ADSORPSI DIKLOROMETANA PADA ADSORBEN GRANULAR ACTIVATED CARBON (GAC) MENGGUNAKAN SISTEM BATCH Repository - UNAIR REPOSITORY

GRANULAR ACTIVATED CARBON (GAC)

  SKRIPSI ADSORPS ^{MACHRULIAWATI F.P.}

ADSORPSI DIKLOROMETANA PADA ADSORBEN

   MENGGUNAKAN

SISTEM BATCH

SKRIPSI

MACHRULIAWATI FAMUJI PUTRI

PROGRAM STUDI S1 KIMIA

DEPARTEMEN KIMIA

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS AIRLANGGA

SURABAYA

  

2016

PEDOMAN PENGGUNAAN SKRIPSI

  Skripsi ini tidak dipublikasikan, namun tersedia di perpustakaan dalam lingkungan Universitas Airlangga, diperkenankan untuk dipakai sebagai refrensi kepustakaan, tetapi harus seizin penyusun dan harus menyebutkan sumbernya sesuai kebiasaan ilmiah. Dokumen skripsi ini merupakan hak milik Universitas Airlangga. _{SKRIPSI ADSORPSI MACHRULIAWATI F.P.} iv

KATA PENGANTAR

  Alhamdulillah segala puji bagi Allah SWT karena atas rahmat dan karunia- Nya, penyusun dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “Adsorpsi

  

Diklorometana pada Adsorben Granular Activated Carbon (GAC)

Menggunakan Sistem Batch”. Naskah skripsi ini dibuat dengan tujuan memenuhi

persyaratan akademis pendidikan sarjana sains dalam program studi S1 Kimia,

Departemen Kimia, Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga.

  Penyusunan naskah skripsi ini tidak lepas dari bantuan berbagai pihak. Oleh

karena itu, dalam kesempatan ini penyusun ingin menyampaikan terima kasih

kepada :

  1. Bapak Dr. rer.nat Ganden Supriyanto, M.Sc. selaku dosen pembimbing I dan dosen wali yang telah meluangkan waktu atas bimbingan, saran, nasihat, dan memotivasi dalam penyusunan naskah skripsi ini.

  2. Mochamad Zakki Fahmi, M.Si. ,P.hD selaku dosen pembimbing II yang telah meluangkan waktu atas bimbingan, saran, dan nasihat dalam penyusunan naskah skripsi ini.

  3. Bapak Yanuardi Raharjo, S.Si., M.Sc selaku dosen penguji I yang telah memberikan saran dan masukkan dalam penyusunan naskah skripsi ini.

  4. Bapak Dr. Purkan, M.Si selaku dosen penguji II dan Ketua Departemen Kimia Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga yang telah

  memberikan saran dan masukkan dalam penyusunan serta banyak

  memberikan informasi dan memotivasi dalam penyusunan naskah skripsi ini.

  5. Seluruh staf pengajar Departemen Kimia Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga atas ilmu, bimbingan dan saran yang telah diberikan.

  6. Kedua orang tua Ibu Yeti Setiyawati dan Bapak Mujiono serta seluruh keluarga yang telah memberikan semangat, doa, dukungan moral dan materi demi terselesaikanya skripsi ini.

  7. Mohamad Husen Nafis atas kerja sama, dukungan, motivasi dan sudah berbagi demi terselesaikannya skripsi ini. _{SKRIPSI ADSORPS MACHRULIAWATI F.P.} v

  8. Pak Giman, Pak Kamto, Mas Rochadi dan Mbak lik atas saran dan dukungan selama penyusun bekerja di laboratorium.

  9. Teman se-bimbingan yang sudah berbagi dalam suka duka demi terselesaikannya skripsi ini.

  10. Seluruh teman-teman dari Program Studi Kimia Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga dan semua pihak yang telah membantu penyelesaian naskah skripsi ini yang selalu memberikan dukungan dan motivasi.

  Penyusun menyadari atas keterbatasan dalam penyelesaian proposal skripsi ini, oleh karena itu kritik dan saran dari pembaca sangat dibutuhkan untuk membangun perbaikan proposal skripsi ini. Semoga proposal skripsi ini dapat bermanfaat bagi pembaca.

  Surabaya, 17 juli 2016 Penyusun

  Machruliawati Famuji Putri _{SKRIPSI ADSORPS MACHRULIAWATI F.P.} vi

  

Putri, M.F,. 2016, Adsorpsi Diklorometana dengan Karbon Aktif

menggunakan Sistem Batch. Skripsi ini dibawah bimbingan Dr. rer.nat

Ganden Supriyanto, M.Sc. dan Mochamad Zakki Fahmi, M.Si., P.hD,

Departemen Kimia, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga,

Surabaya

  

ABSTRAK

  Diklorometana adalah senyawa volatil yang merupakan salah satu komponen limbah yang dihasilkan dalam industri farmasi, adanya limbah diklorometana melebihi 17220 ppm dapat membahayakan lingkungan dan kesehatan (Lee et all,. 2005). Adsorpsi diklorometana menggunakan karbon aktif sebagai adsorben merupakan metode yang sederhana, akurat dan selektif. Penelitian ini bertujuan mengetahui efektifitas metode Adsorpsi dengan karbon aktif menggunakan system Batch dalam mengadsorpsi diklorometana pada perairan. Parameter utama dalam penelitian ini adalah waktu, jumlah adsorben dan pH larutan diklorometana yang akan diadsorpsi oleh karbon aktif. Karakteristik karbon aktif dan kinetika adsorpsi karbon aktif menjadi parameter efektifitas adsorpsi diklorometana pada penelitian ini. Pada kondisi optimum yaitu pada pH larutan 5, massa adsorben 40 mg dan waktu optimum adsorpsi 75 menit karbon aktif dapat mengadsorpsi diklorometana secara optimum dan proses adsorpsi diklorometana dengan karbon aktif ini mengikuti metode Langmuir yang mana karbon aktif memiliki kapasitas adsorpsi maksimum 108, 6956 mg/g dan berdasarkan kinetika

• 4

  adsorpsinya berorde 1,5 dengan nilai konstanta laju reaksinya adalah 8×10 (mg/g)/s.

  Kata kunci : Diklorometana, karbon aktif, adsorpsi, kinetika, adsorpsi isoterm _{SKRIPSI ADSORPS MACHRULIAWATI F.P.} vii

  

Putri, M.F,. 2016, Adsorption Dichloromethane with Activated Carbon using

Batch System. This thesis under the guidance of Dr. rer.nat Ganden

Supriyanto, M.Sc. and Mochamad Zakki Fahmi, M.Si., P.hD, Department of

Chemistry, Faculty of Science and Technology, Airlangga University,

Surabaya

  

ABSTRACT

  Dichloromethane is volatile compounds which is one component of the waste produced in the pharmaceutical industry, the amount of waste that exceeds 17220 ppm dichloromethane may be harmful to the environment and health (Lee et al ,. 2005). Dichloromethane adsorption using activated carbon as adsorbent was proved as a method that is simple, accurate and selective. This study aims to determine the effectiveness of the activated carbon adsorption method using Batch system in dichloromethane adsorb on the water. The main parameters in this study were the time, the amount of adsorbent and dichloromethane solution pH to be adsorbed by activated carbon. Characteristics of activated carbon and activated carbon adsorption kinetics become effective adsorption dichloromethane parameters in this study. At the optimum conditions, that is at pH solution 5, the mass of adsorbent 40 mg and optimum time adsorption 75 minutes, activated carbon can adsorb dichloromethane and adsorption dichloromethane by activated carbon follows the method of Langmuir which activated carbon has a maximum adsorption capacity 108, 6956 mg / g and the adsorption kinetics followed order about 1,5 and

• 4 a constant value reaction rate is 8 × 10 (mg/g)/s.

  Key word : Dichloromethane, activated carbon, kinetics, isotherm adsorption _{SKRIPSI ADSORPS MACHRULIAWATI F.P.} viii

  

DAFTAR ISI

  Halaman HALAMAN JUDUL ...................................................................................... i HALAMAN PERNYATAAN ........................................................................ ii HALAMAN PENGESAHAN ........................................................................ iii LEMBAR PEDOMAN PENGGUNAAN SKRIPSI ...................................... iv KATA PENGANTAR .................................................................................... v ABSTRAK ...................................................................................................... vii

  

ABSTRACT ...................................................................................................... viii

  DAFTAR ISI ................................................................................................... ix DAFTAR TABEL .......................................................................................... xii DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... xiii DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................... xiv

  BAB I. PENDAHULUAN

  1.1 Latar Belakang Permasalahan ............................................................. 1

  1.2 Rumusan Masalah ............................................................................... 3

  1.3 Tujuan Penelitian ................................................................................ 4

  1.4 Manfaat Penelitian .............................................................................. 4

  BAB II. TINJAUAN PUSTAKA

  2.1 Diklorometana ..................................................................................... 5

  2.2 Penanganan Limbah Diklorometana ................................................... 6

  2.3 Adsorpsi .............................................................................................. 8

  2.3.1 Adsorpsi isoterm ....................................................................... 9

  2.3.2 Kinetika adsorpsi ...................................................................... 10

  2.3.3 Termodinamika adsorpsi .......................................................... 10

  2.4 Granular Karbon Aktif ....................................................................... 11

  2.5 Analisis Diklorometana ...................................................................... 12

  2.6 Metode BET ........................................................................................ 13

  BAB III. METODE PENELITIAN

  3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ............................................................. 15

  3.2 Bahan dan Alat Penelitian ................................................................... 15

  3.2.1. Bahan penelitian ....................................................................... 15

  3.2.2. Alat penelitian .......................................................................... 15

  3.3 Diagram Alir Penelitian ...................................................................... 16

  3.4 Prosedur Penelitian ............................................................................ 17

  3.4.1 Pembuatan larutan diklorometana ............................................ 17

  3.4.1.1.Pembuatan larutan induk diklorometana .................... 17

  3.4.1.2.Pembuatan larutan kerja diklorometana ...................... 17

  3.4.1.3.Pembuatan larutan standar diklorometana .................. 17 _{SKRIPSI ADSORPS MACHRULIAWATI F.P.} ix

  3.4.1.4.Pembuatan larutan buffer asetat pH 3, 4 dan 5 ........... 18

  3.4.1.5.Pembuatan larutan buffer fosfat pH 6 dan 7 ............... 18

  3.4.1.6.Pembuatan larutan induk isopropil alkohol ................ 19

  3.4.1.7.Pembuatan larutan kerja isopropil alkohol ................. 19

  3.4.1.8.Pembuatan larutan standar isopropil alkohol .............. 20

  3.4.1.9. Pembuatan larutan induk trietanolamin ..................... 20

  3.4.1.10. Pembuatan larutan kerja trietanolamin .................... 20

  3.4.1.11. Pembuatan larutan standar trietanolamin ................. 20

  3.4.2 Pembuatan kurva standar diklorometana.................................. 21

  3.4.3 Preparasi adsorben (Granular karbon aktif) ............................. 21

  3.4.4 Evaluasi adsorpsi granular karbon aktif menggunakan sistem batch .............................................................................. 22

  3.4.4.1.Penetuan waktu optimum ............................................ 22

  3.4.4.2.Penetuan pH optimum ................................................. 22

  3.4.4.3.Penentuan massa optimum granular karbon aktif ....... 23

  3.4.4.4.Adsorpsi Isoterm ......................................................... 24

  3.4.4.5.Kinetika Adsorpsi ....................................................... 25

  3.4.5 Penentuan parameter adsorpsi .................................................. 25

  3.4.5.1.Kapasitas adsorpsi ....................................................... 25

  3.4.5.2.Adsorpsi isoterm ......................................................... 26

  3.4.5.3.Kinetika adsorpsi ........................................................ 26

  3.4.6. Uji inteferensi .......................................................................... 27

  3.4.6.1.Pembuatan kurva standar isopropil alkohol ................ 27

  3.4.6.2.Adsorpsi diklorometana dengan penambahan larutan Pengganggu isopropil alkohol ..................................... 28

  3.4.6.3.Pembuatan kurva standar trietanolamin ...................... 29

  3.4.6.4.Adsorpsi diklorometana dengan penambahan larutan pengganggu trietanolamin ........................................... 29 BAB IV. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

  4.1. Kurva standar diklorometana ............................................................. 31

  4.2. Aktivasi karbon aktif .......................................................................... 33

  4.2.1. Hasil uji adsorpsi-desorpsi nitrogen ......................................... 33

  4.3. Optimasi variable ............................................................................... 35

  4.3.1. Optimasi waktu ......................................................................... 35

  4.3.2. Optimasi pH.............................................................................. 37

  4.3.3. Optimasi massa granular karbon aktif ...................................... 38

  4.4. Kinetika adsorpsi ............................................................................... 40

  4.5. Adsorpsi isotherm .............................................................................. 42

  4.6. Uji inteferensi ..................................................................................... 45

  4.6.1. Kurva standar isopropil alkohol ............................................... 45

  4.6.2. Adsorpsi diklorometana dengan penambahan isopropil alkohol ....................................................................................

  46 4.6.3. Kurva standar trietanolamin ...................................................

  48

  4.6.4. Adsorpsi diklorometana dengan penambahan trietanolamin ... 49 _{SKRIPSI ADSORPS MACHRULIAWATI F.P.} x

  BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN

  5.1. Kesimpulan ....................................................................................... 52

  5.2. Saran ................................................................................................. 53 DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... 54 LAMPIRAN _{SKRIPSI ADSORPS MACHRULIAWATI F.P.} xi

  DAFTAR TABEL No. Judul Tabel Halaman

  3.1. Pembuatan larutan buffer asetat dalam pH 3, 4 dan 5 ......................... 18

  3.2. Komposisi larutan buffer fosfat dalam pH 6 dan 7 ............................. 19

  3.3. Perbandingan volume dan konsentrasi DCM dan IPA ....................... 29

  3.4 Perbandingan volume dan konsentrasi DCM dan TEA ...................... 30

  4.1 Data Absorbansi larutan standar diklorometana ................................. 32

  4.2. Data luas permukaan, volume pori dan diameter pori karbon aktif .... 33

  4.3. Data regresi, kolerasi dan laju dari grafik hubungan antara waktu dan kapasitas adsorpsi ................................................................................ 36

  4.4. Nilai koefisien kolerasi (R2) untuk adsorpsi diklorometana pada karbon aktif ......................................................................................... 41

  4.5. Konstanta isoterm untuk adsorpsi diklorometana pada karbon aktif .. 44

  4.6. Data Absorbansi larutan standar isopropil alkohol ............................. 45

  4.7. Hasil uji inteferensi diklorometana dengan isopropil alkohol ............ 47

  4.8. Data Absorbansi larutan standar trietanolamin ................................... 49

  4.9. Hasil uji inteferensi diklorometana dengan trietanolamin .................. 50 _{SKRIPSI ADSORPS MACHRULIAWATI F.P.} xii

  _{SKRIPSI ADSORPS} xiii _{MACHRULIAWATI F.P.}

  

DAFTAR GAMBAR

No. Judul Gambar Halaman

  2.2. Struktur Diklorometana ..................................................................... 5

  4.1. Kurva standar diklorometana menggunakan spektrofotometer UV- Vis ....................................................................................................... 32

  4.2. Profil adsorpsi-desorpsi nitrogen untuk karbon aktif .......................... 34

  4.3. Grafik hubungan antara waktu terhadap kapasitas adsorpsi karbon aktif pada larutan diklorometana konsentrasi 300 ppm, 400 ppm dan 500 ppm .............................................................................................. 35

  4.4. Grafik hubungan antara pH terhadap kapasitas adsorpsi karbon aktif pada larutan diklorometana dengan konsentrasi 300 ppm, 400 ppm dan 500 ppm ........................................................................................ 38

  4.5. Grafik hubungan antara massa GAC terhadap kapasitas adsorpsi karbon aktif pada larutan diklorometana dengan konsentrasi 300 ppm, 400 ppm dan 500 ppm ............................................................... 39

  4.6. Grafik hubungan antara waktu terhadap kapasitas adsorpsi diklorometana pada karbon aktif......................................................... 41

  4.7. Grafik kinetika orde 1,5 untuk adsorpsi diklorometana pada karbon aktif ..................................................................................................... 42

  4.8. Grafik hubungan antara konsentrasi awal terhadap kapasitas adsorpsi diklorometana pada permukaan karbon aktif ....................... 43

  4.9. Plot Langmuir untuk adsorpsi diklorometana pada karbon aktif ........ 44

  4.10. Kurva standar isopropil alkohol menggunakan spektrofotometer UV-Vis ................................................................................................ 46

  4.11. Pengaruh isopropil alkohol terhadap kapasitas adsorpsi diklorometana ..................................................................................... 47

  4.12. Kurva standar trietanolamin menggunakan spektrofotometer UV- Vis ....................................................................................................... 49

  4.13. Pengaruh trietanolamin terhadap kapasitas adsorpsi diklorometana .. 50

  

DAFTAR LAMPIRAN

No. Judul Lampiran

  1. Perhitungan larutan induk, kerja dan standar

  2. Perhitungan pembuatan larutan buffer

  3. Data hasil pengukuran kurva standar dan optimasi

  4. Data hasil pengukuran kinetika adsorpsi dan perhitungan orde

  5. Data hasil pengukuran isotherm adsorpsi dan perhitungan model

  6. Data hasil pengukuran dan perhitungan uji inteferensi

  7. Hasil karakterisasi BET dan BJH pada karbon aktif _{SKRIPSI ADSORPS MACHRULIAWATI F.P.} xiv

BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Permasalahan

1.1 Menurut PP No. 74 tahun 2001 tentang pengelolaan bahan berbahaya dan

  beracun, limbah B

  3 (bahan beracun dan berbahaya) adalah limbah yang

  mengandung bahan pencemar bersifat beracun dan berbahaya. Bahan berbahaya dan beracun (B

  3 ) merupakan bahan yang memiliki sifat, konsentrasi, dan

  jumlahnya, baik secara langsung maupun tidak langsung dapat mencemari, merusak, serta dapat membahayakan lingkungan hidup, kesehatan, kelangsungan hidup manusia serta mahkluk hidup lainnya.

  Sering kali yang menjadi masalah di Indonesia adalah keberadaan limbah cair yang dihasilkan oleh kegiatan industri, salah satu diantaranya adalah industri farmasi, dimana limbah diolah tidak maksimal atau limbah dibuang ke lingkungan dan dapat menurunkan kualitas lingkungan. Salah satu limbah yang berbahaya dan beracun yang ada di lingkungan adalah limbah organik.

  Kontaminasi air tanah oleh senyawa organik telah diakui sebagai isu penting yang berkembang dalam beberapa tahun terakhir. Senyawa tersebut bersifat beracun, karsinogenik, mengiritasi, dan mudah terbakar (Lee, et al., 2005). Senyawa organik volatil (VOC) memiliki dampak bahaya seperti iritasi mata dan tenggorokan, kerusakan hati dan sistem saraf pusat, hal tersebut dapat terjadi karena kontak yang terlalu lama dengan VOC (Das et al., 2004). Senyawa organik terlebih

  VOC dapat menyebabkan terjadinya penipisan lapisan ozon, pembentukan asap _SKRIPSI

  1 _{MACHRULIAWATI F.P.} fotokimia, dan berbahaya untuk manusia (J. Pires et al., 2001). Senyawa organik volatil chlorinated (CVOCs) membentuk sub kelompok VOC yang mengandung klorin seperti diklorometana (DCM) (Bansode et al., 2003).

  Diklorometana adalah salah satu senyawa klorin organik volatil (VOC) yang mencemari perairan yang biasanya digunakan sebagai pelarut dalam industri farmasi, yang kemudian dilarutkan dalam air limbah dengan kelarutan jenuh kurang lebih 17.220 mg/L (Lee et al., 2005). Diklorometana (DCM) /CH

  2 Cl 2 merupakan senyawa organik yang tidak berwarna dan beraroma manis. (Zeinali et al., 2010).

  Setelah digunakan oleh industri tentu diklorometana akan dibuang sebagai limbah. Limbah diklorometana yang dibuang baik pada perairan maupun pada tanah akan mengurai membentuk klor, klor yang terbentuk akan menghambat pertumbuhan organisme air, menginduksi kanker pada hewan dan berpotensi karsinogenik bagi manusia (Edwards et al., 1982).

  Untuk mengurangi dampak yang ditimbulkan oleh diklorometana beberapa peneliti telah mengembangkan beberapa metode untuk mengurangi dan menghilangkan diklorometana, diantaranya adalah metode adsorpsi dan pervaporasi, dimana masing-masing memiliki efisiensi 90% dan 80% (Shestakova and Sillanpää., 2013). Metode fotoiradiasi TiO

  2 (Torimoto et al., 1997) dan proses

  foto Fenton 80% (Rodríguez et al., 2005) juga berperan dalam mengurangi dan menghilangkan diklorometana. Selain itu beberapa peneliti juga mengembangkan metode biologi untuk pengolahan air menggunakan bakteri aerobik dapat menghilangkan diklorometana mencapai 95% (Osuna et al., 2008) dan anaerobik yang dapat menghilangkan diklorometana mencapai 99% (Stromeyer et al,. 1991).

SKRIPSI MACHRULIAWATI F.P.

  Sedangkan untuk menghilangkan diklorometana dengan metode aerobik dan anaerobik memiliki efisiensi keberhasilan yang cukup tinggi (Chan et al., 2009).

  Namun dalam skala besar penggunaannya sangatlah kurang efektif dikarenakan senyawa diklorometana sangat toksik dan bakteri yang digunakan bisa mati, selain itu pemeliharaannya pun sangat sulit, biaya operasional untuk pembuatannya yang cukup mahal. Penghapusan diklorometana dari limbah diteliti secara teoritis dalam _. kisaran konsentrasi 0-10,000 ppm (Diks and Ottengraf., 1991)

  Salah satu metode yang paling efektif untuk mengendalikan senyawa organik volatil (VOC) seperti diklorometana adalah menggunakan karbon aktif sebagai adsorben (Ruhil, M. J., 1993). Khan et al, (2010) melakukan pengembangan metode yang lebih sederhana, akurat, dan selektif untuk menghilangkan diklorometana (DCM) yaitu dilakukan dengan menggunakan beberapa granular karbon aktif yaitu coconut granular activated carbon (CGAC),

  

wood granular activated carbon (WGAC), dengan proses batch (Khan et al., 2010).

  Keunggulan menggunakan metode karbon aktif yaitu prosesnya mudah dan karbon aktif yang telah digunakan dapat di desorp agar dapat digunakan adsorpsi kembali.

1.2. RumusanMasalah

  Berdasarkan latar belakang di atas, dapat dirumuskan masalah sebagai berikut :

  1. Berapakah waktu optimum, pH optimum larutan dan massa adsorben optimum pada adsorpsi diklorometana oleh granular karbon aktif dalam larutan ?

SKRIPSI MACHRULIAWATI F.P.

  2. Bagaimana pengaruh senyawa pengganggu (isopropil alkohol dan trietanolamin) pada adsorpsi diklorometana oleh karbon aktif ?

  3. Bagaimana karakterisasi adsorpsi diklorometana oleh granular karbon aktif dalam larutan ditinjau dari jenis dan kinetika adsorpsinya ?

  4. Apakah metode adsorpsi yang dikembangkan dapat diaplikasikan untuk mereduksi kandungan diklorometana?

  1.3. Tujuan Penelitian

  Tujuan penelitianini adalah :

  1. Menentukan waktu optimum, pH optimum larutan diklorometana dan massa adsorben optimum pada adsorpsi diklorometana oleh karbon aktif pada larutan.

  2. Mengetahui pengaruh senyawa pengganggu (isopropil alkohol dan trietanolamin) pada adsorpsi diklorometana oleh karbon aktif.

  3. Mengetahui karakterisasi adsorpsi diklorometana oleh karbon aktif dalam larutan ditinjau dari jenis dan kinetika adsorpsinya.

  4. Mengaplikasikan metode adsorpsi yang dikembangkan untuk mereduksi kandungan diklorometana.

  1.4. Manfaat Penelitian

  Melalui penelitian ini diharapkan diperoleh metode untuk menghilangkan diklorometana yang sederhana, akurat, selektif dan murah.

  Dengan demikian, metode ini diharapkan dapat digunakan sebagai alternatif untuk mengurangi kandungan diklorometana.

SKRIPSI MACHRULIAWATI F.P.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Diklorometana

  Diklorometana (DCM) atau metilena klorida adalah senyawa organik dengan rumus kim

2 Cl 2 (Hsiao et al., 1983). Senyawa ini merupakan senyawa mudah menguap dan beracun yang ditemukan dalam air tanah dan air limbah.

  Diklorometana merupakan senyawa tak berwarna beraroma manis yang banyak digunakan sebagai pelarut dalam industri farmasi, kimia, tekstil, logam dan industri minyak bumi (Zeinali et al., 2010). Diklorometana dapat menghambat pertumbuhan organisme air, menginduksi kanker pada hewan dan berpotensi karsinogenik bagi manusia (Shestakova and Sillanpää., 2013).

  Diklorometana bersifat semi polar sehingga tidak larut sempurna dengan air, tapi dapat larut dengan pelarut organik lainnya. Struktur diklorometana ditunjukkan pada Gambar 2.1

Gambar 2.1 Struktur Diklorometana

  Diklorometana adalah salah satu senyawa organik volatil terklorinasi (CVOCs) yang mencemari perairan (Bansode et al., 2003). _SKRIPSI

  5 _{MACHRULIAWATI F.P.} Menurut MSDS (Material Safety Data Sheet) diklorometana memiliki titik didih 39.75°C, titik leleh -96.7°C, berat molekul 84.93 g/mol, dan massa jenis 1.3266 gram/mL. Diklorometana mudah larut dalam pelarut organik seperti metanol, dietil eter dan aseton.

2.2. Penanganan Limbah Diklorometana

  Beberapa peneliti mengembangkan metode untuk menangani adanya diklorometana di lingkungan. Beberapa metode yang dikembangkan oleh peneliti diantaranya adalah foto iradiasi TiO

  2 (Torimoto et al., 1997) dan proses foto-Fenton

  (Rodríguez et al., 2005) yang menyebabkan dekomposisi diklorometana (Andayani and Sumartono., 2007). Pengolahan secara aerobik (Osuna et al., 2008) dan anaerobik (Stromeyer et al,. 1991), Ozonisasi (Ward et al., 2005) dan oksidasi persulfat (Huang et al., 2005).

  Ozonasi dilakukan dengan mengubah diklorometana menjadi

  diklorometana padat. Dalam prosesnya ozonasi tidak mengubah nilai pH dalam perairan namun proses ozonasi sangat berbahaya bagi setiap mikroorganisme yang ada di dalam air. Namun proses ozonasi sangatlah kurang efektif dalam proses penghilangan diklorometana yang memiliki kadar rendah dan penggunaannya perlu pengawasan yang sangat ketat sehingga ozonasi dalam penghilangan diklorometana sangat kurang efektif dalam segi keamanan dan proses kerjanya (Ward et al., 2005).

  Penanganan limbah diklorometana juga dapat dilakukan secara adsorpsi. Karbon aktif dan polimer resin adalah adsorben yang paling sering digunakan dalam pengolahan air limbah (Das et al., 2004; Moreno-Castilla, 2004; Bhatnagar et al., _SKRIPSI 2013) Adsorpsi diklorometana menggunakan resin polimer hidrofobik (XAD- _{MACHRULIAWATI F.P.}

  1600) tanpa mengubah gugus fungsi. Selain itu adsorpsi diklorometana dapat dilakukan dengan menggunakan resin polimer hidrofilik (XAD-7) dan karbon aktif (DY-GAC) (Lee, et al., 2005).

  Adsorpsi diklorometana juga dapat dilakukan dengan menggunakan karbon aktif (GACs) untuk menghilangkan diklorometana (DCM) (Zeinali et al., 2010).

  Berbagai parameter seperti termodinamika, kinetika, pH, konsentrasi adsorbat, dan ion pengganggu menjadi parameter utama pada metode ini. Proses adsorpsi DCM dengan GAC berlangsung pada kondisi eksotermis (Khan et al., 2010). Diklorometana (DCM) yang telah teradsorp ke dalam karbon aktif dapat dipisahkan dengan proses heating, dimana granular karbon aktif yang telah mengadsorp diklorometana akan dipanaskan pada ruang tertutup. Sehingga, diklorometana yang memiliki titik didih cukup rendah yaitu 39.75°C akan menguap dan akan terkondensasi di dalam ruangan yang tertutup tersebut.

  Penanganan diklorometana juga dapat dilakukan secara elektrolisis. Pada penerapan elektrolisis sangat menguntungkan, hal tersebut dikarenakan limbah yang dielektrolisis akan terdekomposisi secara sempurna. Elektrolisispun sangat mudah dalam penerapannya. Namun elektrolisis diklorometana kurang menguntungkan terlebih dalam pemisahan hasil elektrolisis karena terjadi pengendapan bersama antara produk reaksi dengan elektrolit pendukung (Sonoyama et al., 2001). Produk dekomposisi DCM adalah metana yang diproduksi dengan efisiensi 92% (Kotsinaris et al., 1998)

  Acoustic cavitation merupakan salah satu metode untuk menghilangkan

  diklorometana dalam metode penghilangan diklorometana ini dilakukan dengan

SKRIPSI MACHRULIAWATI F.P.

  memineralisasikan limbah diklorometana. Reaksi dekomposisi berlangsung secara cepat. Tidak ada bahan kimia yang digunakan dalam metode ini (González-García

  

et al., 2010). Degradasi VOC terjadi di dalam gelembung kavitasi melalui

  pembelahan thermolytic obligasi C-Cl sebagai gelembung runtuh (Cheung et al., 1991; Hung and Hoffmann, 1999; Destaillats et al., 2001). Namun metode acoustic

  

cavitation kurang selektif dan hasil dekomposisi diklorometana sangat sedikit

(Shestakova and Sillanpää,. 2013).

2.3. Adsorpsi

  Adsorpsi atau penyerapan adalah suatu proses yang terjadi ketika suatuat penyerap, adsorben) dan akhirnya membentuk suatu lapisan tipis (zat terserap, adsorbat) pada permukaannya (Saragih, 2008). Berbeda denganyang merupakan penyerapan fluida oleh fluida lainnya dengan membentuk suatu

  Adsorpsi secara umum merupakan proses penggumpalan substansi oleh permukaan zat atau benda penyerap, dimana terjadi suatuntara substansi dengan penyerapnya. Definisi lain menyatakan adsorpsi sebagai suatu peristiwa penyerapan pada lapisan permukaan atau antar fasa, di mana molekul dari suatu materi terkumpul pada permukaan bahan pengadsorpsi atau (Masamune and Smith., 1964). Sedangkan absorpsi merupakan suatu peristiwa penyerapan adsorbat oleh adsorben, sehingga adsorbat tekumpul sampai ke dalam dasar dan permukaan adsorben.

SKRIPSI MACHRULIAWATI F.P.

2.3.1. Adsorpsi isoterm

  Adsorpsi isoterm merupakan interaksi antara adsorbat dan adsorben yang digunakan untuk menghilangkan polutan organik. Kapasitas adsopsi (q) jumlah adsorbat yang teradsorb atau terikat pada karbon aktif yang dapat dihitung menggunakan persamaan berikut :

  V

  q =[(C -C )] .............................................................................................. (1)

  o e e W

  Dengan ketentuan q e adalah kapasitas adsorpsi (mg /g), Co adalah konsentrasi analit sebelum proses adsorpsi (mg/L), Ce adalah konsentrasi analit sesudah proses adsorpsi (mg /L), V adalah volume larutan (L), W adalah massa adsorben (g) (Liu, et al., 2010).

  Model adsorpsi isoterm diklorometana pada permukaan karbon aktif dapat diketahui dengan cara mengaplikasikan persamaan Langmuir dan Freundlich.

  Model Langmuir didasarkan pada struktur permukaan adsorben yang homogen, dimana semua sisi serapan setara dan serupa. Persamaan Langmuir dapat dituliskan sebagai berikut :

  C

  1

  1 e

  

= + C ......................................................................................... (2)

e q K q q

  L e m m

  Dengan ketentuan Ce adalah konsentrasi kesetimbangan analit dalam larutan (mg /L). q e adalah jumlah analit yang teradsorb pada saat kesetimbangan (mg/g). K L adalah konstanta adsorpsi Langmuir (L/mg). q m adalah kapasitas adsorpsi

  L

  maksimum (mg/g). Nilai K dan q m dapat ditentukan oleh hubungan grafik antara Ce dengan Ce/qe (Hu et al., 2011).

SKRIPSI MACHRULIAWATI F.P.

  Model Freundlich menjelaskan bahwa proses adsorpsi terjadi pada permukaan yang herterogen dan kapasitas adsorpsi berhubungan dengan konsentrasi adsorbat. Persamaan umum Freundlich dapat dijelaskan dengan persamaan berikut

  1

  log q = log K log C + f e .................................................................................. (3)

  e n

  Dengan ketentuan Ce adalah konsentrasi analit pada saat kesetimbangan (mg/L), q e adalah kapasitas adsorpsi pada saat kesetimbangan (mg/g), K f dan 1/n adalah konstanta Freundlich dan faktor heterogenitas. K f menunjukkan kapasitas adsorpsi adsorben. n adalah ukuran penyimpangan linearitas dari adsorpsi. Nilai K f dan 1/n dapat diperoleh melalui plot antara log Ce dengan log q e (Zakaria et al., 2009).

  2.3.2. Kinetika adsorpsi

  Kinetika adsorpsi menyatakan adanya proses penyerapan suatu zat oleh _P adsorben dalam fungsi waktu. ada umumnya untuk menetukan kinetika adsorpsi digunakan orde kinetika adsorpsi dengan menggunakan persamaan berikut

• –(n-1) –(n-1)

  Ce = (n-1) kt + Co .......................................................................... (4) Dengan ketentuan k adalah konstanta laju adsorpsi, t adalah waktu dan n adalah orde kinetika adsorpsi, Co dan Ce adalah konsentrasi analit sebelum dan sesudah proses adsorpsi. Nilai k diperoleh dari plot antara t dengan Ce (Chrisnandari., 2015).

  2.3.3. Termodinamika adsorpsi

  Termodinamika adsorpsi dilakukan untuk mengetahui apakah proses _SKRIPSI adsorpsi berjalan secara spontan atau tidak. Parameter termodinamika seperti _{MACHRULIAWATI F.P.} o o

  perubahan energi bebas (ΔG ), perubahan entalpi (ΔH ) dan standar perubahan

  o

  entropi (ΔS ) dihitung dari Persamaan : ∆ ° = − ........................................................................................ (5) ∆ ° = ∆ ° − ∆ ° ..................................................................................... (6)

  ∆S° ∆H°

• ln K c = .......................................................................................... (7)

  R RT

  Dengan ketentuan Kc adalah konstanta kesetimbangan termodinamika (L/g) yang nilainya diperoleh dari intersep grafik hubungan q e dengan ln (q e /C e ). R adalah

• 1 -1 o o

  konstanta gas (8,314 J mol K ) dan T adalah suhu absolut (K). Nilai ΔH dan ΔS diperoleh dari slope dan intersep dari grafik hubungan antara 1/T dengan ln Kc (Surikumaran et al., 2014).

2.4. Granular Karbon Aktif

  Granular karbon aktif (GAC) adalah padatan amorf yang dimanfaatkan dalam berbagai aplikasi industri dan lingkungan karena luas permukaan internal yang besar dan memilik pori yang berukuran mikropori (diameter < 2nm) dan mesopori diameter 2 – 50 nm (Zeinali et al., 2010). Menurut IUPAC (Internasional Union of Pure and Applied Chemical) ada beberapa klasifikasi pori yaitu mikropori (diameter < 2nm), mesopori diameter 2 – 50 nm, makropori diameter > 50 nm.

  Karbon aktif bubuk ukuran diameter butirannya kurang dari atau sama dengan 325 mesh. Sedangkan karbon aktif granular ukuran diameter butirannya lebih besar dari 325 mesh (Astuti dan Kurniawan., 2015).

SKRIPSI MACHRULIAWATI F.P.

  Granular karbon aktif (GAC) digunakan adsorpsi secara rutin sebagai proses pengolahan air limbah dalam industri . Potensi GAC untuk menghilangkan pestisida (Yu et al., 2008). Selain itu adsorpsi pada GAC juga dapat menghilangkan kontaminan organik. (Hernández-Leal et al., 2011).

  Karbon aktif adalah adsorben yang paling fleksibel dan umum digunakan karena luas permukaan yang sangat tinggi dan volume mikropori, kapasitas besar adsorpsi, kinetika adsorpsi cepat, dan relatif mudah regenerasi (Prahas et al., 2008). Aktivasi karbon aktif dapat dilakukan dalam dua metode yang berbeda yaitu dengan metode aktivasi fisik dan kimia. Aktivasi dengan metode kimia menggunakan asam fosfat sebagai agen mengaktifkan. Keuntungan dari aktivasi kimia adalah biaya energi yang rendah, karena aktivasi kimia biasanya terjadi pada suhu yang lebih rendah daripada menggunakan aktivasi fisik, dan hasil dari aktivasi kimia lebih tinggi daripada aktivasi fisik (Hu et al., 2001).

2.5. Analisis Diklorometana Adanya diklorometana dapat dianalisis secara spektrofotometri.

  Spektrofotometri merupakan metode dalam kimia analitik yang berguna untuk menentukan komposisi baik secara kuantitatif dan kualitatif yang didasarkan pada

  Day., 1986

  interaksi antara materi dengan cahaya. ( ). Prinsip kerja spektrofotometri berdasarkan hukum Lambert Beer, bila cahaya monokromatik melalui suatu media (larutan), maka sebagian cahaya tersebut diserap, sebagian dipantulkan,dan sebagian lagi dipancarkan. Daerah UV tidak nampak oleh mata, panjang gelombang180 – 380 nm. Daerah Visibel (nampak) terlihat oleh mata, berupa warna, panjang gelombang 380 – 760 nm

SKRIPSI MACHRULIAWATI F.P.

  Diklorometana dapat dianalisis secara spektrofotometer UV-Vis. Dikarenakan adanya Cl pada diklorometana yang merupakan gugus auksokrom, senyawa diklorometana dapat teranalisa pada spektrofotometer UV-Vis (Gainza., 1986). Sesuai dengan persamaan lambert-beer A= a.b.c atau A= ε. b. c

  −1 −1

  Dengan ketentuan A adalah serapan, a adalah absorptivitas (g cm ), b adalah

  −1 −1

  ketebalan (cm) , c adalah konsentrasi (g l ), ε adalah absorptivitas molar (M

  −1 cm ).

2.6. Metode BET

  Metode BET (Brunauer-Emmet-Teller) merupakan metode yang digunakan untuk menentukan luas permukaan suatu padatan berpori, serta ukuran dan volume pori-porinya dengan menggunakan alat autosorb. Prinsip kerjanya berdasarkan proses adsorpsi dan desorpsi gas N

  2 pada permukaan padatan berpori (Nurhayati., 2008).

  Karakteristik struktur pori pada karbon dapat ditentukan dengan adsorpsi

  o

  nitrogen pada suhu -196 C oleh Quadrasorb SI. Sebelum pengukuran adsorpsi gas,

  o

  karbon dipanaskan pada kondisi vakum 200 C dalam jangka waktu minimal 24 jam. Adsorpsi isoterm nitrogen diukur melalui tekanan relatif (P / Po). Luas permukaan BET ditentukan dengan cara persamaan BET. Pada tekanan relatif ini semua pori-pori diisi dengan gas nitrogen. DFT distribusi ukuran pori semua sampel karbon diperoleh berdasarkan adsorpsi isoterm nitrogen (Prahas et al., 2008).

SKRIPSI MACHRULIAWATI F.P.

  Luas permukaan pori dapat ditentukan dengan mengekstrapolasi kurva dan menggunakan persamaan BET sebagai berikut : 1 − 1

• ( − ) =

  Dengan ketentuan P adalah tekanan, V ads adalah volume gas yang diadsorpsi pada tekanan P, P adalah tekanan jenuh (sekitar 200 – 400 Torr), V m adalah volume gas yang diadsorpsi pada lapisan monolayer, dan C adalah tetapan BET. Dengan grafik hubungan antara P/P0 dengan [P/V ads (P -P)] (Nurhayati., 2008).

SKRIPSI MACHRULIAWATI F.P.

BAB III METODE PENELITIAN

  3.1. Waktu dan Tempat Penelitian

  Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Kimia Analitik dan Laboratorium Penelitian, Departemen Kimia, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga. Penelitian dilaksanakan pada bulan Januari sampai dengan bulan Juni 2016.

  3.2. Bahan dan Alat Penelitian

3.2.1. Bahan penelitian

  Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah granular karbon aktif (GAC), akuades (H

2 O), diklorometana murni pro analisis (CH

  2 Cl 2 ), metanol

  (CH

  3 OH), asam fosfat (H

  3 PO 4 ) natrium asetat (CH

  3 COONa), asam asetat

  (CH

  3 COOH), dinatrium hidrogen fosfat (Na

  2 HPO 4 ), natrium dihidrogen fosfat

  (NaH

  2 PO 4 ), isopropil alkohol (C

  3 H

  7 OH), trietanolamin (C

  6 H

  15 NO 3 ) dan sampel

  limbah sintesis yang mengandung diklorometana (CH

  2 Cl 2 ). Bahan kimia yang

  digunakan memiliki derajat kemurnian pro analisis. Air yang digunakan adalah akuades.

3.2.2. Alat Penelitian

  Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah lemari pendingin (Sanyo), Oven (Philips), pH meter atau pH universal, timbangan analitik, pipet mikro (fisher scientific), spektrofotometer UV-Vis, desikator, pengaduk magnetik dan seperangkat alat gelas yang digunakan di laboratorium kimia. _{SKRIPSI ADSORPSI MACHRULIAWATI F.P.}

  15

3.3. Diagram Alir Penelitian

  Persiapan alat dan bahan penelitian Pembuatan larutan

  1. Larutan induk diklorometana 1000 ppm

  2. Larutan kerja diklorometana 100 ppm

  3. Larutan standar diklorometana 10, 20, 30, 40, 50, 60 dan 70 ppm

  4. Pembuatan buffer asetat, buffer fosfat dan buffer ammonia

  5. Pembuatan Larutan Pengganggu Penyiapan dan pengaktifan adsorben (granular karbon aktif)

  Evaluasi adsorpsi menggunakan sistem batch

  1. Optimasi

• Waktu - pH

  Spektrofotometer UV-Vis

  2. Kinetika

  3. Isoterm

  4. Uji Inteferensi

  1. Kapasitas adsorpsi

  2. Kinetika adsorpsi

  3. Adsorpsi isoterm

  Analisis data Parameter adsorpsi

SKRIPSI MACHRULIAWATI F.P.

3.4. Prosedur Penelitian

3.4.1. Pembuatan larutan diklorometana

  3.4.1.1.Pembuatan larutan induk diklorometana 1000 ppm