Pembuatan Biosorben Biji Pepaya (Carica papaya) Menggunakan Aktivator Asam Sulfat (H2SO4)
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG
Buah pepaya (Carica papaya) berasal dari Meksiko Selatan. Pada tahun 2014,
Indonesia merupakan penghasil buah pepaya yang cukup besar
yaitu 840,112
ton/tahun [1]. Buah pepaya (Carica papaya) mengandung banyak jumlah senyawa
nutrisi utama (serat, protein, lemak-lemak, dan karbohidrat) dan memiliki
antioksidan yang tinggi dan proliferatif yang aktif. Penelitian sebelumnya
menunjukkan bahwa buah pepaya positif mempengaruhi tingkat lipid plasma dan
makanan yang mengandung rendah kolesterol sehingga banyak dikonsumsi [2].
Namun, limbah padat dari buah pepaya yaitu biji pepaya masih belum banyak diolah
menjadi produk yang bermanfaat oleh masyarakat setempat. Biji pepaya yang masih
segar atau yang baru dilepas umumnya mengandung air, karbohidrat, mineral dan
protein [3]. Biji pepaya merupakan sampah pertanian yang bisa dijadikan sebagai
biosorben dengan biaya yang sangat murah. Biji pepaya sampai saat ini masih
merupakan limbah yang tidak termanfaatkan dan tidak mempunyai nilai ekonomis,
padahal biji pepaya mengandung beberapa senyawa-senyawa aktif seperti alkaloid,
flavonoid, glikosida antrakinon, tanin, triterpenoid/steroid, dan saponin [4]. Selain
kandungan di atas biji pepaya juga memiliki unsur karbohidrat sebesar 32,2 gram
dalam 100 gram biji pepaya, yang diyakini unsur paling penting sebagai biosorben
[5]. Biji pepaya (Carica papaya) selama ini tergolong limbah organik yang
berserakan di pasar tradisional dan tidak memberikan manfaat. Sebagai contoh
sampah organik ini mengotori lingkungan [3]. Tidak hanya di propinsi Sumatera
Utara, di propinsi lain juga sampah organik ini tidak dimanfaatkan.
Untuk mengatasi hal tersebut, perlu di lakukan inovasi dengan menggunakan
biji pepaya sebagai biosorben. Konsumsi biosorben dunia semakin meningkat setiap
tahunnya, misalkan pada tahun 2014 mencapai 530.000 ton/tahun. Sedangkan negara
besar seperti Amerika kebutuhan perkapitanya mencapai 0,4 kg per tahun dan Jepang
berkisar 0,2 kg per tahun [5].
1
Universitas Sumatera Utara
Biosorben merupakan suatu zat padat yang dapat digunakan untuk menyerap
komponen tertentu dari suatu fasa fluida. Biosorben dapat dibuat dari bahan yang
mengandung karbon. Biosorben adalah arang aktif yang diproses secara fisika atau kimia
sehingga mempunyai daya serap/adsorpsi yang tinggi. Biosorben sangat banyak digunakan
dalam skala industri sebagai purifikasi atau pemisahan gas atau cairan dan juga sebagai
katalis maupun katalis pedukung [6]. Dalam aktifasi kimia, hal pertama yang dilakukan yaitu
impregnasi dengan zat aktifasi misalnya H3PO4, KOH, K2CO3, H2SO4, Na2CO3, NaOH,
NaCl HCl, H2SO4, CaCl dan ZnCl2 [5,8]. Aktivasi adalah perubahan secara fisik dimana
luas permukaan dari karbon meningkat dengan tajam dikarenakan terjadinya penghilangan
senyawa tar dan senyawa sisa-sisa pengarangan [5]. Aktivasi karbon merupakan salah satu
biosorben yang sangat populer yang banyak digunakan industri untuk mengurangi dan
merecovery kandungan senyawa organik atau anorganik dari gas dan cairan.
Ada berbagai metode untuk menghilangkan logam berat termasuk presipitasi kimia,
filtrasi membran, ion exchanger, ekstraksi cair atau elektrodialisis. Namun, metode ini tidak
banyak digunakan karena biaya yang tinggi dan kelayakan yang rendah untuk industri skala
kecil . Sebaliknya, teknik adsorpsi adalah salah satu metode yang disukai untuk
menghilangkan logam berat karena efisiensi dan biaya rendah [7]. Adsorpsi adalah teknik
yang penting digunakan dalam pemisahan dan pemurnian gas dan liquid [8]. Adsorpsi
banyak digunakan sebagai metode pemisahan fisik yang efektif untuk eliminasi atau
menurunkan konsentrasi berbagai polutan terlarut (organik, anorganik) dalam limbah [4].
Proses adsorpsi dapat menunjukkan kemampuan suatu adsorbat untuk dapat menempel pada
penjerapnya, yaitu dengan cara memisahkan polutan terlarut atau mengambil kembali bahan
yang memiliki nilai yang tinggi tetapi dengan jumlah yang sedikit dalam suatu campuran [9].
2
Universitas Sumatera Utara
Tabel 1.1
N
Beberapa Penelitian Terdahulu Mengenai Pembuatan Biosorben dari Biji
Pepaya.
Peneliti
o
Tahu
Judul dan Hasil Penelitian
2009
Evaluation of Papaya Seeds as a Novel Non-
n
1
.
B.H.Hamee
d [6]
conventional Low-cost Adsorbent for Removal of
Methylene Blue”. Pada penelitian ini ukuran partikel
yang digunakan 250 µ m dengan suhu aktivasi 60 oC
selama 24 jam. Hasil yang diperoleh kapasitas adsorpsi
dengan metode Langmuir sebesar 555,557 mg/g.
2
.
Flavio., dkk
2014
[4]
Formossa Papaya Seed Powder (FPSP):Preparation,
Characterization And Application As On Alternative
Adsorben For The Removal Of Crystal Violet From
Aqueous Phase. Pada penelitian ini ukuran partikel yang
digunakan 250 µ m, waktu oven 24 jam dengan suhu 60
o
C diperoleh luas permukaan 1,38 m2/g dengan pH 6,
85.
3
.
Sinil.,
dkk
2014
[7]
Chemical carbonization of papaya seed originated
charcoals for sorption of Pb(II) from aqueous solution.
Pada penelitian ini biji pepaya diaktivasi dengan
konsentrasi asam sulfat 98% pada suhu 150 oC selama 24
jam. Dengan ukuran partikel yang digunakan 60 mesh,
80 mesh, dan 100 mesh. Hasil yang diperoleh bahwa luas
permukaaan untuk masing masing ukuran 38,46 ; 27,5 ;
dan 36,7 m2/g.
Dengan memperhatikan beberapa hal diatas, maka penelitian ini diarahkan untuk
mengembangkan bahan baku alternatif biji pepaya dalam pembuatan biosorben.
Pemanfaatan biji pepaya menjadi biosorben diharapkan dapat meningkatkan nilai ekonomis
bahan. Penelitian ini bertujuan memanfaatkan biji pepaya untuk membuat biosorben yang
digunakan dengan pengaruh bahan kimia pengaktif, dan waktu pemanasan.
1.2 RUMUSAN MASALAH
Dalam penelitian ini yang menjadi rumusan masalah adalah limbah biji pepaya belum
dapat dimanfaatkan secara maksimal. Biji pepaya dengan kandungan karbohidrat yang cukup
3
Universitas Sumatera Utara
tinggi memiliki kegunaan yang baik sebagai biosorben dari bahan selulosa. Dari beberapa
penelitian terdahulu pemanfaatan limbah biji pepaya sebagai biosorben masih belum optimal.
Oleh karena itu diperlukan penelitian lebih lanjut, untuk menentukan kondisi operasi
optimum dalam pembuatan biosorben dari limbah biji pepaya dengan aktivator H2SO4 yaitu
konsentrasi aktivator, dan waktu pemanasan terhadap biosorben.
1.3 TUJUAN PENELITIAN
Tujuan dilakukan penelitian ini yaitu untuk mengetahui kondisi optimum dalam
pembuatan biosorben dari limbah biji pepaya dengan aktivator H2SO4.
1.4 MANFAAT PENELITIAN
Penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat sebagai berikut:
1.
Memberikan informasi tentang pemanfaatan limbah biji pepaya sebagai biosorben
alternatif.
2.
Sebagai informasi tambahan bagi dunia pertanian tentang pemanfaatan limbah biji
pepaya sebagai biosorben yang bernilai ekonomis.
1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Penelitian dan Laboratorium Kimia Organik,
Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun bahan
utama yang digunakan pada penelitian ini yaitu limbah biji pepaya (Carica papaya) dan
H2SO4 sebagai bahan pengaktif.
Variabel yang digunakan adalah:
a.
b.
Variabel tetap:
1. Ukuran partikel
= 60 mesh
2. Suhu aktivasi
= 110 oC
3. Waktu aktivasi
= 12 jam
4. Rasion Biosorben : aktivator (b/v)
= 1: 1 (b/v)
Variabel berubah :
1. Konsentrasi aktivator asam sulfat
= 5%, 7%, dan 10%.
2. Waktu pemanasan oven
= 30 menit, 60 menit, 90 menit, dan 120
menit.
4
Universitas Sumatera Utara
Parameter yang dianalisis adalah :
1. Bilangan Iodin .
2. Karakteristik Gugus Fungsi Biosorben dengan Spektrofotometri FTIR.
3. Luas Permukaan Biosorben.
5
Universitas Sumatera Utara
PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG
Buah pepaya (Carica papaya) berasal dari Meksiko Selatan. Pada tahun 2014,
Indonesia merupakan penghasil buah pepaya yang cukup besar
yaitu 840,112
ton/tahun [1]. Buah pepaya (Carica papaya) mengandung banyak jumlah senyawa
nutrisi utama (serat, protein, lemak-lemak, dan karbohidrat) dan memiliki
antioksidan yang tinggi dan proliferatif yang aktif. Penelitian sebelumnya
menunjukkan bahwa buah pepaya positif mempengaruhi tingkat lipid plasma dan
makanan yang mengandung rendah kolesterol sehingga banyak dikonsumsi [2].
Namun, limbah padat dari buah pepaya yaitu biji pepaya masih belum banyak diolah
menjadi produk yang bermanfaat oleh masyarakat setempat. Biji pepaya yang masih
segar atau yang baru dilepas umumnya mengandung air, karbohidrat, mineral dan
protein [3]. Biji pepaya merupakan sampah pertanian yang bisa dijadikan sebagai
biosorben dengan biaya yang sangat murah. Biji pepaya sampai saat ini masih
merupakan limbah yang tidak termanfaatkan dan tidak mempunyai nilai ekonomis,
padahal biji pepaya mengandung beberapa senyawa-senyawa aktif seperti alkaloid,
flavonoid, glikosida antrakinon, tanin, triterpenoid/steroid, dan saponin [4]. Selain
kandungan di atas biji pepaya juga memiliki unsur karbohidrat sebesar 32,2 gram
dalam 100 gram biji pepaya, yang diyakini unsur paling penting sebagai biosorben
[5]. Biji pepaya (Carica papaya) selama ini tergolong limbah organik yang
berserakan di pasar tradisional dan tidak memberikan manfaat. Sebagai contoh
sampah organik ini mengotori lingkungan [3]. Tidak hanya di propinsi Sumatera
Utara, di propinsi lain juga sampah organik ini tidak dimanfaatkan.
Untuk mengatasi hal tersebut, perlu di lakukan inovasi dengan menggunakan
biji pepaya sebagai biosorben. Konsumsi biosorben dunia semakin meningkat setiap
tahunnya, misalkan pada tahun 2014 mencapai 530.000 ton/tahun. Sedangkan negara
besar seperti Amerika kebutuhan perkapitanya mencapai 0,4 kg per tahun dan Jepang
berkisar 0,2 kg per tahun [5].
1
Universitas Sumatera Utara
Biosorben merupakan suatu zat padat yang dapat digunakan untuk menyerap
komponen tertentu dari suatu fasa fluida. Biosorben dapat dibuat dari bahan yang
mengandung karbon. Biosorben adalah arang aktif yang diproses secara fisika atau kimia
sehingga mempunyai daya serap/adsorpsi yang tinggi. Biosorben sangat banyak digunakan
dalam skala industri sebagai purifikasi atau pemisahan gas atau cairan dan juga sebagai
katalis maupun katalis pedukung [6]. Dalam aktifasi kimia, hal pertama yang dilakukan yaitu
impregnasi dengan zat aktifasi misalnya H3PO4, KOH, K2CO3, H2SO4, Na2CO3, NaOH,
NaCl HCl, H2SO4, CaCl dan ZnCl2 [5,8]. Aktivasi adalah perubahan secara fisik dimana
luas permukaan dari karbon meningkat dengan tajam dikarenakan terjadinya penghilangan
senyawa tar dan senyawa sisa-sisa pengarangan [5]. Aktivasi karbon merupakan salah satu
biosorben yang sangat populer yang banyak digunakan industri untuk mengurangi dan
merecovery kandungan senyawa organik atau anorganik dari gas dan cairan.
Ada berbagai metode untuk menghilangkan logam berat termasuk presipitasi kimia,
filtrasi membran, ion exchanger, ekstraksi cair atau elektrodialisis. Namun, metode ini tidak
banyak digunakan karena biaya yang tinggi dan kelayakan yang rendah untuk industri skala
kecil . Sebaliknya, teknik adsorpsi adalah salah satu metode yang disukai untuk
menghilangkan logam berat karena efisiensi dan biaya rendah [7]. Adsorpsi adalah teknik
yang penting digunakan dalam pemisahan dan pemurnian gas dan liquid [8]. Adsorpsi
banyak digunakan sebagai metode pemisahan fisik yang efektif untuk eliminasi atau
menurunkan konsentrasi berbagai polutan terlarut (organik, anorganik) dalam limbah [4].
Proses adsorpsi dapat menunjukkan kemampuan suatu adsorbat untuk dapat menempel pada
penjerapnya, yaitu dengan cara memisahkan polutan terlarut atau mengambil kembali bahan
yang memiliki nilai yang tinggi tetapi dengan jumlah yang sedikit dalam suatu campuran [9].
2
Universitas Sumatera Utara
Tabel 1.1
N
Beberapa Penelitian Terdahulu Mengenai Pembuatan Biosorben dari Biji
Pepaya.
Peneliti
o
Tahu
Judul dan Hasil Penelitian
2009
Evaluation of Papaya Seeds as a Novel Non-
n
1
.
B.H.Hamee
d [6]
conventional Low-cost Adsorbent for Removal of
Methylene Blue”. Pada penelitian ini ukuran partikel
yang digunakan 250 µ m dengan suhu aktivasi 60 oC
selama 24 jam. Hasil yang diperoleh kapasitas adsorpsi
dengan metode Langmuir sebesar 555,557 mg/g.
2
.
Flavio., dkk
2014
[4]
Formossa Papaya Seed Powder (FPSP):Preparation,
Characterization And Application As On Alternative
Adsorben For The Removal Of Crystal Violet From
Aqueous Phase. Pada penelitian ini ukuran partikel yang
digunakan 250 µ m, waktu oven 24 jam dengan suhu 60
o
C diperoleh luas permukaan 1,38 m2/g dengan pH 6,
85.
3
.
Sinil.,
dkk
2014
[7]
Chemical carbonization of papaya seed originated
charcoals for sorption of Pb(II) from aqueous solution.
Pada penelitian ini biji pepaya diaktivasi dengan
konsentrasi asam sulfat 98% pada suhu 150 oC selama 24
jam. Dengan ukuran partikel yang digunakan 60 mesh,
80 mesh, dan 100 mesh. Hasil yang diperoleh bahwa luas
permukaaan untuk masing masing ukuran 38,46 ; 27,5 ;
dan 36,7 m2/g.
Dengan memperhatikan beberapa hal diatas, maka penelitian ini diarahkan untuk
mengembangkan bahan baku alternatif biji pepaya dalam pembuatan biosorben.
Pemanfaatan biji pepaya menjadi biosorben diharapkan dapat meningkatkan nilai ekonomis
bahan. Penelitian ini bertujuan memanfaatkan biji pepaya untuk membuat biosorben yang
digunakan dengan pengaruh bahan kimia pengaktif, dan waktu pemanasan.
1.2 RUMUSAN MASALAH
Dalam penelitian ini yang menjadi rumusan masalah adalah limbah biji pepaya belum
dapat dimanfaatkan secara maksimal. Biji pepaya dengan kandungan karbohidrat yang cukup
3
Universitas Sumatera Utara
tinggi memiliki kegunaan yang baik sebagai biosorben dari bahan selulosa. Dari beberapa
penelitian terdahulu pemanfaatan limbah biji pepaya sebagai biosorben masih belum optimal.
Oleh karena itu diperlukan penelitian lebih lanjut, untuk menentukan kondisi operasi
optimum dalam pembuatan biosorben dari limbah biji pepaya dengan aktivator H2SO4 yaitu
konsentrasi aktivator, dan waktu pemanasan terhadap biosorben.
1.3 TUJUAN PENELITIAN
Tujuan dilakukan penelitian ini yaitu untuk mengetahui kondisi optimum dalam
pembuatan biosorben dari limbah biji pepaya dengan aktivator H2SO4.
1.4 MANFAAT PENELITIAN
Penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat sebagai berikut:
1.
Memberikan informasi tentang pemanfaatan limbah biji pepaya sebagai biosorben
alternatif.
2.
Sebagai informasi tambahan bagi dunia pertanian tentang pemanfaatan limbah biji
pepaya sebagai biosorben yang bernilai ekonomis.
1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Penelitian dan Laboratorium Kimia Organik,
Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun bahan
utama yang digunakan pada penelitian ini yaitu limbah biji pepaya (Carica papaya) dan
H2SO4 sebagai bahan pengaktif.
Variabel yang digunakan adalah:
a.
b.
Variabel tetap:
1. Ukuran partikel
= 60 mesh
2. Suhu aktivasi
= 110 oC
3. Waktu aktivasi
= 12 jam
4. Rasion Biosorben : aktivator (b/v)
= 1: 1 (b/v)
Variabel berubah :
1. Konsentrasi aktivator asam sulfat
= 5%, 7%, dan 10%.
2. Waktu pemanasan oven
= 30 menit, 60 menit, 90 menit, dan 120
menit.
4
Universitas Sumatera Utara
Parameter yang dianalisis adalah :
1. Bilangan Iodin .
2. Karakteristik Gugus Fungsi Biosorben dengan Spektrofotometri FTIR.
3. Luas Permukaan Biosorben.
5
Universitas Sumatera Utara