Kemampuan Adsorpsi Logam Berat Kadmium (Cd) dengan Menggunakan Pasir Hitam
KEMAMPUAN ADSORPSI LOGAM BERAT KADMIUM
(Cd) DENGAN MENGGUNAKAN PASIR HITAM
SKRIPSI
Oleh
FRANSISCUS RAYMOND BUTARBUTAR
110405047
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
SEPTEMBER 2016
Universitas Sumatera Utara
KEMAMPUAN ADSORPSI LOGAM BERAT KADMIUM
(Cd) DENGAN MENGGUNAKAN PASIR HITAM
SKRIPSI
Oleh
FRANSISCUS RAYMOND BUTARBUTAR
110405047
SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN
PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
SEPTEMBER 2016
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul :
KEMAMPUAN ADSORPSI LOGAM BERAT KADMIUM (Cd) DENGAN
MENGGUNAKAN PASIR HITAM
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 di kemudian hari terbukti
bahwa ini bukan karya saya atau merupakan hasil jiplakan maka saya bersedia
menerima sanksi sesuai dengan aturan yang berlaku.
Medan,
September 2016
Fransiscus Raymond B.
NIM. 110405047
i
Universitas Sumatera Utara
PENGESAHAN
Skripsi dengan judul:
Kemampuan Adsorpsi Logam Berat Kadmium
(Cd) dengan Menggunakan Pasir Hitam
dibuat untuk melengkapi persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen
Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini telah
diujikan pada sidang ujian skripsi pada 1 September 2016 dan dinyatakan
memenuhi syarat/sah sebagai skripsi pada Departemen Teknik Kimia Fakultas
Teknik Universitas Sumatera Utara.
Mengetahui,
Medan,
September 2016
Koordinator Penelitian,
Dosen Pembimbing,
Ir. Renita Manurung, M.T
Bode Haryanto, S.T M.T Ph.D
NIP : 19681214 199702 2 002
NIP : 19710130 199903 1 001
Dosen Penguji I,
Dosen Penguji II,
Prof. Dr. Ir. Muhammad Turmuzi, MS
Dr. Ir. Taslim, MSi
NIP : 19611225 1989031 003
NIP : 19650115 199003 1 002
ii
Universitas Sumatera Utara
PRAKATA
Puji syukur saya panjatkan kehadirat Allah Yang Maha Esa atas berkat dan
rahmat yang telah dilimpahkan kepada kita semua, sehingga penulis dapat
menyelesaikan skripsi ini yang berjudul ”Kemampuan Adsorpsi Logam Berat
Kadmium (Cd) dengan Menggunakan Pasir Hitam” sesuai dengan waktu yang
telah ditetapkan.
Hasil penelitian bermanfaat untuk mengatasi permasalahan tentang
pencemaran logam berat yang sering terdapat pada badan air. Solusi yang
ditawarkan juga dinilai ekonomis, karena pasir hitam dapat dengan mudah
diperoleh.
Dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada :
1.
Dosen pembimbing penelitian ini, Bapak Bode Haryanto, S.T, M.T., Ph.D.
2.
Dosen penguji penelitian, Bapak Prof. Dr. Ir., M. Turmuzi, MS dan Bapak
Dr. Ir., Taslim, M.Si.
3.
Koordinator Penelitian, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik,
Universitas Sumatera Utara, Ibu Ir., Renita Maurung, M.T.
4.
Ketua Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera
Utara, Bapak Dr. Eng. Ir., Irvan, M.Si.
Penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini masih jauh dari sempurna
untuk itu adanya kritik serta saran yang membangun sangat diperlukan untuk
penyempurnaan skripsi ini. Akhirnya penulis berharap semoga skripsi ini ada
manfaatnya bagi penulis dan para pembaca.
Medan,
September 2016
Penulis
Fransiscus Raymond B.
iii
Universitas Sumatera Utara
DEDIKASI
Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada:
1.
Kedua orangtua saya yaitu Ayahku Ir. Drs. T. Butarbutar dan Ibuku Dra. D.
Gultom yang selalu sabar dan tabah mendidik dan membimbing penulis
hingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini. Budi baik Ayah dan Ibu
akan selalu penulis kenang sampai akhir hayat penulis.
2.
Kedua saudara saya, yaitu Franstein Kevin Juniansen Butarbutar dan
Fransthony Gilbert Butarbutar, yang telah memberikan motivasi dan doa
dalam menyelesaikan studi. Doa penulis selalu beserta kalian semua.
3.
Bapak dan Ibu dosen Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik,
Universitas Sumatera Utara, yang juga telah memberikan banyak ilmu selama
penulis kuliah.
4.
Para pegawai administrasi Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas
Sumatera Utara.
5.
Partner penelitian, Michael Joy Cristian, yang telah bekerja sama di dalam
penyelesaian penelitian dan skripsi ini.
6.
Sahabat-sahabat penulis, yaitu teman-teman mahasiswa Teknik Kimia
terutama angkatan 2011 dan adik-adik mahasiswa Teknik Kimia USU lainnya
yang tidak dapat saya ucapkan satu persatu, terima kasih atas dukungan moril
yang diberikan sehingga penulisan skripsi ini dapat selesai dengan baik.
iv
Universitas Sumatera Utara
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Nama: Fransiscus Raymond Butarbutar
NIM : 110405047
Tempat/Tanggal Lahir: Medan, 27 September 1993
Nama Orangtua: Ir. Drs. T. Butarbutar dan Dra. D.Gultom
Alamat Orangtua : Jl. Pintu Air No.38, Simpang Limun, Medan
Asal Sekolah
TK Santo Yoseph Medan
tahun 1998-1999
SD Santo Yoseph I Medan
tahun 1999-2005
SMP Swasta Santo Thomas I Medan
tahun 2005-2008
SMA Sutomo I Medan
tahun 2008-2011
Beasiswa yang pernah diperoleh:
1. Beasiswa Sayap Garuda tahun 2006-2008
Pengalaman Organisasi/Kerja:
1. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) periode 2011-2016,
sebagai anggota
2. Kerja Praktek di PT. Perkebunan Nusantara IV Unit Usaha Pabatu
3. Seksi Dana Natal Teknik Kimia USU tahun 2014
Artikel yang telah dipublikasikan dalam Jurnal/Pertemuan Ilmiah:
1. Sand Adsorption Ability in Removing Metal Ion Dissolved in Solution with
Batch Operation System, International Conference ESTIC, Bung Hatta
University, West Sumatera, Padang, 2016.
2. A Study on the Potential Black Sand to Adsorb Cd2+ Metal Ion in Solution
with Batch Operation System, Seminar Dies Natalis USU 64, 18-19 Agustus
2016.
v
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kemampuan adsorpsi pasir
hitam dalam menyerap ion logam kadmium (Cd2+) pada larutan dengan pH 4,5.
Dimana terdapat tiga variabel pada penelitian ini yaitu variasi ukuran pasir,
kecepatan pengadukan dan konsentrasi awal adsorbat ion logam pada larutan.
Variasi ukuran pasir hitam yang digunakan yaitu 10 mesh, 20 mesh, dan 40
mesh. Variasi kecepatan pengadukan yaitu 100, 150, dan 200 rpm. Dan variasi
konsentrasi awal yaitu 30 ppm, 50 ppm dan 70 ppm. Penelitian ini terbagi
menjadi 2 tahap, yaitu perlakuan awal dan pengukuran potensi kapasitas
adsorpsi dengan system batch adsorption dan pemodelan kinetika adsorpsi.
Kemampuan adsorpsi terbaik pada variasi ukuran diperoleh sebesar 0,1182
mg/g pada saat ukuran 40 mesh. Kemampuan adsorpsi terbaik pada variasi
kecepatan pengadukan diperoleh sebesar 0,1720 mg/g pada saat kecepatan 200
rpm dan pada variasi konsentrasi diperoleh sebesar 0,1718 mg/g pada saat
konsentrasi 70 ppm. Interaksi di permukaan pasir dengan ion logam dilengkapi
dengan analisa menggunakan FTIR. Model kinetika digunakan untuk
mengidentifikasi jenis interaksi yan terjadi, diperoleh hasil dimana adsorpsi
terjadi secara kimia dan fisika. Model kinetika difusi cenderung menunjukkan
difusi sampai ke inter-partikel adsorben.
Kata kunci: adsorpsi, pasir hitam, ion kadmium (Cd2+), kapasitas adsorpsi
vi
Universitas Sumatera Utara
ABSTRACT
The idea of this research is to investigate adsorption capacity of black sand
to adsorp cadmium ion (Cd2+) dissolving in the solution on pH 4,5. There are
three variables in this study such as the variations of size of sand, rotation
speed, and initial concentration of adsorbate metal ion in solution. The black
sand variation sizes are 10 mesh, 20 mesh and 40 mesh. Variation of rotation
speeds are 100, 150, and 200 rpm. And variation of initial concentrations are
30 ppm, 50 ppm and 70 ppm. This research consist of two main steps such as,
pre-treatment and batch adsorption to determine adsorption capacity and
modeling of adsorption kinetic. For the size variation, the best adsorption
ability was obtained for 40 mesh with the adsorption capacity 0,1182 mg/g.
The variation of rotation speed, the best result was 0,1720 mg/g at 200 rpm and
for concentration variation was 0,1718 mg/g at 70 ppm. The interaction on
sand surface with metal ions was confirmed with FTIR. Model kinetics was
used to identify the interaction type with the result that as chemist-sorption and
physic-sorption was occurred. Adsorption was tend to diffuse on inter particle
porous area of the adsorbent.
Keyword: adsorption, black sand, cadmium ion (Cd2+), adsorption capacity
vii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Halaman
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
i
PENGESAHAN
ii
PRAKATA
iii
DEDIKASI
iv
RIWAYAT HIDUP PENULIS
v
ABSTRAK
vi
ABSTRACT
vii
DAFTAR ISI
viii
DAFTAR GAMBAR
x
DAFTAR TABEL
xii
DAFTAR LAMPIRAN
xiii
DAFTAR SINGKATAN
xiv
DAFTAR SIMBOL
xv
BAB I PENDAHULUAN
1
1.1 Latar Belakang
1
1.2 Perumusan Masalah
4
1.3 Tujuan Penelitian
4
1.4 Manfaat Penelitian
5
1.5 Ruang Lingkup Penelitian
5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
7
2.1 Logam Berat
7
2.2 Logam Kadmium (Cd)
8
2.3 Adsorpsi
9
2.4 Mekanisme Adsorpsi
10
2.5 Pasir
10
2.6 Kinetika Adsorpsi
12
2.7 Atomic Adsorption Spectrofotometry (AAS)
12
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
14
3.1 Lokasi dan Waktu Penelitian
14
viii
Universitas Sumatera Utara
3.2 Bahan dan Peralatan Penelitian
14
3.2.1 Bahan
14
3.2.2 Peralatan
14
3.3 Prosedur Penelitian
14
3.3.1 Prosedur Preparasi Pasir Hitam (Adsorben)
14
3.3.2 Prosedur Pembuatan Larutan
16
3.3.3 Prosedur Batch Adsorpsi
20
3.3.4 Prosedur Kinetika Adsorpsi
26
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
28
4.1 Preparasi Adsorben
28
4.2 Penentuan Kapasitas Adsorpsi
28
4.2.1 Pengaruh Ukuran Adsorben Terhadap Jumlah Konsentrasi
Terjerap (mg/g)
4.2.2 Pengaruh Kecepatan
29
Pengadukan
Terhadap
Jumlah
Konsentrasi Terjerap (mg/g)
30
4.2.3 Pengaruh Variasi Konsentrasi Terhadap Jumlah Konsentrasi
Terjerap (mg/g)
31
4.3 Penentuan Waktu Kontak Optimum dan Kinetika Adsorpsi
33
4.4 Penentuan Kinetika Difusi
37
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
41
5.1 Kesimpulan
41
5.2 Saran
41
DAFTAR PUSTAKA
43
ix
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Pasir Hitam
11
Gambar 2.2
Diagram skematik yang menunjukkan persyaratan penting
untuk Atomic Adsorption Spectrofotometry (AAS)
13
Gambar 3.1
Flowchart Persiapan Adsorben Pasir Hitam
15
Gambar 3.2
Flowchart Pengeringan Adsorben Pasir Hitam
16
Gambar 3.3
Flowchart Pembuatan Larutan HCl 0,1 M
17
Gambar 3.4
Flowchart Pembuatan Larutan NaOH 0,1 M
17
Gambar 3.5
Flowchart Pembuatan Larutan Pelarut
18
Gambar 3.6
Flowchart Pembuatan Larutan Standar Cd2+ (30 ppm)
18
Gambar 3.7
Flowchart Pembuatan Larutan Standar Cd2+ (50 ppm)
19
Gambar 3.8
Flowchart Pembuatan Larutan Standar Cd2+ (70 ppm)
20
Gambar 3.9
Flowchart Mengukur Pengaruh Ukuran Adsorben Terhadap
Kemampuan Adsorpsi
21
Gambar 3.10 Flowchart Mengukur Pengaruh Kecepatan Pengadukan
Terhadap Kemampuan Adsorpsi
23
Gambar 3.11 Flowchart Mengukur Pengaruh Konsentrasi Ion Logam
Terhadap Kemampuan Adsorpsi
25
Gambar 3.12 Flowchart Mengukur Kinetika Adsorpsi Ion Logam
Gambar 4.1
27
Nilai Kapasitas Adsorpsi dengan Variasi Ukuran Adsorben
Pasir Hitam pada Kecepatan Pengadukan 150 rpm dan
Konsentrasi Cd2+ 50 ppm
Gambar 4.2
Nilai
Kapasitas
29
Adsorpsi
dengan
Variasi
Kecepatan
Pengadukan pada Konsentrasi Cd2+ 50 ppm dan Ukuran
Adsorben 40 mesh
Gambar 4.3
30
Nilai Kapasitas Adsorpsi dengan Variasi Konsentrasi pada
Kecepatan Pengadukan 150 rpm dan Ukuran Adsorben 40
mesh
Gambar 4.4
32
Persentase Adsorpsi dengan Konsentrasi Larutan 50 ppm
pada Ukuran Adsorben 40 mesh serta Kecepatan Pengadukan
150 rpm
33
x
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.5
Pemodelan Pseudo Orde Satu pada Konsentrasi logam Cd2+
50 ppm dan Kecepatan Pengadukan 150 rpm
Gambar 4.6
35
Pemodelan Pseudo Orde Dua pada Konsentrasi logam Cd2+
50 ppm dan Kecepatan Pengadukan 150 rpm
Gambar 4.7
35
Hasil Analisa FTIR pada Pasir Hitam Sebelum dan Setelah
Proses Adsorpsi
Gambar 4.8
36
Pemodelan Kinetika Difusi Eksternal pada Konsentrasi
logam Cd2+ 50 ppm dan Kecepatan Pengadukan 150 rpm
Gambar 4.9
39
Pemodelan Kinetika Difusi Internal pada Konsentrasi logam
Cd2+ 50 ppm dan Kecepatan Pengadukan 150 rpm
39
Gambar C.1
Pasir Hitam yang Akan Dijadikan Adsorben
52
Gambar C.2
Pencucian Pasir Hitam
52
Gambar C.3
Pengeringan Pasir Hitam
53
Gambar C.4
Pasir Hitam yang Siap Digunakan Sebagai Adsorben
53
Gambar C.5
Material
Logam
Berat
(Cd(CH3COO)2.2H2O)
yang
Digunakan
53
Gambar C.6
Wadah Penyimpanan Stock Solution Larutan Cd2+
54
Gambar C.7
Pengatur Keasaman NaOH (0,1 M) dan HCl (0,1 M)
54
Gambar C.8
Botol Sampel untuk Uji di Alat AAS
55
Gambar C.9
Peak Untuk Ion Logam Cd2+
56
Gambar C.10 Adsorbansi Ion Logam Cd2+
57
Gambar C.11 Konsentrasi Ion Logam Cd2+ 50 ppm
58
xi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1 Data Beberapa Hasil Penelitian Yang Memanfaatkan Pasir
Sebagai Adsorben
2
Tabel 2.1 Ambang Batas Racun Yang Ditoleransi / Asupan Aman Logam
Berat
8
Tabel 4.1 Pemodelan Pseudo Orde Satu dan Pseudo Orde Dua Kinetika
Adsorpsi Cd2+ pada Adsorben Pasir Hitam
35
Tabel 4.2 Hasil Analisa FTIR Sebelum Adsorpsi
37
Tabel 4.3 Hasil Analisa FTIR Setelah Adsorpsi
37
Tabel 4.4 Pemodelan Kinetika Difusi Eksternal dan Kinetika Difusi Internal
Adsorpsi Logam Berat Cd2+ pada Adsorben Pasir Hitam
39
Tabel A.1 Data Kalibrasi Larutan Standar
46
Tabel A.2 Data Hasil Pencucian dari Adsorben Pasir Hitam
46
Tabel A.3 Hubungan
Kapasitas
Adsorpsi
Terhadap
Variasi
Ukuran
Adsorben Pasir Hitam pada Kecepatan Pengadukan 150 rpm
dengan Konsentrasi Tetap Cd2+ 50 ppm
48
Tabel A.4 Hubungan Kapasitas Adsorpsi dengan Menggunakan Adsorben
Pasir Hitam Ukuran 40 mesh Terhadap Variasi Kecepatan
Pengadukan dan Variasi Konsentrasi Larutan Awal
48
xii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN
LAMPIRAN A DATA BAHAN BAKU
46
A.1 Data Kalibrasi Larutan Standar Hasil Analisis AAS
46
A.2 Hasil Pencucian Adsorben Pasir Hitam
46
A.3 Hasil Pengeringan Adsorben Pasir Hitam
47
A.4 Data Hasil Penentuan Ukuran Adsorben Optimum
48
A.5 Data Hasil Kapasitas Adsorpsi
48
LAMPIRAN B CONTOH PERHITUNGAN
50
B.1 Pembuatan Larutan (Stock Solution)
50
B.2 Perhitungan Kapasitas Adsorpsi
51
LAMPIRAN C DOKUMENTASI PERCOBAAN
52
C.1 Bahan Baku
52
C.2 Eksperimen
53
C.3 Hasil Analisa Menggunakan Atomic Adsorption Spectroscopy
(AAS)
56
xiii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR SINGKATAN
AAS
Atomic Adsorption Spectroscopic
EDX
Energy Dispersive X-ray Spectroscopy
FTIR
Fourier Transform Infra-Red
pH
Power of Hydrogen
ppm
Part Per Million
xiv
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR SIMBOL
Simbol
Keterangan
Dimensi
Cd(CH3COO)2.2H2O Kadmium Asetat Dihidrat
mg
C
Karbon
O
Oksigen
%
Persen
HCl
Asam klorida
ml
NaOH
Natrium Hidroksida
gr
H2O
Air
ml
H+
Ion hydrogen
Q
Berat Cd yang terjerap oleh satu gram
sampel
w
Berat sampel yang digunakan
gr
C0
Konsentrasi larutan Cd awal
ppm
Ct
Konsentrasi larutan Cd pada waktu t
ppm
t
Waktu
V
Volume larutan Cd yang digunakan
y
Absorbansi
x
Konsentrasi larutan
mg/g
menit/ jam
ml
ppm
xv
Universitas Sumatera Utara
(Cd) DENGAN MENGGUNAKAN PASIR HITAM
SKRIPSI
Oleh
FRANSISCUS RAYMOND BUTARBUTAR
110405047
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
SEPTEMBER 2016
Universitas Sumatera Utara
KEMAMPUAN ADSORPSI LOGAM BERAT KADMIUM
(Cd) DENGAN MENGGUNAKAN PASIR HITAM
SKRIPSI
Oleh
FRANSISCUS RAYMOND BUTARBUTAR
110405047
SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN
PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
SEPTEMBER 2016
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul :
KEMAMPUAN ADSORPSI LOGAM BERAT KADMIUM (Cd) DENGAN
MENGGUNAKAN PASIR HITAM
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 di kemudian hari terbukti
bahwa ini bukan karya saya atau merupakan hasil jiplakan maka saya bersedia
menerima sanksi sesuai dengan aturan yang berlaku.
Medan,
September 2016
Fransiscus Raymond B.
NIM. 110405047
i
Universitas Sumatera Utara
PENGESAHAN
Skripsi dengan judul:
Kemampuan Adsorpsi Logam Berat Kadmium
(Cd) dengan Menggunakan Pasir Hitam
dibuat untuk melengkapi persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen
Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini telah
diujikan pada sidang ujian skripsi pada 1 September 2016 dan dinyatakan
memenuhi syarat/sah sebagai skripsi pada Departemen Teknik Kimia Fakultas
Teknik Universitas Sumatera Utara.
Mengetahui,
Medan,
September 2016
Koordinator Penelitian,
Dosen Pembimbing,
Ir. Renita Manurung, M.T
Bode Haryanto, S.T M.T Ph.D
NIP : 19681214 199702 2 002
NIP : 19710130 199903 1 001
Dosen Penguji I,
Dosen Penguji II,
Prof. Dr. Ir. Muhammad Turmuzi, MS
Dr. Ir. Taslim, MSi
NIP : 19611225 1989031 003
NIP : 19650115 199003 1 002
ii
Universitas Sumatera Utara
PRAKATA
Puji syukur saya panjatkan kehadirat Allah Yang Maha Esa atas berkat dan
rahmat yang telah dilimpahkan kepada kita semua, sehingga penulis dapat
menyelesaikan skripsi ini yang berjudul ”Kemampuan Adsorpsi Logam Berat
Kadmium (Cd) dengan Menggunakan Pasir Hitam” sesuai dengan waktu yang
telah ditetapkan.
Hasil penelitian bermanfaat untuk mengatasi permasalahan tentang
pencemaran logam berat yang sering terdapat pada badan air. Solusi yang
ditawarkan juga dinilai ekonomis, karena pasir hitam dapat dengan mudah
diperoleh.
Dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada :
1.
Dosen pembimbing penelitian ini, Bapak Bode Haryanto, S.T, M.T., Ph.D.
2.
Dosen penguji penelitian, Bapak Prof. Dr. Ir., M. Turmuzi, MS dan Bapak
Dr. Ir., Taslim, M.Si.
3.
Koordinator Penelitian, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik,
Universitas Sumatera Utara, Ibu Ir., Renita Maurung, M.T.
4.
Ketua Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera
Utara, Bapak Dr. Eng. Ir., Irvan, M.Si.
Penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini masih jauh dari sempurna
untuk itu adanya kritik serta saran yang membangun sangat diperlukan untuk
penyempurnaan skripsi ini. Akhirnya penulis berharap semoga skripsi ini ada
manfaatnya bagi penulis dan para pembaca.
Medan,
September 2016
Penulis
Fransiscus Raymond B.
iii
Universitas Sumatera Utara
DEDIKASI
Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada:
1.
Kedua orangtua saya yaitu Ayahku Ir. Drs. T. Butarbutar dan Ibuku Dra. D.
Gultom yang selalu sabar dan tabah mendidik dan membimbing penulis
hingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini. Budi baik Ayah dan Ibu
akan selalu penulis kenang sampai akhir hayat penulis.
2.
Kedua saudara saya, yaitu Franstein Kevin Juniansen Butarbutar dan
Fransthony Gilbert Butarbutar, yang telah memberikan motivasi dan doa
dalam menyelesaikan studi. Doa penulis selalu beserta kalian semua.
3.
Bapak dan Ibu dosen Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik,
Universitas Sumatera Utara, yang juga telah memberikan banyak ilmu selama
penulis kuliah.
4.
Para pegawai administrasi Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas
Sumatera Utara.
5.
Partner penelitian, Michael Joy Cristian, yang telah bekerja sama di dalam
penyelesaian penelitian dan skripsi ini.
6.
Sahabat-sahabat penulis, yaitu teman-teman mahasiswa Teknik Kimia
terutama angkatan 2011 dan adik-adik mahasiswa Teknik Kimia USU lainnya
yang tidak dapat saya ucapkan satu persatu, terima kasih atas dukungan moril
yang diberikan sehingga penulisan skripsi ini dapat selesai dengan baik.
iv
Universitas Sumatera Utara
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Nama: Fransiscus Raymond Butarbutar
NIM : 110405047
Tempat/Tanggal Lahir: Medan, 27 September 1993
Nama Orangtua: Ir. Drs. T. Butarbutar dan Dra. D.Gultom
Alamat Orangtua : Jl. Pintu Air No.38, Simpang Limun, Medan
Asal Sekolah
TK Santo Yoseph Medan
tahun 1998-1999
SD Santo Yoseph I Medan
tahun 1999-2005
SMP Swasta Santo Thomas I Medan
tahun 2005-2008
SMA Sutomo I Medan
tahun 2008-2011
Beasiswa yang pernah diperoleh:
1. Beasiswa Sayap Garuda tahun 2006-2008
Pengalaman Organisasi/Kerja:
1. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) periode 2011-2016,
sebagai anggota
2. Kerja Praktek di PT. Perkebunan Nusantara IV Unit Usaha Pabatu
3. Seksi Dana Natal Teknik Kimia USU tahun 2014
Artikel yang telah dipublikasikan dalam Jurnal/Pertemuan Ilmiah:
1. Sand Adsorption Ability in Removing Metal Ion Dissolved in Solution with
Batch Operation System, International Conference ESTIC, Bung Hatta
University, West Sumatera, Padang, 2016.
2. A Study on the Potential Black Sand to Adsorb Cd2+ Metal Ion in Solution
with Batch Operation System, Seminar Dies Natalis USU 64, 18-19 Agustus
2016.
v
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kemampuan adsorpsi pasir
hitam dalam menyerap ion logam kadmium (Cd2+) pada larutan dengan pH 4,5.
Dimana terdapat tiga variabel pada penelitian ini yaitu variasi ukuran pasir,
kecepatan pengadukan dan konsentrasi awal adsorbat ion logam pada larutan.
Variasi ukuran pasir hitam yang digunakan yaitu 10 mesh, 20 mesh, dan 40
mesh. Variasi kecepatan pengadukan yaitu 100, 150, dan 200 rpm. Dan variasi
konsentrasi awal yaitu 30 ppm, 50 ppm dan 70 ppm. Penelitian ini terbagi
menjadi 2 tahap, yaitu perlakuan awal dan pengukuran potensi kapasitas
adsorpsi dengan system batch adsorption dan pemodelan kinetika adsorpsi.
Kemampuan adsorpsi terbaik pada variasi ukuran diperoleh sebesar 0,1182
mg/g pada saat ukuran 40 mesh. Kemampuan adsorpsi terbaik pada variasi
kecepatan pengadukan diperoleh sebesar 0,1720 mg/g pada saat kecepatan 200
rpm dan pada variasi konsentrasi diperoleh sebesar 0,1718 mg/g pada saat
konsentrasi 70 ppm. Interaksi di permukaan pasir dengan ion logam dilengkapi
dengan analisa menggunakan FTIR. Model kinetika digunakan untuk
mengidentifikasi jenis interaksi yan terjadi, diperoleh hasil dimana adsorpsi
terjadi secara kimia dan fisika. Model kinetika difusi cenderung menunjukkan
difusi sampai ke inter-partikel adsorben.
Kata kunci: adsorpsi, pasir hitam, ion kadmium (Cd2+), kapasitas adsorpsi
vi
Universitas Sumatera Utara
ABSTRACT
The idea of this research is to investigate adsorption capacity of black sand
to adsorp cadmium ion (Cd2+) dissolving in the solution on pH 4,5. There are
three variables in this study such as the variations of size of sand, rotation
speed, and initial concentration of adsorbate metal ion in solution. The black
sand variation sizes are 10 mesh, 20 mesh and 40 mesh. Variation of rotation
speeds are 100, 150, and 200 rpm. And variation of initial concentrations are
30 ppm, 50 ppm and 70 ppm. This research consist of two main steps such as,
pre-treatment and batch adsorption to determine adsorption capacity and
modeling of adsorption kinetic. For the size variation, the best adsorption
ability was obtained for 40 mesh with the adsorption capacity 0,1182 mg/g.
The variation of rotation speed, the best result was 0,1720 mg/g at 200 rpm and
for concentration variation was 0,1718 mg/g at 70 ppm. The interaction on
sand surface with metal ions was confirmed with FTIR. Model kinetics was
used to identify the interaction type with the result that as chemist-sorption and
physic-sorption was occurred. Adsorption was tend to diffuse on inter particle
porous area of the adsorbent.
Keyword: adsorption, black sand, cadmium ion (Cd2+), adsorption capacity
vii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Halaman
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
i
PENGESAHAN
ii
PRAKATA
iii
DEDIKASI
iv
RIWAYAT HIDUP PENULIS
v
ABSTRAK
vi
ABSTRACT
vii
DAFTAR ISI
viii
DAFTAR GAMBAR
x
DAFTAR TABEL
xii
DAFTAR LAMPIRAN
xiii
DAFTAR SINGKATAN
xiv
DAFTAR SIMBOL
xv
BAB I PENDAHULUAN
1
1.1 Latar Belakang
1
1.2 Perumusan Masalah
4
1.3 Tujuan Penelitian
4
1.4 Manfaat Penelitian
5
1.5 Ruang Lingkup Penelitian
5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
7
2.1 Logam Berat
7
2.2 Logam Kadmium (Cd)
8
2.3 Adsorpsi
9
2.4 Mekanisme Adsorpsi
10
2.5 Pasir
10
2.6 Kinetika Adsorpsi
12
2.7 Atomic Adsorption Spectrofotometry (AAS)
12
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
14
3.1 Lokasi dan Waktu Penelitian
14
viii
Universitas Sumatera Utara
3.2 Bahan dan Peralatan Penelitian
14
3.2.1 Bahan
14
3.2.2 Peralatan
14
3.3 Prosedur Penelitian
14
3.3.1 Prosedur Preparasi Pasir Hitam (Adsorben)
14
3.3.2 Prosedur Pembuatan Larutan
16
3.3.3 Prosedur Batch Adsorpsi
20
3.3.4 Prosedur Kinetika Adsorpsi
26
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
28
4.1 Preparasi Adsorben
28
4.2 Penentuan Kapasitas Adsorpsi
28
4.2.1 Pengaruh Ukuran Adsorben Terhadap Jumlah Konsentrasi
Terjerap (mg/g)
4.2.2 Pengaruh Kecepatan
29
Pengadukan
Terhadap
Jumlah
Konsentrasi Terjerap (mg/g)
30
4.2.3 Pengaruh Variasi Konsentrasi Terhadap Jumlah Konsentrasi
Terjerap (mg/g)
31
4.3 Penentuan Waktu Kontak Optimum dan Kinetika Adsorpsi
33
4.4 Penentuan Kinetika Difusi
37
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
41
5.1 Kesimpulan
41
5.2 Saran
41
DAFTAR PUSTAKA
43
ix
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Pasir Hitam
11
Gambar 2.2
Diagram skematik yang menunjukkan persyaratan penting
untuk Atomic Adsorption Spectrofotometry (AAS)
13
Gambar 3.1
Flowchart Persiapan Adsorben Pasir Hitam
15
Gambar 3.2
Flowchart Pengeringan Adsorben Pasir Hitam
16
Gambar 3.3
Flowchart Pembuatan Larutan HCl 0,1 M
17
Gambar 3.4
Flowchart Pembuatan Larutan NaOH 0,1 M
17
Gambar 3.5
Flowchart Pembuatan Larutan Pelarut
18
Gambar 3.6
Flowchart Pembuatan Larutan Standar Cd2+ (30 ppm)
18
Gambar 3.7
Flowchart Pembuatan Larutan Standar Cd2+ (50 ppm)
19
Gambar 3.8
Flowchart Pembuatan Larutan Standar Cd2+ (70 ppm)
20
Gambar 3.9
Flowchart Mengukur Pengaruh Ukuran Adsorben Terhadap
Kemampuan Adsorpsi
21
Gambar 3.10 Flowchart Mengukur Pengaruh Kecepatan Pengadukan
Terhadap Kemampuan Adsorpsi
23
Gambar 3.11 Flowchart Mengukur Pengaruh Konsentrasi Ion Logam
Terhadap Kemampuan Adsorpsi
25
Gambar 3.12 Flowchart Mengukur Kinetika Adsorpsi Ion Logam
Gambar 4.1
27
Nilai Kapasitas Adsorpsi dengan Variasi Ukuran Adsorben
Pasir Hitam pada Kecepatan Pengadukan 150 rpm dan
Konsentrasi Cd2+ 50 ppm
Gambar 4.2
Nilai
Kapasitas
29
Adsorpsi
dengan
Variasi
Kecepatan
Pengadukan pada Konsentrasi Cd2+ 50 ppm dan Ukuran
Adsorben 40 mesh
Gambar 4.3
30
Nilai Kapasitas Adsorpsi dengan Variasi Konsentrasi pada
Kecepatan Pengadukan 150 rpm dan Ukuran Adsorben 40
mesh
Gambar 4.4
32
Persentase Adsorpsi dengan Konsentrasi Larutan 50 ppm
pada Ukuran Adsorben 40 mesh serta Kecepatan Pengadukan
150 rpm
33
x
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.5
Pemodelan Pseudo Orde Satu pada Konsentrasi logam Cd2+
50 ppm dan Kecepatan Pengadukan 150 rpm
Gambar 4.6
35
Pemodelan Pseudo Orde Dua pada Konsentrasi logam Cd2+
50 ppm dan Kecepatan Pengadukan 150 rpm
Gambar 4.7
35
Hasil Analisa FTIR pada Pasir Hitam Sebelum dan Setelah
Proses Adsorpsi
Gambar 4.8
36
Pemodelan Kinetika Difusi Eksternal pada Konsentrasi
logam Cd2+ 50 ppm dan Kecepatan Pengadukan 150 rpm
Gambar 4.9
39
Pemodelan Kinetika Difusi Internal pada Konsentrasi logam
Cd2+ 50 ppm dan Kecepatan Pengadukan 150 rpm
39
Gambar C.1
Pasir Hitam yang Akan Dijadikan Adsorben
52
Gambar C.2
Pencucian Pasir Hitam
52
Gambar C.3
Pengeringan Pasir Hitam
53
Gambar C.4
Pasir Hitam yang Siap Digunakan Sebagai Adsorben
53
Gambar C.5
Material
Logam
Berat
(Cd(CH3COO)2.2H2O)
yang
Digunakan
53
Gambar C.6
Wadah Penyimpanan Stock Solution Larutan Cd2+
54
Gambar C.7
Pengatur Keasaman NaOH (0,1 M) dan HCl (0,1 M)
54
Gambar C.8
Botol Sampel untuk Uji di Alat AAS
55
Gambar C.9
Peak Untuk Ion Logam Cd2+
56
Gambar C.10 Adsorbansi Ion Logam Cd2+
57
Gambar C.11 Konsentrasi Ion Logam Cd2+ 50 ppm
58
xi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1 Data Beberapa Hasil Penelitian Yang Memanfaatkan Pasir
Sebagai Adsorben
2
Tabel 2.1 Ambang Batas Racun Yang Ditoleransi / Asupan Aman Logam
Berat
8
Tabel 4.1 Pemodelan Pseudo Orde Satu dan Pseudo Orde Dua Kinetika
Adsorpsi Cd2+ pada Adsorben Pasir Hitam
35
Tabel 4.2 Hasil Analisa FTIR Sebelum Adsorpsi
37
Tabel 4.3 Hasil Analisa FTIR Setelah Adsorpsi
37
Tabel 4.4 Pemodelan Kinetika Difusi Eksternal dan Kinetika Difusi Internal
Adsorpsi Logam Berat Cd2+ pada Adsorben Pasir Hitam
39
Tabel A.1 Data Kalibrasi Larutan Standar
46
Tabel A.2 Data Hasil Pencucian dari Adsorben Pasir Hitam
46
Tabel A.3 Hubungan
Kapasitas
Adsorpsi
Terhadap
Variasi
Ukuran
Adsorben Pasir Hitam pada Kecepatan Pengadukan 150 rpm
dengan Konsentrasi Tetap Cd2+ 50 ppm
48
Tabel A.4 Hubungan Kapasitas Adsorpsi dengan Menggunakan Adsorben
Pasir Hitam Ukuran 40 mesh Terhadap Variasi Kecepatan
Pengadukan dan Variasi Konsentrasi Larutan Awal
48
xii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN
LAMPIRAN A DATA BAHAN BAKU
46
A.1 Data Kalibrasi Larutan Standar Hasil Analisis AAS
46
A.2 Hasil Pencucian Adsorben Pasir Hitam
46
A.3 Hasil Pengeringan Adsorben Pasir Hitam
47
A.4 Data Hasil Penentuan Ukuran Adsorben Optimum
48
A.5 Data Hasil Kapasitas Adsorpsi
48
LAMPIRAN B CONTOH PERHITUNGAN
50
B.1 Pembuatan Larutan (Stock Solution)
50
B.2 Perhitungan Kapasitas Adsorpsi
51
LAMPIRAN C DOKUMENTASI PERCOBAAN
52
C.1 Bahan Baku
52
C.2 Eksperimen
53
C.3 Hasil Analisa Menggunakan Atomic Adsorption Spectroscopy
(AAS)
56
xiii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR SINGKATAN
AAS
Atomic Adsorption Spectroscopic
EDX
Energy Dispersive X-ray Spectroscopy
FTIR
Fourier Transform Infra-Red
pH
Power of Hydrogen
ppm
Part Per Million
xiv
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR SIMBOL
Simbol
Keterangan
Dimensi
Cd(CH3COO)2.2H2O Kadmium Asetat Dihidrat
mg
C
Karbon
O
Oksigen
%
Persen
HCl
Asam klorida
ml
NaOH
Natrium Hidroksida
gr
H2O
Air
ml
H+
Ion hydrogen
Q
Berat Cd yang terjerap oleh satu gram
sampel
w
Berat sampel yang digunakan
gr
C0
Konsentrasi larutan Cd awal
ppm
Ct
Konsentrasi larutan Cd pada waktu t
ppm
t
Waktu
V
Volume larutan Cd yang digunakan
y
Absorbansi
x
Konsentrasi larutan
mg/g
menit/ jam
ml
ppm
xv
Universitas Sumatera Utara