DAYA ADSORPSI ARANG AKTIF KULIT PISANG RAJA BULU (MUSA PARADISIACA I. VAR SAPIENTUM) SEBAGAI ADSORBEN LOGAM BERAT BESI (FE).
DAYA ADSORPSI ARANG AKTIF KULIT PISANG RAJA
BULU (Musa paradisiaca I. Var sapientum) SEBAGAI
ADSORBEN LOGAM BERAT BESI (Fe)
Oleh
Endang Yulistira Marpaung
NIM 4122210006
Program Studi Kimia
SKRIPSI
Diajukan Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar
Sarjana Sains
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSIAS NEGERI MEDAN
MEDAN
2017
i
ii
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Kota Dumai pada tanggal 01 November 1993. Ayah
bernama Emrin Marpaung dan Ibu bernama Juliana Hutagalung, dan penulis
merupakan anak pertama dari tiga bersaudara. Pada tahun 2000, penulis masuk
SD Negeri 010 Jaya Mukti dan lulus pada tahun 2006. Pada tahun 2006, penulis
melanjutkan sekolah di SMP Negeri 1 Dumai dan lulus pada tahun 2009. Pada
tahun 2009, penulis melanjutkan sekolah di SMA Negeri 2 Dumai dan lulus pada
tahun 2012. Pada tahun 2012, penulis diterima di Program Studi Kimia Jurusan
Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Negeri
Medan melalui jalur SNMPTN.
Selama kuliah di Universitas Negeri Medan penulis pernah melakukan
kunjungan industri ke Laboratorium Forensik POLDA Sumatera Utara, Badan
Lingkungan Hidup (BLH), PT. Nippon Indosari Corpindo (Sari Roti) pada tahun
2015. Penulis melakukan Praktek Kerja Lapangan (PKL) di Dinas Perikanan dan
Kelautan Provinsi Sumatera Utara ditempatkan di Laboratorium Kimia Unit
Pelaksana Teknis Laboratorium Pengendalian Dan Pengujian Mutu Hasil
Perikanan (UPT-LPPMHP) pada tahun 2016.
Penulis merupakan salah satu pengurus di Himpunan Mahasiswa Jurusan
Kimia UNIMED. Penulis juga pengurus di organisasi internal kampus KSR PMI
UNIMED. Selain itu Penulis juga pengurus di organisasi ekternal kampus
Himpunan Mahasiswa Islam Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
(HMI FMIPA). Selama kuliah penulis juga pernah menjadi asisten laboratorium
khususnya praktikum Kimia Fisika I dan Kimia Analitik III.
iv
KATA PENGANTAR
Alhamdulillah, Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan
rahmat dan hidayah-Nya kepada penulis sehingga penelitian dan penulisan skripsi
ini dapat diselesaikan dengan baik sesuai dengan waktu yang direncanakan.
Skripsi berjudul “Daya Adsorpsi Arang Aktif Kulit Pisang Raja Bulu
(Musa paradisiaca I. Var sapientum) Sebagai Adsorben Logam Berat Besi
(Fe)” disusun untuk memperoleh gelar Sarjana Sains Kimia, Fakultas Matematika
dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Negeri Medan.
Pada kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada
berbagai pihak yang telah membantu menyelesaikan skripsi ini, mulai dari
pengajuan proposal sampai penyusunan skripsi, diantaranya kepada Bapak Drs.
Ayi Darmana, M.Si, sebagai dosen pembimbing skripsi yang telah memberikan
dorongan, bimbingan dan saran. Ucapan Terima kasih penulis sampaikan kepada
Bapak Dr. Ajat Sudrajat, M.Si, Ibu Dr. Destria Roza, M.Si dan Bapak Agus
Kembaren, S.Si, M.Si, sebagai dosen penguji yang telah memberikan banyak
masukan dan saran-saran mulai dari rencana penelitian sampai selesainya skripsi
ini. Ucapan Terima kasih juga penulis sampaikan kepada Ibu Dra. Ani Sutiani,
M.Si selaku dosen Pembimbing akademik, Bapak dan Ibu Dosen yang telah
mendidik penulis selama melakukan perkuliahan dan juga kepada staff pegawai
Jurusan Kimia UNIMED.
Teristimewa kepada kedua orang tua yang sangat penulis banggakan serta
sayangi, Ayah ( Emrin Marpaung) dan Ibu ( Juliana Hutagalung). Terima ksih
dorongan, semangat, kasih sayang, pengorbanan dan doa yang senantiasa selalu
tercurahkan, juga kepada adik-adik ku tersayang Eka Nirmala Marpaung dan
Imelda Marpaung yang selalu memberi semangat dan doanya.
Tersayang buat Bang Ary Anggara Wibowo, S.Pd., Bang Dermawan
Susanto, S.Si., Puji Prayugo, Parna Sitanggang yang telah membantu dalam
proses penelitian sehingga penelitian penulis dapat berjalan lancar dan juga terima
kasih kepada seluruh teman-teman NonDik Kimia 2012 yang telah membantu dan
memberikan semangat selama perkuliahan hingga mencapai kelulusan. Dan juga
v
buat kakak- kakak Stambuk dan adik-adik stambuk kimia yang selalu memberikan
semangat terkhusus seluruh Kimia Nondik 14, Kimia Nondik 13 yang tidak dapat
disebutkan namanya satu persatu, Aderiani Br Sembiring, Eka Noni Hayati, Ulfah
Maisyarah Sitorus dan tidak lupa buat sepupu-sepupuku tersayang serta keluarga
besar, penulis ucapankan terima kasih yang sebanyak-banyaknya buat
dukungannya dan sukses terus buat kedepannya.
Akhirnya dengan segala kerendahan hati, saran dan kritik yang
membangun dari pembaca saya terima dengan senang hati. Semoga hasil
penelitian ini dapat bermanfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan dan
pendidikan.
Medan, 21 Januari 2017
Penulis
Endang Yulistira Marpaung
NIM. 4122210006
vi
DAFTAR ISI
Halaman
Lembar Pengesahan
i
Riwayat Hidup
ii
Abstrak
iii
Kata Pengantar
iv
Daftar Isi
vi
Daftar Gambar
ix
Daftar Tabel
x
Daftar Lampiran
xi
BAB I. PENDAHULUAN
1
1.1. Latar Belakang
1
1.2. Batasan Masalah
2
1.3. Rumusan Masalah
3
1.4. Tujuan Penelitian
4
1.5. Manfaat Penelitian
4
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA
5
2.1. Pisang Raja (Musa paradisiacal L.)
5
2.2. Biosorpsi
6
2.3. Adsorpsi
8
2.3.1. Faktor – Faktor Yang Mempengaruhi Daya Adsorpsi
2.4. Isoterm Adsorpsi
9
10
24.1. Persamaan Freunlich
10
2.4.2. Persamaan Langmuir
11
2.5. Karbon Aktif
12
2.5.1. Pola Struktur Karbon Aktif
15
2.6. Proses Pembuatan Karbon Aktif
16
2.6.1. Proses Karbonisasi
16
2.6.2. Proses Aktivasi
18
2.7. Mekanisme Reaksi
19
vii
2.8. Besi (Fe)
20
2.9. Prinsip Spektrofotometer
22
2.10. Prinsip Alat XRD ( X- Ray power Difrraction)
23
2.11. Prinsip Spektroskopi IR
24
BAB III. METODE PENELITIAN
25
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian
25
3.2 Alat dan Bahan
25
3.2.1. Alat
25
3.2.2 Bahan
25
3.3. Prosedur Penelitian
26
3.4. Prosedur Kerja
28
3.4.1. Preparasi Arang Kulit Pisang Raja
29
3.4.2. Identifikasi Struktur Arang
29
3.4.3. Penentuan Kondisi Optimum Arang Aktif Dengan
Variasi Konsentrasi Larutan, pH Larutan, Waktu Kontak
Dan Massa Arang.
30
3.4.4. Menentukan Konsentrasi Besi
32
3.4.5. Analisis Pegujian Karbon Aktif ( SII 0258-88)
34
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
36
4.1. Pembuatan Arang Aktif
36
4.1.1. Arang Aktif Kulit Pisang Raja Tanpa Aktivator
36
4.1.2 Arang Aktif Kulit Pisang Raja Dengan Aktivator H2SO4 37
4.2. Hasil Uji Kualitas Karbon Aktif
38
4.2.1. Hasil Uji Kadar Air
38
4.2.2. Hasil Uji Kadar Abu
38
4.2.3. Hasil Uji Bagian Yang Hilang Pada Pemanasan 950oC
39
4.2.4. Hasil Uji Karbon Aktif Murni
39
4.3. Hasil Penentuan λ Maksimum Serapan Logam Fe Pada
Spektronik-20
39
4.4. Hasil Penentuan Kurva Baku/Kurva Kalibrasi
40
4.5. Hasil Analisis Penentuan Konsentrasi Fe(II) Optimum
41
viii
4.6. Hasil Penentuan pH Larutan Ion Logam Fe(II) Optimum
42
4.7. Hasil Penentuan Massa Optimum Arang Aktif Terhadap
Penyerapan Ion Logam Fe(II)
44
4.8. Hasil Penentuan Waktu Kontak Optimum Arang Aktif Terhadap
Penyerapan Ion Logam Fe(II)
46
4.9. Hasil Persen Kadar Fe yang Teradsorpsi Oleh Arang Aktif yang
Teraktivasi H2SO4 dan Arang Aktif Tanpa Aktivator H2SO4
4.10. Hasil Analisis Struktur Arang Aktif Kulit Pisang Raja
47
48
4.10.1. Analisis XRD
48
4.10.2. Analisis FTIR
50
BAB V PENUTUP
53
5.1 Kesimpulan
53
5.2 Saran
54
DAFTAR PUSTAKA
55
LAMPIRAN
58
ix
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1. Ilustrasi Adsorbsi Dengan Persamaan Langmuir.
11
Gambar 2.2. Ilustrasi Struktur Kimia Karbon Aktif (Sudibandriyo,2003)
15
Gambar 2.3. Pola Struktur Intan (a) dan Struktur Grafit (b)
16
Gambar 2.4. Alat Spektrofotometer
22
Gambar 2.5. Diagram Prinsip Alat XRD
23
Gambar 2.6. Spektrum IR Senyawa 2-heksanol
24
Gambar 3.1. Bagan Alir Preparasi Kulit Pisang Menjadi Arang Aktif
26
Gambar 3.2. Bagan Alir Penentuan Konsentrasi Optimum Larutan Fe(II)
26
Gambar 3.3. Bagan Alir Penentuan pH Optimum Larutan Fe(II)
27
Gambar 3.4. Bagan Alir Penentuan Waktu Optimum Dan Massa Optimum
Arang Aktif
27
Gambar 3.5. Bagan Alir Penentuan Persen Kadar Fe Yang Teradsorpsi
28
Gambar 4.1. Kurva Penyerapan Maksimum Fe(II) Orto-Fenantrolin
40
Gambar 4.2. Kurva Kalibrasi Fe(II) Orto-Fenantrolin
41
Gambar 4.3. Kurva Penentuan Konsentrasi Optimum Fe(II)
42
Gambar 4.4. Kurva Penentuan pH Optimum Fe(II)
43
Gambar 4.5. Kurva Penentuan Massa Optimum Arang Aktif Yang Tidak
Teraktivasi dan Yang Teraktivasi H2SO4
45
Gambar 4.6. Kurva Penentuan Waktu Kontak Optimum Arang Aktif Yang
Tidak Teraktivasi dan Yang Teraktivasi H2SO4
46
Gambar 4.7. Pola Difraksi Arang Yang Teraktivasi H2SO4 dan Pola Difraksi
Arang Aktif Tanpa Aktivasi H2SO4
49
Gambar 4.8. Spektra Arang Tidak Teraktivasi H2SO4 dan Spektra Karbon
Yang Teraktivasi
50
x
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1. Kandungan Kulit Pisang
5
Tabel 2.2. Syarat Mutu Karbon Aktif (SII 0258-88)
14
Tabel 2.3. Kandungan Unsur Mikro Tanah Gambut Di Sumtera Utara
21
Tabel 4.1. Hasil Karakterisasi Karbon Aktif
38
xi
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1. Uji Kualitas Karbon Aktif
58
Lampiran 2. Menentukan Konsentrasi Besi
60
Lampiran 3. Hasil Analisis FTIR
80
Lampiran 4. Hasil Analisis XRD
81
Lampiran 5. Dokumentasi Penelitian
84
53
BAB V
PENUTUP
5.1. Kesimpulan
Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan dapat disimpulkan
sebagai berikut:
1. Hasil uji karbon aktif yang teraktivasi H2SO4 5 M pada analisis kadar air
sebesar 9%, kadar abu 3%, kadar volatile matter 12,15% dan kadar karbon
murni 84,85% sedangkan hasil uji karbon aktif tanpa aktivasi H2SO4 5 M
pada analisis kadar air sebesar 7%, kadar abu 12%, kadar volatile matter
22,08% dan kadar karbon murni 65,92%. Pada hasil
analisis XRD
terhadap arang aktif yang teraktivasi H2SO4 5 M menunjukkan karbon
berstruktur amorf, sedangkan arang aktif tanpa aktivasi menunjukkan
karbon berstruktur kristal. Kemudian karakterisasi dengan FTIR
menunjukkan munculnya spektra pada bilangan gelombang 2335,00 cm-1
dan 2360,23 cm-1 merupakan vibra regangan -C=N, munculnya gugus
fungsi C-O pada bilangan gelombang 1300-1200 dan vibrasi logam
(mineral pada bilangan gelombang 624,11 cm-1.
2. Kondisi optimum adsorpsi arang aktif kulit pisang raja bulu yang
teraktivasi H2SO4 5 M yaitu pada konsentrasi optimum larutan Fe 10 ppm,
pH optimum 4, massa optimum 1,5 gram dan waktu kontak optimum 60
menit untuk mengadsorpsi ion logam Fe(II) , sedangkan kondisi optimum
adsorpsi arang aktif kulit pisang raja bulu tanpa aktivasi H2SO4 5 M yaitu
pada konsentrasi optimum larutan Fe 10 ppm, pH optimum 4, massa
optimum 0,5 gram dan waktu kontak optimum 60 menit untuk
mengadsorpsi ion logam Fe(II).
3. Persen kadar Fe yang teradsorpsi oleh arang aktif kulit pisang raja bulu
yang teraktivasi H2SO4 5 M dalam kondisi optimum sebesar 76,35%, sedangkan
persen kadar Fe yang teradsorpsi oleh arang aktif kulit pisang raja bulu
tanpa aktivasi H2SO4 5 M dalam kondisi optimum sebesar 51,09%
54
5.2. Saran
Persen kadar Fe(II) yang terserap oleh arang aktif kulit pisang raja bulu
yang teraktivasi H2SO4 5 M masih rendah sebesar 76, 35%, sehingga masih perlu
ditingkatkan dengan memperkecil ukuran arangnya sedangkan untuk arang aktif
kulit pisang raja tanpa aktivator persen kadar Fe(II) yang terserap lebih rendah
sebesar 51,09% sehingga perlu ditingkatkan dengan memperkecil ukuran arang
dan variasi suhu pengaktifan.
55
DAFTAR PUSTAKA
Ahalya, N, Ramachandra, T.V., Kanamadi, RD.,(2003), Biosorption Of Heavy Metal,
Research Journal Of Chemical And Environment Vol. 7(4) : 71-79.
Apriliani, Ade.,(2010), Pemanfaatan Arang Ampas Tebu Sebagai Adsorben Ion
Logam Cd,Cr,Cu Dan Pb Dalam Air Limbah, Skripsi, Fakultas Sains dan
Teknologi, UIN Syarif Hidayatullah, Jakarta.
Asbahani, (2013), Pemanfaatan Limbah Ampas Tebu Sebagai Karbon Aktif Untuk
Menurunkan Kadar Besi Pada Air Sumur, FT, Universitas Tanjungpura.
Astawan, Made., (2010), Pisang Sebagai Buah Kehidupan. Barangjasa.com
Atkins, P.W.,(1999), Kimia fisik edisi ke -4. Irma, I.K., terjemahan dari : physical
chemistry, Erlangga. Jakarta.
Darmono, (2008), Lingkungan Hidup dan Pencemaran, Universitas Indonesia Press,
Jakarta.
Effendi , H., (2003), Telaah kualitas air bagi pengolaan sumber daya dan lingkungan
perairan, UI-press, Jakarta
Eka, P.P., Ayu I.G., Ratnayati K., (2015). Kapasitas Adsorpsi Beberapa Jenis Kulit
Pisang Teraktivasi Naoh Sebagai Adsorben Logam Timbal (Pb). Jurnal
kimia 9 (2). Juli ; 196-202.
Fatriani, S. Hut. MP., (2009), Pengaruh Konsentrasi Dan Lama Perendaman Arang
Aktif Tempurung Kelapa Terhadap Kadar Fe Dan Ph Air Gambut,
Laporan Hasil Penelitian, Jurusan Teknologi Hasil Hutan Universitas
Lambung Mangkurat,Banjarbaru.
Fessenden, R.J and Fesssenden, J.S.,(1986), Kimia Organik, Erlangga, Jakarta.
Fitria, Vita, (2013), Kapasitas Pektin Hasil Ekstraksi Dari Limbah Kulit Pisang
Kepok ( Musa balbisiana ABB), Skripsi, Fakultas Kedokteran dan Ilmu
kesehatan, UIN Syarif Hidayatullah, Jakarta.
56
Gufta, F.K., (1998), Utilization of bagasse fly ash generated in the sugar industry for
removal and recovery of phenol and p-Nitrophenol from wastewater, J
Chem Technol Biotechnol 70: 180-186.
Hanum, F., I.M.D., Kaban & M. A. Tarigan., (2012), Ekstraksi Pektin dari Kulit
Buah Pisang Raja (Musa sapientum), Jurnal Teknik Kimia, 1(2) : 21 – 26.
Herbstreith, K. dan G. Fox, (2005), Pectin, Jerman, http:/www.herbstreithfox.de/pektin/forschungundentwicklung/forschung entwicklung04a.htm.
Kaewsarn, Pairat, Wanna S., dan Surachai Wongcharee, Dried Biosorbent Derived
from Banana Peel: A Potential Biosorbent for Removal of Cadmium Ions
from Aqueous Solution, Thailand Chemical Engineering and Applied
Chemistry Conference, 2008, Thailand
Ketaren, S., (1986), Pengantar Teknologi Minyak Dan Lemak Pangan, Universitas
Indonesia, Jakarta.
Kurniasari, L., (2010), Pemanfaatan Mikroorganisme Dan Limbah Pertanian Sebagai
Bahan Baku Biosorben Logam Berat. Majalah Ilmiah Fakultas Teknik
Universitas Wahid Hasyim Semarang, Momentum, ISSN 0216 7395,
Volume 6 (2): 5-8
Memon, Jamil R., dkk., (2008), Characterization of banana peel by scanning elektron
microscopy and FT-IR spectroscopy and its use for cadmium removal,
Pakistan, Journal Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, : 260-265.
Mohapatra, D., Mishra, S., Sutar, N., (2010), Banana and Its By-product Utilisation,
An Overview, Journal of Scientific & Industrial Research,Vol. 69 : 323329
Mulyana, L., Pradiko, H. Dan Nasution, K., (2003), Pemilihan persamaan adsorpsi
isotherm pada penentuan kapasitas adsorpsi kulit kacang tanah terhadap
zat warna remazol golden yellow 6. Infomatek Teknik Lingkungan,
Fakultas Teknik – Universitas Pasundan : 131-143.
Rahman, A., H., B., (2004), Penyaringan Air Tanah Dengan Zeolit Alami Untuk
Menurunkan Kadar Besi Dan Mangan, Jurnal MAKARA, Vol. 8 (1) : 1-6.
57
Reflida, Shartini dan Indrawati., (2015), Studi Optimasi Penentuan Unsur Hara Besi
Dalam
Campuran
Tanah
Dan
Kompos
Menggunakan
Metode
Spektrofotometri, J.Ris. Kim, Vol.8(2) :143-148.
Restu, M., A., (2013), Pemanfaatan Limbah Kulit Pisang Sebagai Karbon Aktif,
Skripsi, Fakultas Teknik Industri Universitas Pembangunan Nasional “
Veteran”, Jawa Timur.
Rowe, Raymond C., Sheskey, Paul J., Owen, Saian C., (2006), handbook of
PharmaceuticalExipients Fifth Edision, Pharmaceutical Press, London.
Shofa, (2012), Pembuatan Karbon Aktif Berbahan Baku Ampas Tebu Dengan
Aktivasi Kalium Hidroksida, Skripsi, FT, Universitas Indonesia, Depok.
Suhartini, Meri., (2012), Modifikasi Limbah Kulit Pisang Untuk Adsorben Ion Logam
Mn(Ii) Dan Cr(Vi), Pusat Aplikasi Teknologi Isotop dan Radiasi (PATIR)
– BATAN, Jakarta 24 April 2014.
Sulaiman, Nur., (2013), Adsorpsi Ion Logam Cr(VI) oleh Kitosan Termodifikasi
Silika. Skripsi tidak diterbitkan, Universitas Negeri Surabaya, Surabaya.
Tarigan, Martha Angelina., Kaban, Irza Menka Deviliany., Hanum, farida, (2012),
Ekstraksi Pektin dari Kulit Buah Pisang Kepok (Musa paradisiacal),
Jurnal Teknik Kimia, Universitas Sumatera Utara.
Thuraidah, Anny, Jasmadi , L.,(2015), Kulit Pisang Kepok (Musa Paradisiaca. L)
Untuk Menurunkan Kadar Mangan Air Gambut, Medical laboratory
technology journal 1 (1) : 19-26.
Tjitrosoepomo, (2001), Morfologi Tumbuhan, Gadjah Mada University Press,
Yogyakarta.
Wayan, I. S., Petrus, V. D. S., Tansale, M.F.J.D.P., (2014), Adsorpsi Ion Logam Cu2+
Pada Pektin Dari Kulit Pisang Tongkat Langit ( Musa Speices Van
Balbisiana), Ind J. Chem. Res,1 : 72 – 77.
Winarno, F.G.,(2002), Fisiologi Lpeas Panen Produk Hortikultural, M-Brio Press,
Bogor.
Zuhairini E., (1997), Budidaya Pisang Raja, Trubus Agrisarana, Jakarta.
BULU (Musa paradisiaca I. Var sapientum) SEBAGAI
ADSORBEN LOGAM BERAT BESI (Fe)
Oleh
Endang Yulistira Marpaung
NIM 4122210006
Program Studi Kimia
SKRIPSI
Diajukan Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar
Sarjana Sains
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSIAS NEGERI MEDAN
MEDAN
2017
i
ii
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Kota Dumai pada tanggal 01 November 1993. Ayah
bernama Emrin Marpaung dan Ibu bernama Juliana Hutagalung, dan penulis
merupakan anak pertama dari tiga bersaudara. Pada tahun 2000, penulis masuk
SD Negeri 010 Jaya Mukti dan lulus pada tahun 2006. Pada tahun 2006, penulis
melanjutkan sekolah di SMP Negeri 1 Dumai dan lulus pada tahun 2009. Pada
tahun 2009, penulis melanjutkan sekolah di SMA Negeri 2 Dumai dan lulus pada
tahun 2012. Pada tahun 2012, penulis diterima di Program Studi Kimia Jurusan
Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Negeri
Medan melalui jalur SNMPTN.
Selama kuliah di Universitas Negeri Medan penulis pernah melakukan
kunjungan industri ke Laboratorium Forensik POLDA Sumatera Utara, Badan
Lingkungan Hidup (BLH), PT. Nippon Indosari Corpindo (Sari Roti) pada tahun
2015. Penulis melakukan Praktek Kerja Lapangan (PKL) di Dinas Perikanan dan
Kelautan Provinsi Sumatera Utara ditempatkan di Laboratorium Kimia Unit
Pelaksana Teknis Laboratorium Pengendalian Dan Pengujian Mutu Hasil
Perikanan (UPT-LPPMHP) pada tahun 2016.
Penulis merupakan salah satu pengurus di Himpunan Mahasiswa Jurusan
Kimia UNIMED. Penulis juga pengurus di organisasi internal kampus KSR PMI
UNIMED. Selain itu Penulis juga pengurus di organisasi ekternal kampus
Himpunan Mahasiswa Islam Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
(HMI FMIPA). Selama kuliah penulis juga pernah menjadi asisten laboratorium
khususnya praktikum Kimia Fisika I dan Kimia Analitik III.
iv
KATA PENGANTAR
Alhamdulillah, Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan
rahmat dan hidayah-Nya kepada penulis sehingga penelitian dan penulisan skripsi
ini dapat diselesaikan dengan baik sesuai dengan waktu yang direncanakan.
Skripsi berjudul “Daya Adsorpsi Arang Aktif Kulit Pisang Raja Bulu
(Musa paradisiaca I. Var sapientum) Sebagai Adsorben Logam Berat Besi
(Fe)” disusun untuk memperoleh gelar Sarjana Sains Kimia, Fakultas Matematika
dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Negeri Medan.
Pada kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada
berbagai pihak yang telah membantu menyelesaikan skripsi ini, mulai dari
pengajuan proposal sampai penyusunan skripsi, diantaranya kepada Bapak Drs.
Ayi Darmana, M.Si, sebagai dosen pembimbing skripsi yang telah memberikan
dorongan, bimbingan dan saran. Ucapan Terima kasih penulis sampaikan kepada
Bapak Dr. Ajat Sudrajat, M.Si, Ibu Dr. Destria Roza, M.Si dan Bapak Agus
Kembaren, S.Si, M.Si, sebagai dosen penguji yang telah memberikan banyak
masukan dan saran-saran mulai dari rencana penelitian sampai selesainya skripsi
ini. Ucapan Terima kasih juga penulis sampaikan kepada Ibu Dra. Ani Sutiani,
M.Si selaku dosen Pembimbing akademik, Bapak dan Ibu Dosen yang telah
mendidik penulis selama melakukan perkuliahan dan juga kepada staff pegawai
Jurusan Kimia UNIMED.
Teristimewa kepada kedua orang tua yang sangat penulis banggakan serta
sayangi, Ayah ( Emrin Marpaung) dan Ibu ( Juliana Hutagalung). Terima ksih
dorongan, semangat, kasih sayang, pengorbanan dan doa yang senantiasa selalu
tercurahkan, juga kepada adik-adik ku tersayang Eka Nirmala Marpaung dan
Imelda Marpaung yang selalu memberi semangat dan doanya.
Tersayang buat Bang Ary Anggara Wibowo, S.Pd., Bang Dermawan
Susanto, S.Si., Puji Prayugo, Parna Sitanggang yang telah membantu dalam
proses penelitian sehingga penelitian penulis dapat berjalan lancar dan juga terima
kasih kepada seluruh teman-teman NonDik Kimia 2012 yang telah membantu dan
memberikan semangat selama perkuliahan hingga mencapai kelulusan. Dan juga
v
buat kakak- kakak Stambuk dan adik-adik stambuk kimia yang selalu memberikan
semangat terkhusus seluruh Kimia Nondik 14, Kimia Nondik 13 yang tidak dapat
disebutkan namanya satu persatu, Aderiani Br Sembiring, Eka Noni Hayati, Ulfah
Maisyarah Sitorus dan tidak lupa buat sepupu-sepupuku tersayang serta keluarga
besar, penulis ucapankan terima kasih yang sebanyak-banyaknya buat
dukungannya dan sukses terus buat kedepannya.
Akhirnya dengan segala kerendahan hati, saran dan kritik yang
membangun dari pembaca saya terima dengan senang hati. Semoga hasil
penelitian ini dapat bermanfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan dan
pendidikan.
Medan, 21 Januari 2017
Penulis
Endang Yulistira Marpaung
NIM. 4122210006
vi
DAFTAR ISI
Halaman
Lembar Pengesahan
i
Riwayat Hidup
ii
Abstrak
iii
Kata Pengantar
iv
Daftar Isi
vi
Daftar Gambar
ix
Daftar Tabel
x
Daftar Lampiran
xi
BAB I. PENDAHULUAN
1
1.1. Latar Belakang
1
1.2. Batasan Masalah
2
1.3. Rumusan Masalah
3
1.4. Tujuan Penelitian
4
1.5. Manfaat Penelitian
4
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA
5
2.1. Pisang Raja (Musa paradisiacal L.)
5
2.2. Biosorpsi
6
2.3. Adsorpsi
8
2.3.1. Faktor – Faktor Yang Mempengaruhi Daya Adsorpsi
2.4. Isoterm Adsorpsi
9
10
24.1. Persamaan Freunlich
10
2.4.2. Persamaan Langmuir
11
2.5. Karbon Aktif
12
2.5.1. Pola Struktur Karbon Aktif
15
2.6. Proses Pembuatan Karbon Aktif
16
2.6.1. Proses Karbonisasi
16
2.6.2. Proses Aktivasi
18
2.7. Mekanisme Reaksi
19
vii
2.8. Besi (Fe)
20
2.9. Prinsip Spektrofotometer
22
2.10. Prinsip Alat XRD ( X- Ray power Difrraction)
23
2.11. Prinsip Spektroskopi IR
24
BAB III. METODE PENELITIAN
25
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian
25
3.2 Alat dan Bahan
25
3.2.1. Alat
25
3.2.2 Bahan
25
3.3. Prosedur Penelitian
26
3.4. Prosedur Kerja
28
3.4.1. Preparasi Arang Kulit Pisang Raja
29
3.4.2. Identifikasi Struktur Arang
29
3.4.3. Penentuan Kondisi Optimum Arang Aktif Dengan
Variasi Konsentrasi Larutan, pH Larutan, Waktu Kontak
Dan Massa Arang.
30
3.4.4. Menentukan Konsentrasi Besi
32
3.4.5. Analisis Pegujian Karbon Aktif ( SII 0258-88)
34
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
36
4.1. Pembuatan Arang Aktif
36
4.1.1. Arang Aktif Kulit Pisang Raja Tanpa Aktivator
36
4.1.2 Arang Aktif Kulit Pisang Raja Dengan Aktivator H2SO4 37
4.2. Hasil Uji Kualitas Karbon Aktif
38
4.2.1. Hasil Uji Kadar Air
38
4.2.2. Hasil Uji Kadar Abu
38
4.2.3. Hasil Uji Bagian Yang Hilang Pada Pemanasan 950oC
39
4.2.4. Hasil Uji Karbon Aktif Murni
39
4.3. Hasil Penentuan λ Maksimum Serapan Logam Fe Pada
Spektronik-20
39
4.4. Hasil Penentuan Kurva Baku/Kurva Kalibrasi
40
4.5. Hasil Analisis Penentuan Konsentrasi Fe(II) Optimum
41
viii
4.6. Hasil Penentuan pH Larutan Ion Logam Fe(II) Optimum
42
4.7. Hasil Penentuan Massa Optimum Arang Aktif Terhadap
Penyerapan Ion Logam Fe(II)
44
4.8. Hasil Penentuan Waktu Kontak Optimum Arang Aktif Terhadap
Penyerapan Ion Logam Fe(II)
46
4.9. Hasil Persen Kadar Fe yang Teradsorpsi Oleh Arang Aktif yang
Teraktivasi H2SO4 dan Arang Aktif Tanpa Aktivator H2SO4
4.10. Hasil Analisis Struktur Arang Aktif Kulit Pisang Raja
47
48
4.10.1. Analisis XRD
48
4.10.2. Analisis FTIR
50
BAB V PENUTUP
53
5.1 Kesimpulan
53
5.2 Saran
54
DAFTAR PUSTAKA
55
LAMPIRAN
58
ix
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1. Ilustrasi Adsorbsi Dengan Persamaan Langmuir.
11
Gambar 2.2. Ilustrasi Struktur Kimia Karbon Aktif (Sudibandriyo,2003)
15
Gambar 2.3. Pola Struktur Intan (a) dan Struktur Grafit (b)
16
Gambar 2.4. Alat Spektrofotometer
22
Gambar 2.5. Diagram Prinsip Alat XRD
23
Gambar 2.6. Spektrum IR Senyawa 2-heksanol
24
Gambar 3.1. Bagan Alir Preparasi Kulit Pisang Menjadi Arang Aktif
26
Gambar 3.2. Bagan Alir Penentuan Konsentrasi Optimum Larutan Fe(II)
26
Gambar 3.3. Bagan Alir Penentuan pH Optimum Larutan Fe(II)
27
Gambar 3.4. Bagan Alir Penentuan Waktu Optimum Dan Massa Optimum
Arang Aktif
27
Gambar 3.5. Bagan Alir Penentuan Persen Kadar Fe Yang Teradsorpsi
28
Gambar 4.1. Kurva Penyerapan Maksimum Fe(II) Orto-Fenantrolin
40
Gambar 4.2. Kurva Kalibrasi Fe(II) Orto-Fenantrolin
41
Gambar 4.3. Kurva Penentuan Konsentrasi Optimum Fe(II)
42
Gambar 4.4. Kurva Penentuan pH Optimum Fe(II)
43
Gambar 4.5. Kurva Penentuan Massa Optimum Arang Aktif Yang Tidak
Teraktivasi dan Yang Teraktivasi H2SO4
45
Gambar 4.6. Kurva Penentuan Waktu Kontak Optimum Arang Aktif Yang
Tidak Teraktivasi dan Yang Teraktivasi H2SO4
46
Gambar 4.7. Pola Difraksi Arang Yang Teraktivasi H2SO4 dan Pola Difraksi
Arang Aktif Tanpa Aktivasi H2SO4
49
Gambar 4.8. Spektra Arang Tidak Teraktivasi H2SO4 dan Spektra Karbon
Yang Teraktivasi
50
x
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1. Kandungan Kulit Pisang
5
Tabel 2.2. Syarat Mutu Karbon Aktif (SII 0258-88)
14
Tabel 2.3. Kandungan Unsur Mikro Tanah Gambut Di Sumtera Utara
21
Tabel 4.1. Hasil Karakterisasi Karbon Aktif
38
xi
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1. Uji Kualitas Karbon Aktif
58
Lampiran 2. Menentukan Konsentrasi Besi
60
Lampiran 3. Hasil Analisis FTIR
80
Lampiran 4. Hasil Analisis XRD
81
Lampiran 5. Dokumentasi Penelitian
84
53
BAB V
PENUTUP
5.1. Kesimpulan
Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan dapat disimpulkan
sebagai berikut:
1. Hasil uji karbon aktif yang teraktivasi H2SO4 5 M pada analisis kadar air
sebesar 9%, kadar abu 3%, kadar volatile matter 12,15% dan kadar karbon
murni 84,85% sedangkan hasil uji karbon aktif tanpa aktivasi H2SO4 5 M
pada analisis kadar air sebesar 7%, kadar abu 12%, kadar volatile matter
22,08% dan kadar karbon murni 65,92%. Pada hasil
analisis XRD
terhadap arang aktif yang teraktivasi H2SO4 5 M menunjukkan karbon
berstruktur amorf, sedangkan arang aktif tanpa aktivasi menunjukkan
karbon berstruktur kristal. Kemudian karakterisasi dengan FTIR
menunjukkan munculnya spektra pada bilangan gelombang 2335,00 cm-1
dan 2360,23 cm-1 merupakan vibra regangan -C=N, munculnya gugus
fungsi C-O pada bilangan gelombang 1300-1200 dan vibrasi logam
(mineral pada bilangan gelombang 624,11 cm-1.
2. Kondisi optimum adsorpsi arang aktif kulit pisang raja bulu yang
teraktivasi H2SO4 5 M yaitu pada konsentrasi optimum larutan Fe 10 ppm,
pH optimum 4, massa optimum 1,5 gram dan waktu kontak optimum 60
menit untuk mengadsorpsi ion logam Fe(II) , sedangkan kondisi optimum
adsorpsi arang aktif kulit pisang raja bulu tanpa aktivasi H2SO4 5 M yaitu
pada konsentrasi optimum larutan Fe 10 ppm, pH optimum 4, massa
optimum 0,5 gram dan waktu kontak optimum 60 menit untuk
mengadsorpsi ion logam Fe(II).
3. Persen kadar Fe yang teradsorpsi oleh arang aktif kulit pisang raja bulu
yang teraktivasi H2SO4 5 M dalam kondisi optimum sebesar 76,35%, sedangkan
persen kadar Fe yang teradsorpsi oleh arang aktif kulit pisang raja bulu
tanpa aktivasi H2SO4 5 M dalam kondisi optimum sebesar 51,09%
54
5.2. Saran
Persen kadar Fe(II) yang terserap oleh arang aktif kulit pisang raja bulu
yang teraktivasi H2SO4 5 M masih rendah sebesar 76, 35%, sehingga masih perlu
ditingkatkan dengan memperkecil ukuran arangnya sedangkan untuk arang aktif
kulit pisang raja tanpa aktivator persen kadar Fe(II) yang terserap lebih rendah
sebesar 51,09% sehingga perlu ditingkatkan dengan memperkecil ukuran arang
dan variasi suhu pengaktifan.
55
DAFTAR PUSTAKA
Ahalya, N, Ramachandra, T.V., Kanamadi, RD.,(2003), Biosorption Of Heavy Metal,
Research Journal Of Chemical And Environment Vol. 7(4) : 71-79.
Apriliani, Ade.,(2010), Pemanfaatan Arang Ampas Tebu Sebagai Adsorben Ion
Logam Cd,Cr,Cu Dan Pb Dalam Air Limbah, Skripsi, Fakultas Sains dan
Teknologi, UIN Syarif Hidayatullah, Jakarta.
Asbahani, (2013), Pemanfaatan Limbah Ampas Tebu Sebagai Karbon Aktif Untuk
Menurunkan Kadar Besi Pada Air Sumur, FT, Universitas Tanjungpura.
Astawan, Made., (2010), Pisang Sebagai Buah Kehidupan. Barangjasa.com
Atkins, P.W.,(1999), Kimia fisik edisi ke -4. Irma, I.K., terjemahan dari : physical
chemistry, Erlangga. Jakarta.
Darmono, (2008), Lingkungan Hidup dan Pencemaran, Universitas Indonesia Press,
Jakarta.
Effendi , H., (2003), Telaah kualitas air bagi pengolaan sumber daya dan lingkungan
perairan, UI-press, Jakarta
Eka, P.P., Ayu I.G., Ratnayati K., (2015). Kapasitas Adsorpsi Beberapa Jenis Kulit
Pisang Teraktivasi Naoh Sebagai Adsorben Logam Timbal (Pb). Jurnal
kimia 9 (2). Juli ; 196-202.
Fatriani, S. Hut. MP., (2009), Pengaruh Konsentrasi Dan Lama Perendaman Arang
Aktif Tempurung Kelapa Terhadap Kadar Fe Dan Ph Air Gambut,
Laporan Hasil Penelitian, Jurusan Teknologi Hasil Hutan Universitas
Lambung Mangkurat,Banjarbaru.
Fessenden, R.J and Fesssenden, J.S.,(1986), Kimia Organik, Erlangga, Jakarta.
Fitria, Vita, (2013), Kapasitas Pektin Hasil Ekstraksi Dari Limbah Kulit Pisang
Kepok ( Musa balbisiana ABB), Skripsi, Fakultas Kedokteran dan Ilmu
kesehatan, UIN Syarif Hidayatullah, Jakarta.
56
Gufta, F.K., (1998), Utilization of bagasse fly ash generated in the sugar industry for
removal and recovery of phenol and p-Nitrophenol from wastewater, J
Chem Technol Biotechnol 70: 180-186.
Hanum, F., I.M.D., Kaban & M. A. Tarigan., (2012), Ekstraksi Pektin dari Kulit
Buah Pisang Raja (Musa sapientum), Jurnal Teknik Kimia, 1(2) : 21 – 26.
Herbstreith, K. dan G. Fox, (2005), Pectin, Jerman, http:/www.herbstreithfox.de/pektin/forschungundentwicklung/forschung entwicklung04a.htm.
Kaewsarn, Pairat, Wanna S., dan Surachai Wongcharee, Dried Biosorbent Derived
from Banana Peel: A Potential Biosorbent for Removal of Cadmium Ions
from Aqueous Solution, Thailand Chemical Engineering and Applied
Chemistry Conference, 2008, Thailand
Ketaren, S., (1986), Pengantar Teknologi Minyak Dan Lemak Pangan, Universitas
Indonesia, Jakarta.
Kurniasari, L., (2010), Pemanfaatan Mikroorganisme Dan Limbah Pertanian Sebagai
Bahan Baku Biosorben Logam Berat. Majalah Ilmiah Fakultas Teknik
Universitas Wahid Hasyim Semarang, Momentum, ISSN 0216 7395,
Volume 6 (2): 5-8
Memon, Jamil R., dkk., (2008), Characterization of banana peel by scanning elektron
microscopy and FT-IR spectroscopy and its use for cadmium removal,
Pakistan, Journal Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, : 260-265.
Mohapatra, D., Mishra, S., Sutar, N., (2010), Banana and Its By-product Utilisation,
An Overview, Journal of Scientific & Industrial Research,Vol. 69 : 323329
Mulyana, L., Pradiko, H. Dan Nasution, K., (2003), Pemilihan persamaan adsorpsi
isotherm pada penentuan kapasitas adsorpsi kulit kacang tanah terhadap
zat warna remazol golden yellow 6. Infomatek Teknik Lingkungan,
Fakultas Teknik – Universitas Pasundan : 131-143.
Rahman, A., H., B., (2004), Penyaringan Air Tanah Dengan Zeolit Alami Untuk
Menurunkan Kadar Besi Dan Mangan, Jurnal MAKARA, Vol. 8 (1) : 1-6.
57
Reflida, Shartini dan Indrawati., (2015), Studi Optimasi Penentuan Unsur Hara Besi
Dalam
Campuran
Tanah
Dan
Kompos
Menggunakan
Metode
Spektrofotometri, J.Ris. Kim, Vol.8(2) :143-148.
Restu, M., A., (2013), Pemanfaatan Limbah Kulit Pisang Sebagai Karbon Aktif,
Skripsi, Fakultas Teknik Industri Universitas Pembangunan Nasional “
Veteran”, Jawa Timur.
Rowe, Raymond C., Sheskey, Paul J., Owen, Saian C., (2006), handbook of
PharmaceuticalExipients Fifth Edision, Pharmaceutical Press, London.
Shofa, (2012), Pembuatan Karbon Aktif Berbahan Baku Ampas Tebu Dengan
Aktivasi Kalium Hidroksida, Skripsi, FT, Universitas Indonesia, Depok.
Suhartini, Meri., (2012), Modifikasi Limbah Kulit Pisang Untuk Adsorben Ion Logam
Mn(Ii) Dan Cr(Vi), Pusat Aplikasi Teknologi Isotop dan Radiasi (PATIR)
– BATAN, Jakarta 24 April 2014.
Sulaiman, Nur., (2013), Adsorpsi Ion Logam Cr(VI) oleh Kitosan Termodifikasi
Silika. Skripsi tidak diterbitkan, Universitas Negeri Surabaya, Surabaya.
Tarigan, Martha Angelina., Kaban, Irza Menka Deviliany., Hanum, farida, (2012),
Ekstraksi Pektin dari Kulit Buah Pisang Kepok (Musa paradisiacal),
Jurnal Teknik Kimia, Universitas Sumatera Utara.
Thuraidah, Anny, Jasmadi , L.,(2015), Kulit Pisang Kepok (Musa Paradisiaca. L)
Untuk Menurunkan Kadar Mangan Air Gambut, Medical laboratory
technology journal 1 (1) : 19-26.
Tjitrosoepomo, (2001), Morfologi Tumbuhan, Gadjah Mada University Press,
Yogyakarta.
Wayan, I. S., Petrus, V. D. S., Tansale, M.F.J.D.P., (2014), Adsorpsi Ion Logam Cu2+
Pada Pektin Dari Kulit Pisang Tongkat Langit ( Musa Speices Van
Balbisiana), Ind J. Chem. Res,1 : 72 – 77.
Winarno, F.G.,(2002), Fisiologi Lpeas Panen Produk Hortikultural, M-Brio Press,
Bogor.
Zuhairini E., (1997), Budidaya Pisang Raja, Trubus Agrisarana, Jakarta.