10
III. METODE PENELITIAN
A. TEMPAT DAN WAKTU PENELITIAN
Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Pusat Penelitian dan Pengembangan Keteknikan Kehutanan dan Pengelolaan Hasil Hutan, Bogor dan di Laboratorium Dasar Ilmu Terapan
Teknologi Industri Pertanian IPB Bogor. Penelitian dilaksanakan pada bulan Maret sampai Juli 2012.
B. BAHAN DAN ALAT
Bahan baku yang digunakan dalam penelitian ini adalah tempurung kelapa sawit Elaeis guineensis
yang diperoleh di Pabrik Minyak Kelapa Sawit PTPN VIII Kertajaya Malingping, Banten. Bahan yang digunakan untuk aktivasi adalah asam fosfat H
3
PO
4
dan akuades. Bahan untuk aplikasi adalah biodiesel kasar yang berasal dari minyak olein kelapa sawit yang diperoleh di Surfactant and
Bioenergi Research Center SBRC Institut Pertanian Bogor.
Bahan-bahan yang digunakan untuk analisis mutu arang aktif adalah natrium tiosulfat Na
2
S
2
O
3
0.1 N, benzena, larutan iod 0.1 N, kertas saring, akuades, larutan kanji 1 dan arang aktif komersial. Bahan untuk aplikasi arang aktif adalah biodiesel, sedangkan bahan yang digunakan untuk
menguji mutu biodiesel adalah larutan KOH 0.1 N, alkohol netral, indikator phenolpftalein, Alat-alat yang digunakan untuk membuat arang aktif adalah tungku pengarangan, tungku
aktivasi retort yang dilengkapi ketel uap, labu takar, pipet volumetrik, gelas piala, erlemneyer, saringan, dan nercara analitik. Alat-alat yang digunakan untuk analisis mutu arang aktif adalah, cawan
alumunium, cawan petri, cawan porselin, oven, tanur, desikator, gegep, pengaduk, erlenmeyer, kertas saring. Alat-alat yang digunakan untuk analisis mutu biodiesel adalah erlenmeyer, buret, pH meter,
dan spektrofotometer.
a b
Gambar 5 a. Tungku pengarangan dan b. Tungku aktivasi
11
C. TATA LAKSANA PENELITIAN
1. PENELITIAN PENDAHULUAN a. Analisis Tempurung Kelapa Sawit
Sebelum dikarbonisasi, tempurung kelapa sawit dianalisis sifat fisiko kimia yang meliputi kadar air, kadar abu, kadar zat terbang, dan kadar karbon terikat. Analisis dilakukan
untuk mengetahui karakteristik bahan baku yang akan digunakan sebagai arang aktif. Sifat fisiko kimia bahan baku berpengaruh terhadap proses karbonisasi.
b. Pembuatan dan Analisis Arang Tempurung Kelapa Sawit
Tempurung kelapa sawit yang telah dianalisis kemudian dikarbonisasi atau diarangkan. Proses karbonisasi dilakukan dengan menggunakan tungku pengarangan listrik. Tempurung
tersebut ditempatkan di dalam tabung wadah yang berbentuk silinder dan kemudian dipasang di tengah tungku pengarangan. Kemudian labu leher tiga dipasang pada pipa pembuangan gas
dan alat destilasi untuk menampung senyawa hidrokarbon, tar dan cuka tempurung. Kemudian listrik dihidupkan dan proses karbonisasi dilakukan hingga suhu mencapai 450
o
C. Hasil arang kemudian dianalisis rendemen, kadar air, zat terbang, kadar abu, kadar karbon terikat, daya
serap iod, dan daya serap benzena. Diagram alir pembuatan arang dapat dilihat pada Gambar 6.
Gambar 6. Diagram alir pembuatan arang
c. Penentuan Suhu dan Konsentrasi Asam Fosfat
Untuk membuat arang aktif, arang yang dihasilkan dari proses karbonisasi ditimbang sebanyak 200 gram kemudian direndam menggunakan asam fosfat teknis 85 dengan
konsentrasi 5, 10, dan 15 vv selama 24 jam. Rasio arang dengan asam fosfat yang digunakan adalah 1:2 bv. Setelah direndam, arang ditiriskan hingga permukaan arang kering.
Proses aktivasi dilakukan dengan menggunakan tungku aktivasi pada suhu 700 dan 800
o
C
selama 60 menit yang dialiri uap air. Setelah proses aktivasi dilakukan, arang didinginkan selama 15-24 jam di dalam tungku aktivasi kemudian arang aktif dikeluarkan dari tungku
aktivasi. Arang aktif yang dihasilkan kemudian digiling dan dianalisis mengenai kemampuan daya serap iod.
Tempurung kelapa sawit
PengaranganKarbonisasi ±450
o
C, 5 jam Arang
Dianalisis mutu arang
12
2. PENELITIAN UTAMA a. Pengaruh Perendaman Asam Fosfat dan Waktu Aktivasi
Konsentrasi asam fosfat dan suhu yang baik pada penelitian pendahuluan digunakan pada penelitian utama. Sebanyak 200 gram arang direndam dengan asam fosfat teknis dengan
konsentrasi 15 selama 24 jam. Perbandingan arang dengan larutan asam fosfat adalah 1:2 bv. Setelah direndam, arang ditiriskan hingga permukaan arang kering. Proses aktivasi
dilakukan pada suhu 800
o
C dengan variasi waktu aktivasi 60, 90, dan 120 menit yang dialiri uap air. Untuk melihat pengaruh perendaman asam fosfat maka dibuat arang tanpa direndam
asam fosfat. Setelah proses aktivasi dilakukan, arang didinginkan selama 15-24 jam di dalam tungku aktivasi kemudian arang aktif dikeluarkan dari tungku aktivasi. Arang aktif digiling
dan dianalisis sifat fisiko kimia arang aktif yang meliputi kadar air, kadar zat terbang, kadar abu, kadar karbon terikat, daya serap iod, daya serap benzene dan derajat keasaman pH.
Diagram alir pembuatan arang aktif dapat dilihat pada Gambar 7.
Gambar 7. Diagram alir pembuatan arang aktif
b. Aplikasi Arang Aktif Terbaik Untuk Proses Pemurnian Biodiesel
Arang aktif yang memiliki mutu terbaik kemudian diuji untuk memurnikan biodiesel. Arang aktif terlebih dahulu dicuci dengan air suling hingga pH air cucian netral, kemudian
dikeringkan dalam oven pada suhu 105
o
C. Arang aktif yang sudah kering kemudian digiling
lolos ayakan 100 mesh untuk memperluas permukaan arang aktif.
Tidak direndam asam fosfat
Ditiriskan hingga bahan kering
Diaktivasi pada suhu 800
o
C selama 60, 90, dan 120 menit
Digiling lolos ayakan 100 mesh
Dilakukan analisis mutu
arang aktif Uap air ± 125
o
C 0.025 mbar
Direndam asam fosfat 15 24 jam
Arang
Arang Aktif
13
Pemurnian biodiesel dilakukan dengan mencampur arang aktif dengan konsentrasi 0, 1, 2, dan 3 bb ke dalam 50 gram biodiesel kemudian diaduk selama 20 menit. Biodiesel
hasil pencampuran kemudian didiamkan selama dua jam dan disaring dengan menggunakan kertas saring. Pemurnian biodiesel diadaptasi dari Puspaningrum 2007. Biodiesel dianalisis
sebelum dan sesudah pencampuran dengan arang aktif. Sebagai pembanding dilakukan pemurnian biodiesel dengan menggunakan air. Pengujian mutu biodiesel meliputi bilangan
asam, kejernihan dan derajat keasaman pH biodiesel. Diagram alir pemurnian biodiesel dapat dilihat pada Gambar 8.
Gambar 8. Diagram alir pemurnian biodiesel kasar Arang aktif
terbaik Biodiesel kasar
Ditambahkan arang aktif 1, 2, 3 bb
Diaduk 20 menit
Didiamkan 2 jam
Disaring
Biodiesel Dicuci
Hingga filtrat pH netral
Arang aktif serbuk Dikeringkan
Suhu 105
o
C selama tiga jam Digiling
lolos ayakan 100 mesh
14
D. RANCANGAN PERCOBAAN
1. Pembuatan Arang Aktif Rancangan yang digunakan adalah Rancangan Acak Lengkap Faktorial dengan dua faktor.
Model percobaan dilakukan dengan dua kali ulangan. Faktor pertama adalah pengaruh perendaman asam fosfat dengan taraf perlakuan tidak direndam dan direndam asam fosfat.
Faktor kedua adalah waktu aktivasi dengan taraf perlakuan 60, 90, dan 120 menit. Model matematis Rancangan Acak Lengkap dua faktorial adalah sebagai berikut Walpole, 1993 :
Y
ijk
= µ + A
i
+ B
j
+ AB
ij
+ ε
ijk
Keterangan :
Y
ijk
= Mutu arang aktif ke-j terhadap perlakuan ke-i
µ
= Nilai tengah pengamatan
A
i
= Nilai pengaruh faktor perendaman asam fosfat pada taraf ke-i
B
j
= Nilai pengaruh faktor waktu aktivasi pada taraf ke-j
AB
ij
= Nilai pengaruh interaksi faktor perendaman asam fosfat pada taraf ke-i dengan faktor waktu aktivasi pada taraf ke-j
ε
ijk
= Nilai galat percobaan yang mendapat taraf ke-I faktor perendaman dan taraf ke-j faktor waktu aktivasi pada ulangan ke-k
Matriks Rancangan Percobaan Pembuatan Arang Aktif A
Waktu aktivasi menit 60
90 120
Pengaruh perendaman asam fosfat
Tanpa perendaman A1B1
A1B2 A1B3
Perendaman A2B1
A2B2 A2B3
2. Aplikasi Arang Aktif Terbaik Untuk Pemurnian Biodiesel Rancangan penelitian yang digunakan adalah Rancangan Acak Lengkap Faktorial dengan satu
faktor yaitu dengan menambahkan arang aktif ke dalam biodiesel kasar sebesar 1, 2, dan 3 serta membandingkan dengan biodiesel kasar dan biodiesel dengan proses pencucian
Model matematis Rancangan Acak Lengkap satu faktorial adalah sebagai berikut Walpole, 1993 :
x
ij
= µ + C
i
+ ε
ij
Xij = Mutu biodiesel ke-j terhadap perlakukan ke-i i = 1, 2, 3
µ
= Nilai tengah pengamatan
C
i
= Nilai pengaruh konsentrasi rata-rata arang aktif pada taraf ke-i
ε
ij
= Nilai galat percobaan ke-i pada ulangan ke-j Matriks Rancangan Percobaan Pemurnian Biodiesel
Pemurnian C Biodiesel kasar
C1 Biodiesel
cuci C2 Arang
aktif 1 C3
Arang aktif 2 C4
Arang aktif 3 C5
B
15
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
A. PENELITIAN PENDAHULUAN 1. Analisis Sifat Fisiko Kimia Tempurung Kelapa Sawit
Tempurung kelapa sawit merupakan salah satu limbah biomassa yang berbentuk curah yang dihasilkan dari kegiatan industri minyak kelapa sawit. Tempurung kelapa sawit yang digunakan
merupakan tempurung kelapa sawit yang diperoleh dari PTPN VIII, Malingping, Banten. Tempurung kelapa sawit berpotensi sebagai arang aktif karena memiliki kandungan karbon pada
bahan yang tinggi. Untuk mengetahui mutu tempurung kelapa sawit yang akan digunakan untuk pembuatan arang aktif, maka dilakukan pengujian sifat fisiko kimia. Hasil analisis sifat fisiko
kimia tempurung kelapa sawit dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2. Hasil Analisis Sifat Fisiko Kimia Tempurung Kelapa Sawit Komponen
Satuan Nilai
Kadar Air bb
8.79 Kadar Abu
bk 5.38
Kadar Zat Terbang bk
78.26 Kadar Karbon Terikat
bk 16.35
Berdasarkan hasil analisis sifat fisiko kimia tempurung kelapa sawit pada Tabel 2 diketahui bahwa tempurung kelapa sawit memiliki kadar air 8.79 bb. Kadar air bahan dapat
mempengaruhi proses karbonisasi dan jumlah arang yang dihasilkan. Semakin tinggi kadar air bahan maka bobot arang yang dihasilkan semakin rendah. Menurut Sudrajat et al., 2011, adanya
air pada bahan mengurangi rendemen arang dan proses karbonisasi akan berlangsung lebih lama. Tempurung kelapa sawit memiliki kadar karbon terikat sebesar 16.35 bk. Rendahnya kadar
karbon terikat pada tempurung kelapa sawit disebabkan karena kadar abu dan kadar zat terbang yang tinggi. Nilai kadar abu dan kadar zat terbang berturut-turut adalah sebesar 5.38 bk dan
78.26 bk. Nilai kadar abu dan kadar zat terbang pada bahan dapat mempengaruhi rendemen arang yang dihasilkan. Semakin tinggi nilai kadar abu dan kadar zat terbang maka rendemen arang
semakin rendah. Tempurung kelapa sawit memiliki nilai kalor. Dalam hasil penelitian, besar kalori tempurung kelapa sawit mencapai 20000 kjoulekg Ma et.al., 2004. Oleh sebab itu selain dapat
dikonversi menjadi arang aktif, tempurung kelapa sawit juga dapat digunakan sebagai sumber energi terbarukan.
2. Analisis Sifat Fisiko Kimia Arang Tempurung Kelapa Sawit
Analisis sifat fisiko kimia arang dilakukan untuk mengetahui karakteristik arang sebelum diaktifkan menjadi arang aktif. Hasil sifat fisiko kimia arang dapat dilihat pada Tabel 3. Rendemen
arang yang dihasilkan melalui proses karbonisasi adalah 36.38 bb. Rendemen yang cukup tinggi ini disebabkan karena proses karbonisasi dilakukan dengan menggunakan retort listrik
secara vakum. Apabila pengarangan tidak dilakukan secara vakum, maka arang yang dihasilkan akan rendah yang disebabkan oleh pengaruh udara. Udara yang cukup besar menyebabkan bahan
mengalami oksidasi secara berlebih sehingga menyebabkan terbentuknya abu yang cukup banyak