PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Adsorptivitas Arang Aktif Kayu Meranti Merah (Shorea sp.) Terhadap Fenol adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. 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 skripsi ini.Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor.
Bogor, Januari 2013
ABSTRAK
AZIZ NURADITYA NANDANA IDRIS. Adsorptivitas Arang Aktif Kayu Meranti Merah (Shorea sp) Terhadap Fenol. Dibimbing oleh KOMAR SUTRIAH dan GUSTAN PARI.
Serbuk maupun serpihan kayu sisa hasil pengolahan kayu telah banyak dimanfaatkan sebagai adsorben. Penelitian ini memanfaatkan kayu meranti merah sebagai adsorben dalam menjerap limbah fenol. Proses aktivasi dilakukan dengan kombinasi metode fisis dan kimia. Kondisi terbaik diperoleh dengan NaOH 0.75% dan pengaliran uap air selama 50 menit. Kapasitas adsorpsinya 7.7−23.6 g/g dengan efisiensi adsorpsi 89−92%. Mekanisme adsorpsi mengikuti isoterm Freundlich dengan linearitas 99.24%. Kualitas arang aktif tersebut juga telah memenuhi persyaratan dalam Standar Nasional Indonesia 06-3730-1995 dan lebih baik dibandingkan dengan arang aktif komersial.
Kata kunci: arang aktif, fenol, kayu, limbah, meranti merah
.
ABSTRACT
AZIZ NURADITYA NANDANA IDRIS. Adsorptivity of Red Meranti (Shorea sp) for Phenol. Supervised by KOMAR SUTRIAH and GUSTAN PARI.
Powder or scrap from wood processing has been widely used as adsorbent.This research utilized red meranti wood as an adsorbent for phenol waste. Activation process was carried out with combination of physical and chemical methods. The best condition was obtained with 0.75% NaOH and steam flow for 50 minutes. The adsorption capacity was 7.7−23.6 g/g and the adsorption efficiency was 89−92%. The adsorption mechanism followed Freundlich isotherm with linearity of 99.24%. The quality of the activated carbon was fulfiled the requirement in Indonesia National Standard 06-3730-1995 and was better than comercial activated carbon.
ADSORPTIVITAS ARANG AKTIF KAYU MERANTI MERAH
(Shorea sp.) TERHADAP FENOL
AZIZ NURADITYA NANDANA IDRIS
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains
pada
Departemen Kimia
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Karya ilmiah yang disusun sejak April 2012 ini berjudul Adsorptivitas Arang Aktif Kayu Meranti Merah (Shorea sp) terhadap Fenol.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Dr Komar Sutriah, MS dan Bapak Prof (R) Dr Gustan Pari, MSi selaku pembimbing. Ungkapan terima kasih juga dihaturkan kepada Ayahanda Asri Joko Surono, SIP, Ibunda Nuriyah, SPd, serta Adik tersayang Fajri Asri P. Atas segala doa dan perhatiannya. Di samping itu, penghargaan penulis sampaikan kepada Prof (R) Dr Adi Santoso, MSi dan Ir Elly Suradikusumah, MS atas dukungannya, seluruh staf Laboratorium Pusat Penelitian dan Pengembangan Hasil Hutan Bogor beserta Laboratorium Terpadu IPB Bapak Mahfudin, Bapak Dadang, Bapak Dikdik, Baim, dan Bapak Maksudin atas bantuannya selama penelitian. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada teman-teman yang turut membantu selama penelitian.
Penulis berharap karya ilmiah ini dapat bermanfaat bagi perkembangan dunia ilmu pengetahuan.
Bogor, Januari 2013
DAFTAR ISI
DAFTAR GAMBAR viii
DAFTAR LAMPIRAN viii
PENDAHULUAN 1 METODE 2
Ruang Lingkup Penelitian 2
Alat dan Bahan 2
Pembuatan Arang 2
Pembuatan dan Uji Kualitas Arang Aktif 2
Penentuan Bobot Adsorben dan Waktu Optimum 3
Penentuan Luas Pemukaan Spesifik Metode Adsorpsi Iodin 3
Penentuan Luas Pemukaan Spesifik Metode Biru Metilena 3
Uji Daya Adsorpsi dan Isoterm Adsorpsi 4
HASIL DAN PEMBAHASAN 4
Rendemen 4
Kadar Air 5
Kadar Zat Terbang 5
Kadar Abu 6
Daya Jerap Iodin 6
Daya Jerap Benzena 7
Daya Jerap Biru Meilena 8
Bobot Adsorben dan Waktu Adsorpsi Optimum 8
Penentuan Luas Permukaan Spesifik 9
Isoterm Adsorpsi 10
SIMPULAN DAN SARAN 12
Simpulan 12 Saran 12
DAFTAR PUSTAKA 12
DAFTAR TABEL
1 Kapasitas dan efisiensi adsorpsi arang aktif komersil 11 2 Kapasitas dan efisiensi adsorpsi arang aktif meranti merah 11
DAFTAR GAMBAR
1 Rendemen arang aktif meranti merah 4
2 Kadar air arang aktif meranti merah 5
3 Kadar zat terbang arang aktif meranti merah 6
4 Kadar abu arang aktif meranti merah 6
5 Daya jerap iodin arang aktif meranti merah 7 6 Daya jerap benzena arang aktif meranti merah 7 7 Daya jerap biru metilena arang aktif meranti merah 8
8 Bobot optimum 9
9 Waktu optimum 9
10 Isoterm Freundlich (a) dan Langmuir (b) adsorpsi fenol oleh AAMN 10 11 Isotherm Freundlich (a) dan Langmuir (b) adsorpsi iodin oleh AAMN 11
DAFTAR LAMPIRAN
1 Data ekspor impor arang aktif 2007−2011 14
2 Baku mutu arang aktif SNI 06-3730-1995 14
3 Diagram alir penelitian 15
4 Rendemen arang kayu meranti merah 15
5 Hasil uji kualitas arang aktif meranti merah 17
6 Bobot dan waktu optimum 18
7 Luas permukaan spesifik 19
8 Isoterm Langmuir dan Freundlich adsorpsi fenol dengan AAMN terbaik dan arang
aktif komersil 20
PENDAHULUAN
Limbah yang mengandung fenol dihasilkan dari industri perminyakan, kertas, tekstil, elektroplating, serta industri pestisida (Villasenor 2002). Fenol merupakan limbah organik yang termasuk dalam kategori bahan berbahaya dan beracun (B3). Tercemarnya perairan dapat menimbulkan rasa dan bau tidak sedap, serta dapat membahayakan organisme di perairan tersebut. Berdasarkan Keputusan Menteri Lingkungan Hidup Nomor Kep.42/MENLH/10/1996, kandungan fenol total di dalam limbah cair bagi kegiatan eksplorasi dan produksi dibatasi hingga 2 mg/L untuk pembuangan (KNLH 1996). Salah satu cara mengolah limbah fenol adalah menggunakan proses adsorpsi dengan arang aktif. Permukaan arang aktif yang luas memiliki kemampuan adsorpsi yang besar, dan mudah diaplikasikan. Aplikasi arang aktif dalam menjerap senyawa organik di
industri menggunakan reaktor lompok dengan teknik In-situ dan lapik tetap
(Bandosz 2006)
Arang aktif banyak digunakan sebagai adsorben polutan berkadar rendah, misalnya dalam pemurnian air, industri makanan, minuman, kimia, dan farmasi (Redjeki et al. 2006). Ekspor-impor arang aktif di Indonesia dalam kurun waktu 5 tahun terakhir mengalami peningkatan (Lampiran 1). Permintaan dunia terhadap arang aktif juga cukup tinggi, diperkirakan meningkat 5.25% per tahun hingga menjadi 1.2 juta ton per tahun (Banat 2005). Arang aktif secara umum dapat dibuat melalui 3 tahap, yaitu tahap pra-perlakuan, karbonasi, dan aktivasi (Menendez 2004). Karbonasi dan aktivasi merupakan tahapan utama dalam pembuatan arang aktif. Tahap karbonasi bisa menggunakan tungku pengarang konvensional atau tungku listrik (retort) dan tahap aktivasi terdiri atas aktivasi secara fisis dan kimia.
Limbah serbuk dan potongan kayu dapat dimanfaatkan menjadi arang aktif, briket arang, komposit kayu plastik, pengganti polybag, atau sebagai media tanam jamur (Swastika 2004). Produksi total kayu gergajian Indonesia mencapai 2.6 juta m3 per tahun. Dengan asumsi bahwa jumlah limbah yang terbentuk mencapai 54.24% dari produksi total, limbah penggergajian kayu berjumlah 1.4 juta m3 per tahun (Pari 2004). Pemanfaatan limbah kayu sebagai arang aktif dapat meningkatkan nilai kegunaannya, yaitu sebagai adsorben. Arang aktif dapat dibuat dari berbagai macam kayu, di antaranya kayu sengon (Paraserianthes falcataria) (Pari 1996), kayu albizia (Albizia falcata) untuk adsorpsi logam kromium (Sukarta 2008), dan kayu meranti merah (Shorea sp) untuk adsorpsi logam kromium dan mangan (Achmad 2011). Pada penelitian ini kayu meranti merah digunakan untuk menjerap fenol. Kayu meranti merah biasa digunakan untuk berbagai jenis mebel, maka limbah yang dihasilkan cukup banyak.
ini arang aktif dibuat menggunakan metode kombinasi aktivasi secara kimia dengan NaOH 0.75% dan secara fisis dengan mengalirkan uap pada suhu 800 °C selama 0, 50, dan 100 menit. Penelitian ini mengadopsi metode Pari (1993) yang menyatakan bahwa penggunaan bahan kimia pada dosis rendah dapat meningkatkan rendemen dan daya jerap iodin. Penelitian yang dilakukan diharapkan mampu menghasilkan arang aktif dengan daya jerap besar dan sesuai dengan Standar Nasional Indonesia (SNI) Nomor 06-3730-1995 (Lampiran 2).
METODE
Ruang Lingkup Penelitian
Penelitian ini terbagi dalam 4 tahap, yaitu (1) pengarangan kayu meranti merah dengan tungku pengarang; (2) aktivasi dengan metode kombinasi: secara kimia dengan NaOH 0.75% dan secara fisis dengan mengalirkan uap pada suhu 800 °C selama 0, 50, dan 100 menit; kemudian (3) uji kualitas arang aktif berdasarkan SNI Nomor 06-3730-1995; dan (4) Penentuan isoterm adsorpsi dengan metode lompok (Lampiran 3).
Alat dan Bahan
Alat-alat yang digunakan ialah tungku listrik, tanur pembakar, oven, desikator, shaker, saringan halus (100 mesh), cawan porselen, dan spektrofotometer ultraviolet-tampak (UV-Vis) jenis Spectroquant Nova 60 Merck. Bahan-bahan yang digunakan ialah kayu meranti merah dari perusahaan kayu di wilayah Kecamatan Tanah Sareal, Kota Bogor, NaOH p.a, arang aktif komersial (Brataco), fenol (Merck®), dan akuades.
Pembuatan Arang
Kayu meranti merah ditimbang sebanyak ±2.5 kg, kemudian dimasukkan ke dalam tabung sampel dengan disusun di dalamnya dan ditutup rapat. Tabung dimasukkan ke dalam tungku pengarangan listrik (retort), lalu dipanaskan pada suhu 400 °C selama ±5 jam. Setelah itu, tungku pengarangan dimatikan dan dibiarkan sampai dingin (±20 jam). Arang dikeluarkan dari tungku, ditimbang bobotnya, dan rendemen proses pengarangan dihitung.
Pembuatan dan Uji Kualitas Arang Aktif
3
Pengaliran uap panas diragamkan selama 0 (tanpa pengaliran), 50, dan 100 menit. Setelah proses aktivasi selesai, alat dibiarkan sampai dingin (24 jam). Arang aktif dikeluarkan dari dalam tungku kemudian diayak dengan ukuran 100 mesh. Arang aktif lalu diuji kualitasnya menggunakan parameter uji sesuai SNI Nomor 06-3730-1995 yang mencakup parameter kadar air, kadar zat terbang, abu, daya jerap iodin, dan daya jerap biru metilena (titrimetri).
Penentuan Bobot Adsorben dan Waktu Adsorpsi Optimum (modifikasi Suryani 1995 dan SNI 1995)
Arang aktif terbaik dari beberapa perlakuan aktivasi ditimbang dengan ragam bobot 0.037, 0.072, 0.150, 0.300, dan 0.628 g, kemudian dimasukkan ke dalam erlenmeyer yang berisi 25 mL larutan iodin 0.1 N. Erlenmeyer segera ditutup dan dikocok selama 15 menit, lalu disaring. Filtrat dipipet 10 mL ke dalam erlenmeyer dan langsung dititrasi dengan larutan natrium tiosulfat 0.1 N sampai warna kuning muda. Beberapa tetes amilum 1% ditambahkan dan titrasi dilanjutkan hingga warna biru tepat hilang. Bobot tetap arang aktif terbaik dimasukkan ke dalam erlenmeyer yang berisi 25 mL larutan iodin 0.1 N, kemudian dikocok dengan ragam waktu 4.00, 8.00, 15.00, 30.00, 45.00, 60.00 menit. Setelah itu, campuran disaring dan daya jerap iodin optimum dari beberapa waktu ditentukan.
Penentuan Luas Permukaan Spesifik Metode Adsorpsi Iodin (JIS 1967) Arang aktif terbaik sejumlah bobot optimum dimasukkan ke dalam 25 mL larutan iodin dengan ragam konsentrasi 1500, 2000, 2500, 3500, 6000, 8500 mg/L, kemudian dikocok pada suhu kamar selama waktu optimum. Setelah itu, disaring dan konsentrasi iodin dalam filtrat diukur. Nilai luas permukaan spesifik ditentukan menggunakan persamaan
LPS (m2/g) = (Qm/BE) × N × A
Keterangan:
Qm= kapasitas adsorbsi monolayer
A = luas penampang iodin (0.40 × 10-18 m2) N = bilangan Avogadro (6.023 × 1023/mol) BE = bobot ekuivalen iodin (126.904 g/mol)
Penentuan Luas Permukaan Spesifik Metode Biru Metilena (Muthia 1998) Luas permukaan spesifik (LPS) arang aktif dihitung berdasarkan banyaknya BM yang dijerap oleh arang aktif.
Xm = daya jerap BM (ml/g)
A = luas penampang BM (1.969 × 10-21 m2) N =bilangan Avogadro (6.023 × 1023/mol) ρBM = massa jenis BM (1 g/ml)
MBM = bobot molekul BM (319.86 g/mol)
Uji Daya Adsorpsi dan Isoterm Adsorpsi
(modifikasi Girods et al. 2009, Wu et al. 2011, dan ASTM 1993)
Daya adsorpsi ditentukan dengan mengukur efektivitas adsorpsi arang aktif terbaik terhadap larutan fenol dengan ragam konsentrasi 23, 40, 55, 70, dan 85 ppm. Arang aktif komersial digunakan sebagai pembanding. Arang aktif sebanyak bobot optimum ditambahkan ke dalam 25 mL larutan standar fenol, dikondisikan pH larutan 6−7, kemudian wadah ditutup rapat dan diaduk selama waktu optimum. Suspensi yang diperoleh disaring dan diukur dengan spektrofotometer UV-Vis pada panjang gelombang 270 nm. Isoterm adsorpsi ditentukan dengan model Freundlich dan Langmuir.
HASIL DAN PEMBAHASAN
RendemenRendemen arang setelah melewati proses karbonasi ialah 29.4% (Lampiran 4), sedangkan rendemen proses aktivasi berkisar 23.5 sampai 83%. Rendemen tertinggi diperoleh dari perlakuan aktivasi dengan NaOH 0.75% tanpa pengaliran uap air, sedangkan rendemen terkecil ialah arang yang diaktivasi dengan NaOH 0.75% dan pengaliran uap air selama 100 menit pada suhu 800 °C. Penggunaan bahan kimia pengaktif dan memperlama waktu pengaliran uap air cenderung menurunkan rendemen arang aktif (Gambar 1).
Menurut Djatmiko (1985), komponen arang terdiri atas karbon, mineral, air, nitrogen, dan sulfur. Penggunaan bahan pengaktif dapat membersihkan permukaan karbon dan membuka pori dari arang.
Gambar 1 Rendemen arang aktif meranti merah
0 20 40 60 80 100
Arang AT1 AT2 AT3 AN1 AN2 AN3
Rendemen (%
5
Perlakuan:
AT1:tanpa NaOH 0.75%, aliran uap air selama 0 menit AT2:tanpa NaOH 0.75%, aliran uap air selama 50 menit AT3:tanpa NaOH 0.75%, aliran uap air selama 100 menit
AN1:dengan NaOH 0.75%, aliran uap air selama 0 menit AN2:dengan NaOH 0.75%, aliran uap air selama 50 menit AN3:dengan NaOH 0.75%, aliran uap air selama 100 menit
Kadar Air
Kadar air arang aktif berkisar antara 3 dan 8.5% (Lampiran 5). Kadar air tertinggi dihasilkan dari proses aktivasi hanya dengan aliran uap panas pada suhu 800 °C dan kadar air terendah dihasilkan dari aktivasi hanya dengan menggunakan NaOH 0.75% (Gambar 2). Hasil yang diperoleh seluruhnya memenuhi persyaratan baku mutu arang aktif SNI (1995), yaitu kurang dari 15% (Lampiran 2). Penentuan kadar air berguna untuk menentukan kualitas arang aktif sehubungan dengan proses distribusi untuk produksi skala besar (Fasanmi 1999).
Penggunaan uap air dapat meningkatkan kadar air arang aktif. Hal ini disebabkan pelembutan serpihan arang aktif dilakukan di udara terbuka sehingga molekul-molekul uap air di udara terperangkap oleh pori-pori arang aktif (Hartoyo 1974). Hasil yang diperoleh menunjukkan kenaikan kadar air secara signifikan pada setiap perlakuan.
Gambar 2 Kadar air arang aktif meranti merah
Keterangan: AAK =Arang aktif komersial
Kadar Zat Terbang
Kadar zat terbang arang aktif yang dihasilkan berkisar 14.4−22.8% (Gambar 3 dan Lampiran 5). Nilai tersebut memenuhi persyaratan SNI (1995), yaitu kurang dari 25% (Lampiran 2). Kadar zat terbang terendah dihasilkan pada perlakuan dengan NaOH 0.75% tanpa pengaliran uap air. Perbedaan suhu saat karbonasi dan aktivasi menyebabkan zat terbang yang terkandung dalam arang aktif jauh menurun dibandingkan dengan sebelum aktivasi. Kadar zat terbang yang tinggi dapat mengurangi daya jerap arang aktif. Tingginya nilai zat terbang tersebut dipengaruhi oleh tingginya kerapatan kayu. Akibatnya, pada waktu karbonasi
0
Arang AT1 AT2 AT3 AN1 AN2 AN3 AAK
Kadar
Air
dihasilkan lebih banyak gas seperti CO, CO2, hidroarbon, H2, dan CH4 (Suryani
2009).
Gambar 3 Kadar zat terbang arang aktif meranti merah
Kadar Abu
Kadar abu yang dihasilkan berkisar 3.3−11.8% (Gambar 4 dan Lampiran 5). Kadar abu tertinggi dihasilkan dari perlakuan aktivasi dengan NaOH 0.75% dengan pengaliran uap air selama 100 menit pada suhu 800 °C. Selain arang aktif tersebut, hasil yang diperoleh seluruhnya memenuhi persyaratan SNI (1995), yaitu kurang dari 10% (Lampiran 2).
Gambar 4 Kadar abu arang aktif meranti merah
Abu merupakan bagian terakhir dari proses pembakaran pada suhu tinggi yang di dalamnya terkandung oksida seperti silika, alumina, oksida besi dan kalsium yang lazim terdapat pada arang. Keberadaan abu ini berpengaruh terhadap arang aktif ketika diaplikasikan dalam air karena dapat mengubah pH larutan (Fasanmi 1999).
Tingginya kadar abu pada perlakuan AN3 dipengaruhi oleh lamanya aktivasi sehingga terbentuk oksida logam. Tingginya kadar abu menggambarkan tingginya kandungan mineral logam dalam pori arang aktif yang berdampak pada rendahnya daya jerap (Pari 2004).
Daya Jerap Iodin
Daya jerap iodin yang dihasilkan berkisar 358−1024 mg/g (Lampiran 5). Daya jerap iodin tertinggi dihasilkan dari perlakuan NaOH 0.75% dengan
0 10 20 30 40
Arang AT1 AT2 AT3 AN1 AN2 AN3 AAK
Kadar z
a
t
terbang
(%
)
0 5 10 15
Arang AT1 AT2 AT3 AN1 AN2 AN3 AAK
Kadar Abu
(%
7
pengaliran uap air selama 50 menit. Daya jerap iodin semua arang aktif yang dihasilkan lebih tinggi daripada arang sebelum aktivasi (Gambar 5). Perlakuan AT2, AT3, dan AN2 menghasilkan daya jerap iodin yang memenuhi persyaratan SNI (1995), yaitu lebih dari 750 mg/g.
Gambar 5 Daya jerap iodin arang aktif meranti merah
Daya jerap iodin sering digunakan untuk menunjukkan kemampuan arang aktif dalam menjerap adsorbat dan merupakan parameter utama dalam menentukan kualitas arang aktif. Daya jerap iodin dapat menunjukkan jumlah mikropori yang terbentuk, yaitu pori yang dapat dimasuki oleh molekul dengan diameter < (Pari 2004). Daya jerap iodin yang rendah disebabkan masih terdapat banyak pengotor yang menutupi pori arang aktif (Bandosz 2006).
Daya Jerap Benzena
Daya jerap benzena yang dihasilkan berkisar antara 9.5 dan 17.8% (Lampiran 5). Daya jerap benzena tertinggi dihasilkan dengan hanya mengalirkan uap air selama 100 menit dan semua arang aktif menghasilkan daya jerap benzena lebih tinggi daripada kontrol (Gambar 6). Daya jerap arang aktif yang semakin besar terhadap benzena pada kondisi suhu aktivasi yang lebih tinggi dan waktu aktivasi yang lebih lama menggambarkan bahwa permukaan arang aktif menjadi bersifat nonpolar sehingga dapat digunakan untuk menjerap polutan yang bersifat nonpolar (Pari 2004)
Gambar 6 Daya jerap benzena arang aktif meranti merah
Dibandingkan dengan daya jerap benzena dari arang aktif komersial (12.42%), daya jerap benzena hasil penelitian masih lebih tinggi. Daya jerap benzena juga dapat digunakan sebagai tolak ukur kemampuan menjerap gas. Nilai daya jerap benzena yang kecil disebabkan oleh beberapa faktor seperti masih
0 500 1000 1500
Arang AT1 AT2 AT3 AN1 AN2 AN3 AAK
Daya jerap
Arang AT1 AT2 AT3 AN1 AN2 AN3 AAK
Daya jerap benz
ena (%
adanya senyawa lain yang menempel pada permukaan karbon akibat proses karbonisasi yang belum sempurna.
Daya Jerap Biru Metilena
Daya jerap biru metilena arang aktif hasil penelitian sebesar 35.7−262 mL/g (Gambar 7). Hasil yang diperoleh masih sesuai dengan SNI (1995), yaitu lebih dari 120 mL/g, kecuali untuk AT1 dan AN1 (Lampiran 5). Daya jerap biru metilena tertinggi dihasilkan oleh arang aktif yang diaktivasi dengan NaOH 0.75% dan aliran uap air selama 50 menit. Daya jerap biru metilena juga dapat menunjukkan kualitas arang aktif dalam menjerap adsorbat. Muatan positif pada gugus amonium kuaterner zat warna akan berinteraksi dengan ion karboksilat (-COO−) dari karbon mesopori melalui gaya tarik elektrostatik akibat perbedaan muatan ion.
Gambar 7 Daya jerap biru metilena arang aktif meranti merah
Daya jerap yang rendah pada kontrol, AT1, AN1, dan arang aktif komersial dapat disebabkan struktur mikropori pada arang aktif masih tertutup rapat sehingga adsorbat tidak dapat terjerap dengan baik. Besarnya daya jerap biru metilena yang dihasilkan menggambarkan besarnya ukuran pori 15−25 yang terjerap oleh arang aktif (Pari 2004).
Adsorptivitas arang aktif selain dipengaruhi oleh ukuran pori, juga dipengaruhi oleh muatan adsorbat yang dijerap. Daya jerap benzena mewakili muatan netral, daya jerap biru metilena mewakili muatan positif, dan iodin mewakili muatan negatif. Dengan demikian selektivitas arang aktif dapat diketahui dengan baik.
Bobot dan Waktu Optimum
Berdasarkan daya jerap iodin, daya jerap biru metilena, dan rendemen, hasil terbaik diperoleh pada perlakuan aktivasi dengan NaOH 0.75% dan pengaliran uap air selama 50 menit. Pengujian bobot dan waktu optimum dilakukan pada arang aktif tersebut dengan mengikuti prosedur uji daya jerap iodin. Daya jerap iodin menggambarkan kemampuan arang aktif menjerap molekul <10 (Hsieh dan Teng 2000).
Berdasarkan uji adsorpsi iodin diperoleh bobot optimum 0.07 gram pada konsentrasi 0.3% (b/v) (Lampiran 6). Kapasitas adsorpsi mencapai hasil
0 100 200 300
Arang AT1 AT2 AT3 AN1 AN2 AN3 AAK
Daya jerap
bi
ru
metilena
(ml/g
9
maksimum pada konsentrasi tersebut, kemudian menurun pada konsentrasi lebih tinggi (Gambar 8).
Gambar 8 Bobot optimum berdasarkan daya jerap iodin
Penentuan waktu optimum dilakukan dengan menggunakan konsentrasi optimum sebesar 0.3% untuk menjerap iodin. Waktu optimum yang diperoleh ialah 8 menit, daya jerap iodin paling besar pada kondisi tersebut (Lampiran 6). Setelah menit ke-8, kapasitas adsorpsi arang aktif tidak berbeda jauh dengan sebelumnya (Gambar 9).
Gambar 9 Waktu optimum berdasarkan daya jerap iodin
Luas Permukaan Spesifik
Penentuan luas permukaan spesifik (LPS) bertujuan menentukan besarnya permukaan pori arang aktif untuk menjerap molekul. Pada penelitian ini digunakan 2 metode, yaitu adsorpsi biru metilena dan adsorpsi iodin. LPS yang diperoleh dengan metode iodin ialah 181−1231 m2/g dan dengan metode biru metilena 132−970 m2/g. Pada suhu lebih dari 400 °C terjadi pembentukan lapisan aromatik, lignin masih terurai pada suhu 500 °C, selanjutnya di atas 600 °C mulai terjadi pembesaran luas permukaan (Byrne 1997). Nilai LPS terbesar diperoleh dengan aktivasi menggunakan NaOH 0.75% dengan pengaliran uap panas selama 50 menit.
Arang aktif dengan LPS yang besar diharapkan dapat menjerap adsorbat dalamjumlah yang banyak. Nilai LPS terendah dimiliki oleh kontrol, yaitu 112
m2/g. Hal ini disebabkan masih terdapat banyak pengotor pada arang yang belum diaktivasi. Aktivasi dengan bahan kimia dan pengaliran uap panas dapat memperluas LPS, tetapi LPS menurun ketika waktu pengaliran diperlama lebih dari 50 menit. Hal ini dikarenakan pori-pori yang ada tertutup kembali oleh pengotor karena kontak yang terlalu lama dengan uap air.
Isoterm Adsorpsi
Isoterm adsorpsi fenol ditentukan menggunakan adsorben arang aktif meranti merah dengan aktivator NaOH 0.75% dan aliran uap air selama 50 menit (AAMN). Penggunaan AAMN menurunkan konsentrasi fenol secara signifikan (Lampiran 8). Linearitas sebesar 99.24% diperoleh untuk isotern Freundlich (Gambar 10a), jauh lebih baik dibandingkan dengan 9,47% (Gambar 10). Hasil ini menunjukkan bahwa adsorpsi fenol mengikuti tipe isoterm Freundlich.
(a)
(b)
Gambar 10 Isoterm Freundlich (a) dan Langmuir (b) adsorpsi fenol oleh AAMN
Fenol diharapkan dapat teradsorpsi oleh AAMN dan tidak terdesorpsi kembali. Isoterm Freundlich mengasumsikan bahwa interaksi terjadi pada permukaan yang heterogen dan membentuk lapisan multilapisan (Fasanmi 1999). Kapasitas adsorpsi fenol oleh arang aktif komersial sebesar 6.5−22.9 g/g dengan efisiensi adsorpsi 76−89% (Tabel 1). Kapasitas adsorpsi yang dihasilkan oleh AAMN lebih tinggi, yaitu berturut-turut 7.7−23.6 g/g dan 89−92% (Tabel 2). Kapasitas adsorpsi menunjukkan kemampuan adsorben dalam menjerap sejumlah adsorbat per gram adsorben dan efisiensi adsorpsi menunjukkan konsentrasi minimum adsorben dalam menjerap adsorbat dengan konsentrasi tertentu.
11
Sebagai pembanding, larutan iodin oleh AAMN menghasilkan linearitas isoterm yang tidak jauh berbeda, yaitu 97.26% untuk isoterm freundlich dan 96.01% untuk isoterm Langmuir (Gambar 12). Linearitas yang baik ialah >90% (Miller dan Miller 1991). Adsorpsi iodin oleh AAMN juga mengikuti isoterm Freundlich, karena linearitas yang dihasilkan lebih besar.
(a)
(b)
Gambar 11 Isoterm Freundlich (a) dan Langmuir (b) adsorpsi iodin oleh AAMN
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000
C/
(x/
m
)
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Arang aktif kayu meranti merah dengan pengaktif NaOH 0.75% dan pengaliran uap air selama 50 menit pada suhu 800 °C memenuhi persyaratan SNI nomor 06-3730-1995. Proses aktivasi dapat memperbesar luas permukaan spesifik. Kapasitas adsorpsi terhadap fenol sebesar 7731.25−23571.71 mg/g dengan efisiensi adsorpsi 89.06-91.85%. Adsorpsi mengikuti model isoterm Freundlich dengan linearitas 99.24%.
Saran
Topografi permukaan arang aktif terbaik perlu diamati dengan mikroskop elektron payaran dan struktur kristalit dengan difraktometer sinar-X. Desain reaktor sebaiknya berbentuk tegak agar diperoleh waktu kontak yang lebih efektif dengan arang. Faktor lain yang perlu diperhatikan dalam proses adsorpsi seperti suhu, afinitas adsorbat, selektivitas, dan pengadukan dengan metode lompok.
DAFTAR PUSTAKA
Achmad A. 2011. Pembuatan, pencirian, dan uji daya adsorpsi arang aktif dari kayu meranti merah (Shorea sp) [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
[ASTM] American Society for Testing and Materials. 1993. Standard Practice for Determination of Adsorptive Capacity of Activated Carbon by Aqueous Phase Isotherm Technique. Philadelphia (US): ASTM.
[ASTM] America Society for Testing and Materials. 1979. Standard Test Method for Benzene, Chloroform, and Iodine Sorption of Activated Carbon. Philadelphia (US): ASTM.
Banat B. 2005. Adsorption of phenol by bentonite. Environ Pollut. 107:391-398. Bandosz T. 2006. Activated Carbon Surfaces in Environmental Remediation. New
York (US): Academic Pr.
Byrne. 1997. Competitive adsorption between atrazine and metylene blue on activated carbon: the importance of pore size distribution. J Carbon. 30:1423-1436.
Djatmiko. 1985. Pengolahan Arang dan Kegunaannya. Bogor (ID): Agroindustri Pr-IPB.
Fasanmi O. 1999. Treatment of toxic organic wastewaters with chemical oxidation, carbon adsorption and bioaugmentation [disertasi]. Lagos (NG): University of Lagos.
Girods P, Dufour A, Fierro V, Rogaume Y, Zoulalian A, Celzard A. 2009. Activated carbon prepared from wood particleboard wastes: Characterisation and phenol adsorption capacities. J Hazardous Mat. 166:491-501.
13
Hsieh CT, Teng H. 2000. Influence of mesopore volume and adsorbate size on adsorption capacities of activated carbon in aqueous solutions. J Carbon. 38: 863-869.
[JIS] Japan Industrial Standard. 1967. JIS K 1474: Testing Method for Powdered Activated Carbon. Tokyo (JP): Japanese Standard Association.
KNLH [Kementerian Negara Lingkungan Hidup]. 1996. Keputusan Baku Mutu Limbah Cair (BMLC) bagi Kegiatan Minyak dan Panas Bumi.
Menendez. 2004. Type of carbon and their production. J Carbon. 42: 1219-1224. Miller JC, Miller JN. 1991. Statistika untuk Kimia Analitik. Bandung (ID): Institut
Teknologi Bandung. Terjemahan dari: Statistics for Analytical Chemistry. Muthia F. 1998. Pembuatan arang aktif dari sabut kelapa sawit sebagai bahan
penjernih air [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Pari G. 2004. Kajian struktur arang aktif dari`serbuk gergaji kayu sebagai adsorben emisi formaldehida kayu lapis [disertasi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Pari G. 1996. Pembuatan dan kualitas arang aktif dari kayu sengon sebagai bahan adsorben. Bul Lit Hasil Hutan. 14:274-289.
Pari G. 1993. Peningkatan rendemen dan daya serap arang aktif dengan cara kimia dosis rendah dan gasifikasi. J Lit Hasil Hutan. 11:205-208.
Redjeki S, Taufik A, Nurdiani. 2006. Uji daya adsorpsi arang aktif kayu meranti merah (Shorea sp) terhadap logam mangan dan kromium. Warta AKAB No. 17. Bogor: Akademi Kimia Analisis.
[SNI] Standar Nasional Indonesia. 1995. SNI 06-3730-1995: Arang Aktif Teknis. Jakarta (ID): Dewan Standardisasi nasional.
Sukarta. 2008. Adsorpsi ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia (Albizia falcata): studi pengembangan bahan alternatif penjerap limbah logam berat [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Suryani AM. 2009. Pemanfaatan tongkol jagung untuk pembuatan arang aktif sebagai adsorben untuk pemurnian minyak goreng bekas [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Swastika SKD. 2004. Beberapa teknik analisis dalam penelitian dan pengkajian teknologi pertanian. Jurnal Pengkajian dan Pengembangan Teknologi Pertanian. 7(1):90-102.
Villasenor. 2002. Catalytic and photocatalytic ozonation of phenol on MnO2
supported catalysts. J Catal Today. 76: 121-131.
Lampiran 1 Data Ekspor-impor arang aktif 2007-2011
Tahun Ekspor Impor
Bobot (kg) Nilai(USD) Bobot (kg) Nilai (USD) 2007 76.324.910 21.928.221 3.474.254 4.743.225 2008 27.005.688 24.198.877 3.528.208 6.152.310 2009 22.740.624 23.226.353 4.846.055 6.774.325 2010 24.791.393 27.744.322 5.777.557 9.289.954 2011 21.652.271 31.867.265 5.444.834 10.487.547
Sumber: Kementrian Perindustrian (2011)
Lampiran 2 Baku mutu arang aktif teknis menurut SNI 06-3730-1995
Parameter Syarat Kualitas
Butiran Serbuk
Kadar zat terbang (%) Maks 15 Maks 25
Kadar air (%) Maks 4.4 Maks 15
Bagian tidak mengarang Tidak nyata Tidak nyata
Daya jerap iodin (mg/g) Min 750 Min 750
Karbon aktif murni (%) Min 80 Min 65
Daya jerap benzena (%) Min 25 -
Daya jerap biru metilena
(ml/g) Min 60 Min 120
Bobot jenis curah (g/ml) 0.45−0.55 0.3−0.35
Lolos ukuran mesh 325 (%) - Min 90
Jarak mesh (%) 90 -
15
Lampiran 3 Diagram alir penelitian
Pembuatan Arang Aktif
Aktivasi kimia dan fisis(800 °C) 1. aliran uap air 0 menit (AT1)
2. aliran uap air 50 menit (AT2) 3. aliran uap air 100 menit (AT3)
4. NaOH 0.75% + aliran uap air 0 menit (AN1)
Serbuk dan Potongan Kayu Meranti Merah
Lampiran 4 Rendemen arang meranti merah
Ulangan Bobot kayu
(g)
Kadar air (%)
Bobot arang (g)
Bobot kering (g)
Rendemen (%)
1 2570 5.04 703 2446.6869 28.73
2 2550 5.04 732 2427.6466 30.15
Rerata 29.44
Contoh Perhitungan:
Bobot Arang bobot kayu% air %
. % %
2446.6869 g
Rendemen Bobot kering Bobot arang %
. 100%
. %
17
Lampiran 5 Hasil uji kualitas arang aktif meranti merah
Keterangan:
a = Rendemen AT1 = tanpa NaOH 0.75%, aliran uap air 0 menit b = Kadar air (%) AT2 = tanpa NaOH 0.75%, aliran uap air 50 menit c = Kadar zat terbang (%) AT3 = tanpa NaOH 0.75%, aliran uap air 100 menit d = Kadar abu (%) AN1 = dengan NaOH 0.75%, aliran uap air 0 menit e = Kadar karbon terikat (%) AN2 = dengan NaOH 0.75%, aliran uap air 50 menit f = Daya jerap iodin (mg/g) AN3 = dengan NaOH 0.75%, aliran uap air 100 menit g = Daya jerap benzena (%)
h = Daya jerap biru metilena (mL/g)
Rata-rata rekapitulasi dan perhitungan analisis arang aktif
Lampiran 6 Bobot dan waktu optimum
Perlakuan Ulangan a b c d e f g h
Arang 1 28.73 3.19 29.73 2.78 67.49 176.772 5.50 16.3366 2 30.15 3.44 31.50 2.46 66.04 176.990 5.88 15.9804 AT1 1 74.72 8.44 24.53 3.15 72.32 313.562 10.37 34.6535 2 74.75 8.64 21.07 3.38 75.55 402.952 10.28 36.6667 AT2 1 58.47 7.21 20.43 4.68 77.89 746.647 11.38 154.1667
2 58.92 6.73 15.87 4.33 79.81 724.600 11.06 159.0909 AT3 1 45.01 3.17 16.67 4.07 79.27 802.719 17.52 185.8491 2 45.03 3.38 14.31 3.58 82.11 768.128 17.98 186.5385 AN1 1 82.08 3.09 15.27 4.99 79.74 418.424 9.59 42.7885
2 82.47 2.89 13.55 4.88 81.57 446.238 9.49 42.1569 AN2 1 52.29 4.48 14.83 5.67 79.5 1032.565 11.45 240.0000
2 52.81 3.78 15.12 6.01 78.88 1015.942 11.39 283.3333 AN3 1 23.41 5.56 20.14 11.51 68.35 714.921 14.17 163.4615 2 23.52 5.37 20.68 12.03 67.3 687.121 15.63 155.5556 Komersil 1 - 5.58 21.82 6.16 72.02 314.806 13.16 19.6078
2 - 5.76 26.83 5.86 67.82 299.835 11.68 22.3381
Perlakuan a b c d e f g h
Bobot optimum
% b/v a (B) C(N) D(N) E (ppm) Q (mg/g) F(N) G(ppm) E(%) 0.15 0.037 8.20 0.115 0.1035 13134.564 762.3423 0.0943 48.61 99.6299
0.038 8.30 0.115 0.1035 13134.564 649.4956 0.0955 48.72 99.6291
0.3 0.072 6.50 0.115 0.1035 13134.564 1224.2477 0.0748 38.68 99.7055
0.073 6.70 0.115 0.1035 13134.564 1110.8790 0.0771 39.92 99.6984
0.6 0.153 5.70 0.115 0.1035 13134.564 760.4739 0.0656 27.65 99.7895 0.152 5.60 0.115 0.1035 13134.564 788.6732 0.0644 27.83 99.7881 1.2 0.302 3.00 0.115 0.1035 13134.564 700.4967 0.0345 8.62 99.9344 0.304 3.20 0.115 0.1035 13134.564 672.6919 0.0368 8.84 99.9327 2.5 0.628 0.20 0.115 0.1035 13134.564 494.0658 0.0023 0.62 99.9953 0.630 0.25 0.115 0.1035 13134.564 489.6991 0.0029 0.58 99.9956
Waktu Optimum
% b/v A T (B) D(N) E (ppm) Q (mg/g) F(N) G(ppm) E(%) 0.3 0.073 4 7.30 0.1035 13134.564 821.0845 0.0840 10653.59 18.89
0.074 4 7.30 0.1035 13134.564 809.9887 0.0840 10653.59 18.89
0.3 0.073 8 6.80 0.1035 13134.564 1062.5799 0.0782 9923.89 24.44
0.073 8 6.80 0.1035 13134.564 1062.5799 0.0782 9923.89 24.44
0.3 0.072 15 7.20 0.1035 13134.564 881.4583 0.0828 10507.65 20.00 0.073 15 7.20 0.1035 13134.564 869.3836 0.0828 10507.65 20.00 0.3 0.072 30 7.20 0.1035 13134.564 881.4583 0.0828 10507.65 20.00 0.073 30 7.20 0.1035 13134.564 869.3836 0.0828 10507.65 20.00 0.3 0.074 45 7.20 0.1035 13134.564 857.6351 0.0828 10507.65 20.00 0.073 45 7.20 0.1035 13134.564 869.3836 0.0828 10507.65 20.00 0.3 0.072 60 7.20 0.1035 13134.564 881.4583 0.0828 10507.65 20.00 0.072 60 7.20 0.1035 13134.564 881.4583 0.0828 10507.65 20.00
Keterangan A = bobot arang aktif D = N Iod Q =Daya jerap iodin (mg/g)
t = waktu E = Konsentrasi Iodin (ppm) E = Efisiensi Adsorpsi (%) B = Volume Tio F = N Iodin akhir
19
Lampiran 7 Luas permukaan spesifik (LPS)
Keterangan:
Q = Kapasitas adsorpsi (mg/g) Xm = Daya jerap biru metilena LPS = Luas permukaan spesifik BM = Biru metilena
Contoh perhitungan:
⁄
, / , / ,
, /
59,9101 /g Sampel Q (mg/g) Xm
(mL/g)
LPS (m2/g)
I2 BM
Lampiran 8 Isoterm langmuir dan freundlich untuk adsorpsi fenol dengan arang aktif meranti merah terbaik dan arang aktif komersil
Arang aktif meranti merah
n [Fenol] Awal
[Fenol]
akhir b (g)
Isotherm Langmuir Isotherm Freundlich
c x x/m c/(x/m) logc log
Isotherm Langmuir Isotherm Freundlich
c x x/m c/(x/m) logc log
c/(x/m) = Konsentrasi kesetimbangan adsorbat per jumlah adsorbat yang teradsorpsi per gram adsorben log x/m = Logaritma jumlah adsorbat yang teradsorpsi per gram adsorben
21
Lampiran 9 Isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi Iodin
n C1
(ppm) a (g)
C2 (ppm)
Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich
c x x/m c/(x/m) log c Log
x/m 1 1747.891 0.073 65.545 65.545 1682.346 23045.836 0.003 1.817 4.363 2 1747.891 0.074 65.798 65.798 1682.093 22730.986 0.003 1.818 4.357 1 2403.35 0.072 196.638 196.638 2206.712 30648.778 0.006 2.294 4.486 2 2447.048 0.075 196.638 196.638 2250.41 30005.467 0.007 2.294 4.477 1 2621.837 0.074 353.948 353.948 2267.889 30647.149 0.012 2.549 4.486 2 2621.837 0.073 353.948 353.948 2267.889 31066.973 0.011 2.549 4.492 1 3058.809 0.073 1048.735 1048.735 2010.074 27535.26 0.038 3.021 4.440 2 3102.507 0.074 1048.735 1048.735 2053.772 27753.676 0.038 3.021 4.443 1 4151.241 0.076 2123.688 2123.688 2027.553 26678.329 0.080 3.327 4.426 2 4260.485 0.076 2136.797 2136.797 2123.688 27943.263 0.076 3.330 4.446 1 6117.619 0.077 3473.934 3473.934 2643.685 34333.571 0.101 3.541 4.536 2 6226.862 0.076 3473.934 3473.934 2752.928 36222.737 0.096 3.541 4.559 1 8302.483 0.075 5047.036 5047.036 3255.447 43405.96 0.116 3.703 4.638 2 8411.726 0.075 5060.145 5060.145 3351.581 44687.747 0.113 3.704 4.650
a = Bobot arang aktif
x/m = Jumlah adsorbat yang teradsorpsi per gram adsorben
c/(x/m) = Konsentrasi kesetimbangan adsorbat per jumlah adsorbat yang teradsorpsi per gram adsorben log x/m = Logaritma jumlah adsorbat yang teradsorpsi per gram adsorben
C1 = Konsentrasi awal C2 = Konsentrasi akhir
Penulis dilahirkan di Jakarta pada tanggal 17 September 1988 dari pasangan Asri Joko S. SIP dan Nuriyah. Spd. Penulis merupakan anak pertama dari dua bersaudara. Pada tahun 2007 penulis lulus dari Sekolah Menengah Analis Kimia Bogor (SMAKBo) dan pada tahun yang sama penulis melanjutkan ke Program Keahlian Analisis Kimia Diploma IPB. Pada tahun 2010 penulis melanjutkan ke Program Alih Jenis S1 Departemen Kimia. Fakultas Matematika dan Pengetahuan Alam IPB.
Selama perkuliahan penulis aktif mengikuti kegiatan organisasi Himalika. Penulis pernah berkesempatan magang di PT Clariant Indonesia di Laboratorium Research and Development pada tahun 2007 dan pada tahun 2010 penulis pernah melaksanakan praktik kerja lapangan di Balai Penelitian Ternak di Laboratorium Ruminansia dan Laboratorium Nutrisi Pakan Ternak. Penulis pernah menjadi asisten praktikum pada Kimia Analitik Dasar, Kimia Lingkungan, Kimia Klinis, Kimia Bahan Alam, Analisis Komponen Aktif dan Uji Aktivitas dan Spektroskopi pada program Diploma IPB tahun ajaran 2010/2011−2012/2013.
