PENGADUKAN TERHADAP ADSORPSI ZAT WARNA
METILEN BIRU DENGAN KARBON AKTIF DARI KULIT
DURIAN MENGGUNAKAN
KOH SEBAGAI AKTIVATOR
SKRIPSI
Oleh
110405097
RIKARDO JGST GULTOM
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
JANUARI 2017
(53)
PENGARUH WAKTU KONTAK DAN KECEPATAN
PENGADUKAN TERHADAP ADSORPSI ZAT WARNA
METILEN BIRU DENGAN KARBON AKTIF DARI KULIT
DURIAN MENGGUNAKAN
KOH SEBAGAI AKTIVATOR
SKRIPSI
Oleh
110405097
RIKARDO JGST GULTOM
SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN
PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
JANUARI2017
(54)
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul :
PENGARUH WAKTU KONTAK DAN KECEPATAN PENGADUKAN TERHADAP ADSORPSI ZAT WARNA METILEN BIRU DENGAN KARBON AKTIF DARI KULIT DURIAN MENGGUNAKAN KOH SEBAGAI
AKTIVATOR
dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini adalah hasil karya saya kecuali kutipan-kutipan yang telah saya sebutkan sumbernya. Demikian pernyataan ini diperbuat, apabila di kemudian hari terbukti bahwa ini bukan karya saya atau merupakan hasil jiplakan maka saya bersedia menerima sanksi sesuai dengan aturan yang berlaku.
Medan, Januari 2017
NIM. 110405097 Rikardo Jgst Gultom
(55)
PENGESAHAN UNTUK UJIAN SKRIPSI
Skripsi dengan judul :
PENGARUH WAKTU KONTAK DAN KECEPATAN PENGADUKAN TERHADAP ADSORPSI ZAT WARNA METILEN BIRU DENGAN KARBON AKTIF DARI KULIT DURIAN MENGGUNAKAN KOH SEBAGAI
AKTIVATOR
Dibuat sebagai kelengkapan persyaratan untuk mengikuti ujian skripsi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Mengetahui,
Koordinator Skripsi,
Medan, Januari 2017
Ir., Renita Manurung, M.T NIP. 19681214 199702 2 002
Dosen Pembimbing,
NIP. 19780610 200212 2 003 Farida Hanum, ST, MT
(56)
PENGESAHAN
Skripsi dengan judul :PENGARUH WAKTU KONTAK DAN KECEPATAN PENGADUKAN TERHADAP ADSORPSI ZAT WARNA METILEN BIRU DENGAN
KARBON AKTIF DARI KULIT DURIAN MENGGUNAKAN KOH SEBAGAI AKTIVATOR
dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini telah diujikan pada sidang ujian skripsi pada Oktober 2016 dan dinyatakan memenuhi syarat/sah sebagai skripsi pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Mengetahui,
Koordinator Skripsi,
Ir., Renita Manurung, M.T NIP. 19681214 199702 2 002
Dosen Penguji I,
Dosen Pembimbing,
Bode Haryanto, S.T, M.T, Ph.D NIP. 19710130 199903 1 001
Farida Hanum, ST, MT NIP. 19780610 200212 2 003
Dosen Penguji II,
NIP
Oktabani, ST, MT
(57)
PRAKATA
Puji syukur kami panjatkan kehadirat Allah Yang Maha Esa atas berkat dan rahmat yang telah dilimpahkan kepada kita semua, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini yang berjudul ”Pengaruh Waktu Kontak dan Kecepatan Pengadukan Terhadap Adsorpsi Zat Warna Metilen Biru dengan Karbon Aktif Dari Kulit Durian Menggunakan KOH Sebagai Aktivator” sesuai dengan waktu yang telah ditetapkan.
Hasil penelitian bermanfaat untuk mengatasi permasalahan tentang pencemaran zat warna yang sering terdapat pada badan air. Solusi yang ditawarkan juga dinilai ekonomis, karena kulit durian dapat dengan mudah didapatkan dan belum dimanfaatkan.
Dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada : 1. Dosen pembimbing penelitian ini, Ibu Farida Hanum, ST, MT.
2. Dosen penguji penelitian, Bapak Prof. Dr. Ir., M. Turmuzi, MS, BapakBode Haryanto, S.T, M.T, Ph.Ddan Bapak Oktabani, ST, MT
3. Koordinator Penelitian, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, Ibu Ir., Renita Maurung, M.T.
4. Ketua Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, Bapak Dr. Eng. Ir., Irvan, M.Si.
Penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini masih jauh dari sempurna untuk itu adanya kritik serta saran yang membangun sangat diperlukan untuk penyempurnaan skripsi ini. Akhirnya penulis berharap semoga skripsi ini ada manfaatnya bagi penulis dan para pembaca.
Medan, Januari 2017 Penulis
(58)
DEDIKASI
Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada:
1. Kedua orangtua saya yaitu Ayahku S. Gultom dan Ibuku R. Limbong yang selalu sabar dan tabah mendidik dan membimbing serta memberi dukungan moril dan material hingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini.
2. Keempat saudara saya, yaitu Jems Gultom, Nona Gultom, Julia Gultom dan Veronica Gultom, yang telah memberikan motivasi dan doa dalam menyelesaikan studi. Doa penulis selalu beserta kalian semua.
3. Bapak dan Ibu dosen Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, yang juga telah banyak memberikan banyak ilmu selama penulis kuliah.
4. Para pegawai administrasi Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
5. Partner penelitian, Maradona Simanjuntak yang telah bekerja sama di dalam penyelesaian penelitian dan skripsi ini.
6. Sahabat-sahabat penulis, yaitu teman-teman mahasiswa Teknik Kimia terutama angkatan 2011 dan adek-adek mahasiswa Teknik Kimia USU lainnya yang tidak dapat saya ucapkan satu persatu, terima kasih atas dukungan moril yang diberikan sehingga penulisan skripsi ini dapat selesai dengan baik.
(59)
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Nama: Rikardo Jgst Gultom NIM : 110405097
Tempat/Tanggal Lahir: Tarutung/21 Juli 1993 Nama Orangtua: S. Gultom dan R. Limbong
Alamat Orangtua : Jl. Raja Johannes, Perumahan Asih Permata no. A.11, Tarutung.
Asal Sekolah
• TK Swasta Santa Maria Tarutung tahun 1998-1999
• SD Swasta Santa Maria Tarutung tahun 1999-2005
• SMP Swasta Santa Maria Tarutung tahun 2005-2008
• SMANegeri2Baligetahun 2008-2011 Pengalaman Organisasi/Kerja:
1. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) periode 2011-2016, sebagai anggota
2. Kerja Praktek di PT. Perkebunan Nusantara IV pada 27Januari – 27Februari 2015
3. Koordinator Publikasi, Dekorasi dan, Dokumentasi Natal Teknik Kimia USU tahun 2014
Artikel yang dipublikasikan dalam Jurnal/Pertemuan Ilmiah:
1. Jurnal Teknik Kimia USU “Pengaruh Waktu Kontak dan Kecepatan Pengadukan Terhadap Adsorpsi Zat Warna Metilen Biru dengan Karbon Aktif Dari Kulit Durian Menggunakan KOH Sebagai Aktivator”.
(60)
ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh waktu kontak dan kecepatan pengadukan untuk mencapai nilai maksimum terhadap penyerapan zat warna metilen biru menggunakan karbon aktif dari kulit durian dengan aktivasi KOH 2%. Analisa FTIR menunjukkan proses aktivasi mempengaruhi intensitas serapan di daerah panjang gelombang dan mengakibatkan terbentuknya pita C=C aromatik pada karbon aktif kulit durian. Analisa dilakukan dengan menggunakan alat Spektrofotometer UV-Vis untuk mengetahui nilai absorbansi dan konsentrasi akhir larutan metilen biru pada tiap variasi waktu kontak dan kecepatan pengadukan. Hasil penelitian dengan aktivator KOH2% menunjukkan kapasitas adsorpsi maksimum berada pada kecepatan pengadukan 150 rpm dan waktu kontak 90 menit yaitu sebesar 3,92 mg/g, sedangkan luas permukaan maksimum adalah pada kecepatan pengadukan 130 rpm dan waktu kontak 120 menit yaitu sebesar 1785,263 m2/g. Dari hasil perhitungan teoritis, nilai koefisien korelasi (R2) orde dua lebih mendekati angka satu (1) dibandingkan dengan orde satu. Persamaan orde satu memiliki nilai R2 = 0,808 dan persamaan orde dua memiliki nilai R2 =0,993, sehingga kinetika orde dua lebih merepresentasikan data adsorpsi penelitian ini. Orde dua mengindikasikan adsorpsi melibatkan reaksi kimia.
Kata kunci: karbon aktif, kulit durian, kapasitas adsopsi, luas permukaan, FTIR, Spektrofotometer UV-Vis
(61)
ABSTRACT
This study aims to determine the effect of contact time and stirring speed to achieve the maximum value of the absorption dye methylene blue using durian shell activated carbon with KOH 2% as activator. FTIR analysis showed the activation process affects the absorption intensity in the wavelength region and resulted in the formation of C = C aromatic ribbon on activated carbon durian skin. Analysis performed using an UV-Vis spectrophotometer to determine the absorbance values and the final concentration of methylene blue solution at each variation of contact time and stirring speed. The results of the research with activators KOH 2% showed maximum adsorption capacity is at stirring speed of 150 rpm and contact time 90 minutes is equal to 3.92 mg/g, whereas the maximum surface area is at stirring speed 130 rpm and contact time 120 minutes that is equal to 1785,263 m2/g. From the results of theoretical calculations, the correlation coefficient (R2) of order two is closer to one (1) compared to the first order. The equation of first order has a value of R2 = 0.808 and equations second order has a value of R2 = 0.993, so that second order kinetics adsorption more represents to data of this study. Order two indicated that the adsorption involves chemical reactions.
Keywords: activated carbon, durian shell, adsopsi capacity, surface area, FTIR, UV-Vis Spectrophotometer
(62)
DAFTAR ISI
Halaman
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI iii
PENGESAHAN UNTUK UJIAN SKRIPSI iv
PENGESAHAN v
PRAKATA vi
DEDIKASI vii
RIWAYAT HIDUP PENULIS viii
ABSTRAK ix
ABSTRACT x
DAFTAR ISI xii
DAFTAR GAMBAR xiv
DAFTAR TABEL xvi
DAFTAR LAMPIRAN xvii
BAB I PENDAHULUAN 1
1.1 LATAR BELAKANG 1
1.2 PERUMUSAN MASALAH 3
1.3 TUJUAN PENELITIAN 3
1.4 MANFAAT PENELITIAN 3
1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 5
2.1 KULIT BUAH DURIAN (BOMBACEAE SP) 5
2.2 ADSORPSI 5
2.3 ADSORBEN 7
2.4 KARBON AKTIF 10
2.5 LIMBAH TEKSTIL 11
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 12
3.1 LOKASI DAN WAKTU PENELITIAN 12
3.2 BAHAN 12
3.3 PERALATAN 12
(63)
3.4.1 Pembuatan Adsorben Kulit Durian 13
3.5 PROSEDUR ANALISA 13
3.5.1 Penentuan Luas Permukaan Adsorben
dan Daya Serap Absorben 14
3.5.2 Penentuan Kinetika Adsorpsi 15
3.6 FLOWCHART PERCOBAAN 16
3.6.1 Flowchart Pembuatan Larutan metilen biru 30 ppm 16 3.6.2 Flowchart Pembuatan Adsorben Kulit durian 17 3.6.3 Flowchart Penentuan Luas Permukaan
dan Daya Serap Adsorben 18
3.6.4 Flowchart Prosedur Kinetika Adsorpsi 19 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 PENENTUAN GUGUS FUNGSI ADSORBEN 20
4.2 PENGARUH WAKTU KONTAK DAN KECEPATAN PENGADUKAN TERHADAP KAPASITAS ADSORPSI 22 4.3 PENGARUH WAKTU KONTAK DAN KECEPATAN
PENGADUKAN TERHADAP LUAS PERMUKAAN 24
4.4 KINETIKA ADSORPSI 27
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 31
5.1 KESIMPULAN 31
5.2 SARAN 31
(64)
DAFTAR GAMBAR
Halaman Gambar 3.1 Flowchart Pembuatan Larutan metilen biru 30 ppm 16 Gambar 3.2 Flowchart Pembuatan dan Karaterisasi Gugus Fungsi
Adsorben Kulit durian yang Diaktivasi menggunakan
aktivatorKOH 17
Gambar 3.3 Flowchart Penentuan Luas Permukaan dan Daya Serap
Adsorben 18
Gambar 3.4 Flowchart Penentuan Luas Permukaan dan Daya Serap
Adsorben 19
Gambar 4.1 HasilAnalisis FTIR padaKarbon Aktif Kulit Durian
Sebelum Aktivasi 20
Gambar 4.2 HasilAnalisis FTIR padaKarbon Aktif Kulit Durian
Setelah Aktivasi 20
Gambar 4.3 Pengaruh Waktu Kontak dan Kecepatan Pengadukan
terhadap Kapasitas Adsorpsi. 23
Gambar 4.4 Kurva Kalibrasi Larutan Metilen Biru 25 Gambar 4.5 Pengaruh Waktu Kontak dan Kecepatan Pengadukan
terhadap Luas Permukaan 23
Gambar 4.6 Persentase Adsorpsi dengan Konsentrasi Larutan 30 ppm pada Ukuran Adsorben 50-60 mesh serta Kecepatan
Pengadukan 130 rpm 28
Gambar 4.7 Pemodelan Pseudo Orde Satu pada Konsentrasi Larutam
Metilen Biru 30 ppm dan Kecepatan Pengadukan 130 rpm 29 Gambar 4.8 Pemodelan Pseudo Orde Dua pada Konsentrasi Larutam
Metilen Biru 30 ppm dan Kecepatan Pengadukan 130 rpm 30 Gambar L4.1 Sampel Kulit Durian yang telah Dikeringkan 47
Gambar L4.2 Sampel yang Diihaluskan 47
Gambar L4.3 Tempat Pengeringan sampel 47
(65)
Gambar L4.5 Karbon Aktif Hasil aktivasi menggunakan furnace dan
Desikator 48
Gambar L4.6 Proses Pengadukan Larutan Metilen Biru dengan Magnetic
Stirrer 48
Gambar L4.7 Shaker dan Sampel yang akan Dianalisa Adsorbansinya 49 Gambar L4.8 Spektrofotometer UV-Vis beserta Seperangkat Komputer 49
(66)
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Komposisi Kimia Kulit Durian 5
Tabel 2.2 Perbedaan Karakteristik dari Powdered Activated Carbon (PAC) dan Granular Activated Carbon (GAC) Pada Karbon
Aktif Komersial 11
Tabel 4.1 Pemodelan Pseudo Orde Satu Dan Pseudo Orde Dua Kinetika Adsorpsi Larutan Metilen Biru Pada Karbon aktif
Kulit Durian 29
Tabel L1.1 Hasil Analisa Kapasitas Adsorpsi 36
Tabel L1.2 Hasil Analisa Luas Permukaan 37
(67)
DAFTAR LAMPIRAN
HalamanLAMPIRAN 1 DATA HASIL PENELITIAN 36
L1.1 DATA ANALISA KAPASITAS ADSORPSI 37
L1.2 DATA ANALISA PENGUKURAN LUAS PERMUKAAN
L1.3 DATA KINETIKA ADSORPSI 37
LAMPIRAN 2 CONTOH PERHITUNGAN 38
L2.1 PERHITUNGANKAPASITAS ADSORPSI 38
L2.2 PERHITUNGAN LUAS PERMUKAAN ADSORBEN 38
LAMPIRAN 3 DATA HASIL ANALISA 41
LAMPIRAN 4 FOTO HASIL PENELITIAN 47
L4.1 FOTO PEMBUATAN KARBON AKTIF DENGAN AKTIVASI
KALIUM HIDROKSIDA (KOH) 47
L4.2 FOTO ANALISA PENENTUAN LUAS PERMUKAAN
(1)
DAFTAR ISI
Halaman
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI iii
PENGESAHAN UNTUK UJIAN SKRIPSI iv
PENGESAHAN v
PRAKATA vi
DEDIKASI vii
RIWAYAT HIDUP PENULIS viii
ABSTRAK ix
ABSTRACT x
DAFTAR ISI xii
DAFTAR GAMBAR xiv
DAFTAR TABEL xvi
DAFTAR LAMPIRAN xvii
BAB I PENDAHULUAN 1
1.1 LATAR BELAKANG 1
1.2 PERUMUSAN MASALAH 3
1.3 TUJUAN PENELITIAN 3
1.4 MANFAAT PENELITIAN 3
1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 5
2.1 KULIT BUAH DURIAN (BOMBACEAE SP) 5
2.2 ADSORPSI 5
2.3 ADSORBEN 7
2.4 KARBON AKTIF 10
2.5 LIMBAH TEKSTIL 11
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 12
3.1 LOKASI DAN WAKTU PENELITIAN 12
3.2 BAHAN 12
3.3 PERALATAN 12
3.4 PROSEDUR PERCOBAAN 13
(2)
3.4.1 Pembuatan Adsorben Kulit Durian 13
3.5 PROSEDUR ANALISA 13
3.5.1 Penentuan Luas Permukaan Adsorben
dan Daya Serap Absorben 14
3.5.2 Penentuan Kinetika Adsorpsi 15
3.6 FLOWCHART PERCOBAAN 16
3.6.1 Flowchart Pembuatan Larutan metilen biru 30 ppm 16 3.6.2 Flowchart Pembuatan Adsorben Kulit durian 17 3.6.3 Flowchart Penentuan Luas Permukaan
dan Daya Serap Adsorben 18
3.6.4 Flowchart Prosedur Kinetika Adsorpsi 19 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 PENENTUAN GUGUS FUNGSI ADSORBEN 20 4.2 PENGARUH WAKTU KONTAK DAN KECEPATAN
PENGADUKAN TERHADAP KAPASITAS ADSORPSI 22 4.3 PENGARUH WAKTU KONTAK DAN KECEPATAN
PENGADUKAN TERHADAP LUAS PERMUKAAN 24
4.4 KINETIKA ADSORPSI 27
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 31
5.1 KESIMPULAN 31
5.2 SARAN 31
(3)
DAFTAR GAMBAR
Halaman Gambar 3.1 Flowchart Pembuatan Larutan metilen biru 30 ppm 16 Gambar 3.2 Flowchart Pembuatan dan Karaterisasi Gugus Fungsi
Adsorben Kulit durian yang Diaktivasi menggunakan
aktivatorKOH 17
Gambar 3.3 Flowchart Penentuan Luas Permukaan dan Daya Serap
Adsorben 18
Gambar 3.4 Flowchart Penentuan Luas Permukaan dan Daya Serap
Adsorben 19
Gambar 4.1 HasilAnalisis FTIR padaKarbon Aktif Kulit Durian
Sebelum Aktivasi 20
Gambar 4.2 HasilAnalisis FTIR padaKarbon Aktif Kulit Durian
Setelah Aktivasi 20
Gambar 4.3 Pengaruh Waktu Kontak dan Kecepatan Pengadukan
terhadap Kapasitas Adsorpsi. 23
Gambar 4.4 Kurva Kalibrasi Larutan Metilen Biru 25 Gambar 4.5 Pengaruh Waktu Kontak dan Kecepatan Pengadukan
terhadap Luas Permukaan 23
Gambar 4.6 Persentase Adsorpsi dengan Konsentrasi Larutan 30 ppm pada Ukuran Adsorben 50-60 mesh serta Kecepatan
Pengadukan 130 rpm 28
Gambar 4.7 Pemodelan Pseudo Orde Satu pada Konsentrasi Larutam
Metilen Biru 30 ppm dan Kecepatan Pengadukan 130 rpm 29 Gambar 4.8 Pemodelan Pseudo Orde Dua pada Konsentrasi Larutam
Metilen Biru 30 ppm dan Kecepatan Pengadukan 130 rpm 30 Gambar L4.1 Sampel Kulit Durian yang telah Dikeringkan 47
Gambar L4.2 Sampel yang Diihaluskan 47
Gambar L4.3 Tempat Pengeringan sampel 47 Gambar L4.4 Aktivasi Sampel dengan Furnace 48
(4)
Gambar L4.5 Karbon Aktif Hasil aktivasi menggunakan furnace dan
Desikator 48
Gambar L4.6 Proses Pengadukan Larutan Metilen Biru dengan Magnetic
Stirrer 48
Gambar L4.7 Shaker dan Sampel yang akan Dianalisa Adsorbansinya 49 Gambar L4.8 Spektrofotometer UV-Vis beserta Seperangkat Komputer 49
(5)
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Komposisi Kimia Kulit Durian 5
Tabel 2.2 Perbedaan Karakteristik dari Powdered Activated Carbon (PAC) dan Granular Activated Carbon (GAC) Pada Karbon
Aktif Komersial 11
Tabel 4.1 Pemodelan Pseudo Orde Satu Dan Pseudo Orde Dua Kinetika Adsorpsi Larutan Metilen Biru Pada Karbon aktif
Kulit Durian 29
Tabel L1.1 Hasil Analisa Kapasitas Adsorpsi 36 Tabel L1.2 Hasil Analisa Luas Permukaan 37 Tabel L1.3 Hasil Data Kinetika Adsorpsi 37
(6)
DAFTAR LAMPIRAN
HalamanLAMPIRAN 1 DATA HASIL PENELITIAN 36
L1.1 DATA ANALISA KAPASITAS ADSORPSI 37 L1.2 DATA ANALISA PENGUKURAN LUAS PERMUKAAN
L1.3 DATA KINETIKA ADSORPSI 37
LAMPIRAN 2 CONTOH PERHITUNGAN 38
L2.1 PERHITUNGANKAPASITAS ADSORPSI 38
L2.2 PERHITUNGAN LUAS PERMUKAAN ADSORBEN 38
LAMPIRAN 3 DATA HASIL ANALISA 41
LAMPIRAN 4 FOTO HASIL PENELITIAN 47
L4.1 FOTO PEMBUATAN KARBON AKTIF DENGAN AKTIVASI
KALIUM HIDROKSIDA (KOH) 47
L4.2 FOTO ANALISA PENENTUAN LUAS PERMUKAAN