Baggase as cibacron red reactive dye adsorbent.
AMPAS TEBU SEBAGAI ADSORBEN
ZAT WARNA REAKTIF CIBACRON RED
MAIPA DIAPATI
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2009
ABSTRAK
MAIPA DIAPATI. Ampas Tebu sebagai Adsorben Zat Warna Reaktif Cibacron Red.
Dibimbing oleh BETTY MARITA SOEBRATA dan MOHAMMAD KHOTIB.
Cibacron Red merupakan salah satu jenis zat warna reaktif yang banyak digunakan
oleh industri tekstil. Akan tetapi, limbah zat warna yang dihasilkan dari proses industri
tekstil menimbulkan masalah lingkungan. Upaya pengolahan limbah telah banyak
dilakukan, salah satunya adalah memanfaatkan produk samping pertanian sebagai
adsorben. Penelitian ini memanfaatkan ampas tebu sebagai adsorben zat warna reaktif
Cibacon Red. Adsorben ampas tebu yang digunakan dibagi menjadi dua, yaitu adsorben
tanpa modifikasi dan adsorben yang dimodifikasi menggunakan asam sulfat pekat.
Sebagai pembanding, digunakan adsorben komersial, yaitu arang aktif yang berasal dari
tempurung kelapa.
Adsorpsi dilakukan dengan ragam waktu adsorpsi, bobot adsorben, dan konsentrasi
awal zat warna Cibacron Red, kemudian hasil yang diperoleh diaplikasikan pada limbah
industri tekstil. Kondisi optimum adsorpsi adsorben tanpa modifikasi diperoleh pada
waktu 45 menit, bobot 1 g, dan konsentrasi awal 150 ppm, sedangkan untuk adsorben
modifikasi asam, diperoleh kondisi optimum pada waktu 53.5 menit, bobot 2.5 g, dan
konsentrasi awal 150 ppm. Arang aktif sebagai pembanding memperoleh kondisi
optimumnya pada waktu 60 menit, bobot 3 g, dan konsentrasi awal 150 ppm. Pada
pengujian larutan tunggal Cibacron Red, kapasitas adsorpsi untuk adsorben tanpa
modifikasi, modifikasi asam, dan arang aktif berturut-turut sebesar 788.7, 5669.6, dan
3827.5 µg/g adsorben dengan efisiensi adsorpsi berturut-turut sebesar 6.2, 94.1, dan
75.6%. Aplikasi ketiga adsorben terhadap limbah industri tekstil menunjukkan efisiensi
adsorpsi berturut-turut sebesar 1.3, 97.6, dan 51.7%. Tipe isoterm yang dianut oleh ketiga
tipe adsorben adalah isoterm Freundlich.
ABSTRACT
MAIPA DIAPATI. Baggase as Cibacron Red Reactive Dye Adsorbent. Supervised by
BETTY MARITA SOEBRATA and MOHAMMAD KHOTIB.
Cibacron Red is one of reactive dye types which is widely used by textile
industry. But, reactive dye waste from textile industrial process causes many environment
problems. Lots of waste treatment efforts are conducted; one of which is to make use of
agricultural side products that are potential to be utilized as adsorbent. This research
utilizes baggase as Cibacron Red reactive dye adsorbent. Baggase was divided in two
categories, unmodified adsorbent and concentrated-sulphuric-acid-modified adsorbent.
As a comparison, activated carbon that originated from coconut shell, which is
commercially-used adsorbent, was used.
Adsorption was carried out by varying adsorption times, adsorbent weights, and
initial concentrations of Cibacron Red reactive dye; where then the results were applied to
textile industrial waste. The optimum adsorption time, adsorbent weight, and initial
concentration for unmodified adsorbent were 45 minutes, 1 g, and 150 ppm, respectively.
On the other hand, the optimum conditions for acid-modified adsorbent were 53.5
minutes, 2.5 g, and 150 ppm. The optimum conditions for activated carbon, as
comparison, were 60 minutes, 3 gram, and 150 ppm. In single solution tests of Cibacron
Red, adsorption capacity for unmodified adsorbent, acid-modified adsorbent, and
activated carbon were 788.7, 5669.6, dan 3827.5 µg/g adsorbent; with adsorption
efficiency were 6.2, 94.1, dan 75.6% correspondingly. Application of three types of
adsorbent toward textile industrial waste showed adsorption efficiency were 1.3, 97.6,
and 51.7% in that order. Isotherm type for all types of adsorbent followed Freundlich
isotherm.
AMPAS TEBU SEBAGAI ADSORBEN
ZAT WARNA REAKTIF CIBACRON RED
MAIPA DIAPATI
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains pada
Departemen Kimia
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2009
Judul Skripsi
Nama
NIM
: Ampas Tebu sebagai Adsorben Zat Warna Reaktif Cibacron Red
: Maipa Diapati
: G44204004
Menyetujui:
Pembimbing I,
Pembimbing II,
Betty Marita Soebrata, S.Si, M.Si.
NIP 131 694 523
Mohammad Khotib, S.Si.
NIP 132 324 223
Mengetahui:
Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Institut Pertanian Bogor
Dr. drh. Hasim, DEA
NIP 131 578 806
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas rahmat dan karunia-Nya
sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Judul yang dipilih dalam penelitian ini
ialah Ampas Tebu sebagai Adsorben Zat Warna Reaktif Cibacron Red, yang
dilaksanakan pada bulan Mei sampai dengan September 2008 bertempat di Laboratorium
Kimia Fisik dan Lingkungan, IPB.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Ibu Betty Marita Soebrata, S.Si, M.Si. dan
Bapak Mohammad Khotib, S.Si. selaku pembimbing atas bimbingan, dorongan semangat,
dan ilmu yang diberikan kepada penulis selama penelitian dan penyusunan karya ilmiah
ini. Terima kasih tak terhingga juga disampaikan kepada Mamah, Papah, dan keluargaku
tercinta (A ancah, teh Anggi, A Angga, Ka Sari, Mas Nono, Teh Ismi, Rara, Farah, dan
Zahwan) yang memberikan dorongan semangat, bantuan materi, kesabaran, dan kasih
sayang kepada penulis.
Terima kasih juga tak lupa penulis ucapkan kepada Ibu Tun Tedja, Ibu Suminar,
Ibu Ai, Pak Nano, Pak Mail, Pak Didi, dan Mas Heri atas segala fasilitas dan kemudahan
yang telah diberikan. Teman-temanku di Pondok Molekul (Ai, Tanti, Ade M, Ade A,
Niken, Nindy, Eka, Fitri, dan Enggar), keluarga Az Zahra, Kakak, Mba Sari, Mba Lia,
dan rekan kerjaku Susan, terimakasih atas diskusi dan kerjasamanya selama
menyelesaikan penelitian, semoga Allah senantiasa membalas kebaikan kalian semua.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Januari 2009
Maipa Diapati
vi
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Jakarta pada tanggal 11 Juli 1986 dari ayah Mochammad
Yusuf Daeng Lewa dan ibu Tati Herawati. Penulis merupakan putri keempat dari empat
bersaudara.
Tahun 2004 penulis lulus dari SMUN 1 Tambun Selatan, Bekasi dan pada tahun
yang sama lulus seleksi masuk IPB melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI).
Penulis memilih Program Studi Kimia, Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan
Ilmu Pengetahuan Alam. Tahun 2007 penulis melaksanakan praktik lapangan di PT
Coca-Cola Bottling Indonesia, Cibitung, Bekasi dengan judul Pengaruh Suhu Ekstraksi
terhadap Kadar Tanin, Derajat Brix, dan Warna pada Teh Jasmine. Tahun 2008 penulis
melaksanakan penelitian tugas akhir di Laboratorium Kimia Fisik dan Lingkungan,
Institut Pertanian Bogor.
Selama mengikuti perkuliahan, penulis aktif menjadi pengurus Ikatan Mahasiswa
Kimia sebagai staf Pengembangan Sumber Daya Manusia pada tahun 2005/2006 dan staf
Keilmuan Ikatan Mahasiswa Kimia pada tahun 2006/2007. Selain itu penulis juga pernah
menjadi asisten praktikum mata kuliah Kimia Dasar pada tahun ajaran 2006/2007,
2007/2008, dan alih tahun 2008/2009, mata kuliah Kimia Fisik pada tahun ajaran
2007/2008, mata kuliah Kimia Analitik Layanan pada tahun ajaran 2007/2008, dan mata
kuliah Pendidikan Agama Islam pada tahun ajaran 2007/2008.
vii
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL ................................................................................................................
vi
DAFTAR GAMBAR .................................................................................................
vi
DAFTAR LAMPIRAN ..............................................................................................
vii
PENDAHULUAN .....................................................................................................
1
TINJAUAN PUSTAKA
Tebu .................................................................................................................
Zat Warna Reaktif ............................................................................................
Cibacron Red ...................................................................................................
Adsorpsi............................................................................................................
Modifikasi adsorben ........................................................................................
Isoterm Adsorpsi ..............................................................................................
Isoterm Freundlich ...........................................................................................
Isoterm Langmuir .............................................................................................
Arang Aktif ......................................................................................................
1
2
2
2
3
3
3
4
4
BAHAN DAN METODE
Bahan dan Alat ................................................................................................
Metode Penelitian ............................................................................................
4
4
HASIL DAN PEMBAHASAN
Kurva Standar Zat Warna Reaktif Cibacron Red .............................................
Kondisi Optimum Adsorben Tanpa Modifikasi ...............................................
Kondisi Optimum Adsorben Modifikasi Asam ................................................
Kondisi Optimum Arang aktif ..........................................................................
Adsorpsi Larutan Tunggal Cibacron Red .........................................................
Isoterm Adsorpsi...............................................................................................
Aplikasi Limbah Industri Tekstil......................................................................
5
6
6
7
8
8
9
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan ..........................................................................................................
Saran ................................................................................................................
10
10
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................
10
LAMPIRAN ...............................................................................................................
12
viii
DAFTAR TABEL
Halaman
1 Kondisi optimum adsorben tanpa modifikasi .......................................................
6
2 Kondisi optimum adsorben modifikasi asam.........................................................
7
3 Kondisi optimum arang aktif .................................................................................
7
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1
Tanaman tebu .......................................................................................................
1
2
Struktur Cibacron Red (Aldrich 2007)..................................................................
2
3
Kurva standar Cibacron Red .................................................................................
6
4
Kapasitas adsorpsi adsorben tanpa modifikasi, modifikasi asam, dan arang aktif
pada larutan tunggal Cibacron Red ......................................................................
8
Efisiensi adsorpsi adsorben tanpa modifikasi, modifikasi asam, dan arang aktif
pada larutan tunggal Cibacron Red.......................................................................
8
6
Isoterm Langmuir adsorpsi Cibacron Red oleh adsorben tanpa modifikasi .........
8
7
Isoterm Freundlich adsorpsi Cibacron Red oleh adsorben tanpa modifikasi........
8
8
Isoterm Langmuir adsorpsi Cibacron Red oleh adsorben modifikasi asam..........
9
9
Isoterm Freundlich adsorpsi Cibacron Red oleh adsorben modifikasi asam ........
9
10 Isoterm Langmuir adsorpsi Cibacron Red oleh arang aktif ..................................
9
11 Isoterm Freundlich adsorpsi Cibacron Red oleh arang aktif.................................
9
12 Intensitas warna limbah industri tekstil setelah adsorpsi menggunakan
adsorben tanpa modifikasi, modifikasi asam, dan arang aktif ..............................
10
13 Efisiensi adsorpsi adsorben tanpa modifikasi, modifikasi asam, dan arang aktif
pada limbah industri tekstil .................................................................................
10
5
ix
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1 Diagram alir penelitian ..........................................................................................
13
2 Penentuan panjang gelombang maksimum larutan Cibacron Red .........................
14
3 Konsentrasi dan absorbans larutan Cibacron Red pada pembuatan kurva standar
Cibacron Red ( maksimum = 517 nm) .................................................................
14
4 Kapasitas adsorpsi dan efisiensi adsorpsi pada penentuan kondisi optimum
adsorben tanpa modifikasi ......................................................................................
15
5 Penggabungan respon kapasitas adsorpsi dan efisiensi adsorpsi pada penentuan
kondisi optimum adsorben tanpa modifikasi .........................................................
16
6 Kapasitas adsorpsi dan efisiensi adsorpsi pada penentuan kondisi optimum
adsorben modifikasi asam.......................................................................................
17
7 Penggabungan respon kapasitas adsorpsi dan efisiensi adsorpsi pada penentuan
kondisi optimum adsorben modifikasi asam...........................................................
18
8 Kapasitas adsorpsi dan efisiensi adsorpsi pada penentuan kondisi optimum
Arang aktif komersial ............................................................................................
19
9 Penggabungan respon kapasitas adsorpsi dan efisiensi adsorpsi pada penentuan
kondisi optimum arang aktif komersial ..................................................................
20
10 Data Isoterm Langmuir dan Freundich untuk adsorpsi Cibacron Red oleh
adsorben tanpa modifikasi .....................................................................................
21
11 Data Isoterm Langmuir dan Freundich untuk adsorpsi Cibacron Red oleh
adsorben modifikasi asam......................................................................................
21
12 Data Isoterm Langmuir dan Freundich untuk adsorpsi Cibacron Red oleh
Arang aktif .............................................................................................................
22
13 Aplikasi Limbah Industri tekstil ...........................................................................
22
PENDAHULUAN
Limbah merupakan masalah utama dalam
pengendalian dampak lingkungan industri. Zat
warna merupakan salah satu jenis polutan
yang terdapat dalam hampir semua limbah
yang berasal dari industri, terutama industri
tekstil dan makanan. Limbah yang mengandung zat warna menimbulkan berbagai
masalah ketika dibuang ke lingkungan, antara
lain mengganggu ekosistem perairan, memperlambat aktivitas fotosintesis, dan menghambat pertumbuhan biota perairan dengan
menghalangi masuknya sinar matahari ke
dalam air.
Beberapa cara pengolahan limbah industri
telah banyak dilakukan, antara lain secara
kimia menggunakan koagulan, secara fisika
dengan adsorpsi menggunakan arang aktif,
dan secara biologi menggunakan mikroba
(Forlink 2000). Namun, metode tersebut
memiliki beberapa kekurangan. Pengolahan
limbah secara kimia menggunakan koagulan
akan menghasilkan lumpur dalam jumlah
yang relatif besar, sehingga membutuhkan
pengolahan lebih lanjut terhadap lumpur yang
terbentuk. Penggunaan arang aktif dalam
pengolahan limbah meskipun sangat efektif,
tetapi memerlukan biaya yang cukup tinggi
karena harganya relatif mahal, terutama jika
digunakan dalam skala besar atau konsentrasi
limbah yang tinggi (Manurung et al. 2004).
Penggunaan adsorben merupakan metode
alternatif dalam pengolahan limbah. Metode
ini efektif dan murah karena dapat memanfaatkan produk samping atau limbah pertanian. Beberapa produk samping pertanian
yang berpotensi sebagai adsorben, yaitu
tongkol jagung, gabah padi, gabah kedelai,
biji kapas, jerami, ampas tebu, serta kulit
kacang tanah (Marshall & Mitchell 1996).
Salah satu limbah pertanian yang cukup
banyak adalah ampas tebu. Ampas tebu yang
dihasilkan dari pabrik gula selama proses
produksi, yaitu sebesar 90%, sedangkan gula
yang dimanfaatkan hanya 5%, dan sisanya
berupa tetes tebu dan air (Witono 2003). Di
Indonesia, perkebunan tebu menempati luas
areal 232 ribu hektar, yang tersebar di Medan,
Lampung, Semarang, Solo, dan Makasar,
sedangkan menurut Badan Pusat Statistik
Provinsi Jawa Barat 2006, perkebunan tebu
menempati luas areal 12024.31 hektar, dengan
produksi tebu mencapai 64169.06 ton.
Penggunaan ampas tebu sebagai adsorben
diharapkan dapat menjadi nilai tambah serta
meningkatkan daya dukungnya terhadap
lingkungan dalam penanganan limbah zat
warna maupun logam berat. Beberapa penelitian menunjukkan bahwa ampas tebu berpotensi sebagai adsorben. Raghuvanshi et al.
(2004) memperlihatkan bahwa ampas tebu
dapat mengadsorpsi zat warna biru metilena
dengan efisiensi adsorpsi mencapai 90%. Hal
ini diperkuat oleh Azhar et al. (2005) yang
menunjukkan bahwa modifikasi ampas tebu
menggunakan asam sulfat dapat meningkatkan efisiensi adsorpsi ampas tebu terhadap
zat warna merah metil hingga mencapai
96.5%.
Penelitian ini bertujuan memanfaatkan
ampas tebu sebagai adsorben zat warna reaktif
Cibacron Red, menentukan kondisi optimum
adsorpsi yang meliputi waktu adsorpsi, bobot
adsorben, dan konsentrasi awal zat warna
Cibacron Red, serta menentukan isoterm adsorpsi dari adsorben ampas tebu dan aplikasinya terhadap limbah industri tekstil.
TINJAUAN PUSTAKA
Tebu
Tebu merupakan keluarga rumputrumputan yang berkembang biak di daerah
beriklim udara sedang sampai panas. Tebu
hidup pada daerah yang mempunyai ketinggian tanah 1 sampai 1300 meter di atas
permukaan laut. Di Indonesia terdapat beberapa jenis tebu yang memiliki ukuran batang
serta warna yang berlainan. Tebu termasuk
tumbuhan berbiji tunggal. Tinggi tumbuhan
tebu berkisar 2-4 meter. Batang pohon tebu
terdiri dari banyak ruas yang setiap ruasnya
dibatasi oleh buku-buku sebagai tempat
duduknya daun. Bentuk daun tebu berwujud
belaian dengan pelepah (Gambar 1). Panjang
daun dapat mencapai panjang 1-2 meter dan
lebar 4-8 centimeter dengan permukaan kasar
dan berbulu. Bunga tebu berupa bunga
majemuk sedang akarnya berbentuk serabut
(Wardiyono 2008).
Gambar 1 Tanaman tebu.
Produk utama dari tebu adalah sukrosa.
Akan tetapi, kandungan sukrosa pada tebu
AMPAS TEBU SEBAGAI ADSORBEN
ZAT WARNA REAKTIF CIBACRON RED
MAIPA DIAPATI
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2009
ABSTRAK
MAIPA DIAPATI. Ampas Tebu sebagai Adsorben Zat Warna Reaktif Cibacron Red.
Dibimbing oleh BETTY MARITA SOEBRATA dan MOHAMMAD KHOTIB.
Cibacron Red merupakan salah satu jenis zat warna reaktif yang banyak digunakan
oleh industri tekstil. Akan tetapi, limbah zat warna yang dihasilkan dari proses industri
tekstil menimbulkan masalah lingkungan. Upaya pengolahan limbah telah banyak
dilakukan, salah satunya adalah memanfaatkan produk samping pertanian sebagai
adsorben. Penelitian ini memanfaatkan ampas tebu sebagai adsorben zat warna reaktif
Cibacon Red. Adsorben ampas tebu yang digunakan dibagi menjadi dua, yaitu adsorben
tanpa modifikasi dan adsorben yang dimodifikasi menggunakan asam sulfat pekat.
Sebagai pembanding, digunakan adsorben komersial, yaitu arang aktif yang berasal dari
tempurung kelapa.
Adsorpsi dilakukan dengan ragam waktu adsorpsi, bobot adsorben, dan konsentrasi
awal zat warna Cibacron Red, kemudian hasil yang diperoleh diaplikasikan pada limbah
industri tekstil. Kondisi optimum adsorpsi adsorben tanpa modifikasi diperoleh pada
waktu 45 menit, bobot 1 g, dan konsentrasi awal 150 ppm, sedangkan untuk adsorben
modifikasi asam, diperoleh kondisi optimum pada waktu 53.5 menit, bobot 2.5 g, dan
konsentrasi awal 150 ppm. Arang aktif sebagai pembanding memperoleh kondisi
optimumnya pada waktu 60 menit, bobot 3 g, dan konsentrasi awal 150 ppm. Pada
pengujian larutan tunggal Cibacron Red, kapasitas adsorpsi untuk adsorben tanpa
modifikasi, modifikasi asam, dan arang aktif berturut-turut sebesar 788.7, 5669.6, dan
3827.5 µg/g adsorben dengan efisiensi adsorpsi berturut-turut sebesar 6.2, 94.1, dan
75.6%. Aplikasi ketiga adsorben terhadap limbah industri tekstil menunjukkan efisiensi
adsorpsi berturut-turut sebesar 1.3, 97.6, dan 51.7%. Tipe isoterm yang dianut oleh ketiga
tipe adsorben adalah isoterm Freundlich.
ABSTRACT
MAIPA DIAPATI. Baggase as Cibacron Red Reactive Dye Adsorbent. Supervised by
BETTY MARITA SOEBRATA and MOHAMMAD KHOTIB.
Cibacron Red is one of reactive dye types which is widely used by textile
industry. But, reactive dye waste from textile industrial process causes many environment
problems. Lots of waste treatment efforts are conducted; one of which is to make use of
agricultural side products that are potential to be utilized as adsorbent. This research
utilizes baggase as Cibacron Red reactive dye adsorbent. Baggase was divided in two
categories, unmodified adsorbent and concentrated-sulphuric-acid-modified adsorbent.
As a comparison, activated carbon that originated from coconut shell, which is
commercially-used adsorbent, was used.
Adsorption was carried out by varying adsorption times, adsorbent weights, and
initial concentrations of Cibacron Red reactive dye; where then the results were applied to
textile industrial waste. The optimum adsorption time, adsorbent weight, and initial
concentration for unmodified adsorbent were 45 minutes, 1 g, and 150 ppm, respectively.
On the other hand, the optimum conditions for acid-modified adsorbent were 53.5
minutes, 2.5 g, and 150 ppm. The optimum conditions for activated carbon, as
comparison, were 60 minutes, 3 gram, and 150 ppm. In single solution tests of Cibacron
Red, adsorption capacity for unmodified adsorbent, acid-modified adsorbent, and
activated carbon were 788.7, 5669.6, dan 3827.5 µg/g adsorbent; with adsorption
efficiency were 6.2, 94.1, dan 75.6% correspondingly. Application of three types of
adsorbent toward textile industrial waste showed adsorption efficiency were 1.3, 97.6,
and 51.7% in that order. Isotherm type for all types of adsorbent followed Freundlich
isotherm.
AMPAS TEBU SEBAGAI ADSORBEN
ZAT WARNA REAKTIF CIBACRON RED
MAIPA DIAPATI
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains pada
Departemen Kimia
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2009
Judul Skripsi
Nama
NIM
: Ampas Tebu sebagai Adsorben Zat Warna Reaktif Cibacron Red
: Maipa Diapati
: G44204004
Menyetujui:
Pembimbing I,
Pembimbing II,
Betty Marita Soebrata, S.Si, M.Si.
NIP 131 694 523
Mohammad Khotib, S.Si.
NIP 132 324 223
Mengetahui:
Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Institut Pertanian Bogor
Dr. drh. Hasim, DEA
NIP 131 578 806
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas rahmat dan karunia-Nya
sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Judul yang dipilih dalam penelitian ini
ialah Ampas Tebu sebagai Adsorben Zat Warna Reaktif Cibacron Red, yang
dilaksanakan pada bulan Mei sampai dengan September 2008 bertempat di Laboratorium
Kimia Fisik dan Lingkungan, IPB.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Ibu Betty Marita Soebrata, S.Si, M.Si. dan
Bapak Mohammad Khotib, S.Si. selaku pembimbing atas bimbingan, dorongan semangat,
dan ilmu yang diberikan kepada penulis selama penelitian dan penyusunan karya ilmiah
ini. Terima kasih tak terhingga juga disampaikan kepada Mamah, Papah, dan keluargaku
tercinta (A ancah, teh Anggi, A Angga, Ka Sari, Mas Nono, Teh Ismi, Rara, Farah, dan
Zahwan) yang memberikan dorongan semangat, bantuan materi, kesabaran, dan kasih
sayang kepada penulis.
Terima kasih juga tak lupa penulis ucapkan kepada Ibu Tun Tedja, Ibu Suminar,
Ibu Ai, Pak Nano, Pak Mail, Pak Didi, dan Mas Heri atas segala fasilitas dan kemudahan
yang telah diberikan. Teman-temanku di Pondok Molekul (Ai, Tanti, Ade M, Ade A,
Niken, Nindy, Eka, Fitri, dan Enggar), keluarga Az Zahra, Kakak, Mba Sari, Mba Lia,
dan rekan kerjaku Susan, terimakasih atas diskusi dan kerjasamanya selama
menyelesaikan penelitian, semoga Allah senantiasa membalas kebaikan kalian semua.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Januari 2009
Maipa Diapati
vi
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Jakarta pada tanggal 11 Juli 1986 dari ayah Mochammad
Yusuf Daeng Lewa dan ibu Tati Herawati. Penulis merupakan putri keempat dari empat
bersaudara.
Tahun 2004 penulis lulus dari SMUN 1 Tambun Selatan, Bekasi dan pada tahun
yang sama lulus seleksi masuk IPB melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI).
Penulis memilih Program Studi Kimia, Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan
Ilmu Pengetahuan Alam. Tahun 2007 penulis melaksanakan praktik lapangan di PT
Coca-Cola Bottling Indonesia, Cibitung, Bekasi dengan judul Pengaruh Suhu Ekstraksi
terhadap Kadar Tanin, Derajat Brix, dan Warna pada Teh Jasmine. Tahun 2008 penulis
melaksanakan penelitian tugas akhir di Laboratorium Kimia Fisik dan Lingkungan,
Institut Pertanian Bogor.
Selama mengikuti perkuliahan, penulis aktif menjadi pengurus Ikatan Mahasiswa
Kimia sebagai staf Pengembangan Sumber Daya Manusia pada tahun 2005/2006 dan staf
Keilmuan Ikatan Mahasiswa Kimia pada tahun 2006/2007. Selain itu penulis juga pernah
menjadi asisten praktikum mata kuliah Kimia Dasar pada tahun ajaran 2006/2007,
2007/2008, dan alih tahun 2008/2009, mata kuliah Kimia Fisik pada tahun ajaran
2007/2008, mata kuliah Kimia Analitik Layanan pada tahun ajaran 2007/2008, dan mata
kuliah Pendidikan Agama Islam pada tahun ajaran 2007/2008.
vii
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL ................................................................................................................
vi
DAFTAR GAMBAR .................................................................................................
vi
DAFTAR LAMPIRAN ..............................................................................................
vii
PENDAHULUAN .....................................................................................................
1
TINJAUAN PUSTAKA
Tebu .................................................................................................................
Zat Warna Reaktif ............................................................................................
Cibacron Red ...................................................................................................
Adsorpsi............................................................................................................
Modifikasi adsorben ........................................................................................
Isoterm Adsorpsi ..............................................................................................
Isoterm Freundlich ...........................................................................................
Isoterm Langmuir .............................................................................................
Arang Aktif ......................................................................................................
1
2
2
2
3
3
3
4
4
BAHAN DAN METODE
Bahan dan Alat ................................................................................................
Metode Penelitian ............................................................................................
4
4
HASIL DAN PEMBAHASAN
Kurva Standar Zat Warna Reaktif Cibacron Red .............................................
Kondisi Optimum Adsorben Tanpa Modifikasi ...............................................
Kondisi Optimum Adsorben Modifikasi Asam ................................................
Kondisi Optimum Arang aktif ..........................................................................
Adsorpsi Larutan Tunggal Cibacron Red .........................................................
Isoterm Adsorpsi...............................................................................................
Aplikasi Limbah Industri Tekstil......................................................................
5
6
6
7
8
8
9
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan ..........................................................................................................
Saran ................................................................................................................
10
10
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................
10
LAMPIRAN ...............................................................................................................
12
viii
DAFTAR TABEL
Halaman
1 Kondisi optimum adsorben tanpa modifikasi .......................................................
6
2 Kondisi optimum adsorben modifikasi asam.........................................................
7
3 Kondisi optimum arang aktif .................................................................................
7
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1
Tanaman tebu .......................................................................................................
1
2
Struktur Cibacron Red (Aldrich 2007)..................................................................
2
3
Kurva standar Cibacron Red .................................................................................
6
4
Kapasitas adsorpsi adsorben tanpa modifikasi, modifikasi asam, dan arang aktif
pada larutan tunggal Cibacron Red ......................................................................
8
Efisiensi adsorpsi adsorben tanpa modifikasi, modifikasi asam, dan arang aktif
pada larutan tunggal Cibacron Red.......................................................................
8
6
Isoterm Langmuir adsorpsi Cibacron Red oleh adsorben tanpa modifikasi .........
8
7
Isoterm Freundlich adsorpsi Cibacron Red oleh adsorben tanpa modifikasi........
8
8
Isoterm Langmuir adsorpsi Cibacron Red oleh adsorben modifikasi asam..........
9
9
Isoterm Freundlich adsorpsi Cibacron Red oleh adsorben modifikasi asam ........
9
10 Isoterm Langmuir adsorpsi Cibacron Red oleh arang aktif ..................................
9
11 Isoterm Freundlich adsorpsi Cibacron Red oleh arang aktif.................................
9
12 Intensitas warna limbah industri tekstil setelah adsorpsi menggunakan
adsorben tanpa modifikasi, modifikasi asam, dan arang aktif ..............................
10
13 Efisiensi adsorpsi adsorben tanpa modifikasi, modifikasi asam, dan arang aktif
pada limbah industri tekstil .................................................................................
10
5
ix
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1 Diagram alir penelitian ..........................................................................................
13
2 Penentuan panjang gelombang maksimum larutan Cibacron Red .........................
14
3 Konsentrasi dan absorbans larutan Cibacron Red pada pembuatan kurva standar
Cibacron Red ( maksimum = 517 nm) .................................................................
14
4 Kapasitas adsorpsi dan efisiensi adsorpsi pada penentuan kondisi optimum
adsorben tanpa modifikasi ......................................................................................
15
5 Penggabungan respon kapasitas adsorpsi dan efisiensi adsorpsi pada penentuan
kondisi optimum adsorben tanpa modifikasi .........................................................
16
6 Kapasitas adsorpsi dan efisiensi adsorpsi pada penentuan kondisi optimum
adsorben modifikasi asam.......................................................................................
17
7 Penggabungan respon kapasitas adsorpsi dan efisiensi adsorpsi pada penentuan
kondisi optimum adsorben modifikasi asam...........................................................
18
8 Kapasitas adsorpsi dan efisiensi adsorpsi pada penentuan kondisi optimum
Arang aktif komersial ............................................................................................
19
9 Penggabungan respon kapasitas adsorpsi dan efisiensi adsorpsi pada penentuan
kondisi optimum arang aktif komersial ..................................................................
20
10 Data Isoterm Langmuir dan Freundich untuk adsorpsi Cibacron Red oleh
adsorben tanpa modifikasi .....................................................................................
21
11 Data Isoterm Langmuir dan Freundich untuk adsorpsi Cibacron Red oleh
adsorben modifikasi asam......................................................................................
21
12 Data Isoterm Langmuir dan Freundich untuk adsorpsi Cibacron Red oleh
Arang aktif .............................................................................................................
22
13 Aplikasi Limbah Industri tekstil ...........................................................................
22
PENDAHULUAN
Limbah merupakan masalah utama dalam
pengendalian dampak lingkungan industri. Zat
warna merupakan salah satu jenis polutan
yang terdapat dalam hampir semua limbah
yang berasal dari industri, terutama industri
tekstil dan makanan. Limbah yang mengandung zat warna menimbulkan berbagai
masalah ketika dibuang ke lingkungan, antara
lain mengganggu ekosistem perairan, memperlambat aktivitas fotosintesis, dan menghambat pertumbuhan biota perairan dengan
menghalangi masuknya sinar matahari ke
dalam air.
Beberapa cara pengolahan limbah industri
telah banyak dilakukan, antara lain secara
kimia menggunakan koagulan, secara fisika
dengan adsorpsi menggunakan arang aktif,
dan secara biologi menggunakan mikroba
(Forlink 2000). Namun, metode tersebut
memiliki beberapa kekurangan. Pengolahan
limbah secara kimia menggunakan koagulan
akan menghasilkan lumpur dalam jumlah
yang relatif besar, sehingga membutuhkan
pengolahan lebih lanjut terhadap lumpur yang
terbentuk. Penggunaan arang aktif dalam
pengolahan limbah meskipun sangat efektif,
tetapi memerlukan biaya yang cukup tinggi
karena harganya relatif mahal, terutama jika
digunakan dalam skala besar atau konsentrasi
limbah yang tinggi (Manurung et al. 2004).
Penggunaan adsorben merupakan metode
alternatif dalam pengolahan limbah. Metode
ini efektif dan murah karena dapat memanfaatkan produk samping atau limbah pertanian. Beberapa produk samping pertanian
yang berpotensi sebagai adsorben, yaitu
tongkol jagung, gabah padi, gabah kedelai,
biji kapas, jerami, ampas tebu, serta kulit
kacang tanah (Marshall & Mitchell 1996).
Salah satu limbah pertanian yang cukup
banyak adalah ampas tebu. Ampas tebu yang
dihasilkan dari pabrik gula selama proses
produksi, yaitu sebesar 90%, sedangkan gula
yang dimanfaatkan hanya 5%, dan sisanya
berupa tetes tebu dan air (Witono 2003). Di
Indonesia, perkebunan tebu menempati luas
areal 232 ribu hektar, yang tersebar di Medan,
Lampung, Semarang, Solo, dan Makasar,
sedangkan menurut Badan Pusat Statistik
Provinsi Jawa Barat 2006, perkebunan tebu
menempati luas areal 12024.31 hektar, dengan
produksi tebu mencapai 64169.06 ton.
Penggunaan ampas tebu sebagai adsorben
diharapkan dapat menjadi nilai tambah serta
meningkatkan daya dukungnya terhadap
lingkungan dalam penanganan limbah zat
warna maupun logam berat. Beberapa penelitian menunjukkan bahwa ampas tebu berpotensi sebagai adsorben. Raghuvanshi et al.
(2004) memperlihatkan bahwa ampas tebu
dapat mengadsorpsi zat warna biru metilena
dengan efisiensi adsorpsi mencapai 90%. Hal
ini diperkuat oleh Azhar et al. (2005) yang
menunjukkan bahwa modifikasi ampas tebu
menggunakan asam sulfat dapat meningkatkan efisiensi adsorpsi ampas tebu terhadap
zat warna merah metil hingga mencapai
96.5%.
Penelitian ini bertujuan memanfaatkan
ampas tebu sebagai adsorben zat warna reaktif
Cibacron Red, menentukan kondisi optimum
adsorpsi yang meliputi waktu adsorpsi, bobot
adsorben, dan konsentrasi awal zat warna
Cibacron Red, serta menentukan isoterm adsorpsi dari adsorben ampas tebu dan aplikasinya terhadap limbah industri tekstil.
TINJAUAN PUSTAKA
Tebu
Tebu merupakan keluarga rumputrumputan yang berkembang biak di daerah
beriklim udara sedang sampai panas. Tebu
hidup pada daerah yang mempunyai ketinggian tanah 1 sampai 1300 meter di atas
permukaan laut. Di Indonesia terdapat beberapa jenis tebu yang memiliki ukuran batang
serta warna yang berlainan. Tebu termasuk
tumbuhan berbiji tunggal. Tinggi tumbuhan
tebu berkisar 2-4 meter. Batang pohon tebu
terdiri dari banyak ruas yang setiap ruasnya
dibatasi oleh buku-buku sebagai tempat
duduknya daun. Bentuk daun tebu berwujud
belaian dengan pelepah (Gambar 1). Panjang
daun dapat mencapai panjang 1-2 meter dan
lebar 4-8 centimeter dengan permukaan kasar
dan berbulu. Bunga tebu berupa bunga
majemuk sedang akarnya berbentuk serabut
(Wardiyono 2008).
Gambar 1 Tanaman tebu.
Produk utama dari tebu adalah sukrosa.
Akan tetapi, kandungan sukrosa pada tebu
2
hanya sekitar 5-10%, sedangkan sisanya
adalah ampas tebu sekitar 90%, tetes tebu dan
air. Ampas tebu yang digunakan sebagai adsorben mengandung serat yang terdiri atas
lignin 19.7%, pentosan 27.5%, dan selulosa
50-60% (Syukur 2006).
Ampas tebu umumnya digunakan sebagai
bahan bakar untuk menghasilkan energi yang
diperlukan pada pembuatan gula. Selain itu,
ampas tebu dapat juga digunakan sebagai
pakan ternak, bahan baku serat, papan, plastik,
dan kertas (Witono 2003). Kaur et al. (2008)
mengemukakan bahwa ampas tebu juga dapat
dimanfaatkan sebagai adsorben logam berat
seperti seng, kadmium, tembaga, dan timbal
dengan efisiensi adsorpsi berturut-turut
sebesar 90, 70, 55, dan 80%.
Zat Warna Reaktif
Molekul zat warna merupakan gabungan
dari zat organik tidak jenuh dengan kromofor
sebagai pembawa warna dan auksokrom sebagai pengikat warna dengan serat. Zat organik tidak jenuh yang dijumpai dalam pembentukan zat warna adalah senyawa aromatik,
antara lain senyawa hidrokarbon aromatik dan
turunannya, fenol, serta senyawa-senyawa
hidrokarbon yang mengandung nitrogen
(Manurung et al. 2004).
Zat warna reaktif dapat digolongkan
berdasarkan gugus fungsi yang terdapat di
dalamnya, antara lain monoklorotriazin,
monofluoroklorotriazin,
diklorotriazin,
difluorokloropirimidina,
trikloropirimidina,
vinil sulfona, dan vinil amida. Zat warna yang
hanya mengandung salah satu gugus tersebut
disebut zat warna monofungional, sedangkan
yang mengandung dua gugus fungsi disebut
zat warna bifungsional (Jagson 2008).
Zat warna reaktif merupakan jenis zat
warna yang banyak digunakan dalam industri
tekstil, terutama dalam proses pencelupan. Zat
warna ini paling banyak digunakan untuk
mewarnai serat kapas atau serat selulosa
karena kualitas celupannya yang baik dan
penggunaanya mudah. Selain itu, zat warna
reaktif juga dapat digunakan untuk mencelup
serat protein (wol dan sutera) serta nilon
(Jagson 2008).
Zat warna reaktif merupakan pewarna
paling permanen dari semua tipe zat warna.
Berbeda dengan zat warna lain, zat warna
reaktif membentuk ikatan kovalen yang kuat
dengan selulosa. Ketika ikatan kovalen terbentuk, molekul zat warna akan menjadi
bagian dari molekul serat selulosa. Zat warna
reaktif menghasilkan warna yang cemerlang
pada serat kain, aman dicuci dan tidak mudah
luntur. Hal ini menyebabkan zat warna reaktif
paling banyak digunakan dalam proses pencelupan dalam industri tekstil (Jagson 2008).
Zat warna yang bertujuan untuk memperindah bahan tekstil ternyata membawa
dampak bagi kelestarian lingkungan. Zat
warna tekstil merupakan senyawa organik
yang keberadaannya dalam perairan dapat
mengganggu ekosistem di dalamnya. Sebelum
dibuang ke perairan, limbah ini akan diproses
terlebih dahulu sampai konsentrasinya cukup
aman dibuang ke perairan. Sebagai contoh,
sebuah pabrik tekstil menurunkan kadar zat
warna reaktif dalam limbahnya dari 225 ppm
menjadi 0.17 ppm setelah melalui proses
koagulasi (Forlink 2000).
Cibacron Red
Cibacron Red merupakan salah satu jenis
zat warna reaktif yang digunakan dalam
industri tekstil. Zat warna ini memiliki sifat
tidak berbau, berwujud padat pada suhu
kamar, yaitu berupa serbuk berwarna merah
kehitaman yang berwarna merah ketika
dilarutkan dalam air, memiliki pH 6-7, dan
kelarutan dalam air 1000 g/l (Ciba 2002).
Cibacron Red dengan rumus molekul
C32H19ClN8Na4O14S4 termasuk zat warna
bifungsional yang mengandung dua gugus
reaktif, yaitu monoklorotriazin dan vinil
sulfona. Struktur Cibacron Red ditunjukkan
pada Gambar 2.
Gambar 2
Struktur Cibacron Red (Aldrich
2007).
Adsorpsi
Adsorpsi merupakan peristiwa terakumulasinya partikel pada suatu permukaan
(Atkins 1999). Partikel yang terakumulasi dan
diserap oleh permukaan disebut adsorbat,
sedangkan material tempat terjadinya adsorpsi
disebut adsorben. Selama proses adsorpsi,
terjadi tarik menarik antara molekul adsorbat
dan sisi aktif permukaan adsorben. Jika gaya
tarik-menarik ini lebih kuat daripada gaya
tarik antar molekul adsorbat, maka terjadi
perpindahan massa adsorbat dari fase gerak
3
(fluida pembawa asorbat) ke permukaan
adsorben (Bird 1993).
Berdasarkan jenis gaya tariknya, dikenal
adsorpsi fisik (fisisorpsi) yang melibatkan
gaya van der Waals dan adsorpsi kimia
(kemisorpsi) yang melibatkan reaksi kimia.
Adsorpsi fisik memiliki ΔH adsorpsi jauh
lebih kecil daripada adsorpsi kimia. Adsorpsi
fisik akan terus berlangsung sampai terbentuk
multilapisan pada tekanan tinggi, tetapi pada
tekanan rendah dan suhu tinggi dapat berbalik
menjadi desorpsi. Sebaliknya, adsorpsi kimia
hanya membentuk lapisan tunggal dan
prosesnya semakin cepat pada suhu tinggi
(Bird 1993).
Proses adsorpsi dapat berlangsung melalui
tiga tahapan, yaitu makrotranspor, mikrotranspor, dan sorpsi. Makrotranspor meliputi
perpindahan adsorbat melalui air menuju
interfase cair-padat dengan proses pemanasan
dan difusi. Mikrotranspor meliputi difusi adsorbat melalui sistem makropori dan submikropori. Sorpsi adalah istilah untuk menjelaskan kontak adsorbat terhadap adsorben
(Tchobanoglous & Franklin 1991).
Faktor-faktor yang mempengaruhi proses
adsorpsi antara lain sifat fisik dan kimia
adsorben (luas permukaan, ukuran partikel,
dan komposisi kimia), sifat fisik dan kimia
adsorbat (ukuran molekul dan komposisi
kimia), serta konsentrasi adsorbat dalam fase
cairan. Ukuran pori dan luas permukaan
adsorben merupakan hal yang sangat penting
dalam adsorpsi. Semakin kecil ukuran
partikel, semakin besar luas permukaan
padatan per satuan volume, sehingga semakin
banyak zat yang dapat diadsorpsi (Atkins
1999).
pada selulosa sehingga dapat berikatan secara
kovalen dengan zat warna.
Modifikasi Adsorben
Apabila dilogaritmakan, persamaan akan
menjadi:
x
1
Log
= Log k + Log C
m
n
x
Dengan
( g/g) adalah jumlah adsorbat
m
yang teradsorpsi per satuan bobot adsorben, C
(ppm) adalah konsentrasi keseimbangan adsorbat dalam larutan setelah adsorpsi, sedangkan k dan n adalah tetapan empiris yang
menunjukkan ikatan antara adsorbat dengan
adsorben.
Isoterm Freundlich menganggap bahwa
pada semua sisi permukaan adsorben akan
terjadi proses adsorpsi di bawah kondisi yang
diberikan. Isoterm Freundlich tidak mampu
memperkirakan adanya sisi-sisi pada permukaan yang mampu mencegah adsorpsi pada
Modifikasi adsorben bertujuan meningkatkan kapasitas dan efisiensi adsorpsi dari
adsorben. Modifikasi dapat dilakukan dengan
memberi perlakuan kimia seperti direaksikan
dengan asam dan basa atau perlakuan fisika
seperti pemanasan dan pencucian (Marshall &
Mitchell 1996).
Menurut Gufta (1998), modifikasi adsorben dengan asam paling umum dilakukan
dan terbukti sangat efektif dalam meningkatkan kapasitas dan efisiensi adsorpsi dari
adsorben. Asam yang sering digunakan untuk
memodifikasi adsorben antara lain asam
sulfat, asam nitrat, asam klorida, asam sitrat,
dan asam fosfat. Asam yang digunakan pada
penelitian ini adalah asam sulfat, yang diharapkan dapat mengaktifkan gugus hidroksi
Isoterm Adsorpsi
Pemodelan adsorpsi umumnya menggunakan isoterm yang merupakan fungsi
konsentrasi zat terlarut yang teradsorpsi persatuan bobot adsorben terhadap konsentrasi
larutan. Isoterm adsorpsi menunjukkan hubungan kesetimbangan antara konsentrasi
adsorbat dalam fluida dan dalam permukaan
adsorben pada suhu tetap. Kesetimbangan
terjadi pada saat laju pengikatan adsorben
terhadap adsorbat sama dengan laju pelepasannya.
Isoterm adsorpsi dapat digunakan untuk
mempelajari mekanisme adsopsi suatu zat.
Ada beberapa tipe isoterm adsorpsi yang
dikembangkan untuk mendeskripsikan interaksi antara adsorben dan adsorbat. Tipe yang
umum digunakan untuk menggambarkan
fenomena adsorpsi padat-cair adalah tipe
isoterm Freundlich dan Langmuir (Amenante
& Njit 2008).
Isoterm Freundlich
Isoterm Freundlich merupakan isoterm
yang paling umum digunakan dan dapat
mencirikan proses adsorpsi dengan lebih baik
(Jason 2004). Isoterm Freundlich menggambarkan hubungan antara sejumlah komponen yang teradsorpsi per unit adsorben dan
konsentrasi komponen tersebut pada kesetimbangan. Freundlich memformulasikan
persamaan isotermnya sebagai berikut:
x
1/ n
= kC
m
4
saat kesetimbangan tercapai, dan hanya ada
beberapa sisi aktif saja yang mampu mengadsorpsi molekul terlarut (Jason 2004).
Isoterm Langmuir
Isoterm Langmuir diturunkan berdasarkan
persamaan sebagai berikut:
αβ C
x
=
1 + βC
Isoterm
Langmuir
dibuat
untuk
menggambarkan pembatasan sisi adsorpsi
dengan asumsi bahwa sejumlah tertentu sisi
sentuh adsorben ada pada permukaannya dan
semuanya memiliki energi yang sama, serta
bahwa adsorpsi bersifat dapat balik (Atkins
1999).
Konstanta α dan β dapat ditentukan dari
C
kurva hubungan
terhadap C dengan
x/m
m
persamaan
C
x/m
=
1
αβ
+
1
α
C
Arang Aktif
Arang aktif merupakan karbon amorf yang
daya adsorpsinya ditingkatkan dengan membuka pori-pori yang ada pada permukaannya
melalui proses yang disebut aktivasi. Arang
aktif tersusun atas plat-plat datar atom karbon
yang bersifat amorf dan terikat satu sama lain
dengan ikatan kovalen membentuk kisi
heksagonal. Arang aktif merupakan senyawa
karbon amorf yang dapat dihasilkan dari
bahan-bahan yang mengandung karbon atau
dari arang yang diperlakukan dengan cara
khusus untuk mendapatkan permukaan yang
lebih luas. Luas permukaan arang aktif
berkisar 300-3500 m2/gram dan ini berhubungan dengan struktur pori internal yang
menyebabkan arang aktif mempunyai sifat
sebagai adsorben.
Arang aktif dapat mengadsorpsi gas dan
senyawa-senyawa kimia tertentu. Sifat
adsorpsi bergantung pada volume pori-pori
dan luas permukaan (Sembiring & Sinaga
2003). Definisi lain menyatakan bahwa arang
aktif adalah bentuk generik dari berbagai
macam produk yang mengandung karbon
yang telah diaktivasi untuk meningkatkan luas
permukaannya.
Penelitian ini menggunakan arang aktif
sebagai adsorben pembanding untuk mengetahui kemampuan adsorben ampas tebu dalam
mengadsorpsi zat warna. Walaupun arang
aktif memiliki mekanisme yang berbeda
dengan adsorben, arang aktif merupakan
adsorben komersial yang banyak digunakan
oleh industri (Forlink 2000). Hal ini karena
arang aktif memiliki kemampuan yang efektif
dalam mengadsorpsi berbagai senyawa, baik
logam berat maupun zat warna. Proses adsorpsi pada arang aktif terjadi melalui tiga
tahap dasar. Pertama-tama zat teradsorpsi
pada arang aktif bagian luar, lalu bergerak
menuju pori-pori, dan selanjutnya teradsorpsi
ke dinding bagian dalam dari arang aktif.
BAHAN DAN METODE
Bahan dan Alat
Bahan-bahan yang digunakan adalah
ampas tebu, formaldehida 1%, zat warna
reaktif Cibacron Red, limbah industri tekstil,
dan arang aktif komersial.
Alat-alat
yang
digunakan
adalah
spektrofotometer Spectronic 20D+ Thermo
Electron Corporation dan spektrofotometer
Spectronic DR 2000 HACH.
Metode Penelitian
Penelitian ini terdiri atas empat tahap
(Lampiran 1). Tahap pertama adalah preparasi
sampel ampas tebu yang dibedakan menjadi
dua, yaitu adsorben tanpa modifikasi dan
adsorben modifikasi asam. Tahap kedua
adalah penentuan kondisi optimum adsorpsi
yang meliputi waktu, bobot adsorben, dan
konsentrasi awal zat warna reaktif Cibacron
Red. Tahap ketiga adalah penentuan isoterm
adsorpsi adsorben tanpa modifikasi, adsorben
modifikasi asam dan arang aktif. Tahap
terakhir adalah aplikasi terhadap limbah
industri tekstil menggunakan adsorben tanpa
modifikasi, adsorben modifikasi asam, dan
arang aktif.
Preparasi Sampel (Raghuvanshi et al. 2004)
Ampas tebu dicuci dengan air mengalir
hingga bersih dan direndam dalam air
destilata kira-kira selama 48 jam, dengan
pergantian air destilata setiap 12 jam,
kemudian dicuci dengan NaOH 0.1 N kirakira selama 12 jam, lalu dibilas dengan air
destilata, dan dicuci dengan formaldehida
untuk menghilangkan gangguan warna selama proses adsorpsi. Selanjutnya bahan
dikeringkan dalam oven pada suhu 60°C
selama 24 jam dan dibuat serbuk berukuran
kurang dari 100 mesh. Serbuk ampas tebu ini
selanjutnya
disebut
adsorben
tanpa
modifikasi.
5
Modifikasi Asam
Adsorben tanpa modifikasi direndam
dalam asam sulfat pekat, lalu dipanaskan pada
suhu 150-160°C selama 36 jam. Setelah itu,
dibilas dengan air destilata untuk menghilangkan kelebihan asam. Selanjutnya bahan
dikeringkan dalam oven pada suhu 105110°C. Serbuk ampas tebu ini selanjutnya
disebut adsorben modifikasi asam.
Pembuatan Larutan Zat Warna Reaktif
Cibacron Red
Larutan stok zat warna reaktif Cibacron
Red 1000 ppm dibuat dengan cara 1 g zat
warna reaktif Cibacron Red dilarutkan ke
dalam air destilata dan diencerkan hingga 1
liter. Selanjutnya dibuat kurva standar dari
larutan Cibacron Red dengan konsentrasi 0.5,
1, 5, 10, 15, 20, dan 25 ppm.
Penentuan Kondisi Optimum Adsorpsi
Adsorben dengan ragam bobot 1, 2, dan
3 g dimasukkan ke dalam 100 ml larutan zat
warna reaktif Cibacron Red dengan konsentrasi awal 50, 100 dan 150 ppm, kemudian
larutan dikocok dengan shaker. Adsorpsi
dilakukan dengan ragam waktu adsorpsi 30,
45, dan 60 menit (Raghuvanshi et al. 2004),
kemudian diamati perubahan warnanya.
Campuran disaring dan dibaca absorbansi
filtratnya dengan spektrofotometer Sp
ZAT WARNA REAKTIF CIBACRON RED
MAIPA DIAPATI
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2009
ABSTRAK
MAIPA DIAPATI. Ampas Tebu sebagai Adsorben Zat Warna Reaktif Cibacron Red.
Dibimbing oleh BETTY MARITA SOEBRATA dan MOHAMMAD KHOTIB.
Cibacron Red merupakan salah satu jenis zat warna reaktif yang banyak digunakan
oleh industri tekstil. Akan tetapi, limbah zat warna yang dihasilkan dari proses industri
tekstil menimbulkan masalah lingkungan. Upaya pengolahan limbah telah banyak
dilakukan, salah satunya adalah memanfaatkan produk samping pertanian sebagai
adsorben. Penelitian ini memanfaatkan ampas tebu sebagai adsorben zat warna reaktif
Cibacon Red. Adsorben ampas tebu yang digunakan dibagi menjadi dua, yaitu adsorben
tanpa modifikasi dan adsorben yang dimodifikasi menggunakan asam sulfat pekat.
Sebagai pembanding, digunakan adsorben komersial, yaitu arang aktif yang berasal dari
tempurung kelapa.
Adsorpsi dilakukan dengan ragam waktu adsorpsi, bobot adsorben, dan konsentrasi
awal zat warna Cibacron Red, kemudian hasil yang diperoleh diaplikasikan pada limbah
industri tekstil. Kondisi optimum adsorpsi adsorben tanpa modifikasi diperoleh pada
waktu 45 menit, bobot 1 g, dan konsentrasi awal 150 ppm, sedangkan untuk adsorben
modifikasi asam, diperoleh kondisi optimum pada waktu 53.5 menit, bobot 2.5 g, dan
konsentrasi awal 150 ppm. Arang aktif sebagai pembanding memperoleh kondisi
optimumnya pada waktu 60 menit, bobot 3 g, dan konsentrasi awal 150 ppm. Pada
pengujian larutan tunggal Cibacron Red, kapasitas adsorpsi untuk adsorben tanpa
modifikasi, modifikasi asam, dan arang aktif berturut-turut sebesar 788.7, 5669.6, dan
3827.5 µg/g adsorben dengan efisiensi adsorpsi berturut-turut sebesar 6.2, 94.1, dan
75.6%. Aplikasi ketiga adsorben terhadap limbah industri tekstil menunjukkan efisiensi
adsorpsi berturut-turut sebesar 1.3, 97.6, dan 51.7%. Tipe isoterm yang dianut oleh ketiga
tipe adsorben adalah isoterm Freundlich.
ABSTRACT
MAIPA DIAPATI. Baggase as Cibacron Red Reactive Dye Adsorbent. Supervised by
BETTY MARITA SOEBRATA and MOHAMMAD KHOTIB.
Cibacron Red is one of reactive dye types which is widely used by textile
industry. But, reactive dye waste from textile industrial process causes many environment
problems. Lots of waste treatment efforts are conducted; one of which is to make use of
agricultural side products that are potential to be utilized as adsorbent. This research
utilizes baggase as Cibacron Red reactive dye adsorbent. Baggase was divided in two
categories, unmodified adsorbent and concentrated-sulphuric-acid-modified adsorbent.
As a comparison, activated carbon that originated from coconut shell, which is
commercially-used adsorbent, was used.
Adsorption was carried out by varying adsorption times, adsorbent weights, and
initial concentrations of Cibacron Red reactive dye; where then the results were applied to
textile industrial waste. The optimum adsorption time, adsorbent weight, and initial
concentration for unmodified adsorbent were 45 minutes, 1 g, and 150 ppm, respectively.
On the other hand, the optimum conditions for acid-modified adsorbent were 53.5
minutes, 2.5 g, and 150 ppm. The optimum conditions for activated carbon, as
comparison, were 60 minutes, 3 gram, and 150 ppm. In single solution tests of Cibacron
Red, adsorption capacity for unmodified adsorbent, acid-modified adsorbent, and
activated carbon were 788.7, 5669.6, dan 3827.5 µg/g adsorbent; with adsorption
efficiency were 6.2, 94.1, dan 75.6% correspondingly. Application of three types of
adsorbent toward textile industrial waste showed adsorption efficiency were 1.3, 97.6,
and 51.7% in that order. Isotherm type for all types of adsorbent followed Freundlich
isotherm.
AMPAS TEBU SEBAGAI ADSORBEN
ZAT WARNA REAKTIF CIBACRON RED
MAIPA DIAPATI
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains pada
Departemen Kimia
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2009
Judul Skripsi
Nama
NIM
: Ampas Tebu sebagai Adsorben Zat Warna Reaktif Cibacron Red
: Maipa Diapati
: G44204004
Menyetujui:
Pembimbing I,
Pembimbing II,
Betty Marita Soebrata, S.Si, M.Si.
NIP 131 694 523
Mohammad Khotib, S.Si.
NIP 132 324 223
Mengetahui:
Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Institut Pertanian Bogor
Dr. drh. Hasim, DEA
NIP 131 578 806
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas rahmat dan karunia-Nya
sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Judul yang dipilih dalam penelitian ini
ialah Ampas Tebu sebagai Adsorben Zat Warna Reaktif Cibacron Red, yang
dilaksanakan pada bulan Mei sampai dengan September 2008 bertempat di Laboratorium
Kimia Fisik dan Lingkungan, IPB.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Ibu Betty Marita Soebrata, S.Si, M.Si. dan
Bapak Mohammad Khotib, S.Si. selaku pembimbing atas bimbingan, dorongan semangat,
dan ilmu yang diberikan kepada penulis selama penelitian dan penyusunan karya ilmiah
ini. Terima kasih tak terhingga juga disampaikan kepada Mamah, Papah, dan keluargaku
tercinta (A ancah, teh Anggi, A Angga, Ka Sari, Mas Nono, Teh Ismi, Rara, Farah, dan
Zahwan) yang memberikan dorongan semangat, bantuan materi, kesabaran, dan kasih
sayang kepada penulis.
Terima kasih juga tak lupa penulis ucapkan kepada Ibu Tun Tedja, Ibu Suminar,
Ibu Ai, Pak Nano, Pak Mail, Pak Didi, dan Mas Heri atas segala fasilitas dan kemudahan
yang telah diberikan. Teman-temanku di Pondok Molekul (Ai, Tanti, Ade M, Ade A,
Niken, Nindy, Eka, Fitri, dan Enggar), keluarga Az Zahra, Kakak, Mba Sari, Mba Lia,
dan rekan kerjaku Susan, terimakasih atas diskusi dan kerjasamanya selama
menyelesaikan penelitian, semoga Allah senantiasa membalas kebaikan kalian semua.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Januari 2009
Maipa Diapati
vi
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Jakarta pada tanggal 11 Juli 1986 dari ayah Mochammad
Yusuf Daeng Lewa dan ibu Tati Herawati. Penulis merupakan putri keempat dari empat
bersaudara.
Tahun 2004 penulis lulus dari SMUN 1 Tambun Selatan, Bekasi dan pada tahun
yang sama lulus seleksi masuk IPB melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI).
Penulis memilih Program Studi Kimia, Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan
Ilmu Pengetahuan Alam. Tahun 2007 penulis melaksanakan praktik lapangan di PT
Coca-Cola Bottling Indonesia, Cibitung, Bekasi dengan judul Pengaruh Suhu Ekstraksi
terhadap Kadar Tanin, Derajat Brix, dan Warna pada Teh Jasmine. Tahun 2008 penulis
melaksanakan penelitian tugas akhir di Laboratorium Kimia Fisik dan Lingkungan,
Institut Pertanian Bogor.
Selama mengikuti perkuliahan, penulis aktif menjadi pengurus Ikatan Mahasiswa
Kimia sebagai staf Pengembangan Sumber Daya Manusia pada tahun 2005/2006 dan staf
Keilmuan Ikatan Mahasiswa Kimia pada tahun 2006/2007. Selain itu penulis juga pernah
menjadi asisten praktikum mata kuliah Kimia Dasar pada tahun ajaran 2006/2007,
2007/2008, dan alih tahun 2008/2009, mata kuliah Kimia Fisik pada tahun ajaran
2007/2008, mata kuliah Kimia Analitik Layanan pada tahun ajaran 2007/2008, dan mata
kuliah Pendidikan Agama Islam pada tahun ajaran 2007/2008.
vii
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL ................................................................................................................
vi
DAFTAR GAMBAR .................................................................................................
vi
DAFTAR LAMPIRAN ..............................................................................................
vii
PENDAHULUAN .....................................................................................................
1
TINJAUAN PUSTAKA
Tebu .................................................................................................................
Zat Warna Reaktif ............................................................................................
Cibacron Red ...................................................................................................
Adsorpsi............................................................................................................
Modifikasi adsorben ........................................................................................
Isoterm Adsorpsi ..............................................................................................
Isoterm Freundlich ...........................................................................................
Isoterm Langmuir .............................................................................................
Arang Aktif ......................................................................................................
1
2
2
2
3
3
3
4
4
BAHAN DAN METODE
Bahan dan Alat ................................................................................................
Metode Penelitian ............................................................................................
4
4
HASIL DAN PEMBAHASAN
Kurva Standar Zat Warna Reaktif Cibacron Red .............................................
Kondisi Optimum Adsorben Tanpa Modifikasi ...............................................
Kondisi Optimum Adsorben Modifikasi Asam ................................................
Kondisi Optimum Arang aktif ..........................................................................
Adsorpsi Larutan Tunggal Cibacron Red .........................................................
Isoterm Adsorpsi...............................................................................................
Aplikasi Limbah Industri Tekstil......................................................................
5
6
6
7
8
8
9
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan ..........................................................................................................
Saran ................................................................................................................
10
10
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................
10
LAMPIRAN ...............................................................................................................
12
viii
DAFTAR TABEL
Halaman
1 Kondisi optimum adsorben tanpa modifikasi .......................................................
6
2 Kondisi optimum adsorben modifikasi asam.........................................................
7
3 Kondisi optimum arang aktif .................................................................................
7
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1
Tanaman tebu .......................................................................................................
1
2
Struktur Cibacron Red (Aldrich 2007)..................................................................
2
3
Kurva standar Cibacron Red .................................................................................
6
4
Kapasitas adsorpsi adsorben tanpa modifikasi, modifikasi asam, dan arang aktif
pada larutan tunggal Cibacron Red ......................................................................
8
Efisiensi adsorpsi adsorben tanpa modifikasi, modifikasi asam, dan arang aktif
pada larutan tunggal Cibacron Red.......................................................................
8
6
Isoterm Langmuir adsorpsi Cibacron Red oleh adsorben tanpa modifikasi .........
8
7
Isoterm Freundlich adsorpsi Cibacron Red oleh adsorben tanpa modifikasi........
8
8
Isoterm Langmuir adsorpsi Cibacron Red oleh adsorben modifikasi asam..........
9
9
Isoterm Freundlich adsorpsi Cibacron Red oleh adsorben modifikasi asam ........
9
10 Isoterm Langmuir adsorpsi Cibacron Red oleh arang aktif ..................................
9
11 Isoterm Freundlich adsorpsi Cibacron Red oleh arang aktif.................................
9
12 Intensitas warna limbah industri tekstil setelah adsorpsi menggunakan
adsorben tanpa modifikasi, modifikasi asam, dan arang aktif ..............................
10
13 Efisiensi adsorpsi adsorben tanpa modifikasi, modifikasi asam, dan arang aktif
pada limbah industri tekstil .................................................................................
10
5
ix
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1 Diagram alir penelitian ..........................................................................................
13
2 Penentuan panjang gelombang maksimum larutan Cibacron Red .........................
14
3 Konsentrasi dan absorbans larutan Cibacron Red pada pembuatan kurva standar
Cibacron Red ( maksimum = 517 nm) .................................................................
14
4 Kapasitas adsorpsi dan efisiensi adsorpsi pada penentuan kondisi optimum
adsorben tanpa modifikasi ......................................................................................
15
5 Penggabungan respon kapasitas adsorpsi dan efisiensi adsorpsi pada penentuan
kondisi optimum adsorben tanpa modifikasi .........................................................
16
6 Kapasitas adsorpsi dan efisiensi adsorpsi pada penentuan kondisi optimum
adsorben modifikasi asam.......................................................................................
17
7 Penggabungan respon kapasitas adsorpsi dan efisiensi adsorpsi pada penentuan
kondisi optimum adsorben modifikasi asam...........................................................
18
8 Kapasitas adsorpsi dan efisiensi adsorpsi pada penentuan kondisi optimum
Arang aktif komersial ............................................................................................
19
9 Penggabungan respon kapasitas adsorpsi dan efisiensi adsorpsi pada penentuan
kondisi optimum arang aktif komersial ..................................................................
20
10 Data Isoterm Langmuir dan Freundich untuk adsorpsi Cibacron Red oleh
adsorben tanpa modifikasi .....................................................................................
21
11 Data Isoterm Langmuir dan Freundich untuk adsorpsi Cibacron Red oleh
adsorben modifikasi asam......................................................................................
21
12 Data Isoterm Langmuir dan Freundich untuk adsorpsi Cibacron Red oleh
Arang aktif .............................................................................................................
22
13 Aplikasi Limbah Industri tekstil ...........................................................................
22
PENDAHULUAN
Limbah merupakan masalah utama dalam
pengendalian dampak lingkungan industri. Zat
warna merupakan salah satu jenis polutan
yang terdapat dalam hampir semua limbah
yang berasal dari industri, terutama industri
tekstil dan makanan. Limbah yang mengandung zat warna menimbulkan berbagai
masalah ketika dibuang ke lingkungan, antara
lain mengganggu ekosistem perairan, memperlambat aktivitas fotosintesis, dan menghambat pertumbuhan biota perairan dengan
menghalangi masuknya sinar matahari ke
dalam air.
Beberapa cara pengolahan limbah industri
telah banyak dilakukan, antara lain secara
kimia menggunakan koagulan, secara fisika
dengan adsorpsi menggunakan arang aktif,
dan secara biologi menggunakan mikroba
(Forlink 2000). Namun, metode tersebut
memiliki beberapa kekurangan. Pengolahan
limbah secara kimia menggunakan koagulan
akan menghasilkan lumpur dalam jumlah
yang relatif besar, sehingga membutuhkan
pengolahan lebih lanjut terhadap lumpur yang
terbentuk. Penggunaan arang aktif dalam
pengolahan limbah meskipun sangat efektif,
tetapi memerlukan biaya yang cukup tinggi
karena harganya relatif mahal, terutama jika
digunakan dalam skala besar atau konsentrasi
limbah yang tinggi (Manurung et al. 2004).
Penggunaan adsorben merupakan metode
alternatif dalam pengolahan limbah. Metode
ini efektif dan murah karena dapat memanfaatkan produk samping atau limbah pertanian. Beberapa produk samping pertanian
yang berpotensi sebagai adsorben, yaitu
tongkol jagung, gabah padi, gabah kedelai,
biji kapas, jerami, ampas tebu, serta kulit
kacang tanah (Marshall & Mitchell 1996).
Salah satu limbah pertanian yang cukup
banyak adalah ampas tebu. Ampas tebu yang
dihasilkan dari pabrik gula selama proses
produksi, yaitu sebesar 90%, sedangkan gula
yang dimanfaatkan hanya 5%, dan sisanya
berupa tetes tebu dan air (Witono 2003). Di
Indonesia, perkebunan tebu menempati luas
areal 232 ribu hektar, yang tersebar di Medan,
Lampung, Semarang, Solo, dan Makasar,
sedangkan menurut Badan Pusat Statistik
Provinsi Jawa Barat 2006, perkebunan tebu
menempati luas areal 12024.31 hektar, dengan
produksi tebu mencapai 64169.06 ton.
Penggunaan ampas tebu sebagai adsorben
diharapkan dapat menjadi nilai tambah serta
meningkatkan daya dukungnya terhadap
lingkungan dalam penanganan limbah zat
warna maupun logam berat. Beberapa penelitian menunjukkan bahwa ampas tebu berpotensi sebagai adsorben. Raghuvanshi et al.
(2004) memperlihatkan bahwa ampas tebu
dapat mengadsorpsi zat warna biru metilena
dengan efisiensi adsorpsi mencapai 90%. Hal
ini diperkuat oleh Azhar et al. (2005) yang
menunjukkan bahwa modifikasi ampas tebu
menggunakan asam sulfat dapat meningkatkan efisiensi adsorpsi ampas tebu terhadap
zat warna merah metil hingga mencapai
96.5%.
Penelitian ini bertujuan memanfaatkan
ampas tebu sebagai adsorben zat warna reaktif
Cibacron Red, menentukan kondisi optimum
adsorpsi yang meliputi waktu adsorpsi, bobot
adsorben, dan konsentrasi awal zat warna
Cibacron Red, serta menentukan isoterm adsorpsi dari adsorben ampas tebu dan aplikasinya terhadap limbah industri tekstil.
TINJAUAN PUSTAKA
Tebu
Tebu merupakan keluarga rumputrumputan yang berkembang biak di daerah
beriklim udara sedang sampai panas. Tebu
hidup pada daerah yang mempunyai ketinggian tanah 1 sampai 1300 meter di atas
permukaan laut. Di Indonesia terdapat beberapa jenis tebu yang memiliki ukuran batang
serta warna yang berlainan. Tebu termasuk
tumbuhan berbiji tunggal. Tinggi tumbuhan
tebu berkisar 2-4 meter. Batang pohon tebu
terdiri dari banyak ruas yang setiap ruasnya
dibatasi oleh buku-buku sebagai tempat
duduknya daun. Bentuk daun tebu berwujud
belaian dengan pelepah (Gambar 1). Panjang
daun dapat mencapai panjang 1-2 meter dan
lebar 4-8 centimeter dengan permukaan kasar
dan berbulu. Bunga tebu berupa bunga
majemuk sedang akarnya berbentuk serabut
(Wardiyono 2008).
Gambar 1 Tanaman tebu.
Produk utama dari tebu adalah sukrosa.
Akan tetapi, kandungan sukrosa pada tebu
AMPAS TEBU SEBAGAI ADSORBEN
ZAT WARNA REAKTIF CIBACRON RED
MAIPA DIAPATI
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2009
ABSTRAK
MAIPA DIAPATI. Ampas Tebu sebagai Adsorben Zat Warna Reaktif Cibacron Red.
Dibimbing oleh BETTY MARITA SOEBRATA dan MOHAMMAD KHOTIB.
Cibacron Red merupakan salah satu jenis zat warna reaktif yang banyak digunakan
oleh industri tekstil. Akan tetapi, limbah zat warna yang dihasilkan dari proses industri
tekstil menimbulkan masalah lingkungan. Upaya pengolahan limbah telah banyak
dilakukan, salah satunya adalah memanfaatkan produk samping pertanian sebagai
adsorben. Penelitian ini memanfaatkan ampas tebu sebagai adsorben zat warna reaktif
Cibacon Red. Adsorben ampas tebu yang digunakan dibagi menjadi dua, yaitu adsorben
tanpa modifikasi dan adsorben yang dimodifikasi menggunakan asam sulfat pekat.
Sebagai pembanding, digunakan adsorben komersial, yaitu arang aktif yang berasal dari
tempurung kelapa.
Adsorpsi dilakukan dengan ragam waktu adsorpsi, bobot adsorben, dan konsentrasi
awal zat warna Cibacron Red, kemudian hasil yang diperoleh diaplikasikan pada limbah
industri tekstil. Kondisi optimum adsorpsi adsorben tanpa modifikasi diperoleh pada
waktu 45 menit, bobot 1 g, dan konsentrasi awal 150 ppm, sedangkan untuk adsorben
modifikasi asam, diperoleh kondisi optimum pada waktu 53.5 menit, bobot 2.5 g, dan
konsentrasi awal 150 ppm. Arang aktif sebagai pembanding memperoleh kondisi
optimumnya pada waktu 60 menit, bobot 3 g, dan konsentrasi awal 150 ppm. Pada
pengujian larutan tunggal Cibacron Red, kapasitas adsorpsi untuk adsorben tanpa
modifikasi, modifikasi asam, dan arang aktif berturut-turut sebesar 788.7, 5669.6, dan
3827.5 µg/g adsorben dengan efisiensi adsorpsi berturut-turut sebesar 6.2, 94.1, dan
75.6%. Aplikasi ketiga adsorben terhadap limbah industri tekstil menunjukkan efisiensi
adsorpsi berturut-turut sebesar 1.3, 97.6, dan 51.7%. Tipe isoterm yang dianut oleh ketiga
tipe adsorben adalah isoterm Freundlich.
ABSTRACT
MAIPA DIAPATI. Baggase as Cibacron Red Reactive Dye Adsorbent. Supervised by
BETTY MARITA SOEBRATA and MOHAMMAD KHOTIB.
Cibacron Red is one of reactive dye types which is widely used by textile
industry. But, reactive dye waste from textile industrial process causes many environment
problems. Lots of waste treatment efforts are conducted; one of which is to make use of
agricultural side products that are potential to be utilized as adsorbent. This research
utilizes baggase as Cibacron Red reactive dye adsorbent. Baggase was divided in two
categories, unmodified adsorbent and concentrated-sulphuric-acid-modified adsorbent.
As a comparison, activated carbon that originated from coconut shell, which is
commercially-used adsorbent, was used.
Adsorption was carried out by varying adsorption times, adsorbent weights, and
initial concentrations of Cibacron Red reactive dye; where then the results were applied to
textile industrial waste. The optimum adsorption time, adsorbent weight, and initial
concentration for unmodified adsorbent were 45 minutes, 1 g, and 150 ppm, respectively.
On the other hand, the optimum conditions for acid-modified adsorbent were 53.5
minutes, 2.5 g, and 150 ppm. The optimum conditions for activated carbon, as
comparison, were 60 minutes, 3 gram, and 150 ppm. In single solution tests of Cibacron
Red, adsorption capacity for unmodified adsorbent, acid-modified adsorbent, and
activated carbon were 788.7, 5669.6, dan 3827.5 µg/g adsorbent; with adsorption
efficiency were 6.2, 94.1, dan 75.6% correspondingly. Application of three types of
adsorbent toward textile industrial waste showed adsorption efficiency were 1.3, 97.6,
and 51.7% in that order. Isotherm type for all types of adsorbent followed Freundlich
isotherm.
AMPAS TEBU SEBAGAI ADSORBEN
ZAT WARNA REAKTIF CIBACRON RED
MAIPA DIAPATI
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains pada
Departemen Kimia
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2009
Judul Skripsi
Nama
NIM
: Ampas Tebu sebagai Adsorben Zat Warna Reaktif Cibacron Red
: Maipa Diapati
: G44204004
Menyetujui:
Pembimbing I,
Pembimbing II,
Betty Marita Soebrata, S.Si, M.Si.
NIP 131 694 523
Mohammad Khotib, S.Si.
NIP 132 324 223
Mengetahui:
Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Institut Pertanian Bogor
Dr. drh. Hasim, DEA
NIP 131 578 806
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas rahmat dan karunia-Nya
sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Judul yang dipilih dalam penelitian ini
ialah Ampas Tebu sebagai Adsorben Zat Warna Reaktif Cibacron Red, yang
dilaksanakan pada bulan Mei sampai dengan September 2008 bertempat di Laboratorium
Kimia Fisik dan Lingkungan, IPB.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Ibu Betty Marita Soebrata, S.Si, M.Si. dan
Bapak Mohammad Khotib, S.Si. selaku pembimbing atas bimbingan, dorongan semangat,
dan ilmu yang diberikan kepada penulis selama penelitian dan penyusunan karya ilmiah
ini. Terima kasih tak terhingga juga disampaikan kepada Mamah, Papah, dan keluargaku
tercinta (A ancah, teh Anggi, A Angga, Ka Sari, Mas Nono, Teh Ismi, Rara, Farah, dan
Zahwan) yang memberikan dorongan semangat, bantuan materi, kesabaran, dan kasih
sayang kepada penulis.
Terima kasih juga tak lupa penulis ucapkan kepada Ibu Tun Tedja, Ibu Suminar,
Ibu Ai, Pak Nano, Pak Mail, Pak Didi, dan Mas Heri atas segala fasilitas dan kemudahan
yang telah diberikan. Teman-temanku di Pondok Molekul (Ai, Tanti, Ade M, Ade A,
Niken, Nindy, Eka, Fitri, dan Enggar), keluarga Az Zahra, Kakak, Mba Sari, Mba Lia,
dan rekan kerjaku Susan, terimakasih atas diskusi dan kerjasamanya selama
menyelesaikan penelitian, semoga Allah senantiasa membalas kebaikan kalian semua.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Januari 2009
Maipa Diapati
vi
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Jakarta pada tanggal 11 Juli 1986 dari ayah Mochammad
Yusuf Daeng Lewa dan ibu Tati Herawati. Penulis merupakan putri keempat dari empat
bersaudara.
Tahun 2004 penulis lulus dari SMUN 1 Tambun Selatan, Bekasi dan pada tahun
yang sama lulus seleksi masuk IPB melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI).
Penulis memilih Program Studi Kimia, Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan
Ilmu Pengetahuan Alam. Tahun 2007 penulis melaksanakan praktik lapangan di PT
Coca-Cola Bottling Indonesia, Cibitung, Bekasi dengan judul Pengaruh Suhu Ekstraksi
terhadap Kadar Tanin, Derajat Brix, dan Warna pada Teh Jasmine. Tahun 2008 penulis
melaksanakan penelitian tugas akhir di Laboratorium Kimia Fisik dan Lingkungan,
Institut Pertanian Bogor.
Selama mengikuti perkuliahan, penulis aktif menjadi pengurus Ikatan Mahasiswa
Kimia sebagai staf Pengembangan Sumber Daya Manusia pada tahun 2005/2006 dan staf
Keilmuan Ikatan Mahasiswa Kimia pada tahun 2006/2007. Selain itu penulis juga pernah
menjadi asisten praktikum mata kuliah Kimia Dasar pada tahun ajaran 2006/2007,
2007/2008, dan alih tahun 2008/2009, mata kuliah Kimia Fisik pada tahun ajaran
2007/2008, mata kuliah Kimia Analitik Layanan pada tahun ajaran 2007/2008, dan mata
kuliah Pendidikan Agama Islam pada tahun ajaran 2007/2008.
vii
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL ................................................................................................................
vi
DAFTAR GAMBAR .................................................................................................
vi
DAFTAR LAMPIRAN ..............................................................................................
vii
PENDAHULUAN .....................................................................................................
1
TINJAUAN PUSTAKA
Tebu .................................................................................................................
Zat Warna Reaktif ............................................................................................
Cibacron Red ...................................................................................................
Adsorpsi............................................................................................................
Modifikasi adsorben ........................................................................................
Isoterm Adsorpsi ..............................................................................................
Isoterm Freundlich ...........................................................................................
Isoterm Langmuir .............................................................................................
Arang Aktif ......................................................................................................
1
2
2
2
3
3
3
4
4
BAHAN DAN METODE
Bahan dan Alat ................................................................................................
Metode Penelitian ............................................................................................
4
4
HASIL DAN PEMBAHASAN
Kurva Standar Zat Warna Reaktif Cibacron Red .............................................
Kondisi Optimum Adsorben Tanpa Modifikasi ...............................................
Kondisi Optimum Adsorben Modifikasi Asam ................................................
Kondisi Optimum Arang aktif ..........................................................................
Adsorpsi Larutan Tunggal Cibacron Red .........................................................
Isoterm Adsorpsi...............................................................................................
Aplikasi Limbah Industri Tekstil......................................................................
5
6
6
7
8
8
9
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan ..........................................................................................................
Saran ................................................................................................................
10
10
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................
10
LAMPIRAN ...............................................................................................................
12
viii
DAFTAR TABEL
Halaman
1 Kondisi optimum adsorben tanpa modifikasi .......................................................
6
2 Kondisi optimum adsorben modifikasi asam.........................................................
7
3 Kondisi optimum arang aktif .................................................................................
7
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1
Tanaman tebu .......................................................................................................
1
2
Struktur Cibacron Red (Aldrich 2007)..................................................................
2
3
Kurva standar Cibacron Red .................................................................................
6
4
Kapasitas adsorpsi adsorben tanpa modifikasi, modifikasi asam, dan arang aktif
pada larutan tunggal Cibacron Red ......................................................................
8
Efisiensi adsorpsi adsorben tanpa modifikasi, modifikasi asam, dan arang aktif
pada larutan tunggal Cibacron Red.......................................................................
8
6
Isoterm Langmuir adsorpsi Cibacron Red oleh adsorben tanpa modifikasi .........
8
7
Isoterm Freundlich adsorpsi Cibacron Red oleh adsorben tanpa modifikasi........
8
8
Isoterm Langmuir adsorpsi Cibacron Red oleh adsorben modifikasi asam..........
9
9
Isoterm Freundlich adsorpsi Cibacron Red oleh adsorben modifikasi asam ........
9
10 Isoterm Langmuir adsorpsi Cibacron Red oleh arang aktif ..................................
9
11 Isoterm Freundlich adsorpsi Cibacron Red oleh arang aktif.................................
9
12 Intensitas warna limbah industri tekstil setelah adsorpsi menggunakan
adsorben tanpa modifikasi, modifikasi asam, dan arang aktif ..............................
10
13 Efisiensi adsorpsi adsorben tanpa modifikasi, modifikasi asam, dan arang aktif
pada limbah industri tekstil .................................................................................
10
5
ix
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1 Diagram alir penelitian ..........................................................................................
13
2 Penentuan panjang gelombang maksimum larutan Cibacron Red .........................
14
3 Konsentrasi dan absorbans larutan Cibacron Red pada pembuatan kurva standar
Cibacron Red ( maksimum = 517 nm) .................................................................
14
4 Kapasitas adsorpsi dan efisiensi adsorpsi pada penentuan kondisi optimum
adsorben tanpa modifikasi ......................................................................................
15
5 Penggabungan respon kapasitas adsorpsi dan efisiensi adsorpsi pada penentuan
kondisi optimum adsorben tanpa modifikasi .........................................................
16
6 Kapasitas adsorpsi dan efisiensi adsorpsi pada penentuan kondisi optimum
adsorben modifikasi asam.......................................................................................
17
7 Penggabungan respon kapasitas adsorpsi dan efisiensi adsorpsi pada penentuan
kondisi optimum adsorben modifikasi asam...........................................................
18
8 Kapasitas adsorpsi dan efisiensi adsorpsi pada penentuan kondisi optimum
Arang aktif komersial ............................................................................................
19
9 Penggabungan respon kapasitas adsorpsi dan efisiensi adsorpsi pada penentuan
kondisi optimum arang aktif komersial ..................................................................
20
10 Data Isoterm Langmuir dan Freundich untuk adsorpsi Cibacron Red oleh
adsorben tanpa modifikasi .....................................................................................
21
11 Data Isoterm Langmuir dan Freundich untuk adsorpsi Cibacron Red oleh
adsorben modifikasi asam......................................................................................
21
12 Data Isoterm Langmuir dan Freundich untuk adsorpsi Cibacron Red oleh
Arang aktif .............................................................................................................
22
13 Aplikasi Limbah Industri tekstil ...........................................................................
22
PENDAHULUAN
Limbah merupakan masalah utama dalam
pengendalian dampak lingkungan industri. Zat
warna merupakan salah satu jenis polutan
yang terdapat dalam hampir semua limbah
yang berasal dari industri, terutama industri
tekstil dan makanan. Limbah yang mengandung zat warna menimbulkan berbagai
masalah ketika dibuang ke lingkungan, antara
lain mengganggu ekosistem perairan, memperlambat aktivitas fotosintesis, dan menghambat pertumbuhan biota perairan dengan
menghalangi masuknya sinar matahari ke
dalam air.
Beberapa cara pengolahan limbah industri
telah banyak dilakukan, antara lain secara
kimia menggunakan koagulan, secara fisika
dengan adsorpsi menggunakan arang aktif,
dan secara biologi menggunakan mikroba
(Forlink 2000). Namun, metode tersebut
memiliki beberapa kekurangan. Pengolahan
limbah secara kimia menggunakan koagulan
akan menghasilkan lumpur dalam jumlah
yang relatif besar, sehingga membutuhkan
pengolahan lebih lanjut terhadap lumpur yang
terbentuk. Penggunaan arang aktif dalam
pengolahan limbah meskipun sangat efektif,
tetapi memerlukan biaya yang cukup tinggi
karena harganya relatif mahal, terutama jika
digunakan dalam skala besar atau konsentrasi
limbah yang tinggi (Manurung et al. 2004).
Penggunaan adsorben merupakan metode
alternatif dalam pengolahan limbah. Metode
ini efektif dan murah karena dapat memanfaatkan produk samping atau limbah pertanian. Beberapa produk samping pertanian
yang berpotensi sebagai adsorben, yaitu
tongkol jagung, gabah padi, gabah kedelai,
biji kapas, jerami, ampas tebu, serta kulit
kacang tanah (Marshall & Mitchell 1996).
Salah satu limbah pertanian yang cukup
banyak adalah ampas tebu. Ampas tebu yang
dihasilkan dari pabrik gula selama proses
produksi, yaitu sebesar 90%, sedangkan gula
yang dimanfaatkan hanya 5%, dan sisanya
berupa tetes tebu dan air (Witono 2003). Di
Indonesia, perkebunan tebu menempati luas
areal 232 ribu hektar, yang tersebar di Medan,
Lampung, Semarang, Solo, dan Makasar,
sedangkan menurut Badan Pusat Statistik
Provinsi Jawa Barat 2006, perkebunan tebu
menempati luas areal 12024.31 hektar, dengan
produksi tebu mencapai 64169.06 ton.
Penggunaan ampas tebu sebagai adsorben
diharapkan dapat menjadi nilai tambah serta
meningkatkan daya dukungnya terhadap
lingkungan dalam penanganan limbah zat
warna maupun logam berat. Beberapa penelitian menunjukkan bahwa ampas tebu berpotensi sebagai adsorben. Raghuvanshi et al.
(2004) memperlihatkan bahwa ampas tebu
dapat mengadsorpsi zat warna biru metilena
dengan efisiensi adsorpsi mencapai 90%. Hal
ini diperkuat oleh Azhar et al. (2005) yang
menunjukkan bahwa modifikasi ampas tebu
menggunakan asam sulfat dapat meningkatkan efisiensi adsorpsi ampas tebu terhadap
zat warna merah metil hingga mencapai
96.5%.
Penelitian ini bertujuan memanfaatkan
ampas tebu sebagai adsorben zat warna reaktif
Cibacron Red, menentukan kondisi optimum
adsorpsi yang meliputi waktu adsorpsi, bobot
adsorben, dan konsentrasi awal zat warna
Cibacron Red, serta menentukan isoterm adsorpsi dari adsorben ampas tebu dan aplikasinya terhadap limbah industri tekstil.
TINJAUAN PUSTAKA
Tebu
Tebu merupakan keluarga rumputrumputan yang berkembang biak di daerah
beriklim udara sedang sampai panas. Tebu
hidup pada daerah yang mempunyai ketinggian tanah 1 sampai 1300 meter di atas
permukaan laut. Di Indonesia terdapat beberapa jenis tebu yang memiliki ukuran batang
serta warna yang berlainan. Tebu termasuk
tumbuhan berbiji tunggal. Tinggi tumbuhan
tebu berkisar 2-4 meter. Batang pohon tebu
terdiri dari banyak ruas yang setiap ruasnya
dibatasi oleh buku-buku sebagai tempat
duduknya daun. Bentuk daun tebu berwujud
belaian dengan pelepah (Gambar 1). Panjang
daun dapat mencapai panjang 1-2 meter dan
lebar 4-8 centimeter dengan permukaan kasar
dan berbulu. Bunga tebu berupa bunga
majemuk sedang akarnya berbentuk serabut
(Wardiyono 2008).
Gambar 1 Tanaman tebu.
Produk utama dari tebu adalah sukrosa.
Akan tetapi, kandungan sukrosa pada tebu
2
hanya sekitar 5-10%, sedangkan sisanya
adalah ampas tebu sekitar 90%, tetes tebu dan
air. Ampas tebu yang digunakan sebagai adsorben mengandung serat yang terdiri atas
lignin 19.7%, pentosan 27.5%, dan selulosa
50-60% (Syukur 2006).
Ampas tebu umumnya digunakan sebagai
bahan bakar untuk menghasilkan energi yang
diperlukan pada pembuatan gula. Selain itu,
ampas tebu dapat juga digunakan sebagai
pakan ternak, bahan baku serat, papan, plastik,
dan kertas (Witono 2003). Kaur et al. (2008)
mengemukakan bahwa ampas tebu juga dapat
dimanfaatkan sebagai adsorben logam berat
seperti seng, kadmium, tembaga, dan timbal
dengan efisiensi adsorpsi berturut-turut
sebesar 90, 70, 55, dan 80%.
Zat Warna Reaktif
Molekul zat warna merupakan gabungan
dari zat organik tidak jenuh dengan kromofor
sebagai pembawa warna dan auksokrom sebagai pengikat warna dengan serat. Zat organik tidak jenuh yang dijumpai dalam pembentukan zat warna adalah senyawa aromatik,
antara lain senyawa hidrokarbon aromatik dan
turunannya, fenol, serta senyawa-senyawa
hidrokarbon yang mengandung nitrogen
(Manurung et al. 2004).
Zat warna reaktif dapat digolongkan
berdasarkan gugus fungsi yang terdapat di
dalamnya, antara lain monoklorotriazin,
monofluoroklorotriazin,
diklorotriazin,
difluorokloropirimidina,
trikloropirimidina,
vinil sulfona, dan vinil amida. Zat warna yang
hanya mengandung salah satu gugus tersebut
disebut zat warna monofungional, sedangkan
yang mengandung dua gugus fungsi disebut
zat warna bifungsional (Jagson 2008).
Zat warna reaktif merupakan jenis zat
warna yang banyak digunakan dalam industri
tekstil, terutama dalam proses pencelupan. Zat
warna ini paling banyak digunakan untuk
mewarnai serat kapas atau serat selulosa
karena kualitas celupannya yang baik dan
penggunaanya mudah. Selain itu, zat warna
reaktif juga dapat digunakan untuk mencelup
serat protein (wol dan sutera) serta nilon
(Jagson 2008).
Zat warna reaktif merupakan pewarna
paling permanen dari semua tipe zat warna.
Berbeda dengan zat warna lain, zat warna
reaktif membentuk ikatan kovalen yang kuat
dengan selulosa. Ketika ikatan kovalen terbentuk, molekul zat warna akan menjadi
bagian dari molekul serat selulosa. Zat warna
reaktif menghasilkan warna yang cemerlang
pada serat kain, aman dicuci dan tidak mudah
luntur. Hal ini menyebabkan zat warna reaktif
paling banyak digunakan dalam proses pencelupan dalam industri tekstil (Jagson 2008).
Zat warna yang bertujuan untuk memperindah bahan tekstil ternyata membawa
dampak bagi kelestarian lingkungan. Zat
warna tekstil merupakan senyawa organik
yang keberadaannya dalam perairan dapat
mengganggu ekosistem di dalamnya. Sebelum
dibuang ke perairan, limbah ini akan diproses
terlebih dahulu sampai konsentrasinya cukup
aman dibuang ke perairan. Sebagai contoh,
sebuah pabrik tekstil menurunkan kadar zat
warna reaktif dalam limbahnya dari 225 ppm
menjadi 0.17 ppm setelah melalui proses
koagulasi (Forlink 2000).
Cibacron Red
Cibacron Red merupakan salah satu jenis
zat warna reaktif yang digunakan dalam
industri tekstil. Zat warna ini memiliki sifat
tidak berbau, berwujud padat pada suhu
kamar, yaitu berupa serbuk berwarna merah
kehitaman yang berwarna merah ketika
dilarutkan dalam air, memiliki pH 6-7, dan
kelarutan dalam air 1000 g/l (Ciba 2002).
Cibacron Red dengan rumus molekul
C32H19ClN8Na4O14S4 termasuk zat warna
bifungsional yang mengandung dua gugus
reaktif, yaitu monoklorotriazin dan vinil
sulfona. Struktur Cibacron Red ditunjukkan
pada Gambar 2.
Gambar 2
Struktur Cibacron Red (Aldrich
2007).
Adsorpsi
Adsorpsi merupakan peristiwa terakumulasinya partikel pada suatu permukaan
(Atkins 1999). Partikel yang terakumulasi dan
diserap oleh permukaan disebut adsorbat,
sedangkan material tempat terjadinya adsorpsi
disebut adsorben. Selama proses adsorpsi,
terjadi tarik menarik antara molekul adsorbat
dan sisi aktif permukaan adsorben. Jika gaya
tarik-menarik ini lebih kuat daripada gaya
tarik antar molekul adsorbat, maka terjadi
perpindahan massa adsorbat dari fase gerak
3
(fluida pembawa asorbat) ke permukaan
adsorben (Bird 1993).
Berdasarkan jenis gaya tariknya, dikenal
adsorpsi fisik (fisisorpsi) yang melibatkan
gaya van der Waals dan adsorpsi kimia
(kemisorpsi) yang melibatkan reaksi kimia.
Adsorpsi fisik memiliki ΔH adsorpsi jauh
lebih kecil daripada adsorpsi kimia. Adsorpsi
fisik akan terus berlangsung sampai terbentuk
multilapisan pada tekanan tinggi, tetapi pada
tekanan rendah dan suhu tinggi dapat berbalik
menjadi desorpsi. Sebaliknya, adsorpsi kimia
hanya membentuk lapisan tunggal dan
prosesnya semakin cepat pada suhu tinggi
(Bird 1993).
Proses adsorpsi dapat berlangsung melalui
tiga tahapan, yaitu makrotranspor, mikrotranspor, dan sorpsi. Makrotranspor meliputi
perpindahan adsorbat melalui air menuju
interfase cair-padat dengan proses pemanasan
dan difusi. Mikrotranspor meliputi difusi adsorbat melalui sistem makropori dan submikropori. Sorpsi adalah istilah untuk menjelaskan kontak adsorbat terhadap adsorben
(Tchobanoglous & Franklin 1991).
Faktor-faktor yang mempengaruhi proses
adsorpsi antara lain sifat fisik dan kimia
adsorben (luas permukaan, ukuran partikel,
dan komposisi kimia), sifat fisik dan kimia
adsorbat (ukuran molekul dan komposisi
kimia), serta konsentrasi adsorbat dalam fase
cairan. Ukuran pori dan luas permukaan
adsorben merupakan hal yang sangat penting
dalam adsorpsi. Semakin kecil ukuran
partikel, semakin besar luas permukaan
padatan per satuan volume, sehingga semakin
banyak zat yang dapat diadsorpsi (Atkins
1999).
pada selulosa sehingga dapat berikatan secara
kovalen dengan zat warna.
Modifikasi Adsorben
Apabila dilogaritmakan, persamaan akan
menjadi:
x
1
Log
= Log k + Log C
m
n
x
Dengan
( g/g) adalah jumlah adsorbat
m
yang teradsorpsi per satuan bobot adsorben, C
(ppm) adalah konsentrasi keseimbangan adsorbat dalam larutan setelah adsorpsi, sedangkan k dan n adalah tetapan empiris yang
menunjukkan ikatan antara adsorbat dengan
adsorben.
Isoterm Freundlich menganggap bahwa
pada semua sisi permukaan adsorben akan
terjadi proses adsorpsi di bawah kondisi yang
diberikan. Isoterm Freundlich tidak mampu
memperkirakan adanya sisi-sisi pada permukaan yang mampu mencegah adsorpsi pada
Modifikasi adsorben bertujuan meningkatkan kapasitas dan efisiensi adsorpsi dari
adsorben. Modifikasi dapat dilakukan dengan
memberi perlakuan kimia seperti direaksikan
dengan asam dan basa atau perlakuan fisika
seperti pemanasan dan pencucian (Marshall &
Mitchell 1996).
Menurut Gufta (1998), modifikasi adsorben dengan asam paling umum dilakukan
dan terbukti sangat efektif dalam meningkatkan kapasitas dan efisiensi adsorpsi dari
adsorben. Asam yang sering digunakan untuk
memodifikasi adsorben antara lain asam
sulfat, asam nitrat, asam klorida, asam sitrat,
dan asam fosfat. Asam yang digunakan pada
penelitian ini adalah asam sulfat, yang diharapkan dapat mengaktifkan gugus hidroksi
Isoterm Adsorpsi
Pemodelan adsorpsi umumnya menggunakan isoterm yang merupakan fungsi
konsentrasi zat terlarut yang teradsorpsi persatuan bobot adsorben terhadap konsentrasi
larutan. Isoterm adsorpsi menunjukkan hubungan kesetimbangan antara konsentrasi
adsorbat dalam fluida dan dalam permukaan
adsorben pada suhu tetap. Kesetimbangan
terjadi pada saat laju pengikatan adsorben
terhadap adsorbat sama dengan laju pelepasannya.
Isoterm adsorpsi dapat digunakan untuk
mempelajari mekanisme adsopsi suatu zat.
Ada beberapa tipe isoterm adsorpsi yang
dikembangkan untuk mendeskripsikan interaksi antara adsorben dan adsorbat. Tipe yang
umum digunakan untuk menggambarkan
fenomena adsorpsi padat-cair adalah tipe
isoterm Freundlich dan Langmuir (Amenante
& Njit 2008).
Isoterm Freundlich
Isoterm Freundlich merupakan isoterm
yang paling umum digunakan dan dapat
mencirikan proses adsorpsi dengan lebih baik
(Jason 2004). Isoterm Freundlich menggambarkan hubungan antara sejumlah komponen yang teradsorpsi per unit adsorben dan
konsentrasi komponen tersebut pada kesetimbangan. Freundlich memformulasikan
persamaan isotermnya sebagai berikut:
x
1/ n
= kC
m
4
saat kesetimbangan tercapai, dan hanya ada
beberapa sisi aktif saja yang mampu mengadsorpsi molekul terlarut (Jason 2004).
Isoterm Langmuir
Isoterm Langmuir diturunkan berdasarkan
persamaan sebagai berikut:
αβ C
x
=
1 + βC
Isoterm
Langmuir
dibuat
untuk
menggambarkan pembatasan sisi adsorpsi
dengan asumsi bahwa sejumlah tertentu sisi
sentuh adsorben ada pada permukaannya dan
semuanya memiliki energi yang sama, serta
bahwa adsorpsi bersifat dapat balik (Atkins
1999).
Konstanta α dan β dapat ditentukan dari
C
kurva hubungan
terhadap C dengan
x/m
m
persamaan
C
x/m
=
1
αβ
+
1
α
C
Arang Aktif
Arang aktif merupakan karbon amorf yang
daya adsorpsinya ditingkatkan dengan membuka pori-pori yang ada pada permukaannya
melalui proses yang disebut aktivasi. Arang
aktif tersusun atas plat-plat datar atom karbon
yang bersifat amorf dan terikat satu sama lain
dengan ikatan kovalen membentuk kisi
heksagonal. Arang aktif merupakan senyawa
karbon amorf yang dapat dihasilkan dari
bahan-bahan yang mengandung karbon atau
dari arang yang diperlakukan dengan cara
khusus untuk mendapatkan permukaan yang
lebih luas. Luas permukaan arang aktif
berkisar 300-3500 m2/gram dan ini berhubungan dengan struktur pori internal yang
menyebabkan arang aktif mempunyai sifat
sebagai adsorben.
Arang aktif dapat mengadsorpsi gas dan
senyawa-senyawa kimia tertentu. Sifat
adsorpsi bergantung pada volume pori-pori
dan luas permukaan (Sembiring & Sinaga
2003). Definisi lain menyatakan bahwa arang
aktif adalah bentuk generik dari berbagai
macam produk yang mengandung karbon
yang telah diaktivasi untuk meningkatkan luas
permukaannya.
Penelitian ini menggunakan arang aktif
sebagai adsorben pembanding untuk mengetahui kemampuan adsorben ampas tebu dalam
mengadsorpsi zat warna. Walaupun arang
aktif memiliki mekanisme yang berbeda
dengan adsorben, arang aktif merupakan
adsorben komersial yang banyak digunakan
oleh industri (Forlink 2000). Hal ini karena
arang aktif memiliki kemampuan yang efektif
dalam mengadsorpsi berbagai senyawa, baik
logam berat maupun zat warna. Proses adsorpsi pada arang aktif terjadi melalui tiga
tahap dasar. Pertama-tama zat teradsorpsi
pada arang aktif bagian luar, lalu bergerak
menuju pori-pori, dan selanjutnya teradsorpsi
ke dinding bagian dalam dari arang aktif.
BAHAN DAN METODE
Bahan dan Alat
Bahan-bahan yang digunakan adalah
ampas tebu, formaldehida 1%, zat warna
reaktif Cibacron Red, limbah industri tekstil,
dan arang aktif komersial.
Alat-alat
yang
digunakan
adalah
spektrofotometer Spectronic 20D+ Thermo
Electron Corporation dan spektrofotometer
Spectronic DR 2000 HACH.
Metode Penelitian
Penelitian ini terdiri atas empat tahap
(Lampiran 1). Tahap pertama adalah preparasi
sampel ampas tebu yang dibedakan menjadi
dua, yaitu adsorben tanpa modifikasi dan
adsorben modifikasi asam. Tahap kedua
adalah penentuan kondisi optimum adsorpsi
yang meliputi waktu, bobot adsorben, dan
konsentrasi awal zat warna reaktif Cibacron
Red. Tahap ketiga adalah penentuan isoterm
adsorpsi adsorben tanpa modifikasi, adsorben
modifikasi asam dan arang aktif. Tahap
terakhir adalah aplikasi terhadap limbah
industri tekstil menggunakan adsorben tanpa
modifikasi, adsorben modifikasi asam, dan
arang aktif.
Preparasi Sampel (Raghuvanshi et al. 2004)
Ampas tebu dicuci dengan air mengalir
hingga bersih dan direndam dalam air
destilata kira-kira selama 48 jam, dengan
pergantian air destilata setiap 12 jam,
kemudian dicuci dengan NaOH 0.1 N kirakira selama 12 jam, lalu dibilas dengan air
destilata, dan dicuci dengan formaldehida
untuk menghilangkan gangguan warna selama proses adsorpsi. Selanjutnya bahan
dikeringkan dalam oven pada suhu 60°C
selama 24 jam dan dibuat serbuk berukuran
kurang dari 100 mesh. Serbuk ampas tebu ini
selanjutnya
disebut
adsorben
tanpa
modifikasi.
5
Modifikasi Asam
Adsorben tanpa modifikasi direndam
dalam asam sulfat pekat, lalu dipanaskan pada
suhu 150-160°C selama 36 jam. Setelah itu,
dibilas dengan air destilata untuk menghilangkan kelebihan asam. Selanjutnya bahan
dikeringkan dalam oven pada suhu 105110°C. Serbuk ampas tebu ini selanjutnya
disebut adsorben modifikasi asam.
Pembuatan Larutan Zat Warna Reaktif
Cibacron Red
Larutan stok zat warna reaktif Cibacron
Red 1000 ppm dibuat dengan cara 1 g zat
warna reaktif Cibacron Red dilarutkan ke
dalam air destilata dan diencerkan hingga 1
liter. Selanjutnya dibuat kurva standar dari
larutan Cibacron Red dengan konsentrasi 0.5,
1, 5, 10, 15, 20, dan 25 ppm.
Penentuan Kondisi Optimum Adsorpsi
Adsorben dengan ragam bobot 1, 2, dan
3 g dimasukkan ke dalam 100 ml larutan zat
warna reaktif Cibacron Red dengan konsentrasi awal 50, 100 dan 150 ppm, kemudian
larutan dikocok dengan shaker. Adsorpsi
dilakukan dengan ragam waktu adsorpsi 30,
45, dan 60 menit (Raghuvanshi et al. 2004),
kemudian diamati perubahan warnanya.
Campuran disaring dan dibaca absorbansi
filtratnya dengan spektrofotometer Sp