Kajian Kemampuan Adsorpsi Logam Berat Kadmium (Cd2+) dengan Menggunakan Adsorben dari Batang Jagung (Zea Mays)
KAJIAN KEMAMPUAN ADSORPSI LOGAM BERAT
KADMIUM (Cd2+) DENGAN MENGGUNAKAN
ADSORBEN DARI BATANG JAGUNG (Zea Mays)
SKRIPSI
Oleh
FIRMANTO PANJAITAN
110405009
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
JUNI 2016
Universitas Sumatera Utara
KAJIAN KEMAMPUAN ADSORPSI LOGAM BERAT
KADMIUM (Cd2+) DENGAN MENGGUNAKAN
ADSORBEN DARI BATANG JAGUNG (Zea mays)
SKRIPSI
Oleh
FIRMANTO PANJAITAN
110405009
SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN
PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
JUNI 2016
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul :
KAJIAN KEMAMPUAN ADSORPSI LOGAM BERAT KADMIUM
(Cd2+) DENGAN MENGGUNAKAN ADSORBEN DARI BATANG
JAGUNG (Zea Mays)
dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada
Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini
adalah hasil karya saya kecuali kutipan-kutipan yang telah saya sebutkan sumbernya.
Demikian pernyataan ini diperbuat, apabila di kemudian hari terbukti bahwa ini
bukan karya saya atau merupakan hasil jiplakan maka saya bersedia menerima sanksi
sesuai dengan aturan yang berlaku.
Medan, 1 Juni 2016
Firmanto Panjaitan
NIM. 110405009
i
Universitas Sumatera Utara
ii
Universitas Sumatera Utara
PRAKATA
Puji syukur kami panjatkan kehadirat Allah Yang Maha Esa atas berkat dan
rahmat yang telah dilimpahkan kepada kita semua, sehingga penulis dapat
menyelesaikan skripsi ini yang berjudul ”Kajian Kemampuan Adsorpsi Logam Berat
Kadmium (Cd2+) Dengan Menggunakan Adsorben Dari Batang Jagung (Zea Mays)”
sesuai dengan waktu yang telah ditetapkan.
Hasil penelitian bermanfaat untuk mengatasi permasalahan tentang pencemaran
logam berat yang sering terdapat pada badan air. Solusi yang ditawarkan juga dinilai
ekonomis, karena batang jagung dapat dengan mudah didapatkan dan belum
dimanfaatkan. Selain itu untuk dapat digunakan sebagai adsorben, batang jagung
tidak perlu mendapatkan perlakuan khusus, seperti aktivasi, sehingga dapat
mengurangi biaya operasional dan produksi.
Dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada :
1.
Dosen pembimbing penelitian ini, Bapak Bode Haryanto, S.T, MT, Ph.D.
2.
Dosen penguji penelitian, Bapak Prof. Dr. Ir., M. Turmuzi, MS dan Ibu Ir., Seri
Maulina, M.Si, Ph.D.
3.
Koordinator Penelitian, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas
Sumatera Utara, Ibu Ir., Renita Maurung, M.T.
4.
Ketua Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara,
Bapak Dr. Eng. Ir., Irvan, M.Si.
Penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini masih jauh dari sempurna
untuk itu adanya kritik serta saran yang membangun sangat diperlukan untuk
penyempurnaan skripsi ini. Akhirnya penulis berharap semoga skripsi ini ada
manfaatnya bagi penulis dan para pembaca.
Medan,
Juni 2016
Penulis
iii
Universitas Sumatera Utara
DEDIKASI
Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada:
1.
Kedua orangtua saya yaitu Ayahku M. Panjaitan dan Ibuku P. Siahaan yang
selalu sabar dan tabah mendidik dan membimbing penulis hingga penulis dapat
menyelesaikan tugas akhir ini. Budi baik Ayah dan Ibu akan selalu penulis
kenang sampai akhir hayat penulis. Forever Love You My Parents.
2.
Keempat saudara saya, yaitu Darwin Panjaitan, Ronald Panjaitan, Maria
Magdalena Panjaitan dan Sandra Dea Melisa Panjaitan, yang telah memberikan
motivasi dan doa dalam menyelesaikan studi. Doa penulis selalu beserta kalian
semua.
3.
Bapak dan Ibu dosen Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas
Sumatera Utara, yang juga telah banyak memberikan banyak ilmu selama
penulis kuliah.
4.
Para pegawai administrasi Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera
Utara.
5.
Partner penelitian, Herman Mugiono Haloho; yang telah bekerja sama di dalam
penyelesaian penelitian dan skripsi ini.
6.
Dan juga buat Rutica Valentina Sembiring Depari, yang selalu mendampingi
penulis dalam suka dan duka. Terima kasih doa, buat dukungan, motivasi dan
juga buat semangat yang selalu diberikan kepada penulis.
7.
Sahabat-sahabat penulis, yaitu teman-teman mahasiswa Teknik Kimia terutama
angkatan 2011 dan adek-adek mahasiswa Teknik Kimia USU lainnya yang tidak
dapat saya ucapkan satu persatu, terima kasih atas dukungan moril yang
diberikan sehingga penulisan skripsi ini dapat selesai dengan baik.
8.
Teman-teman kos Kesain Rumah Pulo dan Keluarga pemilik kos, terima kasih
atas dukungan moril dan bantuannya dalam menyelesaikan skripsi ini dengan
baik.
iv
Universitas Sumatera Utara
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Nama: Firmanto Panjaitan
NIM : 110405009
Tempat/Tanggal Lahir: Pekanbaru, 14 Februari 1993
Nama Orangtua: M. Panjaitan dan P. Siahaan
Alamat Orangtua : Jl. Harapan Jaya, gang. Nauli No. 77, Kulim,
Pekanbaru
Asal Sekolah
TK Kristen Kalam Kudus Pekanbaru
tahun 1998-1999
SD Kristen Kalam Kudus Pekanbaru
tahun 1999-2005
SMP Kristen Kalam Kudus Pekanbaru
tahun 2005-2008
SMAN 5 Medan
tahun 2008-2011
Beasiswa yang pernah diperoleh:
1. Beasiswa BBM (Bantuan Belajar Mahasiswa) tahun 2012
Pengalaman Organisasi/Kerja:
1. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) periode 2011-2016,
sebagai anggota
2. Panitia dalam “Diskusi Kurikulum Pendidikan Tinggi Teknik Kimia USU”
pada 26 maret 2015
3. Kerja Praktek di Pertamina Pangkalan Susu pada 1 September – 31 Oktober
2015
4. Koordinator Keamanan Natal Teknik Kimia USU tahun 2014
Artikel yang dipublikasikan dalam Jurnal/Pertemuan Ilmiah:
1. Jurnal Teknologi Pertanian Andalas, Vol 20, No. 1 (2016). “Kajian
Kemampuan Adsorpsi Logam Berat Kadmium (Cd2+) dengan Menggunakan
Adsorben dari Batang Jagung (Zea Mays)”.
v
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kemampuan adsorpsi batang
jagung dengan variasi bentuk dalam menyerap ion logam kadmium (Cd2+) 50
ppm pada larutan dengan pH 4,5. Batang jagung yang digunakan dibentuk
berupa lingkaran, ½ lingkaran, ¼ lingkaran, 50 mesh, dan 70 mesh. Variasi
kecepatan yang digunakan adalah 150, 220, dan 250 rpm. Penelitian ini terbagi
menjadi 2 tahap, yaitu perlakuan awal dengan melakukan pencucian dan
pengeringan hingga kondisi yang seragam. Tahap kedua adalah pengukuran
potensi kapasitas adsorpsi dengan system batch adsorption dan pemodelan
kinetika adsorpsi. Pengaruh ukuran batang jagung secara signifikan
mempengaruhi kemampuan adsorpsi batang jagung dengan kenaikan dari
60,89%, 67,45%, 79,95%, 80,75% hingga 85,00% untuk bentuk lingkaran, ½
lingkaran, ¼ lingkaran, 50 mesh dan 70 mesh secara berurut selama 2 jam.
Pengaruh variasi pengadukan juga mampu meningkatkan kapasistas adsorpsi
namun tidak terlalu besar. Model kinetika adsorpsi mengindikasikan adsorpsi
terjadi secara kimia. Model kinetika difusi adsorpsi mengindikasikan bahwa
ion logam terjerap sampai ke dalam pori-pori adsorben. Kemampuan adsorpsi
ini menunjukkan bahwa batang jagung memiliki potensi sebagai adsorben
dalam menyerap ion logam dalam larutan.
Kata kunci : adsorpsi, batang jagung, ion kadmium (Cd2+), kapasitas adsorpsi
vi
Universitas Sumatera Utara
ABSTRACT
The idea of this research is to investigate adsorption capacity of corn stalk
with different shapes to adsorp cadmium ion (Cd2+) 50 ppm dissolving in the
solution on pH 4,5. The corn stalk variation shapes are square, half square,
quarter square, 50 mesh and 70 mesh. Different shapes use to adsorp is 150,
220, and 250 rpm. This research consist of two main steps such as, pretreatment and batch adsorption to determine adsorption capacity and modeling
of adsorption kinetic. The influence of the size of the corn stalks significantly
affect the adsorption capacity of corn stalks with a rise of 60.89%, 67.45%,
79.95%, 80.75% and 85.00% for a round shape, ½ round, ¼ round, 50 mesh
and 70 mesh respectivly for 2 hours adsorption operation. The effect of
variation of stirring also able to increase the adsorption capacity but not too
big. Adsorption kinetics model indicates adsorption occurs chemically. Models
indicate that the adsorption kinetics of diffusion of metal ions adsorbed to the
pores of the adsorbent. This shows that the adsorption capacity of corn stalks
has potential as an adsorbent to absorb metal ions in solution.
Keyword : adsorption, corn stalks, cadmium ion (Cd2+), adsorption capacity
vii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Halaman
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
i
PENGESAHAN
ii
PRAKATA
iii
DEDIKASI
iv
RIWAYAT HIDUP PENULIS
v
ABSTRAK
vi
ABSTRACT
vii
DAFTAR ISI
viii
DAFTAR GAMBAR
xi
DAFTAR TABEL
xiii
DAFTAR LAMPIRAN
xiv
DAFTAR SINGKATAN
xv
DAFTAR SIMBOL
xvi
BAB I
PENDAHULUAN
1
1.1
LATAR BELAKANG
1
1.2
PERUMUSAN MASALAH
4
1.3
TUJUAN PENELITIAN
4
1.4
MANFAAT PENELITIAN
5
1.5
RUANG LINGKUP PENELITIAN
5
TINJAUAN PUSTAKA
7
2.1
KONTAMINASI LOGAM KADMIUM (Cd)
7
2.2
LOGAM KADMIUM (Cd)
7
2.3
JAGUNG
8
2.4
ADSORPSI
9
BAB II
2.4.1
Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Adsorpsi
10
2.4.2
Pengukuran Adsorpsi
11
2.4.3
Kinetika Adsorpsi
12
2.4.3.1
Model Pseudo Orde Satu
12
2.4.3.2
Model Pseudo Orde Dua
13
viii
Universitas Sumatera Utara
2.4.3.3
2.4.4
2.4.5
Intra-Partikel Model Difusi
13
Isotermal Adsorpsi
13
2.4.4.1
Isotermal Langmuir
13
2.4.3.2
Isotermal Freundlich
14
Proses Difusi
14
METODOLOGI PENELITIAN
16
3.1
LOKASI DAN WAKTU PENELITIAN
16
3.2
BAHAN DAN PERALATAN PENELITIAN
16
3.3
PROSEDUR PERCOBAAN
16
3.3.1
Prosedur Pembuatan Larutan
16
3.3.2
Prosedur Preparasi Batang Jagung (Pembuatan Bioadsorben)
17
3.3.3
Prosedur Batch Adsorpsi
17
3.3.4
Prosedur Kinetika Adsorpsi
19
FLOWCHART PROSEDUR PENELITIAN
19
3.4.1
Persiapan Adsorben (Batang Jagung)
19
3.4.2
Pengeringan Adsorben Batang Jagung
20
3.4.3
Pembuatan Larutan HCl 0,1M
20
3.4.4
Pembuatan Larutan NaOH 0,1M
21
3.4.5
Pembuatan Larutan Pelarut dengan pH 4,5
21
3.4.6
Pembuatan Larutan Cd2+ 50 ppm
22
3.4.7
Flowchart Prosedur Batch Adsorption
22
3.4.8
Flowchart Prosedur Kinetika Adsorpsi
24
BAB III
3.4
BAB IV
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
HASIL DAN PEMBAHASAN
26
PERLAKUAN AWAL PADA ADSORBEN BATANG
JAGUNG
26
PENENTUAN KAPASITAS ADSORPSI DENGAN VARIASI
BENTUK ADSORBEN
27
PENENTUAN KAPASITAS ADSORPSI DENGAN VARIASI
KECEPATAN PENGADUKAN
30
PENENTUAN WAKTU KONTAK OPTIMUM DAN
KINETIKA ADSORPSI
33
PENENTUAN KINETIKA DIFUSI
37
ix
Universitas Sumatera Utara
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
40
5.1
KESIMPULAN
40
5.2
SARAN
40
DAFTAR PUSTAKA
41
x
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 3.1
Flowchart Persiapan Adsorben Batang Jagung
19
Gambar 3.2
Flowchart Pengeringan Adsorben Batang Jagung
20
Gambar 3.3
Flowchart Pembuatan Larutan HCl 0,1 M
20
Gambar 3.4
Flowchart Pembuatan Larutan NaOH 0,1 M
21
Gambar 3.5
Flowchart Pembuatan Larutan Pelarut dengan pH 4,5
21
Gambar 3.6
Flowchart Pembuatan Larutan Standart Cd2+ (50 ppm)
22
Gambar 3.7
Flowchart Mengukur Pengaruh Ukuran Adsorben Terhadap
Kemampuan Adsorpsi
Gambar 3.8
23
Flowchart Mengukur Pengaruh Kecepatan Pengadukan
Terhadap Kemampuan Adsorpsi
Gambar 3.9
24
Flowchart Mengukur Kinetika Adsorpsi pada Bentuk
Adsorben ¼ Lingkaran Terhadap Kemampuan Adsorpsi
Gambar 4.1
25
Nilai Kapasitas Adsorpsi dengan Berbagai Bentuk Adsorben
Batang Jagung pada Kecepatan Pengadukan 220 rpm dan
Konsentrasi Cd2+ 50 ppm
Gambar 4.2
28
Persentase Adsorpsi (%) dengan Berbagai Bentuk Adsorben
pada Kecepatan Pengadukan 220 rpm dan Konsentrasi Cd2+
50 ppm
28
Gambar 4.3
Gaya Tarik-Menarik Atom
30
Gambar 4.4
Nilai Kapasitas Adsorpsi dengan Variasi Kecepatan
Pengadukan pada Konsentrasi Cd2+ 50 ppm dan Bentuk
Adsorben ¼ Lingkaran
Gambar 4.5
31
Persentase Adsorpsi (%) dengan Variasi Kecepatan
Pengadukan pada Konsentrasi Cd2+ 50 ppm dan Bentuk
Adsorben ¼ Lingkaran
Gambar 4.6
31
Proses Molekul-Molekul Adsorban Masuk Ke Dalam PoriPori Adsorben
33
xi
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.7
Kapasitas Adsorpsi Logam Cd2+ dengan Konsentrasi Ion
Logam Cd2+ 50 ppm pada Bentuk Adsorben ¼ Lingkaran dan
Kecepatan Pengadukan 220 ppm
Gambar 4.8
34
Pemodelan Pseudo Orde Satu pada Konsentrasi Logam Cd2+
50 ppm dan Kecepatan Pengadukan 220 rpm
Gambar 4.9
36
Pemodelan Pseudo Orde Dua pada Konsentrasi Logam Cd2+
50 ppm dan Kecepatan Pengadukan 220 rpm
36
Gambar 4.10 Pemodelan Kinetika Difusi Ekstrenal pada Konsentrasi
Logam Cd2+ 50 ppm dan Kecepatan Pengadukan 220 rpm
38
Gambar 4.11 Pemodelan Kinetika Difusi Internal pada Konsentrasi Logam
Cd2+ 50 ppm dan Kecepatan Pengadukan 220 rpm
38
Gambar C.1
Kebun Jagung yang akan Digunakan Sebagai Adsorben
54
Gambar C.2
Batang Jagung yang Siap Dijadikan Adsorben
54
Gambar C.3
Pemotongan dan Pembersihan Batang Jagung
55
Gambar C.4
Peralatan dan Sampel Batang Jagung Penelitian
55
Gambar C.5
Material Logam Berat (Cd(CH3COO)2.2H2O) yang
Digunakan
56
Gambar C.6
Botol Untuk Larutan Cd2+
56
Gambar C.7
Pengatur Keasaman NaOH (0,1 M) dan HCl (0,1 M)
57
Gambar C.8
Botol Sampel Untuk Uji Di Alat AAS
57
Gambar C.9
Peak Untuk Ion Logam Cd2+
58
Gambar C.10 Adsorbansi Logam Ion Cd2+
59
Gambar C.11 Konsentrasi Logam Ion Cd2+ 50 ppm
60
Gambar D.1 Foto Publikasi Jurnal Tugas Akhir
60
xii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1.1 Luas Panen dan Produksi Jagung Indonesia Tahun 2009-2013
2
Tabel 1.2 Data Beberapa Hasil Penelitian Terbaru Tentang Bioadsorpsi
dan Pemanfaatkan Batang Jagung Sebagai Biosorban Dalam
Menyerapan Ion Logam
2
Tabel 2.1 Konsentrasi Kadmium (Nilai Rata-Rata) Di Berbagai Jenis
Makanan
8
Tabel 4.1 Pemodelan Pseudo Orde Satu dan Pseudo Orde Dua Kinetika
Adsorpsi Cd2+ pada Adsorben Batang Jagung
36
Tabel A.1 Data Kalibrasi Larutan Standar
47
Tabel A.2 Data Hasil Pencucian dari Adsorben Batang Jagung.
47
Tabel A.3 Hubungan Kapasitas Adsorpsi Batang Jagung Terhadap Variasi
Bentuk Adsorben pada Kecepatan Pengadukan 220 rpm
Berdasarkan Konsentrasi Tetap Cd2+ 50 ppm
50
Tabel A.4 Hubungan Kapasitas Adsorpsi Batang Jagung Terhadap Variasi
Kecepatan Pengadukan dengan Bentuk ¼ Lingkaran pada
Kecepatan Pengadukan 220 rpm Berdasarkan Konsentrasi Tetap
Cd2+ 50 ppm
50
Tabel A.5 Data Hasil Penentuan Waktu Optimum dengan Bentuk Adsorben
¼ Lingkaran pada Kecepatan Pengadukan 220 rpm Berdasarkan
Konsentrasi Cd2+ 50 ppm
51
xiii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
LAMPIRAN A
DATA BAHAN BAKU
47
A.1 Data Kalibrasi Larutan Standar Hasil Analisis AAS
47
A.2 Hasil Pencucian Adsorben Batang Jagung
47
A.3 Hasil Pengeringan Adsorben Batang Jagung
48
A.3.1 Perhitungan Pengeringan Adsorben Batang Jagung
A.4 Data Hasil Kapasitas Adsorpsi dengan Variasi Bentuk
48
50
A.5 Data Hasil Kapasitas Adsorpsi dengan Variasi Kecepatan
Pengadukan
50
A.6 Data Hasil Penentuan Waktu Optimum
LAMPIRAN B
51
CONTOH PERHITUNGAN
52
B.1 Pembuatan Larutan (Stock Solution)
52
B.2 Perhitungan Kapasitas Adsorpsi
53
LAMPIRAN C
DOKUMENTASI PERCOBAAN
54
C1
Sampel dan Bahan Baku
54
C2
Eksperimen
56
C3
Foto Hasil Adsorpsi Batang Jagung Menggunakan Atomic
Adsorption Spectroscopy (AAS)
58
xiv
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR SINGKATAN
AAS
Atomic Adsorption Spectroscopic
pH
Power of Hydrogen
ppm
Part Per Million
xv
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR SIMBOL
Simbol
Keterangan
Dimensi
Cd(CH3COO)2.2H2O Kadmium Asetat Dihidrat
mg
C
Karbon
O
Oksigen
%
Persen
HCl
Asam klorida
ml
NaOH
Natrium Hidroksida
gr
H2O
Air
ml
H+
Ion hidrogen
Q
Berat Cd yang terjerap oleh satu gram
sampel
w
Berat sampel yang digunakan
gr
C0
Konsentrasi larutan Cd awal
ppm
Ct
Konsentrasi larutan Cd pada waktu t
ppm
t
waktu
V
Volume larutan Cd yang digunakan
y
Absorbansi
x
Konsentrasi larutan
mg/g
menit/ jam
ml
ppm
xvi
Universitas Sumatera Utara
KADMIUM (Cd2+) DENGAN MENGGUNAKAN
ADSORBEN DARI BATANG JAGUNG (Zea Mays)
SKRIPSI
Oleh
FIRMANTO PANJAITAN
110405009
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
JUNI 2016
Universitas Sumatera Utara
KAJIAN KEMAMPUAN ADSORPSI LOGAM BERAT
KADMIUM (Cd2+) DENGAN MENGGUNAKAN
ADSORBEN DARI BATANG JAGUNG (Zea mays)
SKRIPSI
Oleh
FIRMANTO PANJAITAN
110405009
SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN
PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
JUNI 2016
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul :
KAJIAN KEMAMPUAN ADSORPSI LOGAM BERAT KADMIUM
(Cd2+) DENGAN MENGGUNAKAN ADSORBEN DARI BATANG
JAGUNG (Zea Mays)
dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada
Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini
adalah hasil karya saya kecuali kutipan-kutipan yang telah saya sebutkan sumbernya.
Demikian pernyataan ini diperbuat, apabila di kemudian hari terbukti bahwa ini
bukan karya saya atau merupakan hasil jiplakan maka saya bersedia menerima sanksi
sesuai dengan aturan yang berlaku.
Medan, 1 Juni 2016
Firmanto Panjaitan
NIM. 110405009
i
Universitas Sumatera Utara
ii
Universitas Sumatera Utara
PRAKATA
Puji syukur kami panjatkan kehadirat Allah Yang Maha Esa atas berkat dan
rahmat yang telah dilimpahkan kepada kita semua, sehingga penulis dapat
menyelesaikan skripsi ini yang berjudul ”Kajian Kemampuan Adsorpsi Logam Berat
Kadmium (Cd2+) Dengan Menggunakan Adsorben Dari Batang Jagung (Zea Mays)”
sesuai dengan waktu yang telah ditetapkan.
Hasil penelitian bermanfaat untuk mengatasi permasalahan tentang pencemaran
logam berat yang sering terdapat pada badan air. Solusi yang ditawarkan juga dinilai
ekonomis, karena batang jagung dapat dengan mudah didapatkan dan belum
dimanfaatkan. Selain itu untuk dapat digunakan sebagai adsorben, batang jagung
tidak perlu mendapatkan perlakuan khusus, seperti aktivasi, sehingga dapat
mengurangi biaya operasional dan produksi.
Dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada :
1.
Dosen pembimbing penelitian ini, Bapak Bode Haryanto, S.T, MT, Ph.D.
2.
Dosen penguji penelitian, Bapak Prof. Dr. Ir., M. Turmuzi, MS dan Ibu Ir., Seri
Maulina, M.Si, Ph.D.
3.
Koordinator Penelitian, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas
Sumatera Utara, Ibu Ir., Renita Maurung, M.T.
4.
Ketua Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara,
Bapak Dr. Eng. Ir., Irvan, M.Si.
Penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini masih jauh dari sempurna
untuk itu adanya kritik serta saran yang membangun sangat diperlukan untuk
penyempurnaan skripsi ini. Akhirnya penulis berharap semoga skripsi ini ada
manfaatnya bagi penulis dan para pembaca.
Medan,
Juni 2016
Penulis
iii
Universitas Sumatera Utara
DEDIKASI
Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada:
1.
Kedua orangtua saya yaitu Ayahku M. Panjaitan dan Ibuku P. Siahaan yang
selalu sabar dan tabah mendidik dan membimbing penulis hingga penulis dapat
menyelesaikan tugas akhir ini. Budi baik Ayah dan Ibu akan selalu penulis
kenang sampai akhir hayat penulis. Forever Love You My Parents.
2.
Keempat saudara saya, yaitu Darwin Panjaitan, Ronald Panjaitan, Maria
Magdalena Panjaitan dan Sandra Dea Melisa Panjaitan, yang telah memberikan
motivasi dan doa dalam menyelesaikan studi. Doa penulis selalu beserta kalian
semua.
3.
Bapak dan Ibu dosen Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas
Sumatera Utara, yang juga telah banyak memberikan banyak ilmu selama
penulis kuliah.
4.
Para pegawai administrasi Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera
Utara.
5.
Partner penelitian, Herman Mugiono Haloho; yang telah bekerja sama di dalam
penyelesaian penelitian dan skripsi ini.
6.
Dan juga buat Rutica Valentina Sembiring Depari, yang selalu mendampingi
penulis dalam suka dan duka. Terima kasih doa, buat dukungan, motivasi dan
juga buat semangat yang selalu diberikan kepada penulis.
7.
Sahabat-sahabat penulis, yaitu teman-teman mahasiswa Teknik Kimia terutama
angkatan 2011 dan adek-adek mahasiswa Teknik Kimia USU lainnya yang tidak
dapat saya ucapkan satu persatu, terima kasih atas dukungan moril yang
diberikan sehingga penulisan skripsi ini dapat selesai dengan baik.
8.
Teman-teman kos Kesain Rumah Pulo dan Keluarga pemilik kos, terima kasih
atas dukungan moril dan bantuannya dalam menyelesaikan skripsi ini dengan
baik.
iv
Universitas Sumatera Utara
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Nama: Firmanto Panjaitan
NIM : 110405009
Tempat/Tanggal Lahir: Pekanbaru, 14 Februari 1993
Nama Orangtua: M. Panjaitan dan P. Siahaan
Alamat Orangtua : Jl. Harapan Jaya, gang. Nauli No. 77, Kulim,
Pekanbaru
Asal Sekolah
TK Kristen Kalam Kudus Pekanbaru
tahun 1998-1999
SD Kristen Kalam Kudus Pekanbaru
tahun 1999-2005
SMP Kristen Kalam Kudus Pekanbaru
tahun 2005-2008
SMAN 5 Medan
tahun 2008-2011
Beasiswa yang pernah diperoleh:
1. Beasiswa BBM (Bantuan Belajar Mahasiswa) tahun 2012
Pengalaman Organisasi/Kerja:
1. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) periode 2011-2016,
sebagai anggota
2. Panitia dalam “Diskusi Kurikulum Pendidikan Tinggi Teknik Kimia USU”
pada 26 maret 2015
3. Kerja Praktek di Pertamina Pangkalan Susu pada 1 September – 31 Oktober
2015
4. Koordinator Keamanan Natal Teknik Kimia USU tahun 2014
Artikel yang dipublikasikan dalam Jurnal/Pertemuan Ilmiah:
1. Jurnal Teknologi Pertanian Andalas, Vol 20, No. 1 (2016). “Kajian
Kemampuan Adsorpsi Logam Berat Kadmium (Cd2+) dengan Menggunakan
Adsorben dari Batang Jagung (Zea Mays)”.
v
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kemampuan adsorpsi batang
jagung dengan variasi bentuk dalam menyerap ion logam kadmium (Cd2+) 50
ppm pada larutan dengan pH 4,5. Batang jagung yang digunakan dibentuk
berupa lingkaran, ½ lingkaran, ¼ lingkaran, 50 mesh, dan 70 mesh. Variasi
kecepatan yang digunakan adalah 150, 220, dan 250 rpm. Penelitian ini terbagi
menjadi 2 tahap, yaitu perlakuan awal dengan melakukan pencucian dan
pengeringan hingga kondisi yang seragam. Tahap kedua adalah pengukuran
potensi kapasitas adsorpsi dengan system batch adsorption dan pemodelan
kinetika adsorpsi. Pengaruh ukuran batang jagung secara signifikan
mempengaruhi kemampuan adsorpsi batang jagung dengan kenaikan dari
60,89%, 67,45%, 79,95%, 80,75% hingga 85,00% untuk bentuk lingkaran, ½
lingkaran, ¼ lingkaran, 50 mesh dan 70 mesh secara berurut selama 2 jam.
Pengaruh variasi pengadukan juga mampu meningkatkan kapasistas adsorpsi
namun tidak terlalu besar. Model kinetika adsorpsi mengindikasikan adsorpsi
terjadi secara kimia. Model kinetika difusi adsorpsi mengindikasikan bahwa
ion logam terjerap sampai ke dalam pori-pori adsorben. Kemampuan adsorpsi
ini menunjukkan bahwa batang jagung memiliki potensi sebagai adsorben
dalam menyerap ion logam dalam larutan.
Kata kunci : adsorpsi, batang jagung, ion kadmium (Cd2+), kapasitas adsorpsi
vi
Universitas Sumatera Utara
ABSTRACT
The idea of this research is to investigate adsorption capacity of corn stalk
with different shapes to adsorp cadmium ion (Cd2+) 50 ppm dissolving in the
solution on pH 4,5. The corn stalk variation shapes are square, half square,
quarter square, 50 mesh and 70 mesh. Different shapes use to adsorp is 150,
220, and 250 rpm. This research consist of two main steps such as, pretreatment and batch adsorption to determine adsorption capacity and modeling
of adsorption kinetic. The influence of the size of the corn stalks significantly
affect the adsorption capacity of corn stalks with a rise of 60.89%, 67.45%,
79.95%, 80.75% and 85.00% for a round shape, ½ round, ¼ round, 50 mesh
and 70 mesh respectivly for 2 hours adsorption operation. The effect of
variation of stirring also able to increase the adsorption capacity but not too
big. Adsorption kinetics model indicates adsorption occurs chemically. Models
indicate that the adsorption kinetics of diffusion of metal ions adsorbed to the
pores of the adsorbent. This shows that the adsorption capacity of corn stalks
has potential as an adsorbent to absorb metal ions in solution.
Keyword : adsorption, corn stalks, cadmium ion (Cd2+), adsorption capacity
vii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Halaman
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
i
PENGESAHAN
ii
PRAKATA
iii
DEDIKASI
iv
RIWAYAT HIDUP PENULIS
v
ABSTRAK
vi
ABSTRACT
vii
DAFTAR ISI
viii
DAFTAR GAMBAR
xi
DAFTAR TABEL
xiii
DAFTAR LAMPIRAN
xiv
DAFTAR SINGKATAN
xv
DAFTAR SIMBOL
xvi
BAB I
PENDAHULUAN
1
1.1
LATAR BELAKANG
1
1.2
PERUMUSAN MASALAH
4
1.3
TUJUAN PENELITIAN
4
1.4
MANFAAT PENELITIAN
5
1.5
RUANG LINGKUP PENELITIAN
5
TINJAUAN PUSTAKA
7
2.1
KONTAMINASI LOGAM KADMIUM (Cd)
7
2.2
LOGAM KADMIUM (Cd)
7
2.3
JAGUNG
8
2.4
ADSORPSI
9
BAB II
2.4.1
Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Adsorpsi
10
2.4.2
Pengukuran Adsorpsi
11
2.4.3
Kinetika Adsorpsi
12
2.4.3.1
Model Pseudo Orde Satu
12
2.4.3.2
Model Pseudo Orde Dua
13
viii
Universitas Sumatera Utara
2.4.3.3
2.4.4
2.4.5
Intra-Partikel Model Difusi
13
Isotermal Adsorpsi
13
2.4.4.1
Isotermal Langmuir
13
2.4.3.2
Isotermal Freundlich
14
Proses Difusi
14
METODOLOGI PENELITIAN
16
3.1
LOKASI DAN WAKTU PENELITIAN
16
3.2
BAHAN DAN PERALATAN PENELITIAN
16
3.3
PROSEDUR PERCOBAAN
16
3.3.1
Prosedur Pembuatan Larutan
16
3.3.2
Prosedur Preparasi Batang Jagung (Pembuatan Bioadsorben)
17
3.3.3
Prosedur Batch Adsorpsi
17
3.3.4
Prosedur Kinetika Adsorpsi
19
FLOWCHART PROSEDUR PENELITIAN
19
3.4.1
Persiapan Adsorben (Batang Jagung)
19
3.4.2
Pengeringan Adsorben Batang Jagung
20
3.4.3
Pembuatan Larutan HCl 0,1M
20
3.4.4
Pembuatan Larutan NaOH 0,1M
21
3.4.5
Pembuatan Larutan Pelarut dengan pH 4,5
21
3.4.6
Pembuatan Larutan Cd2+ 50 ppm
22
3.4.7
Flowchart Prosedur Batch Adsorption
22
3.4.8
Flowchart Prosedur Kinetika Adsorpsi
24
BAB III
3.4
BAB IV
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
HASIL DAN PEMBAHASAN
26
PERLAKUAN AWAL PADA ADSORBEN BATANG
JAGUNG
26
PENENTUAN KAPASITAS ADSORPSI DENGAN VARIASI
BENTUK ADSORBEN
27
PENENTUAN KAPASITAS ADSORPSI DENGAN VARIASI
KECEPATAN PENGADUKAN
30
PENENTUAN WAKTU KONTAK OPTIMUM DAN
KINETIKA ADSORPSI
33
PENENTUAN KINETIKA DIFUSI
37
ix
Universitas Sumatera Utara
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
40
5.1
KESIMPULAN
40
5.2
SARAN
40
DAFTAR PUSTAKA
41
x
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 3.1
Flowchart Persiapan Adsorben Batang Jagung
19
Gambar 3.2
Flowchart Pengeringan Adsorben Batang Jagung
20
Gambar 3.3
Flowchart Pembuatan Larutan HCl 0,1 M
20
Gambar 3.4
Flowchart Pembuatan Larutan NaOH 0,1 M
21
Gambar 3.5
Flowchart Pembuatan Larutan Pelarut dengan pH 4,5
21
Gambar 3.6
Flowchart Pembuatan Larutan Standart Cd2+ (50 ppm)
22
Gambar 3.7
Flowchart Mengukur Pengaruh Ukuran Adsorben Terhadap
Kemampuan Adsorpsi
Gambar 3.8
23
Flowchart Mengukur Pengaruh Kecepatan Pengadukan
Terhadap Kemampuan Adsorpsi
Gambar 3.9
24
Flowchart Mengukur Kinetika Adsorpsi pada Bentuk
Adsorben ¼ Lingkaran Terhadap Kemampuan Adsorpsi
Gambar 4.1
25
Nilai Kapasitas Adsorpsi dengan Berbagai Bentuk Adsorben
Batang Jagung pada Kecepatan Pengadukan 220 rpm dan
Konsentrasi Cd2+ 50 ppm
Gambar 4.2
28
Persentase Adsorpsi (%) dengan Berbagai Bentuk Adsorben
pada Kecepatan Pengadukan 220 rpm dan Konsentrasi Cd2+
50 ppm
28
Gambar 4.3
Gaya Tarik-Menarik Atom
30
Gambar 4.4
Nilai Kapasitas Adsorpsi dengan Variasi Kecepatan
Pengadukan pada Konsentrasi Cd2+ 50 ppm dan Bentuk
Adsorben ¼ Lingkaran
Gambar 4.5
31
Persentase Adsorpsi (%) dengan Variasi Kecepatan
Pengadukan pada Konsentrasi Cd2+ 50 ppm dan Bentuk
Adsorben ¼ Lingkaran
Gambar 4.6
31
Proses Molekul-Molekul Adsorban Masuk Ke Dalam PoriPori Adsorben
33
xi
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.7
Kapasitas Adsorpsi Logam Cd2+ dengan Konsentrasi Ion
Logam Cd2+ 50 ppm pada Bentuk Adsorben ¼ Lingkaran dan
Kecepatan Pengadukan 220 ppm
Gambar 4.8
34
Pemodelan Pseudo Orde Satu pada Konsentrasi Logam Cd2+
50 ppm dan Kecepatan Pengadukan 220 rpm
Gambar 4.9
36
Pemodelan Pseudo Orde Dua pada Konsentrasi Logam Cd2+
50 ppm dan Kecepatan Pengadukan 220 rpm
36
Gambar 4.10 Pemodelan Kinetika Difusi Ekstrenal pada Konsentrasi
Logam Cd2+ 50 ppm dan Kecepatan Pengadukan 220 rpm
38
Gambar 4.11 Pemodelan Kinetika Difusi Internal pada Konsentrasi Logam
Cd2+ 50 ppm dan Kecepatan Pengadukan 220 rpm
38
Gambar C.1
Kebun Jagung yang akan Digunakan Sebagai Adsorben
54
Gambar C.2
Batang Jagung yang Siap Dijadikan Adsorben
54
Gambar C.3
Pemotongan dan Pembersihan Batang Jagung
55
Gambar C.4
Peralatan dan Sampel Batang Jagung Penelitian
55
Gambar C.5
Material Logam Berat (Cd(CH3COO)2.2H2O) yang
Digunakan
56
Gambar C.6
Botol Untuk Larutan Cd2+
56
Gambar C.7
Pengatur Keasaman NaOH (0,1 M) dan HCl (0,1 M)
57
Gambar C.8
Botol Sampel Untuk Uji Di Alat AAS
57
Gambar C.9
Peak Untuk Ion Logam Cd2+
58
Gambar C.10 Adsorbansi Logam Ion Cd2+
59
Gambar C.11 Konsentrasi Logam Ion Cd2+ 50 ppm
60
Gambar D.1 Foto Publikasi Jurnal Tugas Akhir
60
xii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1.1 Luas Panen dan Produksi Jagung Indonesia Tahun 2009-2013
2
Tabel 1.2 Data Beberapa Hasil Penelitian Terbaru Tentang Bioadsorpsi
dan Pemanfaatkan Batang Jagung Sebagai Biosorban Dalam
Menyerapan Ion Logam
2
Tabel 2.1 Konsentrasi Kadmium (Nilai Rata-Rata) Di Berbagai Jenis
Makanan
8
Tabel 4.1 Pemodelan Pseudo Orde Satu dan Pseudo Orde Dua Kinetika
Adsorpsi Cd2+ pada Adsorben Batang Jagung
36
Tabel A.1 Data Kalibrasi Larutan Standar
47
Tabel A.2 Data Hasil Pencucian dari Adsorben Batang Jagung.
47
Tabel A.3 Hubungan Kapasitas Adsorpsi Batang Jagung Terhadap Variasi
Bentuk Adsorben pada Kecepatan Pengadukan 220 rpm
Berdasarkan Konsentrasi Tetap Cd2+ 50 ppm
50
Tabel A.4 Hubungan Kapasitas Adsorpsi Batang Jagung Terhadap Variasi
Kecepatan Pengadukan dengan Bentuk ¼ Lingkaran pada
Kecepatan Pengadukan 220 rpm Berdasarkan Konsentrasi Tetap
Cd2+ 50 ppm
50
Tabel A.5 Data Hasil Penentuan Waktu Optimum dengan Bentuk Adsorben
¼ Lingkaran pada Kecepatan Pengadukan 220 rpm Berdasarkan
Konsentrasi Cd2+ 50 ppm
51
xiii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
LAMPIRAN A
DATA BAHAN BAKU
47
A.1 Data Kalibrasi Larutan Standar Hasil Analisis AAS
47
A.2 Hasil Pencucian Adsorben Batang Jagung
47
A.3 Hasil Pengeringan Adsorben Batang Jagung
48
A.3.1 Perhitungan Pengeringan Adsorben Batang Jagung
A.4 Data Hasil Kapasitas Adsorpsi dengan Variasi Bentuk
48
50
A.5 Data Hasil Kapasitas Adsorpsi dengan Variasi Kecepatan
Pengadukan
50
A.6 Data Hasil Penentuan Waktu Optimum
LAMPIRAN B
51
CONTOH PERHITUNGAN
52
B.1 Pembuatan Larutan (Stock Solution)
52
B.2 Perhitungan Kapasitas Adsorpsi
53
LAMPIRAN C
DOKUMENTASI PERCOBAAN
54
C1
Sampel dan Bahan Baku
54
C2
Eksperimen
56
C3
Foto Hasil Adsorpsi Batang Jagung Menggunakan Atomic
Adsorption Spectroscopy (AAS)
58
xiv
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR SINGKATAN
AAS
Atomic Adsorption Spectroscopic
pH
Power of Hydrogen
ppm
Part Per Million
xv
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR SIMBOL
Simbol
Keterangan
Dimensi
Cd(CH3COO)2.2H2O Kadmium Asetat Dihidrat
mg
C
Karbon
O
Oksigen
%
Persen
HCl
Asam klorida
ml
NaOH
Natrium Hidroksida
gr
H2O
Air
ml
H+
Ion hidrogen
Q
Berat Cd yang terjerap oleh satu gram
sampel
w
Berat sampel yang digunakan
gr
C0
Konsentrasi larutan Cd awal
ppm
Ct
Konsentrasi larutan Cd pada waktu t
ppm
t
waktu
V
Volume larutan Cd yang digunakan
y
Absorbansi
x
Konsentrasi larutan
mg/g
menit/ jam
ml
ppm
xvi
Universitas Sumatera Utara