Pembuatan Dan Karakterisasi Adsorben Cangkang Telur Bebek Yang Diaktivasi Secara Termal
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI ADSORBEN CANGKANG TELUR BEBEK YANG DIAKTIVASI SECARA TERMAL SKRIPSI Oleh JASINDA 090405026 DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA OKTOBER 2013
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI ADSORBEN CANGKANG TELUR BEBEK YANG DIAKTIVASI SECARA TERMAL SKRIPSI Oleh JASINDA 090405026 SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA OKTOBER 2013 Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul :
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI ADSORBEN CANGKANG
TELUR BEBEK YANG DIAKTIVASI SECARA TERMAL
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 dikemudian hari terbukti bahwa ini bukan karya saya atau merupakan hasil jiplakan maka saya bersedia menerima sanksi sesuai dengan aturan yang berlaku.
Medan, 16 September 2013 Jasinda NIM 090405026
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan skripsi dengan judul “Pembuatan dan Karakterisasi Adsorben Cangkang Telur Bebek yang Diaktivasi secara Termal”, berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana teknik.
Hasil penelitian ini: Penelitian ini membantu dalam pembuatan adsorben cangkang telur bebek yang diaktivasi secara termal dan karakteristiknya sehingga dapat diproduksi secara komersial Penelitian ini membantu pengolahan limbah logam berat Cd(II) dengan proses adsorpsi sehingga tidak membahayakan kehidupan masyarakat.
Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi ini penulis banyak mendapat pengarahan dan bimbingan dari dosen pembimbing penulis. Untuk itu secara khusus penulis mengucapakan terima kasih dan penghargaan sebesar- besarnya kepada Ibu Dr. Ir. Iriany, MSi.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan masukan demi kesempurnaan skripsi ini. Semoga skripsi ini memberikan manfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan.
Medan, September 2013 Penulis Jasinda
DEDIKASI
Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada kedua orang tua saya yaitu Ayahanda Tjang Kok Siung dan Ibunda Tiok Giok Tjeng, serta kepada adik, tante, paman, sepupu dan keluarga besar saya yang telah memberikan dukungan moril maupun materiil yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi ini dengan baik.
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Nama : Jasinda NIM : 090405026 Tempat/tgl lahir : Medan / 18 November 1991 Nama orang tua : Tjang Kok Siung Alamat orang tua : Jl. Kelud No. 5 Medan 20212
Asal Sekolah : TK Methodist-3 Medan tahun 1994-1997
SD Methodist-3 Medan tahun 1997-2003
SMP Methodist-3 Medan tahun 2003-2006
SMA Methodist-3 Medan tahun 2006-2009
Beasiswa yang diperoleh : Beasiswa Peningkatan Prestasi Akademik (PPA) tahun 2010/2011
Pengalaman Organisasi : HIMATEK periode 2012 – 2013 sebagai Sekretaris Bakmi (Bakat
dan Minat) Asisten Laboratorium Operasi Teknik Kimia (OTK) periode 2012 –
2013 modul Adjustable Bed Flow Channel dan Mixing Artikel yang telah dipublikasikan dalam jurnal :
2+
Krisnawati, Jasinda dan Iriany, “Penjerapan Logam Kadmium (Cd )
dengan Adsorben Cangkang Telur Bebek yang telah Diaktivasi, ” Jurnal Teknik Kimia Vol 2, No 3 (2013).
ABSTRAK
Adsorben cangkang telur bebek dapat digunakan untuk menjerap logam berat. Kemampuan adsorpsi dari adsorben dapat ditingkatkan dengan proses aktivasi secara termal. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui sifat fisik dan karakteristik adsorben cangkang telur bebek yang diaktivasi secara termal, pengaruh suhu aktivasi terhadap % berat sampel hilang, berat jenis dan luas permukaan adsorben serta mengetahui kemampuan adsorben dalam menjerap logam Cd(II). Bahan – bahan yang digunakan antara lain cangkang telur bebek, aquades, metilen biru, larutan logam Cd(II), asam klorida dan aquabides. Variabel – variabel yang diamati antara lain sifat fisik dan karakteristik adsorben, % berat sampel hilang pada proses aktivasi, berat jenis adsorben, luas permukaan adsorben, konsentrasi sisa ion logam Cd(II). Penelitian diawali dengan cangkang telur bebek dipanaskan pada suhu 110 C di oven, 600 C dan 800 C di furnace kemudian dilakukan karakterisasi dengan SEM-EDX dan pengukuran berat jenis dengan piknometer 10 ml. Pengukuran luas permukaan adsorben menggunakan metode metilen biru dengan Spektrofotometer UV-Vis. Selanjutnya, konsentrasi sisa logam Cd(II) diukur dengan Spektrofotometer AAS. Hasil penelitian memperlihatkan suhu aktivasi berbanding lurus terhadap % berat sampel hilang. Karakteristik adsorben berupa morfologi pori dengan jumlah banyak tidak beraturan dan adanya agglomerasi. Analisa komponen kimia adsorben mengandung kalsium (Ca), oksigen (O) dan C (karbon). Selain itu, berat jenis adsorben berbanding terbalik dengan suhu aktivasi. Berat jenis dan luas permukaan adsorben telah memenuhi standar adsorben komersial. Waktu kontak berbanding lurus terhadap jumlah logam Cd(II) yang diadsorpsi. Adsorben ini memiliki kemampuan untuk menjerap logam Cd(II).
Kata kunci: adsorben cangkang telur bebek, suhu aktivasi, sifat fisik dan karakteristik adsorben, berat jenis adsorben, luas permukaan adsorben, logam Cd(II)
ABSTRACT
Duck eggshell’s adsorbent can be used to adsorp heavy metal. Adsorption ability of the adsorbent can be increased with thermally activation process. The purpose of this research is to study the physical properties and characteristic of duck eggshell’s adsorbent which be activated by thermal, the effect of activation temperature towards the percentage of sample weight loss, adsorbent’s density and surface area, and the adsorbent ability to adsorp heavy metal Cd(II). Materials that used in this research are duck eggshell’s, aquadest, methylene blue, heavy metal Cd(II) solution, chloric acid, and aquabidest. Observed variables are the physical properties and characteristic of adsorbent, the percentage of sample weight loss in activation process, adsorbent’s density and surface area, and residual concentration of Cd(II). The research started with duck eggshell heated at temperature 110 C in oven, and at 600 C and 800 C in furnace then characterized with SEM-EDX. Adsorbent’s surface area measurements used methylene blue method with Spectrophotometer UV-Vis. Furthermore, the residual concentration of heavy metal Cd(II) was measured with Spectrophotometer AAS. The result shows that activation temperature is directly proportional with the percentage of sample weight loss. Characteristic of adsorbent shows that structure of pore morphology with many and irregular shape and also agglomeration. Analysis of chemical composition shows that adsorbent contains calcium (Ca), oxygen (O), and carbon (C). In addition, the adsorbent density is inversely proportional to the activation temperature. Adsorbent’s density and surface area has fulfill the standard of commercial adsorbent. Adsorption time is directly proportional with the amount of heavy metal Cd(II). The adsorbent has ability to adsorp heavy metal Cd(II).
Key words: duck eggshell’s adsorbent, activation temperature, physical properties and characteristic adsorbent, adsorbent’s density, adsorbent’s surface area, heavy metal Cd(II)
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 x
DAFTAR TABEL xiii
DAFTAR LAMPIRAN xv
DAFTAR SINGKATAN xvii
DAFTAR SIMBOL xviii
BAB I PENDAHULUAN
1
1.1 LATAR BELAKANG
1
1.2 PERUMUSAN MASALAH
3
1.3 TUJUAN PENELITIAN
3
1.4 MANFAAT PENELITIAN
3
1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN
4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA
5
2.1 CANGKANG TELUR BEBEK
5
2.2 AKTIVASI FISIKA
8
2.3 PROSES KALSINASI ADSORBEN CANGKANG
9 TELUR
2.4 CANGKANG TELUR SEBAGAI ADSORBEN
11
2.5 ADSORBEN
12
2.6 KLASIFIKASI ADSORBEN
13
2.7 PEMILIHAN JENIS-JENIS ADSORBEN
17
2.8 LIMBAH KADMIUM (Cd)
18
2.9 ADSORPSI
4.5 PENGARUH WAKTU ADSORPSI TERHADAP JUMLAH LOGAM Cd(II) TERADSORPSI
35
4.2 KARAKTERISASI ADSORBEN CANGKANG TELUR BEBEK DENGAN SEM-EDX
41
4.3 PENENTUAN BERAT JENIS ADSORBEN CANGKANG TELUR BEBEK
48
4.4 PENENTUAN LUAS PERMUKAAN ADSORBEN CANGKANG TELUR BEBEK
49
53 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
35
56
5.1 KESIMPULAN
56
5.2 SARAN
57 DAFTAR PUSTAKA
58 LAMPIRAN 1
66 LAMPIRAN 2
79 LAMPIRAN 3
4.1 AKTIVASI ADSORBEN CANGKANG TELUR BEBEK
31 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
19
3.1 LOKASI DAN WAKTU PENELITIAN
2.10 PROSES PEMBUATAN ADSORBEN DAN KARAKTERISASI
21
2.11 DESKRIPSI PROSES
22
2.12 ANALISA BIAYA
23 BAB III METODOLOGI PENELITIAN
26
26
3.6 FLOWCHART PENELITIAN
3.2 BAHAN
26
3.3 PERALATAN
26
3.4 PROSEDUR PENELITIAN
27
3.5 PROSEDUR ANALISA
28
84
DAFTAR GAMBAR
34 Gambar 4.1 Hasil Proses Pemanasan (Aktivasi) Adsorben Cangkang Telur Bebek pada Suhu 110
54
4.8 Hubungan Antara Waktu Adsorpsi dengan Jumlah Logam Cd(II) Teradsorpsi
51 Gambar
50 Gambar 4.7 Hubungan Konsentrasi Sisa Metilen Biru terhadap Waktu Adsorpsi
46 Gambar 4.6 Kurva Kalibrasi Larutan Metilen Biru
45 Gambar 4.5 Hasil Analisa EDX pada Adsorben Cangkang Telur Bebek dengan Suhu 800 C
44 Gambar 4.4 Hasil Analisa EDX pada Adsorben Cangkang Telur Bebek dengan Suhu 600 C
42 Gambar 4.3 Hasil Analisa EDX pada Adsorben Cangkang Telur Bebek dengan Suhu 110 C
C, dan 800 C dengan Perbesaran 1000x
35 Gambar 4.2 Hasil Analisa SEM Adsorben Cangkang Telur Bebek pada Suhu 110 C, 600
C, dan 800 C
C, 600
Halaman
Gambar 2.1 Cangkang Telur Bebek33 Gambar
32 Gambar 3.3 Flowchart Penentuan Luas Permukaan Adsorben
31 Gambar 3.2 Flowchart Penentuan Berat Jenis Adsorben Cangkang Telur Bebek
55 Gambar 3.1 Flowchart Pembuatan Adsorben Cangkang Telur Bebek yang Diaktivasi secara Termal dan Karakterisasi
18 Gambar 2.9 Proses Adsorpsi
16 Gambar 2.8 Logam Kadmium (Cd)
15 Gambar 2.7 Alumina Aktif
14 Gambar 2.6 Zeolit
14 Gambar 2.5 Silika Gel
9 Gambar 2.4 Karbon Aktif
7 Gambar 2.3 Furnace
5 Gambar 2.2 Struktur dan Lapisan pada Cangkang Telur
3.4 Flowchart Penentuan Jumlah Logam Cd(II) yang Terjerap dalam Adsorben Gambar L1.1 Hasil Analisa SEM Adsorben Cangkang Telur Bebek pada Suhu 110 C dengan Perbesaran (a) 500x, (b) 800x, dan (c) 1000x
67 Gambar L1.2 Hasil Analisa SEM Adsorben Cangkang Telur Bebek pada Suhu 600 C dengan Perbesaran (a) 500x, (b) 800x, dan (c) 1000x
C, 600
90 Gambar L3.15 Proses Pengadukan Larutan Metilen Biru dan Sampel Adsorben dengan Magnetic Stirrer
Biru dengan Sampel Adsorben
89 Gambar L3.13 Larutan Metilen Biru 30 ppm di dalam Beaker Glass 90 Gambar L3.14 Magnetic Stirrer (Tempat Pengadukan) Larutan Metilen
89 Gambar L3.12 Peralatan SEM-EDX Tipe JEOL-JSM-6510 LV
C, dan 800 C yang akan Diuji dengan Peralatan SEM-EDX
C, 600
88 Gambar L3.11 Kuvet (Tempat Penyimpanan Sampel) pada Suhu 110
88 Gambar L3.10 Timbangan Digital dan Desikator
C, dan 800 C
86 Gambar L3.7 Tempat Pemanasan Sampel di Oven 87 Gambar L3.8 Tempat Pemanasan (Kalsinasi) Sampel di Furnace 87 Gambar L3.9 Hasil Pemanasan Sampel pada Suhu 110
68 Gambar L1.3 Hasil Analisa SEM Adsorben Cangkang Telur Bebek pada Suhu 800 C dengan Perbesaran (a) 500x, (b) 800x, dan (c) 1000x
86 Gambar L3.6 Hasil Sampel yang Lolos Ayakan 140 mesh
85 Gambar L3.4 Hasil Penggilingan Sampel dengan Ball Mill 85 Gambar L3.5 Tempat Ayakan 140 mesh
84 Gambar L3.3 Ball Mill
84 Gambar L3.2 Sampel yang Dihancurkan dengan Lumpang dan Alu
82 Gambar L3.1 Sampel Cangkang Telur Bebek
80 Gambar L2.2 Kurva Kalibrasi Larutan Logam Cd(II)
72 Gambar L2.1 Kurva Kalibrasi Metilen Biru
71 Gambar L1.6 Kurva EDX Adsorben Cangkang Telur Bebek dengan Suhu 800 C
70 Gambar L1.5 Kurva EDX Adsorben Cangkang Telur Bebek dengan Suhu 600 C
70 Gambar L1.4 Kurva EDX Adsorben Cangkang Telur Bebek dengan Suhu 110 C
91 Gambar L3.16 Tempat Penyimpanan Filtrat yang Disaring setiap 10 menit
91 Gambar L3.17 Spektrofotometer UV-Vis
92 Gambar L3.18 Tempat Penyimpanan Kuvet Sampel yang Diuji
92 Gambar L3.19 Foto Larutan Logam Berat Cd(II)
93 Gambar L3.20 Foto Larutan Logam Berat Cd(II) yang Diadsorpsi dengan Adsorben
93 Gambar L3.21 Tempat Penempatan Sampel yang akan Diuji dengan AAS
94 Gambar L3.22 Pelarutan Logam Berat Cd(II) dengan Larutan HCl
94 Gambar L3.23 Peralatan Spektrofotometer AAS
95 Gambar L3.24 Tempat Penempatan Sampel yang akan Diuji dengan AAS
95 Gambar L3.25 Pipa Penyalur Gas
96 Gambar L3.26 Alat Penyedot Udara AAS
96
DAFTAR TABEL
45 Tabel 4.3 Hasil Analisa EDX pada Adsorben Cangkang Telur Bebek dengan Suhu 600 C
74
73 Tabel L1.5 Data Hasil Percobaan untuk Logam Cd(II)
72 Tabel L1.4 Data Kalibrasi Metilen Biru
71 Tabel L1.3 Data EDX Adsorben Cangkang Telur Bebek dengan Suhu 800 C
71 Tabel L1.2 Data EDX Adsorben Cangkang Telur Bebek dengan Suhu 600 C
52 Tabel L1.1 Data EDX Adsorben Cangkang Telur Bebek dengan Suhu 110 C
C, dan 800 C
C, 600
48 Tabel 4.6 Hasil Luas Permukaan Adsorben Cangkang Telur Bebek pada Suhu 110
46 Tabel 4.5 Berat Jenis Adsorben Cangkang Telur Bebek pada Berbagai Suhu Aktivasi
45 Tabel 4.4 Hasil Analisa EDX pada Adsorben Cangkang Telur Bebek dengan Suhu 800 C
Halaman
Tabel 2.1 Komposisi Kimia Cangkang Telur22 Tabel 4.1 Hubungan antara Suhu Aktivasi dan % Berat Sampel Hilang
2.9 Daftar Nama Peneliti, Judul Penelitian, Proses Pembuatan dan Karakterisasi Adsorben Cangkang Telur
18 Tabel
17 Tabel 2.8 Sifat Fisik Kadmium
17 Tabel 2.7 Kelemahan dan Kelebihan Jenis-Jenis Adsorben
16 Tabel 2.6 Penggolongan Adsorben Berdasarkan Ukuran Pori
13 Tabel 2.5 Sifat Fisik Beberapa Jenis Adsorben Komersial
2.4 Penggolongan Adsorben Berdasarkan Kemampuan Menjerap Air
11 Tabel
8 Tabel 2.3 Suhu Kalsinasi pada Tiga Tahapan Pemanasan
5 Tabel 2.2 Komposisi Cangkang Telur Bebek
39 Tabel 4.2 Hasil Analisa EDX pada Adsorben Cangkang Telur Bebek dengan Suhu 110 C Tabel L1.6 Berat Jenis Adsorben Cangkang Telur Bebek pada
75 Berbagai Suhu Aktivasi Tabel L1.7 Data Hasil Perhitungan Adsorben Cangkang Telur
75 Bebek pada Suhu 110 C Tabel L1.8 Data Hasil Perhitungan Adsorben Cangkang Telur
76 Bebek pada Suhu 600 C Tabel L1.9 Data Hasil Perhitungan Adsorben Cangkang Telur
77 Bebek pada Suhu 800 C Tabel L1.10 Data Hasil Perhitungan untuk Ion Logam Cd(II)
78