APLIKASINYA SEBAGAI KOMPONEN MEDIA TUMBUH
PADA TANAMAN MELINA (
Gmelina arborea
Roxb.)
MODY LEMPANG
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
PERNYATAAN MENGENAI TESIS
DAN SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis Sifat-sifat Arang aktif Tempurung Kemiri dan Aplikasinya Sebagai Komponen Media Tumbuh Pada Tanaman Melina (Gmelina arborea Roxb) adalah karya saya sendiri dan belum pernah diajukan dalam bentuk apapun kepada Perguruan Tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.
Bogor, Agustus 2009
Mody Lempang
ABSTRACT
MODY LEMPANG. The Properties of Candlenut Shell Activated Charcoal and Its Application on Culture Medium of Gmelina arborea Roxb. Under direction of WASRIN SYAFII and GUSTAN PARI.
Since long time ago candlenut tree (Aleurites moluccana Willd) has being extensively planted in social forest and community forest programme. Therefore, this tree widly spread in almost of all Indonesia islands and produce seeds about 79.137 tonnage yearly. Parts of candlenut seed are karnel and shell. Karnel is useful for cooking spices and feedstocks for many industrial products processing, but untill recently, only litltle amount of shell use as fuel or charcoal production. Activated charcoal is more useful product that can be obtained in the way of enhancing adsorption properties of charcoal by activating process. These numerous sources of activated charcoal feedstocks are coal, wood and agricultural by-products such as nutshells and fruitpits.
The objectives of this research were to develop processing technology of cundlenut shell activated charcoal and to observe it’s effect on Gmelina arborea seedling growth. Candlenut shell were carbonised in drum kiln to produce charcoal, then the charcoal activated in electrical retort to be activated charcoal. Activation treatment were used activating agent of steam and thermal with heating duration of 90 and 120 minuts at temperatur of 550, 650 and 750 0C. Structural characterization and properties examination were carried out on activated charcoals resulted before evaluating their properties based on standard of SNI 06-3730-1995. The activated charcoal that efforded maximum adsorption capacity to Iodine was choosed and applied into G.arborea seedling culture medium with concentration of 5, 10 and 15% by weigth of culture medium.
In turned out that activation brought about alteration of fungtional group pattern, crystallinity increasing, pore opening and chemical reduction. Activated charcoal that efforded adsorption capacity with respect to Iodine number of 758,70 mg/g was optained by steaming activation for 120 minutes at temperatur of 750 0C. This activated charcoal properties resemble the requirement of SNI 06-3730-1995. The addition of activated charcoal into G. arborea seedling culture medium significantly increased height, stem diameter and biomass dryweigth. The sufficient amount of 15% activated charcoal added into the culture medium could be increased height 8.20%, stem diameter 45.95% and biomass dryweigth 58.82%.
RINGKASAN
MODYLEMPANG.Sifat-sifat Arang aktif Tempurung Kemiri dan Aplikasinya
Sebagai Komponen Media Tumbuh Pada Tanaman Melin (Gmelina arborea Roxb).
Dibimbing oleh WASRIN SYAFII sebagai ketua dan GUSTAN PARI sebagai anggota.
Kemiri (Aleurites moluccana Willd) adalah salah satu jenis tanaman yang sejak lama telah ditanam dan dikembangkan melalui program hutan kemasyarakatan dan hutan rakyat. Di Indonesia tanaman kemiri tersebar hampir di seluruh Nusantara dengan produksi biji 79.137 ton/tahun. Biji kemiri terdiri dari karnel (daging biji) dan tempurung (kulit biji). Karnel kemiri memiliki banyak manfaat, antara lain digunakan sebagai bumbu masak dan bahan baku untuk menghasilkan beberapa produk industri. Akan tetapi sebaliknya dengan tempurung kemiri yang sampai saat ini hanya sejumlah kecil telah digunakan secara langsung sebagai bahan bakar atau sebagai bahan baku pembuatan arang. Arang aktif adalah produk yang bernilai lebih ekonomis dan memiliki lebih banyak kegunaan dibandingkan dengan arang. Produk ini dapat dibuat dengan cara mengaktivasi arang dengan maksud memperbaiki sifat penyerapannya terhadap bahan dalam bentuk larutan atau gas. Arang aktif memiliki banyak manfaat dan telah digunakan dalam industri makanan, minuman, farmasi, bidang pertanian dan kedokteran. Beberapa bahan yang dapat digunakan sebagai bahan baku pembuatan arang aktif, antara lain batu bara, kayu dan limbah pertanian seperti tempurung dan kulit biji.
Penelitian ini bertujuan mendapatkan teknologi pengolahan arang tempurung kemiri menjadi arang aktif serta aplikasi produknya sebagai komponen media tumbuh pada tanaman melina (Gmelina arborea Roxb). Tempurung kemiri dikarbonisasi menggunakan tungku drum untuk menghasilkan arang, selanjutnya arang ditingkatkan sifat penyerapannya sehingga menjadi arang aktif melalui proses aktivasi di dalam retort listrik menggunakan aktivator panas dan uap H2O dengan waktu 90 dan 120 menit pada suhu 550, 650 dan 750 0C. Arang aktif yang dihasilkan dikarakterisasi strukturnya dan diuji sifat-sifatnya. Arang aktif yang memiliki sifat penyerapan yang maksimum terhadap Iodium dipilih untuk diaplikasikan sebagai komponen tambahan pada media tumbuh bibit tanaman melina dengan kadar 5, 10 dan 15% terhadap berat media.
terhadap diameter batang. Penggunaan arang aktif yang terbaik untuk media tumbuh bibit tanaman melina adalah dengan kadar 15%, dimana dengan kadar tersebut dapat meningkatkan pertumbuhan tinggi 8,20%, diameter batang 45,95% dan bobot biomassa 58,82%.
© Hak cipta milik Institut Pertanian Bogor, tahun 2009
Hak cipta dilindungi Undang-undang
1. Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumber
a. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah penyusunan laporan, penulisan kritik atau tinjauan suatu masalah.
b. Pengutipan tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB
SIFAT-SIFAT ARANG AKTIF TEMPURUNG KEMIRI DAN
APLIKASINYA SEBAGAI KOMPONEN MEDIA TUMBUH PADA
TANAMAN MELINA (
Gmelina arborea
Roxb.)
MODY LEMPANG
Tesis
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada
Departemen Hasil Hutan
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
Judul Tesis : Sifat-sifat Arang Aktif Tempurung Kemiri dan Aplikasinya Sebagai
Komponen Media Tumbuh Pada Tanaman Melina (Gmelina
arborea Roxb.) Nama : Mody Lempang
NIM : E251070094
Disetujui
Komisi Pembimbing
Prof. Dr. Ir. Wasrin Syafii, M.Agr. Dr. Gustan Pari, M.Si. APU. Ketua Anggota
Diketahui
Ketua Program Studi Ilmu dan Teknologi Hasil Hutan
Dr. Ir. Dede Hermawan, MSc.
Dekan Sekolah Pascasarjana
Prof. Dr. Ir. Khairil Anwar Notodiputro, M.S.
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena atas segara karunia-Nya sehingga tesis ini dapat diselesaikan. Tema yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak Februari 2009 ini ialah arang aktif, dengan judul Sifat-Sifat Arang Aktif Tempurung Kemiri dan Aplikasinya Sebagai Komponen Media Tumbuh Pada Tanaman Melina (Gmelina arborea Roxb.).
Penulis ucapkan terima kasih kepada Bapak Prof. Dr. Ir. Wasrin Syafii, M.Agr. dan Dr. Gustan Pari, M.Si. APU. selaku pembimbing. Disamping itu, penghargaan penulis sampaikan kepada Kepala kantor dan para teknisi pada Balai Penelitian Kehutanan Makassar; penanggung jawab dan para laboran pada Laboratorium Pengolahan Kimia dan Energi Biomassa Hasil Hutan Pusat Penelitian dan Pengembangan Hasil Hutan Bogor, Laboratorium Kimia Instrumen FPMIPA Universitas Pendidikan Indonesia Bandung, Laboratorium Servis SEAMEO Biotrop
Bogor, Laboratorium Departemen Ilmu Tanah dan Sumberdaya Lahan Fakultas
Pertanian IPB Bogor, yang telah membantu selama pelaksanaan penelitian. Ucapan terima kasih tak lupa juga penulis sampaikan kepada rekan mahasiswa, teman sejawat, dan seluruh keluarga atas dorongan moril maupun bantuan materil, serta dukungannya dalam doa.
Kiranya Tuhan memberkati segala sesuatu yang telah dilakukan dan semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Agustus 2009
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan pada tanggal 18 Agustus 1960 di kota Makassar Propinsi Sulawesi Selatan, merupakan anak ke empat dari enam bersaudara dari Ayah bernama Simon Lempang dan Ibu bernama Therezya Luthe.
Penulis menyelesaikan pendidikan menengah atas di SMA Negeri Malili kabupaten Luwu tahun 1980. Pada Tahun 1981, penulis mengikuti pendidikan Strata-1 (SStrata-1) pada Jurusan Kehutanan Fakultas Pertanian Universitas Hasanuddin Makassar, dan lulus sebagai Sarjana Pertanian pada tahun 1985. Selanjutnya pada tahun 2007 hingga sekarang, penulis terdaftar sebagai mahasiswa Pendidikan Pascasarjana Strata-2 (SStrata-2) di Program Studi Ilmu dan Teknologi Hasil Hutan Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian Bogor dengan biaya dari pelaksanaan program Research School bagi peneliti lingkup Badan Penelitian dan Pengembangan Kehutanan.
Sejak tahun 1987 hingga sekarang, penulis bekerja sebagai pegawai negeri sipil (PNS) dengan jabatan Fungsional Peneliti Madya pada Balai Penelitian Kehutanan Makassar.
Halaman
DAFTAR TABEL ... xiii
DAFTAR GAMBAR ... xiv
DAFTAR LAMPIRAN ... xv
I. PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Perumusan Masalah ... 3
1.3 Tujuan Penelitian ... 3
1.4 Manfaat Penelitian ... 4
1.5 Ruang Lingkup Penelitian ... 4
II. TINJAUAN PUSTAKA ... 5
2.1 Tanaman Kemiri ... 5
2.2 Tanaman Melina ... 5
2.3 Pertumbuhan dan Komponen Kimia Tanaman ... 8
2.3.1 Pertumbuhan tanaman ... 8
2.3.2 Komponen Kimia Tanaman ... 8
2.4 Unsur Hara dan Mikrobia Tanah ... 10
2.4.1 Serapan hara tanaman ... 10
2.4.2 Unsur hara tanah ... 11
2.4.3 Mikrobia tanah ... 12
2.5 Arang ... 14
2.6 Arang Aktif ... 16
2.6.1 Pembuatan arang aktif ... 16
2.6.2 Sifat-sifat arang aktif ... 19
2.6.3 Struktur Arang Aktif ... 20
2.6.4 Daya serap arang aktif ... 21
2.6.5 Jenis Arang Aktif ... 22
2.6.6 Kegunaan arang aktif ... 22
III. METODE PENELITIAN ... 26
3.1 Waktu dan Tempat ... 26
3.2 Bahan dan Alat ... 26
3.3 Prosedur ... 26
3.3.1 Analisa Komponen Kimia Tempurung Kemiri ... 26
3.3.2 Pengolahan Tempurung Kemiri Menjadi Arang ... 27
3.3.2.1 Proses pembuatan arang ... 27
3.3.2.2 Analisa sifat-sifat arang ... 27
3.3.3.1 Proses pembuatan arang aktif ... 29
3.3.3.2 Analisa sifat-sifat arang aktif (BSN 1995) ... 30
3.3.3.3 Karakterisasi struktur tempurung kemiri, arang dan arang aktif ... 32
3.3.4 Aplikasi Arang Aktif pada Tanaman Melina ... 33
3.3.4.1 Persiapan media dan pemeliharaan tanaman ... 33
3.3.4.2 Pengumpulan data pertumbuhan ... 34
3.3.4.3 Analisa kesuburan tanah media tanaman melina ... 35
3.3.5 Bagan Alir Penelitian ... 36
3.4 Rancangan Percobaan ... 37
3.5 Analisis Data ... 38
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ... 39
4.1 Komponen Kimia Tempurung Kemiri ... 39
4.2 Rendemen Arang dan Arang Aktif ... 41
4.3 Struktur Tempurung Kemiri, Arang dan Arang Aktif ... 42
4.3.1 Gugus Fungsi ... 42
4.3.2 Kristalinitas ... 46
4.3.3 Porositas ... 49
4.3.4 Komponen Penyusun ... 52
4.4 Sifat-sifat dan Mutu Arang dan Arang Aktif ... 54
4.4.1 Sifat-sifat dan mutu arang ... 55
4.4.2 Sifat-sifat dan mutu arang aktif ... 57
4.5 Aplikasi Arang Aktif pada Tanaman Melina ... 64
4.5.1 Pertumbuhan dan mutu bibit tanaman melina ... 64
4.5.2 Serapan hara tanaman melina ... 71
4.5.3 Kandungan unsur hara media tumbuh melina ... 74
4.5.4 Kandungan total mikrobia dan fungi media tumbuh melina ... 76
V. KESIMPULAN DAN SARAN ... 79
5.1 Kesimpulan ... 79
5.2 Saran ... 79
DAFTAR PUSTAKA ... 80
Halaman
1. Kombinasi perlakuan pembuatan arang aktif ... 30
2. Komponen kimia tempurung kemiri ... 39
3. Rendemen arang aktif tempurung kemiri ... 41
4. Bilangan gelombang tempurung kemiri, arang dan arang aktif ... 43
5. Struktur kristalin dan lapisan aromatik pada tempurung kemiri, arang dan arang aktif ... 46
6. Diameter pori pada permukaan tempurung kemiri, arang dan arang aktif ... 49
7. Penilaian mutu arang tempurung kemiri berdasarkan SNI 01-1682-1996 .... 56
8. Penilaian mutu arang aktif berdasarkan SNI 06-3730-1995 ... 57
9. Rataan pertumbuhan tinggi dan diameter batang melina ... 65
10. Rataan bobot biomassa kering melina umur 70 hari ... 68
11. Indeks mutu bibit melina ... 70
12. Kadar serapan hara tanaman melina pada berbagai perlakuan ... 72
13. Perbandingan serapan unsur hara melina dengan konsentrasi unsur hara dalam materi tumbuhan pada tingkat yang dianggap cukup ... 74
14. Data hasil analisa kandungan unsur hara media tumbuhan melina ... 75
15. Data hasil analisa kandungan jumlah total mikroba dan fungi media tumbuhan melina ... 76
Halaman 1. Bagan alir penelitian ... 36 2. Spektogram FTIR pada tempurung kemiri, arang dan arang aktif ... 45 3. Spektogram XRD pada tempurung kemiri, arang dan arang aktif ... 48 4. Mikrofotogram SEM pada permukaan tempurung kemiri, arang dan
arang aktif ... 50 5. Kromatogram Pyr-GCMS pada (a) tempurung kemiri, (b) arang
dan (c) arang aktif (A2W2S3) ... 53 6. Pertumbuhan tinggi tanaman melina umur 70 hari : media kontrol (P0),
media arang 10 % (P2) dan media arang aktif 10 % (P5) ... 66 7. Pertumbuhan diameter batang tanaman melina umur 70 hari : media
Kontrol (P0), media arang 10% (P2) dan media arang aktif 10% (P5) ... 67 8. Pertumbuhan akar melina umur 70 hari : media kontrol (P0),
Halaman 1. Komponen penyusun tempurung kemiri, arang dan arang aktif
hasil Pyr-GCMS ... 89
2. Data pengukran pertumbuhan tinggi dan diameter batang melina ... 90
3. Gejala kekahatan dan fungsi unsur hara dalam tanaman ... 91
4. Sidik ragam kadar air arang aktif ... 92
5. Sidik ragam kadar abu arang aktif ... 92
6. Sidik ragam kadar zat terbang arang aktif ... 92
7. Sidik ragam kadar karbon terikat arang aktif ... 93
8. Sidik ragam daya serap benzena arang aktif ... 93
9. Sidik ragam daya serap iodium arang aktif ... 93
10. Sidik ragam tinggi tanaman melina ... 94
11. Sidik ragam diameter batang tanaman melina ... 94
12. Sidik ragam bobot biomassa tanaman melina ... 94
13. Uji Duncan kadar air arang aktif ... 94
14. Uji Duncan kadar abu arang aktif ... 95
15. Uji Duncan kadar zat terbang arang aktif ... 95
16. Uji Duncan kadar karbon terikat arang aktif ... 96
17. Uji Duncan daya serap benzena arang aktif ... 96
18. Uji Duncan daya serap iodium arang aktif ... 97
19. Uji Duncan tinggi tanaman melina ... 97
20. Uji Duncan diameter batang tanaman melina ... 97
1.1 Latar Belakang
Kemiri adalah salah satu jenis tanaman yang dikembangkan melalui program hutan kemasyarakatan dan hutan rakyat. Pengembangan tanaman kemiri didasarkan pada kemampuan jenis tersebut merehabilitasi lahan kritis karena dapat tumbuh pada berbagai jenis tanah disamping itu mempunyai banyak manfaat untuk meningkatkan pendapatan dan kesejahteraan masyarakat (Upe et al. 1999). Di Indonesia tanaman kemiri tersebar hampir di seluruh Nusantara dan pada tahun 2003 terdapat lima propinsi sebagai penghasil terbesar kemiri, yaitu Sulawesi Selatan, Nangroe Aceh Darussalam, Sumatera Utara, Nusa Tenggara Timur dan Sumatera Barat dengan produksi 79.137 ton (Departemen Pertanian dalam Darmawan, 2004).
Buah kemiri memiliki satu atau dua biji. Biji kemiri terdiri dari kulit biji (tempurung) dan daging biji (karnel) dengan perbandingan 3 : 7 (Heyne, 1987). Dengan demikian, di dalam pengolahan biji kemiri dihasilkan sekitar 55.396 ton tempurung yang masih kurang dimanfaatkan. Tempurung kemiri memiliki sifat keras dengan nilai kalor 4164 kal/gram, sehingga dapat digunakan sebagai bahan bakar dalam pengeringan biji kemiri (Setiawan dan Yang, 1992). Disamping itu, tempurung kemiri juga dapat diolah untuk menghasilkan arang. Akan tetapi penggunaan tempurung kemiri dan arangnya sebagai bahan bakar jumlahnya sedikit dan kurang populer.
Setiap bahan yang mengandung karbon asalkan berpori dapat dibuat arang aktif (Sudradjat dan Soleh, 1994). Tempurung kemiri adalah bahan yang mengandung karbon dan berpori sehingga dapat diolah untuk menghasilkan arang aktif. Seiring dengan berkembangnya industri kebutuhan arang aktif juga semakin meningkat, baik untuk kebutuhan ekspor maupun domestik. Pada tahun 2000 Indonesia mengekspor arang aktif sebesar 10.205 ton (BI, 2000). Selanjutnya
Mengingat potensi tempurung kemiri yang cukup besar, disamping penggunaannya sebagai bahan bakar tidak populer, maka penggunaan lain yang dapat dilakukan untuk mengoptimalkan pemanfaatannya adalah mengolah tempurung kemiri menjadi arang aktif. Perkembangan teknologi dan industri juga mendorong peluang yang cukup besar terhadap arang aktif karena arang aktif merupakan suatu produk yang dihasilkan dari modifikasi karbonisasi yang sudah dikenal sejak perang dunia pertama dan mempunyai banyak kegunaan. Diantaranya adalah industri masker, rokok, minuman dan makanan, air konsumsi dan minyak, kimia dan farmasi, serta alat pendingin dan otomotif (Austin, 1984). Penggunaan arang aktif terus berkembang hingga digunakan untuk industri cat dan perekat (Asano et al. 1999). Akhir-akhir ini juga sedang dikembangkan
penggunaan arang aktif sebagai soil conditioner pada budidaya tanaman
holtikultura (Gusmailina et al. 2001).
Pada saat ini belum banyak penelitian tentang pembuatan arang dan/atau arang aktif dari bahan baku tempurung kemiri. Demikian juga halnya tentang penggunaan arang dan arang aktif tempurung kemiri sebagai media tumbuh tanaman belum banyak diteliti. Pemanfaatan arang aktif dalam bidang pertanian untuk meningkatkan kesuburan tanaman akan menguntungkan, karena arang aktif selain mengandung komponen unsur hara yang dibutuhkan tanaman, juga mengandung karbon aktif yang menyimpan air lebih lama dan menyerap berbagai macam komponen larut air. Di samping itu, arang aktif juga dapat meningkatkan suhu tanah dan memperbaiki sirkulasi udara dalam tanah sehingga dapat merangsang pertumbuhan akar dan menciptakan kondisi optimal bagi pertumbuhan dan aktifitas mikroorganisme yang dapat mendukung pertumbuhan tanaman.
Salah satu jenis kayu yang saat ini disenangi oleh masyarakat untuk
dikembangkan pada hutan tanaman rakyat adalah tanaman melina (Gmelina
ini membutuhkan kondisi media tumbuh yang dapat mendukung kesuburan dan pertumbuhannya.
1.2 Perumusan Masalah
Sampai saat ini tempurung yang dihasilkan dari pengolahan biji kemiri belum dimanfaatkan untuk menghasilkan produk yang bermanfaat sehingga masih merupakan limbah. Sesungguhnya tempurung kemiri dapat dibuat arang, akan tetapi penggunaan arang tersebut sebagai bahan bakar tidak populer dan belum bernilai ekonomi. Untuk memanfaatkan tempurung kemiri menjadi produk yang bernilai ekonomi salah satunya dengan cara mengkarbonisasi tempurung kemiri dalam tungku untuk menghasilkan arang, kemudian arang diaktivasi untuk menghasilkan arang aktif. Akan tetapi proses aktivasi arang tempurung kemiri menjadi arang aktif masih mengalami hambatan teknologi. Hambatan lain adalah belum diketahuinya baik sifat-sifat dan struktur arang aktif tempurung kemiri maupun kesesuaian penggunaannya. Sehubungan dengan hal di atas, dapat dirumuskan permasalahan penelitian ini sebagai berikut:
1. Bagaimana sifat dan karakteristik dan mutu arang aktif hasil aktivasi arang tempurung kemiri dengan aktivator panas dan uap H2O pada suhu 550, 650 dan 750 °C dalam waktu 90 dan 120 menit ?
2. Apakah penggunaan arang aktif dari tempurung kemiri berpengaruh pada
pertumbuhan dan bobot biomassa tanaman melina ?
1.3 Tujuan Penelitian
Penelitian ini secara umum bertujuan mendapatkan teknologi pengolahan arang tempurung kemiri menjadi arang aktif serta aplikasi produknya sebagai komponen media tumbuh pada tanaman melina. Secara spesifik, penelitian ini betujuan:
1. Mendapatkan perlakuan aktivasi terbaik untuk pembuatan arang aktif dari arang hasil pirolisis tempurung kemiri ;
2. Menguji pengaruh penggunaan arang aktif tempurung kemiri sebagai komponen media tumbuh pada tanaman melina.
Hasil penelitian ini diharapkan dapat bermanfaat untuk :
1. Menghasilkan produk arang aktif yang bermanfaat dan bemilai ekonomi. 2. Memberi informasi kepada masyarakat terutama pengusaha kecil dan
menengah tentang peluang usaha/bisnis baru dalam hal pembuatan arang aktif yang menggunakan bahan baku tempurung kemiri.
3. Meningkatkan pertumbuhan tanaman melina melalui penggunaan arang aktif tempurung kemiri sebagai komponen media tumbuh.
1.5 Ruang Lingkup Penelitian
Penelitian ini mencakup kegiatan kajian tentang : 1. Komponen kimia tempurung kemiri.
2. Struktur tempurung kemiri, arang dan arang aktif tempurung kemiri. 3. Sifat-sifat arang dan arang aktif tempurung kemiri
2.1 Tanaman Kemiri
Tanaman kemiri (Aleurites moluccana, Willd) termasuk ke dalam divisio
Spermatophyta, sub divisio Angiospermae, kelas Dicotyledoneae, ordo
Euphorbiales, famili Euphorbiaceae, genus Aleurites. Beberapa nama lain untuk tanaman dan buah kemiri adalah buah besar (Malaysia), muncang (Sunda), dama
(Minangkabau), kembiri (Batak karo), komere (Madura), derekan (Bali), feno
(Timor), dan keminting (Dayak) (Purseglove, 1981). Di dalam perdagangan
internasional kemiri dikenal dengan nama candle nut. Kemiri adalah jenis pohon asli di Malaysia tetapi sekarang sudah tersebar luas di daerah-daerah tropik, baik ditanam maupun secara alami (Burkill, 1935). Tanaman kemiri sejak lama telah dikembangkan dalam pelaksanaan program hutan kemasyarakatan dan hutan rakyat, hal ini didasarkan bahwa jenis tersebut dapat merehabilitasi lahan kritis karena dapat tumbuh pada berbagai jenis tanah disamping itu mempunyai banyak manfaat untuk meningkatkan pendapatan dan kesejahteraan masyarakat (Upe et al. 1999). Di Indonesia tanaman kemiri tersebar hampir di seluruh Nusantara, akan tetapi pada tahun 2003 terdapat lima propinsi sebagai penghasil terbesar kemiri, yaitu Sulawesi Selatan 28.236 ton, Nangroe Aceh Darussalam 16.268 ton, Sumatera Utara 15.555 ton, Nusa Tenggara Timur 14.785 ton dan Sumatera Barat 4.293 ton (Departemen Pertanian dalam Darmawan, 2004). Buah kemiri berkulit tebal, bentuknya bulat dengan diameter sekitar 5 cm. Di dalam buah terdapat satu atau dua biji. Biji kemiri terdiri dari kulit biji (tempurung) dan daging biji (karnel) dengan perbandingan 3 : 7 (Heyne, 1987). Ketebalan tempurung kemiri berkisar antara 3-5 mm, sifatnya keras dan memiliki nilai kalor sebesar 4164 kal/g, sehingga dapat digunakan sebagai bahan bakar dalam pengeringan biji kemiri (Setiawan dan Yang, 1992). Disamping itu, tempurung kemiri juga dapat diolah untuk menghasilkan arang.
2.2 Tanaman Melina
adalah gamari, gumadi (India), gamar (Bangladesh), dan yamane (Burma). Melina tergolong jenis pohon yang cepat tumbuh, dan menurut sejarah penyebaran jenis ini berasal dari India dan sekitarnya. G. arborea tumbuh secara alami dengan daerah penyebaran mulai dari Pakistan di sebelah barat, India, ke selatan sampai Srilangka dan ke timur sampai Bangladesh dan Burma. Jenis ini ditanam secara luas di Asia Tenggara, Afrika dan Brazil (Soerianegara dan Lemmens, 1993). Melina dapat tumbuh pada beberapa tipe hutan mulai dari dataran rendah hingga dataran tinggi (0 – 1000 m dpl.), pertumbuhan yang baik pada ketinggian 0 – 800 m dpl. Rata-rata curah hujan yang dibutuhkan untuk mencapai kondisi pertumbuhan yang optimal berkisar antara 1778 mm – 2286 mm per tahun dengan bulan kering maksimum 6 – 7 bulan /tahun dan terbaik 2 – 4 bulan/tahun. Rata-rata suhu udara yang dikehendaki berkisar antara 21º C - 28º C (Alrasjid, 1991). Melina kurang sesuai pertumbuhannya pada tanah-tanah berpasir kering dan gambut yang dipengaruhi pasang surut (Asniaty, 1995). Selain itu, kurang subur pada tanah-tanah kedap dengan lapisan solum tanah yang dangkal oleh karena perakaran pohon ini cukup dalam. Melina tumbuh baik pada tanah bersarang dan berdrainase baik (tidak tergenang), dengan toleransi pH tanah masam sampai netral serta kondisi tanah yang cukup lembab.
sampai 45,0 m3/ha/tahun pada pohon umur 8 – 10 tahun pada tanah yang subur (Alrasjid dan Widiarti, 1992; Martawijaya dan Barly, 1995). Selain cepat tumbuh, tanaman melina juga mudah bertunas dan memiliki toleransi yang luas terhadap faktor lingkungan, sehingga tanaman ini sangat cocok untuk merehabilitasi lahan kritis yang terbuka, ditumbuhi rumput/alang-alang atau semak ((Alrasjid dan Widiarti, 1992).
2.3 Pertumbuhan dan Komponen Kimia Tanaman 2.3.1 Pertumbuhan tanaman
Pertumbuhan berarti pertambahan ukuran. Karena organisme multisel tumbuh dari zigot, pertambahan itu bukan hanya dalam volume, tetapi juga dalam bobot, jumlah sel, banyaknya protoplasma dan tingkat kerumitan (Salisbury & Ross, 1992). Semua ciri pertumbuhan yang disebutkan tadi bisa diukur, tetapi ada dua macam pengukuran yang lazim digunakan yaitu mengukur pertambahan
volume dan massa. Gardner et al. (1991) menyebutkan bahwa pertumbuhan
merupakan akibat adanya interaksi antara berbagai faktor internal perangsang pertumbuhan (yaitu dalam kendali genetik) dan unsur-unsur iklim, tanah, dan biologis dari lingkungan. Lebih lanjut dijelaskan bahwa letak pertumbuhan adalah dalam meristem ujung, lateral dan interkalar. Pertumbuhan ujung cenderung menghasilkan pertambahan panjang, pertumbuhan lateral menghasilkan pertambahan lebar, sedangkan pemanjangan batang dan daun terutama terjadi dalam meristem interkalar. Pertambahan volume (ukuran) tanaman sering ditentukan dengan cara mengukur pembesaran ke satu atau dua arah, seperti panjang (misalnya tinggi batang), atau luas (misalnya luas daun) (Salisbury & Ross, 1992). Pertambahan biomassa dapat diukur dengan cara memanen seluruh tumbuhan atau bagian yang diinginkan, dan menimbangnya cepat-cepat sebelum air terlalu banyak menguap dari bahan tersebut. Ini adalah biomassa segar yang nilainya agak beragam, bergantung pada keadaan air tumbuhan. Karena berbagai masalah yang timbul dari kandungan air yang beragam tersebut, maka lebih sering digunakan pertambahan biomassa kering tumbuhan atau bagian tumbuhan sebagai ukuran bagi pertumbuhannya. Biomassa kering lazim diperoleh dengan cara mengeringkan bahan tumbuhan yang baru saja dipanen selama 48 jam pada suhu 70 0C (Salisbury & Ross, 1995).
2.3.2 Komponen kimia tanaman
mineral) (Fengel dan Wegener, 1995). Total polisakarida (selulosa dan hemiselulosa) di dalam bagian sel dikenal sebagai holoselulosa. Senyawa ini menyusun sekitar setengah dari tanaman keras dan sekitar sepertiga dari tanaman setahun (Achmadi, 1990). Kadar holoselulosa pada tanaman bervariasi antara jenis dan antara bagian di dalam tanaman. Kayu misalnya mengandung holoselulosa yang besarnya antara 65 – 75 % (Fengel dan Wegener, 1995). Selulosa merupakan struktur dasar sel-sel tanaman, oleh karena itu merupakan bahan alam yang paling penting yang yang dibuat oleh organisme hidup. Kadar selulosa yang tinggi terdapat dalam rambut biji dan serabut kulit. Kadar selulosa pada kayu sekitar 40 – 50% (Fengel dan Wegener, 1995). Hemiselulosa merupakan karbohidrat amorf yang berasosiasi dengan selulosa dan lignin. Seperti halnya selulosa, hemiselulosa ialah sebagian bahan pendukung dinding sel. Kadar hemiselulosa dalam kayu kering berkisar 20 -30% (Fengel dan Wegener). Hemiselulosa kayu tersusun dari lima jenis gula : 3 heksosa (glukosa, manosa dan galaktosa), dan 2 pentosa (xilosa dan arabinosa) (Achmadi, 1990).
Lignin merupakan komponen kimia dalam bagian tanaman yang selalu bergabung dengan selulosa dan bukan merupakan karbohidrat, melainkan didominasi oleh gugus aromatis berupa fenilpropana. Di dalam struktur jaringan kayu lignin terutama terdapat di dalam lamela tengah dan dinding sel primer (Fengel dan Wegener, 1995). Achmadi (1990) menyatakan bahwa dari viskositasnya yang rendah, diketahui bahwa molekul lignin bersifat kompak. Selanjutnya dikemukakan bahwa kayu terbakar karena polimer dinding sel mengalami reaksi hidrolisis, oksidasi, dehidrasi, dan pirolisis jika suhu ditingkatkan. Komponen lignin lebih berperan dalam pembentukan arang dibanding selulosa, dan lapisan arang membantu mengisolasi polimer dinding sel terhadap degradasi termal selanjutnya.
tanin, getah, gula, bahan pewarna dan pati (Fengel dan Wegener, 1995; ASTM, 1996). Zat ekstraktif yang dapat terlarut dalam pelarut organik seperti larutan alkohol-benzena antara lain lilin, lemak, resin, minyak dan tanin serta komponen tertentu yang tidak larut dalam eter (ASTM, 1996). Pelarutan dalam NaOH 1 % yang dilakukan pada suhu 100 0C dapat mengekstraksi zat ekstraktif, sebagian lignin, hemiselulosa berbobot molekul rendah, dan selulosa yang terdegradasi (Achmadi, 1990). Besarnya bahan yang larut dalam NaOH dapat digunakan sebagai indikator tingkat kerusakan pada bahan yang dianalisa akibat pelapuk (decay), panas, cahaya dan oksidasi (Wardhani et al. 2005).
Abu merupakan komponen anorganik penyusun sel tumbuhan yang tidak dapat larut dalam air atau pelarut organik. Fengel dan Wegener (1995) menyatakan bahwa kadar abu dari beberapa jenis kayu tropis besarnya antara 0,4 – 3,4%. Komponen abu utama kayu adalah kalsium, kalium dan magnesium. Dalam banyak kayu jumlah Ca hingga 50% dan lebih dari unsur total dalam abu kayu. K dan Mg masing-masing menduduki tempat kedua dan ketiga, diikuti Mn, Na, P dan Cl. Selanjutnya disebutkan bahwa kulit pada umumnya lebih kaya akan mineral daripada kayu. Hasil analisa unsur dalam kulit dan kayu pohon daun lebar menunjukkan kandungan abu dalam kulit biasanya lebih dari 10% dan sepuluh kali lebih tinggi daripada dalam kayu.
2.4 Unsur Hara dan Mikrobia Tanah
2.4.1 Serapan hara tanaman
oksigen (O) dan hidrogen (H) yang masing-masing menyusun rerata 45%, 45% dan 6% tumbuhan, unsur-unsur lainnya hanya 4%. Nitrogen (N), fosfor (P), kalium (K), belerang (S), kalsium (Ca) dan magnesium (Mg) masing-masing menyusun lebih dari 0,1 %, sedangkan unsur boron (Bo), besi (Fe), mangan (Mn) tembaga (Cu), seng (Zn), molibdenum (Mo), (nikel Ni) dan khlorin (Cl) menyusun tanaman kurang dari 0,1% (Hanafiah, 2007).
Nilai konsentrasi unsur esensial dalam jaringan tumbuhan menjadi pedoman yang berguna dan lebih dapat dipercaya dari pada analisa tanah untuk menunjukkan apakah tumbuhan akan tumbuh lebih cepat jika unsur tertentu diberikan lebih banyak (Salisbury & Ross, 1992). Variasi dalam kuantitas macam-macam hara esensial yang dibutuhkan untuk pertumbuhan tanaman itu sangat besar. Kebutuhan kuantitatif tergantung pada jenis tanaman, tingkat hasil panen, dan hara tertentu tersebut. Status hara dalam jaringan tumbuhan dan pertumbuhan tanaman dapat dideskripsikan sebagai (1) defisiensi, (2) peralihan, (3) cukup, dan (4) beracun (Gardner et al. 1991). Apabila penambahan unsur hara menyebabkan penurunan pertumbuhan, maka status hara berada pada zona beracun atau menghambat (Salisbury & Ross, 1992). Di zona defisiensi penambahan riap
(increment) hara berakibat meningkatnya produksi berat kering, di zona peralihan penambahan riap hara meningkatkan hasil panen dan konsentrasi hara, sedangkan di zona cukup, penambahan riap hara berakibat meningkatnya kandungan unsur tadi di dalam jaringan tanaman, tetapi sedikit atau tidak ada peningkatan hasil panen (Gardner et al. 1991).
2.4.2 Unsur hara tanah
Dengan ke-17 unsur esensial dan sinar matahari, sebagian besar tumbuhan dapat membuat senyawa yang dibutuhkan (Salisbury & Ross, 1992). Hanafiah (2007) mengemukakan bahwa suatu unsur kimiawi dianggap esensial sebagai unsur hara tumbuhan jika memenuhi tiga kriteria, yaitu (1) harus ada agar tumbuhan dapat melengkapi daur hidupnya, (2) jika tumbuhan mengalami defisiensi hanya dapat diperbaiki dengan unsur tersebut, dan (3) unsur ini harus terlibat langsung dalam penyediaan nutrisi tanaman. Selanjutnya dijelaskan bahwa suatu unsur disebut makrohara esesnsial jika dibutuhkan dalam jumlah besar, biasanya di atas 500 ppm dan disebut mikrohara esensial jika dibutuhkan dalam jumlah sedikit, biasanya kurang dari 50 ppm. Para pakar lain membagi keduanya menjadi limit minimal 0,1% disebut makrohara dan apabila lebih kecil 0,1% disebut mikrohara. Unsur makrohara esensial dibagi dalam dua golongan, yaitu (1) unsur makrohara esensial melimpah (C, O dan H), dan (2) unsur makrohara esensial terbatas (N, P, K, S, Ca dan Mg). Unsur mikrohara esensial meliputi B, Fe, Mn, Cu, Zn, Mo, Ni dan Cl.
Menurut (Hanafiah, 2007) penyerapan hara oleh tanaman dipengaruhi oleh laju respirasi, jumlah dan ketersediaan hara dalam tanah, serta intensitas dan ekstensitas sistem perakaran tanaman yang terkait dengan taraf dan laju pertumbuhan tanaman. Demikian juga dengan intensitas dan ekstensitas interaksi akar-mikroorganime tanah. Faktor ketersediaan substrat untuk respirasi, temperatur dan oksigen yang mempengaruhi proses respirasi secara tidak langsung juga mempengaruhi proses penyerapan hara. Selanjutnya dikemukakan bahwa adanya simbiosis fungi ekto-dan/atau endo-mikoriza-akar, lewat pembentukan hipa eksternal yang berfungsi sebagai bulu-bulu akar dan enzim ekstraseluler fosfatase, sangat membantu tanaman dalam penyerapan unsur hara terutama unsur P. Demikian juga jika ada fiksasi N-simbiotik (seperti rhizobium-legum) atau fiksasi N-nonsimbiotik (seperti Azospirillium brasiliense) terhadap penyerapan N.
2.4.3 Mikrobia tanah
bahwa mikrobia tanah bertanggung jawab atas pelapukan bahan organik dan pendauran unsur hara, mempunyai pengaruh terhadap sifat kimia dan fisik tanah, sehingga mikrobia dapat mempengaruhi pertumbuhan tanaman baik secara langsung maupun tidak langsung. Sebagian mikrobia dapat memfiksasi nitrogen (N) dari udara yang selanjutnya dapat diserap oleh tanaman untuk meningkatkan pertumbuhan. Di samping itu, mikrobia tanah menghasilkan bermacam-macam substansi yang secara langsung mempengaruhi pertumbuhan tanaman. Rao (2007) menyebutkan bahwa banyak jenis bakteri dan fungi menghasilkan asam indol asetat (IAA) dalam jumlah sedikit, dimana IAA ini mempunyai beberapa pengaruh morfogenetik yang penting terhadap pertumbuhan pemanjangan batang dan pembentukan bintil akar tanaman. Lebih lanjut disebutkan bahwa Giberelin yang dihasilkan oleh fungi jenis Gibberella fujikuroi antara lain berperan (1) menanggulangi dormansi dan kekerdilan pada tanaman, dan (2) merangsang pertumbuhan batang dan pada saat yang sama menekan pertumbuhan cabang lateral.
Kesuburan tanah tidak hanya bergantung pada komposisi kimiawinya melainkan juga pada ciri alami mikrobia yang menghuninya. Mikrobia yang menghuni tanah terdiri dari kelompok bakteri, fungi, aktinomisetes, alga dan protozoa (Rao, 2007). Bakteri berperan penting dalam pendaur-ulangan unsur hara seperti karbon, nitrogen, dan fosfor (Anas, 1989). Bila bakteri terhalang kegiatannya dapat dikatakan bahwa pendaur-ulangan unsur hara terganggu. Beberapa genus bakteri yang penting untuk pertumbuhan tanaman, antara lain
Rhizobium, Azotobacter, Pseudomonas, Azospirillum, Nitrosomonas dan
bahwa bakteri mesofilik yang hidup pada suhu 15 sampai 45 0C merupakan sebagian besar bakteri tanah.
Fungi ditemukan di dalam tanah yang berperan aktif pada tahap pertama proses dekomposisi bahan organik dan berperan penting dalam proses agregasi tanah (Anas, 1989). Menurut Rao (2007) fungsi utama dari fungi berbenang dalam tanah adalah untuk menguraikan bahan organik dan membantu membentuk bongkah tanah. Selanjutnya disebutkan bahwa beberapa fungi mampu membentuk asosiasi ektotrofik dalam sistem perakaran pohon-pohon seperti pinus, yang termasuk genus Boletus dan Lactarius, dapat membantu memindahkan fosfor dan nitrogen dalam tanah ke tubuh tanaman. Fungi dominan pada tanah yang masam karena lingkungan yang masam tidak baik untuk bakteri dan aktinomisetes (Rao, 2007). Beberapa gas seperti CO2, N2 , NH3, H2 dan gas-gas lainnya yang berasal baik dari proses dekomposisi bahan organik maupun respirasi akar apabila berkadar relatif tinggi dapat menjadi racun bagi akar tumbuhan dan mikroba tanah (Hanafiah, 2007). Adanya sirkulasi udara yang baik akan memungkinkan pertukaran gas-gas ini dengan O2 dari atmosfer, sehingga aktivitas mikroba autotrofik yang berperan penting dalam penyediaan unsur-unsur hara menjadi terjamin dan toksisitas gas-gas tersebut ternetralisir.
2.5 Arang
Arang adalah suatu bahan padat berpori-pori yang dihasilkan melalui proses pirolisis dari bahan-bahan yang mengandung karbon (Kinoshita, 2001). Arang dapat dibuat dari bahan-bahan yang mengandung karbon (C) baik organik maupun anorganik yang berasal dari tumbuhan, hewan atau bahan tambang. Pirolisis merupakan proses pembakaran tidak sempurna suatu bahan yang mengandung senyawa karbon kompleks tidak teroksidasi menjadi karbon dioksida. Sebagian dari pori-pori arang masih tertutup dengan hidrokarbon, ter dan senyawa organik lain. Komponennya terdiri dari karbon terikat (fixed carbon), abu, air, nitrogen dan sulfur (Djatmiko et al. 1985).
150-300 °C yang berlangsung secara lambat (pirolisis primer lambat) dan pada suhu 300-400 °C berlangsung lebih cepat (pirolisis primer cepat). Hasil proses pirolisis lambat adalah arang, H2O, CO, dan CO2, sedangkan hasil pirolisis primer cepat adalah arang, gas-gas hidrokarbon, H2 dan H2O. Pirolisis pada suhu di atas 600 °C disebut pirolisis sekunder, dan hasilnya adalah gas CO, H2, dan gas-gas hidrokarbon. Proses pirolisis sekunder umumnya digunakan untuk gasifikasi (Paris et al. 2005).
Arang yang merupakan residu dari peruraian bahan yang mengandung karbon sebagian besar komponennya adalah karbon dan terjadi akibat peruraian panas. Proses pemanasan ini dapat dilakukan dengan jalan memanasi bahan langsung atau tidak langsung di dalam timbunan, kiln, retort dan tanur (Djatmiko
et al. 1985). Sebagai bahan bakar, arang lebih menguntungkan dibanding kayu bakar. Arang memberi kalor pembakaran yang lebih tinggi, dan asap yang lebih sedikit. Arang pada umumnya memiliki struktur karbon yang amorf dan sebagian besar terdiri atas karbon bebas (Manocha, 2003). Arang tersusun dari atom-atom karbon bebas yang berikatan secara kovalen membentuk struktur heksagonal datar. Sebagian besar pori-pori arang masih tertutup oleh hidrokarbon, ter, dan komponen lain, seperti abu, air, nitrogen, dan sulfur (Puziy et al. 2003).
Penguapan, penguraian atau dekomposisi komponen kimia kayu pada proses pirolisis terdiri atas empat tahap (Byrne & Nagle, 1997), yaitu:
1. Pada suhu 100-150 °C terjadi penguapan air;
2. Pada suhu 200-240 °C, terjadi penguraian hemiselulosa dan selulosa menjadi larutan pirolignat (asam organik dengan titik didih rendah, seperti asam asetat, formiat, dan metanol), gas kayu (CO dan CO2), dan sedikit ter;
3. Pada suhu 240 - 400 °C, tejadi proses depolimerisasi dan pemutusan ikatan C-O dan C-C. Pada kisaran suhu ini selulosa sudah terdegradasi, lignin mulai terurai menghasilkan ter, larutan pirolignat dan gas CO2 menurun, sedangkan gas CO, CH4, dan H2 meningkat;
Menurut Djatmiko et al. (1985), standar mutu arang, yaitu kadar air 6%, kadar abu 4%, kadar zat mudah menguap 30% dengan titik bakar 300 °C menghasilkan ukuran partikel 95%, dan sifat kekerasan 90%. Arang yang baik mutunya adalah arang yang mempunyai kadar karbon tinggi dan kadar abu yang rendah. Manfaat dari arang antara lain untuk adsorpsi bahan asing pada pemurnian pelarut, minyak jelantah (goreng), bahan katalis dalam proses gasifikasi, dan pemupukan tanaman.
2.6 Arang Aktif
Arang aktif adalah suatu karbon yang mampu mengadsorpsi anion, kation, dan molekul dalam bentuk senyawa organik dan anorganik, baik berupa larutan maupun dalam bentuk gas (Pari, 1996). Menurut Surtamtomo et al. (1997) arang aktif merupakan suatu bahan yang berupa karbon amorf yang sebagian besar
terdiri atas atom karbon bebas dan mempunyai permukaan dalam (internal
surface) sehingga mempunyai kemampuan daya serap (adsorption) yang baik. Arang aktif tergolong bahan yang mempunyai pori-pori terbuka, dan luas permukaannya besar.
Arang aktif mengandung kadar karbon dan keaktifan yang bervariasi, tergantung pada suhu dan lamanya waktu aktivasi yang diberikan pada bahan baku arang. Arang aktif dapat dibedakan dari arang berdasarkan sifat pada permukaannya. Permukaan pada arang masih ditutupi oleh deposit hidrokarbon yang menghambat keaktifannya, sedangkan pada arang aktif permukaannya relatif telah bebas dari deposit dan mampu mengadsorpsi karena permukaannya luas dan pori-porinya telah terbuka (Gomez-Serrano et al. 2003).
2.6.1 Pembuatan arang aktif
Arang aktif yang biasa beredar di pasaran umumnya dibuat dari tempurung kelapa, kayu dan batubara. Beberapa bahan yang mengandung banyak karbon seperti kayu, serbuk gergajian kayu, kulit biji, tempurung, gambut, batu bara,
menyebabkan sifat dan mutu arang aktif yang berbeda pula. Industri arang aktif di Indonesia mulai berkembang sejak tahun 1980 dengan bahan baku utamanya tempurung kelapa. Arang aktif tempurung kelapa memiliki struktur yang sebagian besar mikropori, sehingga kurang efektif digunakan untuk menyerap senyawa yang berdiameter makropori (Actech, 2002 dalam Pari, 2004).
Pembuatan arang aktif dilakukan dalam dua tahap (Guerrero et al. 1970). Tahap pertama adalah pembentukan arang bersifat amorf porous pada suhu rendah. Tahap kedua adalah proses pengaktifan arang untuk menghilangkan hidrokarbon yang melapisi permukaan arang sehingga meningkatkan porositas arang. Menurut Clieremisinoff dan Eilerbusch (1978) dalam Pari (1995), pada kedua proses tersebut terjadi tahap-tahap sebagai berikut:
1. Dehidrasi yaitu proses menghilangkan air
2. Karbonisasi yaitu proses penguraian selulosa organik menjadi unsur karbon, serta mengeluarkan senyawa-senyawa non karbon
3. Aktivasi yaitu proses pembentukan dan penyusunan karbon sehingga pori- pori menjadi lebih besar
Pada prinsipnya arang aktif dapat dibuat dengan dua cara, yaitu cara kimia dan cara fisika. Pada pembuatan arang aktif, mutu yang dihasilkan sangat tergantung dari bahan baku yang digunakan, bahan pengaktif, suhu dan cara pengaktifannya (Hartoyo et al. 1990).
1. Aktivasi cara kimia
karena itu dalam beberapa proses sering dilakukan pelarutan dengan HCl untuk mengikat kembali sisa-sisa bahan kimia yang menempel pada permukaan arang dan kandungan abu yang terdapat dalam arang aktif. Hasil penelitian Botha (1992) dalam Pari (2004) yang membuat arang aktif dari batubara, lalu mengekstrak arang aktif tersebut dengan HCl 0,5 M menghasilkan arang aktif yang struktur mikroporinya lebih besar.
2. Aktivasi cara fisika
Aktivasi arang secara fisika menggunakan oksidator lemah, misalnya gas CO2. uap air, nitrogen, dan lain-lain. Oleh karena itu, pada proses ini tidak terjadi oksidasi terhadap atom-atom karbon penyusun arang, akan tetapi oksidator tersebut hanya mengoksidasi komponen yang menutupi permukaan pori arang. Prinsip aktivasi ini dimulai dengan mengaliri gas-gas ringan, seperti uap air, CO2, atau udara ke dalam retort yang berisi arang dan dipanaskan pada suhu 800-1000 °C. Pada suhu di bawah 800 °C, proses aktivasi dengan uap air atau gas CO2 berlangsung sangat lambat, sedangkan pada suhu di atas 1000 °C akan menyebabkan kerusakan struktur kisi-kisi heksagonal arang. Oleh karena itu, proses gasifikasi terhadap material yang diarangkan dengan uap dan CO2 akan berlangsung melalui reaksi endoterm (Manocha 2003). Reaksi-reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut:
C(s) + H2O(g) → CO(g) + H2(g) ∆H = + 29 kkal C(s) + CO2(g) → 2CO(g) ∆H = + 39 kkal CO(g) + H2O(g) → CO2(g) + H2(g) ∆H = + 10 kkal
CO(g) + l/2O2(g) → CO2(g) ∆H = - 1192,44 kkal H2(g) + l/2O2(g) → H2O(g) ∆H = - 995,792 kkal
Akan tetapi kehadiran gas O2 dalam retort aktivasi akan menimbulkan masalah terutama karena sangat sulit dikontrol, sehingga menyebabkan terjadi reaksi eksoterm terhadap karbon.
C(s) + O2(g) → CO2(g) ∆H = - 92,4 kkal 2C(s) + O2(g) → 2CO(g) ∆H = - 53,96 kkal
Beberapa gas pengoksidasi yang dapat digunakan untuk aktivasi arang secara fisika, antara lain uap air (H2O), gas CO2 atau N2, H2, Br2, O3, argon, atau CH4 (Basumatary et al. 2005).
Selama pengaktifan dengan gas-gas pengoksidasi, lapisan-lapisan karbon kristalit yang tidak teratur akan mengalami pergeseran yang menyebabkan permukaan kristalit atau celah menjadi terbuka sehingga gas-gas pengaktif yang lembam dapat mendorong residu-residu hidrokarbon seperti senyawa ter, fenol, metanol dan senyawa lain yang menempel pada permukaan arang. Cara yang sangat efektif untuk mendesak residu-residu tersebut adalah dengan mengalirkan gas pengoksidasi pada permukaan materi karbon (Pari, 1996).
2.6.2 Sifat-sifat arang aktif
1. Sifat-sifat kimia
Arang aktif tidak hanya mengandung atom karbon saja, tetapi juga mengandung sejumlah kecil oksigen dan hidrogen yang terikat secara kimia dalam bentuk gugus-gugus fungsi yang bervariasi, misalnya gugus karbonil (CO),
karboksil (COO-), fenol, lakton, dan beberapa gugus eter. Oksigen pada
2. Sifat-sifat fisika
Berdasarkan sifat fisika, arang aktif mempunyai beberapa karakteristik, antara lain berupa padatan yang berwarna hitam, tidak berasa, tidak berbau, bersifat higroskopis, tidak larut dalam air, asam, basa ataupun pelarut-pelarut organik (Hassler, 1974). Di samping itu, arang aktif juga tidak rusak akibat pengaruh suhu maupun penambahan pH selama proses aktivasi. Selanjutnya Hartoyo (1974) mengemukakan bahwa sifat fisik arang aktif dibagi dua macam : 1. Sifatnya keras dan bobot jenis tinggi, sesuai untuk bahan adsorpsi gas
2. Sifatnya lunak dan bobot jenis rendah, sesuai untuk bahan adsorpsi cairan
2.6.3 Struktur arang aktif
Arang aktif mempunyai struktur berupa jaringan berpilin dari lapisan-lapisan karbon yang tidak sempurna, yang dihubungsilangkan oleh suatu jembatan alifatik. Menurut Kyotani (2000), luas permukaan, dimensi dan distribusi atom-atom karbon penyusun struktur arang aktif sangat tergantung pada bahan baku, kondisi karbonasi dan proses aktivasinya. Susunan atom-atom karbon pada arang aktif mirip susunan atom-atom karbon dalam grafit, yang terdiri atas pelat-pelat datar. Atom-atom karbon penyusun struktur grafit terikat secara kovalen di dalam suatu kisi heksagonal dengan susunan paralel (Hirose et al. 2002).
Penelitian dengan sinar X memperlihatkan bahwa cincin-cincin enam atom karbon dengan susunan karbon yang teratur dan membentuk pelat-pelat. Pelat-pelat karbon heksagonal dalam struktur grafit terorientasi tegak lurus terhadap sumbunya. Sedangkan struktur arang aktif berbeda dengan struktur grafit, karena pelat-pelat karbon heksagonal dalam struktur arang aktif tidak terorientasi
sempurna terhadap sumbunya (Sokjvyov et al. 2002 dalam Gani, 2007).
Perbedaan ini berpengaruh pada besar kecilnya derajat kristalinitas, sehingga pelat-pelat tersebut bertumpuk satu sama lain secara tidak beraturan membentuk kristalit (Wigman 1986 dalam Pari, 2004).
(1985) dalam Rumidatul (2006) membagi besarnya ukuran pori ke dalam tiga katagori yaitu :
1. Makropori yang berukuran diameter lebih besar dari 250 Å dengan volume sebanyak 0,8 ml/g dan permukaan spesifik antara 0,5 - 2 m2/g.
2. Mesopori yang berukuran diameter berkisar antara 50 - 250 Å dengan volume 0,1 ml/g dan permukaan spesifik antara 20 - 70 m2/g.
3. Mikropori yang berukuran diameter lebih kecil dari 50 Å dan terbagi atas tiga bagian yaitu :
a. Maksi mikropori (diameter antara 25 - 50 Å), dapat digunakan untuk
menyerap pigmen tanaman dan sangat baik untuk adsorpsi molase.
b. Mesi mikropori (diameter antara 15 - 25 Å) yang sangat baik untuk
menyerap zat warna terutama metilen biru.
c. Mini mikropori (diameter lebih kecil dari 15 Å) yang dapat digunakan dengan baik untuk penyerapan yodium dan fenol.
Distribusi ukuran pori merupakan parameter yang penting dalam hal kemampuan daya serap arang aktif terhadap molekul yang ukurannya bervariasi. Disamping distribusi pori, bentuk pori merupakan parameter yang khusus untuk daya serap arang aktif yang terjadi. Pori-pori dengan bentuk silinder lebih mudah tertutup yang menyebabkan tidak aktifnya bagian permukaan dari arang aktif tersebut. Bila arang aktif digunakan untuk penjernihan air, lebih banyak dibutuhkan pori-pori yang terbuka karena air sebagian besar mengandung macam-macam partikel.
2.6.4 Daya serap arang aktif
Menurut Agustina (2004), ada beberapa faktor yang mempengaruhi daya serap arang aktif, yaitu: 1) sifat arang aktif; 2) sifat komponen yang diserapnya: 3) sifat larutan; dan 4) sistem kontak. Daya serap arang aktif terhadap komponen-komponen yang berada dalam larutan atau gas disebabkan oleh kondisi permukaan dan struktur porinya (Guo et al. 2007). Beberapa literatur lain melaporkan bahwa pada umumnya penyerapan oleh arang aktif tergolong penyerapan secara fisik. Hal ini disebabkan oleh pori yang banyak dan permukaannya luas. Faktor lain yang mempengaruhi daya serap arang, yaitu sifat polaritas dari permukaan arang. Sifat ini sangat bervariasi untuk setiap jenis arang aktif, karena hal ini sangat bergantung pada bahan baku, cara pembuatan arang dan bahan pengaktif yang digunakannya (Lee dan Radovic, 2003).
2.6.5 Jenis arang aktif
Menurut Setyaningsih (1995) ada dua jenis arang aktif yang dibedakan menurut fungsinya, yaitu :
1. Arang penyerap gas (gas adsorbent carbon)
Jenis arang ini digunakan untuk menyerap material dalam bentuk uap atau gas. Pori-pori yang terdapat pada arang jenis ini adalah mikropori yang menyebabkan molekul gas akan mampu melewatinya, tapi molekul dari cairan tidak bisa melewatinya. Karbon jenis ini dapat ditemui pada karbon tempurung kelapa.
2. Arang fasa cair (liquid-phase carbon)
Arang jenis ini digunakan untuk menyerap kotoran/zat yang tidak diinginkan dari cairan atau larutan. Jenis pori-pori dari karbon ini adalah makropori yang memungkinkan molekul besar untuk masuk. Arang jenis ini biasanya berasal dari batubara dan selulosa.
2.6.6 Kegunaaa arang aktif
penyerap gas beracun pada masker, penghilang bau pada sistem alat pendingin, penyerap emisi uap bahan bakar pada otomotif serta sebagai filter rokok (Austin, 1984). Penggunaan arang aktif terus berkembang hingga digunakan untuk penjerap gas beracun pada industri pengolahan cat dan perekat (Asano et al. 1999).
Umumnya arang aktif digunakan sebagai bahan penyerap dan pemurni, dalam jumlah kecil juga digunakan sebagai katalis. Arang aktif dapat memurnikan produk yang dihasilkan industri dan juga berguna untuk mendapatkan kembali zat-zat berharga dari campurannya serta sebagai obat (Sudrajat dan Soleh, 1994). Di dalam bidang kesehatan, arang aktif digunakan dalam penanganan keracunan eksternal dan terapi diare sekretonik (Muthschler, 1986). Pada keracunan secara oral, untuk menghindari penyerapan sejumlah racun yang masih ada dalam saluran cerna dapat dilakukan dengan pemberian adsorben. Adsorben yang paling berkasiat dan kurang berbahaya sehingga paling banyak digunakan adalah arang aktif. Toksin Kolera, Salmonella dan Shigella
serta galur Coli patogen menyebabkan meningkatnya sekresi elektrolit dan air kedalam lumen usus (diare sekretonik). Terapi diare sekretonik dapat dilakukan dengan penggunaan adsorben (misalnya arang aktif), zat pengembang (misalnya pektin) atau astrigen (preparat yang mengandung tanin) (Muthschler, 1986).
Kemampuan arang aktif sebagai bahan penyerap tidak sama antara satu dengan yang lainnya, karena suatu penyerapan belum tentu baik untuk proses penyerapan lainnya. Perbedaan ukuran partikel pori dan tingkat aktivasi dapat mempengaruhi optimalisasi penggunaan arang aktif (Bikerman, 1958 dalam Pari, 2004). Kegunaan arang aktif sebagai adsorben sangat luas. Arang aktif dapat digunakan untuk menyerap senyawa organik non polar seperti mineral minyak, fenol poliaromatik hidrokarbon, menyerap substansi halogenasi, bau, rasa, produk-produk fermentasi dan substansi non polar yang tidak larut dalam air (Lenntech, 2004).
kadar karbon menaikkan persen adsorpsi ion logam. Dalam proses penjernihan air, arang aktif selain mengadsorpsi logam-logam seperti besi, tembaga. nikel, juga dapat menghilangkan bau, warna dan rasa yang terdapat dalam larutan atau buangan air.
Produk arang aktif lebih 70% digunakan di sektor industri, seperti industri gula, sirop, minyak, air minum, kimia dan farmasi. Harris (1999) menyatakan arang aktif sangat penting dalam penjernihan air dan udara. Arang aktif dapat mendeaktivasi kontaminan pestisida yang terdapat di dalam tanah dengan dosis antara 100-400 kg/ha (Miller & McCarty, 2002). Manfaat lain pada penambahan arang aktif ke dalam tanah adalah dapat meningkatkan total organik karbon dan mengurangi biomassa mikroba, respirasi, dan agregasi serta pengaruh pembekuan cahaya pada tanah, karena arang aktif dapat menyerap dan menyimpan panas (Weil et al. 2003). Di beberapa negara arang aktif dilaporkan telah digunakan sebagai penyerap residu pestisida pada proses penjernihan air untuk mendapatkan air minum yang bebas pestisida (Gerard dan Barthelemy, 2003 dalam Gani, 2007). Gusmailina et al. (2000) melaporkan bahwa penambahan arang dan arang aktif bambu pada media tumbuh dapat meningkatkan pertumbuhan tinggi anakan
III. METODE PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat
Kegiatan penelitian dilaksanakan pada bulan Nopember 2008 sampai Mei 2009 di :
1. Laboratorium dan green house Balai Penelitian Kehutanan Makassar.
2. Laboratorium Pengolahan Kimia dan Energi Biomassa Hasil Hutan, Pusat Penelitian dan Pengembangan Hasil Hutan Bogor.
3. Laboratorium Kimia Instrumen FPMIPA Universitas Pendidikan Indonesia Bandung
4. Laboratorium Servis SEAMEO Biotrop, Bogor
5. Laboratorium Departemen Ilmu Tanah dan Sumberdaya Lahan Fakultas
Pertanian IPB Bogor.
3.2 Bahan dan Alat
Bahan baku yang digunakan dalam penelitian ini adalah tempurung kemiri untuk pembuatan arang dan arang aktif serta benih tanaman melina yang masing-masing diambil dari Kabupaten Maros dan Gowa Propinsi Sulawesi Selatan. Bahan kimia yang digunakan adalah ethanol (C2H5OH), benzene (C6H6), toluene (C6H5CH3), diklorometan (CH2Cl2), asam sulfat (H2SO4), asam clorida (HCl), iodium (I2), natrium thiosulfat (Na2S2O3) dan kanji, polybag, tanah, pasir dan pupuk kandang (kotoran ayam).
Alat-alat yang digunakan antara lain tungku drum kapasitas 90 kg, retort listrik kapasitas + 300 g dan steamer, willey mill, ayakan (40, 60 dan 100 mesh), cawan porselin, timbangan, oven, tanur, desikator, water bath, peralatan gelas, meteran, kaliper, Scanning Electron Microscope (SEM), X-Ray Difractometer
(XRD), Fourier Transform Infra Red (FTIR), Pyrolisis Gas Chromatograph Mass Spectrometer (GCMS) dan Atomic Absorption Spectrometer (AAS).
3.3 Prosedur
3.3.1. Analisis Komponen Kimia Tempurung Kemiri
dan tertahan 60 mesh digunakan untuk analisa komponen kimia, sedangkan yang lolos ayakan 100 mesh digunakan untuk analisa struktur. Komponen kimia bahan baku tempurung kemiri yang akan dianalisa terdiri dari lignin dan holoselulosa, pentosan dan ekstraktif. Penetapan lignin dilakukan mengikuti standar TAPPI T13 wd-74 (TAPPI, 1993), penetapan pentosan dilakukan dengan metoda gravimetri menggunakan phloroglusinol (Wise, 1944), penetapan holoselulosa dengan NaClO2 (Young, 1972). Sedangkan penetapan ekstraktif merujuk standar TAPPI (1993) yang meliputi kelarutan dalam air (TAPPI T 207 om-93), kelarutan dalam NaOH 1% (TAPPI T 212 om-93), dan kelarutan dalam ethanol – benzene 1 : 2 (TAPPI 204 om-88).
3.3.2 Pengolahan Tempurung Kemiri Menjadi Arang 3.3.2.1 Proses pembuatan arang
Proses pembuatan arang dilakukan dengan menggunakan tungku drum kapasitas 90 kg. Tungku drum diisi dengan 75 kg tempurung kemiri untuk setiap pembakaran. Tempurung kemiri tersebut diletakkan diatas potongan kayu kecil yang telah dimasukkan dan diletakkan lebih dulu pada dasar tungku drum. Pembakaran dilakukan pada suhu yang meningkat secara bertahap sampai mencapai + 500 °C dalam waktu sekitar 8 jam. Selama pembakaran tempurung kemiri di dalam tungku drum perubahan suhu diamati dan diukur menggunakan
thermostat yang dilengkapi dengan besi penghubung ke dalam tungku. Setelah semua tempurung kemiri 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. Proses pendinginan arang dalam tungku dilakukan selama 20 jam. Arang yang dihasilkan ditimbang bobotnya.
3.3.2.2 Analisis sifat-sifat arang
1. Rendemen arang
Rendemen arang ditetapkan dengan menghitung perbandingan bobot arang terhadap bobot bahan baku.
Rendemen arang (%) =
Contoh ditimbang sebanyak 2 gram dan dimasukkan ke dalam cawan porselin, lalu dikeringkan dalam oven pada suhu 105 °C selama 24 jam. Setelah didinginkan dalam desikator ditimbang sampai bobotnya tetap.
Kadar air contoh (%) =
Contoh kering oven ditimbang sebanyak 1 gram dan dimasukkan ke dalam cawan porselin yang telah diketahui bobotnya, !alu dimasukkan ke dalam tanur listrik pada suhu 950 °C selama 10 menit. Setelah didinginkan dalam desikator ditimbang sampai bobotnya tetap.
Kadar zat terbang contoh (%) =
awal
Contoh kering oven ditimbang sebanyak 1 gram dan dimasukkan ke dalam cawan porselin yang telah diketahui bobotnya, lalu dimasukkan ke dalam tanur listrik pada suhu 700 °C selama 5 jam. Setelah didinginkan dalam desikator ditimbang sampai bobotnya tetap.
Kadar abu contoh (%) =
5. Kadar karbon terikat
Kadar karbon terikat dalam contoh dihitung dengan jalan pengurangan dari kadar abu dan zat terbangnya.
6. Daya serap contoh terhadap larutan iodium
Contoh kering oven ditimbang sebanyak 0,2 gram dan dimasukkan ke dalam Erlenmeyer bertutup dan ditambahkan 25 ml larutan iodium 0,1 N serta dikocok selama 15 menit. Larutan disaring dan dipipet 10 ml, dan dititer dengan larutan Na2S2O3 0,1 N sampai berwarna kuning, lalu ditambahkan larutan kanji 1% sebagai indikator sehingga larutan berwarna biru. Selanjutnya larutan dititer kembali sampai wama biru hilang.
Daya serap iodium (mg/g) =
(g)
7. Daya serap contoh terhadap uap benzena
Contoh kering oven ditimbang 1 gram dan dimasukkan ke dalam petri dish, lalu ditimbang lagi dengan teliti. Kemudian di letakkan di dalam desikator yang berisi uap benzena. Diamati pada jam ke-24 dengan cara mengangkat petri dish, lalu dibiarkan ± 15 menit, dan selanjutnya ditimbang.
Daya serap uap benzena (%) =
Struktur arang dikarakterisasi seperti yang dilakukan terhadap bahan baku tempurung kemiri.
3.3.3 Pembuatan Arang Aktif
3.3.3.1 Proses pembuatan arang aktif
Untuk menghasilkan arang aktif maka arang hasil karbonisasi tempurung kemiri dalam tungku drum diaktivasi dalam retort listrik.
1. Aktivasi dengan panas
Arang ditimbang sebanyak 300 g, la!u dimasukkan ke dalam retort dan dipanaskan sesuai perlakuan Tabel 1.
2. Aktivasi dengan uap H2O
Tabel 1 Kombinasi perlakuan pembuatan arang aktif
Kode Perlakuan Perlakuan
Aktivator Waktu (menit) Suhu (oC)
A1W1S1 Panas 90 550
A1W1S2 Panas 90 650
A1W1S3 Panas 90 750
A1W2S1 Panas 120 550
A1W2S2 Panas 120 650
A1W2S3 Panas 120 750
A2W1S1 Uap H2O 90 550
A2W1S2 Uap H2O 90 650
A2W1S3 Uap H2O 90 750
A2W2S1 Uap H2O 120 550
A2W2S2 Uap H2O 120 650
A2W2S3 Uap H2O 120 750
Keterangan : A1 = aktivasi dengan panas S1 = suhu aktivasi 550 °C A2 = aktivasi dengan uap H2O S2 = suhu aktivasi 650 °C Wl = waktu aktivasi 90 menit S3 = suhu aktivasi 750 °C W2 = waktu aktivasi 120 menit
3.3.3.2 Analisis sifat-sifat arang aktif (BSN, 1995)
Arang aktif yang dihasilkan pada setiap perlakuan di atas digiling menggunakan willey mill dan serbuknya diayak dengan ayakan berukuran 100 mesh. Selanjutnya sifat-sifatnya dianalisis berdasarkan SNI 06-3730-1995 (BSN, 1995) yang meliputi rendemen, kadar air, abu, zat terbang, karbon terikat, dan daya serap terhadap iodium dan benzena.
1. Rendemen arang aktif
Rendemen arang aktif yang dihasilkan pada semua perlakuan aktivasi ditetapkan dengan menghitung perbandingan bobot arang hasil aktivasi terhadap bobot arang sebelum aktivasi.
Rendemen arang aktif (%) =
aktivasi sebelum
arang bobot
aktivasi hasil
arang bobot
2. Kadar air arang aktif
Serbuk arang aktif ditimbang sebanyak 2 gram dan dimasukkan ke dalam cawan porselin, lalu dikeringkan dalam oven pada suhu 105 °C selama 24 jam. Setelah didinginkan dalam desikator ditimbang sampai bobotnya tetap.
Kadar air (%) =
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 950 °C selama 10 menit. Setelah didinginkan dalam desikator ditimbang sampai bobotnya tetap.
Kadar zat terbang (%) =
4. Kadar abu 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 700 °C selama 5 jam. Setelah didinginkan dalam desikator ditimbang sampai bobotnya tetap.
Kadar abu (%) =
5. Kadar karbon arang aktif
Kadar karbon yang dikandung arang aktif dihitung dengan jalan pengurangan dari kadar abu dan zat terbangnya.
Kadar karbon (%) = 100% - (% kadar abu+ % kadar zat terbang) 6. Daya serap arang aktif terhadap larutan iodium
Daya serap iodium (mg/g) =
7. Daya serap arang aktif terhadap uap benzena
Serbuk arang aktif kering oven ditimbang 1 gram dan dimasukkan ke dalam petri dish, lalu ditimbang lagi dengan teliti. Kemudian diletakkan di dalam desikator yang berisi uap benzena. Diamati pada jam ke-24 dengan cara mengangkat petri dish, lalu dibiarkan ± 15 menit, dan selanjutnya ditimbang.
Daya serap benzena (%) =
3.3.3.3 Karakterisasi struktur tempurung kemiri, arang dan arang aktif
Untuk mengetahui struktur arang aktif, arang dan bahan bakunya
dikarakterisasi dengan menggunakan peralatan sebagai berikut: 1. Gugus fungsi
Analisis dengan FTIR untuk mengetahui perubahan gugus fungsi contoh akibat kenaikan suhu pada proses pirolisis dan/atau aktivasi. Analisis ini dilakukan dengan cara mencampurkan serbuk contoh dengan KBr menjadi bentuk pelet. Selanjutnya diukur serapannya pada bilangan gelombang 600-4000 cm-1. 2. Porositas
Analisis dengan SEM untuk mengetahui topografi permukaan dan ukuran pori contoh. Pengukuran ini mengikuti metode Smisek & Cerny (1970) dalam Pari (2004) dan Kim et al. (2001) yang dilakukan dengan cara melapisi contoh dengan platina.
3. Kristalinitas
Derajat kristalinitas (X) =
amorf bagian kristalin
bagian
kristalin bagian
+ x 100
Jarak antar lapisan aromatik d(002) : = 2 d sin Ө dan d =
Tinggi lapisan aromatik (Lc) pada Ө 24-25 : Lc(002) =
Lebar lapisan aromatik (La) pada Ө 43 : La(100) =
Jumlah lapisan aromatik (N) : N = d Lc
= 0,15406 nm (panjang gelombang dari radiasi sinar Cu)
β = intensitas ½ tinggi dan lebar intensitas difraksi (radian) K = tetapan untuk lembaran graphene (0,89)
Ө = sudut difraksi X = derajat kristalinitas
4. Komponen penyusun
Kromatografi merupakan salah satu metode pemisahan komponen-komponen campuran di mana sampel berkesetimbangan diantara dua fasa, fasa gerak yang membawa sampel dan fasa diam yang menahan sampel secara selektif (Hendayana, 1994). Pemisahan dengan kromatografi didasarkan pada perbedaan kesetimbangan komponen-komponen campuran diantara fasa gerak (fasa mobil) dan fasa diam. Analisa komponen tempurung kemiri, arang dan arang aktif di dalam penelitian ini menggunakan kromatografi Pyr-GCMS dengan gas Helium (He) sebagai fasa gerak. Sampel berbentuk serbuk sebanyak 10 mg dimasukkan kedalam kuvet (sel) dan dipanaskan dengan menggunakan suhu terprogram yang secara bertahap meningkat dari 100 – 250 0C dengan waktu analisa dilakukan selama 60 menit.
3.3.4. Aplikasi Arang Aktif pada Tanaman Melina 3.3.4.1 Persiapan media dan pemeliharaan tanaman
1. Persiapan media perkecambahan
Untuk media perkecambahan digunakan tanah dan pasir sungai dengan perbandingan 1 : 2. Media kemudian dimasukkan ke dalam bak perkecambahan.
K
β coc Ө
2 Sin Ө K
2. Perkecambahan benih tanaman melina
Benih yang akan digunakan sebagai bibit berasal dari tanaman melina yang tumbuh pada kawasan hutan dengan tujuan khusus (KHDTK) Borisallo kabupaten Gowa, propinsi Sulawesi Selatan yang telah berumur 16 tahun. Benih direndam dalam air dingin selama 5 menit, benih yang terapung dibuang, dan yang tenggelam disemai di atas bak kecambah yang telah terisi media dan ditutup kembali dengan media. Waktu perkecambahan dilakukan selama 17 hari, dan penyiraman dilakukan dengan melihat kondisi media kecambah.
3. Persiapan media tanam
Tanah yang digunakan sebagai media diambil dari kebun bekas tanaman singkong. Tanah kemudian dicampur dengan arang aktif dan pupuk kandang (kotoran ayam) sesuai perlakuan dan dimasukkan ke dalam polybag ukuran 10 x 15 cm. Setiap polybag berisi 1.000 gram media.
4. Penanaman dan pemeliharaan
Penyapihan bibit dari bak kecambah dilakukan setelah benih dikecambahkan selam 17 hari. Waktu penyapihan bibit dilakukan pada sore hari untuk menghindari terkena sinar matahari, sehingga tidak terjadi dehidrasi yang bisa menyebabkan kematian pada bibit. Bibit yang disapih langsung ditanam pada polybag yang telah berisi media. Pemeliharaan dilakukan dengan menyiram tanaman setiap hari yang dilaksanakan pada sore hari.
3.3.4.2 Pengumpulan data pertumbuhan
Untuk mengetahui pengaruh arang dan arang aktif terhadap pertumbuhan bibit tanaman melina dilakukan pengukuran terhadap variabel-variabel tinggi, diameter batang dan bobot biomassa bibit. Tinggi dan diameter batang bibit diamati selama 70 hari dan pengukuran dilakukan setiap interval 10 hari.
1. Tinggi semai (cm)
Tinggi semai diukur menggunakan mistar dari bagian pangkal batang sampai titik tumbuh tertinggi dari semai.
2. Diameter semai (mm)
3. Berat kering total tanaman (g)
Bagian tajuk dan akar tanaman dipisahkan dan dikeringkan dalam oven selama 48 jam pada temperatur 70 0C (Salisbury dan Ross, 1995). Setelah kering bagian tajuk dan akar masing-masing ditimbang beratnya (bobot bimassa).
4. Kualitas bibit
Indeks mutu bibit (Q) = BK Tajuk (g) + BK Akar (g) Tinggi (cm) + BK Tajuk (g)
Diameter (mm) BK Akar (g) Keterangan :
BK = berat kering
Kriteria yang digunakan adalah anakan dengan nilai Q kurang dari 0,09 kurang baik untuk bisa bertahan hidup pada kondisi lapang. Untuk yang lebih dari 0,09 anakan bisa bertahan hidup dengan baik di lapangan (Bickelhaupt, 1980). 5. Analisis serapan hara tanaman
Umumnya daun mengandung lebih banyak nitrogen, fosfor dan kalium dibandingkan dengan keseluruhan sistem tajuk (Salisbury & Ross, 1995). Analisa serapan hara tanaman melina dalam penelitian ini dilakukan dengan menggunakan bahan kering daun. Analisa serapan hara tanaman melina dilakukan pada beberapan makrohara dan mikrohara esensial yaitu unsur N, P dan beberapa mineral alkali lainnya. Analisa N dilakukan dengan metode Kjeldahl dan analisa P dilakukan dengan metode pengabuan kering (Harjono dan Warsito, 1992). Sedangkan beberapa mineral alkali ditetapkan dengan menggunakan alat AAS (Atomic Absorption Spectrophotometer).
3.3.4.3 Analisa kesuburan tanah media tanaman melina.
3.3.5. Bagan Alir Penelitian
Kegiatan penelitian konversi arang tempurung kemiri menjadi arang aktif dan aplikasinya pada tanaman melina dapat digambarkan secara sistematis pada bagan alir penelitian seperti tertera pada Gambar 1.
Gambar 1. Bagan alir penelitian
ARANG Gugus fungsi, kristalinitas, Porositas, komponen
Total mikrobia dan fungi media karbon terikat, daya serap iodium dan benzena.
Karakterisasi struktur: Gugus fungsi, kristalinitas, Porositas, komponen penyusun
