PEMBUATAN PENCIRIAN DAN UJI DAYA ADSORPS

  

ARDILES ACHMAD. Pembuatan, Pencirian, dan Uji Daya Adsorpsi Arang Aktif

dari Kayu Meranti Merah (Shorea sp.). Dibimbing oleh KOMAR SUTRIAH dan

  Kayu meranti merah (Shorea sp.) banyak digunakan sebagai bahan baku

furnitur dan bahan bangunan sehingga menghasilkan banyak limbah kayu. Dalam

penelitian ini, limbah kayu tersebut dimanfaatkan untuk membuat arang aktif

sehingga memiliki nilai guna. Arang aktif yang dihasilkan diuji sebagai adsorben

pada pengolahan limbah logam kromium dan mangan dari industri. Pengaktifan

arang dilakukan dengan 3 faktor, yaitu bahan kimia pengaktif, steam uap air, dan

waktu aktivasi. Sebagai indikator kualitas arang aktif digunakan Standar Nasional

Indonesia (SNI 06-3730-1995). Dilakukan juga penentuan luas permukaan

spesifik dan pola struktur arang aktif. Arang aktif komersial digunakan sebagai

pembanding. Hasil penelitian menunjukkan bahwa arang aktif terbaik berdasarkan

daya jerap iodin dan baku mutu SNI adalah arang yang diaktivasi menggunakan

steam uap air selama 90 menit tanpa bahan kimia pengaktif (HCl 5%). Arang aktif

terbaik mampu menurunkan logam kromium dan mangan berturut-turut sampai

58.11 dan 5.85%. Mekanisme adsorpsi mengikuti isoterm Freundlich, dan dosis

yang diperoleh dari persamaan isoterm tersebut dapat menurunkan konsentrasi

kromium sampai 99.99% dari limbah industri.

  

ARDILES ACHMAD. Production, Characterization, and Adsorption Capability

of Activated Carbon from Wood of Red Meranti (Shorea sp.). Supervised by

KOMAR SUTRIAH and GUSTAN PARI.

  Wood of red meranti (Shorea sp.) is utilized widely as furniture and

construction material and produces plenty of wood waste. In this research, the

wood waste was used as activated charcoal raw material to improve its utility. The

activated charcoal produced was tested as absorbent in industrial chromium and

manganese metal waste processing. Carbon activation was relied on 3 factors,

namely activator chemicals, water vapour steam, and activation time. As the

quality indicators of activated carbon Indonesian National Standard (SNI 06-

3730-1995) was used. The specific surface area and structure pattern of activated

carbon were also determined. Commercial activated carbon was also studied as

reference. The results showed that the best activated carbon based on iodine

adsorption activity and SNI’s standard quality was carbon activated with water

vapour steam for 90 minutes without activator chemicals (HCl 5%). The best

activated carbon was capable to reduce chromium and manganese concentration

up to 58.11 and 5.85%, respectively. The adsorption mechanism followed

Freundlich isotherm, and the dosage obtained from the isotherm equation could

reduce 99.99% of chromium concentration from industrial waste.

  

Skripsi

Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

Sarjana Sains pada

Departemen Kimia

  

Judul : Pembuatan, Pencirian, dan Uji Daya Adsorpsi Arang Aktif dari Kayu

Meranti Merah (Shorea sp.) Nama : Ardiles Achmad NIM : G44086014

  

Disetujui

Pembimbing I Pembimbing II

!" #$ %"& ' # $"( " % %

  

NIP 19630705 199103 1 004 NIP 19620802 198603 1 003

Diketahui

Ketua Departemen Kimia

   ' #( )*+" ","*%

NIP 19501227 197603 2 002

  Tanggal Lulus :

  Segala puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala nikmat dan karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Karya

ilmiah ini berjudul Pembuatan, Pencirian, dan Uji Daya Adsorpsi Arang Aktif

dari Kayu Meranti Merah (Shorea sp.) yang dilaksanakan pada bulan Oktober 2010 sampai dengan Mei 2011 bertempat di Laboratorium Kimia Terpadu Pusat Penelitian dan Pengembangan Hasil Hutan Bogor.

  Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Drs. Komar Sutriah, MS dan Bapak Prof(R). Dr. Gustan Pari, MSi selaku pembimbing. Ungkapan terima kasih dihaturkan kepada kedua orang tua, atas segala doa dan perhatiannya. Ungkapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada staf Laboratorium Kimia Terpadu Pusat Penelitian dan Pengembangan Hasil Hutan Bogor, Bapak Mahpudin, Bapak Dadang, dan Bapak Dikdik atas bantuannya. Penulis haturkan terima kasih kepada Bapak M. Inoki beserta staf Laboratorium Dinas Kesehatan Kota Bogor dan rekan-rekan mahasiswa Program Penyelenggaraan Khusus Departemen Kimia

  IPB. Penulis berharap karya ilmiah ini dapat bermanfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan.

  Bogor, Juni 2011 Ardiles Achmad

• - Penulis dilahirkan di Bogor pada tanggal 25 Maret 1985 dari ayah Ahmad

  

Didik dan ibu Masitoh. Penulis adalah putra pertama dari 3 bersaudara. Tahun

2003 penulis lulus dari SMU Negeri 3 Bogor dan pada tahun yang sama lulus

seleksi masuk Akademi Kimia Analisis (AKA) Bogor dan menyelesaikannya

pada tahun 2006. Tahun 2008 penulis melanjutkan pendidikan sarjana di Program

S1 Penyelenggaraan Khusus Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu

Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor.

  Selama mengikuti perkuliahan, penulis pernah mendapatkan penghargaan

sebagai salah satu Mahasiswa Berprestasi Akademi Kimia Analisis tahun

akademik 2004/2005. Penulis juga pernah aktif sebagai Ketua Lembaga Dakwah

Kampus Keluarga Muslim AKA periode tahun 2005/2006 dan Ketua Forum

Silaturrahim Alumni DKM Al-Ghufron SMAN 3 Bogor pada periode tahun yang

sama. Penulis juga pernah mengikuti Forum Silaturrahim Lembaga Dakwah

Kampus Nasional XIII di Universitas Mulawarman, Samarinda, Kalimantan

Timur pada tahun 2005. Bulan April–Juni 2006 penulis melaksanakan Praktik

Lapangan di Dinas Penelitian dan Laboratorium Pertamina, Pulo Gadung, Jakarta

Timur dengan judul Adsorpsi Warna Bahan Pengotor Lilin Menggunakan

Beberapa Jenis Lempung.

  Penulis pernah bekerja di beberapa perusahaan, yaitu di PT. Bintang

Toedjoe, PT. Metito Indonesia, dan PT. MAKIN Group. Penulis juga pernah

mengikuti pelatihan Pengantar Sistem Manajemen Lingkungan (ISO 14001);

Pengantar Manajemen Mutu (ISO 9001:2001); Awareness, Interpretation and

Documentation ISO 9001:2000; Fundamentals of Liquid Chromatograph (LC-01)

Agilent Technologies Training; dan Basic Liquid Chromatograph Maintenance

and Troubleshooting (LC-02) Agilent Technologies Training. Penulis juga pernah

mendapatkan penghargaan Director Award pada Festival Inovasi MAKIN Group

2009 atas Karya Inovatif dalam Kategori Pemanfaatan Limbah.

  "."!"(

DAFTAR TABEL .............................................................................................. vii

DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... vii

DAFTAR LAMPIRAN ...................................................................................... viii

PENDAHULUAN .............................................................................................. 1 TINJAUAN PUSTAKA

Kayu Meranti Merah .................................................................................... 1

Arang ............................................................................................................ 1 Arang Aktif ................................................................................................... 1 Adsorpsi ........................................................................................................ 2 Isoterm Adsorpsi .......................................................................................... 2 Luas Permukaan Spesifik ............................................................................. 3 Pencirian Pola Struktur ................................................................................. 3 METODE

Bahan dan Alat ............................................................................................. 4

  

Lingkup Kerja ............................................................................................... 4

Pembuatan Arang ......................................................................................... 4

Pembuatan Arang Aktif ................................................................................ 4

Uji Kualitas Arang Aktif .............................................................................. 4

Pencirian Arang Aktif .................................................................................. 6

Uji Aplikasi .................................................................................................. 7

  HASIL DAN PEMBAHASAN

Arang ............................................................................................................ 7

Arang Aktif ................................................................................................... 7

Uji Kualitas Arang Aktif .............................................................................. 7

Pencirian Arang Aktif .................................................................................. 10 Uji Aplikasi .................................................................................................. 14

  SIMPULAN DAN SARAN Simpulan ....................................................................................................... 14 Saran ............................................................................................................. 15

DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................... 15

  

LAMPIRAN ....................................................................................................... 17

  "."!"(

  

6 Kadar karbon terikat arang aktif meranti merah ........................................ 9

  

16 Isoterm Freundlich adsorpsi larutan iodin oleh AAMM terbaik ................ 13

  

15 Isoterm Langmuir adsorpsi Cr oleh AAMM terbaik .................................. 13

  

14 Isoterm Freundlich adsorpsi Cr oleh AAMM terbaik ................................ 13

  

13 Difraktogram AMM, AAK, dan AAMM terbaik ....................................... 12

  12 Luas permukaan spesifik (LPS) arang aktif meranti merah dengan metode biru metilena (BM) dan iodin ....................................................... 11

  

11 Waktu optimum berdasarkan daya jerap iodin ........................................... 11

  

10 Konsentrasi optimum berdasarkan daya jerap iodin .................................. 11

  

9 Daya jerap biru metilena arang aktif meranti merah .................................. 10

  

8 Daya jerap benzena arang aktif meranti merah .......................................... 10

  

7 Daya jerap iodin arang aktif meranti merah ............................................... 9

  

5 Kadar abu arang aktif meranti merah ......................................................... 9

  1 Derajat kristalinitas (X), sudut difraksi (θ), jarak antarlapisan (d), tinggi (L c ), lebar (L a ), serta jumlah (N) lapisan aromatik pada arang meranti merah (AMM), arang aktif meranti merah (AAMM) terbaik, dan arang aktif komersial (AAK) ................................................................................ 12

  

4 Kadar zat terbang arang aktif meranti merah ............................................. 8

  

3 Kadar air arang aktif meranti merah ........................................................... 8

  

2 Rendemen arang aktif meranti merah ........................................................ 8

  ) struktur kristalit arang aktif ........................................................................ 3

  ), jarak antarlapisan (d), dan lebar lapisan (L a

  1 Skema tinggi lapisan (L c

  6 Rerata kadar logam Cr dalam limbah pada uji aplikasi AAMM terbaik berdasarkan persamaan isoterm Freundlich ............................................... 14 "."!"(

  5 Rerata kadar Cr dan Mn dalam simulasi limbah campuran pada uji aplikasi AAMM terbaik .............................................................................. 14

  

4 Rerata kadar Cr dan Mn dalam limbah pada uji aplikasi AAMM terbaik . 14

  

3 Rerata konsentrasi logam Mn yang teradsorpsi AAMM dan AAK ........... 12

  

2 Rerata konsentrasi logam Cr yang teradsorpsi AAMM dan AAK ............. 12

  

17 Isoterm Langmuir adsorpsi larutan iodin oleh AAMM terbaik ................. 13

  "."!"(

  

1 Data ekspor arang aktif tahun 2003–2007 .................................................. 18

  

2 Baku mutu arang aktif teknis menurut SNI 06-3730-95 ............................ 18

  

3 Penggunaan arang aktif dalam industri ...................................................... 19

  

4 Diagram alir penelitian ............................................................................... 20

  

5 Tungku pengarangan dan aktivasi .............................................................. 21

  

6 Rendemen arang kayu meranti merah ........................................................ 21

  7 Tanur untuk membuat arang aktif yang terbuat dari baja nirkarat yang dilengkapi dengan termokopel ................................................................... 22

  

8 Rekapitulasi dan perhitungan data kualitas arang aktif meranti merah ...... 23

  

9 Bobot dan waktu optimum ......................................................................... 27

  

10 Luas permukaan spesifik (LPS) ................................................................. 28

  

11 Analisis difraksi sinar-X (XRD) ................................................................. 30

  

12 Analisis ragam untuk uji daya adsorpsi terhadap logam Cr dan Mn .......... 30

  13 Isoterm Freundlich dan Langmuir untuk adsorpsi logam Cr dan larutan iodin oleh AAMM terbaik .......................................................................... 31

  14 Penentuan bobot (dosis) AAMM terbaik untuk uji aplikasi terhadap limbah Cr .................................................................................................... 32

  Arang aktif merupakan material yang dapat mengadsorpsi senyawa-senyawa tertentu yang ingin dikeluarkan dari suatu sistem. Arang aktif banyak digunakan sebagai bahan pengadsorpsi polutan berkadar rendah, misalnya dalam pemurnian air, industri makanan, minuman, kimia, dan farmasi. (Redjeki et al. 2006). Kebutuhan dunia industri di luar negeri terhadap arang aktif terus meningkat. Dari data Departemen Kehutanan (2008), volume ekspor arang aktif tahun 2003–2007 mengalami peningkatan (Lampiran 1).

  Arang aktif dapat dibuat dari berbagai bahan baku yang mengandung karbon, di antaranya kayu (Othmer 2004). Jenis kayu yang pernah dibuat arang aktif antara lain

  Pinus merkusii, Paraserianthes falcataria,

  dan Acacia magnium, sedangkan jenis kayu meranti merah (Shorea sp.) belum banyak digunakan. Kayu meranti merah banyak digunakan sebagai kusen bahan bangunan dan dalam pembuatannya banyak menghasilkan limbah kayu. Untuk memanfaatkan limbah kayu tersebut, dicoba untuk membuat arang aktif dan diuji daya adsorpsinya. Sebagai pembanding, digunakan arang aktif komersial yang ada di pasaran. Arang aktif komersial biasanya terbuat dari tempurung kelapa yang mempunyai struktur makropori lebih sedikit dibandingkan dengan arang aktif dari bahan kayu (Pari 2004).

  Penelitian ini merupakan lanjutan dan pengembangan dari penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Redjeki et al. (2006). Pada penelitian tersebut, arang aktif dibuat menggunakan asam fosfat sebagai bahan pengaktif dan dipanaskan pada suhu 900 °C tanpa variasi perlakuan. Diperoleh arang aktif yang memiliki daya adsorpsi cukup baik dengan daya jerap iodin mencapai 908.3 mg/g. Namun, kadar airnya tinggi, yaitu 20.77%, dan tidak memenuhi persyaratan Standar Nasional Indonesia (SNI 1995), yaitu maksimum 15% untuk arang aktif berbentuk serbuk.

  Tujuan penelitian ini ialah membuat, menguji kualitas, dan membandingkan daya adsorpsi arang aktif dari kayu meranti merah dengan arang aktif komersial yang diaktivasi secara kimia dan fisika. Standar yang digunakan dalam uji kualitas arang aktif ialah SNI nomor 06-3730-1995 (Lampiran 2) untuk parameter kadar air, zat terbang, abu, dan karbon terikat, serta daya jerap iodin, biru ini bertujuan menentukan perlakuan terbaik yang memberikan daya jerap paling optimum berdasarkan waktu steam uap air dan bahan kimia yang digunakan pada proses aktivasi, mencirikan pola struktur dan isoterm adsorpsi, serta menguji aplikasi arang aktif terhadap polutan dalam limbah industri.

  "/# ) "($% ) "&

  Kayu meranti merah memiliki nama botanis Shorea sp. dan termasuk dalam famili Dipterocarpaceae. Kayu ini beragam warnanya mulai dari hampir putih, cokelat pucat, merah, cokelat muda, atau cokelat tua. Teksturnya agak kasar sampai kasar dan merata dengan arah serat kadang-kadang hampir lurus atau bergelombang. Permukaan kayu licin atau agak licin dan kebanyakan agak mengilap.

  Kayu meranti merah pada umumnya mudah diolah. Kayunya mudah digergaji dan diampelas dengan baik sehingga banyak digunakan sebagai bahan bangunan perumahan seperti kaso, pintu, dan jendela serta balok. Selain itu, dapat digunakan sebagai kayu perkapalan (perahu, kapal kecil, dan bagian-bagian kapal), peti mati, peti pengepak, dan alat musik (pipa organ). Daerah penyebarannya ada di seluruh Sumatera, Kalimantan, Sulawesi, dan Maluku (Heyne 1987).

  "(0

  Menurut Djatmiko et al. (1985), arang adalah bahan padat berpori hasil pembakaran dari bahan yang mengandung unsur karbon. Sebagian besar pori-porinya masih tertutup oleh hidrokarbon, ter, dan senyawa organik lain. Komponen arang terdiri atas karbon terikat, abu, air, nitrogen, dan sulfur. Arang kayu merupakan residu hasil penguraian atau pemecahan kayu karena panas, sebagian besar komponen kimianya adalah karbon.

  "(0 1$%'

  Menurut Hartoyo (1974), arang aktif berbentuk amorf, berwarna hitam, tak berbau, tak berasa, serta mempunyai daya adsorpsi jauh lebih besar dibandingkan dengan arang yang belum diaktivasi. Daya adsorpsi dapat

  Isoterm Freundlich mengasumsikan permukaan yang heterogen dan perbedaan energi pada tapak aktif (Koumanova dan Antova 2002). Artinya tapak-tapak tertentu lebih disukai untuk ditempati adsorbat, dan adsorbat teradsorpsi dengan membentuk lapisan jamak atau multilayer (Sekar dan

  Pada umumnya arang aktif digunakan sebagai bahan pembersih dan penjerap, juga sebagai bahan pengemban katalis. Pada industri karet ban, arang aktif yang mempunyai sifat radikal dan serbuk sangat halus, digunakan sebagai bahan aditif kopolimer (Lampiran 3).

   $) ! )#(*.%3&

  Tipe isoterm adsorpsi yang umum dikenal ada 3 macam, yaitu isoterm Freundlich, Langmuir, dan Brunauer-Emmet-Teller (BET). Isoterm Freundlich dan Langmuir digunakan untuk gas atau larutan dengan konsentrasi rendah. Isoterm BET merupakan modifikasi isoterm Langmuir pada tekanan tinggi (Alberty dan Silbey 1992).

  Hubungan kesetimbangan antara potensial kimia adsorbat dalam gas atau cairan dan potensial kimia adsorbat di permukaan adsorben pada suhu tetap disebut isoterm adsorpsi. Kesetimbangan tercapai jika laju pengikatan adsorben terhadap adsorbat sama dengan laju pelepasannya (Koumanova dan Antova 2002).

   $) ! * 2 %

  Makrotranspor adalah difusi adsorbat melalui air menuju antarmuka cair-padat. Mikrotranspor ialah difusi adsorbat melalui sistem makropori dan sub-mikropori. Sorpsi merupakan istilah untuk menjelaskan kontak adsorbat dengan adsorben. Istilah ini digunakan karena sulitnya membedakan proses yang berlangsung, apakah fisisorpsi atau kemisorpsi.

  Menurut Suryani (2009), proses adsorpsi berlangsung melalui 3 tahapan, yaitu makrotranspor, mikrotranspor, dan sorpsi.

  Faktor-faktor yang memengaruhi proses adsorpsi antara lain sifat fisik dan kimia adsorben seperti luas permukaan, ukuran partikel, dan komposisi kimia. Semakin kecil ukuran partikel, semakin besar luas permukaan padatan per satuan volume tertentu, sehingga semakin banyak zat yang teradsorpsi. Faktor lainnya ialah sifat fisis dan kimia adsorbat, seperti ukuran molekul dan komposisi kimia, serta konsentrasi adsorbat dalam fase cairan (Atkins 1999).

  Proses adsorpsi terdiri atas 2 tipe, yaitu adsorpsi kimia dan fisika. Pada adsorpsi kimia, molekul menempel pada permukaan melalui pembentukan ikatan kimia. Ciri-cirinya adalah terjadi pada suhu tinggi, interaksinya kuat, terbentuk ikatan kimia (umumnya kovalen) antara permukaan adsorben dan adsorbat, entalpinya tinggi (∆H 400 kJ/mol), adsorpsi terjadi hanya pada satu lapisan (monolayer), dan energi aktivasinya tinggi. Sementara adsorpsi fisika adalah penempelan adsorbat pada permukaan melalui interaksi antarmolekul yang lemah. Ciri-cirinya, terjadi pada suhu rendah, jenis interaksinya ialah reaksi antarmolekul (gaya van der Waals), entalpi rendah (∆H<20 kJ/mol), adsorpsi dapat terjadi pada banyak lapisan (multilayer), dan energi aktivasi lemah (Hasanah 2006).

  Menurut Atkins (1999), adsorpsi merupakan peristiwa terakumulasinya partikel pada permukaan/antarmuka. Partikel yang terakumulasi dan terjerap oleh permukaan disebut adsorbat dan material tempat terjadinya adsorpsi disebut adsorben.

  C. Selama proses pirolisis ini, bahan sumber karbon mengalami fragmentasi yang akhirnya membentuk struktur heksagonal yang termostabil (Pari 2004).

  digambarkan oleh luas permukaan spesifik (luas permukaan/gram). Umumnya luas permukaan spesifik arang aktif berkisar antara 500 dan 1500 m

  o

  C terjadi dekomposisi bahan dan terbentuk hasil samping seperti ter, metanol, dan fenol. Hampir 80% unsur karbon diperoleh pada suhu 400–600

  o

  Pada suhu 275

  2 , CO, dan uap asam asetat.

  C untuk mengeluarkan CO

  o

  Pembuatan arang aktif dapat dilakukan melalui tahapan penghilangan air (dehidrasi), perubahan bahan organik menjadi unsur karbon (mengusir unsur non-karbon), dan dekomposisi ter sehingga pori-pori arang menjadi besar. Pertama-tama, bahan dipanaskan sampai suhu 170

  Arang aktif dapat dibedakan dengan arang dari sifat permukaannya. Permukaan arang masih ditutupi deposit hidrokarbon yang menghalangi keaktifannya. Pada arang aktif, permukaannya telah bebas dari deposit hidrokarbon sehingga mampu melakukan adsorpsi pada pori-porinya yang telah terbuka (Syarief 1997).

  2 /g.

• * 2 %

  ) struktur kristalit arang aktif (Pari 2004).

  1 terhadap x.

  1

  1

   $) ! #("#) !!)$ )..)

  Teori BET menjelaskan fisisorpsi molekul gas ke permukaan padatan. Isoterm BET merupakan metode umum untuk menentukan luas permukaan adsorben dari data adsorpsi, dengan persamaan

  Tetapan n dan c dapat diperoleh dari kemiringan garis dan perpotongan sumbu y kurva hubungan

  ( ) x n x

  −

  #" ) !#1""( 2) %'%1

  C m x C

  Luas permukaan spesifik (LPS) adalah luas permukaan yang dapat menyerap gas secara merata pada satu lapisan per satuan massa. LPS menggambarkan permukaan aktif yang dapat kontak dengan reaktan sehingga berfungsi sebagai jembatan pada proses reaksi. Semakin besar LPS adsorben, diharapkan aktivitasnya semakin baik.

  Luas permukaan spesifik merupakan salah satu ciri fisik penting dalam proses adsorpsi, selain tapak aktif pada permukaan, karena akan memengaruhi jumlah adsorbat yang dapat teradsorpsi. Selain menggunakan metode aliran gas, LPS juga dapat ditentukan dengan metode adsorpsi biru metilena (BM) dan iodin. Banyaknya molekul BM dan iodin yang dapat diadsorpsi sebanding dengan luas permukaan adsorben (Widihati et al. 2010).

  )(3% %"( ." $ #1$#

  Pola difraksi sinar-X (XRD) menunjukkan bahwa arang aktif berbentuk grafit, amorf, tersusun dari atom-atom karbon yang berikatan secara kovalen membentuk struktur heksagonal datar (Gambar 1). Susunan kisi- kisi heksagonal ini tampak seperti pelat-pelat datar yang saling bertumpuk dengan sela-sela di antaranya.

  Gambar 1 Skema tinggi lapisan (L

  c

  ), jarak antarlapisan (d), dan lebar lapisan (L

  a

  α αβ

  1 Tetapan α, β dapat ditentukan dari kurva hubungan terhadap C dengan persamaan

  1 = log log +

  1 =

  Persamaan Freundlich dituliskan sebagai berikut:

  Isoterm Langmuir didasarkan pada asumsi bahwa sejumlah tertentu tapak sentuh adsorben terdapat pada permukaan dan memiliki energi yang sama serta adsorpsi bersifat dapat balik (Atkins 1999). Menurut Sekar dan Triono (2005), isoterm Langmuir mengasumsikan tapak-tapak adsorpsi yang homogen di permukaan dan adsorpsi membentuk lapisan tunggal (monolayer). Persamaan Langmuir dituliskan sebagai berikut:

  k, n = tetapan empiris $) ! "(0!#%

  dalam larutan setelah adsorpsi (ppm)

  C = konsentrasi kesetimbangan adsorbat

  bobot adsorben (µg/g adsorben)

  x/m = jumlah adsorbat terjerap per satuan

  Keterangan:

  n kC m x

  log

  C n k m x

  Persamaan dalam bentuk logaritma

• =

  β αβ

  C C m x

• =

  1 − Menurut Jason (2004), model isoterm ini menganggap proses adsorpsi terjadi pada semua tapak permukaan adsorben. Isoterm Freundlich tidak dapat memperkirakan adanya tapak-tapak pada permukaan yang mampu mencegah adsorpsi. Ketika kesetimbangan tercapai, hanya beberapa tapak aktif yang mampu mengadsorpsi molekul terlarut.

  1

  ( ) x c x

  C selama 3 jam. Setelah

  − −

  waktu yang berbeda, yaitu 0 menit (tanpa

  steam), 60 menit, dan 90 menit. Setelah proses

  aktivasi selesai, alat dibiarkan sampai dingin (24 jam) dan arang aktif yang dihasilkan dikeluarkan dari dalam tungku. Kemudian arang aktif dihaluskan dan disaring dengan ukuran 100 mesh.

  Arang aktif yang terbentuk dihitung lalu dibandingkan dengan bobot contoh mula-mula. Rendemen dihitung dengan rumus

  100% ) 1 (

  ) 1 ( Rendemen ×

  =

  C dengan menaikkan suhu secara bertahap sampai tercapai suhu konstan; tekanan dibuat konstan pada 0.05 bar. Dilakukan juga pengaliran uap H

  d a c b

  Keterangan:

  a = bobot contoh mula-mula (g) b = bobot arang aktif yang dihasilkan (g) c = kadar air arang aktif (%) d = kadar air arang (%)

  "*" % 557

  Sebanyak ±1.00 g contoh ditimbang dalam cawan porselen yang telah diketahui bobot keringnya, kemudian dikeringkan di oven pada suhu 105

  o

  2 O panas (steam) dengan

  o

  Setiap kristalit arang aktif biasanya tersusun dari 3 atau 4 lapisan atom karbon dengan sekitar 20–30 atom karbon heksagonal pada tiap lapisan (Suryani 2009). Analisis

  Bahan baku arang aktif ialah kayu meranti merah (Shorea sp.) dari perusahaan kayu di wilayah Jalan Sholeh Iskandar, Kecamatan Tanah Sareal, Kota Bogor. Arang aktif komersial bermerek Brataco yang terbuat dari tempurung kelapa dijadikan pembanding. Larutan standar logam mangan (Mn) bivalen dan kromium (Cr) heksavalen 1000 ppm buatan Merck digunakan untuk pembuatan isoterm adsorpsi. Limbah logam Mn dan Cr dari laboratorium research and development (R&D) industri sawit digunakan untuk uji aplikasi.

  XRD dilakukan untuk mengetahui derajat kristalinitas, tinggi (L

  c

  ), lebar (L

  a

  ), jarak (d), dan jumlah (N) lapisan heksagonal (aromatik) dengan cara menginterpretasi pola difraksi dari hamburan sinar-X pada contoh.

  "&"( *"( ."$

  Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini antara lain retort, tanur pembakar, oven, desikator, saringan halus (100 mesh), cawan porselen, neraca analitik, pengaduk magnetik, spektrofotometer ultraviolet-tampak (UV-Vis) jenis Spectroquant NOVA 60 MERCK dan difraktometer sinar-X (XRD) tipe 7000 Shimadzu, serta alat-alat kaca lainnya.

  Arang kayu meranti merah dimasukkan ke dalam tungku aktivasi (Lampiran 5) sebanyak ±100 g potongan kecil dan direndam dalam larutan pengaktif HCl 5% selama 24 jam. Selanjutnya alat disiapkan pada suhu 800

  %(01#2 ) +"

  Penelitian dilakukan dalam 4 tahapan (Lampiran 4). Tahap pertama ialah pembuatan arang aktif dari kayu meranti merah yang meliputi pengarangan serta aktivasi secara kimia. Tahap kedua adalah uji kualitas arang aktif yang meliputi analisis kadar air, abu, karbon terikat, dan zat terbang serta rendemen, daya jerap benzena, BM, dan iodin. Tahap ketiga ialah pencirian lanjutan yang meliputi LPS, pola struktur, isoterm adsorpsi, dan uji efektivitas adsorpsi terhadap larutan standar Mn dan Cr dengan variasi konsentrasi. Sebagai pembanding digunakan arang aktif komersial, dan semua perlakuan dilakukan 2 kali ulangan. Tahap keempat adalah uji aplikasi arang aktif kayu meranti merah dalam menurunkan kandungan logam pada limbah laboratorium R&D industri sawit. Kandungan logam diuji sebelum dan sesudah adsorpsi.

  )!4#"$"( "(0

  Kayu meranti merah dipotong-potong dengan panjang maksimum 15 cm, lalu ditimbang sebanyak ±2.500 kg. Kemudian sampel dimasukkan ke dalam tabung sampel dengan disusun sedemikian rupa dan ditutup rapat. Tabung sampel tersebut dimasukkan ke dalam tungku pengarangan listrik atau retort (Lampiran 5) kemudian dipanaskan pada suhu 400

  o

  C selama ±5 jam. Setelah selesai, tungku pengarangan dimatikan dan dibiarkan sampai dingin (±20 jam). Arang dikeluarkan dari tungku, ditimbang bobotnya, dan rendemen proses pengarangan dihitung.

  )!4#"$"( "(0 1$%'

• +% #".%$" "(0 1$%' )(*)!)( 565

Pengeringan dan penimbangan diulangi setiap jam sampai diperoleh bobot konstan. Analisis dilakukan duplo. Kadar air dihitung berdasarkan persamaan

  ( )

  2 O

  − =

     

   

  Keterangan:

  Q i

  = daya jerap iodin (mg/g)

  B = volume larutan Na-tiosulfat (mL) C = normalitas Na-tiosulfat (N) D = normalitas iodin (N)

  12.693 = jumlah iodin yang sesuai dengan 1 mL larutan Na

  2 S

  3

  D C B i Q

  0.1 N

  "/" ) "2 )(9)(" 565

  Sebanyak ±1.00 g arang aktif ditimbang ke dalam cawan petri yang telah diketahui bobot keringnya. Cawan kemudian dimasukkan ke dalam desikator yang telah dijenuhi uap benzena pada suhu 19–20

  o

  C selama 24 jam agar kesetimbangan adsorpsi tercapai. Selanjutnya arang aktif ditimbang kembali, namun sebelum ditimbang cawan dibiarkan 5 menit di udara terbuka untuk menghilangkan uap benzena yang menempel pada cawan.

  ( ) % m h m

  Daya 100 benzena jerap × −

  = Keterangan:

  m = bobot arang aktif sebelum mengadsorpsi h = bobot arang aktif sesudah mengadsorpsi "/" ) "2 % # )$%.)(" 557 )!4#"$"( " #$"( % # )$%.)("

  )!4"(*%(0 Kadar air biru metilena (BM)

  × × ×

  5 2 693 12 10 . .

  % 100 air Kadar × −

  "*" 4# 557

  =

  a b a

  Keterangan:

  a = bobot contoh awal (g) b = bobot contoh akhir (g) "*" 8"$ ) 4"(0 557

  Sebanyak ±1.00 g contoh ditimbang dalam cawan porselen yang telah diketahui bobot keringnya. Cawan kemudian dipanaskan dalam tanur listrik pada suhu 950

  o

  C selama 10 menit, didinginkan dalam deksikator, dan ditimbang. Cawan ditutup serapat mungkin. Analisis dilakukan duplo. Kadar zat terbang dihitung berdasarkan persamaan

  ( )

  % 100 terbang zat Kadar × −

  = a b a

  Sebanyak ±1.00 g contoh ditimbang dalam cawan porselen yang telah diketahui bobot keringnya. Cawan yang berisi contoh ditempatkan dalam tanur listrik pada suhu 700

  (g) contoh bobot

  o

  C selama 6 jam. Setelah itu, didinginkan dalam desikator dan ditimbang. Pengeringan dan penimbangan diulangi setiap jam sampai diperoleh bobot konstan. Analisis dilakukan duplo. Kadar abu dihitung berdasarkan persamaan

  100% (g) abu bobot

  Kadar abu × =

  a "*" " 4 ( ) %1"$ 557

  Karbon dalam arang aktif adalah hasil dari proses pengarangan/pirolisis selain abu (zat anorganik) dan zat terbang (zat-zat atsiri yang masih terdapat pada pori-pori arang). Definisi ini hanya berupa pendekatan (SNI 1995).

  Kadar karbon terikat = 100% - (u + z) Keterangan:

  u = kadar abu (%) z = kadar zat terbang (%) "/" ) "2 *%( 557

  Contoh arang aktif yang telah dikeringkan dalam oven selama 1 jam ditimbang sebanyak ±0.25 g kemudian ditempatkan dalam Erlenmeyer 250 mL. Ditambahkan 25 mL larutan iodin 0.1 N, lalu Erlenmeyer segera ditutup dan dikocok selama 15 menit. Suspensi selanjutnya disaring, filtratnya dipipet sebanyak 10 mL ke dalam Erlenmeyer dan langsung dititrasi dengan larutan natrium tiosulfat 0.1 N sampai warna kuning muda. Setelah ditambahkan beberapa tetes amilum 1%, titrasi dilanjutkan sampai warna biru tepat hilang. Penentuan daya jerap iodin adalah dengan perhitungan sebagai berikut:

  ( )

  ditetapkan, kemudian jumlah BM yang ditimbang dihitung sebagai berikut:

  Untuk mempelajari proses pembentukan pola strukturnya, arang aktif terbaik diidentifikasi perubahan pola strukturnya menggunakan XRD. Arang aktif dalam bentuk serbuk halus ditempatkan pada wadah contoh kemudian diukur menggunakan radiasi Cu Kα dengan panjang gelombang 0.15418 nm (1.5418 Å) dengan profil difraksi 2θ 10°– 60° dan laju pemayaran 2° per menit.

  = bobot molekul BM (319.86 g/mol)

  = Keterangan:

  

X

m

  = daya jerap BM (mL/g)

  N = bilangan Avogadro (6.023 × 10

  23

  /mol)

  A = luas penampang BM (1.969 × 10

  m

  2

  )

  

ρ

BM

  = massa jenis BM (1 g/mL)

  M BM

  )()($#"( #" ) !#1""( 2) %'%1 )$ *) * 2 % *%( 5;6

  2 (m LPS

  Arang aktif terbaik sejumlah bobot optimum dimasukkan ke dalam 25 mL larutan iodin dengan variasi konsentrasi 1500, 2000, 2500, 3500, 6000, dan 8500 mg/L, kemudian dikocok pada suhu kamar selama waktu optimum. Setelah itu, contoh disaring dan konsentrasi akhir iodin diukur. Selanjutnya dibuat kurva isoterm BET dan ditentukan persamaan garis linearnya. LPS ditentukan menggunakan persamaan

  LPS (m

  2

  /g) = (Q

  m

  /BE) × N × A Keterangan:

  Q m

  = kapasitas adsorpsi monolayer (mg/g)

  A = luas penampang iodin (0.40 × 10

  m

  2

  ) BE = bobot ekuivalen iodin (126.904 g/mol)

  )(3% %"( ." $ #1$# "(0 1$%' " % <

  M A N X ρ × × ×

  /g)

  diinginkan (A). Kemudian dipipet 10 mL larutan A ke dalam labu ukur 500 mL, diencerkan dengan air suling hingga tanda tera, dan dihomogenkan (B). Sebanyak 5 mL larutan B dipipet ke dalam labu ukur 500 mL dan diencerkan kembali dengan air suling sampai tanda tera setelah sebelumnya ditambah dahulu larutan dapar (C).

  Biru metilena ditimbang sebanyak hasil perhitungan, lalu dilarutkan dalam larutan dapar (campuran KH

  2 O 4:6) sebanyak volume yang

  BM BM m

  ) ."1#"( ($ & Sebanyak 0.01– 0.10

  2 HPO

  dengan Na

  4

  2 PO

  V = volume yang diinginkan (mL) E = kadar air BM (%)

  4

  BM 12 g Jumlah Keterangan:

  100 100

  − × =

  V E . ×

  ( ) ( )

  )()($#"( #" ) !#1""( 2) %'%1 )$ *) % # )$%.)(" #$&%" 55:

  Luas permukaan spesifik (LPS) arang aktif dihitung berdasarkan banyaknya BM yang dijerap oleh arang aktif.

  ·12H

• 21

  g contoh arang aktif yang sudah dikeringkan dititar dengan larutan BM 1200 ppm sambil sesekali dikocok kuat. Penitaran berakhir bila warna larutan di atas contoh sama dengan warna larutan BM pembanding (C). Jumlah larutan BM yang dijerap dihitung menggunakan persamaan

  W

  V m

  X

  1 × =

  Keterangan:

  X m

  = daya jerap BM (mL/g)

  V = volume larutan BM hasil penitaran (mL) W = bobot contoh (g) )(3% %"( "(0 1$%' )()($#"( 4 $ *"( -"1$# 2$%!#! ! *%'%1" % # /"(% 5 *"( 557

  Arang aktif terbaik dari beberapa perlakuan pembuatan ditimbang dengan variasi bobot 0.15, 0.30, 0.60, dan 1.20% (b/v) kemudian dimasukkan dalam Erlenmeyer yang berisi 25 mL larutan iodin 0.1 N. Erlenmeyer segera ditutup dan dikocok selama 15 menit, lalu disaring. Selanjutnya filtrat dipipet sebanyak 10 mL ke dalam Erlenmeyer dan langsung dititrasi dengan larutan natrium tiosulfat 0.1 N sampai warna kuning muda. Beberapa tetes amilum 1% ditambahkan dan titrasi dilanjutkan sampai warna biru tepat hilang.

• 18

  Bobot tetap arang aktif terbaik dimasukkan ke dalam Erlenmeyer yang berisi 25 mL larutan iodin 0.1 N, kemudian dikocok dengan variasi waktu 3.75, 7.50, 15.00, dan 30.00 menit. Setelah itu, contoh disaring dan ditentukan daya jerap iodinnya sebagaimana saat penentuan bobot optimum. Bobot dan waktu optimum adsorpsi ditentukan dari daya jerap iodin maksimum dari arang aktif terbaik.

• +% "/" * 2 % *"( $) ! * 2 % ! *%'%1" % )*+)1% ;

  Uji daya adsorpsi mengukur efektivitas adsorpsi arang aktif kayu meranti merah terhadap larutan standar mangan dengan variasi konsentrasi mulai dari 2.50, 3.75, 5.00, dan 6.25 mg/L dan larutan standar kromium dengan variasi konsentrasi 30.00, 45.00, 60.00, dan 75.00 mg/L. Sebagai pembanding digunakan arang aktif komersial. Semua perlakuan dilakukan 2 kali ulangan.

  Arang aktif terbaik sebanyak bobot optimum ditambahkan dalam 25 mL larutan standar mangan dan kromium kemudian dikocok selama waktu optimum dan disaring. Konsentrasi larutan standar sebelum dan sesudah perlakuan diukur menggunakan spektrofotometer UV-Vis jenis Spectroquant NOVA 60 MERCK. Tetapan adsorpsi dihitung dengan model isoterm Freundlich dan Langmuir. Kedua model ini kemudian dibandingkan dengan model isoterm adsorpsi Freundlich dan Langmuir menggunakan larutan iodin yang diperoleh dari data penentuan LPS.

• +% 2.%1" % ! *%'%1" % )*+)1% ;