Pembuatan Dan Karakterisasi Film Kitosan Dengan Karbon Dari Ampas Kopi Untuk Menurunkan Kadar Logam Timbal(Pb)

PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI FILM KITOSAN DENGAN
KARBON DARI AMPAS KOPI UNTUK MENURUNKAN
KADAR LOGAM TIMBAL (Pb)

TESIS

Oleh
AURORA KHAIRANI NASUTION
137006009/KIM

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2015

PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI FILM KITOSAN DENGAN
KARBON DARI AMPAS KOPIUNTUK MENURUNKAN
KADAR LOGAM TIMBAL (Pb)

TESIS

Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Magister Sains
Dalam Program Studi Ilmu Kimia Pada Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara

Oleh
AURORA KHAIRANI NASUTION
137006009/KIM

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2015

PERSETUJUAN

Judul Tesis

Nama Mahasiswa
Nomor Pokok
Program Studi

: PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI FILM
KITOSAN DENGAN KARBON DARI AMPAS KOPI
UNTUK MENURUNKAN KADAR LOGAM
TIMBAL(Pb)
: Aurora Khairani Nasution
: 127006014
: Ilmu Kimia

Menyetujui:
Komisi Pembimbing

(Prof. Dr. Harry Agusnar, M.Sc, M.Phill)
Ketua

Ketua Program Studi

(Prof. Basuki Wirjosentono, MS, PhD)

Tanggal Lulus : 8 Juli 2015

(Prof.Dr. Zul Alfian, M.Sc)
Anggota

Dekan

(Dr. Sutarman, MSc.)

Telah diuji pada
Tanggal : 8 Juli 2015

Panitia Penguji Tesis
Ketua

: Prof. Dr. Harry Agusnar, M.Sc, M.Phill

Anggota

: 1. Prof. Dr. Zul Alfian, M.Sc
2. Prof. Dr. Jamaran Kaban, M.Sc

3. Dr. Minto Supeno, MS
4. Dr. Marpongahtun, M.Sc

PERNYATAAN ORISINALITAS

PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI FILM KITOSAN DENGAN
KARBON DARI AMPAS KOPI UNTUK MENURUNKAN KADAR
LOGAM TIMBAL (Pb)

Tesis

Dengan ini menyatakan bahwa saya mengakui semua karya tesis ini adalah hasil
karya saya sendirin kecuali kutipan dan ringkasan yang tiap satunya telah dijelaskan
sumbernya benar.

Medan, 08 Juli 2015

Aurora Khairani Nasution

RIWAYAT HIDUP

DATA PRIBADI
Nama Lengkap Berikut Gelar : Aurora Khairani Nasution, S.Si
Tempat dan Tanggal Lahir

: Medan, 21 Oktober 1990

Alamat Rumah

: Jalan Kapas 13 No. 49 Perumnas Simalingkar
Kelurahan Mangga, Kecamatan Medan Tuntungan,
Provinsi Sumetara Utara

Telepon/ HP

: 085359923430

Email

: aurora_khairani@yahoo.co.id

Nama Ayah

: Ir. H. Muhammad Faisal Nasution

Nama Ibu

: Eny Herwanty

DATA PENDIDIKAN
SD

: MIS Amal Shaleh Medan

Tamat : 2001

SMP

: SMP Negeri 31 Medan

Tamat : 2004

SMA

: SMK Negeri 3 Medan

Tamat : 2008

Diploma-3

: Kimia Analis FMIPA USU

Tamat : 2011

Ekstensi S-1 : Kimia FMIPA USU

Tamat : 2013

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT atas segala berkah
dan rahmat-Nya sehingga Tesis dengan judul “Pembuatan dan Karakterisasi Film
Kitosan dengan Karbon dari Ampas Kopi untuk Menurunkan Kadar Logam
Timbal (Pb)” dapat diselesaikan.
Pada kesempatan ini penulis menyampaikan terima kasih dan penghargaan
setinggi-tingginya kepada :
Prof.Dr.dr.Syahril Pasaribu, DTMH, M.Sc (CTM), SP.A(K), selaku Rektor
Universitas Sumatera Utara dan Prof. Dr. Sutarman, M.Sc, selaku Dekan FMIPA
Universitas Sumatera Utara, yang telah memberikan kesempatan dan fasilitas kepada
penulis untuk menyelesaikan penulisan tesis ini.
Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D, selaku Ketua Program Pascasarjana
Ilmu Kimia Universitas Sumatera Utara, yang telah memberikan semangat,
bimbingan selama penyelesaian penulisan tesis ini.
Prof. Dr. Harry Agusnar, M.Sc, M.Phill selaku ketua komisi pembibing yang
telah memberikan semangat, bimbingan, saran, dan motivasi sehingga dapat
diselesaikan penulisan tesis ini.
Prof. Dr.Zul Alfian, M.Sc selaku anggota komisi pembimbing yang telah
memberikan arahan dan motivasi sehingga dapat diselesaikan penulisan tesis ini.
Prof. Dr. Jamaran Kaban, M.Sc, Dr. Minto Supeno, MS dan Dr.
Marpongahtun, M.Sc selaku Komisi Penguji yang telah memberikan kritik dan saran

kepada penulis untuk kesempurnaan penulisan tesis ini.
Para dosen Magister Ilmu Kimia Pascasarjana Universitas Sumatera Utara
beserta rekan-rekan yang telah memberikan dorongan, saran dan perbaikan pada
penulisan tesis ini.

i

Ayahanda Ir. H. Muhammad Faisal Nasution dan Ibunda Eny Herwanty
yang telah membesarkan dan memberikan kasih sayang yang tak terhingga baik moril
maupun materil kepada penulis.
Kak Lely selaku tata usaha Pascasarjana Ilmu Kimia dan Kak Ayu selaku
laboran kimia Laboratorium Ilmu Dasar Universitas Sumatera Utara.
Semua saudara dan teman-teman yang mendoakan yang terbaik kepada
penulis yang tidak dapat disebutkan satu persatu.
Akhirnya penulis berharap tesis ini dapat dijadikan bahan untuk
pengembangan penelitian teknologi membran baik secara laboratorium maupun skala
industri dan bermanfaat bagi penelitian dan kemajuan ilmu pengetahuan untuk masa
yang datang.

Medan,

Juli 2015

Penulis,

ii

PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI FILM KITOSAN
DENGAN KARBON DARI AMPAS KOPI
UNTUK MENURUNKAN KADAR
LOGAM TIMBAL (Pb)

ABSTRAK

Pembuatan dan karakterisasi film kitosan dengan karbon aktif dari ampas kopi
telah dilakukan untuk menurunkan kadar logam Timbal (Pb) dalam larutan standar.
Penelitian ini terdiri dari beberapa tahap yaitu pembuatan karbon aktif dari ampas
kopi, karakterisasi karbon aktif dengan PSA dan FTIR, pembuatan film kitosan
dengan karbon aktif pada variasi penambahan karbon aktif adalah 0.05 g, 0.1 g, 0,15
g, 0,2 g, karakterisasi film dengan uji kuat tarik, FTIR, SEM, dan uji daya serap

logam Pb(II) dengan menggunakan AAS. Adapun hasil karakterisasi ukuran partikel
karbon aktif adalah 10.3444 µm dan hasil FTIR karbon aktif menunjukkan gugus CO (1049.28 cm-1), gugus C=C (1589.34 cm-1), gugus C-H (2924.09 cm-1), dan gugus
O-H (3394.73 cm-1). Karakterisasi film kitosan dan film kitosan-karbon dengan FTIR
menunjukkan bahwa tidak terdapat perbedaan panjang gelombang: adapun gugus
yang muncul gugus C-O (1080.14), gugus C-N (1327.03 cm-1), gugus C=C (1581.83
cm-1), gugus C-H (2924.09 cm-1), dan gugus N-H (3441.01 cm-1). Karakterisasi SEM
film kitosan menunjukkan permukaan yang halus, sedangkan SEM film kitosankarbon permukaan lebih kasar. Uji kuat tarik film kitosan yang terbaik dengan
penambahan karbon 0.05 g yaitu 3,83 N/mm2. % penyerapan logam Pb pada film
kitosan yang terbaik dengan penambahan karbon 0.2 g yaitu 70,39%.

Kata Kunci : Kitosan, Karbon Kopi, Logam Pb

iii

PREPARATION AND CHARACTERIZATION OF CHITOSAN
FILM WITH CARBON FROM COFFEE GROUND
TO REDUCE LEVEL METAL LEAD (Pb)
ABSTRACT

Preparation and characterization of chitosan films with activated carbon
from coffee grounds have been made to lower the metal content of Lead (Pb) in the
standard solution. This study consists of several stages: manufacture of activated
carbon from coffee grounds, characterization of activated carbon with PSA and
FTIR, making chitosan films with the addition of activated carbon to the variation is
0:05 g, 0.1 g, 0.15 g, 0.2 g, films characterization with tensile strenght test, FTIR,
SEM, and test the absorption of Pb (II) by using AAS. The results characterization of
activated carbon particle size is 10.3444 μm and activated carbon FTIR results
showed the C-O group (1049.28 cm-1), group C=C (1589.34 cm-1), C-H (2924.09 cm1
), and group O-H (3394.73 cm-1). Film characterization of chitosan and chitosancarbon films by FTIR showed that there is no difference wavelengths: as for the
group appeared C-O group (1080.14), CN group (1327.03 cm-1), C=C group
(1581.83 cm-1), CH group (2924.09 cm-1), and N-H group (3441.01 cm-1). SEM
characterization of chitosan films showed a smooth surface, while the SEM chitosancarbon films over rough surfaces. Tensile strength testing chitosan films that best
with addition of carbon 0:05 g ie 3.83 N/mm2. % Absorption of Pb in the chitosan
films that best with addition of 0.2 g of carbon that is 70.39%.

Key words: Chitosan. Carbon Coffee, Pb Metal

iv

DAFTAR ISI

Halaman
KATA PENGANTAR

i

ABSTRAK

iii

ABSTRACT

iv

DAFTAR ISI

v

DAFTAR TABEL

ix

DAFTAR GAMBAR

x

DAFTAR LAMPIRAN

xi

BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang

1

1.2 Perumusan Masalah

3

1.3 Pembatasan Masalah

3

1.4 Tujuan Penelitian

4

1.5 Manfaat Penelitian

4

1.6 Metodologi Penelitian

4

1.7 Lokasi Penelitian

4

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Kitosan

5

2.1.1 Sifat Kitosan

6

2.1.2 Kitosan Cangkang Belangkas

6

2.1.3 Kegunaan Kitosan

7

2.1.4 Modifikasi Kitosan

8

2.1.5 Kitosan sebagai Adsorben

9

2.1.6 Kemampuan Kitosan untuk Menyerap Logam

10
v

2.2 Arang Aktif

10

2.2.1 Sorpsi (Daya Serap)

12

2.3 Kopi

12

2.4 Logam Berat dan Pengaruhnya Pada Kesehatan

13

2.4.1 Timbal (Pb)

14

2.5 Ekstraksi Fase Padat

14

2.6 Karakterisasi Film

15

2.6.1 Pengujian Kekuatan Tarik

15

2.6.2 Analisis Distribusi Ukuran Partikel Menggunakan
Particle Size Analyzer

16

2.6.3 Spektroskopi FTIR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy) 17
2.6.4 Analisa Permukaan dengan SEM
(Scanning Electron Microscopy)

18

2.6.5 Spektrofotometer Serapan Atom (SSA)

18

BAB 3 BAHAN DAN METODE PENELITIAN
3.1. Alat-alat Penelitian

20

3.2. Bahan-bahan Penelitian

20

3.3. Prosedur Penelitian

21

3.3.1 Pembuatan Larutan Standar Pb2+

21
2+

3.3.1.1 Pembuatan Larutan Standar Pb 100 mg/L

21

3.3.1.2 Pembuatan Larutan Standar Pb2+ 10 mg/L

21

3.3.1.3 Pembuatan Larutan Standar Pb2+ 1 mg/L

21

3.3.1.4 Pembuatan Larutan Standar Pb2+ 100 µg/L

21

3.3.1.5 Pembuatan Larutan Standar Pb2+ 10 µg/L

21

3.3.1.6 Pembuatan Larutan Standar Pb2+ 8 µg/L

21

2+

3.3.1.7 Pembuatan Larutan Standar Pb 6 µg/L

22

3.3.1.8 Pembuatan Larutan Standar Pb2+ 4 µg/L

22

3.3.1.9 Pembuatan Larutan Standar Pb2+ 2 µg/L

22

vi

3.3.2 Pembuatan Karbon dari Ampas Kopi

22

3.3.3 Karakterisasi Karbon

23

3.3.3.1 Rendemen

23

3.3.3.2 Kadar Air

23

3.3.3.3 Kadar Abu

23

3.3.3.4 Kadar Zat Mudah Menguap

24

3.3.3.5 Kadar Karbon Terikat

24

3.3.4 Pembuatan Film Kitosan

24

3.3.5 Pembuatan Film Kitosan-Karbon

25

3.3.6 Kekuatan Tarik dari Film Kitosan dan Film Kitosan-Karbon

25

3.3.7 Karakterisasi Film Kitosan dan Film Kitosan-Karbon

25

3.3.8 Perlakuan Ekstraksi Metode SPE (Solid Phase Extraction)
dan Analisis Penyerapan Logam Pb(II) dengan Film Kitosan
dan Film Kitosan-Karbon pada Larutan Standar

26

3.4. Bagan Penelitian

27

3.4.1 Pembuatan Karbon dari Ampas Kopi

27

3.4.2 Pembuatan Film Kitosan dan Film Kitosan-Karbon

28

3.4.3 Penggunaan Film Kitosan dan Film Kitosan-Karbon sebagai
Penurun Konsentrasi Ion Logam Timbal (Pb) dengan
Metode SPE

29

BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Karakterisasi Karbon

30

4.1.1 Karakterisasi Karbon dengan PSA

32

4.1.2 Karakterisasi Karbon dengan FTIR

33

4.2. Karakterisasi Film Kitosan-Karbon

34

4.2.1 Karakterisasi Film Kitosan-Karbon dengan FTIR

34

4.2.2 Karakterisasi Film Kitosan-Karbon dengan SEM

37

4.2.3 Karakterisasi Film Kitosan-Karbon dengan Uji Mekanik

41

vii

4.3. Analisis Sampel

43

4.3.1 Penentuan Sensitifitas Instrumen AAS

43

4.3.2 Uji Linearitas

44

4.3.3 Analisa Pengukuran Sampel

45

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan

51

5.2. Saran

51

DAFTAR PUSTAKA

viii

DAFTAR TABEL

Nomor

Judul

Halaman

Tabel 2.1. Komposisi Biji Kopi Arabika dan Robusta setelah
Penyangraian (%bobot kering)

13

Tabel 4.1. Kualitas Karbon Aktif

30

Tabel 4.2. Data Analisis FTIR Karbon Aktif

33

Tabel 4.3. Data Analisis FTIR Film Kitosan

35

Tabel 4.4. Data Analisis FTIR Film Kitosan-Karbon

36

Tabel 4.5. Data Kekuatan Tarik Film

41

Tabel 4.6. Data Sensitifitas Instrumen AAS

43

Tabel 4.7. Absorbansi Uji Linearitas

44

Tabel 4.8. Data Hasil Pengukuran Absorbansi Larutan Standar Pb

46

Tabel 4.9. Hasil Pengukuran Sampel dengan AAS

47

ix

DAFTAR GAMBAR

Nomor

Judul

Halaman

Gambar 2.1 Struktur Kimia Kitosan

5

Gambar 2.2 Belangkas

7

Gambar 2.3 Struktur Arang Aktif

11

Gambar 4.1 Grafik Particle Size Analyzer (PSA) Karbon

32

Gambar 4.2 Spektrum FTIR Karbon Aktif

33

Gambar 4.3 Spektrum FTIR Film Kitosan

35

Gambar 4.4 Spektrum FTIR Film Kitosan-Karbon

36

Gambar 4.5 Penggabungan Spektrum FTIR Karbon Aktif, Film Kitosan dan
Film Kitosan-Karbon

37

Gambar 4.6 SEM Film Kitosan dan Film Kitosan-Karbon

38

Gambar 4.7 SEM-EDX Film Kitosan Perbesaran 1000x

39

Gambar 4.8 SEM-EDX Film Kitosan-Karbon Perbesaran 1000x

40

Gambar 4.9 Grafik Uji Kekuatan Tarik Pada Film

42

Gambar 4.10 Kurva Kalibrasi Uji Linearitas

45

Gambar 4.11 Kurva Kalibrasi Larutan Standar Pb

46

Gambar 4.12 Grafik % Penyerapan Logam Pb

47

Gambar 4.13 Ilustrasi Penyerapan Logam Pb pada Permukaan Karbon Aktif

49

Gambar 4.14 Struktur Senyawa Kompleks Kitosan dengan Pb2+

50

x

DAFTAR LAMPIRAN

Nomor

Judul

Halaman

Lampiran 1. Perhitungan Kualitas Karbon Aktif

57

Lampiran 2. Perhitungan Uji Tarik Film Kitosam dan Film Kitosan-Karbon

59

Lampiran 3. Penentuan Persamaan Garis Regresi dengan Metode Least Square
Pada Uji Linearitas terhadap Alat AAS

60

Lampiran 4. Perhitungan Persentase Daya Serap Film Kitosan-Karbon

63

Lampiran 5. PSA Karbon

67

Lampiran 6. SEM EDX Film Kitosan

68

Lampiran 7. SEM EDX Film Kitosan-Karbon

69

Lampiran 8. FTIR Karbon

70

Lampiran 9. FTIR Film Kitosan

71

Lampiran 10. FTIR Film Kitosan-Karbon

72

Lampiran 11. Dokumentasi Penelitian

73

xi