Pemanfaatan Arang Aktif Cangkang Kelapa Sawit Sebagai Adsorben Zat Warna pada Biodiesel

(1)

ii

ABSTRAK

MUHAMMAD IFAN AKBAR. Pemanfaatan Arang Aktif Cangkang Kelapa

Sawit Sebagai Adsorben Zat Warna pada Biodiesel. Dibimbing oleh BETTY

MARITA SOEBRATA dan SRI MULIJANI.

Adsorpsi zat warna pada biodiesel menggunakan arang aktif dari cangkang

kelapa sawit dikaji dalam penelitian ini. Arang diaktifkan secara fisik pada suhu

800 °C selama 1 jam. Pencirian arang aktif yang dilakukan meliputi kadar air,

kadar abu, daya adsorpsi terhadap iodin, daya adsorpsi terhadap biru metilena,

memberikan hasil yang cukup baik bila dibandingkan dengan SNI, dan topografi

permukaan menggunakan mikroskop elektron payaran. Hasil penelitian

menunjukkan arang aktif memberikan kondisi optimum pada bobot adsorben 0.5

g selama 45 menit dengan nilai kapasitas dan efisiensi adsorpsi berturut-turut

sebesar 103.64 mg/g dan 20.80%. Konsentrasi zat warna biodiesel turun dari 10

000 ppm menjadi 7 919.72 ppm, sedangkan angka setana biodiesel meningkat

sebesar 9.85% dari 51.2 menjadi 56.8. Adsorpsi cangkang sawit menunjukkan

model isoterm Freundlich sehingga diasumsikan terjadi secara multilayer atau

banyak lapisan.

ABSTRACT

MUHAMMAD IFAN AKBAR. Utilization of Palm Shell Activated Charcoal as

an Adsorbent on Biodiesel Dyes. Supervised by BETTY MARITA SOEBRATA

and SRI MULIJANI.

(2)

1

PENDAHULUAN

Salah satu adsorben alternatif yang penggunaannya menjanjikan adalah karbon dari limbah organik seperti limbah tanaman jagung, padi, pisang, atau cangkang sawit. Di antara beberapa limbah organik tersebut, yang menarik adalah penggunaan cangkang sawit. Hal ini berkaitan dengan ketersediaan limbah tersebut yang cukup banyak di beberapa tempat industri pengolahan kelapa sawit dan belum banyak dimanfaatkan. Selain itu, cangkang sawit mengandung selulosa sebesar 45% dan hemiselulosa 26% yang baik untuk dimanfaatkan sebagai arang aktif (Rasmawan 2009).

Menurut Pope (1999), bahan organik yang mengandung lignin, hemiselulosa, dan selulosa dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku pembuatan arang aktif karena sangat efektif mengadsorpsi limbah cair. Selain itu, lignin dan selulosa sebagian besar tersusun dari unsur karbon yang pada umumnya dapat dijadikan arang. Cangkang sawit termasuk bahan berlignoselulosa yang berkadar karbon tinggi dan mempunyai massa jenis lebih tinggi daripada kayu, mencapai 1.4 g/mL. Semakin besar massa jenis bahan baku, daya jerap arang aktif yang dihasilkan akan semakin besar sehingga baik untuk dijadikan arang aktif (Nurmala & Hartoyo 1990).

Arang aktif banyak digunakan sebagai adsorben pemurnian gas, pemurnian pulp, penjernihan air, pemurnian minyak, katalis dan sebagainya. Hal ini menyebabkan kebutuhan arang aktif semakin meningkat. Banyak industri baik industri pangan maupun nonpangan menggunakan arang aktif dalam proses produksinya (Wijayanti 2009).

Cangkang sawit merupakan salah satu limbah pengolahan minyak sawit yang cukup besar. Berdasarkan data Badan Pusat Statistik (BPS), besarnya limbah padat ini mencapai 7.6 juta ton pada tahun 2006 dengan produksi minyak sawit 18.8 juta ton. Jumlah ini akan terus meningkat seiring dengan peningkatan produksi minyak sawit. Tempurung (cangkang) sawit dapat dimanfaatkan sebagai arang aktif yang dapat dijadikan sumber energi alternatif pengganti BBM. Selama ini cangkang sawit hanya digunakan sebagai bahan bakar pembangkit tenaga uap dan bahan pengeras jalan (Fauzi et al. 2002).

Penelitian mengenai penggunaan cangkang sawit sebagai adsorben sudah cukup banyak dilakukan, di antaranya untuk pemucatan minyak goreng sisa pakai, dengan

aktivasi menggunakan larutan HCl, NaOH, dan ZnCl2. Aktivasi dengan NaOH didapati

paling efektif (Yulianti 2005). Penelitian Utami (2008), juga menggunakan NaOH sebagai aktivator, menyebutkan bahwa arang aktif dari cangkang sawit memberikan hasil cukup baik untuk adsorpsi logam Mn dan Fe, dengan adanya variasi bobot arang aktif dan variasi waktu kontak. Perbandingan arang aktif tempurung kelapa dengan arang aktif cangkang sawit dengan aktivasi menggunakan H3PO4 menunjukkan bahwa arang aktif

tempurung kelapa lebih efektif dalam mengadsorpsi fenol (Budiono et al. 2009).

Saat ini, belum ada informasi pemanfaatan limbah cangkang sawit sebagai bahan baku alternatif adsorben untuk pemucatan warna biodiesel. Di sisi lain, penggunaan biodiesel semakin dikembangkan karena bersifat terbarukan jika dibandingkan dengan bahan bakar diesel dari minyak bumi. Untuk itu, diperlukan biodiesel yang cukup baik kualitasnya, dan salah satu parameter kualitas adalah warna. Tujuan penelitian ini ialah mengkaji potensi arang aktif dari limbah cangkang sawit sebagai adsorben untuk pemucatan larutan biodiesel, dan untuk mengetahui kapasitas adsorpsinya. Aktivasi dilakukan secara fisik dengan pemanasan pada suhu 800 °C.

TINJAUAN PUSTAKA

Cangkang Kelapa Sawit

Kelapa sawit (Gambar 1) merupakan salah satu komoditas andalan Indonesia yang perkembangannya sangat pesat. Selain produksi minyak sawit yang tinggi, produk samping atau limbah yang dihasilkan dari proses pengolahan minyak sawit juga tinggi, baik limbah cair maupun limbah padat. Limbah padatnya berupa tandan buah kosong dan cangkang sawit. Cangkang (Gambar 1b) saat ini telah dimanfaatkan untuk pembuatan briket, arang aktif, dan bahan campuran pembuatan keramik.

Gambar 1 Buah (a) dan cangkang kelapa sawit (b).

(3)

1

PENDAHULUAN

TINJAUAN PUSTAKA

Cangkang Kelapa Sawit

(4)

2

Bagian perikarp atau daging buah sawit (Gambar 1a) mengandung 20 hingga 25% minyak sawit per tandan kelapa sawit, sedangkan bagian inti atau biji hanya mengandung 3 hingga 5% (Fauzi et al. 2002). Bagian endokarp merupakan cangkang yang sering dimanfaatkan sebagai arang aktif maupun briket.

Arang Aktif

Arang aktif adalah senyawa berbahan dasar karbon yang telah diolah sehingga memiliki porositas tinggi dan luas permukaan besar. Dua sifat ini menyebabkan arang aktif dapat digunakan sebagai adsorben yang efektif untuk berbagai senyawa organik pada pengolahan air limbah. Berbagai macam sifat permukaan arang aktif juga dapat diproduksi dalam rangka memenuhi persyaratan untuk penggunaan tertentu. Pasar terbesar produk arang aktif adalah untuk pengolahan air dan air limbah (Kirk & Othmer 1964).

Pengaktifan arang pada prinsipnya adalah membuka pori-pori arang agar menjadi lebih luas, yaitu dari 2 m2/g pada arang yang sifatnya lembam menjadi 300–2000 m2/g pada arang aktif. Arang aktif disusun oleh atom-atom karbon yang terikat secara kovalen dalam kisi heksagonal yang amorf dan berupa pelat datar. Pelat-pelat ini bertumpuk satu sama lain dengan gugus hidrokarbon pada permukaannya. Dengan menghilangkan hidrogen dari gugus hidrokarbon, permukaan dan pusat arang aktif menjadi luas.

Arang aktif dapat diproduksi dengan biaya cukup murah dari berbagai macam bahan, terutama dari bahan organik yang memiliki kandungan karbon tinggi seperti tempurung kelapa, kayu, tulang, gambut, dan batu bara (Smisek & Cerny 1970). Menurut Jankwoska et al.(1991), mutu arang aktif ditentukan oleh sifat-sifatnya, yaitu luas permukaan, distribusi pori, dan daya adsorpsi. Sifat-sifat ini juga dimiliki oleh arang, tetapi nilainya lebih kecil. Luas permukaan merupakan parameter yang erat hubungannya dengan kemampuan adsorpsi suatu adsorben. Untuk dapat digunakan secara luas, arang aktif harus memenuhi standar yang telah ditetapkan Standar Nasional Indonesia (SNI) 06-3730-1995 (Lampiran 1).

Arang selain digunakan sebagai bahan bakar, dapat pula digunakan sebagai adsorben (penjerap). Daya jerap ditentukan oleh luas permukaan partikel dan dapat menjadi lebih tinggi jika arang tersebut diaktivasi menggunakan aktivator bahan kimia atau

dengan pemanasan pada suhu tinggi, yang akan mengubah sifat-sifat fisika dan kimia arang (Sinaga & Sembiring 2003). Arang aktif mempunyai daya jerap yang tinggi terhadap warna, bau, zat-zat beracun, dan zat kimia lainnya. Arang aktif mengandung 5–15% abu dan sisanya adalah karbon. Selain unsur karbon yang tinggi, arang juga mengandung sejumlah unsur lain yang terikat secara kimia seperti nitrogen, oksigen, belerang, dan berbagai unsur yang berasal dari bahan mentahnya (Djatmiko & Prawira 1970).

Proses karbonisasi merupakan salah satu tahap penting dalam pembuatan arang aktif. Pada umumnya proses ini dilakukan pada suhu 400–600 °C (Smisek & Cerny 1970). Pada proses ini kandungan bahan yang mudah menguap akan hilang bersamaan dengan terbentuknya struktur baru. Selama proses karbonisasi berlangsung, unsur non-karbon seperti hidrogen dan oksigen akan terdeposisi dan komponen mudah menguap lainnya akan terlepas sehingga karbon akan mulai membentuk struktur pori-pori(Wigmans 1986 dalam Pari 2004).

Arang aktif ada yang berbentuk serbuk atau berbentuk butiran (granular). Arang aktif serbuk dipakai untuk adsorpsi larutan. Pemecahan karbon kasar menjadi partikel-partikel halus akan meningkatkan laju kesetimbangan adsorpsi yang berlangsung sangat lambat di dalam cairan karena laju difusi yang rendah. Arang aktif serbuk umumnya digunakan untuk menghilangkan zat warna dan untuk keperluan medis. Arang aktif granular terutama digunakan untuk proses adsorpsi gas dan uap sehingga dikenal juga sebagai karbon penjerap gas. Arang aktif granular terkadang juga digunakan dalam medium cair, khususnya untuk klorinasi air dan juga penghilangan warna larutan serta pemisahan komponen-komponen sistem aliran. Arang cangkang sawit yang telah diaktivasi perlu dicirikan untuk menunjukkan bahwa arang aktif yang dihasilkan telah memenuhi SNI 06-3730-1995.

Biodiesel

(5)

3

makan (edible oil), maka peluang pemanfaatan minyak jarak pagar sebagai bahan baku biodiesel lebih besar.

Biodiesel dapat digunakan murni atau dicampur dengan petrodiesel tanpa mengganggu mesin kendaraan. Penggunaan biodiesel sebagai sumber energi merupakan salah satu solusi dalam menghadapi kelangkaan energi fosil pada masa yang akan datang. Dibandingkan dengan bahan bakar diesel/solar, biodiesel bersifat lebih ramah lingkungan, dapat diperbaharui (renewable), dapat urai (biodegradable), serta memiliki sifat pelumasan terhadap piston mesin karena termasuk kelompok minyak tidak mengering (non-drying oil). Biodiesel mampu mengeliminasi efek rumah kaca, dan kesinambungan ketersediaan bahan baku terjamin. Emisi gas buang biodiesel juga jauh lebih baik dibandingkan dengan diesel/solar, yaitu bebas sulfur, bilangan asap (smoke number) rendah, dan angka setana (cetane number) berkisar antara 57 dan 62 sehingga efisiensi pembakarannya lebih baik, terbakar sempurna (clean burning), dan tidak menghasilkan racun (nontoxic) (Hambali et al. 2007).

Adsorpsi

Adsorpsi (penjerapan) adalah proses akumulasi zat atau bahan pada permukaan padatan (Scheidegger & Spark 1996). Pada proses adsorpsi, terjadi tarik-menarik antara molekul adsorbat (zat teradsorpsi) dan tapak-tapak aktif pada permukaan adsorben. Jika gaya tarik ini lebih kuat daripada gaya tarik antarmolekul adsorbat, maka terjadi perpindahan massa adsorbat dari fase gerak (fluida pembawa adsorbat) ke permukaan adsorben (Setyaningsih 1995). Menurut Cheremisinoff & Morresi (1978), adsorpsi adalah peristiwa fisik atau kimia pada permukaan yang dipengaruhi oleh afinitas spesifik atau reaksi kimia antara bahan penjerap (adsorben) dan zat yang dijerap (adsorbat).

Menurut Sinaga dan Sembiring (2003), faktor-faktor yang memengaruhi proses adsorpsi adalah sifat fisik dan kimia adsorben, yaitu luas permukaan, pori-pori, dan komposisi kimia; sifat fisik dan kimia adsorbat, yaitu ukuran molekul, polaritas molekul, dan komposisi kimia; konsentrasi adsorbat dalam fase cair; sifat fase cair seperti pH dan suhu; serta kondisi adsorpsi, seperti lamanya proses adsorpsi berlangsung. Adsorben dapat bersifat polar (hidrofilik) atau

nonpolar (hidrofobik). Adsorben polar antara lain gel silika, alumina yang diaktivasi, dan beberapa jenis liat (clay). Adsorben nonpolar antara lain arang (karbon dan batu bara) dan arang aktif.

Mekanisme adsorpsi ialah sebagai berikut: molekul adsorbat berdifusi melalui suatu lapisan batas ke permukaan luar adsorben (difusi eksternal), sebagian teradsorpsi di permukaan luar, tetapi sebagian besar berdifusi lebih lanjut ke dalam pori-pori adsorben (difusi internal). Bila permukaan sudah jenuh atau mendekati jenuh dengan adsorbat, dapat terjadi 2 hal. Pertama, terbentuk lapisan adsorpsi kedua dan seterusnya di atas adsorbat yang telah terikat di permukaan, gejala ini disebut adsorpsi multilapisan. Kedua, adsorbat yang belum teradsorpsi berdifusi keluar pori dan kembali ke arus fluida (Wijayanti 2009).

Adsorbat menempel pada permukaan suatu adsorben dengan 2 cara, secara fisik (fisisorpsi) atau secara kimia (kemisorpsi). Adsorpsi secara fisik bersifat dapat balik (reversibel) dan cepat. Kalor adsorpsi untuk adsorpsi secara fisik rendah, yaitu ±10 kkal mol-1. Pada adsorpsi secara kimia, interaksi antara permukaan adsorben dan adsorbat lebih kuat, dan kalor adsorpsinya tinggi, sekitar 20– 100 kkal mol-1 (Sukardjo 1997).

Isoterm Adsorpsi

Isoterm adsorpsi merupakan fungsi konsentrasi zat terlarut yang terjerap pada padatan terhadap konsentrasi larutan (Bird 1993). Jenis isoterm adsorpsi dapat digunakan untuk mempelajari mekanisme adsorpsi. Adsorpsi fase cair-padat pada umumnya mengikuti jenis isoterm Freundlich dan Langmuir (Atkins 1999). Adsorben yang baik memiliki kapasitas dan efisiensi adsorpsi yang tinggi. Kapasitas adsorpsi dapat dihitung dengan menggunakan rumus

Efisiensi adsorpsi dapat dihitung dengan menggunakan persamaan

Keterangan:

(6)

4

V = volume larutan (L) C0 = konsentrasi awal (mg/L) C = konsentrasi akhir (mg/L) m = bobot adsorben (g)

Isoterm Freundlich

Isoterm Freundlich paling umum digunakan karena lebih baik dalam mencirikan kebanyakan proses adsorpsi. Persamaan isoterm Freundlich didasarkan atas terbentuknya lapisan tunggal molekul adsorbat pada permukaan adsorben, dengan tapak-tapak aktif pada permukaan adsorben bersifat heterogen. Isoterm Freundlich diturunkan secara empiris dengan bentuk persamaan

Apabila dilogaritmakan, persamaan akan menjadi

Keterangan:

x/m : jumlah adsorbat teradsorpsi per satuan bobot adsorben (mg/g)

c : konsentrasi kesetimbangan adsorbat dalam larutan setelah adsorpsi

k,n : tetapan empiris (Atkins 1999)

Isoterm Langmuir

Isoterm adsorpsi Langmuir didasarkan atas beberapa asumsi, yaitu adsorpsi hanya terjadi pada lapisan tunggal, kalor adsorpsi tidak bergantung pada penutupan permukaan, dan semua tapak pada permukaan adsorben bersifat homogen. Persamaan isoterm Langmuir dapat diturunkan secara teoretis dengan menganggap terjadinya kesetimbangan antara molekul-molekul zat yang diadsorpsi pada permukaan adsorben dan yang tidak teradsorpsi (Oscik 1994).

Isoterm Langmuir dinyatakan dengan persamaan

Tetapan α dan β dapat ditemukan dari kurva hubungan c/(x/m) terhadap c dengan persamaan

BAHAN DAN METODE

Alat dan Bahan

Alat-alat yang digunakan antara lain Spectronic 20D, mikroskop elektron payaran (SEM) JEOL-JSM.6360LA, IROX Diesel, oven, tanur, neraca analitik, hot plate, pengaduk magnet, dan desikator. Bahan-bahan yang digunakan antara lain arang cangkang sawit yang berasal dari pabrik pengolahan kelapa sawit di daerah Sumatera Utara, cairan biodiesel, etanol 95%, larutan iodin 0.1 N, Na2S2O3 0.1 N, indikator amilum,

larutan biru metilena, dan akuades.

Metode

Penelitian terdiri atas beberapa tahap. Tahap pertama ialah pengarangan cangkang sawit dan aktivasi. Tahap kedua adalah pencirian arang aktif yang dihasilkan. Tahap ketiga, optimisasi kondisi adsorpsi zat warna biodiesel. Tahap keempat, pencirian biodiesel hasil adsorpsi, dan tahap terakhir, penentuan jenis isoterm adsorpsi. Bagan alir penelitian ditunjukkan pada Lampiran 2.

Pengarangan dan Aktivasi Cangkang Sawit (SNI 1995)

Cangkang sawit yang telah dikeringkan dikarbonisasi dalam retort pada suhu 450 °C selama 4–5 jam. Setelah didinginkan, arang cangkang sawit diaktivasi dengan pemanasan pada suhu 800 °C selama 60 menit. Arang aktif dibiarkan mendingin, lalu digerus hingga membentuk serbuk, dan diayak +100 mesh.

Pencirian Arang Aktif

Penentuan Kadar Air (SNI 1995).

Sebanyak 1 g arang aktif cangkang sawit ditimbang dan ditentukan sebagai massa mula-mula (a), lalu dipanaskan dalam oven pada suhu 110±2 °C selama 3 jam. Selanjutnya dimasukkan ke dalam desikator hingga kering dan diperoleh massa yang konstan (b).

Penentuan Kadar Abu (SNI 1995).

(7)

4

Isoterm Freundlich

Keterangan:

Isoterm Langmuir

BAHAN DAN METODE

Alat dan Bahan

Metode

Pengarangan dan Aktivasi Cangkang Sawit (SNI 1995)

Penentuan Kadar Abu (SNI 1995).

(8)

5

dalam desikator hingga kering dan diperoleh massa yang konstan sebagai massa abu (b).

Penentuan Daya Jerap Iodin (SNI 1995). Sebanyak 0.5 g arang aktif cangkang sawit ditimbang dan dikeringkan pada suhu 110 °C selama 3 jam. Setelah didinginkan dalam desikator, ditambahkan 50 mL larutan iodin 0.1 N dan diaduk selama 15 menit. Campuran lalu disaring dan diambil sebanyak 10 mL filtrat untuk dititrasi dengan larutan Na2S2O3 0.1 N sampai warna kuning muda.

Beberapa tetes indikator amilum 1% ditambahkan dan titrasi dilanjutkan kembali sampai larutan tidak berwarna. Titrasi juga dilakukan terhadap larutan blangko, yaitu larutan iodin tanpa penambahan arang aktif.

V = volume titran (mL) A = volume titrat (mL) Na = normalitas Na2S2O3 (N) Nb = normalitas I2 (N)

fp = faktor pengenceran S = bobot arang aktif (g) BE I2 = 126.9

Penentuan Daya Jerap Biru Metilena (modifikasi dari Yuliusman & Rahman 2009). Arang aktif cangkang sawit dipanaskan terlebih dahulu dalam oven dengan suhu (105±5) °C selama 1 jam, kemudian didinginkan di dalam desikator. Setelah itu, ditimbang sebanyak 0.5 g ke dalam Erlenmeyer, dan ditambahkan 50 mL larutan biru metilena 50 ppm. Campuran diaduk selama 70 menit, kemudian disaring untuk memisahkan biru metilena dan arang aktif cangkang sawit. Filtrat diambil dan diukur absorbansnya dengan Spectronic 20D dengan panjang gelombang 660 nm. Selanjutnya dihitung kapasitas adsorpsi (Q) dan efisiensi adsorpsinya (EP):

V = volume biru metilena (mL)

C0 = konsentrasi awal biru metilena (ppm)

Ca = konsentrasi akhir biru metilena (ppm)

fp = faktor pengenceran m = bobot arang aktif (g)

Ca = konsentrasi akhir biru metilena (ppm) Analisis SEM

Arang aktif cangkang sawit dimasukkan ke dalam cetakan lalu dilapisi dengan Pt/Au. Selanjutnya dimasukkan ke dalam alat SEM untuk diambil gambar permukaannya.

Penentuan Waktu dan Bobot Optimum

Arang aktif cangkang sawit dengan variasi bobot 0.5 g (A), 1.0 g (B), dan 1.5 g (C) dicampurkan ke dalam 25 mL larutan biodiesel dengan variasi waktu kontak masing-masing 15, 30, dan 45 menit. Setelah selesai, campuran disaring, dan filtrat diukur absorbansnya menggunakan Spectronic 20D dengan panjang gelombang 440 nm. Selanjutnya dihitung nilai Q dan EP-nya

C0 = konsentrasi biodiesel awal (mg/L)

Ca = konsentrasi biodiesel akhir (mg/L)

V = volume biodiesel (L) m = bobot arang aktif (g)

C0 = konsentrasi awal biodiesel (mg/L)

Ca = konsentrasi akhir biodiesel (mg/L)

Penentuan Angka Setana Biodiesel (ASTM D613)

Biodiesel dimasukkan ke dalam alat IROX Diesel melalui pompa injektor untuk dilakukan pembakaran selama ±5–10 menit hingga diperoleh kondisi stabil. Hasil angka setana (CN) akan ditampilkan pada bagian layar alat tersebut.

Penentuan Jenis Isoterm Adsorpsi

(9)

6

menentukan tipe isoterm yang sesuai (Atkins 1999).

HASIL DAN PEMBAHASAN

Arang Aktif

Bahan baku yang digunakan dalam pembuatan arang aktif adalah cangkang sawit. Cangkang sawit diarangkan melalui proses karbonisasi menggunakan tungku pengarangan dengan sistem tertutup. Karena itu, kemungkinan dihasilkannya abu sangat kecil, sebab tidak ada oksigen yang masuk ke dalam tungku pengarangan. Pengaktifan arang dilakukan dengan menggunakan tungku aktivasi (retort) yang terbuat dari baja nirkarat. Retort ini dilengkapi dengan alat pemanas listrik, dan juga pengatur suhu sehingga pengaktifan menjadi lebih merata dan sempurna.

Kadar Air

Penetapan kadar air bertujuan mengetahui sifat higroskopis arang aktif. Tabel 1 menunjukkan bahwa kadar air arang aktif cangkang sawit telah memenuhi persyaratan SNI (1995), yaitu lebih rendah dari 15% (data perhitungan diberikan di Lampiran 3).

Kadar air yang terkandung di dalam arang aktif dipengaruhi oleh jumlah uap air di udara serta lamanya proses pendinginan, penggilingan, dan pengayakan. Proses pendinginan, penggilingan, dan pengayakan yang semakin lama dapat meningkatkan kadar air arang aktif. Kadar air yang tinggi dapat mengurangi daya adsorpsi arang aktif terhadap cairan maupun gas.

Arang aktif bersifat higroskopis sehingga mudah menjerap uap air dari udara. Hal ini dikarenakan strukturnya terdiri dari 6 atom C, membentuk kisi heksagonal yang memungkinkan uap air terperangkap di dalamnya (Pari 1996).

Kadar Abu

Kadar abu menunjukkan kandungan oksida logam dalam arang aktif. Abu merupakan komponen anorganik yang tertinggal setelah bahan dipanaskan pada suhu 500–600 °C dan terdiri dari kalium, natrium, magnesium, kalsium, serta komponen lain dalam jumlah kecil. Kadar abu arang aktif cangkang sawit juga telah memenuhi persyaratan SNI (1995), yaitu di bawah 10%

(Tabel 1). Perhitungan diberikan di Lampiran 4.

Kadar abu yang besar dapat mengurangi kemampuan arang aktif untuk mengadsorpsi gas dan larutan. Kandungan mineral yang terdapat dalam abu akan menyebar ke dalam kisi-kisi arang aktif sehingga menutupi pori-porinya (Sudrajat 1985).

Daya Jerap Iodin

Parameter yang dapat menunjukkan kualitas arang aktif adalah daya adsorpsi terhadap larutan iodin. Daya adsorpsi arang aktif terhadap iodin memiliki korelasi dengan luas permukaan arang aktif. Semakin besar angka iodin, semakin besar kemampuan arang aktif dalam mengadsorpsi adsorbat atau zat terlarut (Subadra et al. 2005). Tabel 1 menunjukkan bahwa arang aktif cangkang sawit telah memiliki daya adsorpsi terhadap iodin yang memenuhi persyaratan SNI (1995), yaitu di atas 750 mg/g (perhitungan diberikan di Lampiran 5).

Besarnya daya jerap terhadap iodin berkaitan dengan pembentukan pori pada arang aktif. Daya jerap tinggi terhadap iodin berhubungan dengan terbentuknya pola struktur mikropori dan mengindikasikan besarnya diameter pori arang aktif yang hanya mampu dimasuki oleh molekul dengan diameter kurang dari 10 Å (Pari 2002).

Daya Jerap Biru Metilena

(10)

7

Analisis SEM

Analisis SEM dilakukan di Laboratorium PPGL Bandung. Topografi permukaan arang cangkang sawit sebelum dan setelah diaktivasi ditunjukkan pada Gambar 2. Terlihat bahwa pori-pori pada permukaan arang cangkang sawit yang belum diaktivasi masih mengandung pengotor sehingga belum begitu terbuka. Setelah diaktifkan, ukuran porinya semakin besar serta tidak ada lagi pengotor pada bagian pori tersebut.

Diameter di dalam pori pun tidak seragam. Distribusi ukuran pori karbon aktif menentukan diameter molekul atau ion yang dapat dijerap (Yuliusman & Rahman 2009). Hal ini yang memengaruhi penjerapan biru metilena yang cukup kecil jika dibandingkan dengan penjerapan iodin. Karena molekul biru metilena lebih besar daripada iodin, lebih sedikit molekul biru metilena yang dapat terjerap oleh arang aktif cangkang sawit.

(a)

(b)

Gambar 2 Topografi arang cangkang sawit sebelum (a) dan setelah diaktifkan (b) dengan pembesaran 10 000 kali.

Waktu dan Bobot Optimum

Waktu adsorpsi dan bobot adsorben merupakan 2 hal yang memengaruhi kapasitas maupun efisiensi adsorpsi. Pengaruh waktu adsorpsi dan bobot adsorben dapat dilihat pada Gambar 3. Perlakuan A3 dengan bobot adsorben 0.5 g dan waktu adsorpsi 45 menit memberikan nilai kapasitas adsorpsi yang tinggi, yaitu 103.64 mg/g, tetapi nilai efisiensi adsorpsi yang dihasilkan hanya sekitar 20.8% dengan penurunan konsentrasi zat warna biodiesel dari 10 000 ppm menjadi 7 919.72 ppm. Jika dibandingkan dengan perlakuan lainnya, maka perlakuan A3 memberikan nilai optimum untuk kapasitas adsorpsi. Dengan semakin bertambahnya bobot, nilai kapasitas adsorpsi yang dihasilkan semakin kecil. Hal ini berkebalikan dengan efisiensi adsorpsi: semakin bertambah bobot adsorben, nilai efisiensi adsorpsi akan semakin meningkat.

Gambar 3 Pengaruh waktu adsorpsi dan bobot adsorben terhadap efisiensi dan kapasitas adsorpsi. Kapasitas adsorpsi menunjukkan banyaknya adsorbat yang diadsorpsi per satuan bobot adsorben. Karena itu, nilainya dipengaruhi oleh bobot adsorben. Jika bobot adsorben dinaikkan, peningkatan jumlah tapak aktif akan meningkatkan penyebaran adsorbat sehingga kapasitas adsorpsi menurun.

No Uraian Syarat Hasil

SNI 06-3730-1995

Sebelum

aktivasi Sesudah aktivasi 1 Kadar Air (%) Maks. 15 2.01 3.19 2 Kadar Abu (%) Maks. 10 8.10 7.46 3 Daya Jerap Terhadap Iod (mg/g) Min. 750 1 242.00 1 254.18 4 Daya Jerap Terhadap Biru Metilen (mg/g) Min. 120 72.24 114.81

(11)

8

Waktu kontak yang lebih lama memungkinkan proses difusi dan penempelan molekul adsorbat berlangsung lebih baik (Wijaya 2008). Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa nilai kapasitas dan efisiensi adsorpsi meningkat dengan meningkatnya waktu kontak (data selengkapnya diberikan di Lampiran 7).

Angka Setana Biodiesel

Biodiesel sangat berkaitan erat dengan angka setana atau cetane number (CN). Biodiesel memiliki angka setana yang relatif tinggi. Angka setana yang baik dari minyak diesel adalah lebih besar dari 30 dengan keatsirian yang tidak terlalu tinggi supaya pembakaran yang terjadi di dalamnya lebih sempurna (Haryanto 2002). Pada penelitian ini, nilai angka setana dari biodiesel mengalami peningkatan sebesar 9.85% setelah dijerap dengan arang aktif cangkang sawit, yakni dari 51.2 menjadi 56.8. Adapun nilai standar angka setana menurut SNI 04-7182-2006 ialah minimum 51 (SNI 04-7182-2006). Peningkatan ini dikarenakan semakin panjangnya rantai asam lemak dan semakin meningkatnya kejenuhan (Gerpen et al. 2004). Semakin tinggi angka setana maka waktu bakar semakin pendek. Hal ini karena peningkatan panjang rantai asam lemak memengaruhi nilai flash point yang semakin tinggi seiring meningkatnya angka setana sehingga biodiesel cukup baik digunakan sebagai bahan bakar (Karmakar et al. 2010). Menurut Ramos et al. (2009), komposisi asam lemak memengaruhi kualitas biodiesel: angka setana yang rendah terkait dengan komponen senyawa takjenuh yang tinggi.

Isoterm Adsorpsi

Isoterm adsorpsi menunjukkan hubungan kesetimbangan antara konsentrasi adsorbat dalam fluida dan pada permukaan adsorben pada suhu tetap. Telah banyak isoterm adsorpsi yang dikembangkan untuk mendeskripsikan interaksi antara adsorben dan adsorbat. Tipe isoterm Freundlich dan Langmuir pada umumnya dianut oleh adsorpsi fase padat-cair (Atkins 1999). Tipe isoterm adsorpsi dapat digunakan untuk mengetahui mekanisme penjerapan zat warna pada biodiesel oleh arang aktif cangkang sawit. Isoterm adsorpsi Langmuir dilakukan dengan cara membuat kurva hubungan c/(x/m) terhadap c, sedangkan isoterm adsorpsi

Freundlich dilakukan dengan membuat kurva hubungan log (x/m) terhadap log c. Isoterm adsorpsi zat warna biodiesel dapat dilihat pada Gambar 4. Data selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran 8.

(a)

(b)

Gambar 4 Isoterm Langmuir (a) dan Freundlich (b) dari zat warna biodiesel.

Model isoterm adsorpsi yang sesuai untuk arang aktif cangkang sawit dapat diketahui dengan melihat koefisien determinasi (R2) yang terbesar. Hasil penelitian menunjukkan bahwa adsorpsi zat warna biodiesel mengikuti tipe isoterm Freundlich. Isoterm Freundlich menyatakan bahwa adsorpsi yang melibatkan fase padat-cair berlangsung secara multilayer atau banyak lapisan. Mekanisme adsorpsi zat warna biodiesel terjadi melalui gaya tarik-menarik antarmolekul antara adsorben dan zat warna di dalam cairan biodiesel.

SIMPULAN DAN SARAN

Simpulan

(12)

8

Waktu kontak yang lebih lama memungkinkan proses difusi dan penempelan molekul adsorbat berlangsung lebih baik (Wijaya 2008). Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa nilai kapasitas dan efisiensi adsorpsi meningkat dengan meningkatnya waktu kontak (data selengkapnya diberikan di Lampiran 7).

Angka Setana Biodiesel

Biodiesel sangat berkaitan erat dengan angka setana atau cetane number (CN). Biodiesel memiliki angka setana yang relatif tinggi. Angka setana yang baik dari minyak diesel adalah lebih besar dari 30 dengan keatsirian yang tidak terlalu tinggi supaya pembakaran yang terjadi di dalamnya lebih sempurna (Haryanto 2002). Pada penelitian ini, nilai angka setana dari biodiesel mengalami peningkatan sebesar 9.85% setelah dijerap dengan arang aktif cangkang sawit, yakni dari 51.2 menjadi 56.8. Adapun nilai standar angka setana menurut SNI 04-7182-2006 ialah minimum 51 (SNI 04-7182-2006). Peningkatan ini dikarenakan semakin panjangnya rantai asam lemak dan semakin meningkatnya kejenuhan (Gerpen et al. 2004). Semakin tinggi angka setana maka waktu bakar semakin pendek. Hal ini karena peningkatan panjang rantai asam lemak memengaruhi nilai flash point yang semakin tinggi seiring meningkatnya angka setana sehingga biodiesel cukup baik digunakan sebagai bahan bakar (Karmakar et al. 2010). Menurut Ramos et al. (2009), komposisi asam lemak memengaruhi kualitas biodiesel: angka setana yang rendah terkait dengan komponen senyawa takjenuh yang tinggi.

Isoterm Adsorpsi

Isoterm adsorpsi menunjukkan hubungan kesetimbangan antara konsentrasi adsorbat dalam fluida dan pada permukaan adsorben pada suhu tetap. Telah banyak isoterm adsorpsi yang dikembangkan untuk mendeskripsikan interaksi antara adsorben dan adsorbat. Tipe isoterm Freundlich dan Langmuir pada umumnya dianut oleh adsorpsi fase padat-cair (Atkins 1999). Tipe isoterm adsorpsi dapat digunakan untuk mengetahui mekanisme penjerapan zat warna pada biodiesel oleh arang aktif cangkang sawit. Isoterm adsorpsi Langmuir dilakukan dengan cara membuat kurva hubungan c/(x/m) terhadap c, sedangkan isoterm adsorpsi

Freundlich dilakukan dengan membuat kurva hubungan log (x/m) terhadap log c. Isoterm adsorpsi zat warna biodiesel dapat dilihat pada Gambar 4. Data selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran 8.

(a)

(b)

Gambar 4 Isoterm Langmuir (a) dan Freundlich (b) dari zat warna biodiesel.

Model isoterm adsorpsi yang sesuai untuk arang aktif cangkang sawit dapat diketahui dengan melihat koefisien determinasi (R2) yang terbesar. Hasil penelitian menunjukkan bahwa adsorpsi zat warna biodiesel mengikuti tipe isoterm Freundlich. Isoterm Freundlich menyatakan bahwa adsorpsi yang melibatkan fase padat-cair berlangsung secara multilayer atau banyak lapisan. Mekanisme adsorpsi zat warna biodiesel terjadi melalui gaya tarik-menarik antarmolekul antara adsorben dan zat warna di dalam cairan biodiesel.

SIMPULAN DAN SARAN

Simpulan

(13)

9

adsorpsi zat warna pada cairan biodiesel mengikuti model isoterm adsorpsi Freundlich.

Saran

Penelitian lanjutan yang sebaiknya dilakukan adalah mencoba mengoptimalisasi waktu aktivasi arang aktif cangkang sawit. Hal ini diharapkan akan semakin memperbaiki porositas arang aktif dan mampu meningkatkan kualitas hasil adsorpsi dari arang aktif cangkang sawit tersebut.

DAFTAR PUSTAKA

Atkins PW. 1999. Kimia Fisik Volume 1. Kartohadiprojo II, penerjemah; Rohadyan T, Hadiyana K, editor. Jakarta: Erlangga. Terjemahan dari: Physical Chemistry. [ASTM] American Society for Testing and

Materials. 2000. Standard Test Method for Cetane Number of Diesel Fuel Oil ASTM D613. West Conshohocken: ASTM. Bird T. 1993. Kimia Fisik untuk Universitas.

Jakarta: Gramedia Pustaka Utama.

Budiono, Suhartana, Gunawan. 2009. Pengaruh aktivasi arang tempurung kelapa dengan asam sulfat dan asam fosfat untuk adsorpsi fenol [artikel]. Jurusan Kimia, Universitas Diponegoro.

Cheremisinoff NP, Moressi AC. 1978. Carbon Adsorption Handbook. Ann Arbour: Ann Arbour Science.

Djatmiko, Prawira. 1970. Pembuatan Arang Aktif. Bandung: Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia.

Fauzi Y, Widyastuti YE, Wibawa IS, Hartono R. 2002. Budi Daya Pemanfaatan Hasil Limbah Analisis Usaha dan Pemasaran Kelapa Sawit. Jakarta: Grapindo Persada. Gerpen J van, Shanks B, Pruszko R, Clements

D, Knothe G. 2004. Biodiesel Production Technology. Subcontractor Report. National Renewable Energy Laboratory NREL/SR-510-36244.

Hambali E et al. 2007. Jarak Pagar Tanaman Penghasil Biodiesel. Jakarta: Penebar Swadaya.

Haryanto B. 2002. Bahan bakar alternatif biodiesel [skripsi]. Medan: Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

Jankwoska H, Swiatkowki A, Choma J. 1991. Activated Carbon. London: Ellis Horwood.

Karmakar A, Karmakar S, Mukherjee S. 2010. Properties of various plants and animals feedstock for biodiesel production. Biores Technol 101:7201-7210.

Kirk RE, Othmer DF. 1964. Encyclopedia of Chemical Technology. Vol 4. London: J Wiley.

Nurmala H, Hartoyo. 1990. Pembuatan arang aktif dari tempurung biji-bijian asal tanaman hutan dan perkebunan. J Lit Hasil Hutan 8:45-50.

Oscik J. 1994. Adsorption. New York: Ellis Horwood.

Pari G. 1996. Pengolahan limbah melalui teknik pemanfaatan arang untuk membangun kesuburan lahan [artikel]. Bogor: Sekolah Pascasarjana, Institut Pertanian Bogor.

Pari G. 2002. Teknologi alternatif pemanfaatan limbah industri pengolahan kayu [artikel]. Bogor: Program Pascasarjana, Institut Pertanian Bogor. Pari G. 2004. Kajian struktur arang aktif dari

serbuk gergaji kayu sebagai adsorben emisi formaldehida kayu lapis [disertasi]. Bogor: Sekolah Pascasarjana, Institut Pertanian Bogor.

Pope JP. 1999. Activaed Carbon and Some Application for Remediation of Soil and Ground Water Pollution. Virginia: Civil Engineering Dept. Virginia Tech.

Ramos MJ, Fernández CM, Casas A, Rodríguez L, Pérez A. 2009. Influence of fatty acid composition of raw materials on biodiesel properties. Biores Technol 100:261-268.

(14)

i

PEMANFAATAN ARANG AKTIF CANGKANG KELAPA

SAWIT SEBAGAI ADSORBEN ZAT WARNA PADA

BIODIESEL

MUHAMMAD IFAN AKBAR

DEPARTEMEN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

(15)

9

adsorpsi zat warna pada cairan biodiesel mengikuti model isoterm adsorpsi Freundlich.

Saran