ADSORBEN LOGAM BERAT KROMIUM
Oleh: Halimah NIM 4102210006 Program Studi Kimia
SKRIPSI
Diajukan Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Sain
JURUSAN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI MEDAN
KATA PENGANTAR
Segala puji dan Syukur penulis sampaikan kepada Allah SWT karena atas
izin-Nya penulis mampu menyelesaikan skripsi ini dengan judul “Daya Adsorpsi
Arang Aktif Kulit Buah cokelat (Theobroma cacao L) Sebagai Adsorben Logam
Berat Kromium”.
Dalam kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada
berbagai pihak yang telah membantu menyelesaikan skripsi ini, mulai dari
pengajuan proposal penelitian, pelaksanaan sampai penyusunan skripsi ini kepada:
Ibu Dra. Anna Juniar, M.Si selaku Dosen Pembimbing yang telah banyak
memberikan bimbingan dan saran-saran kepada penulis dalam menyelesaikan
skripsi ini. Terima kasih juga penulis ucapkan kepada Bapak Agus Kembaren,
S.Si, M.Si, Bapak Prof. Dr. Ramlan Silaban, M.Si, dan Bapak Drs. Jamalum
Purba, M.Si, dosen penguji yang telah banyak memberikan bimbingan kritik dan
saran yang membangun mulai dari perencanaan penelitian sampai dengan
selesainya penulisan skripsi ini. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada
Bapak Agus Kembaren S.Si., M.Si sebagai Dosen Pembimbing Akademik yang
telah bersedia membimbing penulis selama perkuliahan. Terima kasih juga
penulis sampaikan kepada Bapak Prof. Drs. Motlan, M.Sc.,Ph.D selaku Dekan
FMIPA UNIMED, Bapak Prof. Dr. Herbert Sipahutar, M.S.,M.Sc. Wakil Dekan
Bidang Akademik, Bapak Agus Kembaren S.Si., M.Si selaku Ketua Jurusan, dan
Bapak Dr. Marham Sitorus, M.Si selaku ketua Prodi Kimia atas kesempatan dan
fasilitas yang diberikan kepada penulis untuk mengikuti dan menyelesaikan studi
Sarjana Sain pada program studi Kimia.
Penulis mengucapkan terimakasih kepada Ayah dan Ibu atas kasih sayang,
doa, dan dukungan selama mengikuti perkuliahan dan penulisan skripsi ini.
Semoga skripsi ini bermanfaat bagi kemajuan lmu pengetahuan di masa depan.
Medan, Maret 2015
Halimah
iii
DAYA ADSORPSI ARANG AKTIF KULIT BUAH COKELAT (Theobroma cacao L) SEBAGAI ADSORBEN LOGAM BERAT KROMIUM
Halimah (4102210006) ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui daya adsorpsi arang aktif yang berasal dari kulit buah cokelat yang digunakan sebagai adsorben ion logam Cr6+. Suhu aktivasi arang bervariasi dari 3000C, 4000C dan 5000C. Hasil penelitian memperlihatkan kemampuan arang aktif kulit cokelat untuk mengadsorpsi ion logam Cr6+ adalah 1.4340 mg/g. Suhu aktivasi maksimum yang diperlukan untuk adsorpsi ion Cr6+ dengan menggunakan kulit cokelat adalah 5000C. Semakin tinggi suhu aktivasi semakin banyak ion logam Cr6+ yang teradsorpsi karena semakin besar luas permukaan menyebabkan banyak zat yang teradsorpsi. Dari persamaan linier y = 15,63x - 1464, R² = 0,910 dapat ditentukan nilai kapasitas adsorpsi (Q0) = 0.0640 mg/g dan intensitas adsorpsi (b) = -0.0107 L/mg. Dari kurva linier dapat diketahui model isotherm Langmuir mencirikan mekanisme adsorpsi yang terjadi pada adsorpsi arang aktif kulit buah cokelat terhadap ion logam Cr6+.
DAFTAR ISI
Halaman
Lembar Pengesahan i
Riwayat Hidup ii
Abstrak iii
Kata Pengantar iv
Daftar Isi v
Daftar Gambar viii
Daftar Tabel ix
Daftar Lampiran x
BAB I : PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang 1
1.2. Batasan Masalah 3
1.3. Rumusan Masalah 3
1.4. Tujuan Penelitian 4
1.5. Manfaat Penelitian 4
BAB II : TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Kulit Buah Cokelat 5
2.2. Logam Kromium 6
2.3. Arang Aktif 8
2.4. Mekanisme Adsorpsi 9
2.4.1. Metode Sorpsi 12
2.4.2. Biosorpsi 12
2.5. Isoterm Adsorpsi 13
vi
2.6. Analisis Kualitatif untuk Identifikasi Cr6+ dalam Sampel 15
2.7. Spektroskopi serapan Atom (SSA) 16
2.7.1. Hukum Lambert Beer 18
BAB III : METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Lokasi dan Waktu Penelitian 21
3.2. Sampel 21
3.3. Bahan dan Alat 21
3.3.1. Alat 21
3.3.2. Bahan 21
3.4. Prosedur Penelitian 22
3.4.1. Pembuatan Reagensia 22
3.4.2. Uji Identifikasi Ion Logam Cr6+ 22
3.4.3. Prosedur Pembuatan Arang Aktif Kulit Buah Cokelat 23
3.4.4. Tahap Pengujian Arang Aktif 23
3.5. Bagan Alir Penelitian 25
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 29
4.1. Hasil Penelitian 29
4.1.1. Preparasi Kulit Buah Cokelat 29
4.1.2. Identifikasi kation Cr6+ dalam air limbah industri kimia 29
4.1.3. Karakteristik Arang Aktif Kulit Buah Cokelat 29
4.1.4. Penentuan Kapasitas Adsorpsi 31
4.2. Pembahasan 32
4.2.1. Preparasi Sampel Arang Kulit Buah Cokelat 32
4.2.2. Identifikasi kation Cr6+ dalam air limbah industri kimia 32
4.2,3. Karakteristik Arang Aktif Kulit Buah Cokelat 33
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 37
5.1.Kesimpulan 37
5.2. Saran 37
ix
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1. Komposisi Kimia Kulit BuahCokelat 6
Tabel 4.1. Identifikasi Kation Cr6+ Dalam limbah Industri 29
Tabel 4.2. Kadar Air Arang Aktif Kulit Buah Cokelat 30
Tabel 4.3. Kadar Abu Arang Aktif Kulit Buah Cokelat 31
Tabel 4.4. Kapasitas Adsorpsi Arang Aktif 31
Tabel 4.5. Identifikasi Kation Cr6+ Dalam Air Limbah Industri 32
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1. Kulit Buah Cokelat 5
Gambar 2.2. Struktur Kimia Karbon Aktif 9
Gambar 2.3. Mekanisme Reaksi Adsorbsi 13
Gambar 2.4. Kurva Isoterm Langmuir 15
Gambar 2.5. Perangkat SSA (Spektrofotometri Serapan Atom) 17
Gambar 2.6. Proses Atomisasi Menggunakan SSA 18
Gambar 2.7. Kurva Kalibrasi 19
Gambar 4.1. Hubungan Suhu Aktivasi dengan kadar Air dan Abu 34
Gambar 4.2. Hubungan Jumlah Ion Logam Vs Suhu Aktivasi 35
x
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1. Perhitungan Pembuatan Larutan 41
Lampiran 2. Perhitungan Karakteristik Arang Aktif 42
Lampiran 3. Perhitungan kapasitas adsorben 48
Lampiran 4. Hasil Penentuan Isotherm Langmuir Pada Adsorben 50
Lampiran 5. Perhitungan Persen Adsorpsi 51
Lampiran 6. Kurva Standar Ion Logam Kromium 52
1 PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Indonesia merupakan salah satu Negara penghasil cokelat terbesar ke
tiga di dunia. Lima Negara penghasil cokelat terbesar di dunia adalah Pantai
Gading, Ghana, Indonesia, Nigeria dan Brazil (Tumpal, dkk., 2010).
Perkembangan luas tanaman cokelat di Indonesia selama lima tahun antara
2007-2011 mengalami peningkatan sebesar 5,08% per tahun, dari 1.379.280 ha menjadi
1.667.254 ha pada tahun 2011 (Haryadi, 2012).
Peningkatan luas areal penanaman maupun peningkatan produksi cokelat
persatuan luas juga akan mengakibatkan jumlah limbah buah cokelat semakin
meningkat. Komponen limbah buah cokelat yang terbesar berasal dari kulit
buahnya, yaitu sebesar 75 % dari total buah (Gunawan, 2012). Selama ini
pemanfaatan kulit buah cokelat di perkebunan-perkebunan besar adalah sebagai
pupuk tanaman dengan cara ditimbun di sela-sela tanaman cokelat. Tetapi dengan
peningkatan limbah kulit buah cokelat yang belum dimanfaatkan dapat menambah
nilai ekonomi bagi petani dan masyarakat.
Kulit cokelat memiliki kandungan kimia yang tersusun dari selulosa,
hemiselulosa dan lignin yang tinggi. Kulit cokelat mengandung selulosa 36,23%,
hemiselulosa 1,14% dan lignin 20%-27,95% (Amirroenas, 1990), sehingga kulit
cokelat berpotensi sebagai arang aktif sebab mengandung karbon yang cukup
banyak. Arang aktif dari kulit buah cokelat ini dapat digunakan sebagai adsorben
untuk menangani masalah pencemaran air yang disebabkan oleh limbah logam
berat maupun limbah pencemar lainnya yang dibuang oleh industri kimia ke
lingkungan.
Pencemaran air oleh logam berat telah lama menjadi masalah serius
yang perlu ditangani, mengingat volume limbah yang terus meningkat, sifat toksik
logam berat, serta masuknya logam berat ke badan air dapat mempengaruhi
kualitas air (Bashyal, dkk., 2010). Logam berat yang terdapat dalam air juga
2 rantai makanan. Selanjutnya melalui rantai makanan, logam berat akan sampai ke
organisme lainnya termasuk manusia (Hartati, dkk., 2011). Menurut Kementrian
Negara Kependudukan dan Lingkungan Hidup sifat toksisitas logam berat dapat
dikelompokkan ke dalam 3 kelompok, yakni bersifat toksik tinggi yang terdiri dari
unsur Hg, Cd, Pb, Cu dan Zn; bersifat toksik sedang yang terdiri dari
unsur-unsur Cr, Ni dan Co; serta bersifat toksik rendah yang terdiri atas unsur-unsur Mn dan
Fe. Selanjutnya Menurut Darmono (2006), logam berat yang berbahaya terutama
yang mencemari lingkungan adalah merkuri (Hg), timbal (Pb), arsen (As),
kadmium (Cd), kromium (Cr), dan nikel (Ni).
Logam kromium merupakan logam berbahaya dan beracun yang dapat
membahayakan lingkungan. Kromium mempunyai daya racun yang tinggi dan
dapat mengakibatkan terjadinya keracunan akut serta keracunan kronis. Efek
samping dari bentuk kromium bervalensi enam pada kulit adalah termasuk
dermatitis, dan reaksi alergi kulit. Selain itu menyebabkan timbulnya gejala
pernafasan termasuk batuk, sesak napas, dan hidung gatal. Logam-logam tersebut
dapat terakumulasi dalam rantai makanan, maka perhatian yang serius telah
dilakukan untuk menemukan metode yang efektif dan efisien untuk
menghilangkannya atau mengurangi kadarnya yang terdapat dalam air limbah
industri kimia (Darmono, 1995).
Beberapa metode telah dirancang untuk menganalisis ion logam berat
dengan prosedur yang umum digunakan untuk mengurangi ion-ion logam yang
masuk ke aliran air adalah presipitasi secara kimia, penggunaan kapur, koagulasi,
pertukaran ion, adsorbsi dan ekstraksi pelarut (Mukesh, 2013). Salah satu metode
yang akan digunakan adalah adsorpsi dengan menggunakan arang aktif. Metode
ini merupakan metode yang mudah untuk menangani masalah pencemaran logam
kromium yang efisien karena mudah diterapkan dan biayanya relatif murah dan
dapat dibuat dari bahan-bahan limbah pertanian yang banyak mengandung
selulosa, dan salah satu diantaranya adalah limbah kulit buah cokelat.
Berdasarkan uraian diatas maka perlu dilakukan penanganan masalah
limbah logam berat kromium yang telah mencemari lingkungan dengan
3 digunakan sebagai bahan adsorben yang diaktivasi pada pemanasan 300 C untuk
mengadsorpsi logam Pb2+. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kulit buah
cokelat berpotensi sebagai adsorben untuk mengadsorpsi logam Pb2+, sehingga
pada penelitian ini telah dilakukan penelitian lebih lanjut mengenai arang aktif
kulit cokelat dengan aktivasi fisika yaitu variasi suhu aktivasi pada suhu 3000C,
4000C dan 5000C untuk mengadsorpsi ion logam Cr6+ yang terdapat pada limbah
industri kimia.
1.2. Batasan Masalah
Berdasarkan latar belakang masalah di atas maka penelitian ini dibatasi
pada:
1. Pemanfaatan kulit buah cokelat sebagai arang aktif untuk mengadsorpsi
limbah ion logam Cr6+.
2. Penentuan suhu maksimum dari aktivasi arang aktif yang berasal dari
kulit buah cokelat yang divariasi dari 3000C, 4000C dan 5000C.
3. Mempelajari isotherm adsorpsi Langmuir arang aktif kulit buah cokelat
terhadap ion logam Cr6+.
1.3. Rumusan Masalah
Adapun rumusan masalah pada penelitian ini adalah :
1. Berapa besar daya adsorpsi arang aktif kulit cokelat untuk mengadsorpsi
ion logam Cr6+?
2. Bagaimana pengaruh suhu aktivasi kulit cokelat pada 3000C, 4000C dan
5000C terhadap adsorpsi ion logam Cr6+?
3. Bagaimana isotherm adsorpsi Langmuir arang aktif kulit buah cokelat
4 1.4. Tujuan Penelitian
Adapun tujuan penelitian ini adalah :
1. Mengetahui daya adsorpsi arang aktif kulit cokelat untuk mengadsorpsi
ion logam Cr6+.
2. Mengetahui pengaruh suhu aktivasi kulit cokelat pada 3000C, 4000C dan
5000C terhadap adsorpsi ion logam Cr6+.
3. Mengatahui isotherm adsorpsi Langmuir arang aktif kulit buah cokelat
terhadap ion logam Cr6+.
1.5. Manfaat Penelitian
Adapun manfaat penelitian ini adalah :
1. Sebagai sumber informasi tentang pemanfaatan limbah kulit cokelat
sebagai bahan baku adsorben logam berat kromium.
2. Sebagai sumber informasi tentang perbandingan suhu aktivasi terhadap
kualitas adsorben.
3. Sebagai bahan masukan bagi peneliti selanjutnya terutama mahasiswa
37 BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
Berdasarkan hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa kulit cokelat dapat
digunakan sebagai adsorben ion Cr6+ dengan hasil sebagai berikut:
1. Kemampuan arang aktif kulit cokelat untuk mengadsorpsi ion logam Cr6+
adalah 1.4340 mg/g.
2. Pengaruh suhu aktivasi kulit cokelat terhadap adsorpsi ion logam Cr6+ adalah
semakin tinggi suhu aktivasi semakin semakin banyak ion logam Cr6+ yang
teradsorpsi karena semakin besar luas permukaan, maka semakin banyak zat
yang teradsorpsi.
3. Dari persamaan linier y = 15,63x - 1464, R² = 0,910 dapat ditentukan nilai
kapasitas adsorpsi (Q0) = 0.0640 mg/g dan intensitas adsorpsi (b) = -0.0107
L/mg. Dari kurva linier dapat diketaui model isotherm Langmuir mencirikan
mekanisme adsorpsi yang terjadi pada adsorpsi arang aktif kulit buah cokelat
terhadap ion logam Cr6+ yang menunjukkan semakin tinggi konsentrasi ion
logam kromium setelah adsorpsi maka semakin besar jumlah ion logam yang
teradsorpsi.
5.2. Saran
Berdasarkan hasil penelitian, maka dapat disarankan untuk dilakukan
penelitian lebih lanjut mengenai:
1. Pengaruh pH terhadap kinetika adsorpsi.
2. Penentuan pH optimum kapasitas adsorpsi dari adsorben arang kulit cokelat
terhadap logam Kromium (VI).
3. Penentuan waktu interaksi optimum adsorben arang kulit cokelat terhadap
38 DAFTAR PUSTAKA
Amirroenas D. E., (1990), Mutu Ransum Berbentuk Pellet Dengan Bahan Serat
Biomasa Pod Kakao (Theobroma cacao L.) Untuk Pertumbuhan Sapi
Perah Jantan, Thesis, Sekolah Pasca Sarjana, Institute Pertanian Bogor, Bogor
Atkins, P.W., (1999), Kimia Fisika 2, Erlangga, Jakarta.
Bansal, R.C., dan Gosal, M., (2005), Activated Carbon Adsorption, Taylor & Francis, New York.
Bashyal, Homagai, & Ghimire, (2010), Removal of Lead from Aqueous Medium Using Xanthate Modified Apple Juice Residue. Journal of Nepal Chemical Society Vol 26 No 2, Hal : 53 - 60
Benjamin, Edem, (2013), Production Of Activated Carbon From Palm Kernel Shell For Gold Adsorption Using Leachates From Cocoa Husk Ash (Crude Potash) As Activating Agent, Thesis Kwame Nkrumah University of Science and Technology, Ghana.
Bhatti, I., Qureshi, K., Kai, R.A., dan Ansari, A.K., (2007), Preparation and Characterisation of Chemically Activated Almond Shells by Optimization of Adsorption Parameters for Removal of Chromium VI from Aqueous Solutions, Word Academy of Science Engineering and Technology
BPTP, (2010), Fermentasi Kulit Buah Kakao untuk Pakan Ternak, Balai Pengkajian Teknologi Pertanian, Sumatra Barat.
Cossich, E.S., Teveres C.R.G and Ravagnani. (2003), Chromium Adsorption in Olive Stone Activated Carbon Colombo: Journal Departemento de Engenharia Qumica Vol 12, No 2 : 155 - 162
Darmono, (1995), Logam Dalam Sistem Biologi Makhluk Hidup, Universitas Indonesia, Jakarta.
Darmono, (2006), Lingkungan Hidup Dan Pencemaran; Hubungannya Dengan Toksikologi Senyawa logam, Universitas Indonesia, Jakarta.
Day, R.A. 1989. Analisis Kimia Kuantitatif. Jakarta: Erlangga
Duman, G., Onal, Y., Okutucu, C., Onenc, S., dan Yanik, J., (2009), Production of Activated Carbon from Pine Cone and Evaluation of Its Physical, Chemical, and Adsorption Properties, Energy & Fuels
39 Gaol, L.D.L., (2001), Studi Awal Pemanfaatan Beberapa Jenis Karbon Aktif
Sebagai Adsorben, Seminar FTUI, Depok.
Gunawan Adi Saputro, (2012), Pemanfaatan Arang Aktif Kulit Cacao (Theobroma Cacao ) Sebagai Adsorben Ion Pb (II) dan Cu (II), Skripsi, Universitas Negeri Papua, Manokwari.
Hanjono, L., (1995), Teknologi Kimia, PT Pradnya Paramita, Jakarta.
Hartati, Riwayati dan Kurniasari, (2011), Potensi Xanthate Pulpa Kopi Sebagai Adsorben Pada Pemisahan Ion Timbal Dari Limbah Industri Batik, Jurnal Teknik Kimia Universitas Wahid Hasyim, Semarang
Haryadi dan supriyanto, (2012), Teknologi Cokelat, UGM Press Anggota IKAPI, Yogyakarta
Khopkar, S.M., (2008), Konsep Dasar Kimia Analitik, UI Press, Jakarta.
Marganof, (2003), Potensi Limbah Udang Sebagai Penyerap Logam Berat Timbal Kadmium dan Tenaga di Perairan, Makalah Pribadi Pengantar ke Falsafah Sains Program S3 IPB
Mohan, D., Sigh, K.P., dan Sigh, V.K., (2005), Removal of Hexavalent Chromium from Aqueous Solution Using Low-Cost Activated Carbons Derived from Agricultural Waste Materials and Activated Carbon Fabric Cloth, ind. Eng. Chem. Res.
Mukesh Parmar dan Lokendra Singh Thakur, 2013.Heavy Metal Cu, Ni And Zn: Toxicity, Health Hazards And Their Removal Techniques By Low Cost Adsorbents. Ujjain Engineering College International journal of plant, animal and environmental science vol 3, No 3 Hal : 143-157
Palar, H. 2004. Pencemaran dan Toksikologi Logam Berat. PT. Rineka Cipta, Jakarta.
Poedjiwidodo, Y., (1996), Sambung Samping Kakao, Trubus Agriwidya, Ungaran.
Reza, E. 2002. Studi Literatur Perancangan Awal Alat Adsorpsi Regenerasi Karbon Aktif,Seminar FTUI, Depok
40 Siregar, Z., (2009),Pemanfaatan Hasil Samping Perkebunan dengan Penambahan
Mineral dan Hidrolisat Bulu Ayam, Universitas Sumatera Utara, Medan.
Supriyanto, C. Samin., (2007), Unjuk Kerja Metode Flame Atomic Absorption Spectrometry (F-AAS) Pasca Akreditasi. Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan – BATAN, Yogyakarta
Syahmani dan Sholahudin, A. 2007. Laporan Penelitian Dosen Muda : Reduksi Fe, Mn dan Padatan Terlarut dalam Air Hitam dengan Kitin dan Kitosan Isolat Limbah Kulit Udang melalui Sistem Kolom. Banjarmasin: FKIP UNLAM
Tumpal H.S. Siregar, Selamet Riyadi, Laeli Nuraeni, (2010), Budidaya Cokelat, Penerbit Swadaya, Jakarta
Widowati, W., Sastiono, A dan Yusuf, R., (2008), Efek Toksik Logam, Penerbit Andi, Yogyakarta
