3. 1 Waktu dan Tempat Penelitian
Serangkaian kegiatan penelitian dilaksanakan mulai bulan April hingga November 2012 di:
1. Laboratorium proksimat terpadu, Pusat Litbang Keteknikan Kehutanan dan Pengolahan Hasil Hutan Bogor.
2. Bagian Pengembangan Sumberdaya Fisik Lahan, Departemen Ilmu Tanah dan Sumberdaya Lahan, Fakultas Pertanian Institut Pertanian Bogor.
3. 2 Bahan dan Alat
Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian terdiri dari bahan baku pembuatan arang, bahan yang dicampurkan untuk pembuatan pupuk lambat tersedia, dan berbagai pereaksi kimia untuk analisis. Bahan baku yang digunakan dalam penelitian ini adalah bambu dan tempurung kelapa untuk pembuatan arang aktif. Adapun bahan yang dicampurkan ke dalam arang aktif untuk pembuatan pupuk lambat tersedia yaitu CuSO4 5H2O, FeSO4, dan ZnSO4 teknis.
Alat-alat yang digunakan yaitu timbangan, tungku drum kapasitas 90 kg, retort listrik kapasitas ± 1 kg dan steamer, willey mill, oven, tanur, Scanning Electron Microscope (SEM), X-Ray Diffractometer (XRD), Energy Dispersive X-ray Analysis (EDX), Atomic Absorption Spectrofotometer (AAS), dan alat-alat gelas untuk analisis kimia.
3. 3 Prosedur Penelitian
Penelitian ini terdiri dari lima tahapan, yaitu konversi bahan baku menjadi arang, pembuatan dan analisis sifat-sifat arang aktif, pembuatan pupuk lambat tersedia, pengujian laju pelepasan kandungan hara dalam pupuk, dan pengujian pengaruh penambahan pupuk lambat tersedia terhadap serapan hara tanaman.
3. 3. 1 Konversi Bahan Baku menjadi Arang
Proses pembuatan arang dilakukan dengan menggunakan tungku drum kapasitas 90 kg. Tungku drum diisi dengan bahan baku (diketahui bobotnya) yang
diletakkan di atas potongan kayu kecil yang telah disimpan terlebih dulu di dasar tungku drum. Pembakaran dilakukan pada suhu yang meningkat secara bertahap sampai mencapai suhu ± 500oC. Setelah seluruh bahan baku di dalam tungku terbakar dengan sempurna, yang dicirikan oleh asap yang keluar dari dalam tungku telah berkurang dan berwarna kebiruan, maka pembakaran dihentikan dengan menutup rapat semua jalan yang dilalui udara ke dalam tungku. Selanjutnya dilakukan proses pendinginan arang dalam tungku selama ± 24 jam. Arang yang dihasilkan ditimbang bobotnya.
3. 3. 2 Pembuatan Arang Aktif dan Analisis Sifat-sifat Arang Aktif
Pembuatan arang aktif dilakukan dengan memasukkan arang hasil karbonisasi (diketahui bobotnya) ke dalam retort listrik dan diaktivasi dengan uap air pada suhu 600oC dan 700oC selama 90 menit. Arang aktif yang telah dihasilkan selanjutnya ditimbang, ditumbuk halus hingga lolos ayakan berukuran 100 mesh dan dianalisis berdasarkan SNI 06-3730-1995 (BSN, 1995) yang meliputi:
1. Rendemen arang aktif
Rendemen arang aktif ditetapkan dengan menghitung bobot arang hasil aktivasi terhadap bobot arang sebelum diaktivasi.
Rendemen arang aktif (%)= Bobot arang aktif
Bobot arang x 100% 2. Kadar air arang aktif
Serbuk arang aktif ditimbang sebanyak ± 1 gram dan dimasukkan ke dalam cawan porselin yang telah diketahui bobotnya, lalu dikeringkan dalam oven pada suhu 105oC selama ± 24 jam. Setelah didinginkan dalam eksikator kemudian ditimbang sampai bobot tetap.
Kadar Air (%) = Bobot (sebelum-sesudah)pengeringan
Bobot Contoh x 100% 3. Kadar zat terbang arang aktif
Serbuk arang aktif kering oven ditimbang sebanyak ± 1 gram dan dimasukkan ke dalam cawan porselin yang telah diketahui bobotnya, lalu dimasukkan ke dalam tanur listrik pada suhu 950oC selama ±15 menit. Kemudian didinginkan di dalam eksikator dan ditimbang.
Kadar zat terbang (%) = Bobot contoh yang hilang
Bobot contoh awal � 100% 4. Kadar abu arang aktif
Serbuk arang aktif kering oven ditimbang sebanyak ± 1 gram, dan dimasukkan ke dalam cawan porselin yang telah diketahui bobotnya. Selanjutnya dimasukkan ke dalam tanur pada suhu 700oC selama ± 5 jam. Kemudian didinginkan di dalam eksikator dan ditimbang.
Kadar Abu (%) = Bobot abu
Bobot contoh awal x 100% 5. Kadar karbon arang aktif
Kadar karbon dapat ditetapkan dengan menghitung komponen arang aktif selain abu dan zat terbang.
Kadar Karbon Terikat (%) = 100 - (Kadar Abu + Kadar Zat Terbang) 6. Daya adsorb arang aktif terhadap larutan iodium
Serbuk arang aktif ditimbang sebanyak ± 0,2 gram dan dimasukkan ke dalam erlenmeyer asah, kemudian ditambahkan 25 ml larutan iodium 0,1N dan dikocok selama 15 menit. Larutan disaring, selanjutnya dipipet 10 ml filtrat dan dititar dengan larutan Na2S2O3 0,1N hingga larutan berwarna kuning, lalu ditambahkan larutan kanji 1% sebagai indikator. Penitaran dilanjutkan hingga warna larutan berubah dari biru menjadi tidak berwarna. Daya adsorb iodium (mg g⁄ )
= {10-(vol.contoh x N Na S O )}
bobot contoh (g) x 126,93 x fp 7. Daya adsorb arang aktif terhadap larutan metilena biru
Ditimbang sebanyak ± 0,5 gram serbuk arang aktif, dimasukkan ke dalam erlenmeyer asah, ditambahkan 25 ml larutan metilena biru 1200 ppm, dan dikocok selama 30 menit. Larutan kemudian disaring. Dipipet 1 ml filtrat, dimasukkan ke dalam labu takar 100 ml dan ditera dengan aquades. Disiapkan larutan standar metilena biru dengan konsentrasi 0; 2; 4; 6; 8; dan 10 ppm. Larutan standar dan contoh diukur absorbansinya dengan spektrofotometer pada panjang gelombang 664 nm. Dilakukan pengenceran jika diperlukan.
Daya adsorb MB (mg g) = ⁄ �1200 x 25ml x 1
1000� − (C x 25ml x10001 x fp) bobot contoh (g)
C = konsentrasi metilena biru yang tersisa
3. 3. 3 Pembuatan Pupuk Lambat Tersedia
Arang aktif yang telah diperoleh dihaluskan hingga berukuran 100 mesh. Pembuatan pupuk dilakukan dengan merendam arang aktif di dalam “larutan pupuk” selama ± 24 jam. Konsentrasi larutan yang digunakan yaitu 1N atau 2N dan perbandingan arang aktif dengan larutan yaitu 1 : 3, 1 : 5, atau 1 : 7. Selanjutnya hasil perendaman dicuci hingga bebas sulfat yang diuji dengan meneteskan BaCl2 0,5N pada cairan hasil pencucian. Arang kemudian dikeringkan. Setelah diperoleh pupuk bubuk kering, selanjutnya dilakukan analisis meliputi pengamatan topografi permukaan dengan menggunakan SEM, analisis kualitatif dengan menggunakan EDX, penetapan derajat kristalinitas, lebar, tinggi dan jumlah lapisan aromatik dengan menggunakan XRD, dan analisis kadar Cu, Fe dan Zn total yang diperoleh dengan metode pengabuan basah (aqua regia) dan diukur dengan AAS. Berdasarkan kadar hara total tertinggi kemudian dipilih carrier terbaik pada arang aktif dengan bahan baku arang yang berbeda untuk setiap jenis pupuk. Selanjutnya dilakukan pengujian untuk mengetahui pelepasan kandungan hara di dalam pupuk.
3. 3. 4 Pengujian Laju Pelepasan Kandungan Hara dalam Pupuk
Percobaan ini bertujuan untuk mengetahui pelepasan Cu2+, Fe2+dan Zn2+ yang terdapat di dalam pupuk. Percobaan dilakukan dengan dua cara, cara yang pertama yaitu dengan mengekstrak pupuk dengan pengekstrak aquades dan asam sitrat 2% (perbandingan pupuk : pengekstrak = 1 : 5) dengan beberapa waktu pengekstrakkan, yaitu 0; 15; 30; 45 dan 60 menit. Adapun cara yang kedua yaitu dengan melakukan pencucian terhadap pupuk. Pencucian dilakukan dengan mengalirkan 25 ml aquades pada 5 gram pupuk di dalam kertas saring yang diletakkan pada corong sebanyak 25x. Hasil pencucian kemudian dikeringkan dan dilakukan analisis kualitatif dengan menggunakan EDX.
3. 3. 5 Pengujian pengaruh penambahan pupuk lambat tersedia terhadap serapan hara tanaman
Pengujian ini merupakan aplikasi penambahan pupuk pada bibit Acacia crassicarpa. Pada percobaan ini, media yang digunakan adalah tanah gambut. Sebanyak 1 kg media (kadar air = 220,45%) dimasukkan ke dalam polybag berukuran 20 x 20 x 25 cm dan ditambahkan pupuk sesuai perlakuan. Perlakuan yang diberikan yaitu media tanpa pupuk (kontrol), media dengan penambahan pupuk C1, F1, dan Z1, dan media dengan penambahan pupuk C2, F2, dan Z2. Dosis yang diberikan pada media dengan penambahan pupuk C1, F1, dan Z1 adalah 0,10 g pupuk C1/ polybag, 0,15 g pupuk F1/ polybag dan 0,72 g pupuk Z1/ polybag, sedangkan dosis yang diberikan pada media dengan penambahan pupuk C2, F2, dan Z2 adalah 0,12 g pupuk C2/ polybag, 0,09 g pupuk F2/ polybag dan 0,75 g pupuk Z2/ polybag yang setara dengan 6 kg pupuk CuSO4 5H2O/ha, 5 kg pupuk FeSO4 7H2O/ha, dan 15 kg pupuk ZnSO4/ha. Media disirami setiap hari, setelah 1 minggu, media siap ditanami dengan biji akasia. Biji tanaman akasia diperoleh dari Balai Penelitian Teknologi Perbenihan (BPTP) Bogor. Biji yang digunakan sebagai bibit yaitu biji yang tua dan padat.
Sebelum ditanam, dilakukan beberapa tahapan persiapan biji, yaitu: 1. Biji disiapkan pada suhu kamar, selanjutnya disiapkan wadah dan H2SO4 98%. 2. Biji ditimbang, kemudian direndam H2SO4 98% di dalam wadah selama kurang
lebih 10 menit.
3. Lalu campuran biji dan H2SO4 98 % dimasukkan ke dalam air bersih dengan volume 5 kali campuran benih dan H2SO4 98%.
4. Campuran tersebut selanjutnya dicuci dengan air bersih sebanyak 5 - 6 kali, sambil membuang biji yang mengapung/ jelek.
5. Benih dicuci dengan air mengalir sampai tumpah kurang lebih 30 menit. 6. Biji direndam semalaman (12 - 15 jam).
7. Biji dikeringanginkan sebelum penaburan.
8. Jika masih banyak terdapat biji yang tidak mengelupas, diulangi perlakuan dengan H2SO4 98% selama 5 menit dan ulangi tahapan 3 sampai 7.
Biji akasia yang telah mengelupas kemudian ditanam pada media dan ditutup dengan media setebal 1,5 – 2 cm. Penanaman dilakukan selama ± 3 minggu dan dilakukan perawatan berupa penyiraman secara teratur. Setelah 3 minggu, tanaman diambil, dibersihkan, dikeringkan, dan diambil akarnya untuk diamati kandungan hara akar dengan menggunakan EDX.
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
4. 1 Hasil Analisis Karakterisasi Arang Aktif
Hasil analisis karakterisasi arang dan arang aktif berdasarkan SNI 06-3730-1995 dapat dilihat pada Tabel 7.
Tabel 7. Hasil Analisis Karakterisasi Arang Aktif
Contoh Rendemen (%) Air (%) Kadar
Kadar Zat Terbang (%) Kadar Abu (%) Kadar Karbon Terikat (%) Daya Adsorb thd Iodium (mg/g) Daya Adsorb thd MB (mg/g) AB - 6,16 16,56 6,53 76,91 256 3,89 B1 79,04 1,59 10,90 6,86 82,24 446 18,70 B2 74,64 2,14 8,95 5,67 85,38 734 21,99 ATK - 7,27 23,69 7,34 68,97 466 23,26 T1 85,22 2,12 14,26 2,04 83,70 648 24,94 T2 81,33 1,62 13,78 3,22 83,00 760 49,63 SNI 06-3730-1995 tdk
dipersyaratkan max. 5 max. 25
max. 10 min. 65 min. 750 min. 120 Keterangan: AB = Arang bambu
B1 = Arang aktif bambu aktivasi 600oC dengan uap air 90 menit B2 = Arang aktif bambu aktivasi 700oC dengan uap air 90 menit ATK = Arang tempurung kelapa
T1 = Arang aktif tempurung kelapa aktivasi 600oC dengan uap air 90 menit T2 = Arang aktif tempurung kelapa aktivasi 700oC dengan uap air 90 menit
Berdasarkan data pada Tabel 7, diketahui bahwa rendemen arang menjadi arang aktif, baik pada bambu maupun tempurung kelapa, menurun dengan meningkatnya suhu aktivasi. Rendahnya rendemen pada pembuatan arang aktif disebabkan oleh senyawa karbon yang terbentuk dari hasil penguraian selulosa dan lignin mengalami reaksi pemurnian dengan uap air yang bertujuan untuk menghilangkan senyawa yang melekat pada permukaan arang. Sejalan dengan meningkatnya suhu aktivasi, maka karbon yang bereaksi menjadi CO2 dan H2O juga semakin banyak dan sebaliknya C yang dihasilkan semakin sedikit, sehingga rendemen arang aktif yang dihasilkan menjadi lebih rendah.
Kadar air mengalami penurunan setelah proses aktivasi. Akan tetapi pada arang aktif bambu, hasil aktivasi dengan suhu yang lebih tinggi memiliki kadar air yang lebih tinggi, sedangkan hal sebaliknya terjadi pada arang aktif tempurung kelapa. Menurut Hendaway (2003), kadar air arang aktif dipengaruhi oleh sifat higroskopis arang aktif, jumlah uap air di udara, lama proses pendinginan,