Pemanfaatan Karbon Aktif Dari Ampas Teh Sebagai Adsorben Dalam Proses Adsorpsi α-Tokoferol Yang Terkandung Dalam Minyak Kelapa Sawit Mentah (Crude Palm Oil)
PEMANFAATAN KARBON AKTIF DARI AMPAS
TEH SEBAGAI ADSORBEN DALAM PROSES
ADSORPSI α-TOKOFEROL YANG TERKANDUNG
DALAM MINYAK KELAPA SAWIT MENTAH
(CRUDE PALM OIL)
SKRIPSI
Oleh
FAHMI MAULANA YANUAR
120405056
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
JANUARI 2017
Universitas Sumatera Utara
PEMANFAATAN KARBON AKTIF DARI AMPAS
TEH SEBAGAI ADSORBEN DALAM PROSES
ADSORPSI α-TOKOFEROL YANG TERKANDUNG
DALAM MINYAK KELAPA SAWIT MENTAH
(CRUDE PALM OIL)
SKRIPSI
Oleh
FAHMI MAULANA YANUAR
120405056
SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN
PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
JANUARI 2017
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul :
PEMANFAATAN KARBON AKTIF DARI AMPAS TEH SEBAGAI
ADSORBEN DALAM PROSES ADSORPSI
α-TOKOFEROL YANG TERKANDUNG DALAM MINYAK KELAPA
SAWIT MENTAH (CRUDE PALM OIL)
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 kemudian hari terbukti bahwa karya
ini bukan karya saya atau merupakan hasil jiplakan maka saya bersedia sanksi
sesuai dengan aturan yang berlaku.
Medan, 26 Januari 2017
Fahmi Maulana Yanuar
NIM 120405056
i
Universitas Sumatera Utara
PENGESAHAN
Skripsi dengan judul :
PEMANFAATAN KARBON AKTIF DARI AMPAS TEH SEBAGAI
ADSORBEN DALAM PROSES ADSORPSI
α-TOKOFEROL YANG TERKANDUNG DALAM MINYAK KELAPA
SAWIT MENTAH (CRUDE PALM OIL)
dibuat untuk melengkapi persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen
Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini telah
diajukan pada sidang ujian skripsi pada 25 Januari 2017 dan dinyatakan
memenuhi syarat/sah sebagai skripsi pada Departemen Teknik Kimia, Fakultas
Teknik, Universitas Sumatera Utara.
Mengetahui,
Medan, 26 Januari 2017
Koordinator Skripsi
Dosen Pembimbing
Ir. Renita Manurung, M.T.
Erni Misran, S.T., M.T., Ph.D
NIP. 19681214 199702 2 002
NIP. 19730913 200003 2 001
Dosen Penguji I
Dosen Penguji II
Dr. Ir. Iriany, M.Si
Dr. Eng. Rondang Tambun, S.T., M.T
NIP. 19640613 199003 2 001
NIP. 19720412 200012 1 004
ii
Universitas Sumatera Utara
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat dan
karunia-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan
Skripsi dengan judul “Pemanfaatan Karbon Aktif Dari Ampas Teh Sebagai
Adsorben Dalam Proses Adsorpsi α-Tokoferol Yang Terkandung Dalam
Minyak Kelapa Sawit Mentah (Crude Palm Oil)”, 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 diharapkan dapat memberi gambaran kepada dunia industri
tentang penggunaan langsung karbon aktif dari ampas teh sebagai adsorben dalam
proses adsorpsi α-tokoferol dari minyak kelapa sawit mentah sehingga dihasilkan
diperoleh minyak kelapa sawit mentah yang bebas kandungan α-tokoferol.
Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi ini, penulis banyak
mendapat bantuan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terima
kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada :
1.
Ibu Erni Misran, S.T., M.T., Ph.D selaku Dosen Pembimbing yang telah
memberikan
bimbingan
dan
dukungannya
sehingga
penulis
dapat
menyelesaikan skripsi ini.
2.
Bapak Prof. Dr. Ir. M. Turmuzi Lubis, MS, Ibu Dr. Ir. Iriany, M.Si dan
Bapak Dr. Eng. Rondang Tambun S.T., M.T. selaku Dosen Penguji yang
telah memberikan saran dan masukan yang membangun dalam penulisan
skripsi ini.
3.
Ibu Ir. Renita manurung, M.T. selaku Koordinator Penelitian Departemen
Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
4.
Bapak Dr. Eng. Ir. Irvan, M.Si selaku Ketua Departemen Teknik Kimia,
Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
5.
Kedua orang tua penulis Yudi Yanuar dan Nurnila Hanum yang telah
memberikan dukungannya secara penuh baik moril maupun materil sehingga
skripsi ini dapat terselesaikan.
iii
Universitas Sumatera Utara
6.
Seluruh Dosen/Staf Pengajar dan Pegawai Administrasi Departemen Teknik
Kimia.
7.
Bapak Mariadi yang telah memberikan saran dan bantuan dalam
penyelesaian skripsi ini.
8.
Fery Panjaitan, selaku partner penelitian penulis yang telah memberikan
bantuan dan dukungan yang sebesar-besarnya sehingga penulis dapat
menyelesaikan skripsi ini.
9.
Teman-teman dan sahabat-sahabat yang tidak dapat disebutkan satu persatu
yang telah memberikan bantuan dan dukungan sehingga penulis dapat
menyelesaikan skripsi ini.
10. Keluarga Laboratorium Kimia Fisika Tahun Ajaran 2014/2015 dan
2015/2016 terutama kepada Chamsa Triyadi, Rio Fransen Aruan dan Juli
Anggraini Simatupang yang telah membimbing dan mendukung penulis.
11. Abang dan kakak senior, adik-adik junior serta teman teman stambuk 2012
yang tidak dapat disebutkan satu persatu.
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, Januari 2017
Penulis
Fahmi Maulana Yanuar
iv
Universitas Sumatera Utara
DEDIKASI
Skripsi ini saya persembahkan untuk :
Bapak & Ibu tercinta
Bapak Yudi Yanuar dan Ibu Nurnila Hanum
Mereka adalah orang tua hebat yang telah membesarkan, mendidik
dan mendukung dengan penuh kesabaran dan kasih sayang.
Terima kasih atas pengorbanan, nasehat dan do’a yang tiada hentinya
yang telah kalian berikan selama ini.
v
Universitas Sumatera Utara
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Nama
NIM
Tempat, tanggal lahir
Nama orang tua
Alamat orang tua
:
:
:
:
Fahmi Maulana Yanuar
120405056
Medan, 25 Desember 1994
Yudi Yanuar dan Nurnila
Hanum
: Jl. Bambu Runcing No. 50
Medan
Asal Sekolah:
SD Cikini Kiani Mangkajang tahun 2000 - 2006
SMP Islam Al-Ulum Terpadu Medan tahun 2006 - 2009
SMA Negeri 7 Medan tahun 2009 – 2012
Departemen Teknik Kimia Universitas Sumatera Utara 2012 – 2017
Pengalaman Organisasi:
1. K3MI Al-Hadiid FT USU periode 2013/2014 sebagai Anggota bidang
Hubungan Masyarakat
2. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode
2014/2015 sebagai anggota bidang Literatur dan Pengembangan.
3. Covalen Study Group (CSG) FT USU periode 2014/2015 sebagai
Ketua bidang Hubungan Masyarakat.
4. Asisten Laboratorium Kimia Fisika, Departemen Teknik Kimia,
Universitas Sumatera Utara periode 2014/2015 – 2015/2016.
vi
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Minyak kelapa sawit mentah (CPO) merupakan salah satu minyak utama yang
diperdagangkan di dunia dan merupakan sumber yang kaya akan α-tokoferol.
Kandungan tokoferol dan tokotrienol dalam CPO berkisar antara 600-1.000 ppm.
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kondisi terbaik, mendapatkan model
isoterm, dan model kinetika dalam proses adsorpsi α-tokoferol dari CPO
menggunakan karbon aktif yang berasal dari ampas teh. Bahan-bahan utama yang
digunakan adalah CPO dan karbon aktif dari ampas teh yang diaktivasi dengan
H3PO4 dan dikarbonasi pada suhu 500 oC. Parameter yang diamati adalah luas
permukaan, kadar abu, dan volatile matter untuk karbon aktif sedangkan pada
proses adsorpsi adalah konsentrasi awal dan konsentrasi akhir α-tokoferol yang
dijerap oleh karbon aktif dari ampas teh. Proses adsorpsi dilakukan dengan
menggunakan variasi rasio karbon aktif : CPO (w/w) = 1:3; 1:4; 1:5 dan 1:6
dengan suhu 40 oC, dan variasi kecepatan pengadukan pada 140, 160, dan 180
rpm. Konsentrasi α-tokoferol dianalisa menggunakan High Performance Liquid
Chromatography (HPLC). Hasil penelitian menunjukkan bahwa persentase
adsorpsi akan semakin tinggi pada kecepatan pengadukan yang lebih tinggi dan
pada rasio massa yang lebih rendah antara karbon aktif dari ampas teh dengan
CPO. Dalam penelitian ini, diperoleh nilai persentase adsorpsi paling tinggi
adalah sebesar 84,42 % pada rasio 1:3 dengan kecepatan pengadukan 180 rpm.
Sedangkan kapasitas adsorpsi paling tinggi adalah sebesar 1,0973 mg/gram pada
rasio 1:6 dengan kecepatan pengadukan 180 rpm. Model kinetika adsorpsi yang
mewakili penjerapan α-tokoferol adalah kinetika orde dua semu dengan nilai
koefisien korelasi sebesar 0,9934 dan model isoterm adsorpsi yang mewakili
dalam penjerapan α-tokoferol adalah model isoterm Langmuir dengan nilai
koefisien korelasi sebesar 0,927.
Kata kunci: α-tokoferol, ampas teh, karbon aktif, kinetika, isoterm Langmuir.
vii
Universitas Sumatera Utara
ABSTRACT
Crude Palm Oil (CPO) is one of the major oil traded in the world and a rich source
of α-tocopherol. The content of tocopherol and tocotrienol in CPO is range of 600
-1000 ppm. This study aimed to get the best conditions, to get the isoterm models,
and the kinetic models of the adsorption process of α-tocopherol from CPO using
tea waste activated carbon. The materials used were CPO and the tea waste
activated carbon that activator of H3PO4 and carbonized at 500 oC. The measured
parameters for activated carbon were the surface area, ash content, and volatile
matter content, and for the adsorption process were the initial concentration, the
final concentration, and the amount of α-tocopherol that adsorbed by tea waste
activated carbon. The adsorption processes were conducted at the mass ratio of
activated carbon to CPO were 1:3; 1:4; 1:5; and 1:6 at temperature of 40 oC and
the variation of the rate of agitation of 140, 160, and 180 rpm. The concentration
of α-tocopherol was analysed using High Performance Liquid Chromatography
(HPLC). The results of this study showed that the percentation of adsorption was
greater at the higher agitation rate and in the lower ratio of tea waste activated
carbon to CPO. In this study, the greatest percentage of the adsorption was
84,42% that achieved at the ratio of 1:3 and the rate of agitation of 180 rpm.
While the maximum capacity of adsorbat was 1,0973 mg/gram that achieved at
the ratio 1:6 and the rate of agitation of 180 rpm. The appropriate kinetics model
of the adsorption of α-tocopherol was the pseudo-second order model with the
correlation coefficient of 0,9934 and the isotherm model of the adsorption of αtocopherol was the Langmuir isotherm model with the correlation coefficient of
0,927
Keywords : α-tocopherol, activated carbon, kinetic, Langmuir isotherm, tea waste
viii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Halaman
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
i
PENGESAHAN
ii
PRAKATA
iii
DEDIKASI
v
RIWAYAT HIDUP PENULIS
vi
ABSTRAK
vii
ABSTRACT
viii
DAFTAR ISI
ix
DAFTAR GAMBAR
xi
DAFTAR TABEL
xii
DARTAR LAMPIRAN
xiii
DAFTAR SINGKATAN
xiv
DAFTAR SIMBOL
xv
BAB I PENDAHULUAN
1
1.1 LATAR BELAKANG
1
1.2 PERUMUSAN MASALAH
2
1.3 TUJUAN PENELITIAN
3
1.4 MANFAAT PENELITIAN
3
1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN
3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
5
2.1 MINYAK KELAPA SAWIT
5
2.2 VITAMIN E (TOKOFEROL)
7
2.3 KARBON AKTIF DARI AMPAS TEH
9
2.4 ADSORPSI
10
2.5 MEKANISME ADSORPSI
11
2.6 ISOTERM ADSORPSI
12
2.7 KINETIKA ADSORPSI
14
BAB III METODE PENELITIAN
15
3.1 LOKASI DAN WAKTU PENELITIAN
15
ix
Universitas Sumatera Utara
3.2 BAHAN DAN PERALATAN
15
3.2.1 Bahan Penelitian
15
3.2.2 Peralatan Penelitian
15
3.3 VARIASI PENELITIAN
16
3.4 PROSEDUR PENELITIAN
17
3.4.1 Prosedur Pembuatan Karbon Aktif
17
3.4.2 Prosedur Analisa Kadar Abu
18
3.4.3 Pengujian Kadar Zat Volatil
18
3.4.4 Prosedur Kinetika Adsorpsi
19
3.4.5 Prosedur Kajian Isoterm Adsorpsi
19
3.4.6 Analisa Sampel
20
3.4.7 Pengolahan Data
20
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
21
4.1 KARAKTERISTIK KARBON AKTIF DARI AMPAS TEH
21
4.2 PENGARUH KECEPATAN PENGADUKAN DAN RASIO
KARBON AKTIF : CPO TERHADAP PERSENTASE
ADSORPSI α-TOKOFEROL
22
4.3 PENGARUH KECEPATAN PENGADUKAN DAN RASIO
KARBON AKTIF : CPO TERHADAP
ADSORPSI α-TOKOFEROL
KAPASITAS
24
4.4 KINETIKA ADSORPSI α-TOKOFEROL
25
4.5 PENENTUAN MODEL ISOTERM ADSORPSI
28
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
32
5.1 KESIMPULAN
32
5.2 SARAN
32
DAFTAR PUSTAKA
33
x
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar β.1 Struktur α-Tokoferol
8
Gambar 4.1 Pengaruh Kecepatan Pengadukan dan Rasio Karbon Aktif : CPO
Terhadap Persentase Adsorpsi α-Tokoferol
23
Gambar 4.2 Pengaruh Kecepatan Pengadukan dan Rasio Karbon Aktif : CPO
Terhadap Kapasitas Adsorpsi α-Tokoferol
24
Gambar 4.3 Kurva Penyerapan α-Tokoferol
26
Gambar 4.4 Uji Kesesuaian Data Penelitian dengan Model Kinetika Orde
Satu Semu Lagergren
26
Gambar 4.5 Uji Kesesuaian Data Penelitian dengan Model Kinetika Orde
Dua Semu Lagergren
27
Gambar 4.6 Keadaan Isoterm Adsorpsi α-Tokoferol
28
Gambar 4.4 Kurva Isoterm Langmuir
29
Gambar 4.5 Kurva Isoterm Freundlich
29
Gambar LB.1 Kinetika Orde Satu Semu
45
Gambar LB.2 Kinetika Orde Dua Semu
46
Gambar LB.3 Kurva Isoterm Langmuir
47
Gambar LB.4 Kurva Isoterm Freundlich
48
Gambar LC.1 Foto Pengeringan Ampas Teh Menggunakan Tray Drier
50
Gambar LC.2 Foto Penghalusan Ampas Teh Menggunakan Ballmill
50
Gambar LC.3 Foto Rangkaian Peralatan Pirolisis
51
Gambar LC.4 Foto Pencucian Karbon Aktif
51
Gambar LC.5 Foto Penghalusan karbon Aktif dengan Mortar
52
Gambar LC.6 Foto Karbon Aktif
52
Gambar LC.7 Foto Minyak Kelapa Sawit (Crude Palm Oil) Sebelum
Diadsorpsi
53
Gambar LC.8 Foto Rangkaian Peralatan Adsorpsi
53
Gambar LC.9 Foto Minyak Kelapa Sawit Setelah Diadsorpsi
54
Gambar LC.10 Foto Hasil Kinetika Adsorpsi
54
xi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Komposisi Asam Lemak Pada CPO
6
Tabel 2.2 Kandungan Gliserida dalam CPO
7
Tabel 2.3 Perbedaan α-, -, -, δ-tokoferol Berdasarkan Posisi Cincin
9
Tabel 3.1 Variasi Penelitian Kajian Kinetika pada Proses Adsorpsi α-tokoferol 17
Tabel 3.2 Variasi Penelitian Kajian Isoterm pada Proses Adsorpsi α-tokoferol
17
Tabel 4.1 Karakteristik Karbon Aktif dari Ampas Teh.
21
Tabel 4.2 Data Kinetika Adsorpsi α-tokoferol
27
Tabel 4.3 Nilai Konstanta untuk Model Isoterm Langmuir dan Freundlich
30
Tabel LA.1 Data Kadar Abu Karbon Aktif
38
Tabel LA.2 Data Kadar Zat Menguap Karbon Aktif
38
Tabel LA.3 Data Karakteristik Karbon Aktif dari Ampas Teh Sebelum dan
Sesudah Proses Pirolsis Dengan Metode BET
39
Tabel LA.4 Data Konsentrasi α-Tokoferol pada Penentuan Model Kinetika
Adsorpsi dengan Kecepatan Pengadukan 180 rpm
39
Tabel LA.5 Data Konsentrasi α-Tokoferol Pada Kecepatan Pengadukan
140 rpm
40
Tabel LA.6 Data Konsentrasi α-Tokoferol Pada Kecepatan Pengadukan
160 rpm
40
Tabel LA.7 Data Konsentrasi α-Tokoferol Pada Kecepatan Pengadukan
180 rpm
40
Tabel LB.1 Persentase Adsorpsi dan Kapasitas Adsorpsi Pada Kecepatan
Pengadukan 140 rpm
43
Tabel LB.2 Persentase Adsorpsi dan Kapasitas Adsorpsi Pada Kecepatan
Pengadukan 160 rpm
43
Tabel LB.3 Persentase Adsorpsi dan Kapasitas Adsorpsi Pada Kecepatan
Pengadukan 180 rpm
43
Tabel LB.4 Data Penentuan Model Kinetika Adsorpsi α-tokoferol
Kecepatan Pengadukan 180 rpm
44
Tabel LB.5 Isoterm Adsorpsi Kecepatan Pengadukan 180 rpm
47
xii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
LAMPIRAN A DATA HASIL PENELITIAN
38
LA.1 Kadar Abu Karbon Aktif
38
LA.2 Kadar Volatile Matter
38
LA.3 Karakterisasi karbon aktif dengan metode BET
38
LA.4 Kajian Model Kinetika Adsorpsi
39
LA.5 Kajian Model Isoterm Adsorpsi
39
LAMPIRAN B HASIL PERHITUNGAN
41
LB.1 Perhitungan Kadar Abu Karbon Aktif
41
LB.2 Kadar Volatile Matter Karbon Aktif
41
LB.3 Persentase Adsorpsi dan Kapasitas Adsorpsi
42
LB.4 Perhitungan Kinetika Adsorpsi
44
LB.5 Perhitungan Isoterm Adsorpsi
47
LAMPIRAN C FOTO PENELITIAN
50
LC.1 Pengeringan Ampas Teh Menggunakan Tray Drier
50
LC.2 Penghalusan Ampas Teh Menggunakan Ballmill
50
LC.3 Rangkaian Peralatan Pirolisis
51
LC.4 Pencucian Karbon Aktif
51
LC.5 Penghalusan karbon Aktif dengan Mortar
52
LC.6 Karbon Aktif
52
LC.7 Minyak Kelapa Sawit Sebelum Diproses
53
LC.8 Rangkaian Peralatan Adsorpsi
53
LC.9 Minyak Kelapa Sawit Setelah Diproses
54
LC.10 Hasil Kinetika Adsorpsi
54
xiii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR SINGKATAN
CPO
Crude Palm Oil
BET
Brunaeur Emmet Teller
HPLC
High Liquid Performance Chromatography
PKO
Palm Kernel Oil
RBDPO
Refined Bleached Deodorized Palm Oil
SNI
Standar Nasional Indonesia
xiv
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR SIMBOL
Simbol
Keterangan
Dimensi
C0
Konsentrasi adsorbat awal
mg/L
Ce
Konsentrasi adsorbat pada keadaan setimbang
mg/L
KF
Konstanta Freundlich
KL
Konstanta Langmuir
k1
Konstanta kinetika orde satu semu
k2
Konstanta kinetika orde dua semu
n
Konstanta orde adsorpsi
qe
Massa adsorbat yang terjerap per adsorben pada
mg/g
kesetimbangan
qm
Kapasitas maksimum adsorpsi
mg/g
qt
Kapasitas penjerapan pada waktu t
mg/g
t
waktu
menit
W
Kapasitas adsorpsi
mg/g
W0
Berat awal
g
W1
Berat akhir
g
xv
Universitas Sumatera Utara
TEH SEBAGAI ADSORBEN DALAM PROSES
ADSORPSI α-TOKOFEROL YANG TERKANDUNG
DALAM MINYAK KELAPA SAWIT MENTAH
(CRUDE PALM OIL)
SKRIPSI
Oleh
FAHMI MAULANA YANUAR
120405056
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
JANUARI 2017
Universitas Sumatera Utara
PEMANFAATAN KARBON AKTIF DARI AMPAS
TEH SEBAGAI ADSORBEN DALAM PROSES
ADSORPSI α-TOKOFEROL YANG TERKANDUNG
DALAM MINYAK KELAPA SAWIT MENTAH
(CRUDE PALM OIL)
SKRIPSI
Oleh
FAHMI MAULANA YANUAR
120405056
SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN
PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
JANUARI 2017
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul :
PEMANFAATAN KARBON AKTIF DARI AMPAS TEH SEBAGAI
ADSORBEN DALAM PROSES ADSORPSI
α-TOKOFEROL YANG TERKANDUNG DALAM MINYAK KELAPA
SAWIT MENTAH (CRUDE PALM OIL)
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 kemudian hari terbukti bahwa karya
ini bukan karya saya atau merupakan hasil jiplakan maka saya bersedia sanksi
sesuai dengan aturan yang berlaku.
Medan, 26 Januari 2017
Fahmi Maulana Yanuar
NIM 120405056
i
Universitas Sumatera Utara
PENGESAHAN
Skripsi dengan judul :
PEMANFAATAN KARBON AKTIF DARI AMPAS TEH SEBAGAI
ADSORBEN DALAM PROSES ADSORPSI
α-TOKOFEROL YANG TERKANDUNG DALAM MINYAK KELAPA
SAWIT MENTAH (CRUDE PALM OIL)
dibuat untuk melengkapi persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen
Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini telah
diajukan pada sidang ujian skripsi pada 25 Januari 2017 dan dinyatakan
memenuhi syarat/sah sebagai skripsi pada Departemen Teknik Kimia, Fakultas
Teknik, Universitas Sumatera Utara.
Mengetahui,
Medan, 26 Januari 2017
Koordinator Skripsi
Dosen Pembimbing
Ir. Renita Manurung, M.T.
Erni Misran, S.T., M.T., Ph.D
NIP. 19681214 199702 2 002
NIP. 19730913 200003 2 001
Dosen Penguji I
Dosen Penguji II
Dr. Ir. Iriany, M.Si
Dr. Eng. Rondang Tambun, S.T., M.T
NIP. 19640613 199003 2 001
NIP. 19720412 200012 1 004
ii
Universitas Sumatera Utara
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat dan
karunia-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan
Skripsi dengan judul “Pemanfaatan Karbon Aktif Dari Ampas Teh Sebagai
Adsorben Dalam Proses Adsorpsi α-Tokoferol Yang Terkandung Dalam
Minyak Kelapa Sawit Mentah (Crude Palm Oil)”, 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 diharapkan dapat memberi gambaran kepada dunia industri
tentang penggunaan langsung karbon aktif dari ampas teh sebagai adsorben dalam
proses adsorpsi α-tokoferol dari minyak kelapa sawit mentah sehingga dihasilkan
diperoleh minyak kelapa sawit mentah yang bebas kandungan α-tokoferol.
Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi ini, penulis banyak
mendapat bantuan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terima
kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada :
1.
Ibu Erni Misran, S.T., M.T., Ph.D selaku Dosen Pembimbing yang telah
memberikan
bimbingan
dan
dukungannya
sehingga
penulis
dapat
menyelesaikan skripsi ini.
2.
Bapak Prof. Dr. Ir. M. Turmuzi Lubis, MS, Ibu Dr. Ir. Iriany, M.Si dan
Bapak Dr. Eng. Rondang Tambun S.T., M.T. selaku Dosen Penguji yang
telah memberikan saran dan masukan yang membangun dalam penulisan
skripsi ini.
3.
Ibu Ir. Renita manurung, M.T. selaku Koordinator Penelitian Departemen
Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
4.
Bapak Dr. Eng. Ir. Irvan, M.Si selaku Ketua Departemen Teknik Kimia,
Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
5.
Kedua orang tua penulis Yudi Yanuar dan Nurnila Hanum yang telah
memberikan dukungannya secara penuh baik moril maupun materil sehingga
skripsi ini dapat terselesaikan.
iii
Universitas Sumatera Utara
6.
Seluruh Dosen/Staf Pengajar dan Pegawai Administrasi Departemen Teknik
Kimia.
7.
Bapak Mariadi yang telah memberikan saran dan bantuan dalam
penyelesaian skripsi ini.
8.
Fery Panjaitan, selaku partner penelitian penulis yang telah memberikan
bantuan dan dukungan yang sebesar-besarnya sehingga penulis dapat
menyelesaikan skripsi ini.
9.
Teman-teman dan sahabat-sahabat yang tidak dapat disebutkan satu persatu
yang telah memberikan bantuan dan dukungan sehingga penulis dapat
menyelesaikan skripsi ini.
10. Keluarga Laboratorium Kimia Fisika Tahun Ajaran 2014/2015 dan
2015/2016 terutama kepada Chamsa Triyadi, Rio Fransen Aruan dan Juli
Anggraini Simatupang yang telah membimbing dan mendukung penulis.
11. Abang dan kakak senior, adik-adik junior serta teman teman stambuk 2012
yang tidak dapat disebutkan satu persatu.
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, Januari 2017
Penulis
Fahmi Maulana Yanuar
iv
Universitas Sumatera Utara
DEDIKASI
Skripsi ini saya persembahkan untuk :
Bapak & Ibu tercinta
Bapak Yudi Yanuar dan Ibu Nurnila Hanum
Mereka adalah orang tua hebat yang telah membesarkan, mendidik
dan mendukung dengan penuh kesabaran dan kasih sayang.
Terima kasih atas pengorbanan, nasehat dan do’a yang tiada hentinya
yang telah kalian berikan selama ini.
v
Universitas Sumatera Utara
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Nama
NIM
Tempat, tanggal lahir
Nama orang tua
Alamat orang tua
:
:
:
:
Fahmi Maulana Yanuar
120405056
Medan, 25 Desember 1994
Yudi Yanuar dan Nurnila
Hanum
: Jl. Bambu Runcing No. 50
Medan
Asal Sekolah:
SD Cikini Kiani Mangkajang tahun 2000 - 2006
SMP Islam Al-Ulum Terpadu Medan tahun 2006 - 2009
SMA Negeri 7 Medan tahun 2009 – 2012
Departemen Teknik Kimia Universitas Sumatera Utara 2012 – 2017
Pengalaman Organisasi:
1. K3MI Al-Hadiid FT USU periode 2013/2014 sebagai Anggota bidang
Hubungan Masyarakat
2. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode
2014/2015 sebagai anggota bidang Literatur dan Pengembangan.
3. Covalen Study Group (CSG) FT USU periode 2014/2015 sebagai
Ketua bidang Hubungan Masyarakat.
4. Asisten Laboratorium Kimia Fisika, Departemen Teknik Kimia,
Universitas Sumatera Utara periode 2014/2015 – 2015/2016.
vi
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Minyak kelapa sawit mentah (CPO) merupakan salah satu minyak utama yang
diperdagangkan di dunia dan merupakan sumber yang kaya akan α-tokoferol.
Kandungan tokoferol dan tokotrienol dalam CPO berkisar antara 600-1.000 ppm.
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kondisi terbaik, mendapatkan model
isoterm, dan model kinetika dalam proses adsorpsi α-tokoferol dari CPO
menggunakan karbon aktif yang berasal dari ampas teh. Bahan-bahan utama yang
digunakan adalah CPO dan karbon aktif dari ampas teh yang diaktivasi dengan
H3PO4 dan dikarbonasi pada suhu 500 oC. Parameter yang diamati adalah luas
permukaan, kadar abu, dan volatile matter untuk karbon aktif sedangkan pada
proses adsorpsi adalah konsentrasi awal dan konsentrasi akhir α-tokoferol yang
dijerap oleh karbon aktif dari ampas teh. Proses adsorpsi dilakukan dengan
menggunakan variasi rasio karbon aktif : CPO (w/w) = 1:3; 1:4; 1:5 dan 1:6
dengan suhu 40 oC, dan variasi kecepatan pengadukan pada 140, 160, dan 180
rpm. Konsentrasi α-tokoferol dianalisa menggunakan High Performance Liquid
Chromatography (HPLC). Hasil penelitian menunjukkan bahwa persentase
adsorpsi akan semakin tinggi pada kecepatan pengadukan yang lebih tinggi dan
pada rasio massa yang lebih rendah antara karbon aktif dari ampas teh dengan
CPO. Dalam penelitian ini, diperoleh nilai persentase adsorpsi paling tinggi
adalah sebesar 84,42 % pada rasio 1:3 dengan kecepatan pengadukan 180 rpm.
Sedangkan kapasitas adsorpsi paling tinggi adalah sebesar 1,0973 mg/gram pada
rasio 1:6 dengan kecepatan pengadukan 180 rpm. Model kinetika adsorpsi yang
mewakili penjerapan α-tokoferol adalah kinetika orde dua semu dengan nilai
koefisien korelasi sebesar 0,9934 dan model isoterm adsorpsi yang mewakili
dalam penjerapan α-tokoferol adalah model isoterm Langmuir dengan nilai
koefisien korelasi sebesar 0,927.
Kata kunci: α-tokoferol, ampas teh, karbon aktif, kinetika, isoterm Langmuir.
vii
Universitas Sumatera Utara
ABSTRACT
Crude Palm Oil (CPO) is one of the major oil traded in the world and a rich source
of α-tocopherol. The content of tocopherol and tocotrienol in CPO is range of 600
-1000 ppm. This study aimed to get the best conditions, to get the isoterm models,
and the kinetic models of the adsorption process of α-tocopherol from CPO using
tea waste activated carbon. The materials used were CPO and the tea waste
activated carbon that activator of H3PO4 and carbonized at 500 oC. The measured
parameters for activated carbon were the surface area, ash content, and volatile
matter content, and for the adsorption process were the initial concentration, the
final concentration, and the amount of α-tocopherol that adsorbed by tea waste
activated carbon. The adsorption processes were conducted at the mass ratio of
activated carbon to CPO were 1:3; 1:4; 1:5; and 1:6 at temperature of 40 oC and
the variation of the rate of agitation of 140, 160, and 180 rpm. The concentration
of α-tocopherol was analysed using High Performance Liquid Chromatography
(HPLC). The results of this study showed that the percentation of adsorption was
greater at the higher agitation rate and in the lower ratio of tea waste activated
carbon to CPO. In this study, the greatest percentage of the adsorption was
84,42% that achieved at the ratio of 1:3 and the rate of agitation of 180 rpm.
While the maximum capacity of adsorbat was 1,0973 mg/gram that achieved at
the ratio 1:6 and the rate of agitation of 180 rpm. The appropriate kinetics model
of the adsorption of α-tocopherol was the pseudo-second order model with the
correlation coefficient of 0,9934 and the isotherm model of the adsorption of αtocopherol was the Langmuir isotherm model with the correlation coefficient of
0,927
Keywords : α-tocopherol, activated carbon, kinetic, Langmuir isotherm, tea waste
viii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Halaman
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
i
PENGESAHAN
ii
PRAKATA
iii
DEDIKASI
v
RIWAYAT HIDUP PENULIS
vi
ABSTRAK
vii
ABSTRACT
viii
DAFTAR ISI
ix
DAFTAR GAMBAR
xi
DAFTAR TABEL
xii
DARTAR LAMPIRAN
xiii
DAFTAR SINGKATAN
xiv
DAFTAR SIMBOL
xv
BAB I PENDAHULUAN
1
1.1 LATAR BELAKANG
1
1.2 PERUMUSAN MASALAH
2
1.3 TUJUAN PENELITIAN
3
1.4 MANFAAT PENELITIAN
3
1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN
3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
5
2.1 MINYAK KELAPA SAWIT
5
2.2 VITAMIN E (TOKOFEROL)
7
2.3 KARBON AKTIF DARI AMPAS TEH
9
2.4 ADSORPSI
10
2.5 MEKANISME ADSORPSI
11
2.6 ISOTERM ADSORPSI
12
2.7 KINETIKA ADSORPSI
14
BAB III METODE PENELITIAN
15
3.1 LOKASI DAN WAKTU PENELITIAN
15
ix
Universitas Sumatera Utara
3.2 BAHAN DAN PERALATAN
15
3.2.1 Bahan Penelitian
15
3.2.2 Peralatan Penelitian
15
3.3 VARIASI PENELITIAN
16
3.4 PROSEDUR PENELITIAN
17
3.4.1 Prosedur Pembuatan Karbon Aktif
17
3.4.2 Prosedur Analisa Kadar Abu
18
3.4.3 Pengujian Kadar Zat Volatil
18
3.4.4 Prosedur Kinetika Adsorpsi
19
3.4.5 Prosedur Kajian Isoterm Adsorpsi
19
3.4.6 Analisa Sampel
20
3.4.7 Pengolahan Data
20
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
21
4.1 KARAKTERISTIK KARBON AKTIF DARI AMPAS TEH
21
4.2 PENGARUH KECEPATAN PENGADUKAN DAN RASIO
KARBON AKTIF : CPO TERHADAP PERSENTASE
ADSORPSI α-TOKOFEROL
22
4.3 PENGARUH KECEPATAN PENGADUKAN DAN RASIO
KARBON AKTIF : CPO TERHADAP
ADSORPSI α-TOKOFEROL
KAPASITAS
24
4.4 KINETIKA ADSORPSI α-TOKOFEROL
25
4.5 PENENTUAN MODEL ISOTERM ADSORPSI
28
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
32
5.1 KESIMPULAN
32
5.2 SARAN
32
DAFTAR PUSTAKA
33
x
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar β.1 Struktur α-Tokoferol
8
Gambar 4.1 Pengaruh Kecepatan Pengadukan dan Rasio Karbon Aktif : CPO
Terhadap Persentase Adsorpsi α-Tokoferol
23
Gambar 4.2 Pengaruh Kecepatan Pengadukan dan Rasio Karbon Aktif : CPO
Terhadap Kapasitas Adsorpsi α-Tokoferol
24
Gambar 4.3 Kurva Penyerapan α-Tokoferol
26
Gambar 4.4 Uji Kesesuaian Data Penelitian dengan Model Kinetika Orde
Satu Semu Lagergren
26
Gambar 4.5 Uji Kesesuaian Data Penelitian dengan Model Kinetika Orde
Dua Semu Lagergren
27
Gambar 4.6 Keadaan Isoterm Adsorpsi α-Tokoferol
28
Gambar 4.4 Kurva Isoterm Langmuir
29
Gambar 4.5 Kurva Isoterm Freundlich
29
Gambar LB.1 Kinetika Orde Satu Semu
45
Gambar LB.2 Kinetika Orde Dua Semu
46
Gambar LB.3 Kurva Isoterm Langmuir
47
Gambar LB.4 Kurva Isoterm Freundlich
48
Gambar LC.1 Foto Pengeringan Ampas Teh Menggunakan Tray Drier
50
Gambar LC.2 Foto Penghalusan Ampas Teh Menggunakan Ballmill
50
Gambar LC.3 Foto Rangkaian Peralatan Pirolisis
51
Gambar LC.4 Foto Pencucian Karbon Aktif
51
Gambar LC.5 Foto Penghalusan karbon Aktif dengan Mortar
52
Gambar LC.6 Foto Karbon Aktif
52
Gambar LC.7 Foto Minyak Kelapa Sawit (Crude Palm Oil) Sebelum
Diadsorpsi
53
Gambar LC.8 Foto Rangkaian Peralatan Adsorpsi
53
Gambar LC.9 Foto Minyak Kelapa Sawit Setelah Diadsorpsi
54
Gambar LC.10 Foto Hasil Kinetika Adsorpsi
54
xi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Komposisi Asam Lemak Pada CPO
6
Tabel 2.2 Kandungan Gliserida dalam CPO
7
Tabel 2.3 Perbedaan α-, -, -, δ-tokoferol Berdasarkan Posisi Cincin
9
Tabel 3.1 Variasi Penelitian Kajian Kinetika pada Proses Adsorpsi α-tokoferol 17
Tabel 3.2 Variasi Penelitian Kajian Isoterm pada Proses Adsorpsi α-tokoferol
17
Tabel 4.1 Karakteristik Karbon Aktif dari Ampas Teh.
21
Tabel 4.2 Data Kinetika Adsorpsi α-tokoferol
27
Tabel 4.3 Nilai Konstanta untuk Model Isoterm Langmuir dan Freundlich
30
Tabel LA.1 Data Kadar Abu Karbon Aktif
38
Tabel LA.2 Data Kadar Zat Menguap Karbon Aktif
38
Tabel LA.3 Data Karakteristik Karbon Aktif dari Ampas Teh Sebelum dan
Sesudah Proses Pirolsis Dengan Metode BET
39
Tabel LA.4 Data Konsentrasi α-Tokoferol pada Penentuan Model Kinetika
Adsorpsi dengan Kecepatan Pengadukan 180 rpm
39
Tabel LA.5 Data Konsentrasi α-Tokoferol Pada Kecepatan Pengadukan
140 rpm
40
Tabel LA.6 Data Konsentrasi α-Tokoferol Pada Kecepatan Pengadukan
160 rpm
40
Tabel LA.7 Data Konsentrasi α-Tokoferol Pada Kecepatan Pengadukan
180 rpm
40
Tabel LB.1 Persentase Adsorpsi dan Kapasitas Adsorpsi Pada Kecepatan
Pengadukan 140 rpm
43
Tabel LB.2 Persentase Adsorpsi dan Kapasitas Adsorpsi Pada Kecepatan
Pengadukan 160 rpm
43
Tabel LB.3 Persentase Adsorpsi dan Kapasitas Adsorpsi Pada Kecepatan
Pengadukan 180 rpm
43
Tabel LB.4 Data Penentuan Model Kinetika Adsorpsi α-tokoferol
Kecepatan Pengadukan 180 rpm
44
Tabel LB.5 Isoterm Adsorpsi Kecepatan Pengadukan 180 rpm
47
xii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
LAMPIRAN A DATA HASIL PENELITIAN
38
LA.1 Kadar Abu Karbon Aktif
38
LA.2 Kadar Volatile Matter
38
LA.3 Karakterisasi karbon aktif dengan metode BET
38
LA.4 Kajian Model Kinetika Adsorpsi
39
LA.5 Kajian Model Isoterm Adsorpsi
39
LAMPIRAN B HASIL PERHITUNGAN
41
LB.1 Perhitungan Kadar Abu Karbon Aktif
41
LB.2 Kadar Volatile Matter Karbon Aktif
41
LB.3 Persentase Adsorpsi dan Kapasitas Adsorpsi
42
LB.4 Perhitungan Kinetika Adsorpsi
44
LB.5 Perhitungan Isoterm Adsorpsi
47
LAMPIRAN C FOTO PENELITIAN
50
LC.1 Pengeringan Ampas Teh Menggunakan Tray Drier
50
LC.2 Penghalusan Ampas Teh Menggunakan Ballmill
50
LC.3 Rangkaian Peralatan Pirolisis
51
LC.4 Pencucian Karbon Aktif
51
LC.5 Penghalusan karbon Aktif dengan Mortar
52
LC.6 Karbon Aktif
52
LC.7 Minyak Kelapa Sawit Sebelum Diproses
53
LC.8 Rangkaian Peralatan Adsorpsi
53
LC.9 Minyak Kelapa Sawit Setelah Diproses
54
LC.10 Hasil Kinetika Adsorpsi
54
xiii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR SINGKATAN
CPO
Crude Palm Oil
BET
Brunaeur Emmet Teller
HPLC
High Liquid Performance Chromatography
PKO
Palm Kernel Oil
RBDPO
Refined Bleached Deodorized Palm Oil
SNI
Standar Nasional Indonesia
xiv
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR SIMBOL
Simbol
Keterangan
Dimensi
C0
Konsentrasi adsorbat awal
mg/L
Ce
Konsentrasi adsorbat pada keadaan setimbang
mg/L
KF
Konstanta Freundlich
KL
Konstanta Langmuir
k1
Konstanta kinetika orde satu semu
k2
Konstanta kinetika orde dua semu
n
Konstanta orde adsorpsi
qe
Massa adsorbat yang terjerap per adsorben pada
mg/g
kesetimbangan
qm
Kapasitas maksimum adsorpsi
mg/g
qt
Kapasitas penjerapan pada waktu t
mg/g
t
waktu
menit
W
Kapasitas adsorpsi
mg/g
W0
Berat awal
g
W1
Berat akhir
g
xv
Universitas Sumatera Utara