Kajian Pengaruh Kehadiran Kontaminan Organik dan Nonorganik Terhadap Produksi Busa SDS Pada Foam Generator Chapter III V
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1
Lokasi dan Waktu Penelitian
Penelitian dilakukan di Laboratorium Proses Industri Kimia dan Laboratorium Operasi Teknik
Kimia, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, Medan. Penelitian
ini dilakukan selama lebih kurang 3 bulan.
3.2 Bahan dan Peralatan yang Digunakan
Pada penelitian ini bahan yang digunakan antara lain:
1. SDS
2. Aquades
3. NaOH
4. HCl
5. Cd(CH3COO)2.2H2O
6. Kopi Hitam
7. Gas N2
3.2.1 Peralatan yang Digunakan
Peralatan yang digunakan yaitu kolom produksi busa yang digunakan sebagai wadah
pengontakan larutan surfaktan dengan gas N2, pompa peristaltik yang digunakan untuk mengalirkan
surfaktan, pH meter untuk mengukur pH larutan dan Atomic Adsorption Spectroscopy (AAS) adalah
alat analisa yang berfungsi untuk mengukur kandungan logam.
3.3 Diagram Kerja
Dipersiapkan
alat dan
bahan
Dirangkai alat
penelitian
Dikontakkan
Surfaktan
dengan Gas
N
Di uji kandungan ion logam dalam larutan dengan
menggunakan AAS
Diukur ketinggian
busa dan cairan
surfaktan ketika
mencapai konstan
Diukur stabilitas busa ketika
mencapai konstan
Gambar 3.1 Diagram Kerja Kapasitas Busa Dinamis dan Stabilitas Busa
14
Universitas Sumatera Utara
15
3.4 Prosedur Kerja
3.4.1 Prosedur Kerja Persiapan Alat dan Bahan
Persiapan alat meliputi kalibrasi laju alir dari pompa peristaltik, kalibrasi laju alir gas N2.
Persiapan bahan meliputi pengukuran konsentrasi dari surfaktan (cmc).
Mulai
Ditimbang SDS sebanyak 2,364 gr (1x cmc)
Kemudian dimasukkan ke dalam beaker glass dan
ditambah 1 L aquades
Percobaan diulang
untuk SDS 2 cmc
dan 3 cmc
Selesai
Gambar 3.2 Flowchart Persiapan Variasi Konsentrasi SDS
3.4.2 Prosedur Pembuatan Larutan
Larutan yang perlu disediakan yaitu larutan asam serta larutan basa yaitu larutan 0,1
M HCl 3 Liter dan 0,1 M NaOH 3 Liter.
A. Pembuatan Larutan Pengontrol pH : HCl 0,1 M (1 L)
1.
Larutan HCl 37% dipipet sebanyak 8,36 mL.
2. Larutan dimasukkan ke dalam beaker glass 1000 mL.
3. Larutan diencerkan dengan aquadest sampai batas 1000 mL.
Universitas Sumatera Utara
16
Mulai
Larutan HCl 37% dipipet sebanyak 8,36 mL
Larutan dimasukkan ke dalam beaker glass 1000 mL
Larutan diencerkan dengan aquadest sampai batas 1000 mL
Selesai
Gambar 3.3 Flowchart Pembuatan Larutan HCl 0,1 M
B. Pembuatan Larutan Pengontrol pH: NaOH 0,1 M (1 L)
1.
Padatan NaOH ditimbang sebanyak 4gr.
2.
Padatan NaOH dimasukkan ke dalam beaker glass 1000 mL.
3.
Padatan NaOH diencerkan dengan aquadest sampai batas 1000 ml.
Mulai
Padatan NaOH ditimbang sebanyak 4gr
Padatan NaOH dimasukkan ke dalam beaker glass
1000 mL
Padatan NaOH diencerkan dengan aquadest sampai batas
1000 mL
Selesai
Gambar 3.4 Flowchart Pembuatan Larutan NaOH 0,1 M
Universitas Sumatera Utara
17
C. Pembuatan Larutan Pelarut dengan pH 4,5
1.
Aquadest sebanyak 5 L dimasukkan ke dalam botol steril.
2.
Kemudian ke dalam aquadest ditambahkan HCl dan NaOH
hingga pH larutan 4,5.
Mulai
Aquadest sebanyak 5 L dimasukkan ke
dalam botol steril
Kemudian ke dalam aquadest ditambahkan HCl dan NaOH
hingga pH larutan 4,5
Selesai
Gambar 3.5 Flowchart Pembuatan Larutan Pelarut
D. Pembuatan Larutan Cd2+ 50 ppm
1. Larutan pelarut ber-pH 4,5 diambil sebanyak 2,5 L.
2. Kemudian larutan dimasukkan ke dalam botol steril.
3. Kemudian larutan ditambahkan padatan Cd(CH3COO)2.2H2O sebanyak
125 mg.
4. Campuran diaduk rata hingga padatan melarut.
5. Campuran dianalisa kadar logam dengan menggunakan AAS.
Universitas Sumatera Utara
18
Mulai
Larutan pelarut ber-pH 4,5 diambil sebanyak 2,5 L
Kemudian larutan dimasukkan ke dalam botol steril
Kemudian larutan ditambahkan padatan Cd(CH3COO)2.2H2O
sebanyak 125 mg
Campuran diaduk rata hingga padatan melarut
Analisa kadar logam dengan menggunakan AAS
Selesai
Gambar 3.6 Flowchart Pembuatan Larutan Standar Cd2+ (50 ppm)
E. Pembuatan Larutan Cd2+ 10 ppm, 20 ppm, 30 ppm dan 40 ppm
Mulai
Larutan Standar Cd2+ 50 ppm disiapkan
Disiapkan aquadest v ml untuk pengenceran yang disesuakan
dengan kadar Cd2+ yang diinginkan (M1.V1 =M2 . V2)
Kemudian larutan diaduk secara merata
Analisa kadar logam dengan menggunakan AAS
Selesai
Gambar 3.7 Flowchart Pembuatan Larutan Cd2+ 10, 20, 30 dan 40 (ppm)
Universitas Sumatera Utara
19
F. Pembuatan Larutan Kopi 50 ppm
Mulai
Dilarutkan Kopi Hitam kedalam Aquades mendidih
Larutan dipisahkan dari ampas kopi
Larutan yang sudah terbebas dari ampas di keringkan di dalam
oven hingga kembali berbentuk bubuk
Bubuk Kopi ditimbang 50 gr dan dilarutkan dengan l L Aquades
Selesai
Gambar 3.8 Flowchart Pembuatan Larutan Standar Kopi Hitam (50 ppm)
G. Pembuatan Larutan Kopi Hitam 10 ppm, 20 ppm, 30 ppm dan 40 ppm
Mulai
Larutan Standar Kopi Hitam 50 ppm disiapkan
Disiapkan aquadest v ml untuk pengenceran yang disesuakan
dengan kadar kopi yang diinginkan (M1.V1 =M2 . V2)
Kemudian larutan diaduk secara merata
Selesai
Gambar 3.9 Flowchart Pembuatan Larutan Kopi Hitam 10, 20, 30 dan 40 (ppm)
Universitas Sumatera Utara
20
3.4.3 Prosedur Penelitian
Setelah alat dan bahan dipersiapkan, campurkan larutan SDS dengan larutan ion
Cd2+ sesuai dengan variasi dalam penelitian. Kemudian dialirkan campuran larutan SDS
dengan larutan Cd2+ dengan laju alir 3 ml/menit dan dialirkan gas N2 kedalam kolom
produksi busa secara kontinu, dinyalakan stopwatch bersamaan dengan gas N2 dialirkan,
percobaan dihentikan pada saat ketinggian busa konstan (tidak berubah), dicatat kapasitas
busa terhadap waktu percobaan, tinggi busa, dan tinggi cairan surfaktan. Kemudian
diamati busa yang terbentuk tiap 5 menit untuk mendapatkan stabilitas busa surfaktan.
Setelah didapat stabilitas busa, di analisa kandungan ion logam menggunakan alat AAS.
Percobaan diulangi dengan memvariasikan konsentrasi surfaktan dan kontaminan logam
dan kopi hitam pada surfaktan.
3.5 Flowchart Penelitian
3.5.1 Flowchart Penelitian Pengaruh Konsentrasi SDS dan Konsentrasi Kontaminan
(Ion Logam Cd2+ dan Kopi Hitam) terhadap Kapasitas Busa Dinamis
Mulai
Dirangkai peralatan penelitian
Dicampurkan larutan SDS 1 cmc dan larutan kontaminan 10 ppm
Alirkan campuran larutan SDS dan larutan kontaminan kedalam
kolom produksi busa dengan laju alir 3 ml/menit
Dialirkan gas N2 dengan laju alir 60 cc/menit serta
nyalakan stopwatch untuk mengukur waktu
Diamati tinggi busa dan larutan surfaktan pada kolom
A
Universitas Sumatera Utara
21
A
Percobaan diulang dengan
konsentrasi SDS 2 cmc dan
3 cmc
Dicatat ketinggian busa dan waktu saat konstan
untuk mendapatkan data kapasitas busa dinamis
Selesai
Gambar 3.10 Flowchart Penelitian Pengaruh Konsentrasi SDS. Dilakukan terhadap
konsentrasi kontaminan 10 ppm, 20 ppm, 30 ppm, 40 ppm dan 50 ppm
3.5.2 Flowchart Penelitian Pengaruh Konsentrasi SDS dan Konsentrasi Logam
Cd2+ terhadap Stabilitas Busa
Mulai
Diamati pada saat ketinggian busa konstan
Diambil busa yang dihasilkan selama 3 menit ke dalam kolam gelas ukur
Dicatat ketinggian awal busa pada gelas ukur
Diamati ketinggian busa setiap 5 menit hingga konstan (tidak berubah)
Pada sampel pada busa dengan AAS
Selesai
Gambar 3.11 Flowchart Penelitian Stabilitas Busa terhadap Kontaminan Cd2+
Universitas Sumatera Utara
22
3.5.3 Flowchart Penelitian Pengaruh Konsentrasi SDS dan Konsentrasi Kopi
Hitam terhadap Stabilitas Busa
Mulai
Diamati pada saat ketinggian busa konstan
Diambil busa yang dihasilkan selama 3 menit ke dalam kolam gelas ukur
Dicatat ketinggian awal busa pada gelas ukur
Diamati ketinggian busa setiap 5 menit hingga konstan (tidak berubah)
Selesai
Gambar 3.12 Flowchart Penelitian Stabilitas Busa terhadap Kontaminan Kopi Hitam
Gambar 3.13 Rangkaian Peralatan Foam Generator
Universitas Sumatera Utara
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1
Pengaruh Konsentrasi Logam Cd2+ terhadap Konsentrasi SDS
Pada penelitian ini digunakan Logam Cd2+ dengan variasi konsentrasi yang
digunakan: 10 ppm, 20 ppm, 30 ppm, 40 ppm dan 50 ppm dan SDS dengan variasi
konsesntrasi yang digunakan: 1x cmc, 2x cmc dan 3x cmc. Maka diperoleh hasil
pengukuran ketinggian terhadap pengaruh konsentrasi Logam Cd2+ adalah sebagai
berikut:
Kapasitas Busa
10
Tinggi Busa (cm)
8
6
1x cmc
2x cmc
4
3x cmc
2
0
0
10
20
30
Konsentrasi Ion Logam
40
Cd2+
50
(ppm)
Gambar 4.1 Pengaruh Konsentrasi Logam Cd2+ terhadap Tinggi Busa
Gambar 4.1 merupakan grafik pengaruh Konsentrasi Logam Cd2+ terhadap
konsentrasi SDS tertentu terhadap kapasitas busa. Data kapasitas busa dinamis pada
konsentrasi logam Cd2+ dapat dilihat pada Tabel L1.1 (Lampiran 1).
Dapat dilihat jika semakin besar konsentrasi SDS yang digunakan maka akan
menyebabkan bertambahnya ketinggian busa yang diperoleh dan semakin besar
konsentrasi logam Cd2+ maka kapasitas busa semakin tinggi busa yang dihasilkan.
Berdasarkan teori, logam Cd2+ dalam fase cair yang memiliki muatan positif dan
23
Universitas Sumatera Utara
24
surfaktan SDS memiliki muatan negatif akan meningkatkan tekanan misel. Sehingga
ketika gelembung mengalir ke kolom, kemampuan misel untuk menyerap gas dalam
memproduksi busa cenderung lebih cepat untuk mencapai kapasitas busa konstan [3].
Gambar 4.2 Interaksi Sodium Dodecyl Sulfate dengan Ion Logam Cd2+.
Pada gambar diatas memperlihatkan interaksi SDS dengan ion logam Cd2+ dimana
ion logam tersebut meningkatkan ikatan monomer sehingga kapasitas busa yang
terbentuk menjadi lebih besar tanpa kontaminan [2].
4.2
Pengaruh Konsentrasi Kopi Hitam terhadap Konsentrasi SDS
Pada penelitian ini digunakan kopi Hitam dengan variasi konsentrasi yang
digunakan: 10 ppm, 20 ppm, 30 ppm, 40 ppm dan 50 ppm dan SDS dengan variasi
konsesntrasi yang digunakan: 1x cmc, 2x cmc dan 3x cmc. Maka diperoleh hasil
pengukuran ketinggian terhadap pengaruh konsentrasi kopi adalah sebagai berikut:
Universitas Sumatera Utara
25
Kapasitas Busa
10
Tinggi Busa (cm)
8
6
1x cmc
2x cmc
4
3x cmc
2
0
0
10
20
30
40
50
Konsentrasi Kopi Hitam (ppm)
Gambar 4.3 Pengaruh Konsentrasi Kopi terhadap Tinggi Busa
Gambar 4.3 merupakan grafik pengaruh Konsentrasi Kopi Hitam terhadap
konsentrasi SDS tertentu terhadap kapasitas busa. Data kapasitas busa dinamis pada
konsentrasi kopi dapat dilihat pada Tabel L1.2 (Lampiran 1).
Dapat dilihat jika semakin besar konsentrasi SDS yang digunakan maka akan
menyebabkan bertambahnya ketinggian busa yang diperoleh. Namun, semakin besar
konsentrasi kopi maka semakin rendah busa yang dihasilkan. Menurut teori, Kopi
Hitam memiliki pH 5-6 dengan muatan negatif pada permukaannya.[14] Kehadiran
partikel kopi dalam larutan dapat menghasilkan kompleksitas pada misel SDS dalam
larutan. Pada kondisi awal interaksi Kopi Hitam dengan SDS membentuk ikatan
misel yang baik karena kopi yang bersifat pH asam sehingga memiliki muatan positif
dan SDS bersifat basa yang memiliki negatif. Namun ketika terbentuknya busa
dipermukaan, ikatan lamella yang terbentuk menjadi mudah pecah dikarenakan
partikel Kopi Hitam. Partikel Kopi Hitam membuat ikatan pada lamella menjadi
lemah dan kapasitas busa yang dihasilkan menjadi lebih sedikit dibandingkan dengan
kondisi larutan SDS tanpa kehadiran kontaminan.
Universitas Sumatera Utara
26
Kinetika Kapasitas Busa terhadap Kontaminan Logam Cd2+ 50 ppm
10
Tinggi Busa (cm)
8
6
1x cmc
2x cmc
4
3x cmc
2
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Waktu (menit)
Gambar 4.4 Kinetika Kapasitas Busa terhadap Kontaminan Logam Cd2+ 50 ppm
Kinetika Kapasitas Busa terhadap Kontaminan Kopi 50 ppm
10
Tinggi Busa (cm)
8
6
1x cmc
2x cmc
4
3x cmc
2
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Waktu (Menit)
Gambar 4.5 Kinetika Kapasitas Busa terhadap Kontaminan Kopi Hitam 50 ppm
Gambar 4.4 dan 4.5 merupakan grafik kinetika kapasitas busa terhadap
kontaminan yaitu logam Cd2+ dan Kopi Hitam. Dapat dilihat kapasitas busa yang
dihasilkan dengan kehadiran kontaminan Cd2+ lebih besar dibandingkan dengan
Universitas Sumatera Utara
27
kehadiran kontaminan Kopi Hitam. Pada umumnya pada setiap kehadiran
kontaminan semakin besar konsentrasi surfaktan SDS maka semakin tinggi busa
yang dihasilkan.
4.3 Stabilitas Busa
Pada penelitian ini dilakukan pengukuran stabilitas busa untuk mengetahui
waktu yang diperlukan busa kembali menjadi fasa cair. Stabilitas busa dilakukan
dengan cara pengambilan busa yang dihasilkan dari foam generator pada saat
ketinggian busa konstan. Pengambilan busa di sampling pada gelas ukur, dengan
ketinggian busa pada gelas ukur setinggi 7 cm.
Stabilitas Busa
8
Tinggi Busa (cm)
7,5
Tanpa Kontaminan
7
Dengan Kontaminan Ion
Dengan Kontaminan
2+
Logam
CdCd2+
Ion
Logam
6,5
Dengan Kontaminan
Kopi Hitam
6
5,5
5
0
5
10
15
20
25
Waktu (menit)
Gambar 4.5 Perbandingan Stabilitas Busa
Gambar 4.6 merupakan grafik perbandingan stabilitas busa antara tanpa
kontaminan dan kehadiran kontaminan logam Cd2+ dan Kopi Hitam.
Pada 3x cmc tanpa kehadiran kontaminan, dari data diperoleh tinggi awal busa
sebesar 7 cm. Ketinggian busa pada gelas ukur mengalami penurunan pada menit ke5 hingga konstan pada menit ke-25 sebesar: 6,7 cm.
Pada 3x cmc dengan kehadiran logam Cd2+, dari data diperoleh tinggi awal
busa sebesar 7 cm. Ketinggian busa pada gelas ukur mengalami penurunan pada
menit ke-5 hingga konstan pada menit ke-25 sebesar: 6,8 cm.
Universitas Sumatera Utara
28
Pada 3x cmc dengan kehadiran Kopi Hitam, dari data diperoleh tinggi awal
busa sebesar 7 cm. Ketinggian busa pada gelas ukur mengalami penurunan pada
menit ke-5 hingga konstan pada menit ke-25 sebesar: 6,49 cm.
Dapat dilihat, pada kehadiran logam Cd2+ memperlihatkan grafik stabilitas
busa yang lebih stabil dibandingkan dengan tanpa kontaminan. Sedangkan pada
kehadiran Kopi Hitam, grafik yang terbentuk kurang stabil dibandingkan dengan
stabilitas busa tanpa kontaminan.
Stabilitas Busa
8
Tinggi Busa (cm)
7,5
7
10 ppm
20 ppm
6,5
30 ppm
40 ppm
6
50 ppm
5,5
5
1
2
3
4
5
6
Waktu (menit)
Gambar 4.7 Stabilitas Busa Dengan Kontaminan Logam Cd2+ Dengan Konsentrasi
50 ppm
Gambar 4.7 merupakan grafik Stabilitas busa dengan kontaminan logam
Cd2+. Dapat dilihat dari grafik tersebut semakin besar konsentrasi logam Cd2+
semakin stabil busa yang dihasilkan. Menurut teori, pada kehadiran logam Cd2+ busa
yang terbentuk lebih stabil dikarenakan surfaktan SDS yang bermuatan negatif akan
menghasilkan busa yang stabil. Misel dari surfaktan SDS yang bermuatan negatif
akan membentuk ikatan lamel dengan Cd2+ yang bermuatan positif sehingga
membentuk busa yang stabil [3].
Universitas Sumatera Utara
29
Stabilitas Busa
8
Tinggi Busa (cm)
7,5
7
10 ppm
20 ppm
6,5
30 ppm
40 ppm
6
50 ppm
5,5
5
1
2
3
4
5
6
Waktu (menit)
Gambar 4.8 Stabilitas Busa Dengan Kontaminan Kopi Hitam Dengan Konsentrasi 50
ppm
Gambar 4.8 merupakan grafik Stabilitas busa dengan kontaminan kopi Hitam.
Dapat dilihat dari grafik tersebut semakin besar konsentrasi kopi maka busa yang
dihasilkan kurang stabil. Menurut teori, kopi hitam memiliki pH 5-6 dengan muatan
negatif pada permukaannya.[14] Kehadiran partikel Kopi Hitam dalam larutan dapat
menghasilkan kompleksitas pada misel SDS dalam larutan. Pada kondisi awal
interaksi Kopi Hitam dengan SDS membentuk ikatan misel yang baik karena Kopi
Hitam yang bersifat pH asam sehingga memiliki muatan positif dan SDS bersifat
basa yang memiliki negatif. Namun ketika terbentuknya busa dipermukaan, ikatan
lamella yang terbentuk menjadi mudah pecah dikarenakan partikel Kopi Hitam.
Partikel Kopi Hitam membuat ikatan pada lamella menjadi lemah dan stabilitas busa
yang dihasilkan menjadi kurang stabil dibandingkan dengan kondisi larutan SDS
tanpa kehadiran kontaminan.
Universitas Sumatera Utara
30
Gambar 4.9 Ketahanan Antarmuka Busa Surfaktan [15]
Ketika partikel hidrofilik ditambahkan ke busa, cenderung untuk tetap berada di fasa
cair (gambar 4.9d). Partikel yang lebih kecil dari diameter busa awalnya ditemukan
seluruh volume cairan, kemudian dalam film secara bertahap menipis (gambar 4.9d).
Menggunakan partikel koloid dalam kondisi dimana mereka membuat gel lebih kuat,
memungkinkan untuk pembuatan busa yang stabil tanpa batas waktu, jika elastisitas
gel cukup tinggi untuk menangkap kedua drainase dan pengkasaran. Hal ini sering
dilakukan dengan partikel permukaan aktif adsorbing yang baik ke antarmuka
gelembung dan gel tersebut dalam jumlah besar (gambar 4.9e). Pengaruh partikel
yang lebih besar atau kelompok partikel juga telah diteliti (ukuran yang sama disebut
sebagai PBs). Partikel seperti itu akan dikeluarkan dari film selama pembentukan
busa, dan berada di PBs dari busa (gambar 4.9f). Resistensi terhadap perubahan luas
permukaan atau konsentrasi permukaan dideskripsikan oleh ketahanan antarmuka
[16].
Universitas Sumatera Utara
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1
KESIMPULAN
Adapun kesimpulan yang dapat diperoleh antara lain sebagai berikut :
1. Dari hasil analisa pengaruh konsentrasi logam Cd2+ terhadap konsentrasi SDS
diperoleh ketinggian busa terbesar pada konsentrasi logam Cd2+ 50 ppm dan
konsentrasi SDS 3x cmc, sebesar 8,8 cm.
2. Dari hasil analisa pengaruh konsentrasi Kopi Hitam terhadap konsentrasi
SDS diperoleh ketinggian busa terbesar pada konsentrasi Kopi Hitam 10 ppm
dan konsentrasi SDS 1x cmc, sebesar 4,3 cm.
3. Ketinggian busa yang diperoleh pada pengaruh konsentrasi Logam Cd2+ lebih
besar dari pengaruh konsentrasi Kopi Hitam.
4. Stabilitas busa dilakukan pengukuran pada waktu 0, 5, 10, 15 20 dan 25
menit. Dari hasil analisa diperoleh busa stabil (ketinggian busa pada gelas
ukur tidak berubah lagi) pada waktu 25 menit.
5.2
SARAN
Adapun saran yang perlu dilakukan penelitian lanjutan seperti:
1. Disarankan
untuk menggunakan jenis surfaktan
yang lain untuk
membandingkan kapasitas dan stabilitas busa yang dihasilkan.
2. Disarankan untuk menggunakan jenis zat nonorganik lainnya.
3. Disarankan untuk menggunakan jenis zat organik lainnya.
4. Disarankan untuk melakukan penelitian menggunakan variabel yang
rentangnya lebih jauh.
31
Universitas Sumatera Utara
METODOLOGI PENELITIAN
3.1
Lokasi dan Waktu Penelitian
Penelitian dilakukan di Laboratorium Proses Industri Kimia dan Laboratorium Operasi Teknik
Kimia, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, Medan. Penelitian
ini dilakukan selama lebih kurang 3 bulan.
3.2 Bahan dan Peralatan yang Digunakan
Pada penelitian ini bahan yang digunakan antara lain:
1. SDS
2. Aquades
3. NaOH
4. HCl
5. Cd(CH3COO)2.2H2O
6. Kopi Hitam
7. Gas N2
3.2.1 Peralatan yang Digunakan
Peralatan yang digunakan yaitu kolom produksi busa yang digunakan sebagai wadah
pengontakan larutan surfaktan dengan gas N2, pompa peristaltik yang digunakan untuk mengalirkan
surfaktan, pH meter untuk mengukur pH larutan dan Atomic Adsorption Spectroscopy (AAS) adalah
alat analisa yang berfungsi untuk mengukur kandungan logam.
3.3 Diagram Kerja
Dipersiapkan
alat dan
bahan
Dirangkai alat
penelitian
Dikontakkan
Surfaktan
dengan Gas
N
Di uji kandungan ion logam dalam larutan dengan
menggunakan AAS
Diukur ketinggian
busa dan cairan
surfaktan ketika
mencapai konstan
Diukur stabilitas busa ketika
mencapai konstan
Gambar 3.1 Diagram Kerja Kapasitas Busa Dinamis dan Stabilitas Busa
14
Universitas Sumatera Utara
15
3.4 Prosedur Kerja
3.4.1 Prosedur Kerja Persiapan Alat dan Bahan
Persiapan alat meliputi kalibrasi laju alir dari pompa peristaltik, kalibrasi laju alir gas N2.
Persiapan bahan meliputi pengukuran konsentrasi dari surfaktan (cmc).
Mulai
Ditimbang SDS sebanyak 2,364 gr (1x cmc)
Kemudian dimasukkan ke dalam beaker glass dan
ditambah 1 L aquades
Percobaan diulang
untuk SDS 2 cmc
dan 3 cmc
Selesai
Gambar 3.2 Flowchart Persiapan Variasi Konsentrasi SDS
3.4.2 Prosedur Pembuatan Larutan
Larutan yang perlu disediakan yaitu larutan asam serta larutan basa yaitu larutan 0,1
M HCl 3 Liter dan 0,1 M NaOH 3 Liter.
A. Pembuatan Larutan Pengontrol pH : HCl 0,1 M (1 L)
1.
Larutan HCl 37% dipipet sebanyak 8,36 mL.
2. Larutan dimasukkan ke dalam beaker glass 1000 mL.
3. Larutan diencerkan dengan aquadest sampai batas 1000 mL.
Universitas Sumatera Utara
16
Mulai
Larutan HCl 37% dipipet sebanyak 8,36 mL
Larutan dimasukkan ke dalam beaker glass 1000 mL
Larutan diencerkan dengan aquadest sampai batas 1000 mL
Selesai
Gambar 3.3 Flowchart Pembuatan Larutan HCl 0,1 M
B. Pembuatan Larutan Pengontrol pH: NaOH 0,1 M (1 L)
1.
Padatan NaOH ditimbang sebanyak 4gr.
2.
Padatan NaOH dimasukkan ke dalam beaker glass 1000 mL.
3.
Padatan NaOH diencerkan dengan aquadest sampai batas 1000 ml.
Mulai
Padatan NaOH ditimbang sebanyak 4gr
Padatan NaOH dimasukkan ke dalam beaker glass
1000 mL
Padatan NaOH diencerkan dengan aquadest sampai batas
1000 mL
Selesai
Gambar 3.4 Flowchart Pembuatan Larutan NaOH 0,1 M
Universitas Sumatera Utara
17
C. Pembuatan Larutan Pelarut dengan pH 4,5
1.
Aquadest sebanyak 5 L dimasukkan ke dalam botol steril.
2.
Kemudian ke dalam aquadest ditambahkan HCl dan NaOH
hingga pH larutan 4,5.
Mulai
Aquadest sebanyak 5 L dimasukkan ke
dalam botol steril
Kemudian ke dalam aquadest ditambahkan HCl dan NaOH
hingga pH larutan 4,5
Selesai
Gambar 3.5 Flowchart Pembuatan Larutan Pelarut
D. Pembuatan Larutan Cd2+ 50 ppm
1. Larutan pelarut ber-pH 4,5 diambil sebanyak 2,5 L.
2. Kemudian larutan dimasukkan ke dalam botol steril.
3. Kemudian larutan ditambahkan padatan Cd(CH3COO)2.2H2O sebanyak
125 mg.
4. Campuran diaduk rata hingga padatan melarut.
5. Campuran dianalisa kadar logam dengan menggunakan AAS.
Universitas Sumatera Utara
18
Mulai
Larutan pelarut ber-pH 4,5 diambil sebanyak 2,5 L
Kemudian larutan dimasukkan ke dalam botol steril
Kemudian larutan ditambahkan padatan Cd(CH3COO)2.2H2O
sebanyak 125 mg
Campuran diaduk rata hingga padatan melarut
Analisa kadar logam dengan menggunakan AAS
Selesai
Gambar 3.6 Flowchart Pembuatan Larutan Standar Cd2+ (50 ppm)
E. Pembuatan Larutan Cd2+ 10 ppm, 20 ppm, 30 ppm dan 40 ppm
Mulai
Larutan Standar Cd2+ 50 ppm disiapkan
Disiapkan aquadest v ml untuk pengenceran yang disesuakan
dengan kadar Cd2+ yang diinginkan (M1.V1 =M2 . V2)
Kemudian larutan diaduk secara merata
Analisa kadar logam dengan menggunakan AAS
Selesai
Gambar 3.7 Flowchart Pembuatan Larutan Cd2+ 10, 20, 30 dan 40 (ppm)
Universitas Sumatera Utara
19
F. Pembuatan Larutan Kopi 50 ppm
Mulai
Dilarutkan Kopi Hitam kedalam Aquades mendidih
Larutan dipisahkan dari ampas kopi
Larutan yang sudah terbebas dari ampas di keringkan di dalam
oven hingga kembali berbentuk bubuk
Bubuk Kopi ditimbang 50 gr dan dilarutkan dengan l L Aquades
Selesai
Gambar 3.8 Flowchart Pembuatan Larutan Standar Kopi Hitam (50 ppm)
G. Pembuatan Larutan Kopi Hitam 10 ppm, 20 ppm, 30 ppm dan 40 ppm
Mulai
Larutan Standar Kopi Hitam 50 ppm disiapkan
Disiapkan aquadest v ml untuk pengenceran yang disesuakan
dengan kadar kopi yang diinginkan (M1.V1 =M2 . V2)
Kemudian larutan diaduk secara merata
Selesai
Gambar 3.9 Flowchart Pembuatan Larutan Kopi Hitam 10, 20, 30 dan 40 (ppm)
Universitas Sumatera Utara
20
3.4.3 Prosedur Penelitian
Setelah alat dan bahan dipersiapkan, campurkan larutan SDS dengan larutan ion
Cd2+ sesuai dengan variasi dalam penelitian. Kemudian dialirkan campuran larutan SDS
dengan larutan Cd2+ dengan laju alir 3 ml/menit dan dialirkan gas N2 kedalam kolom
produksi busa secara kontinu, dinyalakan stopwatch bersamaan dengan gas N2 dialirkan,
percobaan dihentikan pada saat ketinggian busa konstan (tidak berubah), dicatat kapasitas
busa terhadap waktu percobaan, tinggi busa, dan tinggi cairan surfaktan. Kemudian
diamati busa yang terbentuk tiap 5 menit untuk mendapatkan stabilitas busa surfaktan.
Setelah didapat stabilitas busa, di analisa kandungan ion logam menggunakan alat AAS.
Percobaan diulangi dengan memvariasikan konsentrasi surfaktan dan kontaminan logam
dan kopi hitam pada surfaktan.
3.5 Flowchart Penelitian
3.5.1 Flowchart Penelitian Pengaruh Konsentrasi SDS dan Konsentrasi Kontaminan
(Ion Logam Cd2+ dan Kopi Hitam) terhadap Kapasitas Busa Dinamis
Mulai
Dirangkai peralatan penelitian
Dicampurkan larutan SDS 1 cmc dan larutan kontaminan 10 ppm
Alirkan campuran larutan SDS dan larutan kontaminan kedalam
kolom produksi busa dengan laju alir 3 ml/menit
Dialirkan gas N2 dengan laju alir 60 cc/menit serta
nyalakan stopwatch untuk mengukur waktu
Diamati tinggi busa dan larutan surfaktan pada kolom
A
Universitas Sumatera Utara
21
A
Percobaan diulang dengan
konsentrasi SDS 2 cmc dan
3 cmc
Dicatat ketinggian busa dan waktu saat konstan
untuk mendapatkan data kapasitas busa dinamis
Selesai
Gambar 3.10 Flowchart Penelitian Pengaruh Konsentrasi SDS. Dilakukan terhadap
konsentrasi kontaminan 10 ppm, 20 ppm, 30 ppm, 40 ppm dan 50 ppm
3.5.2 Flowchart Penelitian Pengaruh Konsentrasi SDS dan Konsentrasi Logam
Cd2+ terhadap Stabilitas Busa
Mulai
Diamati pada saat ketinggian busa konstan
Diambil busa yang dihasilkan selama 3 menit ke dalam kolam gelas ukur
Dicatat ketinggian awal busa pada gelas ukur
Diamati ketinggian busa setiap 5 menit hingga konstan (tidak berubah)
Pada sampel pada busa dengan AAS
Selesai
Gambar 3.11 Flowchart Penelitian Stabilitas Busa terhadap Kontaminan Cd2+
Universitas Sumatera Utara
22
3.5.3 Flowchart Penelitian Pengaruh Konsentrasi SDS dan Konsentrasi Kopi
Hitam terhadap Stabilitas Busa
Mulai
Diamati pada saat ketinggian busa konstan
Diambil busa yang dihasilkan selama 3 menit ke dalam kolam gelas ukur
Dicatat ketinggian awal busa pada gelas ukur
Diamati ketinggian busa setiap 5 menit hingga konstan (tidak berubah)
Selesai
Gambar 3.12 Flowchart Penelitian Stabilitas Busa terhadap Kontaminan Kopi Hitam
Gambar 3.13 Rangkaian Peralatan Foam Generator
Universitas Sumatera Utara
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1
Pengaruh Konsentrasi Logam Cd2+ terhadap Konsentrasi SDS
Pada penelitian ini digunakan Logam Cd2+ dengan variasi konsentrasi yang
digunakan: 10 ppm, 20 ppm, 30 ppm, 40 ppm dan 50 ppm dan SDS dengan variasi
konsesntrasi yang digunakan: 1x cmc, 2x cmc dan 3x cmc. Maka diperoleh hasil
pengukuran ketinggian terhadap pengaruh konsentrasi Logam Cd2+ adalah sebagai
berikut:
Kapasitas Busa
10
Tinggi Busa (cm)
8
6
1x cmc
2x cmc
4
3x cmc
2
0
0
10
20
30
Konsentrasi Ion Logam
40
Cd2+
50
(ppm)
Gambar 4.1 Pengaruh Konsentrasi Logam Cd2+ terhadap Tinggi Busa
Gambar 4.1 merupakan grafik pengaruh Konsentrasi Logam Cd2+ terhadap
konsentrasi SDS tertentu terhadap kapasitas busa. Data kapasitas busa dinamis pada
konsentrasi logam Cd2+ dapat dilihat pada Tabel L1.1 (Lampiran 1).
Dapat dilihat jika semakin besar konsentrasi SDS yang digunakan maka akan
menyebabkan bertambahnya ketinggian busa yang diperoleh dan semakin besar
konsentrasi logam Cd2+ maka kapasitas busa semakin tinggi busa yang dihasilkan.
Berdasarkan teori, logam Cd2+ dalam fase cair yang memiliki muatan positif dan
23
Universitas Sumatera Utara
24
surfaktan SDS memiliki muatan negatif akan meningkatkan tekanan misel. Sehingga
ketika gelembung mengalir ke kolom, kemampuan misel untuk menyerap gas dalam
memproduksi busa cenderung lebih cepat untuk mencapai kapasitas busa konstan [3].
Gambar 4.2 Interaksi Sodium Dodecyl Sulfate dengan Ion Logam Cd2+.
Pada gambar diatas memperlihatkan interaksi SDS dengan ion logam Cd2+ dimana
ion logam tersebut meningkatkan ikatan monomer sehingga kapasitas busa yang
terbentuk menjadi lebih besar tanpa kontaminan [2].
4.2
Pengaruh Konsentrasi Kopi Hitam terhadap Konsentrasi SDS
Pada penelitian ini digunakan kopi Hitam dengan variasi konsentrasi yang
digunakan: 10 ppm, 20 ppm, 30 ppm, 40 ppm dan 50 ppm dan SDS dengan variasi
konsesntrasi yang digunakan: 1x cmc, 2x cmc dan 3x cmc. Maka diperoleh hasil
pengukuran ketinggian terhadap pengaruh konsentrasi kopi adalah sebagai berikut:
Universitas Sumatera Utara
25
Kapasitas Busa
10
Tinggi Busa (cm)
8
6
1x cmc
2x cmc
4
3x cmc
2
0
0
10
20
30
40
50
Konsentrasi Kopi Hitam (ppm)
Gambar 4.3 Pengaruh Konsentrasi Kopi terhadap Tinggi Busa
Gambar 4.3 merupakan grafik pengaruh Konsentrasi Kopi Hitam terhadap
konsentrasi SDS tertentu terhadap kapasitas busa. Data kapasitas busa dinamis pada
konsentrasi kopi dapat dilihat pada Tabel L1.2 (Lampiran 1).
Dapat dilihat jika semakin besar konsentrasi SDS yang digunakan maka akan
menyebabkan bertambahnya ketinggian busa yang diperoleh. Namun, semakin besar
konsentrasi kopi maka semakin rendah busa yang dihasilkan. Menurut teori, Kopi
Hitam memiliki pH 5-6 dengan muatan negatif pada permukaannya.[14] Kehadiran
partikel kopi dalam larutan dapat menghasilkan kompleksitas pada misel SDS dalam
larutan. Pada kondisi awal interaksi Kopi Hitam dengan SDS membentuk ikatan
misel yang baik karena kopi yang bersifat pH asam sehingga memiliki muatan positif
dan SDS bersifat basa yang memiliki negatif. Namun ketika terbentuknya busa
dipermukaan, ikatan lamella yang terbentuk menjadi mudah pecah dikarenakan
partikel Kopi Hitam. Partikel Kopi Hitam membuat ikatan pada lamella menjadi
lemah dan kapasitas busa yang dihasilkan menjadi lebih sedikit dibandingkan dengan
kondisi larutan SDS tanpa kehadiran kontaminan.
Universitas Sumatera Utara
26
Kinetika Kapasitas Busa terhadap Kontaminan Logam Cd2+ 50 ppm
10
Tinggi Busa (cm)
8
6
1x cmc
2x cmc
4
3x cmc
2
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Waktu (menit)
Gambar 4.4 Kinetika Kapasitas Busa terhadap Kontaminan Logam Cd2+ 50 ppm
Kinetika Kapasitas Busa terhadap Kontaminan Kopi 50 ppm
10
Tinggi Busa (cm)
8
6
1x cmc
2x cmc
4
3x cmc
2
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Waktu (Menit)
Gambar 4.5 Kinetika Kapasitas Busa terhadap Kontaminan Kopi Hitam 50 ppm
Gambar 4.4 dan 4.5 merupakan grafik kinetika kapasitas busa terhadap
kontaminan yaitu logam Cd2+ dan Kopi Hitam. Dapat dilihat kapasitas busa yang
dihasilkan dengan kehadiran kontaminan Cd2+ lebih besar dibandingkan dengan
Universitas Sumatera Utara
27
kehadiran kontaminan Kopi Hitam. Pada umumnya pada setiap kehadiran
kontaminan semakin besar konsentrasi surfaktan SDS maka semakin tinggi busa
yang dihasilkan.
4.3 Stabilitas Busa
Pada penelitian ini dilakukan pengukuran stabilitas busa untuk mengetahui
waktu yang diperlukan busa kembali menjadi fasa cair. Stabilitas busa dilakukan
dengan cara pengambilan busa yang dihasilkan dari foam generator pada saat
ketinggian busa konstan. Pengambilan busa di sampling pada gelas ukur, dengan
ketinggian busa pada gelas ukur setinggi 7 cm.
Stabilitas Busa
8
Tinggi Busa (cm)
7,5
Tanpa Kontaminan
7
Dengan Kontaminan Ion
Dengan Kontaminan
2+
Logam
CdCd2+
Ion
Logam
6,5
Dengan Kontaminan
Kopi Hitam
6
5,5
5
0
5
10
15
20
25
Waktu (menit)
Gambar 4.5 Perbandingan Stabilitas Busa
Gambar 4.6 merupakan grafik perbandingan stabilitas busa antara tanpa
kontaminan dan kehadiran kontaminan logam Cd2+ dan Kopi Hitam.
Pada 3x cmc tanpa kehadiran kontaminan, dari data diperoleh tinggi awal busa
sebesar 7 cm. Ketinggian busa pada gelas ukur mengalami penurunan pada menit ke5 hingga konstan pada menit ke-25 sebesar: 6,7 cm.
Pada 3x cmc dengan kehadiran logam Cd2+, dari data diperoleh tinggi awal
busa sebesar 7 cm. Ketinggian busa pada gelas ukur mengalami penurunan pada
menit ke-5 hingga konstan pada menit ke-25 sebesar: 6,8 cm.
Universitas Sumatera Utara
28
Pada 3x cmc dengan kehadiran Kopi Hitam, dari data diperoleh tinggi awal
busa sebesar 7 cm. Ketinggian busa pada gelas ukur mengalami penurunan pada
menit ke-5 hingga konstan pada menit ke-25 sebesar: 6,49 cm.
Dapat dilihat, pada kehadiran logam Cd2+ memperlihatkan grafik stabilitas
busa yang lebih stabil dibandingkan dengan tanpa kontaminan. Sedangkan pada
kehadiran Kopi Hitam, grafik yang terbentuk kurang stabil dibandingkan dengan
stabilitas busa tanpa kontaminan.
Stabilitas Busa
8
Tinggi Busa (cm)
7,5
7
10 ppm
20 ppm
6,5
30 ppm
40 ppm
6
50 ppm
5,5
5
1
2
3
4
5
6
Waktu (menit)
Gambar 4.7 Stabilitas Busa Dengan Kontaminan Logam Cd2+ Dengan Konsentrasi
50 ppm
Gambar 4.7 merupakan grafik Stabilitas busa dengan kontaminan logam
Cd2+. Dapat dilihat dari grafik tersebut semakin besar konsentrasi logam Cd2+
semakin stabil busa yang dihasilkan. Menurut teori, pada kehadiran logam Cd2+ busa
yang terbentuk lebih stabil dikarenakan surfaktan SDS yang bermuatan negatif akan
menghasilkan busa yang stabil. Misel dari surfaktan SDS yang bermuatan negatif
akan membentuk ikatan lamel dengan Cd2+ yang bermuatan positif sehingga
membentuk busa yang stabil [3].
Universitas Sumatera Utara
29
Stabilitas Busa
8
Tinggi Busa (cm)
7,5
7
10 ppm
20 ppm
6,5
30 ppm
40 ppm
6
50 ppm
5,5
5
1
2
3
4
5
6
Waktu (menit)
Gambar 4.8 Stabilitas Busa Dengan Kontaminan Kopi Hitam Dengan Konsentrasi 50
ppm
Gambar 4.8 merupakan grafik Stabilitas busa dengan kontaminan kopi Hitam.
Dapat dilihat dari grafik tersebut semakin besar konsentrasi kopi maka busa yang
dihasilkan kurang stabil. Menurut teori, kopi hitam memiliki pH 5-6 dengan muatan
negatif pada permukaannya.[14] Kehadiran partikel Kopi Hitam dalam larutan dapat
menghasilkan kompleksitas pada misel SDS dalam larutan. Pada kondisi awal
interaksi Kopi Hitam dengan SDS membentuk ikatan misel yang baik karena Kopi
Hitam yang bersifat pH asam sehingga memiliki muatan positif dan SDS bersifat
basa yang memiliki negatif. Namun ketika terbentuknya busa dipermukaan, ikatan
lamella yang terbentuk menjadi mudah pecah dikarenakan partikel Kopi Hitam.
Partikel Kopi Hitam membuat ikatan pada lamella menjadi lemah dan stabilitas busa
yang dihasilkan menjadi kurang stabil dibandingkan dengan kondisi larutan SDS
tanpa kehadiran kontaminan.
Universitas Sumatera Utara
30
Gambar 4.9 Ketahanan Antarmuka Busa Surfaktan [15]
Ketika partikel hidrofilik ditambahkan ke busa, cenderung untuk tetap berada di fasa
cair (gambar 4.9d). Partikel yang lebih kecil dari diameter busa awalnya ditemukan
seluruh volume cairan, kemudian dalam film secara bertahap menipis (gambar 4.9d).
Menggunakan partikel koloid dalam kondisi dimana mereka membuat gel lebih kuat,
memungkinkan untuk pembuatan busa yang stabil tanpa batas waktu, jika elastisitas
gel cukup tinggi untuk menangkap kedua drainase dan pengkasaran. Hal ini sering
dilakukan dengan partikel permukaan aktif adsorbing yang baik ke antarmuka
gelembung dan gel tersebut dalam jumlah besar (gambar 4.9e). Pengaruh partikel
yang lebih besar atau kelompok partikel juga telah diteliti (ukuran yang sama disebut
sebagai PBs). Partikel seperti itu akan dikeluarkan dari film selama pembentukan
busa, dan berada di PBs dari busa (gambar 4.9f). Resistensi terhadap perubahan luas
permukaan atau konsentrasi permukaan dideskripsikan oleh ketahanan antarmuka
[16].
Universitas Sumatera Utara
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1
KESIMPULAN
Adapun kesimpulan yang dapat diperoleh antara lain sebagai berikut :
1. Dari hasil analisa pengaruh konsentrasi logam Cd2+ terhadap konsentrasi SDS
diperoleh ketinggian busa terbesar pada konsentrasi logam Cd2+ 50 ppm dan
konsentrasi SDS 3x cmc, sebesar 8,8 cm.
2. Dari hasil analisa pengaruh konsentrasi Kopi Hitam terhadap konsentrasi
SDS diperoleh ketinggian busa terbesar pada konsentrasi Kopi Hitam 10 ppm
dan konsentrasi SDS 1x cmc, sebesar 4,3 cm.
3. Ketinggian busa yang diperoleh pada pengaruh konsentrasi Logam Cd2+ lebih
besar dari pengaruh konsentrasi Kopi Hitam.
4. Stabilitas busa dilakukan pengukuran pada waktu 0, 5, 10, 15 20 dan 25
menit. Dari hasil analisa diperoleh busa stabil (ketinggian busa pada gelas
ukur tidak berubah lagi) pada waktu 25 menit.
5.2
SARAN
Adapun saran yang perlu dilakukan penelitian lanjutan seperti:
1. Disarankan
untuk menggunakan jenis surfaktan
yang lain untuk
membandingkan kapasitas dan stabilitas busa yang dihasilkan.
2. Disarankan untuk menggunakan jenis zat nonorganik lainnya.
3. Disarankan untuk menggunakan jenis zat organik lainnya.
4. Disarankan untuk melakukan penelitian menggunakan variabel yang
rentangnya lebih jauh.
31
Universitas Sumatera Utara