Aplikasi Karbon Aktif Dari Tempurung Kelapa Sawit Dengan Aktivator H3PO4 Untuk Penyerapan Logam Cd Dan Pb

APLIKASI KARBON AKTIF DARI TEMPURUNG

KELAPA SAWIT DENGAN AKTIVATOR H

3

PO

4

UNTUK PENYERAPAN LOGAM Cd dan Pb

SKRIPSI

Oleh

ERIKA MULYANA GULTOM

080405016

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

APLIKASI KARBON AKTIF DARI TEMPURUNG

KELAPA SAWIT DENGAN AKTIVATOR H3PO4

UNTUK

PENYERAPAN LOGAM Cd dan Pb

SKRIPSI

oleh

ERIKA MULYANA GULTOM

080405016

SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN

PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

JANUARI 2014

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI

Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul :

APLIKASI KARBON AKTIF DARI TEMPURUNG KELAPA SAWIT DENGAN AKTIVATOR H3PO4UNTUK PENYERAPAN LOGAM Cd DAN Pb

Dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini adalah hasil karya saya kecuali kutipan-kutipan yang telah saya sebutkan sumbernya. Demikian pernyataan ini diperbuat, apabila dikemudian hari terbukti bahwa karya ini bukan karya saya atau merupakan hasil jiplakan maka saya bersedia menerima sanksi sesuai dengan aturan yang berlaku.

Medan, Januari 2014

Erika Mulyana Gultom NIM 080405016

PRAKATA

Puji syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena atas berkat dan rahmat-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan Sripsi dengan judul “ Aplikasi Karbon Aktif dari Cangkang Kelapa Sawit dengan Aktivator H3PO4 untuk Penyerapan Logam Berat Cd dan Pb”, berdasarkan penelitian yang

penulis lakukan di Laboratorium IKM Balai Riset dan Standarisasi Sumatera Utara. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana teknik. Hasil penelitian ini lebih ekonomis dibandingakan dengan penelitian-penelitian sebelumnya yang telah dilakukan peneliti lain. Manfaatnya bagi masyarakat diantaranya bisa mengurangi kadar logam yang terlarut di dalam air sehingga bisa mengurangi paparan logam berat terutama Cd dan Pb terhadap tubuh. Tulisan ini sudah dipublikasikan di jurnal teknik kimia Universitas Sumatera Utara.

Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi inipenulis banyak mendapatkan bantuan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada :

1. Prof. Dr. Ir. M. Turmuzi Lubis, MS selaku Pembimbing

Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan masukan demi kesempurnaan skripsi ini. Semoga skripsi ini memberikan manfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan.

Medan, Pebruari 2014 Penulis,

DEDIKASI

Rasa kagum dan hormat serta terima kasih yang sebesar-besarnya penulis ucapkan kepada orang tua tercinta, Bapak Josafat Gultom dan Ibu Kapriani Pane yang selalu ada bagi penulis, mendukung penulis selama melaksanakan studi juga dalam proses pengerjaan skripsi hingga selesainya skripsi ini.

Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada :

1. Kedua orang tua penulis Josafat Gultom dan Ibu Kapriani Pane. 2. Adik-adik penulis Eric Gultom, Efrida Gultom dan Eko Gultom.

3. Keluarga besar penulis secara khusus tulang Jadi Pane dan Riama Pasaribu, bou Ratna Gultom dan Asido Sihombing, bou Nurlida Gultom dan bou Riama Gultom, tulang Ribi, Tulang Effendi, tulang Abadi dan tulang Agus dan semua keluarga yang tak disebutkan satu per satu.

4. Ibu Dr. Ir. Iriany, MSi yang telah banyak memberikan masukan dan saran selama penyelesaian skripsi ini.

5. Bapak dan Ibu dosen Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

6. Para pegawai administrasi Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

7. The sexy and the cupers (Rinaldry, Martha Angelina, Loisa, Irza, Melisa, Melvha, Bella, Rudi, Eka, Hendri, Frendis, Nanta, Tagora, Satriani, Kartini). 8. Sahabat-sahabat terbaik di Teknik Kimia khusunya stambuk 2008 (Edward

Tandi, Eric Wirtanto, Gita, Michael, Anggi, Nadji, Fachri, Risky, Afiifah, Indr, Ayu, Lina, Hari, Irma, Dewi, Lilis, Andy, Nianto, Emelia, Erick, Toni, Rakhmat, Rahmad, Mawan, Yuli).

9. Sahabat-sahabat di Keluarga Lattas ( Tetty Siregar, Emmy Pardosi, Endang Simanjuntak, Chandra Samosir, Carles Pardede, Soleman Lubis, Elfride

Hasibuan, Hutrisa Sitohang, Rudi Pardosi, Wesly Tambunan, Hengki Lubis, Jepriedon Tampubolon).

10. Sahabat-sahabat di Yoseph Eng ( Hisar, Fransiskus, Elis, Aran, Moi, Saur, Clara, Andi, Jatendra, Andre, Sesilia, Kaprianto, Jimmy ) dan semua anak-anak Yoseph yang tak bisa disebutkan namanya satu per satu.

11. Sahabat baru dan penuh perhatian Hita Hamastuti, ST. 12. Seluruh adik-adik stambuk 2011

13. Seluruh adik-adik di teknik kimia (Elmer, Danil, Caroline, Wan, Michael) yang turut memberikan semangat kepada penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.

RIWAYAT HIDUP PENULIS

Nama : Erika Mulyana Gultom NIM : 080405016

Tempat/tgl lahir : Parsoburan, 15 Okteober 1989 Nama orang tua : Josafat Gultom

Alamat orang tua :

Parsoburan tengah, Kec. Habinsaran, Kab. Toba Samosir

Asal Sekolah

 SD Negeri N0. 1735941 Tahun 1996-2002

 SMP Swasta Kartini Parsoburan Tahun 2002-2005

 SMA Negeri 1 Habinsaran 2005-2008 Beasiswa yang pernah diperoleh:

Beasiswa Prestasi dari PLN (2005-2008) Beasiswa PPA dari USU tahun 2009-2011 Pengalaman Organisasi :

1. Sebagai sekretaris KMK St Yoseph Engineering USU periode 2009/2011 2. Sebagai sekretaris Litbang Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia

(HIMATEK) periode 2011/2012 Artikel yang telah dipublikasikan dalam jurnal :

Erika Mulyana Gultom, M. Turmuzi Lubis (2014) “Aplikasi Karbon Aktif dari Cangkang Kelapa Sawit dengan Aktivator H3PO4 untuk Penyerapan Logam Cd

ABSTRAK

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kondisi optimum arang aktif yang terbuat dari cangkang kelapa sawit yang diaktivasi dengan H3PO4 sebagai penyerap

logam berat berupa Cd dan Pb. Metodologi penelitian meliputi proses penyiapan bahan arang aktif, penyerapan,dan pengujian. Tahap penyerapan dilakukan dengan variasi konsentrasi logam berat yaitu 5 ppm, 10 ppm, 15 ppm, 20 ppm terhadap massa sampel tiap run, yakni 0,5 gram. Variabel tetap lain adalah waktu kontak dengan selang waktu 5 menit dan pH logam berat diatur 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9. Pengujian dilakukan dengan uji daya serap karbon aktif terhadap logam berat menggunakan atomic adsorption spectrofotometric (AAS). Hasil penelitian menunjukkan bahwa penyerapan yang paling optimum adalah konsentrasi 10 ppm, waktu 40 menit dan ph 3-4 daya serap terhadap logam beratnya paling tinggi.

Kata kunci : cangkang kelapa sawit, aktivator, arang aktif, logam berat, atomic adsorption spectrofotometric

ABSTRACT

This research aims to determine the optimum conditions of activated carbon made of palm shells activated with H3PO4as an absorber of heavy metals such as Cd and Pb.

The research methodology includes the preparation of activated carbon, absorption, and testing. Absorption stage is done by varying the concentration of heavy metals are 5 ppm, 10 ppm, 15 ppm, 20 ppm and activated carbon mass per run, which is 0.5 grams. Another variable are the contact time with intervals of 5 minutes and the pH arranged heavy metals 2-9. Testing activated carbon absorption to heavy metals using atomic adsorption spectrofotometric (AAS). The results showed that the most optimum absorption is concentration of 10 ppm, 40 minutes and pH absorption3-4.Absorption of heavy metals Cd and Pb obtained84,61 % and 80,13 %.

Keywords: palm shells, activator, activated carbon, heavy metals, atomic adsorption spectrofotometric

DAFTAR ISI

Halaman

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI...i

LEMBAR PENGESAHAN ... ii

PRAKATA...iii

DEDIKASI...iv

RIWAYAT HIDUP...vi

ABSTRAK ... vii

DAFTAR ISI ... ix

DAFTAR GAMBAR ... xii

DAFTAR TABEL ... xiii

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Perumusan Masalah ... 6

1.3 Tujuan Penelitian ... 6

1.4 Manfaat Penelitian ... 6

1.5 Ruang Lingkup Penelitian ... 7

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 8

2.1 Karbon Aktif ... 8

2.1.1 Proses Pembuatan Karbon Aktif... 9

2.1.2 Daya Serap Karbon Aktif ... 10

2.1.3 Aplikasi Karbon Aktif... 11

2.2 Penyerapan Logam Berat ... 12

2.2.1 Timbal... 13

Halaman

2.4 Kinetika Adsorpsi... 17

2.4.1 Orde Nol... 17

2.4.2 Orde Satu... 18

2.4.2 Orde Dua... 18

2.5 Analisa Ekonomi...19

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 21

3.1 Lokasi dan Waktu Penelitian ... 21

3.2 Bahan Penelitian... 21

3.3 Peralatan Penelitian ... 21

3.4 Prosedur Penelitian... 22

3.4.1 Prosedur Penentuan Konsentrasi Awal ... 22

3.4.2 Prosedur Penentuan Waktu Optimum... 22

3.4.3 Prosedur Penentuan Pengaruh pH ... 22

3.4.4 Prosedur Penentuan Kinetika Adsorpsi ... 23

3.5 Flowchart Percobaan... 24

3.5.1 Flowchart Penentuan Konsentrasi Awal... 24

3.5.2 Flowchart Penentuan Waktu Optimum... 25

3.5.3 Flowchart Penentuan Pengaruh pH... 26

3.5.4 Flowchart Penentuan Kinetika Adsorpsi... 27

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 28

4.1 Pendahuluan ... 28

4.2 Pengaruh Konsentrasi Awal Terhadap Adsorpsi Karbon Aktif.. .29

4.3 Pengaruh Waktu Kontak Terhadap Adsorpsi Karbon Aktif... 30

4.4 Pengaruh pH Terhadap Adsorpsi Karbon Aktif... 31

4.5 Isotermis Adsorpsi ... 32

4.5.1 Model Langmuir...32

4.5.2 Model Freundlich...34

4.6 Kinetika Adsorpsi ...35

4.6.1 Pseudo Orde Dua...36

Halaman

5.2 Saran ... 38

DAFTAR PUSTAKA ... 39

LAMPIRAN A DATA HASIL PENELITIAN ...43

LAMPIRAN B LAMPIRAN PERHITUNGAN ...45

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Kurva isotherm adsorpsi Langmuir... 16

Gambar 2.2 Kurva isotherm adsorpsi Freundlich... 16

Gambar 2.3 Hubungan konsentrasi terhadap waktu pada orde nol... 18

Gambar 2.4 Hubungan konsentrasi terhadap waktu pada orde satu... 18

Gambar 2.5 Hubungan konsentrasi terhadap waktu pada orde dua... 19

Gambar 3.1 Flowchart Penentuan Konsentarsi Awal ... 24

Gambar 3.2 Flowchart Penentuan Waktu Optimum ... 25

Gambar 3.3 Flowchart Penentuan Pengaruh pH ... 26

Gambar 3.4 Flowchart Penentuan Kinetika Adsorpsi ... 27

Gambar 4.1 Grafik Hubungan Konsentrasi Awal Terhadap Daya Serap... 28

Gambar 4.2 Grafik Hubungan Waktu Kontak Terhadap Daya Serap... 30

Gambar 4.3 Grafik Hubungan pH Terhadap Daya Serap... 32

Gambar 4.4 Grafik Model Isotherm Langmuir Pada Logam Pb dan Cd... 34

Gambar 4.5 Grafik Model Isotherm Freundlich Pada Logam Pb dan Cd... 36

Gambar 4.6 Grafik Model Pseudo Orde Dua Pada Logam Pb dan Cd... 37

Gambar LB.1 Grafik Hubungan Konsentrasi Awal dengan Daya Serap...46

Gambar LB.2 Grafik Model Pseudo Orde Satu Pada Logam Pb...47

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 1.1 Penelitian Terdahulu ... 3

Tabel 2.1 Spesifikasi Karbon Aktif... 9

Tabel 2.2 Aplikasi Penggunaan Karbon Aktif Dalam Industri ... 12

Tabel 2.3 Penelitian Logam Berat... 13

ABSTRAK

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kondisi optimum arang aktif yang terbuat dari cangkang kelapa sawit yang diaktivasi dengan H3PO4 sebagai penyerap

logam berat berupa Cd dan Pb. Metodologi penelitian meliputi proses penyiapan bahan arang aktif, penyerapan,dan pengujian. Tahap penyerapan dilakukan dengan variasi konsentrasi logam berat yaitu 5 ppm, 10 ppm, 15 ppm, 20 ppm terhadap massa sampel tiap run, yakni 0,5 gram. Variabel tetap lain adalah waktu kontak dengan selang waktu 5 menit dan pH logam berat diatur 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9. Pengujian dilakukan dengan uji daya serap karbon aktif terhadap logam berat menggunakan atomic adsorption spectrofotometric (AAS). Hasil penelitian menunjukkan bahwa penyerapan yang paling optimum adalah konsentrasi 10 ppm, waktu 40 menit dan ph 3-4 daya serap terhadap logam beratnya paling tinggi.

Kata kunci : cangkang kelapa sawit, aktivator, arang aktif, logam berat, atomic adsorption spectrofotometric

ABSTRACT

This research aims to determine the optimum conditions of activated carbon made of palm shells activated with H3PO4as an absorber of heavy metals such as Cd and Pb.

The research methodology includes the preparation of activated carbon, absorption, and testing. Absorption stage is done by varying the concentration of heavy metals are 5 ppm, 10 ppm, 15 ppm, 20 ppm and activated carbon mass per run, which is 0.5 grams. Another variable are the contact time with intervals of 5 minutes and the pH arranged heavy metals 2-9. Testing activated carbon absorption to heavy metals using atomic adsorption spectrofotometric (AAS). The results showed that the most optimum absorption is concentration of 10 ppm, 40 minutes and pH absorption3-4.Absorption of heavy metals Cd and Pb obtained84,61 % and 80,13 %.

Keywords: palm shells, activator, activated carbon, heavy metals, atomic adsorption spectrofotometric

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG

Dalam era industrialisasi yang disertai dengan globalisasi dewasa ini, beberapa negara berkembang termasuk Indonesia, kualitas lingkungan menjadi suatu permasalahan nasional yang perlu dicari solusinya [1]. Salah satu komponen lingkungan yang sangat penting untuk kehidupan adalah air. Saat ini badan air menjadi tercemar karena kegiatan manusia. Bahan pencemar dapat dari limbah yang mengandung bahan kimia yang berbahaya dan beracun seperti logam berat Hg, Cd, Zn, Pb, Cu, As [2].

Secara umum diketahui bahwa logam berat merupakan unsur yang berbahaya bagi kehidupan manusia. Persoalan spesifik di lingkungan terutama akumulasinya pada rantai makanan dan keberadaannya di alam, serta meningkatkan jumlah logam berat yang menyebabkan pencemaran terhadap tanah, udara, dan air meningkat. Kegiatan-kegiatan manusia yang dapat menyebabkan masuknya logam berat ke lingkungan antara lain adalah pertambangan (minyak, emas, batubara, dan lain-lain), pembangkit tenaga listrik, peleburan logam, pabrik-pabrik pupuk, kegiatan-kegiatan industri lainnya, dan penggunaan produk sintetik (misalnya pestisida, cat, baterai, limbah industri, dan lain-lain) [3].

Mengingat besarnya dampak yang ditimbulkan oleh limbah industri, beberapa tahun terakhir ini masalah pencemaran lingkungan dan pengaruhnya terhadap kesehatan mendapat perhatian penting. Logam berat dalam limbah industri dapat dipisahkan dengan berbagai cara seperti pengendapan kimia, elektrodeposisi, ekstraksi pelarut, ultraflitrasi dan penukar ion [4]. Adsorpsi dengan menggunakan karbon aktif dan resin penukar ion telah umum digunakan sebagai bahan penyerap polutan. Akan tetapi bahan penyerap dan resin penukar ion tersebut tidak mudah didapatkan dan harganya relatif mahal, sehingga para peneliti mulai mencari alternatif material lain yang dapat digunakan sebagai bahan penyerap [5].

Bahan sisa seperti tongkol jagung, ampas tebu, serbuk gergajian telah banyak digunakan sebagai material penyerap logam berat dan senyawa beracun karena gugus fungsi yang dimilikinya dan harganya murah [6].

Berbagai penelitian arang aktif terhadap logam berat telah banyak dilakukan, seperti Ash B dkk [7], melakukan uji penyerapan logam berat Cd dengan menggunakan arang aktif dari sabut kelapa dengan aktivator H3PO4. Pembuatan

arang aktif tersebut dilakukan pada aktivasi 10% H3PO4suhu pyrolisis 823 K, dan

mampu menyerap logam berat Cd sebanyak 0,09 mg/L.

Penelitian arang aktif juga dilakukan oleh Wan Nik, WB dkk [8] melakukan uji penyerapan logam berat Cu dengan menggunakan arang aktif dari cangkang kelapa sawit dengan aktivator H3PO4. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kondisi

optimum pembuatan arang aktif adalah dengan 30% H3PO4, suhu pyrolisis 500oC

selama 2 jam, dan dapat menyerap logam berat Cu sebanyak 99%.

Budinova T,dkk [9] juga melakukan uji penyerapan logam berat Hg(II) dengan arang aktif dari pohon birch dengan aktivator H3PO4dilakukan pada suhu

pyrolisis 600oC dan mampu menyerap logam berat Hg(II) sebanyak 160 mg/g. Li Kunquan [10] melakukan uji penyerapan logam berat Pb dengan menggunakan arang aktif dari tangkai kapas dengan aktivator 50% H3PO4dan suhu

500oC selama 1 jam, dan mampu menyerap logam berat Pb sebanyak 119 mg/g. Secara terperinci dapat dilihat di Tabel 1.1 sebagai bahan perbandingan penyelesaian penelitian ini. Penelitian ini diarahkan untuk mengembangkan bahan baku alternatif cangkang kelapa sawit dalam pembuatan arang aktif yang diaplikasikan sebagai adsorben pada penyerapan logam berat. Pemanfaatan cangkang kelapa sawit menjadi arang aktif diharapkan dapat meningkatkan nilai ekonomis bahan. Penelitian ini bertujuan memanfaatkan cangkang kelapa sawit untuk membuat arang aktif yang digunakan sebagai adsorben pada penyerapan logam berat dengan pengaruh bahan kimia pengaktif, suhu, dan waktu aktivasi. Tabel 1.1 PenelitianTerdahulu

No. Judul Penelitian Metode Penelitian Hasil Penelitian Referensi 1. Characterization and

Application of Activated Carbon Prepared from Waster Coir Pith

 Bahan baku : sabut kelapa

 konsentrasi aktifator H3PO4 dan

NaOH : 10%

 Suhu pirolisis : 823 K (550o)C  Lama pirolisis : 1 - 2 jam

Dapat menyerap logam berat sebagai berikut : 1. Besi ( 0,11 mg/L) 2. Timbal (0,07 mg/L) 3. Seng (0,16 mg/L) 4. Kadmium (0 mg/L) 5. Kromium (0,03 mg/L) 6. Kalsium (2,83 mg/L)

Ash, B; Satapathy, D; Mukherjee, PS; Nanda, B; Gumaste, J L; Mishra, B K (2006)

2. Production of Activated Carbon from Palm Oil Shell Waste and Its Adsorption

Characteristics

 Bahan baku : cangkang kelapa sawit

 Variasi konsentrasi H3PO4: 10, 15,

20, 25, dan 30%  Suhu aktifasi : 500 oC  Lama aktifasi : 2 jam

 Suhu pirolisis : analisa porositas hingga 1230_oC dengan kenaikan suhu 10_oC/menit

 Lama pirolisis : 2 jam

 Aplikasi logamberat : Pb, Cd, Cu, Cr

 Didapatkan bahwa karakteristik karbon aktif yang paling baik adalah pada konsentrasi aktifator 30% dengan suhu 500oC  Dapat menyerap logam

berat sebagai berikut : 1. Timbal (99,8 %) 2. Kromium (100 %) 3. Kadmium (99,5 %) 4. Tembaga (25 %)

Wan Nik, W B, Rahman, M M, Yusof, A M, Ani, F N, danChe Adnan, CM (2006)

No. Judul Penelitian Metode Penelitian Hasil Penelitian Referensi 3. Production and

Characterization of Activated Carbon from Apricot Stones

 Bahan baku : bijiaprikot

 Variasi konsentrasi H3PO4: 50%

 Suhu pirolisis : 300, 400,dan 500 oC dengan derajat kenaikan suhu 20oC/menit

 Lama pirolisis : 1,5 , 2, 3 dan 3,5 jam

Didapatkan bahwa karbon aktif yang dihasilkan memiliki luas permukaan paling besar yaitu 700 m2/g pada suhu 400 oC

Nezih, U.Y( 2004)

4. The Use of Activated Carbon Prepared from Jackfruit

(Artocarpusheterophyllus ) Peel Waste for

Methylene Blue Removal

 Bahan baku : biji aprikot

 Variasi konsentrasi H3PO4: 85%

dengan rasio aktifator dan bahan 4 : 1

 Suhu pirolisis : 550 oC dan suhu semi pirolisis 200 oC

 Aplikasi : Penyerapan zat warna

Methylene Blue

Dapat menyerap zat warna

Methylene Blue sebanyak 98 % konsentrasi zat warna 50 mg/L dan menjadi 41 % pada konsentrasi zat warna sebanyak 200 mg/L

Kartika Yoga; Prahas, Devalry; Indraswati, Nani; Ismadji, Suryadi (2008)

5. Characterization_and_Le adAdsorption Properties of Activated Carbons Prepared from Cotton Stalk by One-Step H3PO4Activation

 Bahan baku : tangkai kapas

 Variasi konsentrasi H3PO4 : 50% w/v dengan perbandingan 3 : 2  Lama aktifasi : 1 jam

 Suhu pirolisis : 500 oC dengan derajat kenaikan suhu 10 oC  Lama pirolisis : 1 jam  Aplikasilogamberat : Pb

Dapat menyerap logam berat Pbsebanyak 119 mg/L

Kunquan, Li; Zheng, Zheng; Ye, Li (2010)

No. Judul Penelitian Metode Penelitian Hasil Penelitian Referensi 6. Characterization and

application of activated carbon produced by H3PO4and water vapor

activation

 Bahan baku : pohon birch

 Aktifator : H3PO4

 Suhu pirolisis : 600 oC

Dapat menyerap logam berat Hg(II) sebanyak 160 mg/g

Budinova, T; Ekinchi, E; Yardim F; Grimm, A; Björnbom, E;

Minkova, V;

Goranova, M (2006)

7. Preparation of

Carbonaceous Heavy

Metal Adsorbent from Shorea Robusta Leaf Litter Using Phosphoric Acid Impregnation

 Bahan baku : daunShorea Robusta

 Variasi konsentrasi H3PO4 : 2 N

 Suhu pirolisis : 500 oC

 Aplikasi : Penyerapan logam berat Zn dan Cu

Dapat menyerap logam Zn dan Cu pada keadaan optimum adalah 3,8 g/L dan 3,2 g/L

Murthy,

Ramachandra, dan Narayan Surya (2010)

8. Adsorption

Characteristics of Active Carbons from Pyrolisis of Bagasse, Sorghum and Millet Straws in Ortho Phosphoric Acid

 Bahan baku : ampas tebu,

shorgum dan jerami

 Variasi konsentrasi H3PO4: 2,5 - 7

cm3

 Suhu pirolisis : 100 - 450 oC  Lama pirolisis : 16 - 280 menit  Aplikasi pada zat warna

Methylene Blue

Didapatkan bahwa hasil karbon aktif yang optimum adalah 450 oC selama 45 menit. Daya serap karbon aktif adalah 502 mg/L untuk ampas tebu, 662 mg/L untuks horgum, dan 390 mg/L untuk jerami

Lori,A.J, Lawal,A.O, dan Ekanem EJ(2008)

1.2 PERUMUSAN MASALAH

Pokok permasalahan dalam penelitian ini adalah menentukan kondisi optimum yaitu konsentrasi, waktu, dan pH untuk menyerap logam Pb dan Cd menggunakan arang aktif dari cangkang kelapa sawit dengan aktivator H3PO4.

Mengetahui daya serap arang aktif dari cangkang kelapa sawit dengan aktivator H3PO4 terhadap logam berat Cd dan Pb. Serta menentukan pemodelan kinetika

adsorpsi yang sesuai dengan arang aktif dari cangkang kelapa sawit dengan aktivator H3PO4

1.3 TUJUAN PENELITIAN Tujuan penelitian ini adalah :

1. Untuk mengetahui kondisi optimum yaitu konsentrasi, waktu, dan pH untuk menyerap logam Pb dan Cd menggunakan arang aktif dari cangkang kelapa sawit dengan aktivator H3PO4

2. Untuk mengetahui pemodelan kinetika adsorpsi yang sesuai untuk arang aktif dari cangkang kelapa sawit dengan aktivator H3PO4 terhadap daya serap logam berat

Cd dan Pb

1.4 MANFAAT PENELITIAN

Untuk memperoleh arang aktif yang dapat diaplikasikan dalam penyerapan logam berat Cd dan Pb yang nantinya bisa digunakan dalam skala industri agar mengurangi akumulasi logam berat dalam lingkungan terutama air.

1.5 RUANG LINGKUP PERCOBAAN

Penelitian ini dilakukan di Laboratorium IKM Balai Riset dan Standarisasi Sumatra Utara.

Penelitian ini menggunakan bahan-bahan karbon aktif yang telah diaktivasi dengan aktivator H3PO4, HCl, larutan sintesis Pb dan Cd . Sedangkan peralatan yang

digunakan pada penelitian ini adalah beaker gelas, pengaduk, erlenmeyer, gelas ukur, pH meter dan Atomic Adsoption Spectrofotometer(AAS).

Variabel yang akan digunakan pada penelitian ini adalah: 1. Konsentrasi logam berat : 5 ppm ; 10 ppm ; 15 ppm ; 20 ppm 2. pH logam berat : 2 ; 3 ; 4 ; 5 ; 6 ; 7; 8 ; 9

3. Waktu penyerapan : selang waktu 5 menit 4. Logam berat : Pb dan Cd

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

Kelapa sawit adalah tumbuhan industri yang saat ini sangat penting. Buah kelapa sawit dapat diolah sehingga dihasilkan produk berupa minyak goreng, margarin, bahan kosmetik, dan lain-lain. Pada buah kelapa sawit ini terdapat cangkang kelapa sawit yang pada umumnya dijadikan sebagai bahan bakar.

2.1 KARBON AKTIF

Karbon atau arang aktif adalah material yang berbentuk butiran atau bubuk yang berasal dari material yang mengandung karbon misalnya batubara, kulit kelapa, dan sebagainya. Material berkarbon dapat diolah menjadi karbon aktif dengan pengolahan secara fisika dan kimia. Pada proses fisika diawali dengan proses pirolisis pada suhu tertentu sehingga dihasilkan arang.

Arang aktif merupakan suatu padatan berpori yang mengandung 85-95% karbon. Proses pirolisis berlangsung dalam ruangan pemanasan tanpa oksigen [11].

Arang selain digunakan sebagai bahan bakar, juga dapat digunakan sebagai adsorben (penyerap) [12]. Daya serap ditentukan oleh luas permukaan partikel dan kemampuan ini dapat menjadi lebih tinggi jika terhadap arang tersebut dilakukan aktifasi dengan proses fisika. Dengan demikian, arang akan mengalami perubahan sifat-sifat fisika dan kimia. Arang yang demikian disebut sebagai arang aktif.

Dalam satu gram karbon aktif, pada umumnya memiliki luas permukaan seluas 300-3500 m2/gr, sehingga sangat efektif dalam menangkap partikel-partikel yang sangat halus berukuran 0.01-0.0000001 mm. Karbon aktif bersifat sangat aktif dan akan menyerap apa saja yang kontak dengan karbon tersebut. Dalam

kembali, meskipun demikian tidak jarang yang disarankan untuk sekali pakai. Reaktifasi karbon aktif sangat tergantung dari metode aktivasi sebelumnya, oleh karena itu perlu diperhatikan keterangan pada kemasan produk tersebut [11].

Menurut SII No.0258 -79, arang aktif yang baik mempunyai persyaratan seperti yang tercantum pada tabel berikut ini:

Tabel 2.1 Spesifikasi karbon aktif [13]

Jenis Persyaratan

Bagian yang hilang pada pemanasan 950oC Maksimum 15%

Air Maksimum 10%

Abu Maksimum 2,5%

Bagian yang tidak diperarang Tidak nyata Daya serap terhadap larutan I Minimum 20%

2.1.1 Proses Pembuatan Karbon Aktif

Di negara tropis masih dijumpai arang yang dihasilkan secara tradisional yaitu dengan menggunakan drum atau lubang dalam tanah, dengan tahap pengolahan sebagai berikut: bahan yang akan dibakar dimasukkan dalam lubang atau drum yang terbuat dari plat besi. Kemudian dinyalakan sehingga bahan baku tersebut terbakar, pada saat pembakaran, drum atau lubang ditutup sehingga hanya ventilasi yang dibiarkan terbuka. Ini bertujuan sebagai jalan keluarnya asap. Ketika asap yang keluar berwarna kebiru-biruan, ventilasi ditutup dan dibiarkan selama kurang lebih kurang 8 jam atau satu malam. Dengan hati-hati lubang atau dibuka dan dicek apakah masih ada bara yang menyala. Jika masih ada drum ditutup kembali. Tidak dibenarkan mengggunakan air untuk mematikan bara yang sedang menyala, karena dapat menurunkan kwalitas arang [14].

Akan tetapi secara umum proses pembuatan arang aktif dapat dibagi dua tahap utama yakni proses karbonisasi dan proses aktifasi. Dijelaskan bahwa secara umum proses karbonisasi sempurna adalah pemanasan bahan baku tanpa adanya udara sampai temperatur yang cukup tinggi untuk mengeringkan dan menguapkan senyawa dalam karbon. Pada proses ini terjadi dekomposisi termal dari bahan yang mengandung karbon, dan menghilangkan spesies non karbonnya. Proses

aktifasi bertujuan untuk meningkatkan volume dan memperbesar diameter pori setelah mengalami proses karbonisasi, dan meningkatkan penyerapan [3].

2.1.2 Daya Serap Karbon Aktif

Arang aktif yang merupakan adsorben adalah suatu padatan berpori, yang sebagian besar terdiri dari unsur karbon bebas dan masing- masing berikatan secara kovalen. Dengan demikian, permukaan arang aktif bersifat non polar. Selain komposisi dan polaritas, struktur pori juga merupakan faktor yang penting diperhatikan. Struktur pori berhubungan dengan luas permukaan, semakin kecil pori-pori arang aktif, mengakibatkan luas permukaan semakin besar. Dengan demikian kecepatan adsorpsi bertambah. Untuk meningkatkan kecepatan adsorpsi, dianjurkan agar menggunakan arang aktif yang telah dihaluskan. Sifat arang aktif yang paling penting adalah daya serap.

Dalam hal ini, ada beberapa faktor yang mempengaruhi daya serap adsorpsi, yaitu :

2.1.2.1 Sifat Serapan

Banyak senyawa yang dapat diadsorpsi oleh arang aktif, tetapi kemampuannya untuk mengadsorpsi berbeda untuk masing- masing senyawa [15]. Adsorpsi akan bertambah besar sesuai dengan bertambahnya ukuran molekul serapan dari sturktur yang sama, seperti dalam deret homolog [16]. Adsorpsi juga dipengaruhi oleh gugus fungsi, posisi gugus fungsi, ikatan rangkap, struktur rantai dari senyawa serapan [11].

2.1.2.2 Temperatur

Dalam pemakaian arang aktif dianjurkan untuk mengamati temperatur pada saat berlangsungnya proses. Faktor yang mempengaruhi temperatur proses adsorpsi adalah viskositas dan stabilitas thermal senyawa serapan [15]. Jika pemanasan tidak mempengaruhi sifat-sifat senyawa serapan, seperti terjadi perubahan warna maupun dekomposisi, maka perlakuan dilakukan pada titik

2.1.2.3 pH (Derajat Keasaman)

Untuk asam-asam organik, adsorpsi akan meningkat bila pH diturunkan, yaitu dengan penambahan asam-asam mineral. Ini disebabkan karena kemampuan asam mineral untuk mengurangi ionisasi asam organik tersebut. Sebaliknya bila pH asam organik dinaikkan yaitu dengan menambahkan alkali, adsorpsi akan berkurang sebagai akibat terbentuknya garam [11].

2.1.2.4 Waktu Singgung

Bila arang aktif ditambahkan dalam suatu cairan, dibutuhkan waktu untuk mencapai kesetimbangan. Waktu yang dibutuhkan berbanding terbalik dengan jumlah arang yang digunakan. Selisih ditentukan oleh dosis arang aktif, pengadukan juga mempengaruhi waktu. Pengadukan dimaksudkan untuk memberi kesempatan pada partikel arang aktif untuk bersinggungan dengan senyawa serapan. Untuk larutan yang mempunyai viskositas tinggi, dibutuhkan waktu singgung yang lebih lama [15].

2.1.3 Aplikasi Karbon Aktif

Karbon aktif merupakan bahan yang multifungsi dimana hampir sebagian besar telah dipakai penggunaannya oleh berbagai macam jenis industri. Aplikasi terhadap penggunaan karbon aktif dapat dilihat dari tabel dibawah ini:

Tabel 2.2 Aplikasi penggunaan karbon aktif dalam industri [14]

No. Pemakai Kegunaan Jenis/ Mesh

1. Industri obat dan makanan Menyaring, penghilangan bau dan rasa

8×30, 325

2. Minuman keras dan ringan Penghilangan warna, bau pada minuman

4×8, 4×12

3. Kimia perminyakan Penyulingan bahan mentah 4×8, 4×12, 8×30

4. Pembersih air Penghilangan warna, bau

penghilangan resin

5. Budi daya udang Pemurnian, penghilangan ammonia, nitrit, penol, dan logam berat

4×8, 4×12

6. Industri gula Penghilagan zat-zat warna, menyerap proses penyaringan menjadi lebih sempurna

4×8, 4×12

7. Pelarut yang digunakan kembali

Penarikan kembali berbagai pelarut

4×8, 4×12, 8×30

8. Pemurnian gas Menghilangkan sulfur, gas beracun, bau busuk asap.

4×8, 4×12

9. Katalisator Reaksi katalisator pengangkut vinil khlorida, vinil asetat

4×8, 4×30

10. Pengolahan pupuk Pemurnian, penghilangan bau 8×30

2.2 PENYERAPAN LOGAM BERAT

Secara umum diketahui bahwa logam berat merupakan unsur yang berbahaya di permukaan bumi, sehingga kontaminasi logam berat di lingkungan merupakan masalah besar dunia saat ini. Persoalan spesifik di lingkungan terutama akumulasinya sampai pada rantai makanan dan keberadaannya di alam,

Logam berat di suatu lahan secara umum bisa berasal dari proses alam atau akibat kegiatan manusia. Proses alam seperti perubahan siklus alamiah mengakibatkan batuan-batuan dari gunung berapi memberikan kontribusi yang sangat besar ke lingkungan. Namun apabila proses alam tersebut tidak mengalami perubahan siklus, jarang yang sampai pada tingkat toksik. Sedangkan kegiatan-kegiatan manusia yang dapat menyebabkan masuknya logam berat ke lingkungan antara lain adalah pertambangan (minyak, emas, batubara, dan lain-lain), pembangkit tenaga listrik, peleburan logam, pabrik-pabrik pupuk, kegiatan-kegiatan industri lainnya, dan penggunaan produk sintetik (misalnya pestisida, cat, baterai, limbah industri, dan lain-lain). Kontaminasi ini akan terus meningkat sejalan dengan meningkatnya usaha eksploitasi berbagai sumber alam di mana logam berat terkandung di dalamnya [17].

Penelitian-penelitian pembuatan karbon aktif dengan aktivator H3PO4

dalam penyerapan logam berat yang telah banyak dilakukan ditunjukkan dalam 13able di bawah ini :

Tabel 2.3 Penelitian Logam Berat [18], [19], [20], [21], [22] Peneliti Tahun Bahan Mentah Aplikasi

UY. Nezih 2004 Biji Aprikot Logam Cd dan Ni

Sun Y. dkk 2007 Pulp hitam Logam Cr

Kartika Y. dkk 2007 Kulit nangka Logam Cd Thomas K dkk 2009 Cangkang Kemiri Logam Cu

Soualah dkk 2011 Ampas kopi Logam Cd dan Pb 2.2.1 Timbal (Pb)

Timbal adalah suatu unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki lambang Pb dengan nomor atom 82. Lambangnya diambil dari bahasa Latin

Plumbum. Timbal (Pb) adalah logam berat yang terdapat secara alami di dalam kerak bumi. Keberadaan timbal bisa juga berasal dari hasil aktivitas manusia, yang mana jumlahnya 300 kali lebih banyak dibandingkan Pb alami yang terdapat pada kerak bumi. Pb terkonsentrasi dalam deposit bijih logam. Unsur Pb digunakan dalam bidang industri modern sebagai bahan pembuatan pipa air yang

sifatnya yang toksik (beracun) terhadap manusia. Timbal (Pb) dapat masuk ke dalam tubuh melalui konsumsi makanan, minuman, udara, air, serta debu yang tercemar Pb.

Keracunan akibat kontaminasi Pb bisa menimbulkan berbagai macam hal diantaranya, menghambat aktivitas enzim yang terlibat dalam pembentukan hemoglobin (Hb), meningkatnya kadar dan kadar protoporphin dalam sel darah merah, memperpendek umur sel darah merah, menurunkan jumlah sel darah merah dan retikulosit, serta meningkatkan kandungan logam Fe dalam plasma darah.

Paparan Pb dosis tinggi mengakibatkan kadar Pb darah mencapai 80 µg/dL pada orang dewasa dan 70 µg/dL pada anak-anak sehingga terjadi ensefalopati, kerusakan arteriol dan kapiler , edeme otak, meningkatkanya tekanan zalir serebrospinal, degenerasi neuron, serta perkembangbiakan sel glia yang disertai dengan munculnya ataksia, koma, kejang-kejang, dan hiperaktivitas. Kandungan Pb dalam darah berkorelasi dengan tingkat kecerdasan manusia. Semakin tinggi kadar Pb dalam darah, semakin rendah poin IQ. Apabila dalam darah ditemukan kadar Pb sebanyak tiga kali batas normal (intake normal sekitar 0,3 mg/hari), maka akan terjadi penurunan kecerdasan intelektual [23].

2.2.2 Kadmium (Cd)

Kadmium merupakan salah satu jenis logam berat yang berbahaya karena elemen ini beresiko tinggi terhadap pembuluh darah. Kadmium berpengaruh terhadap manusia dalam jangka waktu panjang dan dapat terakumulasi pada tubuh khususnya hati dan ginjal. Secara prinsipil pada konsentrasi rendah berefek terhadap gangguan pada paru-paru, emphysema dan renal turbular disease yang kronis. Jumlah normal kadmium di tanah berada di bawah 1 ppm, tetapi angka tertinggi (1.700 ppm) dijumpai pada permukaan sample tanah yang diambil di dekat pertambangan biji seng (Zn). Kadmium lebih mudah diakumulasi oleh tanaman dibandingkan dengan ion logam berat lainnya seperti timbal. Logam berat ini bergabung bersama timbal dan merkuri sebagai the big three heavy metal

Di alam kadmium jarang sekali ditemukan dalam bentuk bebas, biasanya berada dalam bentuk kadmium oksida, kadmium klorida dan kadmium sulfat. Mineral kadmium dalam tanah antara lain CdO, CdCO3, Cd(PO4)2, dan

CdCl2. Senyawa-senyawa tersebut terikat pada senyawa organik atau

oksida, namun yang dominan adalah CdS. Kandungan total kadmium dalam tanah berkisar antara 0,01 sampai dengan 7 ppm. Tanah dikatakan tercemar bila kandungan kadmium mencapai lebih dari 3 ppm [25].

2.3 ISOTERM ADSORPSI

Perubahan konsentrasi adsorbat oleh proses adsorpsi sesuai dengan mekanisme adsorpsinya dapat dipelajari melalui penentuan isoterm adsorpsi yang sesuai. Isoterm Langmuir dan Isoterm Freundlich adalah dua diantara isoterm-isoterm adsorpsi yang dipelajari:

2.3.1 Isotherm Langmuir

Meskipun terminologi adsorpsi pertama kali diperkenalkan oleh Kayser (1853-1940), penemu teori adsorpsi adalah Irving Langmuir (1881-1957), Nobel laureate in Chemistry (1932). Isoterm adsorpsi Langmuir didasarkan atas beberapa asumsi [26],yaitu :

(1) Adsorpsi hanya terjadi pada lapisan tunggal (monolayer), (2) Panas adsorpsi tidak tergantung pada penutupan permukaan, dan (3) Semua situs dan permukaannya

Persamaan isoterm adsorpsi Langmuir dapat diturunkan secara teoritis dengan menganggap terjadinya kesetimbangan antara molekul-molekul zat yang diadsorpsi pada permukaan adsorben dengan molekul-molekul zat yang tidak teradsorpsi. Persamaan isoterm adsorpsi Langmuir dapat dituliskan sebagai berikut :

/ =

1

( / ) . +

1

( / )

Dimana,

C = konsentrasi adsorbat dalam larutan

(x/m)mak = kapasitas adsorpsi maksimum dari adsorben

Kurva isoterm adsorpsi Langmuir dapat disajikan seperti pada gambar 2.1.

Gambar 2.1 Kurva isotherm adsorpsi Langmuir [26] 2.3.2 Persamaan Isoterm Adsorpsi Freundlich

Persamaan isoterm adsorpsi Freundlich didasarkan atas terbentuknya lapisan monolayer dari molekul-molekul adsorbat pada permukaan adsorben. Namun pada adsorpsi Freundlich situs-situs aktif pada permukaan adsorben bersifat heterogen. Persamaan isoterm adsorpsi Freundlich dapat dituliskan sebagai berikut:

( / ) = log +1log

sedangkan kurva isoterm adsorpsinya disajikan pada gambar di bawah ini.

Gambar 2.2 Kurva isotherm adsorpsi Freundlich [26]

Bagi suatu sistem adsorpsi tertentu, hubungan antara banyaknya zat yang teradsorpsi persatuan luas atau persatuan berat adsorben dengan konsentrasi yang teradsorpsi pada temperatur tertentu disebut dengan isoterm adsorpsi ini

dalam hal ini :

x = jumlah zat teradsorpsi (gram) m = jumlah adsorben (gram)

C = konsentrasi zat terlarut saat tercapai kesetimbangan adsorpsi k,n = tetapan, maka persamaan (1) menjadi :

log = log + log

persamaan ini mengungkapkan bahwa bila suatu proses adsorpsi menuruti isoterm Freundlich, maka log x/m terhadap log C akan merupakan garis lurus. Dari garis dapat dievaluasi tetapan k dan n [26].

2.4 KINETIKA ADSORPSI

Kinetika adsorpsi menyatakan adanya proses penyerapan suatu zat oleh adsorben dalam fungsi waktu. Adsorpsi terjadi pada permukaan zat padat karena adanya gaya tarik atom atau molekul pada permukaan zat padat. Molekul-molekul pada permukaan zat padat atau zat cair, mempunyai gaya tarik ke arah dalam, karena tidak ada gaya-gaya lain yang mengimbangi. Adanya gaya-gaya ini menyebabkan zat padat dan zat cair, mempunyai gaya adsorpsi. Adsorpsi berbeda dengan absorpsi. Pada absorpsi zat yang diserap masuk ke dalam absorbens sedangkan pada adsorpsi zat yang diserap hanya terdapat pada permukaannya [27].

2.4.1 Orde Nol

Suatu reaksi dikatakan mempunyai orde nol jika besarnya laju reaksi tidak dipengaruhi oleh berapapun perubahan konsentrasi pereaksinya. Artinya seberapapun peningkatan konsentrasi pereaksi tidak akan mempengaruhi besarnya laju reaksi. Persamaan linear orde reaksi nol dinyatakan dalam rumus sebagai berikut.

CA = CAO– kt

Bila persamaan di atas diplotkan dalam grafik y versus x, maka tampak seperti gambar di bawah ini.

Gambar 2.3 Hubungan konsentrasi terhadap waktu pada orde nol [27]

2.4.2 Orde Satu

Reaksi orde satu adalah suatu reaksi yang kecepatannya bergantung hanyalah pada salah satu zat yang bereaksi atau sebanding dengan salah satu pangkat reaktannya. Persamaan linear orde reaksi satu dinyatakan dalam rumus sebagai berikut [28].

ln CA= - kt + ln CAO

Bila persamaan di atas diplotkan dalam grafik y versus x, maka tampak seperti gambar di bawah ini.

Gambar 2.4 Hubungan konsentrasi terhadap waktu pada orde satu [28]

2.4.3 Orde Dua

Reaksi orde dua adalah suatu reaksi yang kelajuannya berbanding lurus dengan hasil kali konsentrasi dua reaktannya atau berbanding langsung dengan

dengan dua konsentrasi pengikutnya atau satu pengikut berpangkat dua. Laju kinetika adsorpsi orde dua dinyatakan dalam persamaan linear berikut [28].

1

− 1_{0 =}

Bila persamaan di atas diplotkan dalam grafik y versus x, maka tampak seperti gambar di bawah ini.

Gambar 2.5 Hubungan konsentrasi terhadap waktu pada orde dua [28] Dimana:

CA = Konsentrasi A pada saat t = t

CA0 = Konsentrasi A pada saat t = 0

k = Konstanta kinetika (menit-1) t = Waktu (menit)

2.5 ANALISA EKONOMI

Karbon aktif merupakan salah satu komoditi yang menarik untuk dikembangkan penggunaannya. Selain menarik, komoditi ini memiliki kecenderungan peningkatan produksi setiap tahunnya, khususnya di Indonesia.

Karena memiliki potensi yang cukup baik, perlu dilakukan kajian ekonomi terhadap hal ini. Namun, dalam tulisan ini hanya akan dilakukan kajian ekonomi secara sederhana. Sebelum melakukan kajian tersebut, perlu diketahui harga bahan baku yang digunakan dalam produksi dan harga jual karbon aktif. Berikut ini adalah harga bahan baku dan produk.

Harga cangkang kelapa sawit= Rp 500/ kg (berdasarkan informasi yang bersifat informal)

Harga karbon aktif = Rp 60.000/ kg

Harga-harga di atas menunjukkan selisih harga yang cukup signifikan. Pertama, dari segi bahan baku. Kedua, dari segi nilai keuntungan kasar, selisih harga bahan baku karbon aktif dan produk karbon aktif adalah Rp 23.000,-.

Perhitungan sederhana dalam basis 1 kg bahan baku, maka dirincikan sebagai berikut:

Cangkang 1 kg = 200 gr bubuk cangkang ukuran 70 mesh H3PO4yang dibutuhkan 20 % = 0,2 x 200 gr = 40 gr

Karbon aktif yang dihasilkan = 80 gr karbon aktif

Bila dimasukkan dengan rincian biaya produksi, maka diperoleh: Cangkang kelapa sawit = Rp. 500

Kebutuhan H3PO4= 40/1000 x Rp. 60.000 = Rp.

2400,-Produk = 80/1000 x Rp. 60.000,- = Rp.

4800,-Jadi, untuk basis 1 kg bahan baku diperoleh keuntungan sekitar Rp.

1900,-Dari perhitungan berbasiskan 1 kg cangkang kelapa sawit di atas, karbon aktif ini memberikan nilai keuntungan yang cukup baik. Oleh karena itu, produksi komersial karbon aktif dari cangkang kelapa sawit dengan aktivator H3PO4 ini

layak untuk dipertimbangkan.

Satu hal lagi yang bisa diambil sebagai pertimbangan adalah bahwa karbon aktif yang dijual di pasaran hanya mampu menyerap hingga 60,2 % saja untuk jenis logam berat [29].

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 LOKASI PENELITIAN

Penelitian ini dilakukan di Laboratorium IKM, Balai Riset Sumatra Utara, Medan.

3.2 BAHAN PENELITIAN

Bahan – bahan yang akan digunakan pada penelitian ini adalah : 1. Karbon aktif dari cangkang kelapa sawit yang diaktifasi H3PO4

2. Larutan Pb dan Cd sintetis 3. HCl

4. Air suling

3.3 PERALATAN PENELITIAN

Peralatan penelitian yang digunakan pada penelitian ini adalah : 1. Erlenmeyer

2. Gelas ukur 3. Corong gelas 4. Timbangan

5. Kertas saring Whatmann

6. Rotari Shaker

3.4 PROSEDUR PENELITIAN

3.4.1 Prosedur Penentuan Konsentrasi Awal

1. Dimasukkan 100 ml limbah cair sintesis berkonsentrasi 5 ppm. 2. Ditambahkan 0,5 g karbon aktif ke dalam Erlenmeyer.

3. Dilakukan pengadukan.

4. Diambil 10 ml setelah 20 menit pengadukan.

5. Dilakukan penyaringan dengan menggunakan kertas Whatmanno 41.

6. Dilakukan pengujian logam berat Cd dan Pb pada larutan tersebut pada panjang gelombang 283,3 nm dengan menggunakan AAS (Atomic Adsoption Spectrofotometer).

7. Dilakukan kembali perlakuan yang sama untuk variasi konsentrasi 10 ppm, 15 ppm, dan 20 ppm.

3.4.2 Prosedur Penentuan Waktu Optimum

1. Dimasukkan 100 ml limbah cair sintesis berkonsentrasi 10 ppm (konsentrasi optimum) ke dalam erlenmeyer.

2. Ditambahkan 0,5 g karbon aktif ke dalam Erlenmeyer. 3. Dilakukan pengadukan.

4. Diambil 10 ml setiap selang waktu 5 menit.

5. Dilakukan penyaringan dengan menggunakan kertas Whatmanno 41.

6. Dilakukan pengujian logam berat Cd dan Pb pada larutan tersebut pada panjang gelombang 283,3 nm dengan menggunakan AAS (Atomic Adsoption Spectrofotometer).

7. Perlakuan dilakukan hingga daya serap konstan.

3.4.3 Prosedur Penentuan Pengaruh pH

1. Dimasukkan 100 ml limbah cair sintesis berkonsentrasi 10 ppm (konsentrasi optimum) ke dalam Erlenmeyer.

6. Dilakukan penyaringan dengan menggunakan kertas Whatmanno 41.

7. Dilakukan pengujian logam berat Cd dan Pb pada larutan tersebut pada panjang gelombang 283,3 nm dengan menggunakan AAS (Atomic Adsoption Spectrofotometer).

8. Perlakuan dilakukan untuk variasi pH 3-9.

3.4.3 Prosedur Penentuan Kinetika Adsorpsi

1. Dimasukkan 100 ml limbah cair sintesis berkonsentrasi 10 ppm (konsentrasi optimum) ke dalam erlenmeyer

2. Ditambahkan 0,5 g karbon aktif ke dalam erlenmeyer 3. Dilakukan pengadukan

4. Diambil 10 ml setelah 15 menit

5. Dilakukan penyaringan dengan menggunakan kertas Whatmanno 41

6. Dilakukan pengujian logam berat Cd dan Pb pada larutan tersebut pada panjang gelombang 283,3 nm dengan menggunakan AAS (Atomic Adsoption Spectrofotometer)

7. Perlakuan dilakukan untuk variasi waktu kontak 30 menit, 60 menit, 90 menit, dan 120 menit

3.5 FLOWCHART PERCOBAAN

3.5.1 Flowchart Prosedur Penentuan Konsentrasi Awal

Gambar 3.1 Flowchart penentuan konsentrasi awal Mulai

Ditambahkan 0,5 g karbon aktif ke dalam erlenmeyer Dimasukkan 100 ml limbah cair sintetis berkonsentrasi

5 ppm ke dalam erlenmeyer

Selesai

Dilakukan pengambilan 10 ml setelah 20 menit

Dicatat hasil yang diperoleh

Dilakukan pengujian logam berat Cd dan Pb pada larutan tersebut pada panjang gelombang 283,3 nm dengan menggunakan AAS

Dilakukan pengadukan

3.5.2 Flowchart Prosedur Penentuan Waktu Optimum

Gambar 3.2 Flowchart penentuan waktu optimum Mulai

Ditambahkan 0,5 g karbon aktif ke dalam erlenmeyer Dimasukkan 100 ml limbah cair sintetis berkonsentrasi

10 ppm ke dalam erlenmeyer

Selesai

Dilakukan pengambilan 10 ml setiap 5 menit

Dicatat hasil yang diperoleh

Dilakukan pengujian logam berat Cd dan Pb pada larutan tersebut pada panjang gelombang 283,3 nm dengan menggunakan AAS

Dilakukan pengadukan

3.5.3 Flowchart Prosedur Penentuan pH

Gambar 3.3 Flowchart penentuan pengaruh pH Mulai

Ditambahkan 0,5 g karbon aktif ke dalam erlenmeyer Dimasukkan 100 ml limbah cair sintetis berkonsentrasi

10 ppm ke dalam erlenmeyer

Selesai

Dilakukan pengambilan 10 ml setiap 5 menit

Dicatat hasil yang diperoleh

Dilakukan pengujian logam berat Cd dan Pb pada larutan tersebut pada panjang gelombang 283,3 nm dengan menggunakan AAS

Dilakukan pengadukan

Disaring menggunakan Whatman 41

Ditambahkan HCl 0,1 M ke dalam Erlenmeyer tetes demi tetes hingga pH 2

3.5.4 Flowchart Prosedur Penentuan Kinetika Adsorpsi

Gambar 3.4 Flowchart penentuan kinetika adsorpsi Mulai

Ditambahkan 0,5 g karbon aktif ke dalam erlenmeyer Dimasukkan 100 ml limbah cair sintetis berkonsentrasi

10 ppm ke dalam erlenmeyer

Selesai

Dilakukan pengambilan 10 ml setelah 15 menit

Dicatat hasil yang diperoleh

Dilakukan pengujian logam berat Cd dan Pb pada larutan tersebut pada panjang gelombang 283,3 nm dengan menggunakan AAS

Dilakukan pengadukan

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 PENDAHULUAN

Penelitian ini menggunakan karbon aktif dari cangkang kelapa sawit dengan kondisi operasi suhu aktivasi 400oC dan waktu karbonisasi 1 jam dengan konsentrasi aktivator 20 % dengan bilangan iodine sebesar 403,5 mg/g karbon aktif.

Pembuatan karbon aktifnya dari cangkang kelapa sawit yang telah dihaluskan dengan ukuran 70 mesh. Cangkang kelapa sawit dihaluskan dengan menggunakan blender dan diayak dengan ayakan lolos 100 mesh dan tertahan di 50 mesh. Secara garis besar pembuatannya diawali dengan perendaman selama 3 jam cangkang kelapa sawit yang telah halus di larutan H3PO4dengan konsentrasi

tertentu dan suhunya dijaga 85 oC. Bahan yang telah direndam diangin-anginkan selama 12 jam. Dilanjutkan dengan pirolisis pada suhu tertentu selama waktu tertentu (sesuai dengan variasi). Dilakukan pengujian bilangan iodine, dan hasil dengan bilangan iodine tertinggi dianggap sebagai karbon aktif dengan kondisi optimum. Hasilnya digunakan untuk menyerap logam berat berupa Cd dan Pb.

4.2 PENGARUH KONSENTRASI AWAL TERHADAP ADSORPSI KARBON AKTIF

Pengaruh konsentrasi awal terhadap adsorpsi karbon aktif dapat dilihat pada Gambar 4.1 berikut ini.

Gambar 4.1 Grafik hubungan konsentrasi awal terhadap daya serap

Dimasukkan 0,5 gram karbon aktif cangkang kelapa sawit kedalam 100 ml air suling yang mengandung 5, 10, 15, 20 mg/L (ppm) larutan logam berat Pb dan Cd dengan waktu kontak 40 menit. Dari gambar tersebut terlihat bahwa penyerapan untuk Cd dan Pb yang dicapai pada konsentrasi 10 ppm dengan efisiensi penyerapan untuk ion logam Cd dan Pb masing-masing sebesar 68,7 % dan 62,9 % untuk massa karbon aktif 0,5 gram.

Dari Gambar 4.1 terlihat kurva yang tidak stabil, dimana pada saat konsentrasi awal diperbesar nilai daya serap terhadap logam berat pada awalnya meningkat dan akhirnya mengalami penurunan. Disini terdapat kejanggalan atau penyimpangan dari teori yang ada. Hal ini dikarenakan kondisi 10 ppm belum merupakan titik optimum untuk penentuan konsentrasi awal. Kemungkinan bila dilakukan untuk konsentrasi yang lebih besar akan diperoleh kondisi optimum nantinya.

Apabila konsentrasi adsorbat meningkat maka beban adsorben akan bertambah [29]. Jumlah ion logam yang diserap adsorben tergantung kepada jumlah konsentrasi awal kandungan logam dalam limbah cair dan jumlah

50 55 60 65 70

0 5 10 15 20 25

D

a

ya

S

e

ra

p

(%)

Konsentrasi Cd, Pb (ppm)

Cd Pb

4.3 PENGARUH WAKTU KONTAK TERHADAP DAYA ADSORPSI KARBON AKTIF

Pengaruh waktu kontak terhadap daya adsorpsi karbon aktif dapat dilihat pada Gambar 4.2 berikut ini.

Gambar 4.2 Grafik hubungan waktu kontak terhadap daya serap karbon aktif pada konsentasi 10 ppm

Adsorpsi adalah proses dimana satu atau lebih unsur pokok dari suatu larutan fluida akan lebih terkonsentrasi pada permukaan suatu padatan tertentu (adsorben). Jadi daya serap adsorpsi adalah suatu ukuran yang digunakan dalam proses adsorpsi untuk mengetahui seberapa banyak zat atau fluida (gas atau cair) yang telah dijerap oleh padatan (adsorben).

Karbon aktif optimal ini digunakan untuk menguji efektifitasnya dalam mengurangi kadar kadar logam berat pada larutan sintetis CdSO4 dan PbSO4.

Pengujian dilakukan pada selang waktu 5 menit hingga menit ke 40. Dari data penelitian diperoleh bahwa karbon aktif ini mampu menyerap logam berat terbukti dengan peningkatan daya serapnya. Kemampuan adsorpsi karbon aktif dari cangkang kelapa sawit dalam kajian ini dapat dilihat dari waktu kontak terhadap daya serap karbon aktif mengadsorpsi logam secara optimal. Semakin lama waktu kontak, maka semakin banyak logam yang teradsorpsi karena semakin banyak kesempatan partikel karbon aktif untuk bersinggungan dengan logam. Hal ini menyebabkan semakin banyak logam yang terikat didalam pori-pori karbon aktif. Selain itu

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

D a ya s e ra p ( % ) Waktu (menit) Cd Pb

Dari grafik terlihat bahwa persentase adsorpsi untuk ion logam Cd lebih besar dari ion logam Pb. Karbon aktif dari cangkang kelapa sawit ini mampu menyerap Cd pada larutan sintesis mencapai 84,61 %, sedangkan untuk Pb mampu mencapai 80,13%. Jumlah logam yang teradsorpsi akan semakin besar jumlahnya sesuai dengan jumlah konsentrasi awal logam yang terkandung di dalam limbah dengan waktu kontak yang akan konstan sesuai dengan pendapat Murthy [31].

4.4 PENGARUH pH TERHADAP DAYA ADSORPSI KARBON AKTIF Pengaruh pH terhadap daya adsorpsi karbon aktif dapat dilihat pada Gambar 4.3 berikut ini.

Gambar 4.3 Grafik hubungan pH terhadap daya serap karbon aktif pada konsentrasi 10 ppm

Kemampuan penyerapan suatu adsorben dapat dipengaruhi oleh pH larutan. Hal ini berhubungan dengan protonasi atau deprotonasi permukaan sisi aktif dari adsorben. pH akan mempengaruhi muatan permukaan adsorben [32]. Untuk asam-asam organik, adsorpsi akan meningkat bila pH diturunkan, yaitu dengan penambahan asam-asam mineral [15]. Nilai pH juga dapat mempengaruhi kesetimbangan kimia, baik pada adsorbat maupun pada adsorben. Dengan variasi pH ini kemungkinan ikatan kimia antara adsorben dengan adsorbat dapat terjadi.

Dari penelitian yang dilakukan ternyata semakin tinggi pH maka daya serap menurun, walaupun terdapat sedikit penyimpangan pada pH yang sanagt

40 45 50 55 60 65 70 75 80 85

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

D a y a S e ra p ( % ) pH Cd Pb

perubahan akibat kenaikan pH. pH terbaik untuk daya serap optimal berada pada pH 3 untuk adsorpsi logam Cd yaitu mencapai 81,2% dan pH 4 untuk adsorpsi logam Pb yaitu mencapai 80,2%. Penelitian sudah sesuai dengan teori yang dinyatakan Bernasconi [15] yaitu adsorpsi meningkat pada kondisi pH yang rendah atau asam.

4.5 ISOTERM ADSORPSI

Perubahan konsentrasi adsorbat oleh proses adsorpsi sesuai dengan mekanisme adsorpsinya dapat dipelajari melalui penentuan isoterm adsorpsi yang sesuai. Isoterm adsorpsi yang biasa digunakan adalah Isoterm Langmuir dan Isoterm Freundlich. Pengujian model kesetimbangan dilakukan untuk menentukan model kesetimbangan yang sesuai digunakan pada suatu penelitian. Penentuan model kesetimbangan tergantung pada harga koefisien determinasi (R2). Model kesetimbangan yang cocok adalah model kesetimbangan dengan harga R2 yang lebih tinggi [33].

4.5.1 Model Langmuir

Kesetimbangan adsorpsi merupakan suatu penjabaran secara matematika suatu kondisi isothermal yang khusus untuk setiap adsorben. Oleh karena itu, untuk masing-masing bahan penyerap (adsorben) dan bahan yang diserap (adsorbat) memiliki kesetimbangan adsorpsi tersendiri. Isoterm Langmuir digunakan dalam proses penjerapan logam dikarenakan proses penjerapan yang terjadi hanya terbentuk satu lapisan tunggal pada saat adsorpsi maksimum, proses adsorpsi dilakukan dengan mekanisme sama serta atom teradsorpsi pada permukaan molekul tertentu [34].

Langmuir menjabarkan teori adsorpsinya bahwa pada permukaan adsorben terdapat sejumlah situs aktif tersebut hanya dapat mengadsorpsi satu molekul. Ikatan antara adsorben dan zat yang teradsorpsi dapat terjadi secara fisik atau kimia. Ikatan tersebut harus cukup kuat untuk menjaga terjadinya perpindahan molekul yang telah teradsorpsi sepanjang permukaan adsorben [35].

Gambar 4.4 Grafik model isotherm Langmuir pada logam Pb dan Cd Jika situs aktif yang terdapat pada permukaan adsorben karbon aktif belum jenuh dengan zat teradsorpsi maka dengan memperbesar konsentrasi logam Pb dan jumlah timbal yang teradsorpsi akan meningkat secara linear dengan memperoleh koefisien korelasi R2 = 0,978 dan y = 3,080x – 0,187.

Karbon aktif yang memiliki nilai daya serap iodium tertinggi yang digunakan untuk menyerap logam timbal cukup efektif karena R2 sudah mendekati satu [36].

Jika situs aktif yang terdapat pada permukaan adsorben karbon aktif belum jenuh dengan zat teradsorpsi maka dengan memperbesar konsentrasi logam Cd dan jumlah kadmium yang teradsorpsi akan meningkat secara linear dengan memperoleh koefisien korelasi R2 = 0,933 dan y = 2,931x – 1,920.

Karbon aktif yang memiliki nilai daya serap iodium tertinggi yang digunakan untuk menyerap logam cadmium ini tidak cukup efektif karena R2 masih cukup jauh dari satu [36].

Diperoleh kesimpulan dari kajian ini bahwa penggunaan karbon aktif cangkang kelapa sawit yang diaktivasi dengan H3PO4 yang digunakan untuk

mengadsorpsi logam timbal dan kadmium menggunakan model isothermis Langmuir lebih sesuai digunakan untuk logam timbal dibandingkan logam kadmium karena koefisien korelasi lebih mendekati satu untuk logam timbal.

y = 3.080x - 0.187 R² = 0.978 y = 2.931x + 1.920

R² = 0.933

5 10 15 20 25

0 2 4 6 8 10

X

/m

C

Pb Cd Linear (Pb) Linear (Cd)

4.5.2 Model Freundlich

Isotermis Freundlich lebih akurat terhadap pendistribusian dari entalpi untuk jumlah adsorben rata-rata rendah untuk adsorpsi logam berat. Dimana isothermis Freundlich merupakan peningkatan berkelanjutan dari isothermis Langmuir melalui adsorpsi secara fisika. Isoterm ini digunakan dalam penelitian yang dilakukan, karena dengan isoterm ini dapat ditentukan efisiensi dari suatu adsorben [7].

Persamaan isoterm adsorpsi Freundlich didasarkan atas terbentuknya lapisan monolayer dari molekul-molekul adsorbat pada permukaan adsorben. Namun pada adsorpsi Freundlich situs-situs aktif pada permukaan adsorben bersifat heterogen.

Bagi suatu sistem adsorpsi tertentu, hubungan antara banyaknya zat yang teradsorpsi persatuan luas atau persatuan berat adsorben dengan konsentrasi yang teradsorpsi pada temperatur tertentu disebut dengan isoterm adsorpsi ini dinyatakan sebagai:

= .

dalam hal ini :

x = jumlah zat teradsorpsi (gram) m = jumlah adsorben (gram)

C = konsentrasi zat terlarut saat tercapai kesetimbangan adsorpsi k,n = tetapan, maka persamaan (1) menjadi :

log = log + log

persamaan ini mengungkapkan bahwa bila suatu proses adsorpsi menuruti isoterm Freundlich, maka log x/m terhadap log C akan merupakan garis lurus. Dari garis dapat dievaluasi tetapan k dan n [26].

Gambar 4.5 Grafik model isotherm Freundlich pada logam Pb dan Cd Koefisien korelasi logam timbal diperoleh R2= 0,967 dan logam kadmium diperoleh R2 = 0,902. Dari bahasan diatas model isotermis adsorpsi Freundlich lebih baik digunakan untuk menyerap logam timbal daripada kadmium dengan menggunakan bahan penyerap karbon aktif cangkang kelapa sawit karena koefisiensi korelasi (R2) mendekati nilai 1.

4.6 KINETIKA ADSORPSI

Kinetika adsorpsi yang dipilih pada kajian ini adalah model pseudo order-satu dan pseudo order-dua. Pengujian model kesetimbangan dilakukan untuk menentukan model kesetimbangan yang sesuai digunakan pada suatu penelitian. Penentuan model kesetimbangan tergantung pada harga koefisien determinasi (R2). Model kesetimbangan yang cocok adalah model kesetimbangan dengan harga R2yang lebih tinggi atau mendekati 1 [33].

Untuk pengujian pada pseudo orde satu disajikan dalam lampiran, karena sangat tidak memenuhi pada model kinetika yang diujikan.

y = 1.129x + 0.388

R² = 0.967 _{y = 0.997x + 0.225}

R² = 0.902

0.0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5

0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5

Log

X

/m

Log C

Pb Cd Linear (Pb) Linear (Cd)

4.6.2 Pseudo Orde Dua

Model pseudo orde dua pada logam Pb dapat dilihat pada Gambar 4.6 berikut ini.

Gambar 4.6 Grafik model pseudo orde dua pada logam Pb

Data adsorpsi kation Pb oleh cangkang kelapa sawit pada berbagai waktu dievaluasi untuk mendapatkan kinetika yang sesuai untuk sistem adsorpsi tersebut. Nilai koefisien korelasi R2yang diperoleh cukup tinggi 0,983 dan sudah dapat diterima, maka model kinetika pseudo orde dua ini cocok untuk dijadikan sebagai model kinetika untuk sistem adsorpsi kation Pb.

Model pseudo orde dua pada logam Cd dapat dilihat pada Gambar 4.7 berikut ini

y = 0.1733x - 1.5994 R² = 0.9839

0 5 10 15 20 25

0 50 100 150

t/

q

t

Waktu (menit)

Logam Pb Linear (Logam Pb)

y = 0.1587x - 0.738 R² = 0.9915

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 t/ q t Logam Cd Linear (Logam Cd)

Data adsorpsi kation Cd oleh cangkang kelapa sawit pada berbagai waktu dievaluasi untuk mendapatkan kinetika yang sesuai untuk sistem adsorpsi tersebut. Nilai koefisien korelasi R2yang diperoleh cukup tinggi 0,991 dan sudah dapat diterima, maka model kinetika pseudo orde dua ini cocok untuk dijadikan sebagai model kinetika untuk sistem adsorpsi kation Cd.

Diperoleh nilai koefisien korelasinya untuk logam timbal R2 = 0,983 dengan garis regresi linear yang diperoleh y = 0,73x - 1,599 dan logam kadmium R2= 0,991 dengan garis regresi linear yang diperoleh y = 0,158x – 0,738 sehingga untuk mengaplikasinya sebagai adsorben di lapangan dengan menggunakan karbon aktif hasil proses dengan aktivasi H3PO4 yang berbahan baku cangkang

kelapa sawit lebih baik digunakan sebagai penyerap untuk logam kadmium dibandingkan logam timbal terkandung didalam limbah cair.

Ada perbedaan yang dilakukan oleh peneliti-peneliti sebelumnya tentang waktu kesetimbangan. Dalam penelitian ini menggunakan waktu kesetimbangan 120 menit, sedangkan beberapa peneliti lainnya seperti Fransiska (2009) [37] menggunakan waktu kesetimbanagn 360 menit dan Nwabanne, dkk (2011) menggunakan waktu kesetimbangan 420 menit [40].

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 KESIMPULAN

Pada penelitian ini dapat disimpulkan bahwa:

1. Kondisi optimum penyerapan Cd dan Pb dicapai pada konsentrasi 10 ppm dan efisiensi penyerapan Cd dan Pb masing-masing sebesar 68,7 % dan 62,9 %. 2. Waktu optimum penyerapan untuk Cd dan Pb dicapai pada konsentrasi 10 ppm

adalah 40 menit dengan efisiensi penyerapan untuk ion logam Cd dan Pb masing-masing sebesar 84,61 % dan 80,13 %.

3. pH optimum penyerapan untuk Cd dan Pb dicapai pada konsentrasi 10 ppm dan waktu 40 menit adalah pH 3 dan 4 dengan efisiensi penyerapan untuk ion logam Cd dan Pb masing-masing sebesar 81,2 % dan 80,2 %.

4. Karbon aktif yang dihasilkan mampu menyerap logam Cd dan Pb masing-masing 84,61 % dan 80,13 %.

5. Model isoterm adsorpsi Langmuir untuk Cd dan Pb masing-masing y = 2,9316x + 1,9209 dan y= 3,0806x – 0,1876. Model isoterm adsorpsi Freundlich untuk Cd dan Pb masing-masing y= 0,9975x+ 0,225 dan y = 1,1298x + 0,3889. 6. Kinetika adsorpsi pseudo order dua lebih sesuai digunakan untuk penggunaan

karbon aktif berbahan baku cangkang kelapa sawit dengan aktivator H3PO4

sebagai adsorben untuk menyerap logam limbah Pb dan Cd dengan koefisien korelasi masing-masing 0,983 dan 0,991.

5.2 SARAN

[12] Ketaren, S. Pengantar Teknologi Minyak dan Lemak Pangan . (Jakarta : Universitas Indonesia, 1986).

[13] SNI. SNI 06-3730-1995: ArangAktifTeknis. Jakarta: DewanStandarsisasi. 1995.

[14] Pararaja, Arifin. 2008. Karbon Aktif. http://smk3ae.wordpress.com/. Diakses 20 September 2011.

[15] Bernasconi, G; Gerster, H; Hauser H. 1995. Teknologi Kimia Bagian2 .Edisi pertama, terj. Lienda Handojo, PradnyaParamita (Jakarta), hal. 204.

[16] Nurkholis, Jayaswabowo. Desain Sistem Pendingin. Fakultas Teknik Universitas Indonesia. 2008.

[17] Suhendrayatna. 2011. Melakukan Restorasi Lahan Tercemar Logam Berat.

http://http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/955/1/ hutan_onrizal6 .pdf . Diakses 20 September 2011.

[18] Nezih, U.Y. Production and Characterization of Activated Carbon from Apricot Stones. Thesis for Master Of Science Grade in Middle East Technical Industry.2004.

[19] Sun, Y; J P, Zhang; G, Yang; Li: Z-H. 2007. “Preparation of activated carbon with large specific surface area from reed black liquor”. Journal of Environmental Science Technology.Volume 28 (5), halaman 491-497.

[20] Kartika Yoga ;Prahas, Devalry; Indraswati, Nani; Ismadji, Suryadi (2008). “The Use of Activated Carbon Prepared from Jackfruit (Artocarpus heterophyllus) Peel Waste for Methylene Blue Removal”. Journal of Environmental Protection Science. Volume 2, halaman 1-10.

[21] Thomas K; Wartelle, Lynda; Rodgers III E, James; M Lima, Isabel. 2009.

Copper(II) Adsorption by Activated Carbons from Pecan Shells: Effect of Oxygen Level During Activation. Industrial Crops and Products. Volume 30 (1), halaman 72-77.

[22] Soualah, F A ; Boudrahem, F ; Aissani Benissad. 2011. Pb(II) and Cd(II) Removal from Aqueous Solutions Using Activated Carbon Developed from Coffee Residue Activated with Phosphoric Acid and Zinc Chloride. Journal Chemical and Engineering Data. Volume 56 (5), halaman 1945-1955.

[23] Anonimb, 2006.Timbal. http://id.wikipedia.org/wiki/Timbal. Diakses 17 Januari 2013.

[25] Institut Pertanian Bogor .2006. Cemaran Logam Berat Kadmium (Cd)

dalam Tanah dan Akibatnya Bagi Kesehatan Manusia

.http://iirc.ipb.ac.id/jspui/bitstream/123456789/40756/3/Bab%202%202006ssa .pdf. Diakses 06 Maret 2012.

[26] Tim. 2011. Isotermis Adsorpsi http://smk3ae.wordpress.com/2008/12/03/ isotherm adsorpsi. Diakses 24 Nopember 2013.

[27] Sukardjo. 1990. Kimia Anorganik. Penerbit Rineka Cipta. Jakarta.

[28] Eni Generalic. 2003. Solubility Product Constant. http://www.ktf-split.hr /periodni/en/abc/kpt.html. Diakses 28 Januari 2014.

[29] Fransiska Sri Herwahyu Krismastuti. 2009. Adsorpsi Ion Logam Cadmium Dengan Silika Modifikasi. Pusat Penelitian Kimia-LIPI.

[30] Bulut, Emrah., Ozacar, Mahmut., Sengil, Ayhan., 2008, Adsorption of Malachite Green Onto Bentonite : Equilibrium and Kinetics Studies And Process Design, Microporous And Mesoporous Materials, Elsevier, Volume 115, halaman 234-256.

[31] Kundari, N.A., Slamet Wiyuniati, “Tinjauan Kesetimbangan Adsorpsi Tembaga dalam Limbah Pencuci PCB dengan Zeolit”. Seminar Nasional IV SDM Teknologi Nuklir, 2008. hal.320-327.

[32] Gueu,S ; Yao, B ; Audoby, K ; Ado, G. “Kinetics and Thermodynamic Study of Lead Adsorpstion on to Activated Carbons from Coconut and Seed Hull of the Palm Tree”. Journal Environ Sci Technology, 4 (1), hal.11-17.

[33] Murthy, Ramachandra, dan Narayan Surya. 2010. ‘Preparation of Carbonaceous Heavy Metal Adsorbent from Shorea Robusta Leaf Litter Using Phosphoric Acid Impregnation’. International Journal of Environmental Sciences. Volume 1 (3), halaman 296-313.

[34] Gadad, G.M., dan White, C., 1989. Removal of Thorium from Simulated Acid Process Streams by Fungal Biomass, Biotechnology and Bioengineering. Volume 33 (5), halaman 592-597.

[35] Sri Sumestri dan G Alaerts. 2002. Metode Penelitian Air. Surabaya. Usaha Nasional.

[36] Sari Edi Cahyaningrum. 2007. “Karakteristik Adsorpsi Ion Logam Cu(II) pada Kitosan Bead”. Jurnal Kimia Lingkungan, Volume 9 (1), halaman 27-32.

[38] Husni, H. 2007. Studi Kinetika Adsorpsi Larutan Logam Timbal (Pb) dengan Menggunakan Karbon Aktif Dari Batang Pisang. Proceedings National Conference On Chemical Engeneering Sciences and Applications (CHESA).

Universitas Syiah Kuala, Banda Aceh.

[39] Oscik, J., 1982. Adsorption, Jhon wiley & son s,Inc. New York.

[40] Nwabanne, J.T., and Igbokwe P.K., 2011. Preparation of Activated Carbon from Nipa Palm Nut: Influence of Preparation Condition. Research Journal of Chemical Sciences, Volume 1(6), halaman 53-58.

LAMPIRAN A

DATA PERCOBAAN

LA.1 Pengaruh Konsentrasi Awal Terhadap Daya Serap

Tabel LA.1 Data percobaan pengaruh konsentrasi awal terhdap daya serap Konsentrasi (ppm) Cd terserap (%) Pb terserap (%)

5 58,2 55,2

10 68,7 62,9

15 62,3 61,1

20 60,8 59,8

LA.2 Pengaruh Waktu Kontak Terhadap Daya Serap

Tabel LA.2 Data percobaan pengaruh waktu kontak terhadap daya serap Bahan

Waktu pengambilan sampel (menit)

5 10 15 20 25 30 35 40

CdSO4 56,37 % 62,14 % 70,16 % 75,43 % 80,29 % 84,59 % 84,60 % 84,61 % PbSO4 48,94 % 59,23 % 68,35 % 76,17 % 76,83 % 80,12 % 80,12 % 80,13 %

LA.3 Pengaruh pH Larutan Terhadap Daya Serap

Tabel LA.3 Data percobaan pengaruh pH terhadap daya serap pH Cd terserap (%) Pb terserap (%)

2 76,7 72,9

3 81,2 79,1

4 79,7 80,2

5 62,3 68,5

6 60,8 61,1

7 58,4 59,8

LA.4 Isothermis Adsorpsi Langmuir Dan Freundlich Untuk Logam Pb Tabel LA.4 Isothermis adsorpsi Langmuir dan Freundlich untuk logam Pb

konsentrasi (ppm) C (ppm) X (ppm) Pb (%) m (gr) X/m C (ppm)

Log C Log X/m

5 2,24 2,76 55,2 0,5003 5,517 2,24 0,350248 0,741679

10 3,71 6,29 62,9 0,5002 12,575 3,71 0,569374 1,099507

15 5,84 9,17 61,1 0,5004 18,315 5,84 0,766041 1,262815

20 8,04 11,96 59,8 0,5001 23,915 8,04 0,905256 1,378674

LA.5 Isothermis Adsorpsi Langmuir Dan Freundlich Untuk Logam Cd Tabel LA.5 Isothermis adsorpsi Langmuir dan Freundlich untuk logam Cd

konsentrasi (ppm) C (ppm) X (ppm) Pb (%) m (gr) X/m C (ppm)

Log C Log X/m

5 2,09 2,91 58,2 0,5003 5,81 2,09 0,320146 0,463893

10 3,13 6,87 68,7 0,5001 13,73 3,13 0,495544 0,836957

15 5,66 9,35 62,3 0,5003 18,67 5,655 0,752433 0,970579

20 7,84 12,16 60,8 0,5001 24,31 7,84 0,894316 1,084934

LA.6 Kinetika Adsorpsi Untuk Logam Pb

Tabel LA.6 Kinetika adsorpsi untuk logam Pb

Konsentrasi (ppm) Waktu (menit) Daya serap (%) qt Massa

(gr) q-qt ln (q-qt) t/qt

10 15 73,5 7,35 0,5001 2,65 0,97456 2,040816

10 30 89,4 8,94 0,5003 1,06 0,058269 3,355705

10 60 81,2 8,12 0,5002 1,88 0,631272 7,389163

10 90 64,7 6,47 0,5001 3,53 1,261298 13,91036

10 120 60,3 6,03 0,5004 3,97 1,378766 19,9005

LA.7 Kinetika Adsorpsi Untuk Logam Cd

Tabel LA.7 Kinetika adsorpsi untuk logam Cd

Konsentrasi (ppm) Waktu (menit) Daya serap (%) qt Massa

(gr) q-qt ln (q-qt) t/qt

10 15 63,8 6,38 0,5004 3,62 1,286474 2,351097

10 30 82,4 8,24 0,5003 1,76 0,565314 3,640777

10 60 71,2 7,12 0,5001 2,88 1,057790 8,426966

10 90 69,7 6,97 0,5003 3,03 1,108563 12,91248

LAMPIRAN B

CONTOH PERHITUNGAN

LB.1 Perhitungan Bahan

Larutan H3PO410 %

M1x V1= M2x V2

10 % x 100 ml = 85 % x V2ml

V2= 11,764 ml

H3PO4 pekat dengan konsentrasi 85 % sebanyak 11,764 ml ditambahkan

dengan air hingga volume 100 ml.

LB.2 Perhitungan Isoterm Adsorpsi

Konsentrasi yang terserap (ppm) = konsentrasi awal x daya serap X (ppm) = konsentrasi terserap

C (ppm) = konsentrasi tersisa dalam larutan m (gr) = massa karbon aktif

Untuk data perhitungan disajikan dalam tabel konsentrasi

(ppm)

C (ppm)

X (ppm)

Pb (%)

m

(gr) X/m

C (ppm)

Log C Log X/m 5 2,24 2,76 55,2 0,5003 5,517 2,24 0,350248 0,741679 10 3,71 6,29 62,9 0,5002 12,575 3,71 0,569374 1,099507 15 5,84 9,17 61,1 0,5004 18,315 5,84 0,766041 1,262815 20 8,04 11,96 59,8 0,5001 23,915 8,04 0,905256 1,378674 Perhitungan berat ion logam yang terjerap

=[ − 1]

Perhitungan % adsorpsi

% = 100%

% = , 100%

% = 55,2%

Bila diplotkan antara konsentrasi awal dan daya serap karbon aktif per gram akan diperoleh grafik seperti berikut.

Gambar LB.1 Grafik hubungan konsentrasi awal terhadap daya serap per gram karbon aktif

LB.3 Perhitungan Kinetika Adsorpsi

qt = jumlah adsorbat yang teradsorpsi (mg/g) pada waktu t q = konsentrasi awal (ppm)

Contoh perhitungannya.

qt = daya serap x konsentrasi awal = 73,5 % x 10 = 7,35

Untuk data perhitungan disajikan dalam tabel

Konsentrasi (ppm) Waktu (menit) Daya serap (%) qt Massa

(gr) q-qt ln (q-qt) t/qt

10 15 73,5 7,35 0,5001 2,65 0,97456 2,040816

10 30 89,4 8,94 0,5003 1,06 0,058269 3,355705

10 60 81,2 8,12 0,5002 1,88 0,631272 7,389163

10 90 64,7 6,47 0,5001 3,53 1,261298 13,91036

10 120 60,3 6,03 0,5004 3,97 1,378766 19,9005

50 55 60 65 70

0 5 10 15 20 25

D ay a S e r ap ( %)

Konsentrasi Cd, Pb (ppm)

Cd Pb

Perhitungan Ksp dan kelarutan

Diketahui harga Ksp CdSO4= 8,43 ×10-9

Ksp = [Cd 2+][ SO42-]

8,43 ×10-9= s. s s = 9,181 x 10-5gr/L x

s = 0,09181 mg/L (kelarutan maksimum CdSO4)

Diketahui harga Ksp PbSO4= 2,53×10-8

Ksp = [Pb2+][ SO42-]

2,53×10-8= s. s s = 1,59 x 10-4gr/L s= 1,59 x 10-4gr/L

s = 0,0159 mg/L (kelarutan maksimum dari PbSO4) sehingga bila dibuat 10 ppm

tidak mampu dan malah terjadi penurunan.

LB.4 Pseudo Orde Satu

Model pseudo orde satu pada logam Pb dapat dilihat pada Gambar LB.1 berikut ini.

y = 0.0084x + 0.3311 R² = 0.4583

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6

0 50 100 150

ln

(q

-q

t)

Waktu (menit)

Logam Pb Linear (Logam Pb)

Data adsorpsi kation Pb oleh cangkang kelapa sawit pada berbagai waktu dievaluasi untuk mendapatkan kinetika yang sesuai untuk sistem adsorpsi tersebut. Nilai koefisien korelasi R2yang diperoleh sangat rendah yaitu 0,458 dan tidak dapat diterima, maka model kinetika pseudo order pertama tidak terpenuhi untuk sistem adsorpsi kation Pb.

Model pseudo orde satu pada logam Cd dapat dilihat pada Gambar LB.2 berikut ini.

Gambar LB.3 Grafik model pseudo orde satu pada logam Cd

Data adsorpsi kation Cd oleh cangkang kelapa sawit pada berbagai waktu dievaluasi untuk mendapatkan kinetika yang sesuai untuk sistem adsorpsi tersebut. Nilai koefisien korelasi R2yang diperoleh sangat rendah yaitu 0,159 dan tidak dapat diterima, maka model kinetika pseudo order pertama tidak terpenuhi untuk sistem adsorpsi kation Cd.

Karena diperoleh nilai koefisien korelasinya jauh dari satu maka baik pada logam Pb maupun Cd model pseudoorder satu tidak cocok digunakan.

y = 0.0028x + 0.889 R² = 0.1594

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4

0 50 100 150

ln

(q

-q

t)

Waktu (menit)

Logam Cd Linear (Logam Cd)

LAMPIRAN C

GAMBAR PENELITIAN

1. Persiapan Bahan

LAMPIRAN B

CONTOH PERHITUNGAN

LB.1 Perhitungan Bahan

Larutan H3PO410 % M1x V1= M2x V2

10 % x 100 ml = 85 % x V2ml V2= 11,764 ml

H3PO4 pekat dengan konsentrasi 85 % sebanyak 11,764 ml ditambahkan dengan air hingga volume 100 ml.

LB.2 Perhitungan Isoterm Adsorpsi

Konsentrasi yang terserap (ppm) = konsentrasi awal x daya serap X (ppm) = konsentrasi terserap

C (ppm) = konsentrasi tersisa dalam larutan m (gr) = massa karbon aktif

Untuk data perhitungan disajikan dalam tabel konsentrasi

(ppm)

C (ppm)

X (ppm)

Pb (%)

m

(gr) X/m

C (ppm)

Log C Log X/m 5 2,24 2,76 55,2 0,5003 5,517 2,24 0,350248 0,741679 10 3,71 6,29 62,9 0,5002 12,575 3,71 0,569374 1,099507 15 5,84 9,17 61,1 0,5004 18,315 5,84 0,766041 1,262815 20 8,04 11,96 59,8 0,5001 23,915 8,04 0,905256 1,378674 Perhitungan berat ion logam yang terjerap

=[ − 1]

contoh perhitungan pada konsentrasi awal 5 ppm

=[5−2,24] 1 0.5

Perhitungan % adsorpsi

% = 100% % = , 100% % = 55,2%

Bila diplotkan antara konsentrasi awal dan daya serap karbon aktif per gram akan diperoleh grafik seperti berikut.

Gambar LB.1 Grafik hubungan konsentrasi awal terhadap daya serap per gram karbon aktif

LB.3 Perhitungan Kinetika Adsorpsi

qt = jumlah adsorbat yang teradsorpsi (mg/g) pada waktu t q = konsentrasi awal (ppm)

Contoh perhitungannya.

qt = daya serap x konsentrasi awal = 73,5 % x 10 = 7,35

Untuk data perhitungan disajikan dalam tabel Konsentrasi (ppm) Waktu (menit) Daya serap (%) qt Massa

(gr) q-qt ln (q-qt) t/qt

10 15 73,5 7,35 0,5001 2,65 0,97456 2,040816

10 30 89,4 8,94 0,5003 1,06 0,058269 3,355705

10 60 81,2 8,12 0,5002 1,88 0,631272 7,389163

10 90 64,7 6,47 0,5001 3,53 1,261298 13,91036

10 120 60,3 6,03 0,5004 3,97 1,378766 19,9005

50 55 60 65 70

0 5 10 15 20 25

D ay a S e r ap ( %)

Konsentrasi Cd, Pb (ppm)

Cd Pb

Perhitungan Ksp dan kelarutan

Diketahui harga Ksp CdSO4= 8,43 ×10-9 Ksp = [Cd 2+][ SO42-]

8,43 ×10-9= s. s s = 9,181 x 10-5gr/L x

s = 0,09181 mg/L (kelarutan maksimum CdSO4)

Diketahui harga Ksp PbSO4= 2,53×10-8 Ksp = [Pb2+][ SO42-]

2,53×10-8= s. s s = 1,59 x 10-4gr/L s= 1,59 x 10-4gr/L

s = 0,0159 mg/L (kelarutan maksimum dari PbSO4) sehingga bila dibuat 10 ppm tidak mampu dan malah terjadi penurunan.

LB.4 Pseudo Orde Satu

Model pseudo orde satu pada logam Pb dapat dilihat pada Gambar LB.1 berikut ini.

Gambar LB.2 Grafik model pseudo orde satu pada logam Pb y = 0.0084x + 0.3311

R² = 0.4583

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6

0 50 100 150

ln

(q

-q

t)

Waktu (menit) Logam Pb Linear (Logam Pb)

Data adsorpsi kation Pb oleh cangkang kelapa sawit pada berbagai waktu dievaluasi untuk mendapatkan kinetika yang sesuai untuk sistem adsorpsi tersebut. Nilai koefisien korelasi R2yang diperoleh sangat rendah yaitu 0,458 dan tidak dapat diterima, maka model kinetika pseudo order pertama tidak terpenuhi untuk sistem adsorpsi kation Pb.

Model pseudo orde satu pada logam Cd dapat dilihat pada Gambar LB.2 berikut ini.

Gambar LB.3 Grafik model pseudo orde satu pada logam Cd

Data adsorpsi kation Cd oleh cangkang kelapa sawit pada berbagai waktu dievaluasi untuk mendapatkan kinetika yang sesuai untuk sistem adsorpsi tersebut. Nilai koefisien korelasi R2yang diperoleh sangat rendah yaitu 0,159 dan tidak dapat diterima, maka model kinetika pseudo order pertama tidak terpenuhi untuk sistem adsorpsi kation Cd.

Karena diperoleh nilai koefisien korelasinya jauh dari satu maka baik pada logam Pb maupun Cd model pseudoorder satu tidak cocok digunakan.

y = 0.0028x + 0.889 R² = 0.1594

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4

0 50 100 150

ln

(q

-q

t)

Waktu (menit)

Logam Cd Linear (Logam Cd)

LAMPIRAN C

GAMBAR PENELITIAN

1. Persiapan Bahan