Adsorpsi β-Karoten yang Terkandung Dalarn Minyak Kelapa Sawit (Crude Palm Oil) Menggunakan Adsorben Karbon Aktif

(1)

ADSORPSI β

-KAROTEN YANG TERKANDUNG

DALAM MINYAK KELAPA SAWIT (

CRUDE

PALM OIL

) MENGGUNAKAN ADSORBEN

KARBON

AKTIF

SKRIPSI

Oleh

OLYVIA PUTRI WARDHANI

110405006

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN


(2)

ADSOR

PSI β

-KAROTEN YANG TERKANDUNG

DALAM MINYAK KELAPA SAWIT (

CRUDE

PALM OIL

) MENGGUNAKAN ADSORBEN

KARBON

AKTIF

SKRIPSI

Oleh

OLYVIA PUTRI WARDHANI

110405006

SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI

SEBAGIAN PERSYARATAN UNTUK MENJADI SARJANA

TEKNIK

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

OKTOBER 2015


(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

DEDIKASI

Skripsi ini saya persembahkan untuk :

Bapak & Ibu tercinta

Bapak Wandeh dan Ibu Syafrida Zul

Orang tua dengan seluruh perhatian, nasehat dan kasih sayang yang telah

membesarkan dan mendidikku

hingga seperti saat ini.

Terima kasih atas pengorbanan, cinta kasih sayang

dan do’a yang tak pernah putus selalu kalian


(9)

RIWAYAT HIDUP PENULIS

Nama : Olyvia Putri Wardhani

NIM : 110405006

Tempat, tanggal lahir : Medan, 08 Oktober 1993 Nama orang tua : Wandeh dan Syafrida Zul Alamat orang tua : Jalan Garu 1 Gg. Apel No. 9

–e Sp. Limun, Medan

Asal Sekolah:

 SD Swasta Nur Hasanah tahun 1999-2005  SMP Swasta ERIA tahun 2005 – 2008  SMA Swasta Al- Ulum tahun 2008 – 2011 Pengalaman Kerja dan Organisasi:

1. Covalen Study Group (CSG) periode 2013-2014 sebagai Anggota Hubungan Masyarakat (HUMAS)

2. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode 2013/2014 sebagai Anggota Bidang Sosial dan Kerohanian (SOSROH) 3. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode

2014/2015 sebagai Bendahara Umum (BENDUM)

4. Kerja Praktek di PT Pacific Palmindo KIM II Medan (2015). Artikel yang akan dipublikasikan pada :


(10)

ABSTRAK

Minyak kelapa sawit mentah (CPO) adalah sumber alami terkaya karotenoid. Karotenoid dalam CPO (500-700 ppm) memberikan warna oranye-merah pada karakteristik minyak sawit mentah. Warna pada minyak kelapa sawit yang belum diolah tidak disukai oleh konsumen. Penelitian ini bertujuan untuk mengadsorpsi –karoten dari CPO menggunakan karbon aktif, mendapatkan model kinetika, isoterm, dan data termodinamika adsorpsi. Bahan-bahan yang digunakan adalah minyak kelapa sawit dan karbon aktif. Parameter yang diamati adalah konsentrasi akhir -karoten dan jumlah –karoten yang dijerap oleh karbon aktif. Proses adsorpsi dilakukan dengan mencampur adsorben ke dalam CPO dengan variasi ratio adsorben : CPO (w/w) = 1:3; 1:4; 1:5 dan 1:6 dengan kecepatan pengaduk 120 rpm, dan variasi temperatur 40 oC , 50 oC dan 60 oC. Campuran diambil dalam interval waktu 2 menit hingga mencapai waktu setimbang. Konsentrasi akhir -karoten dianalisa menggunakan spektrofotometer UV-Vis. Hasil penelitian memperlihatkan semakin besar jumlah massa CPO maka persentase adsorpsi semakin menurun. Semakin besar temperatur adsorpsi maka persentase adsorpsi semakin meningkat. Dalam penelitian ini, diperoleh nilai persentase adsorpsi paling maksimum adalah sebesar 95,1086% pada perbandingan 1:3 dan T = 60 oC . Model kinetika adsorpsi yang mewakili penjerapan

-karoten adalah kinetika orde dua dengan nilai koefisien korelasi sebesar 0,9987. Model isoterm adsorpsi yang mewakili dalam penjerapan -karoten adalah isoterm Langmuir dengan nilai koefisien korelasi sebesar 0,9590 pada T = 60 oC. Untuk data termodinamika adsorpsi diperoleh nilai ΔG pada masing-masing temperatur sebesar -24.482,4845; -24.708,0595 dan -β4.λγγ,6γ45 (J/mol), nilai ΔS sebesar ββ,5575 (J/mol K) dan nilai ΔH sebsar -17.421,9870 (J/mol).


(11)

ABSTRACT

Crude palm oil (CPO) is a natural resources that is rich in carotenoid. Carotenoid in CPO (500-700 ppm) gives the reddish-orange color in crude palm oil characteristics. The color of unprocessed palm oil is disliked by consumer. This research is aimed to adsorb the –carotene from the CPO using activated carbon and to obtain the kinetics, isotherm models and thermodynamics data of the adsorption process. The materials used in this research were CPO and activated carbon. The observed parameters were –carotene final concentration and the amounts of adsorbed –carotene in activated carbon. The adsorption process was conducted by mixing the adsorbent with CPO with the variation of adsorbent: CPO (w/w) ratio = 1:3; 1:4; 1:5 and 1:6 with steering speed 120 rpm and the temperature of 40oC, 50oC and 60oC. The sample was analyzed at every 2 minutes until the equilibrium was achieved. The final concentration of the unadsorbed – carotene was analyzed using UV-Vis spectrophotometer. The results showed that the more CPO used in the process, the lower the adsorption percentage. The higher the adsorption temperature, the higher adsorption percentage. In this research, the maximum adsorption percentage was 95,1086% obtained at ratio 1:3 and T = 60 oC. The adsorption isotherm model which fit with the –carotene adsorption at T = 60 oC was Langmuir model with the correlation coefficient of 0,9590. The adsorption kinetics model which fit with the –carotene adsorption was the second order kinetics model with the correlation coefficient of 0,9987. The thermodynamics data obtained from the adsorption process a value of were ΔG = -24.482,4845; -24.708,0595 and -24.933,6345 (J/mol) for temperature of 40 o

C, 50 oC and 60 oC respectively, ΔS = ββ,5575 (J/mol K), and ΔH = -17.421,9870 (J/mol).


(12)

DAFTAR ISI

Halaman PERNYATAAN KEASLIAN SKRISPI

PENGESAHAN UJIAN SKRIPSI

i ii PENGESAHAN

PRAKATA DEDIKASI

RIWAYAT HIDUP PENULIS ABSTRAK

ABSTRACT

iii iv vi vii viii ix

DAFTAR ISI x

DAFTAR GAMBAR xii

DAFTAR TABEL DAFTAR LAMPIRAN DAFTAR SINGKATAN DAFTAR SIMBOL

xiii xv xvii xviii

BAB I PENDAHULUAN 1

1.1 LATAR BELAKANG 1

1.2 PERUMUSAN MASALAH 3

1.3 TUJUAN PENELITIAN 3

1.4 MANFAAT PENELITIAN 3

1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 5

2.1 MINYAK KELAPA SAWIT 5

2.2 METODE – METODE PEMISAHAN –KAROTEN DARI CPO

8


(13)

2.2.2 PEMISAHAN DENGAN MEMBRAN

2.2.3 ADSORPSI MENGGUNAKAN ADSORBEN

9 9

2.3 ADSORBEN 11

2.4 STUDI KINETIKA 2.5 STUDI ISOTERM

2.6 TERMODINAMIKA ADSORPSI

13 14 15

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 16

3.1 LOKASI DAN WAKTU PENELITIAN 16

3.2 BAHAN DAN PERALATAN 16

3.2.1 Bahan Penelitian 16

3.2.2 Peralatan Penelitian 16

3.3 VARIASI PENELITIAN 17

3.4 PROSEDUR PENELITIAN 18

3.4.1 Prosedur Kinetika Adsorpsi 3.4.2 Prosedur Adsorpsi

18 18

3.4.3 Prosedur Analisa 18

3.5 FLOWCHART PENELITIAN 19

3.5.1 Flowchart Prosedur KinetikaAdsorpsi -Karoten 3.5.2 Flowchart Prosedur Adsorpsi -Karoten

19 20 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 PERUBAHAN WARNA CPO (CRUDE PALM OIL) 4.2 ANALISA GUGUS -KAROTEN

4.3 KINETIKA ADSORPSI -KAROTEN

4.4 PENENTUAN MODEL ADSORPSI ISOTERM YANG TERJADI PADA PENJERAPAN -KAROTEN

4.5 TERMODINAMIKA ADSORPSI 4.6 EFEK TEMPERATUR

4.7 ANALISI EKONOMI

21 21 22 23 27 31 33 34 36


(14)

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 KESIMPULAN

5.2 SARAN

DAFTAR PUSTAKA

36 36 37


(15)

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Grafik Produksi CPO Indonesia 5

Gambar 2.2 Struktur -karoten 7

Gambar 3.1 Gambar 3.2

Flowchart Prosedur Kinetika Adsorpsi

Flowchart Prosedur Proses Adsorpsi - Karoten

19 20 Gambar 4.1 Gambar 4.2 Gambar 4.3 Gambar 4.4 Gamabr 4.5 Gambar 4.6 Gambar 4.7 Gambar 4.8 Gambar 4.9 Gambar L2.1 Gambar L2.2 Gambar L2.3 Gambar L2.4 Gambar L2.5 Gambar L2.6 Gambar L3.1

Foto Perubahan Warna CPO (a) Sebelum Adsorpsi, (b)Sesudah Adsorpsi

Spektrum -Karoten

Kurva Kinetika Orde Satu Lagergen Kurva Kinetika Orde Dua

Kurva Kinetika Difusi Intra Partikel

Kurva Isoterm Adsorpsi Langmuir Pada T = 40 oC, 50 oC dan 60 oC

Kurva Isoterm Adsorpsi Freundlich Pada T = 40 oC, 50 oC dan 60 oC

Kurva Termodinamika Adsorpsi -Karoten

Pengaruh Temperatur Terhadap Persentase Adsorpsi Kurva Kinetika Orde Satu Lagergen

Kurva Kinetika Orde Dua

Kurva Kinetika Difusi Intra Partikel

Kurva Isoterm Adsorpsi Langmuir Pada T = 40 oC, 50 oC dan 60 oC

Kurva Isoterm Adsorpsi Freundlich Pada T = 40 oC, 50 oC dan 60 oC

Kurva Termodinamika Adsorpsi -Karoten Foto Minyak Kelapa Sawit Sebelum Adsorps

21 22 25 25 26 28 29 32 33 51 52 53 54 56 58 60


(16)

Gambar L3.2 Gambar L3.3 Gambar L3.4

Foto Karbon Aktif

Foto Minyak Kelapa Sawit Sesudah Adsorpsi Foto Rangkaian Peralatan

60 60 61


(17)

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Komponen Dalam Minyak Sawit Mentah 6

Tabel 2.2 Sifat Fisik -Karoten 6

Tabel 2.3 Standar Minyak Goreng Untuk Pangan 7

Tabel 2.4 Sifat Fisika Beberapa Adsorben yang Biasa

Digunakan 11

Tabel 2.5 Sifat Fisik dan Sifat Kimia Karbon Aktif 12 Tabel 3.1 Tabel 4.1 Tabel 4.2 Tabel 4.3 Tabel 4.4 Tabel 4.5 Tabel 4.6 Tabel 4.7 Tabel 4.8 Tabel L1.1 Tabel L1.2 Tabel L1.3 Tabel L1.4 Tabel L1.5

Variasi Percobaan Pada Proses Adsorpsi -Karoten Data Hasil Perhitungan Kinetika Adsorpsi -Karoten Pada T = 60 oC

Data Konstanta Masing-Masing Model Kinetika Data Konsentrasi -Karoten

Data Perhitungan Untuk Model Adsorpsi Langmuir Data Perhitungan Untuk Model Adsorpsi Freundlich Nilai Konstanta Masing - Masing Adsorpsi

Data Untuk Perhitungan Sifat Termodinamika Adsoprsi -Karoten

Data Nilai – Nilai Termodinamika Adsorpsi -Karoten

Data Konsentrasi -Karoten Pada T = 40 oC Data Konsentrasi -Karoten Pada T = 50 oC Data Konsentrasi -Karoten Pada T = 60 oC Data Jumlah -Karoten yang Terjerap Pada T = 40 oC

Data Jumlah -Karoten yang Terjerap Pada T = 50 oC

17 24 26 27 28 29 30 32 32 35 44 44 44 45


(18)

Tabel L1.6

Tabel L1.7

Tabel L1.8

Tabel L1.9 Tabel L1.10

Tabel L1.11 Tabel L1.12 Tabel L1.13

Data Jumlah -Karoten yang Terjerap Pada T = 60 oC

Data Untuk Isoterm Adsorpsi Langmuir Hasil Pada T = 40 oC, 50 oC dan 60 oC

Data Untuk Isoterm Adsorpsi Freundlich Hasil Pada T = 40 oC, 50 oC dan 60 oC

Data Hasil Isoterm Adsorpsi -Karoten

Data Untuk Penentuan Kinetika Adsorpsi -Karoten Pada T = 60 oC

Data Model Kinetika Adsorpsi -Karoten

Data Untuk Termodinamika Adsorpsi -Karoten Data Hasil Termodinamika Adsorpsi -Karoten

45

45

46 46 46 47 47 47 48


(19)

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman LAMPIRAN 1 DATA HASIL PERCOBAAN

L1.1 DATA HASIL PERCOBAAN

L1.1.1 Data Konsentrasi -Karoten Pada T = 40 oC L1.1.2 Data Konsentrasi -Karoten Pada T = 50 oC L1.1.3 Data Konsentrasi -Karoten Pada T = 60 oC

44 44 44 44 44

L1.2 DATA HASIL PERHITUNGAN 45

L1.2.1 Data Jumlah -Karoten yang Terjerap Pada T = 40 oC L1.2.2 Data Jumlah -Karoten yang Terjerap Pada T = 50 oC L1.2.3 Data Jumlah -Karoten yang Terjerap Pada T = 60 oC L1.2.4 Data Untuk Isoterm Adsorpsi Langmuir Pada T = 40oC, 50 oC dan 60 oC

L1.2.5 Data Untuk Isoterm Adsorpsi Freundlich Pada T = 40oC, 50 oC dan 60 oC

L1.β.6 Data Hasil Isoterm Adsorpsi -Karoten

L1.2.7 Data Untuk Penentuan Model Kinetika Adsorpsi Pada T = 60 oC

L1.2.8 Data Model Kinetika Adsorpsi -Karoten

L1.β.λ Data Untuk Termodinamika Adsorpsi -Karoten L1.β.10 Data Hasil Termodinamika Adsorpsi -Karoten

45 45 45 46 46 46 47 47 47 48

LAMPIRAN 2 CONTOH PERHITUNGAN 49

L2.1 PERHITUNGAN PERSENTASE ADSORPSI

L2.2 PERHITUNGAN JUMLAH -KAROTEN YANG DIJERAP

49 49

L2.3 PERHITUNGAN KINETIKA ADSORPSI 50

L2.4 PERHITUNGAN ISOTERM ADSORPSI

L2.5 PERHITUNGAN TERMODINAMIKA ADSORPI

53 58


(20)

LAMPIRAN 3 FOTO PENELITIAN 60

L3.1 MINYAK KELAPA SAWIT (CRUDE PALM OIL) 60

L3.2 KARBON AKTIF 60

L3.3 MINYAK KELAPA SAWIT YANG SUDAH DIADSORPSI 61


(21)

DAFTAR SINGKATAN

CPO Crude Palm Oil

UV-Vis Ultra Violet – Visible Intra Spectroscopy

FTIR Fourier Transform Infrared

PPKS Pusat Penelitian Kelapa Sawit


(22)

DAFTAR SIMBOL

Simbol Keterangan Satuan

α Alfa -

qe

Ce

Beta Gamma

Jumlah adsorbat per satuan massa adsorben Konsentrasi kesetimbangan adsorbat

- - mg/gr

mg/kg

KL Konstanta langmuir mg/gr

Kf Kapasitas adsorpsi mg/kg

t Waktu adsorpsi menit

T Suhu Adsorpsi oC

ΔG ΔS ΔH Kads Co Ce RL V m W

Energi Bebas Gibbs Perubahan Entropi Perubahan Entalpi

Konstanta Adsorpsi Langmuir Konsentrasi Awal -Karoten Konsentrasi Akhir -Karoten Parameter Kesetimbangan Adsorpsi Volume CPO

Massa Karbon Aktif

Banyaknya -Karoten yang Terjerap

J/mol J/mol K J/mol mg/L ppm ppm - mL gr mg/gr


(23)

ABSTRAK

Minyak kelapa sawit mentah (CPO) adalah sumber alami terkaya karotenoid. Karotenoid dalam CPO (500-700 ppm) memberikan warna oranye-merah pada karakteristik minyak sawit mentah. Warna pada minyak kelapa sawit yang belum diolah tidak disukai oleh konsumen. Penelitian ini bertujuan untuk mengadsorpsi –karoten dari CPO menggunakan karbon aktif, mendapatkan model kinetika, isoterm, dan data termodinamika adsorpsi. Bahan-bahan yang digunakan adalah minyak kelapa sawit dan karbon aktif. Parameter yang diamati adalah konsentrasi akhir -karoten dan jumlah –karoten yang dijerap oleh karbon aktif. Proses adsorpsi dilakukan dengan mencampur adsorben ke dalam CPO dengan variasi ratio adsorben : CPO (w/w) = 1:3; 1:4; 1:5 dan 1:6 dengan kecepatan pengaduk 120 rpm, dan variasi temperatur 40 oC , 50 oC dan 60 oC. Campuran diambil dalam interval waktu 2 menit hingga mencapai waktu setimbang. Konsentrasi akhir -karoten dianalisa menggunakan spektrofotometer UV-Vis. Hasil penelitian memperlihatkan semakin besar jumlah massa CPO maka persentase adsorpsi semakin menurun. Semakin besar temperatur adsorpsi maka persentase adsorpsi semakin meningkat. Dalam penelitian ini, diperoleh nilai persentase adsorpsi paling maksimum adalah sebesar 95,1086% pada perbandingan 1:3 dan T = 60 oC . Model kinetika adsorpsi yang mewakili penjerapan

-karoten adalah kinetika orde dua dengan nilai koefisien korelasi sebesar 0,9987. Model isoterm adsorpsi yang mewakili dalam penjerapan -karoten adalah isoterm Langmuir dengan nilai koefisien korelasi sebesar 0,9590 pada T = 60 oC. Untuk data termodinamika adsorpsi diperoleh nilai ΔG pada masing-masing temperatur sebesar -24.482,4845; -24.708,0595 dan -β4.λγγ,6γ45 (J/mol), nilai ΔS sebesar ββ,5575 (J/mol K) dan nilai ΔH sebsar -17.421,9870 (J/mol).


(24)

ABSTRACT

Crude palm oil (CPO) is a natural resources that is rich in carotenoid. Carotenoid in CPO (500-700 ppm) gives the reddish-orange color in crude palm oil characteristics. The color of unprocessed palm oil is disliked by consumer. This research is aimed to adsorb the –carotene from the CPO using activated carbon and to obtain the kinetics, isotherm models and thermodynamics data of the adsorption process. The materials used in this research were CPO and activated carbon. The observed parameters were –carotene final concentration and the amounts of adsorbed –carotene in activated carbon. The adsorption process was conducted by mixing the adsorbent with CPO with the variation of adsorbent: CPO (w/w) ratio = 1:3; 1:4; 1:5 and 1:6 with steering speed 120 rpm and the temperature of 40oC, 50oC and 60oC. The sample was analyzed at every 2 minutes until the equilibrium was achieved. The final concentration of the unadsorbed – carotene was analyzed using UV-Vis spectrophotometer. The results showed that the more CPO used in the process, the lower the adsorption percentage. The higher the adsorption temperature, the higher adsorption percentage. In this research, the maximum adsorption percentage was 95,1086% obtained at ratio 1:3 and T = 60 oC. The adsorption isotherm model which fit with the –carotene adsorption at T = 60 oC was Langmuir model with the correlation coefficient of 0,9590. The adsorption kinetics model which fit with the –carotene adsorption was the second order kinetics model with the correlation coefficient of 0,9987. The thermodynamics data obtained from the adsorption process a value of were ΔG = -24.482,4845; -24.708,0595 and -24.933,6345 (J/mol) for temperature of 40 o

C, 50 oC and 60 oC respectively, ΔS = ββ,5575 (J/mol K), and ΔH = -17.421,9870 (J/mol).


(25)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG

Indonesia adalah produsen minyak sawit terbesar di dunia, memberikan kontribusi sekitar 27,0 Mton (48,79%) dari dunia pada tahun 2012. Sampai saat ini sebagian besar komponen non-minyak belum dimanfaatkan secara optimal. Bahkan, limbah industri kelapa sawit masih memiliki nilai ekonomi yang tinggi. Banyak produk samping pengolahan kelapa sawit yang dapat digunakan sebagai bahan dasar industri oleokimia, salah satunya adalah -karoten yang dibutuhkan dalam industri makanan, farmasi, dan kosmetik [1].

Selain karotenoid, terdapat pula komponen minor dalam minyak sawit mentah yaitu, tokoferol, tokotrienol, sterol, fosfolipid, squalen, dan tripterpenik dan hidrokarbon alifatik. Karotenoid, tokoferol, dan tocotrienol adalah komponen kecil yang paling penting. Bersama-sama, mereka memberikan kontribusi untuk stabilitas dan sifat gizi minyak kelapa sawit. Karotenoid memberikan warna oranye-merah pada karakteristik minyak mentah kelapa sawit. α- dan -karoten, yang memiliki kadar vitamin A yang diubah menjadi vitamin A in vivo. Tokoferol dan tokotrienol adalah vitamin isomer E dan merupakan antioksidan potensial yang memberikan stabilitas oksidatif minyak.

Beberapa komponen non-gliserida di dalam minyak kelapa sawit mentah, seperti asam lemak bebas, kelembaban, kotoran, dan logam, merugikan stabilitas minyak, sedangkan senyawa aromatis mengurangi palatabilitasnya. Oleh karena itu minyak mentah, perlu menjalani proses pemurnian di mana senyawa yang tidak diinginkan dihilangkan, sehingga rendemen minyak lebih stabil [2].

Menurut Standar Malaysia [3], warna minyak sawit mentah atau dinetralkan harus terang, jelas dan oranye-merah. Dalam industri minyak nabati untuk mengurangi kandungan -karoten sesuai dengan standar kualitas industri, banyak

-karoten yang harus dibuang [1].

Minyak kelapa sawit mentah (CPO) adalah sumber karotenoid terkaya di dunia dari alam dalam bentuk retinol (pro-vitamin A). Karotenoid yang terkandung sekitar 15 sampai 300 kali lebih banyak retinol dibanding yang


(26)

terdapat pada wortel dan sayuran berdaun hijau, yang memiliki jumlah yang signifikan dari pro-vitamin A. Berbagai metode pengambilan karotenoid dari minyak kelapa telah dilakukan. Termasuk saponifikasi, proses adsorpsi, ekstraksi pelarut selektif, dan proses transesterifikasi yang diikuti oleh distilasi [4].

Kebutuhan karotenoid dunia mengalami peningkatan setiap tahun, terutama untuk makanan, pakan ternak dan obat-obatan [1]. Karotenoid termasuk golongan hidrokarbon, tersebar luas di alam dan merupakan pigmen penting dalam kehidupan organisme. Karotenoid terkandung di dalam wortel, labu, kentang manis, tomat, buah-buahan yang berwarna hijau gelap, kuning oranye, dan merah, sayuran dan beberapa minyak sayur, dimana minyak sawit dan produk-produk minyak sawit diketahui mengandung konsentrasi karotenoid paling tinggi [5].

Terlepas dari implikasi gizi utama ini, karotenoid memiliki sifat antioksidan yang signifikan. Kedua α dan -karoten, merupakan antioksidan penting. Karotenoid juga memiliki kemungkinan efek penghambatan pada pengembangan dari jenis kanker tertentu. Peran mereka dalam menghambat proliferasi beberapa jenis kanker, seperti oral, kanker faring, paru-paru, dan perut, telah diteliti [2].

Beberapa penelitian telah dilakukan untuk mengambil -karoten. Penelitian mengenai kesetimbangan, kinetika dan termodinamika dari proses adsorpsi karoten dan fosfor dari minyak kelapa sawit menggunakan bleaching earth yang telah diaktivasi. Namun, penelitian ini memerlukan temperatur yang tinggi untuk menyerap karoten dan fosfor, penggunaan proses ini pada industri perlu dipertimbangkan kembali, melihat faktor-faktor lain, seperti reaksi samping yang tidak diinginkan [6], penelitian mengenai mekanisme penghilangan warna dari minyak nabati dengan proses adsorpsi -karoten menggunakan asam sepiolit yang telah diaktivasi [7] dan penelitian mengenai kinetika penyerapan pigmen -karoten dari minyak sawit menggunakan tanah liat alami yang dimodifikasi [8].

Dalam penelitian ini, untuk mengambil -karoten dari minyak kelapa sawit digunakan proses adsorpsi menggunakan adsorben karbon aktif serta mendapatkan model adsorpsi isoterm.


(27)

1.2 PERUMUSAN MASALAH

Telah banyak dilakukan penelitian mengenai proses adsorpsi -karoten dari CPO menggunakan adsorben. Salah satunya adalah penghilangan warna dari minyak nabati dengan proses adsorpsi -karoten menggunakan asam sepiolit yang telah diaktivasi. Asam sepiolit memiliki luas permukaan yang besar sehingga memungkinkan proses penjerapan ion organik dan anorganik ke dalam struktur asam sepiolit. Karbon aktif mampu menjerap hampir semua adsorbat kecuali air. Pada penelitian ini, ingin mengetahui bagaimana karbon aktif mampu menjerap -karoten dalam minyak kelapa sawit mentah (crude palm oil) .

1.3 TUJUAN PENELITIAN

Tujuan dilakukan penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. Mengadsorpsi -karoten dari minyak kelapa sawit (crude palm oil) menggunakan adsorben karbon aktif.

2. Mendapatkan kinetika, model isoterm dan termodinamika dari proses adsorpsi -karoten dari CPO menggunakan adsorben karbon aktif.

1.4 MANFAAT PENELITIAN

Manfaat dari penelitian yang dilakukan adalah :

1. Memperoleh informasi mengenai penggunaan karbon aktif dalam mengadsorpsi -karoten dari CPO

2. Memberikan informasi tentang waktu setimbang, persentase adsorpsi, kinetika, isoterm adsorpsi dan termodinamika adsorpsi yang dapat digunakan sebagai dasar dalam pengembangan dan perancangan peralatan adsorpsi dalam industri.

1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN

Penelitian ini akan dilaksanakan di Laboratorium Operasi Teknik Kimia, dan Laboratorium Proses Industri Kimia, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, dan Laboratorium Pusat Penelitian Kelapa Sawit (PPKS), Medan.


(28)

Penelitian ini memiliki ruang lingkup atau batasan sebagai berikut:

1. Bahan baku yang digunakan adalah minyak kelapa sawit mentah (Crude Palm Oil).

2. Adsorben yang digunakan adalah karbon aktif. 3. Variabel operasi adalah sebagai berikut :

 Kecepatan pengadukan = 120 rpm [4].  Waktu adsorpsi = 120 menit [6]. a. Untuk proses adsorpsi :

 Kecepatan pengadukan = 120 rpm [4].

 Rasio berat (w/w) karbon aktif dengan CPO = 1:3 ; 1:4 ; 1:5 ; 1:6 [9].

 Temperatur adsorpsi: 40 oC , 50 oC [10] dan 60 oC. b. Untuk Kajian Kinetika :

 Kecepatan pengadukan = 120 rpm [4].

 Rasio berat (w/w) karbon aktif dengan CPO = 1:5 [9].  Temperatur : 60 oC.

 Waktu adsorpsi = 2, 4, 6, 8, 15, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90,100, 110, 120 menit

4. Analisa hasil penelitian yaitu :

 Analisa konsentrasi -karoten dengan alat spektrofotometer UV-Vis.  Analisa gugus -karoten dengan alat FTIR (Fourier Transform Infrared)


(29)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 MINYAK KELAPA SAWIT

Indonesia merupakan salah satu negara penghasil minyak kelapa sawit terbesar di dunia [11]. Produksi CPO Indonesia semakin meningkat setiap tahunnya, seperti yang disajikan pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1 Grafik Produksi CPO Indonesia [12]

Buah kelapa sawit menghasilkan dua jenis minyak, yaitu yang berwarna oranye-merah adalah minyak sawit mentah yang diekstrak dari mesocarp dan yang berwarna kuning adalah minyak inti sawit mentah dan yang berwarna kecoklatan diekstrak dari biji (kernel) [13]. Sampai saat ini sebagian besar komponen non-minyak belum dimanfaatkan secara optimal. Bahkan, limbah industri kelapa sawit masih memiliki nilai ekonomi yang tinggi [1]. Tabel 2.1 menyajikan data megenai komponen yang terdapat dalam minyak sawit mentah.

Beberapa kelompok senyawa kimia harus dihilangkan sebagian atau seluruhnya melalui proses penyulingan untuk menghasilkan minyak nabati yang memiliki stabilitas tinggi. Dengan begitu, di kilang minyak sawit, CPO yang dihasilkan mengalami proses degumming, bleaching dan deodorisasi untuk mendapatkan minyak yang baik [2].


(30)

Tabel 2.1 Komponen Dalam Minyak Sawit Mentah [14] Kelompok Komponen Didalam Kelompok Minyak -Trigliserida , Digliserida, Monogliserida

-Fosfolipid, Glikolipid, Lipoprotein -Asam Lemak Bebas

Produk teroksidasi

-Peroksida, Aldehid, Keton, Furfural (Dari Gula)

Non-Minyak (Minyak Terlarut)

-Karoten -Tokoperol -Sterol

Kotoran -Partikel logam

-Partikel ion -Logam berat Air terlarut -Air

-Gliserol

-Pigmen Klorofil -Fenol

-Gula

Minyak sawit mentah adalah sumber alami terkaya karotenoid dan tokotrienol. Karotenoid (500-700 ppm) memberikan warna oranye-merah pada karakteristik minyak sawit mentah (CPO), sedangkan konsistensi semi-solid pada suhu kamar tropis terutama disebabkan adanya triasilgliserol dari asam palmitat dan oleat [13]. Tabel 2.2 menunjukkan sifat-sifat fisik dari -karoten.

Tabel 2.2 Sifat Fisik -Karoten [15,10] Spesifikasi

Berat molekul 536,88 kg/kmol

Densitas (pada 20 oC) 1000,15 kg/m3

Tekanan uap (pada 70 oC) 3 × 10-6 kPa

Warna Oranye

Gelombang ( max ) 446 nm

Zat warna -karoten mempunyai rumus kimia C40H56, yang membentuk persenyawaan simetris. Bagian tengahnya adalah suatu rantai atom C yang panjang dengan ikatan–ikatan rangkap yang dapat ditukar dengan ikatan tunggal. Pada kedua ujung rantai ini terdapat cincin segi enam. Disamping itu senyawa -karoten mempunyai sifat-sifat sebagai berikut [16]:


(31)

1. Larut dalam minyak dan tidak larut dalam air 2. Sedikit larut dalam alkohol dan metal alkohol 3. Larut dalam kloroform, benzene, dan petroleum eter

4. Tidak stabil pada suhu tinggi atau stereo isomer yang telah berubah 5. Sensitif terhadap oksidasi, auto–oksidasi dan cahaya

6. Mempunyai karakteristik penjerapan cahaya 7. Mudah dioksidasi oleh enzim lipoksidase.

Karotenoid, pada α- dan -karoten memiliki kadar vitamin A yang diubah menjadi vitamin A in vivo. Tokoferol dan tokotrienol adalah vitamin isomer E dan merupakan antioksidan potensial yang memberikan stabilitas oksidatif minyak [2]. Gambar β.β menunjukkan struktur dari -karoten.

Gambar 2.2 Struktur -Karoten [15]

Minyak yang digunakan dalam menggoreng memiliki peranan penting dalam kualitas produk makanan dalam kehidupan. Metodologi yang luas telah dikembangkan untuk mengukur perubahan yang relevan dalam kualitas minyak goreng saat digunakan [17]. Tabel 2.3 menunjukkan standar minyak goreng untuk pangan.

Tabel 2.3 Standar Minyak Goreng Untuk Pangan [17]

Aspek Standar

Asam lemak bebas ≤ 0,1 % Bau dan rasa

hambar

Bebas dari tengik atau rasa asing

Titik kabut 215 °C

Angka peroksida Di bawah 1 mg/kg Asam linoleat Kurang dari 1%

Titik lebur 40°C

Zat aditif Penambahan 2 ppm minyak silikon


(32)

Warna pada minyak kelapa sawit merupakan salah satu faktor yang mendapat perhatian khusus, karena minyak kelapa sawit mengandung warna-warna yang tidak disukai oleh konsumen. Zat warna dalam minyak kelapa sawit terdiri dari dua golongan yaitu :

1. Zat warna alamiah.

2. Zat warna dari hasil degradasi zat warna alamiah [18].

Industri kelapa sawit dan konsumen tidak menginginkan minyak dengan warna yang pekat atau tidak memiliki warna [19]. Warna standar untuk minyak kelapa sawit sesuai dengan Standar Malaysia [3] adalah warna minyak sawit mentah atau dinetralkan harus terang, jelas dan oranye-merah.

2.2 METODE-METODE PEMISAHAN β-KAROTEN DARI CPO 2.2.1 Ekstraksi Fluida Superkritis

Ekstraksi fluida superkritis adalah ekstraksi yang efisien, yaitu teknik untuk ekstraksi bahan padat dan fraksinasi campuran cair untuk pemisahan senyawa aktif dari tanaman. Pada metode konvensional ekstraksi dilakukan pada suhu tinggi yang dapat menghilangkan zat yang berharga. Ekstraksi fluida superkritis adalah teknik pemisahan lanjutan berbasis pada kekuatan pelarut gas berdasarkan titik kritisnya. Teknik ini juga lebih ramah lingkungan dari pada metode konvensional lainnya. Senyawa murni dikatakan fluida superkritis jika suhu dan tekanannya lebih tinggi dari nilai kritis (Tc dan Pc masing-masing). Karbon dioksida dan 1,1,1,2-tetrafluoroetana adalah senyawa yang paling sering digunakan sebagai cairan superkritis yang merupakan pelarut ideal untuk mengekstraksi bahan termal yang sensitif. Karbon dioksida merupakan zat yang tidak berbahaya dan tidak mudah terbakar. Metode pemisahan karoten secara konvensional dengan menggunakan ekstraksi pelarut memakan waktu yang lama karena memerlukan langkah-langkah ekstraksi multi tahap dan membutuhkan sejumlah besar pelarut organik yang mahal dan berbahaya. Berbagai metode untuk mengekstraksi karoten dari minyak kepala sawit telah dikembangkan. Teknologi ekstraksi fluida superkritis menggunakan CO2 dan 1,1,1,2-tetrafluoroetana sebagai pelarut diperkenalkan untuk mencegah degradasi karoten selama ekstraksi. Biasanya ekstraksi dan pemulihan dari karoten memberikan nilai tambah yang signifikan pada minyak [15].


(33)

2.2.2 Pemisahan dengan Membran

Proses pemisahan membran telah semakin banyak diadopsi oleh industri makanan, terutama untuk jus buah dan untuk konsentrasi protein susu. Baru-baru ini, metode membran mengalami peningkatan dalam hal pengaplikasian membran untuk pengolahan minyak nabati, sebagai pengganti dari beberapa proses konvensional. Penerapan teknologi membran sebagai metode pemisahan, untuk konsentrasi dan pemurnian senyawa telah dikenal luas di industri proses, termasuk dalam industri makanan. Untuk saat ini, penggunaan membran dalam teknologi minyak belum sepenuhnya diterapkan. Namun, teknologi ini menunjukkan potensi yang besar untuk penyulingan minyak nabati dan memiliki banyak keuntungan jika dibandingkan dengan proses konvensional yaitu, menggunakan suhu yang rendah, retensi gizi yang diinginkan dan tidak ada produksi limbah. Penggunaan membran memberikan kualitas yang tinggi pada minyak nabati, sesuai dengan tuntutan pasar dan ekologis yang benar dan ramah lingkungan, dengan mengurangi produksi limbah dan penghematan air yang signifikan [20].

2.2.3 Adsorpsi Menggunakan Adsorben

Adsorpsi adalah proses kimia yang kompleks yang digunakan dalam penyulingan minyak nabati. Kotoran yang ingin dihilangkan atau senyawa yang ingin diambil pada minyak nabati akan diserap oleh adsorben [6]. Sistem adsorpsi dapat didefinisikan sebagai penyerapan pada lapisan permukaan atau antar fasa, dimana molekul dari suatu materi terkumpul pada bahan pengadsorpsi atau adsorben. Adsorpsi isoterm adalah hubungan keseimbangan antara jumlah terserap tersebut material dan tekanan atau konsentrasi dalam fasa fluida massal pada suhu konstan [21]. Mekanisme yang terjadi pada proses adsorpsi yaitu [22]:

1. Molekul-molekul adsorben berpindah dari fase bagian terbesar larutan ke permukaan interfasa, yaitu lapisan film yang melapisi permukaan adsorben atau eksternal.

2. Molekul adsorben dipindahkan dari permukaan ke permukaan luar dari adsorben (exterior surface).

3. Molekul-molekul adsorbat dipindahkan dari permukaan luar adsorben menyebar menuju pori-pori adsorben. Fase ini disebut dengan difusi pori. 4. Molekul adsorbat menempel pada permukaan pori-pori adsorben.


(34)

Ada dua metode adsorpsi yaitu adsorpsi fisika dan adsorpsi kimia. Perbedaan dasar antara adsorpsi fisika dan adsorpsi kimia adalah sifat dari gaya-gaya yang menyebabkan ikatan adsorpsi tersebut.

1. Adsorpsi Fisika (Fisisorpsi)

Adsorpsi fisika terjadi karena adanya gaya-gaya fisika. Pada adsorpsi fisika, terjadi beberapa lapisan gas. Besarnya energi adsorpsi fisika ±10 kj/mol. Molekul-molekul yang diadsorpsi secara fisika tidak terikat kuat pada permukaan, dan biasanya terjadi proses balik yang cepat (reversibel), sehingga mudah untuk diganti dengan molekul yang lain. Adsorpsi fisika didasarkan pada gaya Van Der Waals serta dapat terjadi pada permukaan yang polar dan non polar. Adsorpsi juga mungkin terjadi dengan mekanisme pertukaran ion. Permukaan padatan dapat mengadsorpsi ion-ion dari larutan dengan mekanisme pertukaran ion. Oleh karena itu, ion pada gugus senyawa permukaan padatan adsorbennya dapat bertukar tempat dengan ion-ion adsorbat. Mekanisme pertukaran ini merupakan penggabungan dari mekanisme kemisorpsi dan fisisorpsi, karena adsorpsi jenis ini akan mengikat ion-ion yang diadsorpsi dengan ikatan secara kimia, tetapi ikatan ini mudah dilepaskan kembali untuk dapat terjadinya pertukaran ion.

2. Adsorpsi Kimia (Kemisorpsi)

Adsorpsi kimia terjadi karena adanya gaya-gaya kimia dan diikuti oleh reaksi kimia. Pada adsorpsi kimia, hanya satu lapisan gaya yang terjadi. Besarnya energi adsorpsi kimia ±100 kj/mol. Adsorpsi jenis ini menyebabkan terbentuknya ikatan secara kimia sehingga diikuti dengan reaksi kimia, maka adsorpsi jenis ini akan menghasilkan produksi reaksi berupa senyawa yang baru. Ikatan kimia yang terjadi pada kemisorpsi sangat kuat mengikat molekul gas atau cairan dengan permukaan padatan sehingga sangat sulit untuk dilepaskan kembali (irreversibel). Dengan demikian dapat diartikan bahwa pelepasan kembali molekul yang terikat di adsorben pada kemisorpsi sangat kecil [23].

Proses adsorpsi sangat sesuai untuk memisahkan bahan dengan konsentrasi yang rendah dari campuran yang mengandung bahan lain dengan konsentrasi tinggi. Konsentrasi dalam larutan berpengaruh pada pengambilan spesifik ion logam dan dengan adanya variasi konsentrasi maka dapat ditentukan kapasitas adsorpsi dengan menggunakan adsorpsi isotermal. Adsorpsi diikuti dengan


(35)

pengamatan isotermal adsorpsi yaitu hubungan antara banyaknya zat yang teradsorpsi persatuan berat adsorben dengan konsentrasi zat terlarut pada temperatur tertentu atau dinyatakan dengan kurva.

Permukaan zat padat dapat mengadsorpsi zat terlarut dari larutannya. Hal ini disebabkan karena adanya pengumpulan molekul-molekul suatu zat pada permukaan zat lain sebagai akibat ketidakseimbangan gaya-gaya pada permukaan tersebut. Kekuatan interaksi adsorbat dengan adsorben dipengaruhi oleh sifat dari adsorbat maupun adsorbennya. Gejala yang umum dipakai untuk meramalkan komponen mana yang diadsorpsi lebih kuat adalah kepolaran adsorben dengan adsorbatnya. Apabila adsorbennya bersifat polar, maka komponen yang bersifat polar akan terikat lebih kuat dibandingkan dengan komponen yang kurang polar [22].

2.3 ADSORBEN

Unit adsorpsi mengoptimalkan kondisi operasi yang diperlukan untuk membawa gas yang akan dikontakkan dengan adsorben selama pada waktu tertentu. Adsorben teknis yang paling sering digunakan yaitu karbon aktif, yang digunakan untuk hampir semua proses, kecuali untuk pengeringan, dan penyaringan molekul, silika gel, dan alumina. Persyaratan umum untuk adsorben komersial adalah: porositas yang tinggi, permukaan internal yang tinggi, effiensiensi adsorpsi tinggi dalam berbagai konsentrasi adsorbat, keseimbangan yang baik antara makro pori-pori dan mikro pori-pori [24]. Tabel 2.4 menyajikan sifat fisika dari beberapa jenis adsorben yang umum digunakan.

Tabel 2.4 Sifat Fisika Beberapa Adsorben yang Biasa Digunakan [24]

Adsorben Di

Alam

Diameter pori rata–rata

(nm) Porosi tas Partikel (%) Luas Permukaan

(m2/g)

Kemampuan adsorpsi kg/kg (kering) Alumina aktif Amorf hidrofilik

4 – 14 50 320 0,1 – 0,33

Molecula rsieve carbon

Struktur hidrofilik

0,3 – 0.6 35 – 50

400 0,2 – 0,5 Adsorben

polimer

Amorf hidrofilik

4 – 25 40 – 60


(36)

Karbon aktif adalah bentuk karbon yang telah diproses untuk dibuat sangat berpori dan dengan demikian memiliki luas permukaan yang sangat besar. Dalam 1 gram karbon aktif memiliki luas permukaan lebih dari 500 m2. Karbon aktif dapat dibuat dari bahan bersumber karbon seperti tempurung kelapa, gambut, kayu, sabut, dan batubara. Hal ini dapat dilakukan dengan dua proses, yaitu :

1. Pengaktifan secara fisik

Proses ini dilakukan dengan dua acara, yaitu karbonisasi dan aktivasi/ oksidasi. Karbonisasi : bahan yang memiliki kandungan karbon dipirolisis pada temperatur antara 600 – 900 oC, tanpa adanya oksigen (dalam suasana inert gas). Aktivasi / oksidasi : dalam proses ini bahan baku atau bahan berkarbonisasi dioksidasi pada suhu kisaran 600 – 1200 oC.

2. Pengaktifan secara kimia

Sebelum dikarbonisasi, bahan baku diresapi dengan bahan kimia tertentu. Bahan kimia yang digunakan biasanyan asam, basa kuat, atau garam (asam fosfat, kalium hidroksida, natrium hidroksida, seng klorida). Setelah impregnisasi, bahan baku perlu dikarbonisasi pada suhu yang lebih rendah (450 – 900 oC).

Aktivasi kimia lebih disukai dari pada aktivasi fisik karena suhu yang digunakan lebih rendah dan waktu yang diperlukan lebih singkat untuk mengaktifkan bahan [25].

Karbon aktif memiliki struktur amorf hidrofilik, dengan diameter pori rata – rata 1 – 4 nm, porositas partikel 40 – 85 %, luas permukaan 300 – 2000 m2/gr, kemampuan adsorpsi 0,3 – 0,7 kg/kg kering [24,26]. Tabel 2.5 menunjukkan sifat fisika dan sifat kimia karbon aktif.

Tabel 2.5 Sifat Fisika dan Sifat Kimia Karbon Aktif [27] Sifat Fisika dan Sifat Kimia Karbon Aktif

Bentuk Padatan

Ukuran partikel < 100 m

Titik didih 4.000 oC

Titik leleh 3.500 oC


(37)

2.4 STUDI KINETIKA

Model kinetika adsorpsi digunakan untuk mengetahui skala kuantitas yang dijerap pada proses adsorpsi [28]. Terdapat tiga model kinetika yang digunakan untuk menyelidiki proses adsorpsi -karoten berdasarkan data penelitian yang diperoleh [10].

1. Persamaan Kecepatan Reaksi Orde Satu Semu Lagergen

Persamaan kecepatan reaksi orde satu semu Lagergen pernah digunakan dalam penjerapan -karoten dengan adsorben silika gel [10]. Persamaan umum ditunjukkan pada Persamaan 2.1 [29].

(2.1)

dimana qe dan qt adalah jumlah -karoten yang terserap (mg/g) pada kesetimbangan t (jam), k1 adalah konstanta laju adsorpsi (h-1). Nilai k1 dihitung dari plot log t versus (qe – qt).

2. Persamaan Kecepatan Orde Dua

Persamaan kecepatan order dua digunakan dalam proses adsorpsi secara umum. Persamaan umum ditunjukkan pada Persamaan 2.2 [29].

(2.2)

dimana k2 adalah konstanta orde dua (g/(mgh)) dan bisa ditentukan dari plot t versus t/qt.

3. Difusi Intra Partikel

Difusi intra partikel digunakan dalam proses adsorpsi secara umum. Studi difusi intra partikel yang digunakan mengikuti persamaan yang dinyatakan dengan Persamaan 2.3 [30].

(2.3) dimana k3 adalah konstanta laju difusi intra partikel (mg/(gh)) dihitung dari


(38)

2.5 STUDI ISOTERM

Isoterm adsorpsi merupakan adsorpsi yang terjadi pada kondisi temperatur konstan. Adsorpsi yang terjadi harus dalam keadaan kesetimbangan, yaitu laju desorpsi dan adsorpsi berlangsung relatif sama. Kesetimbangan adsorpsi biasanya digambarkan dengan persamaan isoterm. Parameternya menunjukkan sifat permukaan dan afinitas dari adsorben pada kondisi temperatur dan pH tetap [31].

Informasi kesetimbangan adsorpsi penting untuk dipahami, dalam merancang dan melaksanakan proses. Temperatur mempengaruhi kapasitas adsorpsi dari adsorben. Dengan demikian, isoterm dapat memberikan hubungan antara jumlah zat terlarut yang teradsorpsi pada suhu konstan dan konsentrasi dalam larutan kesetimbangan Dalam penelitian ini, digunakan dua permodelan isoterm adsorpsi yang diterapkan untuk mengevaluasi adsorpsi -karoten dari CPO menggunakan adsorben karbon aktif yaitu : Langmuir dan Freundlich.

2.5.1 Isoterm Langmuir

Isotermini berdasarkan asumsi bahwa [32]:

a) Adsorben mempunyai permukaan yang homogen dan hanya dapat mengadsorpsi satu molekul adsorbat untuk setiap molekul adsorbennya. Tidak ada interaksi antara molekul-molekul terjerap.

b) Semua proses adsorpsi dilakukan dengan mekanisme terjerap. c) Hanya terbentuk satu lapisan tunggal saat adsorpsi maksimum. d) Tiap atom teradsorpsi pada lokasi tertentu di permukaan adsorben. e) Tiap bagian permukaan hanya dapat menampung satu molekul atau

atom.

Persamaan isoterm Langmuir ditunjukkan dalam Persamaan 2.4 [6]

(2.4)

dimana qe (mg/kg) adalah jumlah adsorbat per satuan massa adsorben, Ce (mg/kg) adalah konsentrasi kesetimbangan adsorbat, qm (mg/kg), dan KL (mg/kg) adalah konstanta Langmuir yang terkait dengan kapasitas adsorpsi dan tingkat adsorpsi.


(39)

2.5.2 Isoterm Freundlich

Untuk rentang konsentrasi yang kecil dan campuran yang cair, isoterm adsorpsi dapat digambarkan dengan persamaan empirik yang dikemukakan oleh Freundlich. Isoterm Freundlich berdasarkan asumsi bahwa adsorben mempunyai permukaan yang heterogen dan tiap molekul mempunyai potensi penjerapan yang berbeda-beda. Persamaan ini merupakan persamaan yang paling banyak digunakan saat ini. Persamaannya ditunjukkan dalam Persamaan 2.5 [6].

(2.5) dimana qe (mg/kg) adalah jumlah adsorbat per satuan massa adsorben, Ce (mg/kg) adalah konsentrasi kesetimbangan adsorbat, dan KF ((mg/kg).(mg/kg)-n) didefinisikan sebagai kapasitas adsorpsi adsorben dan konstanta Freundlich. Nilai n berkisar dari nol sampai satu yang mencerminkan intensitas adsorpsi atau heterogenitas permukaan.

Dari isoterm Freundlich akan diketahui kapasitas adsorben dalam menjerap. Isoterm Freundlich digunakan dalam penelitian yang dilakukan karena dari isotermFreundlich dapat ditentukan efisiensi dari suatu adsorben [32].

2.6 TERMODINAMIKA ADSORPSI

Data yang diperoleh dari model isoterm adsorpsi dapat digunakan untuk menentukan parameter termodinamika seperti perubahan energi bebas Gibbs (ΔG), perubahan entalpi (ΔH), dan perubahan entropi (ΔS). Perubahan energi bebas Gibbs dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 2.6 [10].

(2.6) dimana R adalah konstanta gas ideal (8,314 J/mol K), T (K) adalah temperatur, dan Kads adalah konstanta dari isoterm Langmuir (KL). Nilai- nilai ΔH dan ΔS dapat dihitung menggunakan Persamaan 2.7 [10].

(2.7) Perubahan entalpi dan perubahan entropi dihitung dari slope dan intersep adalah dari plot 1/T versus ln Kads (dari isoterm Langmuir = KL).


(40)

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 LOKASI DAN WAKTU PENELITIAN

Penelitian ini akan dilaksanakan di Laboratorium Operasi Teknik Kimia, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara dan Laboratorium Pusat Penelitian Kelapa Sawit (PPKS). Penelitian ini dilakukan selama lebih kurang 6 bulan.

3.2 BAHAN DAN PERALATAN 3.2.1 Bahan Penelitian

Pada penelitian ini bahan utama yang digunakan adalah: 1. Minyak Kelapa Sawit (Crude Palm Oil)

2. Karbon Aktif (Merck). 3.2.2 Peralatan Penelitian

1. Erlenmeyer 2. Beaker glass 3. Pipet tetes

4. Kertas Saring Whatman no. 1 5. Gelas ukur

6. Corong gelas 7. Neraca digital 8. Termometer 9. Hot plate 10. Motor listrik 11. Impeller anchor 12. Pengunci impeller 13. Statif dan klem 14. Stopwatch

15. Alat Spektrofotometer UV-Vis


(41)

3.3 VARIASI PENELITIAN

Penelitian ini dilakukan dengan variabel bebas yaitu rasio berat CPO dan karbon aktif (N1, N2, N3, N4) dan variasi temperatur pada proses adsorpsi -karoten.

Tabel 3.1 Variasi Penelitian Pada Proses Adsorpsi -Karoten

Run Rasio Berat CPO : Karbon Aktif Suhu (oC)

1 N1

T1

2 N2

3 N3

4 N4

5 N1

T2

6 N2

7 N3

8 N4

9 N1

T3

10 N2

11 N3


(42)

3.4 PROSEDUR PENELITIAN 3.4.1 Prosedur Kinetika Adsorpsi

1. Disiapkan karbon aktif dan minyak kelapa sawit (crude palm oil) dengan perbandingan (w/w) 1 : 5 di dalam beaker glass .

2. Campuran dipanaskan menggunakan hot plate pada suhu 60 oC dan dihomogenkan menggunakan motor listrik dengan kecepatan konstan 120 rpm.

3. Campuran diambil dengan interval waktu pengambilan sampel 2 menit hingga mencapai waktu setimbang.

4. Sampel disaring dengan kertas saring Whatman No.1.

5. Filtrat yang diperoleh dimasukkan ke dalam botol plastik dan dianalisa dengan alat spektrofotometer UV-Vis.

3.4.2 Prosedur Adsorpsi β-Karoten

1. Disiapkan karbon aktif dan minyak kelapa sawit (crude palm oil) dengan perbandingan (w/w) 1 : 3 di dalam beaker glass .

2. Campuran dipanaskan menggunakan hot plate pada suhu 40 oC dan dihomogenkan menggunakan motor listrik dengan kecepatan konstan 120 rpm selama 120 menit.

3. Setelah selesai, campuran disaring untuk memisahkan filtrat dan adsorbennya mengunakan kertas saring Whatman No. 1.

4. Filtrat yang diperoleh dimasukkan ke dalam botol plastik dan dianalisa dengan alat spektrofotometer UV-Vis.

5. Percobaan diulang dengan variasi berat CPO : karbon aktif dan temperatur adsorpsi.

3.4.3 Prosedur Analisa

1. Konsentrasi -karoten dalam CPO yang telah dijerap karbon aktif akan diukur dengan menggunakan instrumen spektrofotometer UV-Vis.

2. Pengujian dari gugus -karoten dengan menggunakan instrumen FTIR (Fourier Transform Infrared).


(43)

3.5 FLOWCHART PENELITIAN

3.5.1 Flowchart Prosedur Kinetika Adsorpsi

Gambar 3.1 Flowchart Prosedur Kinetika Adsorpsi

Mulai

Disiapkan karbon aktif dan CPO dengan perbandingan 1 : 5 ke dalam beaker glass

Diaduk campuran menggunakan motor listrik 120 rpm dan dipanaskan dengan hot plate pada suhu 60 oC

Diambil campuran dengan interval waktu 2 menit hingga mencapai waktu setimbang

Disaring campuran dengan kertas saring Whatman No.1 Dimasukan campuran ke dalam botol plastik untuk dianalisa

dengan spektrofotometer UV-Vis


(44)

3.5.2 Flowchart Prosedur Proses Adsorpsi β-Karoten

Gambar 3.2 Flowchart Prosedur Proses Adsorpsi -Karoten Mulai

Disiapkan karbon aktif CPO dan dengan perbandingan 1 : 3

ke dalam beaker glass

Diaduk campuran menggunakan motor listrik 120 rpm dan dipanaskan dengan hot plate pada suhu 40 oC selama 120 menit

Disaring filtrat dengan kertas Whatman No. 1 Dimasukkan ke dalam botol plastik setelah disaring

Dianalisa konsentrasi sampel menggunakan spektrofotometer UV-Vis

Selesai

Diulangi prosedur untuk perbandingan CPO : karbon aktif dan variasi temperatur


(45)

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 PERUBAHAN WARNA CPO (Crude Palm Oil)

Pada penelitian ini, dilakukan proses adsorpsi -karoten dari CPO (crude palm oil) menggunakan adsorben karbon aktif. CPO mengalami perubahan warna setelah terjadi proses adsorpsi. Perubahan warna CPO (crude palm oil) dapat dilihat pada Gambar 4.1.

(a) (b)

Gambar 4.1 Perubahan Warna pada CPO (a) Sebelum Adsorpsi, (b) Sesudah Adsorpsi

Dari Gambar 4.1 dapat dilihat bahwa terjadi perubahan warna pada CPO setelah diadsorpsi dengan adsorben karbon aktif. Pada Gambar 4.1 (a) warna CPO masih merah gelap, karena konsentrasi -karoten masih sangat tinggi yakni sebesar 552 ppm, sedangkan Gambar 4.1 (b) telah terjadi perubahan warna pada CPO menjadi lebih cerah karena konsentrasi -karoten telah berkurang. Terjadinya perubahan warna pada CPO ini menjelaskan bahwa karbon aktif mampu menjerap zat warna –karoten. Daya adsorpsi yang besar pada karbon aktif disebabkan karbon aktif mempunyai pori-pori dalam jumlah besar dan luas permukaan yang besar yaitu 300-2000 m2/gr [24], sehingga mampu menyerap molekul organik dari larutan atau gas lebih banyak [33]. Komponen zat organik yang mudah dijerap oleh karbon aktif diantaranya adalah zat warna, benzen, toluen, fenol, pestisida, dan herbisida [34].

Karb onAktif

Setelah Adsorpsi Sebelu

mAdsorp si


(46)

4.2 ANALISA GUGUS β-KAROTEN

Untuk mengetahui apakah -karoten (zat warna) telah diadsorpsi oleh karbon aktif maka dilakukan pengujian dari gugus -karoten dengan menggunakan FTIR (Fourier Transform Infrared). Hasil analisa tersebut disajikan pada Gambar 4.2.

Gambar 4.2 Spektrum -Karoten

Karoten mempunyai molekul yang simetrik, artinya separuh bagian kiri merupakan bayangan cermin dari bagian kanannya. Karoten merupakan campuran dari beberapa senyawa yaitu α, , karoten [35]. –karoten memiliki rumus molekul C40H56 [10] dengan bentuk struktur molekul seperti Gambar 2.2. Karoten merupakan hidrokarbon atau turunannya yang terdiri dari beberapa unit isoprena (suatu diena).

Pada Gambar 4.2 spektrum –karoten berada pada puncak 2.924,21 cm-1 dan 2.854,77 cm-1 untuk asimetris dan vibrasi uluran CH2 dan CH3 simetris, 1.462,11 cm-1 untuk guntingan CH2, 1.346,37 cm-1 untuk pemisahan dari kelompok dimetil, 1.172,77 cm-1 untuk dataran –CH– , dan 891,15 cm-1 untuk trans alkena terkonjugasi –CH=CH– [36].

Berdasarkan hasil pengamatan pada spektrum FTIR dapat diketahui bahwa pada panjang gelombang 1.743,72 cm-1 yang diindentifikasikan terdapat gugus


(47)

karbon, yang berasal dari karbon aktif. Pada rentang 1250 – 1750 cm-1 menunjukkan adanya vibrasi karbon aktif [37].

4.3 KINETIKA ADSORPSI β-KAROTEN

Pemodelan kinetika tidak hanya memungkinkan estimasi laju penjerapan tetapi juga mengarah pada mekanisme karakteristik reaksi yang sesuai [29]. Pada penelitian ini, digunakan perbandingan adsorben : CPO (w/w) = 1:5 pada T = 60 o

C yang dianalisa pada interval waktu 2 menit hingga mencapai kesetimbangan. Perhitungan dilakukan dengan pendekatan kinetika adsorpsi yaitu, orde satu semu Lagergen, orde dua dan difusi intra partikel. Model kinetika orde satu semu Lagergen banyak digunakan untuk analisis data adsorpsi. Model kinetika ini digunakan untuk reaksi reversibel dengan keseimbangan antara fase cair dan padat [38].

Pada model kinetika orde dua, laju reaksi dari proses adsorpsi pada permukaan adsorben yang melibatkan proses adsorpsi fisika, karena adanya interaksi fisik antara dua fase [39]. Model kinetika orde satu semu Lagergen tidak bisa mendukung sempurna semua rentang waktu kontak adsorpsi [40].

Model kinetika difusi intra partikel menggambarkan proses adsorpsi dimana tingkat adsorpsi tergantung pada kecepatan saat adsorbat berdifusi menuju adsorben [39]. Difusi intra partikel adalah proses transportasi yang melibatkan pergerakan molekul dari sebagian besar cairan ke padatan. Pada proses adsorpsi batch, model kinetika difusi intra partikel telah digunakan untuk menggambarkan proses adsorpsi yang terjadi pada adsorben berpori [41].

Untuk menghasilkan grafik dari ketika model kinetika di atas, maka diperlukan data-data hasil perhitungan untuk kinetika adsorpsi -karoten. Data-data tersebut disajikan pada Tabel 4.1.


(48)

Tabel 4.1 Data Hasil Perhitungan Kinetika Adsorpsi -Karoten Pada T = 60 oC Kinetika Orde Satu Kinetika Orde Dua Kinetika Difusi Intra

Partikel t Log (qe-qt) t t/qt Log t Log qt

2 -0,1284 2 0,8695 0,3010 0,3618

4 -0,1545 4 1,7068 0,6021 0,3699

6 -0,1623 6 2,5467 0,7782 0,3722

8 -0,1782 8 3,3602 0,9031 0,3767

15 -0,2534 15 6,0333 1,1761 0,3955

20 -0,2938 20 7,8871 1,3010 0,4041

30 -0,4152 30 11,2790 1,4771 0,4248

40 -0,5264 40 14,5635 1,6021 0,4388

50 -0,6513 50 17,7242 1,6990 0,4504

60 -0,8097 60 20,7670 1,7782 0,4608

70 -0,8854 70 24,0220 1,8451 0,4645

80 -1,0615 80 27,0508 1,9031 0,4709

90 -1,3045 90 30,0541 1,9542 0,4763

100 - 100 32,8494 2,0000 0,4835

110 - 110 36,1343 2,0414 0,4835

120 - 120 39,4192 2,0792 0,4835

Persamaan umum model kinetika orde satu Lagergen adalah seperti yang disampaikan pada Persamaan 2.3, lalu persamaan tersebut diintegrasi menjadi Persamaan 4.1

(4.1)

Dari Persamaan 4.1 dapat dibuat kurva t vs log (qe-qt). Nilai konstanta

diperoleh dari slope kurva tersebut, sedangkan nilai qe diperoleh dari

intersepnya. Grafik hasil dari model kinetika orde satu Lagergen dapat dilihat pada Gambar 4.3.

Model kinetika orde dua mempunyai persamaan umum seperti yang tertulis pada Persamaan 2.4. Persamaan tersebut kemudian dilinierisasi sehingga dihasilkan Persamaan 4.2.

(4.2) Dari Persamaan 4.2 diplot kurva vs

dengan slope adalah dan intersep


(49)

Gambar 4.3 Kurva Kinetika Orde Satu Lagergen

Gambar 4.4 Kurva Kinetika Adsorpsi Orde Dua

Pada kinetika difusi intra partikel, persamaan umumnya terdapat pada Persamaan 2.5. Hasil integrasi persamaan tersebut adalah seperti yang ditunjukkan oleh Persamaan 4.3.

(4.3) Dari Persamaan 4.3 diplot kurva log t vs log qt dengan slope adalah n dan intersep adalah log k3 . Model kinetika difusi intra partikel disajikan pada Gambar 4.5.

y = -0,0125x - 0,0676 R² = 0,9869

-1,40 -1,20 -1,00 -0,80 -0,60 -0,40 -0,20 0,00

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120

t

log

(

qe -qt

)

y = 0,323x + 1,0142 R² = 0,9987

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 t

t/q


(50)

Gambar 4.5 Kurva Kinetika Difusi Intra Partikel

Dari Gambar 4.3, 4.4 dan 4.5 didapat persamaan dan nilai koefisien korelasi masing–masing model kinetika untuk dihitung konstantanya. Persamaan dan nilai koefisien korelasi masing-masing model kinetika disajikan pada Tabel 4.2.

Tabel 4.β Data Hasil Perhitungan Kinetika Adsorpsi -Karoten Model Kinetika Persamaan R2 Konstanta Orde Satu Lagergen y = -0,0125x - 0,0676 0,9869 -0,0287

Orde Dua Difusi Intra Partikel

y = 0,3232x + 1,0142 y = 0,0011x + 0,3784

0,9987 0,9596

0,1082 2,0696

Penentuan model kinetika adsorpsi yang sesuai dapat ditinjau dari nila yang mendekati nilai 1 dari pada persamaan kinetika adsorpsi [41]. Dari Tabel 4.2 dapat

dilihat bahwa persamaan kinetika dengan nilai R2 mendekati 1 adalah pada persamaan kinetika orde dua : y = 0,323x + 1,0142 dengan nilai R2 sebesar 0,9987. Hal ini menunjukkan bahwa model kinetika yang sesuai untuk proses adsorpsi -karoten menggunakan karbon aktif adalah model kinetika reaksi orde dua.

Proses adsorpsi yang mengikuti model kinetika orde dua memiliki arti bahwa kecepatan penjerapan karbn aktif terhadap -karoten per satuan waktu (dq/dt) berbanding lurus dengan kuadrat kapasitas adsorben yang masih kosong (qe-qt). Pada awal proses adsorpsi terjadi pengurangan konsentrasi larutan yang cukup drastis, kemudian kecepatan adsorpsi terus menurun hingga tercapai kondisi setimbang [42]. Penelitian terdahulu mengenai penjerapan -karoten dan florisil

y = 0,0795x + 0,3159 R² = 0,9569

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5

Log t

L

og


(51)

menggunakan silika gel juga mendapati bahwa model kinetika orde dua menunjukkan hasil yang lebih baik daripada model kinetika orde satu semu Lagergen dan difusi intra partikel [10].

4.4 PENENTUAN MODEL ISOTERM ADSORPSI YANG TERJADI PADA

PENJERAPAN β-KAROTEN

Penentuan model isoterm adsorpsi adalah untuk mengetahui proses distribusi antara fase cair dan fase adsorben padat yang merupakan ukuran dari posisi keseimbangan dalam proses adsorpsi dan dapat dinyatakan dengan model isoterm Langmuir dan Freundlich [43]. Tabel 4.3 menyajikan konsentrasi -karoten pada berbagai suhu dan variasi perbandingan karbon aktif : CPO.

Tabel 4.3 Data Konsentrasi -Karoten Konsentrasi Adsorpsi

β–Karoten

ppm ppm ppm

40 C 50 C 60 C

Konsentrasi Awal 552 552 552

Konsentrasi Akhir Pada

Adsorben : CPO (1:3) 42 35 27

Konsentrasi Akhir Pada

Adsorben : CPO (1:4) 59 55 46

Konsentrasi Akhir Pada

Adsorben : CPO (1:5) 66 60 54

Konsentrasi Akhir Pada

Adsorben : CPO (1:6) 135 122 114

Perhitungan dilakukan dengan pendekatan model isoterm Langmuir dan Freundlich. Hubungan yang menggambarkan antara adsorben dan adsorbat dalam isoterm Langmuir seperti disajikan pada Persamaan 2.1, persamaan tersebut dilinierisasi menjadi Persamaan 4.4.

(4.4)

Untuk menghasilkan grafik Langmuir, diperlukan data hasil perhitungan yang diplotkan pada grafik akan diperoleh persamaan linear dan koefisien korelasinya. Tabel 4.4 menyajikan data yang diperoleh untuk pembuatan grafik model isoterm Langmuir.


(52)

Tabel 4.4 Data Perhitungan Untuk Model Adsorpsi Langmuir

40 oC 50 oC 60 oC

Ce qe Ce/qe Ce qe Ce/qe Ce qe Ce/qe 42 1,4280 29,4118 35 1,4476 24,1778 27 1,47 18,3673 59 1,9227 30,6860 55 1,9383 28,3753 46 1,9734 23,3100 66 2,4786 26,6279 60 2,5092 23,912 54 2,5398 21,2615 135 2,5854 52,2163 122 2,6660 11,4638 114 2,7156 41,9797

Dari data pada Tabel 4.4 dapat diplot grafik Ce vs . Dari persamaan garis lurus yang dihasilkan diperoleh slope dan intersep . Grafik hasil plot untuk model adsorpsi Langmuir disajikan pada Gambar 4.6.

Gambar 4.6 Kurva Isoterm Langmuir Pada T = 40 oC, 50 oC dan 60 oC

Sedangkan persamaan umum untuk model adsorpsi Freundlich adalah seperti yang dapat dilihat pada Persamaan 2.2. Hasil integrasi persamaan tersebut menjadi Persamaan 4.5.

(4.5) 0

10 20 30 40 50 60

0 50 100 150

40 50 60

Ce

Ce

/qe

o

C o

C o


(53)

Tabel 4.5 data yang diperoleh untuk pembuatan grafik isoterm Freundlich.

Tabel 4.5 Data Perhitungan Untuk Model Adsorpsi Freundlich 40 oC 50 oC 60 oC

Log Ce Log qe Log Ce Log qe Log Ce Log qe 1,6 232 0,1 547 1,5 441 0,1 606 1,4 313 0,1 673 1,7 709 0,2 839 1,7 404 0,2 874 1,6 627 0,2 952 1,8 195 0,3 942 1,7 782 0,3 995 1,7 323 0,4 047 2,1 303 0,4 125 2,0 864 0,4 259 2,0 569 0,4 338

Dari data-data pada Tabel 4.5 diplotkan kurva log Ce Vs loq qe. Kurva tersebut akan diperoleh nilai slope sebesar 1/n dan intersep sebesar log KF. Grafik hasil plot untuk model isoterm Freundlich disajikan pada Gambar 4.7.

Gambar 4.7 Kurva Isoterm Adsorpsi Freundlich Pada T = 40 oC, 50 oC dan 60 oC

Dari Gambar 4.6 dan Gambar 4.7 dilakukan perhitungan untuk memperoleh nilai dari konstanta masing-masing model adsorpsi. Parameter dari model iaoterm Langmuir dan Freundlich yang ditentukan untuk proses penjerapan

-karoten disajikan dalam Tabel 4.6. 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50

1,5 1,7 1,9 2,1 2,3

40 50 60 Log Ce L og qe o C o C o


(54)

Tabel 4.6 Nilai Konstanta Masing-Masing Isoterm Model

Isoterm Parameter 40 o

C 50 oC 60 oC

Langmuir Persamaan R2 qm (mg/gr) KL (L/mg)

y = 0,2711x + 14,267 0,8872 3,6086 0,0194

y = 0,2626x –12,697 0,9113 3,8080 0,0206

y = 0,2787x + 9,4373 0,9590

3,5880 0,0295 Freundlich Persamaan

R2 KF (L/mg)

n

y = 0,4657x – 0,5437 0,6980

0,2859 2,1473

y = 0,472x –0,5252 0,7644 0,2984 2,1186

y = 0,4238x – 0,4039 0,8184

0,3945 2,3596 Model isoterm Langmuir dan Freundlich merupakan persamaan yang lazim digunakan untuk menggambarkan data adsorpsi dari suatu larutan. Tidak semua data percobaan dapat sesuai dengan model isoterm adsorpsi Langmuir ataupun Freundlich karena masing-masing model memiliki asumsi tersendiri [44].

Untuk menentukan apakah data hasil percobaan mengikuti model kesetimbangan Langmuir atau Freundlich, maka dapat ditentukan dari nilai koefisen korelasi (R2) [45]. Koefisien korelasi (R2) atau uji kelinieran menyatakan ukuran kesempurnaan hubungan antara konsentrasi akhir –karoten dan konsentrasi terjerap. Jika pada plot data kurva liniar diperoleh nilai R2 yang mendekati 1, maka data percobaan mengikuti model kesetimbangan tersebut.

Model isoterm Freundlich untuk penjerapan -karoten pada temperatur 60 o

C menghasilkan nilai R2 sebesar 0,8184. Pada temperatur yang sama, diperoleh kesesuaian data yang lebih baik untuk model isoterm Langmuir dengan nilai R2 yakni sebesai 0,9590. Nilai R2 yang paling mendekati nilai 1 adalah model isoterm Langmuir. Proses adsorpsi yang mengukuti model isoterm Langmuir melibatkan asumsi bahwa permukaan adsorben adalah homogen [46], artinya pada setiap molekul -karoten yang terjerap oleh karbon aktif memiliki entalpi dan energi aktivasi yang sama pada setiap serapan (semua situs memiliki afinitas yang sama untuk adsorbat) [47,48]. Model Langmuir juga didasarkan pada asumsi hanya terdapat satu lapisan permukaan (monolayer) yang teradsorpsi oleh karbon aktif [48].

Hasil yang diperoleh pada penelitian ini memiliki kesamaan dengan hasil penelitian sebelumnya yang mengkaji kesetimbangan, kinetika dan termodinamika


(55)

dari proses adsorpsi karoten dan fosfor dari minyak kelapa sawit menggunakan bleaching earth yang telah diaktivasi. Hasil yang diperoleh pada penelitian tersebut menunjukkan bahwa model isoterm Langmuir menyajikan hasil yang lebih baik sesuai dengan data yang diperoleh, dengan nilai koefisien korelasi sebesar 0,9917 [6]. Penelitian lain yang mengkaji kinetika dan termodinamika dari penjerapan -karoten dan florisil menggunakan silika gel juga memberikan hasil yang sama. Model Langmuir menunjukkan korelasi linier yang lebih baik dibandingkan model isoterm Freundlich yang tercermin dari koefisien korelasi yang diperoleh yakni sebesar 0,938 [10].

Nilai-nilai kapasitas penjerapan dari isoterm Langmuir menghasilkan nilai yang lebih baik daripada kapasitas penjerapan dari isoterm Freundlich. Nilai kapasitas dari isoterm Langmuir pada T= 40 oC, 50 oC, dan 60 oC yakni sebesar 3,6086 m/gr, 3,8080 mg/gr, dan 3,5880 mg/gr. Masing-masing nilai ini menunjukkan bahwa model isoterm Langmuir untuk sistem adsorpsi baik.

Karakteristik dari isoterm Langmuir dapat dinyatakan dengan parameter kesetimbangan (RL). Persamaann untuk parameter kesetimbangan disajikan pada Persamaan 4.3.

(4.3) dimana KL adalah konstanta Langmuir dan Co adalah konsentrasi -karoten yang terbesar (mg/l). Nilai RL menunjukkan karakteristik jenis isotherm, yakni baik (0 < RL< 1), kurang baik (RL> 1), liniar (RL = 1), dan ireversibel (RL = 0) [49]. Penjelasan data dari Tabel 4.6 menghasilkan nilai RL sebesar 0,5566. Dengan begitu dapat dinyatakan bahwa jenis isotermnya termasuk dalam kategori baik.

4.5 TERMODINAMIKA ADSORPSI

Dalam setiap proses adsorpsi, pertimbangan energi dan entropi harus diperhitungkan untuk menentukan bahwa proses yang berlangsung akan terjadi secara spontan. Nilai-nilai termodinamika adalah parameter indikator sebenarnya untuk aplikasi praktis dari proses [38].


(56)

Dalam menentukan termodinamika adsorpsi, yaitu energi bebas Gibbs (ΔG), perubahan entropi (ΔS), dan perubahan entalpi (ΔH) diperlukan data-data yang dapat digunakan dalam perhitungan termodinamika seperti pada Tabel 4.7.

Tabel 4.7 Data Untuk Perhitungan Sifat Termodinamika Adsorpsi -Karoten

T (oC) T (K) 1/T Kads ln Kads

40 313 0,0032 0,0194 -3,9425 50 323 0,0031 0,0206 -3,8825 60 333 0,0030 0,0295 -3,5234

Dari Tabel 4.7, diplot kurva 1/T vs ln Kads dan diperoleh persamaan linier dan koefisien korelasi dari termodinamika adsorpsi. Hasil plot kurva tersebut disajikan pada Gambar 4.8.

Gambar 4.8 Kurva Termodinamika Adsorpsi -Karoten

Dari Gambar 4.8 dilakukan perhitungan untuk mencari ΔG, ΔS dan ΔH menggunakan persamaan termodinamika pada Persamaan 2.6 dan 2.7. Nilai masing-masing parameter dari hasil perhitungan termodinamika dapat dilihat pada Tabel 4.8.

y = -2095,5x + 2,7133 R² = 0,8549

-4,1 -4 -3,9 -3,8 -3,7 -3,6 -3,5 -3,4

0,00295 0,003 0,00305 0,0031 0,00315 0,0032 0,00325

1/T

ln

Kad


(57)

Tabel 4.8 Data Nilai-Nilai Termodinamika Adsorpsi -Karoten T

(oC)

T (K) ΔG (J/mol) ΔS (J/mol K) ΔH (J/mol)

40 313 -24.482,4845

22,5575 -17.421,9870 50 323 -24.708,0595

60 333 -24.933,6345

Dari Tabel 4.8 diperoleh bahwa ΔG bernilai negatif.Iini mengidentifikasikan bahwa proses adsorpsi -karoten menggunakan karbon aktif adalah baik dan spontan. Besarnya ΔG semakin meningkat dengan peningkatan temperatur. Disamping itu, nilai ΔH yang bernilai negatif menunjukkkan bahwa proses adsorpsi berjalan secara eksotermis. Proses eksotermis mengidentifikasikan bahwa proses yang terjadi dalam penjerapan -karoten adalah adsorpsi fisika [6]. Nilai ΔS yang positif mengidentifikasikan bahwa semakin ketidakteraturan dalam campuran pada keadaan padat/cairan selama proses adsorpsi. Keadaan tersebut terjadi sebagai akibat dari distribusi energi antara adsorbat dan adsorben [10].

4.6 PENGARUH TEMPERATUR

Temperatur sangat berpengaruh dalam proses adsorpsi. Dari termodinamika adsorpsi, telah diketahui bahwa proses adsorpsi ini berjalan secara eksotermis. ingin Pengaruh temperatur pada berbagai rasio massa karbon aktif : CPO terhadap persentase adsorpsi dapat dilihat pada Gambar 4.9.

Gambar 4.9 Pengaruh Temperatur Terhadap Persentase Adsorpsi 70

80 90 100

40 50 60

40 50 60 40 50 60 40 50 60 40 50 60

%

A

dsor

psi

1 : 3 1 :4 1 :5 1:6

Rasio Massa Karbon Aktif : CPO


(58)

Gambar 4.9 menunjukkan bahwa semakin besar temperatur yang digunakan dalam proses adsorpsi -karoten, semakin besar persentase adsorpsinya. Namun, semakin besar rasio massa karbon aktif : CPO maka semakin menurun persentase adsorpsinya. Pada temperatur 40 ⁰C pada rasio massa karbon aktif = CPO 1:3 ; 1:4 ; 1:5 dan 1:6 diperoleh persentase adsorpsi sebesar 92,3913 %, 89,3116 %, 88,0435 % dan 75,5435 %. Pada suhu 50 ⁰C diperoleh persentase adsorpsi sebesar 93,6594 %, 90,0362 %, 89,1304 % dan 77,8986 %. Pada suhu 60 ⁰C diperoleh persentase adsorpsi sebesar 95,1086 %, 91,6667 %, 90,2173 % dan 79,3478 %.

Proses penjerapan meningkat ketika temperatur meningkat karena adanya peningkatan mobilitas -karoten dalam larutan. Adsorpsi fisika biasanya berlangsung pada temperatur yang lebih rendah dari 100 ⁰C dan adsorpsi kimia untuk temperatur yang lebih tinggi dari 100 ⁰C [10]. Meskipun temperatur yang tinggi dapat meningkatkan proses penjerapan, namun suhu tidak boleh dinaikkan tanpa batasan karena dapat merusak -karoten [6].

4.7 ANALISIS EKONOMI

Penghilangan -karoten pada minyak kelapa sawit (crude palm oil) dapat dilakukan dengan berbagai proses, yaitu ekstraksi, pemisahan dengan membran dan proses adsorpsi menggunakan adsorben.

Pada ketiga proses tersebut, yang paling ekonomis dan mudah dalam pengaplikasiannya adalah proses penjerapan -karoten menggunakan adsorben. Adsorpsi adalah proses kimia yang kompleks yang digunakan dalam penyulingan minyak nabati. Kotoran yang ingin dihilangkan atau senyawa yang ingin diambil pada minyak nabati akan diserap oleh adsorben [6]. Sistem adsorpsi dapat didefinisikan sebagai penyerapan pada lapisan permukaan atau antar fasa, dimana molekul dari suatu materi terkumpul pada bahan pengadsorpsi atau adsorben [21].

Dalam penelitian ini, digunakan adsorben karbon aktif dalam proses penjerapan -karoten karena karbon aktif mampu menjerap zat organik seperti zat warna [34]. Setelah dilakukan penelitian penjerapan -karoten yang terkandung


(59)

dalam CPO, bahwa karbon aktif mampu menjerap -karoten dengan beberapa parameter dalam penelitian ini, dan menunjukkan hasil yang cukup baik.

Pada proses penjerapan -karoten menggunakan karbon aktif, bahan-bahan yang digunakan adalah CPO dan karbon aktif. Basis massa karbon aktif yang digunakan sebesar 100 gram dan rasio karbon aktif : CPO = 1 : 3 (w/w) .

Maka, massa CPO yang dibutuhkan = 300 gram.

Berikut adalah harga dari bahan-bahan di pasaran yaitu :

1. CPO = Rp 8.358 / kg [52]

2. Karbon aktif = Rp 2.537.000 / kg [53]

Total = Rp 2.545.358

Harga -karoten di pasaran sebesar Rp. 2.067.000 / g [53]. Untuk satu perbandingan, maka modal yang dibutuhkan :

1. CPO = Rp 8,353/g x 300 g = Rp 2.507,4

2. Karbon Aktif = Rp 2.537/g x 100 g = Rp 253.700

Total = Rp 256.207,4

Penjualan -karoten :

Jumlah -karoten yang terjerap sebesar 1,47 mg/g Harga -karoten = 1,47 mg/g x 100 g = 0,147 gr

Harga -karoten = 0,147 gr x Rp 2.067.000 /g = Rp 303.849 Maka keuntugan yang akan diperoleh

Laba = Harga Jual - Modal

Laba = Rp 303.849 - Rp 256.207,4 Laba = Rp 47.641,6

Dari perhitungan diketahui bahwa harga penjualan lebih besar dari pada modal yang dibutuhkan. Maka, dapat disimpulkan bahwa penelitian ini layak untuk dikembangkan. Hasil yang baik dapat dicapai apabila kondisi operasi yang digunakan baik dan instrumentasi yang memadai.


(60)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 KESIMPULAN

Kesimpulan yang dapat diambil dari penelitian yang telah dilakukan adalah :

1. Minyak kelapa sawit (Crude Palm Oil) sebelum adsorpsi berwarna merah gelap, setelah diadsorpsi berubah menjadi lebih cerah.

2. Semakin besar suhu adsorpsi maka persentase adsorpsi semakin meningkat. 3. Nilai persentase adsorpsi maksimum sebesar 95,1086% diperoleh pada

perbandingan CPO : karbon aktif (w/w) 1: 3 dan T = 60 oC.

4. Persamaan model isoterm yang mewakili penjerapan -karoten adalah isoterm Langmuir dengan nilai R2 sebesar 0,9590 pada T = 60 oC.

5. Persamaan model kinetika yang mewakili penjerapan -karoten adalah kinetika orde dua dengan nilai R2 sebesar 0,9987.

6. Data termodinamika adsorpsi yang diperoleh nilai-nilai ΔG pada masing-masing suhu 40 oC, 50 oC dan 60 oC sebesar -24.482,4845, -24.708,0595 dan -24.933,6345 (J/mol). Nilai ΔS sebesar 22,5575 (J/mol K) dan nilai ΔH sebesar -17.421,9870 (J/mol).

7. Berdasarkan analisa ekonomi, bahwa penelitian ini layak untuk dikembangkan.

7.2SARAN

Saran yang dapat diberikan untuk penelitian selanjutnya adalah :

1. Menggunakan adsorben lain selain karbon aktif dan menggunakan bahan baku yang mengandung -karoten selain CPO.

2. Melakukan variasi kondisi operasi jumlah adsorben dan kecepatan pengaduk yang berbeda untuk melihat pengaruhnya terhadap persentase adsorpsi.


(61)

DAFTAR PUSTAKA

[1] Sumi, Hudiyono, dan Ardi, Septian. “ Optimization Carotenoids Isolation Of The Waste Crude Palm Oil Using -Amylase, -Amylase, And Cellulase,” IOSR Journal of Applied Chemistry (IOSR-JAC), ISSN: 2278-5736. Volume 2, Issue 2 (Sep-Oct. 2012), PP 07-12

[2] B. Nagendran, U.R, Unnithan,Y.M, Choo, dan Kalyana, Sundram, “Characteristics of red palm oil, a carotene- and vitamin E–rich refined oil for food uses,” Food and Nutrition Bulletin, Vol. 21, no. 2 (2000).

[3] Malaysian Standard, ” Palm Oil – Specification (Second Revision),”

Department of Standards Malaysia, (2007).

[4] R.A. Latip, B.S, Baharin, Y.B, Che Man, and R.A, Rahman, “Effect of Adsorption and Solvent Extraction Process on the Percentage of Carotene Extracted from Crude Palm Oil,” Department of Food Technology, Faculty of Food Science and Biotechnology, Universiti Putra Malaysia, (2001).

[5] Okiana Winarni, “ Kinetika Desoprsi Isotermal Beta Karoten Olein Sawit Kasar Dari Atalpugit Dengan Menggunakan Etanol.” Skripsi, Program Sarjana Dakultas Teknologi Pertanian ITB, Bogor, 2007, hal. 22.

[6] Simone M. Silva, Klicia A, Sampaio , Roberta, Ceriani , Roland, Verhé , Christian, Stevens , Wim De, Greyt ,and Antonio, J.A. Meirelles“Adsorption of Carotenes and Phosphorus from Palm Oil Onto Acid Activated Bleaching Earth : Equilibirium, Kinetics and Themodynamic,” Journal of Food Engineering, Vol. 118 (2013). 341 – 349.

[7] E. Sabah, M. Cinar, and M.S, Celik “Decolorization of vegetable oilsμ Adsorption mechanism of b-carotene on acid-activated sepiolite,” Food Chemistry, vol. 100 ,(2007) ,1661-1668


(62)

[8] Nwankwere E.T, Nwadiogbu, J.O, Yilleng, M.T, and Eze, K.A, “Kinetic investigation of the adsorptive removal of Β-carotene,” Advances in Applied Science Research, 2012, 3 (2):1122-1125

[9] Boonie, Tay Yen Ping, “Palm Carotene Concentrates From Crude Palm Oil Using Vacumm Liquid Chromatography On Silika Gel,” Journal Of Oil Palm research, Vol. 19 (2007). 421-427.

[10] A.L, Ahmad, C.Y, Chan, S.R, Abd Shukor, dan M. D, Mashitah , “Adsorption Kinetics and Thermodynamics of -Carotene On Silica – Based Adsorbent,” “Chemical Engineering Journal, 148 (2009), 378-384.

[11] Abdullah, Yudhistira, Abdi Atmanegara, Radna, Nurmasari, “Optimasi Pemucatan CPO Menggunakan Arang Aktif Dan Bentonit,” Jurnal ILMU DASAR, Vol.11 (Juli, 2010), hal. 124-128.

[12] ”Industry Update, Office of Chief Economics.” Vol. β, β Februari β014.

[13] Otu, Okogeri, Blessing, Okoro, “Storage Stability And Sensory Attributes Of Crude Palm Oil Adulterated With Red Dye,” European Journal of Agriculture and Forestry Research, Vol.2, No.1, pp.10-17, March 2014.

[14] Rohani, “Process Design In Degumming And Bleaching Of Palm Oil.”Research, Centre Of Lipids Engineering And Applied Research (Clear) Universiti Teknologi Malaysia, 2006, hal. 23.

[15] Siti, Hamidah Mohd Setapar, Asma,Khatoon, Akil, Mohd, Azizi Che Yunus, dan Muhammad Abbas Ahmad Zaini, “Use of Supercritical COβ and R1γ4a as Solvent for Extraction of b-Carotene and a-Tocopherols from Crude Palm Oil,” Asian Journal of Chemistry; Vol. 26, No. 18 (2014), 5911-5916


(63)

[16] Andhika, Akbar. ” Optimasi Ekstraksi Spent Bleaching Earth Dalam Recovery Minyak Sawit,” Skripsi, Program Sarjana Fakultas Teknik UI, Depok, 2012, hal 29-30.

[17] Kurt, G Berger , The Use Of Palm Oil In Frying (Selangor : Malaysia Palm Oil Promotion Council., 2005) hal. 22 -23.

[18] Nurhida, Pasaribu, “Minyak Buah Kelapa Sawit,” e- USU Reporsitory, Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam USU, Medan, 2004. Hal 2

[19] Ritson, Purba, “Pemanfaatan Arang Aktif Dari Cangkang Kelapa Sawit (Elaeis Guineensis Jack) Sebagai Adsorben Β-Karoten Pada Minyak Kasar Kelapa Sawit (CPO) Crude Palm Oil,” Bioprospek, Vol. 7 (2009), no. 1

[20] Ming, Chih Chiu, Cesar de Morais Coutinho, Linery Aparecida Guaraldao Goncalves, “Carotenoids concentration of palm oil using membrane technology,”

Desalination, 246 (2009) hal. 410-413.

[21] A. Dabrowski, “Adsorption –From Theory to Practice,” Advances in Colloid and Interface Science, Vol. 93 (2001). 135 – 224.

[22] Hasrianti, “ Adsorpsi Ion Cd2+ Dan Cr6+ Pada Limbah Cair Menggunakan Kulit Singkong,” Tesis, Program Pasca Sarjana UNHAS, Makassar,(β01β), hal. γ0 [23] Syarief, “Pengaruh Konsentrasi Adsorbat, Temperatur, Dan Tegangan Permukaan Pada Proses Adsorpsi Gliserol Oleh Alumina,” Skripsi, Program Sarjana Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret, Surakarta, 2010, hal 11.

[24] A. Buekens, “ Adsorbents And Adsorption Proceses For Poluution Control,” Pollution Control Technologies, Vol. 2.


(64)

[25] Pradhan, Subhashree. “Production And Characterization Of Activated Carbon Produced From A Suitable Industrial Sludge”. Department of Chemical Engineering National Institute of Technology Rourkela, (2007)

[26] Joshi, Sahira. Pokharel, Bhadra Prasad. “Preparation and Characterization of Activated Carbon from Lapsi (Choerospondias axillaris) Seed Stone by Chemical Activation with Potassium Hydroxide.” Journal of the Institute of Engineering, Vol.9, No. 1, pp. 79–88

[27] Merckmillipore.”Material Safety Data Sheet Arang Aktif”. 2015.

[β8] Ega Rofina, Amir Awaludding, Halida Sophia. “ Daya Adsorpsi Birnessite

Sintesis Terhadap Larutan Ion Logam Cd2+,” Tesis, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Riau, Pekanbaru, 2012 : ha; 1-13

[29] Hui QIU, Lu LV, Bing-cai PAN, Qing-jian ZHANG, Wei-ming ZHANG, and Quan-xing ZHANG. “ Critical Review In Adsorption Kinetic Models,” Journal of Zhejiang University SCIENCE A, 2009, 10(5):716-724.

[30] Itodo A.U, Abdulrahman F.W, Hassan L.G, Maigandi S.A, adn Itodo H.U. “ Intraparticle Difussion And Intrapartcle Diffusivities Of Herbicide On Derived Activated Carbon,” Team Research Of Usmanu Danfodiyo University, Sokoto, Nigeria, 2010: 2 (2)

[γ1] Ahmad Zakaria. “Adsorpsi Cu (II) Menggunakan Zeolit Sintetis dari Abu

Terbang Batu Bara.” Tesis, Sekolah Pascasarjana ITB, Bogor, β011μ hal β0 [γβ] Ikhsan. “Surface Chemistry μ Isoterm Model.” Diakses tanggal 0β April β01γ [γγ] Muslich, Prayogo Suryadarma, Indri Hayuningtyas. “Kinetics Of Isothermal Adsorption Of Β-Carotene From Crude Palm Olein Using Bentonite.” Jurnal Teknik Industri, Pert. Vol. 19 (2), 93-100


(1)

0,2787=

qm=

qm= 3,5880

9,4373 =

KL.qm =

KL. 3,5880 = 0,1059

KL=0,0295

Trial II (Isoterm Freundlich)

Untuk isoterm adsorpsi Freundlich akan diplot kurva log Ce Vs loq qe. Kurva

tersebut akan memberikan nilai slope adalah 1/n dan intersep adalah log KF. Kurva

isoterm Freundlich dapat dilihat pada Gambar L2.5.

Gambar L2.5 Kurva Isoterm Freundlich Pada T = 40 oC, 50 oC dan 60 oC

Dari Gambar L2.2 untuk T = 40 oC diperoleh persamaan isoterm Freundlich adalah y = 0,4657x - 0,5437. Maka dapat dihitung nilai n dan k seperti cara berikut :

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

1,5

1,7

1,9

2,1

2,3

40

50

60

Log Ce

L

og

qe

o C o C


(2)

KF = 10 -0,5437

. KF = 0,2859

0,4657 = n =

n = 2,1473

Dari Gambar L2.2 untuk T = 50 oC diperoleh persamaan isoterm Freundlich adalah y = 0,472x - 0,5252. Maka dapat dihitung nilai n dan k seperti cara berikut :

-0,5252 = log KF

KF = 10 -0,5252

KF = 0,2984

0,472 = n =

n = 2,1186

Dari Gambar L2.2 untuk T = 60 oC diperoleh persamaan isoterm Freundlich adalah y = 0,4238x - 0,4039. Maka dapat dihitung nilai n dan k seperti cara berikut :

- 0,4039= log KF

KF = 10 - 0,4039

KF = 0,3945

0,4238= n =

n = 2,3596


(3)

Parameter Kesetimbangan (RL)

Karakteristik dari adsorpsi isoterm Langmuir dapat dinyatakan dengan parameter kesetimbangan (RL). Persamaan untuk parameter kesetimbangan dapat

dihitunga dengan cara :

L2.5 PERHITUNGAN TERMODINAMIKA ADSORPSI

Perhitungan termodinamika adsorpsi dapat dihitung dengan memplot kurva 1/T vs ln Kads. Data yang digunakan dapat dilihat pada Tabel L2.5.

Tabel L2.5 Data Perhitungan Untuk Termodinamika Adsorpsi -Karoten

T (oC) T (K) 1/T Kads ln Kads

40 313 0,0032 0,0194 -3,9425 50 323 0,0031 0,0206 -3,8825 60 333 0,0030 0,0295 -3,5234

y = -2095,5x + 2,7133

R² = 0,8549

-4,1

-4

-3,9

-3,8

-3,7

-3,6

-3,5

-3,4

0,00295 0,003 0,00305 0,0031 0,00315 0,0032 0,00325

1/T

ln

K

ad


(4)

Y = -2095x + 2,7132 Ln Kads =

Perhitungan Energi Bebas Gibbs.

-24.482,4845 J/mol

-24.708,0595 J/mol

- 24.933,6345 J/mol

Tabel Lβ.6 Data Hasil Perhitungan Termodinamika Adsorpsi -Karoten

T (oC)

T

(K) ΔG (J/mol)

ΔS (J/mol

K)

ΔH (J/mol)

40 313 -24.482,4845

22,5575 -17.421,9870 50 323 -24.708,0595


(5)

LAMPIRAN 3

FOTO PENELITIAN

L3.1 MINYAK KELAPA SAWIT (

CRUDE PALM OIL

)

Gambar L3.1 Foto Minyak Kelapa Sawit (

Crude Palm Oil

)

Sebelum Diadsorpsi

L3.2 KARBON AKTIF


(6)

L3.3 MINYAK KELAPA SAWIT YANG SUDAH DIADSORPSI

Gambar L3.3 Foto Minyak Kelapa Sawit Yang Sudah Diadsorpsi

L3.4 RANGKAIAN PERALATAN