PEMANFAATAN KARBON AKTIF ARANG BATUBARA (KAAB) UNTUK MENURUNKAN KADAR ZAT WARNA DAN LOGAM BERAT PADA LIMBAH INDUSTRI TEKSTIL
BAB I.
1.1.
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Industri tekstil merupakan salah satu industri andalan Jawa Tengah,
dan Surakarta pada khususnya. Dalam operasinya tentu industri tersebut akan
menghasilkan limbah, baik berupa limbah cair maupun limbah padatan.
Limbah industri tekstil jika langsung dibuang ke lingkungan tanpa diolah
dengan baik akan sangat berbahaya. Salah satu sumber limbah cair dari
produksi tekstil berasal dari pewarna kain (dyeing). Penumpukan zat warna
dalam air dapat menyebabkan kekeruhan dan sulitnya sinar matahari masuk
ke badan air sehingga mengganggu kehidupan biota air. Di samping itu,
kandungan logam berat yang masih ada di dalam limbah cair juga dapat
menyebabkan pencemaran lingkungan. Mengingat dampak negatif dari air
limbah tersebut, maka perlu dilakukan pengolahan terlebih dahulu sebelum
dibuang ke badan air yaitu, dengan mengolahan lebih lanjut sehingga aman
terhadap lingkungan.
Limbah dari proses pewarnaan dan pencelupan sebagian besar diolah
secara konvensional yaitu dengan proses biologi. Proses ini tidak dapat
mendegradasi zat warna dan logam berat dari pewarna kain. Cara ini hanya
bisa mengurangi kadar Biological Oxygen Demand (BOD) dalam air limbah.
Salah satu cara untuk menghilangkan zat warna dan logam dari limbah
adalah dengan proses penjerapan (adsorpsi). Penggunaan adsorben yang
murah dan ramah lingkungan perlu dilakukan agar biaya proses adsorpsi
dapat ditekan. Adsorben dari bahan alam yang ramah lingkungan atau
material hasil limbah industri merupakan bahan yang potensial untuk
digunakan. Adapun syarat sebagai adsorben memiliki luas permukaan
(surface area) dan volume internal yang besar, yang ditunjukkan dengan
porositas. Kekuatan mekanis yang baik serta ketahanan terhadap abrasi sangat
penting, mengingat adsorben akan mengalami proses regenerasi berulang-
1
ulang pada saat digunakan. Agar dapat memisahkan bahan dengan baik, maka
adsorben harus memiliki kemampuan transfer massa yang baik (Yang, 2003).
Arang batubara (bottom ash) memenuhi syarat sebagai adsorben yang
baik dan memiliki gugus karbon sehingga dapat dijadikan karbon aktif. Arang
batubara tidak memiliki nilai ekonomis, sehingga pemanfaatan sebagai
adsorben
akan
mempunyai
keuntungan
ekonomi.
Studi
tentang
kesetimbangan dan kinetika adsorpsi pada penggunaan karbon aktif sebagai
adsorben menurunkan kadar zat warna dari limbah tekstil sangat terbatas.
Padahal pengetahuan ini sangat penting untuk merancang suatu proses yang
optimum. Dalam hal ini akan dipelajari pengaruh pH dan kosentrasi zat warna
mula-mula terhadap kesetimbangan dan kinetika adsorpsi pada penggunaan
KAAB sebagai adsorben sehingga diketahui waktu optimum adsorpsi dan
efisiensi adsorben dengan banyaknya konsentrasi solut yang teradsorpsi (Q).
1.2.
Rumusan Masalah
Perkembangan industri tekstil yang sangat pesat juga menyebabkan
peningkatan volume limbah. Pengolahan limbah cair ini membutuhkan biaya
yang sangat mahal, oleh karena itu perlu adanya upaya pengolahan yang
murah tetapi tetap efisien yaitu salah satunya dengan pengolahan limbah cair
dengan metode adsorpsi dan adsorben berupa karbon aktif dari arang batubara
(KAAB).
2
DAFTAR PUSTAKA
Azizian, S., 2004. Kinetic models of sorption: a theoretical analysis. Journal of
Colloid and Interface Science, 276(1): 47-52.
Azizian, S., Haerifar, M. and Bashiri, H., 2009. Adsorption of methyl violet onto
granular activated carbon: Equilibrium, kinetics and modeling. Chemical
Engineering Journal, 146(1): 36-41.
Butt, H.-J., Graf, K. and Kappl, M., 2003. Physics and Chemistry of Interfaces.
Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim.
Chatterjee, D., Ruj, B. and Mahata, A., 2001. Adsorption and photocatalysis of
colour removal from waste water using flyash and sunlight. Catalysis
Communications, 2(3-4): 113-117.
Cimino, G., Passerini, A. and Toscano, G., 2000. Removal of toxic cations and
Cr(VI) from aqueous solution by hazelnut shell. Water Research, 34(11):
2955-2962.
Dinçer, A.R., Günes, Y. and Karakaya, N., 2007. Coal-based bottom ash (CBBA)
waste material as adsorbent for removal of textile dyestuffs from aqueous
solution. Journal of Hazardous Materials, 141(3): 529-535.
Do, D.D., 1998. Adsorption Analysis: Equilibria and Kinetics. Imperial College
Press, London.
Gupta, V.K., Mittal, A., Krishnan, L. and Gajbe, V., 2004. Adsorption kinetics
and column operations for the removal and recovery of malachite green
from wastewater using bottom ash. Separation and Purification
Technology, 40(1): 87-96.
Gupta, V.K., Mittal, A., Malviya, A. and Mittal, J., 2009. Adsorption of
carmoisine A from wastewater using waste materials--Bottom ash and
deoiled soya. Journal of Colloid and Interface Science, 335(1): 24-33.
Gupta, V.K. and Suhas, 2009. Application of low-cost adsorbents for dye removal
- A review. Journal of Environmental Management, 90(8): 2313-2342.
Han, R. et al., 2008. Use of rice husk for the adsorption of congo red from
aqueous solution in column mode. Bioresource Technology, 99(8): 29382946.
Langmuir, I., 1918. The Adsorption of Gases on Plane Surfaces of Glass, Mica,
and Platinum. American Chemical Society Journal, 40: 1361-1403.
Sulistyoweni, 1994. Penanganan Limbah Industri Tekstil di DKI Jakarta, Pusat
Penelitian Sumber Daya Manusia dan Lingkungan, Lembaga Penelitian
UI, Jakarta.
Tchobanoglous, G. and Burton, F.L., 1991. Wastewater Engineering: Treatment,
Disposal and Reuse. Mc Graw-Hill Book Co, Singapore.
Wang, C., Li, J., Wang, L., Sun, X. and Huang, J., 2009. Adsorption of Dye from
Wastewater by Zeolites Synthesized from Fly Ash: Kinetic and
Equilibrium Studies. Chinese Journal of Chemical Engineering, 17(3):
513-521.
Yang, R.T., 2003. Adsorbents: Fundamentals and Applications. John Wiley &
Sons, Inc.
43
Yin, Y., Allen, H.E., Huang, C.P. and Sanders, P.F., 1997. Adsorption/Desorption
Isoterm of Hg(II) by Soil. Soil Science, 162: 35-45.
44
Bidang Teknologi
LAPORAN PENELITIAN HIBAH BERSAING
PEMANFAATAN KARBON AKTIF ARANG BATUBARA
(KAAB) UNTUK MENURUNKAN KADAR ZAT WARNA
DAN LOGAM BERAT PADA LIMBAH INDUSTRI TEKSTIL
Peneliti Utama:
Denny Vitasari, ST, MEngSc
Anggota:
1. Kusmiyati, ST, MT, PhD
2. Ir. Ahmad M Fuadi, MT
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
OKTOBER 2009
i
INTISARI
Salah satu sumber limbah cair adalah dari produksi tekstil. Sumber
pencemaran utama berasal dari pewarnaan kain (dyeing), dalam proses finishing
pembuatan kain, di mana menggunakan bahan-bahan kimia dan zat warna.
Pengolahan limbah cair dengan adsorpsi merupakan metode yang paling efektif
untuk mengurangi kadar zat warna pada limbah. Alternatif penerapan teknologi
adsorpsi dengan karbon aktif arang batubara dipilih karena KAAB merupakan
limbah yang tidak memiliki nilai ekonomi sehingga dapat menekan biaya untuk
pembelian adsorben..
Tujuan penelitian ini untuk mempelajari pengaruh dari parameter proses
adsorpsi, menentukan persamaan kinetika dan kesetimbangan adsorbsi zat warna
Vertigo Blue 49 dengan menggunakan karbon aktif dari arang batubara (KAAB)
dan proses secara batch. Limbah yang digunakan dalam penelitian ini adalah
limbah sintetis yang dibuat dengan melarutkan zat warna dalam air terdeionisasi.
Dari
hasil
penelitian
yang
telah
dilakukan
diketahui
bahwa
kesetimbangan terjadi pada menit ke-45 dan model isoterm adsorpsi Freundlich
yang sesuai dengan adsorpsi Vertigo Blue 49. Kinetika model pseudo-secondorder rate lebih sesuai untuk proses adsorpsi Vertigo Blue 49 dibandingkan
model pseudo-first-order rate.
Isoterm Adsorpsi Freundlich merupakan model isoterm adsorpsi yang
sesuai untuk percobaan Adsorpsi zat warna Orange DNA 13 dengan KAAB pada
pH4 dan pH 9 sedangkan isoterm adsorpsi Langmuir lebih sesuai untuk
percobaan tersebut pada pH 7. Kinetika model pseudo-first-order rate (orde 1)
lebih sesuai untuk proses adsorpsi Orange DNA 13.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa KAAB dapat digunakan untuk
mengurangi kandungan logam berat Cu2+ dan Ag+. Adsorpsi KAAB mengikuti
model Isoterm adsorpsi Langmuir pada pH netral, error 3,57.10-5 untuk logam
Cu2+ dan 1,17.10-4 untuk logam Ag+, sedangkan pH asam mengikuti model
isoterm adsorpsi Freundlich. Kinetika model pseudo-second-order rate sesuai
untuk proses adsorpsi pH 7 dan model pseudo-first-order rate sesuai untuk pH 4
iii
logam berat Cu2+, sedangkan logam Ag+ mengikuti model pseudo-first-order rate
untuk semua variasi pH.
Kata kunci: Adsorpsi, KAAB, zat warna tekstil, ion logam, kinetika,
kesetimbangan
iv
PRAKATA
Industri tekstil merupakan salah satu industri andalan Jawa Tengah, dan
Surakarta pada khususnya. Permasalahan yang nampak dari banyaknya industri
tekstil tersebut adalah munculnya limbah yang mengganggu kesehatan
masyarakat. Sumber utama limbah ini adalah dari proses pewarnaan tekstil dengan
kandungan utama zat warna dan logam. Untuk itu perlu dipikirkan proses
pengolahan limbah yang murah dan dapat dengan mudah diterapkan.
Penelitian ini melakukan inovasi penggunaan limbah arang batu bara
sebagai karbon aktif untuk menyerap zat warna dan logam dari limbah industri
tekstil. Penelitian dilakukan dengan biaya dari DP2M DIKTI dengan skema Hibah
Bersaing. Diharapkan hasil penelitian ini dapat memberikan alternatif pengolahan
limbah yang murah dan mudah diterapkan.
Dalam melakukan penelitian ini penulis mendapat bantuan dari banyak
pihak. Untuk itu penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada PT Indo
Acidatama yang telah mengijinkan panulis untuk menggunakan arang batu bara.
Terima kasih yang tak terhingga kepada Robi Indra Setyawan, Virgita Dwi
Rachmatika, Puspita Adi Lystanto, dan Dlia Islamica yang telah banyak
membantu dalam pengambilan data dan penyusunan laporan. Dan terima kasih
kepada Laboratorium Teknik Kimia UMS yang telah memberikan berbagai
fasilitas untuk pengambilan data.
Akhir kata, penulis menyadari masih banyak kekurangan dalam laporan
penelitian ini, untuk itu kritik dan sarang sangat diharapkan agar laporan ini dapat
lebih bermanfaat.
Surakarta, 31 Oktober 2009
v
DAFTAR ISI
BAB I. PENDAHULUAN .................................................................................. 1
1.1. Latar Belakang ........................................................................................ 1
1.2. Rumusan Masalah ................................................................................... 2
BAB II.
TINJAUAN PUSTAKA ..................................................................... 3
2.1. Limbah Cair Industri Tekstil................................................................... 3
2.2. Adsorpsi .................................................................................................. 4
2.3. Karbon Aktif ........................................................................................... 7
2.4. Zat Warna Tekstil.................................................................................... 9
2.5. Arang Batubara ..................................................................................... 11
BAB III. TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN .................................... 12
3.1. Tujuan Penelitian .................................................................................. 12
3.2. Manfaat Penelitian ................................................................................ 12
BAB IV. METODE PENELITIAN.................................................................. 13
4.1. Cara Kerja ............................................................................................. 13
4.1.1.
Proses Aktivasi Adsorben ............................................................. 13
4.1.2.
Pembuatan Larutan Zat Warna...................................................... 13
4.1.3.
Proses Adsorpsi Zat Warna........................................................... 13
4.1.4.
Pembuatan Larutan Ion Logam Cu2+ ............................................ 14
4.1.5.
Pembuatan Limbah Sintesis Ag+ ................................................... 14
4.1.6.
Pembuatan Kurva Standar Cu2+ .................................................... 15
4.1.7.
Pembuatan Kurva Standar Ag+ ..................................................... 15
4.1.8.
Proses Adsorpsi Logam Berat Cu2+ .............................................. 15
4.1.9.
Proses Adsorpsi Logam Berat Ag+ ............................................... 16
4.2. Analisis Zat Warna................................................................................ 16
4.2.1.
Penentuan Panjang Gelombang..................................................... 16
4.2.2.
Pembuatan Kurva Kalibrasi .......................................................... 16
BAB V.
HASIL DAN PEMBAHASAN......................................................... 17
5.1. Evaluasi Sifat-sifat KAAB.................................................................... 17
5.2. Adsorpsi Zat Warna .............................................................................. 18
5.2.1.
Adsorpsi Vertigo Blue 49.............................................................. 18
5.2.2.
Adsorpsi Orange DNA 13............................................................. 24
5.3. Adsorpsi Ion Logam.............................................................................. 30
5.3.1.
Adsorpsi Ion Cu2+ ......................................................................... 30
5.3.2.
Adsorpsi Ion Ag+........................................................................... 35
5.4. Adsorpsi Zat Warna dengan Karbon Aktif ........................................... 40
BAB VI. KESIMPULAN DAN SARAN......................................................... 41
6.1. Kesimpulan ........................................................................................... 41
6.2. Saran...................................................................................................... 42
vi
DAFTAR TABEL
Tabel 1. Analisis Komposisi Arang Batubara (bottom ash). ................................ 11
Tabel 2. Hasil Analisis FTIR ................................................................................ 17
Tabel 3. Perbandingan Konsentrasi Vertigo Blue 49 Mula-mula (Cø) dengan
Konsentrasi Setelah Adsorpsi (C) pada pH 4........................................................ 18
Tabel 4. Perbandingan Konsentrasi Vertigo Blue 49 Mula-mula (Cø) dengan
Konsentrasi Setelah Adsorpsi (C) pada pH 7........................................................ 19
Tabel 5. Perbandingan Konsentrasi Vertigo Blue 49 Mula-mula (Cø) dengan
Konsentrasi Setelah Adsorpsi (C) pada pH 9........................................................ 20
Tabel 6. Data Konstanta Kecepatan Adsorpsi Vertigo Blue 49 Order 1 (k1) dan
Order 2 (k2) pada Variasi Konsentrasi Zat Warna (Cø)......................................... 23
Tabel 7. Perbandingan Konsentrasi Orange DNA 13 Mula-mula (Cø) dengan
Konsentrasi Zat Warna Setelah Adsorpsi (C) pada pH 4...................................... 24
Tabel 8. Perbandingan Konsentrasi Orange DNA 13 Mula-mula (Cø) dengan
Konsentrasi Setelah Adsorpsi (C) pada pH 7........................................................ 25
Tabel 9. Perbandingan Konsentrasi Orange DNA 13 Mula-mula (Cø) dengan
Konsentrasi Setelah Adsorpsi (C) pada pH 9........................................................ 26
Tabel 10. Data Konstanta Kecepatan Adsorpsi Orange DNA 13 Order 1 (k1) dan
Order 2 (k2) pada Variasi Konsentrasi Zat Warna (Cø)......................................... 29
Tabel 11. Perbandingan Konsentrasi Cu2+ Awal (Cø) dengan Konsentrasi Cu2+
Setelah Adsorpsi (C) pada pH 4............................................................................ 30
Tabel 12. Perbandingan Konsentrasi Cu2+ Awal (Cø)dengan Konsentrasi Cu2+
Setelah Adsorpsi (C) pada pH 7............................................................................ 31
Tabel 13. Data Konstanta Kecepatan Adsorpsi Orde-1 (k1) dan Orde-2 (k2) Pada
Variasi Konsentrasi Logam Berat Cu2+ (Cø)......................................................... 34
Tabel 14. Perbandingan Konsentrasi Ag+ Awal (Cø) dengan Konsentrasi Ag+
Setelah Adsorpsi (C) pada pH 4............................................................................ 35
Tabel 15. Perbandingan Konsentrasi Ag+ Awal (Cø)dengan Konsentrasi Ag+
Setelah Adsorpsi (C) ............................................................................................. 36
Tabel 16. Data Konstanta Kecepatan Adsorpsi Orde-1 (k1) dan Orde-2 (k2) Pada
Variasi Konsentrasi Logam Berat Ag+ (Cø) .......................................................... 38
Tabel 17. Pebandingan % Vertigo Blue 49 teradsorpsi dengan Menggunakan
Karbon Aktif dan dengan Menggunakan KAAB.................................................. 40
vii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. Gugus Fungsional Asam yang Terikat Pada Molekul Aromatik di
Permukaan Karbon Aktif ........................................................................................ 7
Gambar 2. Gugus Molekul yang Bersifat Basa Pada Permukaan Karbon Aktif .... 8
Gambar 3. Struktur kimia pewarna reactive dyes Vertigo Blue 49 dan Orange
DNA 13 ................................................................................................................. 10
Gambar 4. Hasil Analisis SEM ............................................................................. 17
Gambar 5. Grafik Hubungan Waktu Adsorpsi dengan Konsentrasi Vertigo Blue
49 Setelah Adsorpsi (C) pada pH 4....................................................................... 18
Gambar 6. Grafik Hubungan Waktu Adsorpsi dengan Konsentrasi Vertigo Blue
49 Setelah Adsorpsi (C) pada pH 7....................................................................... 19
Gambar 7. Grafik Hubungan Waktu Adsorpsi dengan Konsentrasi Vertigo Blue
49 Setelah Adsorpsi (C) pada pH 9....................................................................... 20
Gambar 8. Grafik Hubungan Konsentrasi Vertigo Blue 49 Setelah Adsorpsi (Ce)
dengan Konsentrasi Solut yang Teradsorpsi (Qedata dan Qehitung (Langmuir dan
Freundlich)) pada pH 4. ........................................................................................ 21
Gambar 9. Grafik Hubungan Konsentrasi Vertigo Blue 49 Setelah Adsorpsi (Ce)
dengan Konsentrasi Solut yang Teradsorpsi (Qedata dan Qehitung (Langmuir dan
Freundlich)) pada pH 7. ........................................................................................ 21
Gambar 10. Grafik Hubungan Konsentrasi Vertigo Blue 49 Setelah Adsorpsi (Ce)
dengan Konsentrasi Solut yang Teradsorpsi (Qedata dan Qehitung (Langmuir dan
Freundlich)) pada pH 9. ........................................................................................ 22
Gambar 11. Hubungan Konsentrasi Vertigo Blue 49 (Cø) dengan Konstanta
Kecepatan Adsorpsi (k1)........................................................................................ 23
Gambar 12. Hubungan Konsentrasi Vertigo Blue 49 (Cø) dengan Konstanta
Kecepatan Adsorpsi (k2)........................................................................................ 24
Gambar 13. Grafik Hubungan Waktu Adsorpsi dengan Konsentrasi Orange DNA
13 Setelah Adsorpsi (C) pada pH 4....................................................................... 25
Gambar 14. Grafik Hubungan Waktu Adsorpsi dengan Konsentrasi Orange DNA
13 Setelah Adsorpsi (C) pada pH 7....................................................................... 26
Gambar 15. Grafik Hubungan Waktu Adsorpsi dengan Konsentrasi Orange DNA
13 Setelah Adsorpsi (C) pada pH 9....................................................................... 27
Gambar 16. Grafik Hubungan Konsentrasi Orange DNA 13 Setelah Adsorpsi (Ce)
dengan Konsentrasi Solut yang Teradsorpsi (Qedata dan Qehitung (Langmuir dan
Freundlich)) pada pH 4. ........................................................................................ 27
Gambar 17. Grafik Hubungan Konsentrasi Orange DNA 13 Setelah Adsorpsi (Ce)
dengan Konsentrasi Solut yang Teradsorpsi (Qedata dan Qehitung (Langmuir dan
Freundlich)) pada pH 7. ........................................................................................ 28
Gambar 18. Grafik Hubungan Konsentrasi Orange DNA 13 Setelah Adsorpsi (Ce)
dengan Konsentrasi Solut yang Teradsorpsi (Qedata dan Qehitung (Langmuir dan
Freundlich)) pada pH 7. ........................................................................................ 28
Gambar 19. Hubungan Konsentrasi Orange DNA 13 (Cø) dengan Konstanta
Kecepatan Adsorpsi (k1)........................................................................................ 29
viii
Gambar 20. Hubungan Konsentrasi Orange DNA 13 (Cø) dengan Konstanta
Kecepatan Adsorpsi (k2)........................................................................................ 30
Gambar 21. Grafik Hubungan Waktu Adsorpsi dengan Konsentrasi Cu2+ Setelah
Adsorpsi (C) pada pH 4 ........................................................................................ 31
Gambar 22. Grafik Hubungan Waktu Adsorpsi dengan Konsentrasi Cu2+ setelah
Adsorpsi (C) pada pH 7 ........................................................................................ 32
Gambar 23. Grafik Hubungan Konsentrasi Logam Berat Cu2+ Setelah Adsorpsi
(Ce) dengan Konsentrasi Solut yang Teradsorpsi (Qe data dan Qe hitung
(Langmuir dan Freundlich)) pada pH 4 ................................................................ 33
Gambar 24. Grafik Hubungan Konsentrasi Logam Berat Cu2+ Setelah Adsorpsi
(Ce) dengan Konsentrasi Solut yang Teradsorpsi (Qe data dan Qe hitung
(Langmuir dan Freundlich)) pada pH 7 ................................................................ 33
Gambar 25. Hubungan Konsentrasi Awal Cu2+ dengan Konstanta Kecepatan
Adsorpsi Orde-1 (k1) ............................................................................................. 34
Gambar 26. Hubungan Konsentrasi Awal Cu2+ dengan Konstanta Kecepatan
Adsorpsi Orde-2 (k2) ............................................................................................. 35
Gambar 27. Grafik Hubungan Waktu Adsorpsi dengan Konsentrasi Ag+ Setelah
Adsorpsi (C) .......................................................................................................... 36
Gambar 28. Grafik Hubungan Waktu Adsorpsi dengan Konsentrasi Ag+ setelah
Adsorpsi (C) .......................................................................................................... 37
Gambar 29. Grafik Hubungan Konsentrasi Logam Berat Ag+ Setelah Adsorpsi
(Ce) dengan Konsentrasi Solut yang Teradsorpsi (Qe data dan Qe hitung
(Langmuir dan Freundlich)) pada pH 4 ................................................................ 37
Gambar 30. Grafik Hubungan Konsentrasi Logam Berat Ag+ Setelah Adsorpsi
(Ce) dengan Konsentrasi Solut yang Teradsorpsi (Qe data dan Qe hitung
(Langmuir dan Freundlich)) pada pH 7 ................................................................ 38
Gambar 31. Hubungan Konsentrasi Awal Ag+ dengan Konstanta Kecepatan
Adsorpsi Orde-1 (k1) ............................................................................................. 39
Gambar 32. Hubungan Konsentrasi Awal Ag+ dengan Konstanta Kecepatan
Adsorpsi Orde-2 (k2) ............................................................................................. 39
ix
PEMANFAATAN KARBON AKTIF ARANG BATUBARA (KAAB)
UNTUK MENURUNKAN KADAR ZAT WARNA
DAN LOGAM BERAT PADA LIMBAH INDUSTRI TEKSTIL
Oleh
Denny Vitasari, Kusmiyati, Ahmad M Fuadi
I. PERMASALAHAN DAN TUJUAN PENELITIAN
Perkembangan industri tekstil yang sangat pesat juga menyebabkan peningkatan volume
limbah terutama berupa zat warna dari sisa pewarnaan kain. Salah satu cara untuk
menghilangkan zat warna dan logam dari limbah adalah dengan proses penjerapan
(adsorpsi). Penggunaan adsorben yang murah dan ramah lingkungan perlu dilakukan agar
biaya proses adsorpsi dapat ditekan. Adsorben dari bahan alam yang ramah lingkungan
atau material hasil limbah industri merupakan bahan yang potensial untuk digunakan.
Pengolahan limbah cair ini membutuhkan biaya yang sangat mahal, oleh karena itu perlu
adanya upaya pengolahan yang murah tetapi tetap efisien yaitu salah satunya dengan
pengolahan limbah cair dengan metode adsorpsi dan adsorben berupa karbon aktif dari
arang batubara (KAAB). Tujuan penelitian ini adalah mempelajari pengaruh dari
parameter proses seperti konsentrasi awal zat warna dan ion logam, pH awal cairan
limbah, serta waktu proses adsorpsi terhadap efisiensi adsorpsi zat warna dan ion logam
dengan menggunakan KAAB. Hasil yang diinginkan dari penelitian ini adalah persamaan
kinetika dan kesetimbangan adsorbsi zat warna dari limbah cair industri tekstil dengan
menggunakan adsorben berupa karbon aktif arang batubara (KAAB). Pengetahuan
tentang kinetika dan kesetimbangan adsorpsi sangat penting untuk perancangan dimensi
alat adsorpsi dalam penerapan metode adsorpsi ini di industri.
II. INOVASI IPTEKS
a. Kontribusi terhadap pembaharuan dan pengembangan ipteks
Arang batubara (bottom ash) memenuhi syarat sebagai adsorben yang baik dan memiliki
gugus karbon sehingga dapat dijadikan karbon aktif. Arang batubara tidak memiliki nilai
ekonomis, sehingga pemanfaatan sebagai adsorben akan mempunyai keuntungan
ekonomi. Studi tentang kesetimbangan dan kinetika adsorpsi pada penggunaan karbon
aktif sebagai adsorben menurunkan kadar zat warna dari limbah tekstil sangat terbatas.
Padahal pengetahuan ini sangat penting untuk merancang suatu proses yang optimum.
Dalam hal ini akan dipelajari pengaruh pH dan kosentrasi zat warna mula-mula terhadap
kesetimbangan dan kinetika adsorpsi pada penggunaan KAAB sebagai adsorben sehingga
diketahui waktu optimum adsorpsi dan efisiensi adsorben dengan banyaknya konsentrasi
solut yang teradsorpsi (Q).
b. Perluasan cakupan penelitian
Dengan mengetahui persamaan kinetika dan kesetimbangan adsorpsi maka dapat
dirancang dimensi alat dan kondisi operasi yang optimum untuk pengolahan limbah cair
dari industri tekstil dengan cara adsorpsi menggunakan karbon aktif.
III. KONTRIBUSI TERHADAP PEMBANGUNAN
a. Dalam mengatasi masalah pembangunan
Perkembangan industri tekstil menimbulkan masalah bertambahnya volume limbah yang
harus diolah. Limbah ini sebagaian besar terdiri dari zat warna dan ion logam sebagai sisa
pewarnaan kain. Penelitian ini memberikan solusi pengolahan limbah cair industri tekstil
(zat warna) menggunakan metode yang mudah, ekonomis, dan ramah lingkungan
disamping memberikan nilai ekonomi arang batubara, yang selama ini dikenal pula
sebagai limbah, sebagai adsorben pengolahan limbah cair proses pencelupan dan
pewarnaan kain industri tekstil.
b. Penerapan teknologi ke arah komersial
Arang batubara (bottom ash) adalah material buangan yang berasal dari sisa pembakaran
batubara untuk pembangkit listrik. Arang batubara bisa diperoleh di PLTU maupun
industri yang berada di Jawa Tengah. Ketersediaan bahan baku arang batubara cukup
melimpah dan merupakan material lokal yang murah. Arang batubara merupakan
material tidak berbaya dan tidak bernilai ekonomis, sehingga pemanfaatan sebagai
adsorben mempunyai keuntungan ekonomi. Arang batubara telah digunakan sebagai zat
tambahan pada campuran bangunan beton untuk konstruksi jalan dan jembatan.
Pemanfaatan arang batubara sebagai adasorben akan meningkatkan nilai ekonominya dan
mengurangi masalah limbah di industri pembangkit tenaga listrik maupun industri
lainnya yang menggunakan bahan bakar batubara.
c. Alih teknologi
Pengembangan metode adsorpsi untuk proses kontinyu dengan menggunakan kolom
bahan isian perlu untuk dikaji, mengingat proses kontinyu lebih mudah pengoperasiannya
di industri. Perancangan kolom dapat dilakukan berdasarkan data kinetika dan
kesetimbangan adsorpsi. Hasil rancangan kolom ini akan dapat diterapkan di industri
dengan bahan adsorben yang murah dan mudah didapatkan. Untuk itu penelitian lanjutan
mengenai perancangan kolom untuk adsorpsi limbah di industri perlu dilakukan agar
hasil penelitian ini dapat diterapkan di masyarakat.
d. Kelayakan memperoleh hak paten/cipta
Dalam lanjutan dari penelitian ini akan dirancang kolom yang dapat digunakan untuk
mengadsorpsi limbah dari sisa pewarnaan kain. Data-data kinetika dan kesetimbangan
adsorpsi akan diterapkan untuk memperoleh rancangan kolom yang optimum,
memberikan hasil pemisahan maksimum dengan biaya operasi yang minimum.
Rancangan kolom yang dapat diterapkan di industri, khususnya industri lokal di
Surakarta tentunya memiliki peluang untuk mendapatkan hak paten.
IV. MANFAAT BAGI INSTITUSI
a. Keterlibatan unit-unit lain di perguruan tinggi dalam pelaksanaan penelitian
Sejauh ini penelitian baru melibatkan Laboratorium Teknik Kimia mengingat sifat
penelitian yang masih mencari sifat-sifat termodinamika dan kinetika adsorpsi zat warna
tekstil dengan menggunakan KAAB. Di masa datang, penelitian ini tidak menutup
kemungkinan untuk melibatkan pihak-pihak lain, seperti Laboratorium Teknik Mesin
atau Laboratorium Teknik Sipil untuk perancangan material adsorben maupun
perancangan sistem pengolahan limbah cair dari industri tekstil.
b. Keterlibatan mahasiswa
Penelitian ini melibatkan 4 orang mahasiswa S1 dengan 4 judul tugas akhir sebagai
berikut:
No.
Nama
Judul Tugas Akhir
1
Robi Indra Setyawan
Pemanfaatan Karbon Aktif Arang Batubara (KAAB)
untuk Menurunkan Kadar Zat Warna Vertigo Blue 49
pada Limbah Industri Tekstil
2
Virgita Dwi Rachmatika
Pemanfaatan Karbon Aktif Arang Batubara (KAAB)
untuk Menurunkan Kadar Zat Warna Orange DNA 13
pada Limbah Industri Tekstil
3
Puspita Adi Lystanto
Pemanfaatan Karbon Aktif Arang Batubara (KAAB)
untuk Menurunkan Kadar Logam Berat Cu2+ dan Ag+
pada Limbah Industri Tekstil
4
Dlia Islamica
Pemanfaatan Karbon Aktif (PAC) untuk
Menurunkan Kadar Zat Warna Vertigo Blue 49 dan
Orange DNA 13 pada Limbah Industri Tekstil
c. Kerja sama dengan pihak luar
Penelitian ini dilakukan bekerja sam dengan PT Indo Acidatama sebagai penyedia arang
batubara. Sebagai lanjutan dari penelitian ini, karbon aktif arang batubara akan
dimanfaatkan untuk pengolahan limbah industri batik di Kampoeng Batik Laweyan
Surakarta. Sebuah kolom adsorpsi akan dirancang berdasarkan data-data kinetika dan
kesetimbangan yang telah dihasilkan dari penelitian untuk dapat mengolah limbah batik
di Kampoeng Batik Laweyan Surakarta secara optimum.
V. PUBLIKASI ILMIAH
Publikasi ilmiah yang disusun dari hasil penelitian ini baru akan dipresentasikan di
simposium dan seminar nasional, tetapi telah berhasil melalui review panitia. Daftar
publikasi adalah sebagai berikut:
Kusmiyati, Virgita Dwi Rachmatika, Denny Vitasari, 2009, Kinetika dan Termodinamika
Adsorpsi Orange DNA 13 dengan Adsorben Karbon Aktif Arang Batu Bara,
Simposium Nasional RAPI VIII 2009, Fakultas Teknik UMS, Surakarta, Desember
2009
Kusmiyati, Robi Indra Setyawan, Denny Vitasari, 2009, Kinetika dan Termodinamika
Adsorpsi Vertigo Blue 49 dengan Adsorben Karbon Aktif Arang Batu Bara,
Simposium Nasional RAPI VIII 2009, Fakultas Teknik UMS, Surakarta, Desember
2009
Denny Vitasari, Puspita Adi Listantyo, Kusmiyati, 2009, Kinetika dan Termodinamika
Adsorpsi Cu2+ dengan Adsorben Karbon Aktif Arang Batu Bara, Simposium
Nasional RAPI VIII 2009, Fakultas Teknik UMS, Surakarta, Desember 2009
Denny Vitasari, Dlia Islamica, Kusmiyati, 2009, Kinetika dan Termodinamika Adsorpsi
Vertigo Blue 49 dengan Adsorben Karbon Aktif, Simposium Nasional RAPI VIII
2009, Fakultas Teknik UMS, Surakarta, Desember 2009
Denny Vitasari, Robi Indra Setyawan, Kusmiyati, 2009, Sorption Isotherm of Vertigo
Blue 49 Adsorption Using Coal-Based Bottom Ash, Seminar Nasional TEKNOIN
2009, Fakultas Teknologi Industri UII, Yogyakarta, November 2009
1.1.
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Industri tekstil merupakan salah satu industri andalan Jawa Tengah,
dan Surakarta pada khususnya. Dalam operasinya tentu industri tersebut akan
menghasilkan limbah, baik berupa limbah cair maupun limbah padatan.
Limbah industri tekstil jika langsung dibuang ke lingkungan tanpa diolah
dengan baik akan sangat berbahaya. Salah satu sumber limbah cair dari
produksi tekstil berasal dari pewarna kain (dyeing). Penumpukan zat warna
dalam air dapat menyebabkan kekeruhan dan sulitnya sinar matahari masuk
ke badan air sehingga mengganggu kehidupan biota air. Di samping itu,
kandungan logam berat yang masih ada di dalam limbah cair juga dapat
menyebabkan pencemaran lingkungan. Mengingat dampak negatif dari air
limbah tersebut, maka perlu dilakukan pengolahan terlebih dahulu sebelum
dibuang ke badan air yaitu, dengan mengolahan lebih lanjut sehingga aman
terhadap lingkungan.
Limbah dari proses pewarnaan dan pencelupan sebagian besar diolah
secara konvensional yaitu dengan proses biologi. Proses ini tidak dapat
mendegradasi zat warna dan logam berat dari pewarna kain. Cara ini hanya
bisa mengurangi kadar Biological Oxygen Demand (BOD) dalam air limbah.
Salah satu cara untuk menghilangkan zat warna dan logam dari limbah
adalah dengan proses penjerapan (adsorpsi). Penggunaan adsorben yang
murah dan ramah lingkungan perlu dilakukan agar biaya proses adsorpsi
dapat ditekan. Adsorben dari bahan alam yang ramah lingkungan atau
material hasil limbah industri merupakan bahan yang potensial untuk
digunakan. Adapun syarat sebagai adsorben memiliki luas permukaan
(surface area) dan volume internal yang besar, yang ditunjukkan dengan
porositas. Kekuatan mekanis yang baik serta ketahanan terhadap abrasi sangat
penting, mengingat adsorben akan mengalami proses regenerasi berulang-
1
ulang pada saat digunakan. Agar dapat memisahkan bahan dengan baik, maka
adsorben harus memiliki kemampuan transfer massa yang baik (Yang, 2003).
Arang batubara (bottom ash) memenuhi syarat sebagai adsorben yang
baik dan memiliki gugus karbon sehingga dapat dijadikan karbon aktif. Arang
batubara tidak memiliki nilai ekonomis, sehingga pemanfaatan sebagai
adsorben
akan
mempunyai
keuntungan
ekonomi.
Studi
tentang
kesetimbangan dan kinetika adsorpsi pada penggunaan karbon aktif sebagai
adsorben menurunkan kadar zat warna dari limbah tekstil sangat terbatas.
Padahal pengetahuan ini sangat penting untuk merancang suatu proses yang
optimum. Dalam hal ini akan dipelajari pengaruh pH dan kosentrasi zat warna
mula-mula terhadap kesetimbangan dan kinetika adsorpsi pada penggunaan
KAAB sebagai adsorben sehingga diketahui waktu optimum adsorpsi dan
efisiensi adsorben dengan banyaknya konsentrasi solut yang teradsorpsi (Q).
1.2.
Rumusan Masalah
Perkembangan industri tekstil yang sangat pesat juga menyebabkan
peningkatan volume limbah. Pengolahan limbah cair ini membutuhkan biaya
yang sangat mahal, oleh karena itu perlu adanya upaya pengolahan yang
murah tetapi tetap efisien yaitu salah satunya dengan pengolahan limbah cair
dengan metode adsorpsi dan adsorben berupa karbon aktif dari arang batubara
(KAAB).
2
DAFTAR PUSTAKA
Azizian, S., 2004. Kinetic models of sorption: a theoretical analysis. Journal of
Colloid and Interface Science, 276(1): 47-52.
Azizian, S., Haerifar, M. and Bashiri, H., 2009. Adsorption of methyl violet onto
granular activated carbon: Equilibrium, kinetics and modeling. Chemical
Engineering Journal, 146(1): 36-41.
Butt, H.-J., Graf, K. and Kappl, M., 2003. Physics and Chemistry of Interfaces.
Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim.
Chatterjee, D., Ruj, B. and Mahata, A., 2001. Adsorption and photocatalysis of
colour removal from waste water using flyash and sunlight. Catalysis
Communications, 2(3-4): 113-117.
Cimino, G., Passerini, A. and Toscano, G., 2000. Removal of toxic cations and
Cr(VI) from aqueous solution by hazelnut shell. Water Research, 34(11):
2955-2962.
Dinçer, A.R., Günes, Y. and Karakaya, N., 2007. Coal-based bottom ash (CBBA)
waste material as adsorbent for removal of textile dyestuffs from aqueous
solution. Journal of Hazardous Materials, 141(3): 529-535.
Do, D.D., 1998. Adsorption Analysis: Equilibria and Kinetics. Imperial College
Press, London.
Gupta, V.K., Mittal, A., Krishnan, L. and Gajbe, V., 2004. Adsorption kinetics
and column operations for the removal and recovery of malachite green
from wastewater using bottom ash. Separation and Purification
Technology, 40(1): 87-96.
Gupta, V.K., Mittal, A., Malviya, A. and Mittal, J., 2009. Adsorption of
carmoisine A from wastewater using waste materials--Bottom ash and
deoiled soya. Journal of Colloid and Interface Science, 335(1): 24-33.
Gupta, V.K. and Suhas, 2009. Application of low-cost adsorbents for dye removal
- A review. Journal of Environmental Management, 90(8): 2313-2342.
Han, R. et al., 2008. Use of rice husk for the adsorption of congo red from
aqueous solution in column mode. Bioresource Technology, 99(8): 29382946.
Langmuir, I., 1918. The Adsorption of Gases on Plane Surfaces of Glass, Mica,
and Platinum. American Chemical Society Journal, 40: 1361-1403.
Sulistyoweni, 1994. Penanganan Limbah Industri Tekstil di DKI Jakarta, Pusat
Penelitian Sumber Daya Manusia dan Lingkungan, Lembaga Penelitian
UI, Jakarta.
Tchobanoglous, G. and Burton, F.L., 1991. Wastewater Engineering: Treatment,
Disposal and Reuse. Mc Graw-Hill Book Co, Singapore.
Wang, C., Li, J., Wang, L., Sun, X. and Huang, J., 2009. Adsorption of Dye from
Wastewater by Zeolites Synthesized from Fly Ash: Kinetic and
Equilibrium Studies. Chinese Journal of Chemical Engineering, 17(3):
513-521.
Yang, R.T., 2003. Adsorbents: Fundamentals and Applications. John Wiley &
Sons, Inc.
43
Yin, Y., Allen, H.E., Huang, C.P. and Sanders, P.F., 1997. Adsorption/Desorption
Isoterm of Hg(II) by Soil. Soil Science, 162: 35-45.
44
Bidang Teknologi
LAPORAN PENELITIAN HIBAH BERSAING
PEMANFAATAN KARBON AKTIF ARANG BATUBARA
(KAAB) UNTUK MENURUNKAN KADAR ZAT WARNA
DAN LOGAM BERAT PADA LIMBAH INDUSTRI TEKSTIL
Peneliti Utama:
Denny Vitasari, ST, MEngSc
Anggota:
1. Kusmiyati, ST, MT, PhD
2. Ir. Ahmad M Fuadi, MT
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
OKTOBER 2009
i
INTISARI
Salah satu sumber limbah cair adalah dari produksi tekstil. Sumber
pencemaran utama berasal dari pewarnaan kain (dyeing), dalam proses finishing
pembuatan kain, di mana menggunakan bahan-bahan kimia dan zat warna.
Pengolahan limbah cair dengan adsorpsi merupakan metode yang paling efektif
untuk mengurangi kadar zat warna pada limbah. Alternatif penerapan teknologi
adsorpsi dengan karbon aktif arang batubara dipilih karena KAAB merupakan
limbah yang tidak memiliki nilai ekonomi sehingga dapat menekan biaya untuk
pembelian adsorben..
Tujuan penelitian ini untuk mempelajari pengaruh dari parameter proses
adsorpsi, menentukan persamaan kinetika dan kesetimbangan adsorbsi zat warna
Vertigo Blue 49 dengan menggunakan karbon aktif dari arang batubara (KAAB)
dan proses secara batch. Limbah yang digunakan dalam penelitian ini adalah
limbah sintetis yang dibuat dengan melarutkan zat warna dalam air terdeionisasi.
Dari
hasil
penelitian
yang
telah
dilakukan
diketahui
bahwa
kesetimbangan terjadi pada menit ke-45 dan model isoterm adsorpsi Freundlich
yang sesuai dengan adsorpsi Vertigo Blue 49. Kinetika model pseudo-secondorder rate lebih sesuai untuk proses adsorpsi Vertigo Blue 49 dibandingkan
model pseudo-first-order rate.
Isoterm Adsorpsi Freundlich merupakan model isoterm adsorpsi yang
sesuai untuk percobaan Adsorpsi zat warna Orange DNA 13 dengan KAAB pada
pH4 dan pH 9 sedangkan isoterm adsorpsi Langmuir lebih sesuai untuk
percobaan tersebut pada pH 7. Kinetika model pseudo-first-order rate (orde 1)
lebih sesuai untuk proses adsorpsi Orange DNA 13.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa KAAB dapat digunakan untuk
mengurangi kandungan logam berat Cu2+ dan Ag+. Adsorpsi KAAB mengikuti
model Isoterm adsorpsi Langmuir pada pH netral, error 3,57.10-5 untuk logam
Cu2+ dan 1,17.10-4 untuk logam Ag+, sedangkan pH asam mengikuti model
isoterm adsorpsi Freundlich. Kinetika model pseudo-second-order rate sesuai
untuk proses adsorpsi pH 7 dan model pseudo-first-order rate sesuai untuk pH 4
iii
logam berat Cu2+, sedangkan logam Ag+ mengikuti model pseudo-first-order rate
untuk semua variasi pH.
Kata kunci: Adsorpsi, KAAB, zat warna tekstil, ion logam, kinetika,
kesetimbangan
iv
PRAKATA
Industri tekstil merupakan salah satu industri andalan Jawa Tengah, dan
Surakarta pada khususnya. Permasalahan yang nampak dari banyaknya industri
tekstil tersebut adalah munculnya limbah yang mengganggu kesehatan
masyarakat. Sumber utama limbah ini adalah dari proses pewarnaan tekstil dengan
kandungan utama zat warna dan logam. Untuk itu perlu dipikirkan proses
pengolahan limbah yang murah dan dapat dengan mudah diterapkan.
Penelitian ini melakukan inovasi penggunaan limbah arang batu bara
sebagai karbon aktif untuk menyerap zat warna dan logam dari limbah industri
tekstil. Penelitian dilakukan dengan biaya dari DP2M DIKTI dengan skema Hibah
Bersaing. Diharapkan hasil penelitian ini dapat memberikan alternatif pengolahan
limbah yang murah dan mudah diterapkan.
Dalam melakukan penelitian ini penulis mendapat bantuan dari banyak
pihak. Untuk itu penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada PT Indo
Acidatama yang telah mengijinkan panulis untuk menggunakan arang batu bara.
Terima kasih yang tak terhingga kepada Robi Indra Setyawan, Virgita Dwi
Rachmatika, Puspita Adi Lystanto, dan Dlia Islamica yang telah banyak
membantu dalam pengambilan data dan penyusunan laporan. Dan terima kasih
kepada Laboratorium Teknik Kimia UMS yang telah memberikan berbagai
fasilitas untuk pengambilan data.
Akhir kata, penulis menyadari masih banyak kekurangan dalam laporan
penelitian ini, untuk itu kritik dan sarang sangat diharapkan agar laporan ini dapat
lebih bermanfaat.
Surakarta, 31 Oktober 2009
v
DAFTAR ISI
BAB I. PENDAHULUAN .................................................................................. 1
1.1. Latar Belakang ........................................................................................ 1
1.2. Rumusan Masalah ................................................................................... 2
BAB II.
TINJAUAN PUSTAKA ..................................................................... 3
2.1. Limbah Cair Industri Tekstil................................................................... 3
2.2. Adsorpsi .................................................................................................. 4
2.3. Karbon Aktif ........................................................................................... 7
2.4. Zat Warna Tekstil.................................................................................... 9
2.5. Arang Batubara ..................................................................................... 11
BAB III. TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN .................................... 12
3.1. Tujuan Penelitian .................................................................................. 12
3.2. Manfaat Penelitian ................................................................................ 12
BAB IV. METODE PENELITIAN.................................................................. 13
4.1. Cara Kerja ............................................................................................. 13
4.1.1.
Proses Aktivasi Adsorben ............................................................. 13
4.1.2.
Pembuatan Larutan Zat Warna...................................................... 13
4.1.3.
Proses Adsorpsi Zat Warna........................................................... 13
4.1.4.
Pembuatan Larutan Ion Logam Cu2+ ............................................ 14
4.1.5.
Pembuatan Limbah Sintesis Ag+ ................................................... 14
4.1.6.
Pembuatan Kurva Standar Cu2+ .................................................... 15
4.1.7.
Pembuatan Kurva Standar Ag+ ..................................................... 15
4.1.8.
Proses Adsorpsi Logam Berat Cu2+ .............................................. 15
4.1.9.
Proses Adsorpsi Logam Berat Ag+ ............................................... 16
4.2. Analisis Zat Warna................................................................................ 16
4.2.1.
Penentuan Panjang Gelombang..................................................... 16
4.2.2.
Pembuatan Kurva Kalibrasi .......................................................... 16
BAB V.
HASIL DAN PEMBAHASAN......................................................... 17
5.1. Evaluasi Sifat-sifat KAAB.................................................................... 17
5.2. Adsorpsi Zat Warna .............................................................................. 18
5.2.1.
Adsorpsi Vertigo Blue 49.............................................................. 18
5.2.2.
Adsorpsi Orange DNA 13............................................................. 24
5.3. Adsorpsi Ion Logam.............................................................................. 30
5.3.1.
Adsorpsi Ion Cu2+ ......................................................................... 30
5.3.2.
Adsorpsi Ion Ag+........................................................................... 35
5.4. Adsorpsi Zat Warna dengan Karbon Aktif ........................................... 40
BAB VI. KESIMPULAN DAN SARAN......................................................... 41
6.1. Kesimpulan ........................................................................................... 41
6.2. Saran...................................................................................................... 42
vi
DAFTAR TABEL
Tabel 1. Analisis Komposisi Arang Batubara (bottom ash). ................................ 11
Tabel 2. Hasil Analisis FTIR ................................................................................ 17
Tabel 3. Perbandingan Konsentrasi Vertigo Blue 49 Mula-mula (Cø) dengan
Konsentrasi Setelah Adsorpsi (C) pada pH 4........................................................ 18
Tabel 4. Perbandingan Konsentrasi Vertigo Blue 49 Mula-mula (Cø) dengan
Konsentrasi Setelah Adsorpsi (C) pada pH 7........................................................ 19
Tabel 5. Perbandingan Konsentrasi Vertigo Blue 49 Mula-mula (Cø) dengan
Konsentrasi Setelah Adsorpsi (C) pada pH 9........................................................ 20
Tabel 6. Data Konstanta Kecepatan Adsorpsi Vertigo Blue 49 Order 1 (k1) dan
Order 2 (k2) pada Variasi Konsentrasi Zat Warna (Cø)......................................... 23
Tabel 7. Perbandingan Konsentrasi Orange DNA 13 Mula-mula (Cø) dengan
Konsentrasi Zat Warna Setelah Adsorpsi (C) pada pH 4...................................... 24
Tabel 8. Perbandingan Konsentrasi Orange DNA 13 Mula-mula (Cø) dengan
Konsentrasi Setelah Adsorpsi (C) pada pH 7........................................................ 25
Tabel 9. Perbandingan Konsentrasi Orange DNA 13 Mula-mula (Cø) dengan
Konsentrasi Setelah Adsorpsi (C) pada pH 9........................................................ 26
Tabel 10. Data Konstanta Kecepatan Adsorpsi Orange DNA 13 Order 1 (k1) dan
Order 2 (k2) pada Variasi Konsentrasi Zat Warna (Cø)......................................... 29
Tabel 11. Perbandingan Konsentrasi Cu2+ Awal (Cø) dengan Konsentrasi Cu2+
Setelah Adsorpsi (C) pada pH 4............................................................................ 30
Tabel 12. Perbandingan Konsentrasi Cu2+ Awal (Cø)dengan Konsentrasi Cu2+
Setelah Adsorpsi (C) pada pH 7............................................................................ 31
Tabel 13. Data Konstanta Kecepatan Adsorpsi Orde-1 (k1) dan Orde-2 (k2) Pada
Variasi Konsentrasi Logam Berat Cu2+ (Cø)......................................................... 34
Tabel 14. Perbandingan Konsentrasi Ag+ Awal (Cø) dengan Konsentrasi Ag+
Setelah Adsorpsi (C) pada pH 4............................................................................ 35
Tabel 15. Perbandingan Konsentrasi Ag+ Awal (Cø)dengan Konsentrasi Ag+
Setelah Adsorpsi (C) ............................................................................................. 36
Tabel 16. Data Konstanta Kecepatan Adsorpsi Orde-1 (k1) dan Orde-2 (k2) Pada
Variasi Konsentrasi Logam Berat Ag+ (Cø) .......................................................... 38
Tabel 17. Pebandingan % Vertigo Blue 49 teradsorpsi dengan Menggunakan
Karbon Aktif dan dengan Menggunakan KAAB.................................................. 40
vii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. Gugus Fungsional Asam yang Terikat Pada Molekul Aromatik di
Permukaan Karbon Aktif ........................................................................................ 7
Gambar 2. Gugus Molekul yang Bersifat Basa Pada Permukaan Karbon Aktif .... 8
Gambar 3. Struktur kimia pewarna reactive dyes Vertigo Blue 49 dan Orange
DNA 13 ................................................................................................................. 10
Gambar 4. Hasil Analisis SEM ............................................................................. 17
Gambar 5. Grafik Hubungan Waktu Adsorpsi dengan Konsentrasi Vertigo Blue
49 Setelah Adsorpsi (C) pada pH 4....................................................................... 18
Gambar 6. Grafik Hubungan Waktu Adsorpsi dengan Konsentrasi Vertigo Blue
49 Setelah Adsorpsi (C) pada pH 7....................................................................... 19
Gambar 7. Grafik Hubungan Waktu Adsorpsi dengan Konsentrasi Vertigo Blue
49 Setelah Adsorpsi (C) pada pH 9....................................................................... 20
Gambar 8. Grafik Hubungan Konsentrasi Vertigo Blue 49 Setelah Adsorpsi (Ce)
dengan Konsentrasi Solut yang Teradsorpsi (Qedata dan Qehitung (Langmuir dan
Freundlich)) pada pH 4. ........................................................................................ 21
Gambar 9. Grafik Hubungan Konsentrasi Vertigo Blue 49 Setelah Adsorpsi (Ce)
dengan Konsentrasi Solut yang Teradsorpsi (Qedata dan Qehitung (Langmuir dan
Freundlich)) pada pH 7. ........................................................................................ 21
Gambar 10. Grafik Hubungan Konsentrasi Vertigo Blue 49 Setelah Adsorpsi (Ce)
dengan Konsentrasi Solut yang Teradsorpsi (Qedata dan Qehitung (Langmuir dan
Freundlich)) pada pH 9. ........................................................................................ 22
Gambar 11. Hubungan Konsentrasi Vertigo Blue 49 (Cø) dengan Konstanta
Kecepatan Adsorpsi (k1)........................................................................................ 23
Gambar 12. Hubungan Konsentrasi Vertigo Blue 49 (Cø) dengan Konstanta
Kecepatan Adsorpsi (k2)........................................................................................ 24
Gambar 13. Grafik Hubungan Waktu Adsorpsi dengan Konsentrasi Orange DNA
13 Setelah Adsorpsi (C) pada pH 4....................................................................... 25
Gambar 14. Grafik Hubungan Waktu Adsorpsi dengan Konsentrasi Orange DNA
13 Setelah Adsorpsi (C) pada pH 7....................................................................... 26
Gambar 15. Grafik Hubungan Waktu Adsorpsi dengan Konsentrasi Orange DNA
13 Setelah Adsorpsi (C) pada pH 9....................................................................... 27
Gambar 16. Grafik Hubungan Konsentrasi Orange DNA 13 Setelah Adsorpsi (Ce)
dengan Konsentrasi Solut yang Teradsorpsi (Qedata dan Qehitung (Langmuir dan
Freundlich)) pada pH 4. ........................................................................................ 27
Gambar 17. Grafik Hubungan Konsentrasi Orange DNA 13 Setelah Adsorpsi (Ce)
dengan Konsentrasi Solut yang Teradsorpsi (Qedata dan Qehitung (Langmuir dan
Freundlich)) pada pH 7. ........................................................................................ 28
Gambar 18. Grafik Hubungan Konsentrasi Orange DNA 13 Setelah Adsorpsi (Ce)
dengan Konsentrasi Solut yang Teradsorpsi (Qedata dan Qehitung (Langmuir dan
Freundlich)) pada pH 7. ........................................................................................ 28
Gambar 19. Hubungan Konsentrasi Orange DNA 13 (Cø) dengan Konstanta
Kecepatan Adsorpsi (k1)........................................................................................ 29
viii
Gambar 20. Hubungan Konsentrasi Orange DNA 13 (Cø) dengan Konstanta
Kecepatan Adsorpsi (k2)........................................................................................ 30
Gambar 21. Grafik Hubungan Waktu Adsorpsi dengan Konsentrasi Cu2+ Setelah
Adsorpsi (C) pada pH 4 ........................................................................................ 31
Gambar 22. Grafik Hubungan Waktu Adsorpsi dengan Konsentrasi Cu2+ setelah
Adsorpsi (C) pada pH 7 ........................................................................................ 32
Gambar 23. Grafik Hubungan Konsentrasi Logam Berat Cu2+ Setelah Adsorpsi
(Ce) dengan Konsentrasi Solut yang Teradsorpsi (Qe data dan Qe hitung
(Langmuir dan Freundlich)) pada pH 4 ................................................................ 33
Gambar 24. Grafik Hubungan Konsentrasi Logam Berat Cu2+ Setelah Adsorpsi
(Ce) dengan Konsentrasi Solut yang Teradsorpsi (Qe data dan Qe hitung
(Langmuir dan Freundlich)) pada pH 7 ................................................................ 33
Gambar 25. Hubungan Konsentrasi Awal Cu2+ dengan Konstanta Kecepatan
Adsorpsi Orde-1 (k1) ............................................................................................. 34
Gambar 26. Hubungan Konsentrasi Awal Cu2+ dengan Konstanta Kecepatan
Adsorpsi Orde-2 (k2) ............................................................................................. 35
Gambar 27. Grafik Hubungan Waktu Adsorpsi dengan Konsentrasi Ag+ Setelah
Adsorpsi (C) .......................................................................................................... 36
Gambar 28. Grafik Hubungan Waktu Adsorpsi dengan Konsentrasi Ag+ setelah
Adsorpsi (C) .......................................................................................................... 37
Gambar 29. Grafik Hubungan Konsentrasi Logam Berat Ag+ Setelah Adsorpsi
(Ce) dengan Konsentrasi Solut yang Teradsorpsi (Qe data dan Qe hitung
(Langmuir dan Freundlich)) pada pH 4 ................................................................ 37
Gambar 30. Grafik Hubungan Konsentrasi Logam Berat Ag+ Setelah Adsorpsi
(Ce) dengan Konsentrasi Solut yang Teradsorpsi (Qe data dan Qe hitung
(Langmuir dan Freundlich)) pada pH 7 ................................................................ 38
Gambar 31. Hubungan Konsentrasi Awal Ag+ dengan Konstanta Kecepatan
Adsorpsi Orde-1 (k1) ............................................................................................. 39
Gambar 32. Hubungan Konsentrasi Awal Ag+ dengan Konstanta Kecepatan
Adsorpsi Orde-2 (k2) ............................................................................................. 39
ix
PEMANFAATAN KARBON AKTIF ARANG BATUBARA (KAAB)
UNTUK MENURUNKAN KADAR ZAT WARNA
DAN LOGAM BERAT PADA LIMBAH INDUSTRI TEKSTIL
Oleh
Denny Vitasari, Kusmiyati, Ahmad M Fuadi
I. PERMASALAHAN DAN TUJUAN PENELITIAN
Perkembangan industri tekstil yang sangat pesat juga menyebabkan peningkatan volume
limbah terutama berupa zat warna dari sisa pewarnaan kain. Salah satu cara untuk
menghilangkan zat warna dan logam dari limbah adalah dengan proses penjerapan
(adsorpsi). Penggunaan adsorben yang murah dan ramah lingkungan perlu dilakukan agar
biaya proses adsorpsi dapat ditekan. Adsorben dari bahan alam yang ramah lingkungan
atau material hasil limbah industri merupakan bahan yang potensial untuk digunakan.
Pengolahan limbah cair ini membutuhkan biaya yang sangat mahal, oleh karena itu perlu
adanya upaya pengolahan yang murah tetapi tetap efisien yaitu salah satunya dengan
pengolahan limbah cair dengan metode adsorpsi dan adsorben berupa karbon aktif dari
arang batubara (KAAB). Tujuan penelitian ini adalah mempelajari pengaruh dari
parameter proses seperti konsentrasi awal zat warna dan ion logam, pH awal cairan
limbah, serta waktu proses adsorpsi terhadap efisiensi adsorpsi zat warna dan ion logam
dengan menggunakan KAAB. Hasil yang diinginkan dari penelitian ini adalah persamaan
kinetika dan kesetimbangan adsorbsi zat warna dari limbah cair industri tekstil dengan
menggunakan adsorben berupa karbon aktif arang batubara (KAAB). Pengetahuan
tentang kinetika dan kesetimbangan adsorpsi sangat penting untuk perancangan dimensi
alat adsorpsi dalam penerapan metode adsorpsi ini di industri.
II. INOVASI IPTEKS
a. Kontribusi terhadap pembaharuan dan pengembangan ipteks
Arang batubara (bottom ash) memenuhi syarat sebagai adsorben yang baik dan memiliki
gugus karbon sehingga dapat dijadikan karbon aktif. Arang batubara tidak memiliki nilai
ekonomis, sehingga pemanfaatan sebagai adsorben akan mempunyai keuntungan
ekonomi. Studi tentang kesetimbangan dan kinetika adsorpsi pada penggunaan karbon
aktif sebagai adsorben menurunkan kadar zat warna dari limbah tekstil sangat terbatas.
Padahal pengetahuan ini sangat penting untuk merancang suatu proses yang optimum.
Dalam hal ini akan dipelajari pengaruh pH dan kosentrasi zat warna mula-mula terhadap
kesetimbangan dan kinetika adsorpsi pada penggunaan KAAB sebagai adsorben sehingga
diketahui waktu optimum adsorpsi dan efisiensi adsorben dengan banyaknya konsentrasi
solut yang teradsorpsi (Q).
b. Perluasan cakupan penelitian
Dengan mengetahui persamaan kinetika dan kesetimbangan adsorpsi maka dapat
dirancang dimensi alat dan kondisi operasi yang optimum untuk pengolahan limbah cair
dari industri tekstil dengan cara adsorpsi menggunakan karbon aktif.
III. KONTRIBUSI TERHADAP PEMBANGUNAN
a. Dalam mengatasi masalah pembangunan
Perkembangan industri tekstil menimbulkan masalah bertambahnya volume limbah yang
harus diolah. Limbah ini sebagaian besar terdiri dari zat warna dan ion logam sebagai sisa
pewarnaan kain. Penelitian ini memberikan solusi pengolahan limbah cair industri tekstil
(zat warna) menggunakan metode yang mudah, ekonomis, dan ramah lingkungan
disamping memberikan nilai ekonomi arang batubara, yang selama ini dikenal pula
sebagai limbah, sebagai adsorben pengolahan limbah cair proses pencelupan dan
pewarnaan kain industri tekstil.
b. Penerapan teknologi ke arah komersial
Arang batubara (bottom ash) adalah material buangan yang berasal dari sisa pembakaran
batubara untuk pembangkit listrik. Arang batubara bisa diperoleh di PLTU maupun
industri yang berada di Jawa Tengah. Ketersediaan bahan baku arang batubara cukup
melimpah dan merupakan material lokal yang murah. Arang batubara merupakan
material tidak berbaya dan tidak bernilai ekonomis, sehingga pemanfaatan sebagai
adsorben mempunyai keuntungan ekonomi. Arang batubara telah digunakan sebagai zat
tambahan pada campuran bangunan beton untuk konstruksi jalan dan jembatan.
Pemanfaatan arang batubara sebagai adasorben akan meningkatkan nilai ekonominya dan
mengurangi masalah limbah di industri pembangkit tenaga listrik maupun industri
lainnya yang menggunakan bahan bakar batubara.
c. Alih teknologi
Pengembangan metode adsorpsi untuk proses kontinyu dengan menggunakan kolom
bahan isian perlu untuk dikaji, mengingat proses kontinyu lebih mudah pengoperasiannya
di industri. Perancangan kolom dapat dilakukan berdasarkan data kinetika dan
kesetimbangan adsorpsi. Hasil rancangan kolom ini akan dapat diterapkan di industri
dengan bahan adsorben yang murah dan mudah didapatkan. Untuk itu penelitian lanjutan
mengenai perancangan kolom untuk adsorpsi limbah di industri perlu dilakukan agar
hasil penelitian ini dapat diterapkan di masyarakat.
d. Kelayakan memperoleh hak paten/cipta
Dalam lanjutan dari penelitian ini akan dirancang kolom yang dapat digunakan untuk
mengadsorpsi limbah dari sisa pewarnaan kain. Data-data kinetika dan kesetimbangan
adsorpsi akan diterapkan untuk memperoleh rancangan kolom yang optimum,
memberikan hasil pemisahan maksimum dengan biaya operasi yang minimum.
Rancangan kolom yang dapat diterapkan di industri, khususnya industri lokal di
Surakarta tentunya memiliki peluang untuk mendapatkan hak paten.
IV. MANFAAT BAGI INSTITUSI
a. Keterlibatan unit-unit lain di perguruan tinggi dalam pelaksanaan penelitian
Sejauh ini penelitian baru melibatkan Laboratorium Teknik Kimia mengingat sifat
penelitian yang masih mencari sifat-sifat termodinamika dan kinetika adsorpsi zat warna
tekstil dengan menggunakan KAAB. Di masa datang, penelitian ini tidak menutup
kemungkinan untuk melibatkan pihak-pihak lain, seperti Laboratorium Teknik Mesin
atau Laboratorium Teknik Sipil untuk perancangan material adsorben maupun
perancangan sistem pengolahan limbah cair dari industri tekstil.
b. Keterlibatan mahasiswa
Penelitian ini melibatkan 4 orang mahasiswa S1 dengan 4 judul tugas akhir sebagai
berikut:
No.
Nama
Judul Tugas Akhir
1
Robi Indra Setyawan
Pemanfaatan Karbon Aktif Arang Batubara (KAAB)
untuk Menurunkan Kadar Zat Warna Vertigo Blue 49
pada Limbah Industri Tekstil
2
Virgita Dwi Rachmatika
Pemanfaatan Karbon Aktif Arang Batubara (KAAB)
untuk Menurunkan Kadar Zat Warna Orange DNA 13
pada Limbah Industri Tekstil
3
Puspita Adi Lystanto
Pemanfaatan Karbon Aktif Arang Batubara (KAAB)
untuk Menurunkan Kadar Logam Berat Cu2+ dan Ag+
pada Limbah Industri Tekstil
4
Dlia Islamica
Pemanfaatan Karbon Aktif (PAC) untuk
Menurunkan Kadar Zat Warna Vertigo Blue 49 dan
Orange DNA 13 pada Limbah Industri Tekstil
c. Kerja sama dengan pihak luar
Penelitian ini dilakukan bekerja sam dengan PT Indo Acidatama sebagai penyedia arang
batubara. Sebagai lanjutan dari penelitian ini, karbon aktif arang batubara akan
dimanfaatkan untuk pengolahan limbah industri batik di Kampoeng Batik Laweyan
Surakarta. Sebuah kolom adsorpsi akan dirancang berdasarkan data-data kinetika dan
kesetimbangan yang telah dihasilkan dari penelitian untuk dapat mengolah limbah batik
di Kampoeng Batik Laweyan Surakarta secara optimum.
V. PUBLIKASI ILMIAH
Publikasi ilmiah yang disusun dari hasil penelitian ini baru akan dipresentasikan di
simposium dan seminar nasional, tetapi telah berhasil melalui review panitia. Daftar
publikasi adalah sebagai berikut:
Kusmiyati, Virgita Dwi Rachmatika, Denny Vitasari, 2009, Kinetika dan Termodinamika
Adsorpsi Orange DNA 13 dengan Adsorben Karbon Aktif Arang Batu Bara,
Simposium Nasional RAPI VIII 2009, Fakultas Teknik UMS, Surakarta, Desember
2009
Kusmiyati, Robi Indra Setyawan, Denny Vitasari, 2009, Kinetika dan Termodinamika
Adsorpsi Vertigo Blue 49 dengan Adsorben Karbon Aktif Arang Batu Bara,
Simposium Nasional RAPI VIII 2009, Fakultas Teknik UMS, Surakarta, Desember
2009
Denny Vitasari, Puspita Adi Listantyo, Kusmiyati, 2009, Kinetika dan Termodinamika
Adsorpsi Cu2+ dengan Adsorben Karbon Aktif Arang Batu Bara, Simposium
Nasional RAPI VIII 2009, Fakultas Teknik UMS, Surakarta, Desember 2009
Denny Vitasari, Dlia Islamica, Kusmiyati, 2009, Kinetika dan Termodinamika Adsorpsi
Vertigo Blue 49 dengan Adsorben Karbon Aktif, Simposium Nasional RAPI VIII
2009, Fakultas Teknik UMS, Surakarta, Desember 2009
Denny Vitasari, Robi Indra Setyawan, Kusmiyati, 2009, Sorption Isotherm of Vertigo
Blue 49 Adsorption Using Coal-Based Bottom Ash, Seminar Nasional TEKNOIN
2009, Fakultas Teknologi Industri UII, Yogyakarta, November 2009