Kompetisi Adsorpsi Logam Berat Kadmium (Cd2+) dan Tembaga (Cu2+) dalam Larutan Biner Menggunakan Adsorben Batang Jagung (Zea mays)

SKRIPSI

KOMPETISI ADSORPSI LOGAM BERAT KADMIUM (Cd2+)
DAN TEMBAGA (Cu2+) DALAM LARUTAN BINER
MENGGUNAKAN ADSORBEN BATANG JAGUNG (Zea mays)

Oleh
HERMAN MUGIONO
110405039

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

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 ”Kompetisi Adsorpsi Logam Berat Kadmium (Cd2+) dan Tembaga
(Cu2+) dalam Larutan Biner Menggunakan Adsorben 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 adsorpben, 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, ST, MT, Ph.D.

2.

Dosen penguji penelitian, Bapak Prof. Dr. Ir., M. Turmuzi, MS dan Ibu Ir., Seri
Maulina, MSChE, 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, 27 Januari 2016
Penulis

Universitas Sumatera Utara

DEDIKASI

Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada :
1.

Kedua orangtua penulis, A. Sihaloho dan R. Simanjuntak.

2.

Bapak dan Ibu dosen Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik,
Universitas Sumatera Utara, terutama Bapak Bode Haryanto, S.T, M.T, Ph.D
selaku dosen pembimbing penelitian.

3.

Para pegawai administrasi Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas
Sumatera Utara.

4.

Partner penelitian, Firmanto Panjaitan; yang telah bekerja sama di dalam
penyelesaian penelitian dan skripsi ini.

5.

Keluarga penulis, Pastor R. Simatupang; Bapak G. Tampubolon dan Ibu M.S.
Sinaga; Ibu K. Nasution; Tulang R.S. Simanjuntak; Mamatua Septi
Simanjuntak; Nantulang E. Rajagukguk; Namboru K. Sihaloho; Bapak R.C.
Tobing; Kakak Karolina Purba, yang telah memberi nasehat, motivasi dan
doa dalam menyelesaikan studi.

6.

Bunda Maria, yang telah mendengarkan doa-doa penulis dalam doa Tiga
Salam Maria dan rosario suci.

7.

Sahabat-sahabat penulis, yaitu teman-teman mahasiswa Teknik Kimia
terutama angkatan 2011, khususnya teman-teman Anggota Pengurus
HIMATEK 2014/2015; teman-teman dari SMAKI angkatan 2008, khususnya
Wike Wiranda dan Imelda Sitorus, atas dukungan moril yang diberikan dan
bantuan sehingga penulisan skripsi ini dapat selesai dengan baik.

Universitas Sumatera Utara

RIWAYAT HIDUP PENULIS

Nama: Herman Mugiono Haloho
NIM : 110405039
Tempat/Tanggal Lahir: Jambi/ 12 September
1993
Nama Orangtua:
Simanjuntak

A.

Sihaloho

dan

R.

Alamat Orangtua : Jl. Tano Tombangan Kec.
Tantom Angkola, Tapanuli Selatan 22774

Asal Sekolah

 SDN 100650 Hutaraja Sayurmatinggi
 SMPN 1 Sayurmatinggi
 SMA Kesuma Indah Padangsidimpuan
Pengalaman Organisasi/Kerja

tahun 1999-2005
tahun 2005-2008

tahun 2008-2011



Gerakan Mahasiswa Bidik Misi (Gamadiksi USU) periode 2013-2015,
sebagai anggota.
 Bimbingan Belajar Ulul Albab Kaki Seribu (ULAKIS) periode 2014-2015,
sebagai kepala cabang.
 Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) periode 2011-2014,
sebagai anggota; dan periode 2014-2015, sebagai Koordinator Penelitian dan
Pengembangan (Litbang HIMATEK).
Artikel yang dipublikasikan dalam jurnal
Pengaruh pH Larutan Terhadap Kompetisi Adsorpsi Logam Berat Kadmium
(Cd2+) dan Tembaga (Cu2+) dalam Larutan Biner Menggunakan Adsorben Batang
Jagung (Zea Mays)

Universitas Sumatera Utara

ABSTRAK

Aktivitas berbagai industri pada umumnya menghasilkan limbah cair yang
sering menjadi permasalahan bagi lingkungan karena mengandung berbagai
macam kontaminan yang berbahaya. Pencemaran ini berdampak pada penurunan
kualitas air dan meningkatnya padatan tersuspensi pada air. Logam berat
menimbulkan ancaman lingkungan yang besar karena dapat menimbulkan
kandungan racun yang tinggi terhadap ekosistem dan manusia. Oleh karena itu,
perlu dilakukan upaya penghilangan (adsorpsi) logam berat dari badan air dengan
menggunakan adsorben, yaitu batang jagung. Dari hasil analisis sementara, laju
adsorpsi optimum terjadi pada 20 menit pertama. Pemodelan kinetika adsorpsi,
sangat cocok menggunakan persamaan orde dua dan merupakan model difusi
internal. Jika dilihat dari variasi pH larutan biner, kapasitas adsorpsi tertinggi
terjadi pada pH 6 (Cd2+/Cu2+//30:30 ppm) yaitu Cd = 2,1735 mg/g dan Cu =
1,8319 mg/g. Namun, apa bila dilihat dari perbandingan konsentrasi, kapasitas
tertinggi terjadi pada konsentrasi Cd2+/Cu2+ 40:20 ppm (pH: 4,5) yaitu Cd =
2,7455 mg/g dan Cu = 1,0969 mg/g. Namun, apabila dilihat dari faktor separasi,
proses adsorpsi biner lebih baik pada pH rendah dan konsentrasi kadmium yang
kecil.
Kata kunci : adsorpsi, kompetisi adsorpsi, adsorben, batang jagung, kadmium, tembaga,
kinetika adsorpsi, kapasitas adsorpsi

Universitas Sumatera Utara

ABSTRACT

Activity of various industry generally produces wastewater that is often a problem for the
environment because they contain a wide variety of harmful contaminants. This pollution
impact on the water quality and increased suspended solids in the water. Heavy metals
pose a major environmental threat because it can cause high toxicity to ecosystems and
humans. Therefore, it is necessary to attempt removal (adsorption) of heavy metals from
water bodies using adsorbents, corn stalks. From the results of the analysis, the adsorption
rate is rapid in the first 20 minutes. Adsorption kinetics modeling, it is suitable to use a
second order equation and an internal diffusion model. If seen from the variation of the
pH of binery solution, the highest adsorption capacity at pH 6 (Cd2+:Cu2+ // 30:30 ppm),
ie Cd = 2.1735 mg / g and Cu = 1.8319 mg / g. However, what if seen from a comparison
of concentration, the highest capacity occurred at a concentration of Cd2+:Cu2+ 40:20 ppm
(pH: 4.5), ie Cd = 2.7455 mg / g and Cu = 1.0969 mg / g. However, when seen from the
separation factor, adsorption processes multi-system is better at low pH and
concentrations of cadmium were small.
Keywords : adsorption, competitive adsorption, adsorbent, corn stalk, cadmium, copper,
adsorption kinetic, adsorption capasity

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR ISI

Halaman
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI

i

PENGESAHAN UJIAN SKRIPSI

ii

PENGESAHAN

iii

PRAKATA

iv

DEDIKASI

v

RIWAYAT HIDUP PENULIS

vi

ABSTRAK

vii

ABSTRACT

viii

DAFTAR ISI

ix

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

RUMUSAN MASALAH

3

1.3

TUJUAN PENELITIAN

3

1.4

MANFAAT PENELITIAN

3

1.5

RUANG LINGKUP PENELITIAN

4

TINJAUAN PUSTAKA

5

2.1

POLUTAN LOGAM BERAT

5

2.2

TEKNOLOGI PENYERAPAN LOGAM BERAT

6

2.2.1

Elektroflotasi

6

2.2.2

Pemisahan Membran

6

2.2.3

Adsorpsi

7

BAB II

2.3

ADSORBEN

7

Universitas Sumatera Utara

2.4

ADSORBEN BATANG JAGUNG

2.5

KARAKTERISTIK PROSES ADSORPSI

10

2.5.1

Pengukuran Kapasitas Adsorpsi

10

2.5.2

Kesetimbangan Isotermal Adsorpsi

11

2.5.3

Kinetika Adsorpsi

13

2.5.4

Proses Difusi

15

2.5.5

Preferensi Adsorpsi (Prefential Adsorption)

16

BAB III

8

METODOLOGI PENELITIAN

17

3.1

BAHAN DAN PERALATAN ANALISIS

17

3.2

PROSEDUR PERCOBAAN

17

3.2.1

Prosedur Pembuatan Larutan

17

3.2.2

Prosedur Preparasi Batang Jagung (Pembuatan Bioadsorben)

18

Prosedur Batch Adsorpsi

19

3.2.3
3.3

PROSEDUR ANALISIS

21

HASIL DAN PEMBAHASAN

22

4.1

PENGARUH WAKTU TERHADAP KAPASITAS ADSORPSI

22

4.2

PENGARUH PH DAN KONSENTRASI LARUTAN

26

BAB IV

4.2.1
4.2.2

Pengaruh Perubahan pH Terhadap Kapasitas Adsorpsi
pada Konsentrasi Tetap

26

Pengaruh Perubahan Konsentrasi Terhadap Kapasitas
Adsorpsi pada pH Tetap

29

4.3

PENENTUAN KINETIKA ADSORPSI

30

4.4

PENENTUAN KINETIKA DIFUSI

34

KESIMPULAN DAN SARAN

38

5.1

KESIMPULAN

38

5.2

SARAN

39

BAB V

DAFTAR PUSTAKA

40

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR GAMBAR

Halaman
Gambar 2.1

Permukaan Batang Jagung pada Perbesaran 500 Kali ................................. 8

Gambar 2.2

Struktur Kimia Batang Jagung ..................................................................... 9

Gambar 2.3

Ukuran Pori dan Ukuran Berbagai Molekul pada Umumnya ...................... 9

Gambar 3.1

Flowchart Pembuatan Larutan Logam (Biner) .......................................... 18

Gambar 3.2

Flowchart Preparasi Batang Jagung ........................................................... 19

Gambar 3.3

Flowchart Analisis Pengaruh pH ............................................................... 20

Gambar 3.4

Flowchart Analisis Pengaruh Konsentrasi ................................................. 21

Gambar 4.1

Kapasitas Adsorpsi Ion Cd2+/Cu2+ pada pH 4,5 dan
Konsentrasi Larutan (30:30 ppm)............................................................... 22

Gambar 4.2

Nilai kapasitas Adsorpsi Maksimum (qmax) pada Berbagai
Variasi pH dengan Perbandingan Konsentrasi Awal
Cd2+/Cu2+ 30:30 ppm .................................................................................. 19

Gambar 4.3

Nilai kapasitas Adsorpsi Maksimum (qmax) untuk Berbagai
Perbandingan Konsentrasi Awal Cd2+/Cu2+ pada pH 4,5
Selama 2 Jam.............................................................................................. 19

Gambar 4.4

Pemodelan Orde Satu pada pH 4,5 dan Konsentrasi Larutan
Cd2+/Cu2+ (30:30 ppm) ............................................................................... 27

Gambar 4.5

Pemodelan Orde Dua pada pH 4,5 dan Konsentrasi Larutan
Cd2+/Cu2+ (30:30 ppm) ............................................................................... 27

Gambar 4.6

Pemodelan Kinetika Difusi Eksternal pada pH 4,5 dan
Konsentrasi Larutan Cd2+/Cu2+ (30:30 ppm) .............................................. 35

Gambar 4.7

Pemodelan Kinetika Difusi Internal pada pH 4,5 dan
Konsentrasi Larutan Cd2+/Cu2+ (30:30 ppm) .............................................. 36

Gambar C.1

Tanaman 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

Adsorben Batang Jagung yang Telah Dibersihkan (Dicuci) ..................... 55

Gambar C.5

Adsorben Batang Jagung 70 Mesh ............................................................. 56

Universitas Sumatera Utara

Gambar C.6

Material Logam Berat yang Digunakan .................................................... 56

Gambar C.7

Larutan (Stock Solution) ............................................................................. 57

Gambar C.8

Pengatur Keasaman NaOH (0,1 M) dan HCl (0,1 M) ................................ 57

Gambar C.9

Larutan BINER (Sampling) ....................................................................... 58

Gambar C.10

Proses Adsorpsi (Shaking) ......................................................................... 58

Gambar C.11

Sampel Uji AAS ......................................................................................... 59

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1.1

Tabel 4.1

Data Beberapa Hasil Penelitian Terbaru yang Memanfaatkan
Batang Jagung sebagai Biosorban dalam Menyerap Ion Logam

2

Hubungan Antara Kapasitas Adsorpsi, q (%), Terhadap Waktu (t)
Berbagai Variasi pH Berdasarkan Perandingan Konsentrasi Tetap
Cd2+/Cu2+ (30:30 ppm)

23

Hubungan Antara Kapasitas Adsorpsi, q (%), Terhadap Waktu (t)
pada Berbagai Perbandingan Konsentrasi dan pH Tetap 4,5

23

Nilai Kapasitas Maksimum (qmax) pada Berbagai Variasi pH
dengan Perbandingan Konsentrasi Awal Cd2+/Cu2+ 30:30 ppm
selama 2 Jam

24

Nilai Kapasitas Maksimum (qmax) pada Berbagai Perbandingan
Konsentrasi C0 Cd2+/Cu2+ 30:30 ppm pada pH 4,5 selama 2 Jam

25

Pemodelan Laju Rata-Rata Kinetika Adsorpsi Cd2+/Cu2+ pada
Adsorben Batang Jagung dalam Larutan Biner

27

Pemodelan Laju Rata-Rata Kinetika Difusi Cd2+/Cu2+ pada
Adsorben Batang Jagung dalam Larutan Biner Selama 2 Jam

30

Hasil Perhitungan Separation Factor pada Kondisi Setimbang (qe)
dalam Rentang Waktu 2 Jam

33

Tabel 4.8

Sifat Kimia-Fisika Kadmium dan Tembaga

33

Tabel A.1

Data Kalibrasi Larutan Standar

39

Tabel A.2

Data Percobaan pada pH 3 dan Konsentrasi Cd2+/Cu2+ (30:30 ppm)

39

Tabel A.3

Data Percobaan pada pH 4,5 dan Konsentrasi Cd2+/Cu2+ (30:30
ppm)

40

Tabel A.4

Data Percobaan pada pH 6 dan Konsentrasi Cd2+/Cu2+ (30:30 ppm)

40

Tabel A.5

Data Percobaan pada pH 7,5 dan Konsentrasi Cd2+/Cu2+ (30:30
ppm)

40

Tabel A.6

Data Percobaan pada pH 9 dan Konsentrasi Cd2+/Cu2+ (30:30 ppm)

41

Tabel A.7

Data Percobaan pada pH 4,5 dan Konsentrasi Cd2+/Cu2+ (20:40
ppm)

41

Data Percobaan pada pH 4,5 dan Konsentrasi Cd2+/Cu2+ (40:20
ppm)

41

Tabel 4.2

Tabel 4.3

Tabel 4.4

Tabel 4.5

Tabel 4.6

Tabel 4.7

Tabel A.8

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman
LAMPIRAN A

DATA BAHAN BAKU

39

A.1

DATA KALIBRASI LARUTAN STANDAR HASIL ANALISIS
AAS 39
A.2 DATA ADSORBANSI DAN KONSENTRASI LARUTAN
BINER 39
LAMPIRAN B
CONTOH PERHITUNGAN

42

B.1 PEMBUATAN LARUTAN BINER (STOCK SOLUTION)
B.2 PERHITUNGAN KAPASITAS ADSORPSI
LAMPIRAN C
DOKUMENTASI PERCOBAAN

42
43
44

E.1
E.2

SAMPEL DAN BAHAN BAKU
EKSPERIMEN

44
46

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR SINGKATAN

AAS

Atomic Adsorption Spectrofotometri

MBR

Membrane Bioreactor

pH

power of Hydrogen

ppm

part per million

SEM

Scanning Electron Microscope

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR SIMBOL

Simbol

Keterangan

Dimensi

C

Konsentrasi larutan

mg/l

Cd2+

Ion kadmium

Cd(CH3COO)2.2H2O

Kadmium asetat

Cu2+

Ion tembaga

CuSO4

Tembaga (II) sulfat

HCl

Asam klorida

K

Konstanta Adsorpsi

mads

Massa adsorben

NaOH

Natrium Hidroksida

q

Kapasitas adsorpsi

R%

Percent Removal

t

Waktu

s

V

Volume larutan

l

α

Tetapan laju adsorpsi awal

α

Faktor separasi

β

l/mg
g

mg/g
%

mg/g.min

Konstanta desorpsi

Universitas Sumatera Utara