KEMAMPUAN ADSORPSI LOGAM BERAT KADMIUM
(Cd) DENGAN MENGGUNAKAN PASIR HITAM
SKRIPSI
Oleh
FRANSISCUS RAYMOND BUTARBUTAR
110405047
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
KEMAMPUAN ADSORPSI LOGAM BERAT KADMIUM
(Cd) DENGAN MENGGUNAKAN PASIR HITAM
SKRIPSI
Oleh
FRANSISCUS RAYMOND BUTARBUTAR
110405047
SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN
PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul :
KEMAMPUAN ADSORPSI LOGAM BERAT KADMIUM (Cd) DENGAN
MENGGUNAKAN PASIR HITAM
dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini adalah hasil karya saya kecuali kutipan-kutipan yang telah saya sebutkan sumbernya. Demikian pernyataan ini diperbuat, apabila di kemudian hari terbukti bahwa ini bukan karya saya atau merupakan hasil jiplakan maka saya bersedia menerima sanksi sesuai dengan aturan yang berlaku.
Medan, September 2016
PENGESAHAN
Skripsi dengan judul:
Kemampuan Adsorpsi Logam Berat Kadmium
(Cd) dengan Menggunakan Pasir Hitam
dibuat untuk melengkapi persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini telah diujikan pada sidang ujian skripsi pada 1 September 2016 dan dinyatakan memenuhi syarat/sah sebagai skripsi pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Mengetahui, Medan, September 2016
Koordinator Penelitian, Dosen Pembimbing,
Ir. Renita Manurung, M.T Bode Haryanto, S.T M.T Ph.D
NIP : 19681214 199702 2 002 NIP : 19710130 199903 1 001
Dosen Penguji I, Dosen Penguji II,
Prof. Dr. Ir. Muhammad Turmuzi, MS Dr. Ir. Taslim, MSi
PRAKATA
Puji syukur saya panjatkan kehadirat Allah Yang Maha Esa atas berkat dan rahmat yang telah dilimpahkan kepada kita semua, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini yang berjudul ”Kemampuan Adsorpsi Logam Berat Kadmium (Cd) dengan Menggunakan Pasir Hitam” sesuai dengan waktu yang telah ditetapkan.
Hasil penelitian bermanfaat untuk mengatasi permasalahan tentang pencemaran logam berat yang sering terdapat pada badan air. Solusi yang ditawarkan juga dinilai ekonomis, karena pasir hitam dapat dengan mudah diperoleh.
Dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada : 1. Dosen pembimbing penelitian ini, Bapak Bode Haryanto, S.T, M.T., Ph.D. 2. Dosen penguji penelitian, Bapak Prof. Dr. Ir., M. Turmuzi, MS dan Bapak
Dr. Ir., Taslim, M.Si.
3. Koordinator Penelitian, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, Ibu Ir., Renita Maurung, M.T.
4. Ketua Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, Bapak Dr. Eng. Ir., Irvan, M.Si.
Penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini masih jauh dari sempurna untuk itu adanya kritik serta saran yang membangun sangat diperlukan untuk penyempurnaan skripsi ini. Akhirnya penulis berharap semoga skripsi ini ada manfaatnya bagi penulis dan para pembaca.
Medan, September 2016
Penulis
DEDIKASI
Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada:
1. Kedua orangtua saya yaitu Ayahku Ir. Drs. T. Butarbutar dan Ibuku Dra. D. Gultom yang selalu sabar dan tabah mendidik dan membimbing penulis hingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini. Budi baik Ayah dan Ibu akan selalu penulis kenang sampai akhir hayat penulis.
2. Kedua saudara saya, yaitu Franstein Kevin Juniansen Butarbutar dan Fransthony Gilbert Butarbutar, yang telah memberikan motivasi dan doa dalam menyelesaikan studi. Doa penulis selalu beserta kalian semua.
3. Bapak dan Ibu dosen Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, yang juga telah memberikan banyak ilmu selama
penulis kuliah.
4. Para pegawai administrasi Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
5. Partner penelitian, Michael Joy Cristian, yang telah bekerja sama di dalam penyelesaian penelitian dan skripsi ini.
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Nama: Fransiscus Raymond Butarbutar NIM : 110405047
Tempat/Tanggal Lahir: Medan, 27 September 1993 Nama Orangtua: Ir. Drs. T. Butarbutar dan Dra. D.Gultom Alamat Orangtua : Jl. Pintu Air No.38, Simpang Limun, Medan
Asal Sekolah
TK Santo Yoseph Medan tahun 1998-1999
SD Santo Yoseph I Medan tahun 1999-2005
SMP Swasta Santo Thomas I Medan tahun 2005-2008
SMA Sutomo I Medan tahun 2008-2011 Beasiswa yang pernah diperoleh:
1. Beasiswa Sayap Garuda tahun 2006-2008 Pengalaman Organisasi/Kerja:
1. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) periode 2011-2016, sebagai anggota
2. Kerja Praktek di PT. Perkebunan Nusantara IV Unit Usaha Pabatu 3. Seksi Dana Natal Teknik Kimia USU tahun 2014
Artikel yang telah dipublikasikan dalam Jurnal/Pertemuan Ilmiah:
1. Sand Adsorption Ability in Removing Metal Ion Dissolved in Solution with Batch Operation System, International Conference ESTIC, Bung Hatta University, West Sumatera, Padang, 2016.
vi
ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kemampuan adsorpsi pasir hitam dalam menyerap ion logam kadmium (Cd2+) pada larutan dengan pH 4,5. Dimana terdapat tiga variabel pada penelitian ini yaitu variasi ukuran pasir, kecepatan pengadukan dan konsentrasi awal adsorbat ion logam pada larutan. Variasi ukuran pasir hitam yang digunakan yaitu 10 mesh, 20 mesh, dan 40 mesh. Variasi kecepatan pengadukan yaitu 100, 150, dan 200 rpm. Dan variasi konsentrasi awal yaitu 30 ppm, 50 ppm dan 70 ppm. Penelitian ini terbagi menjadi 2 tahap, yaitu perlakuan awal dan pengukuran potensi kapasitas adsorpsi dengan system batch adsorption dan pemodelan kinetika adsorpsi. Kemampuan adsorpsi terbaik pada variasi ukuran diperoleh sebesar 0,1182 mg/g pada saat ukuran 40 mesh. Kemampuan adsorpsi terbaik pada variasi kecepatan pengadukan diperoleh sebesar 0,1720 mg/g pada saat kecepatan 200 rpm dan pada variasi konsentrasi diperoleh sebesar 0,1718 mg/g pada saat konsentrasi 70 ppm. Interaksi di permukaan pasir dengan ion logam dilengkapi dengan analisa menggunakan FTIR. Model kinetika digunakan untuk mengidentifikasi jenis interaksi yan terjadi, diperoleh hasil dimana adsorpsi terjadi secara kimia dan fisika. Model kinetika difusi cenderung menunjukkan difusi sampai ke inter-partikel adsorben.
ABSTRACT
The idea of this research is to investigate adsorption capacity of black sand to adsorp cadmium ion (Cd2+) dissolving in the solution on pH 4,5. There are three variables in this study such as the variations of size of sand, rotation speed, and initial concentration of adsorbate metal ion in solution. The black sand variation sizes are 10 mesh, 20 mesh and 40 mesh. Variation of rotation speeds are 100, 150, and 200 rpm. And variation of initial concentrations are 30 ppm, 50 ppm and 70 ppm. This research consist of two main steps such as, pre-treatment and batch adsorption to determine adsorption capacity and modeling of adsorption kinetic. For the size variation, the best adsorption ability was obtained for 40 mesh with the adsorption capacity 0,1182 mg/g. The variation of rotation speed, the best result was 0,1720 mg/g at 200 rpm and for concentration variation was 0,1718 mg/g at 70 ppm. The interaction on sand surface with metal ions was confirmed with FTIR. Model kinetics was used to identify the interaction type with the result that as chemist-sorption and physic-sorption was occurred. Adsorption was tend to diffuse on inter particle porous area of the adsorbent.
viii
DAFTAR ISI
Halaman
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI i
PENGESAHAN ii
PRAKATA iii
DEDIKASI iv
RIWAYAT HIDUP PENULIS v
ABSTRAK vi
1.2 Perumusan Masalah 4
1.3 Tujuan Penelitian 4
1.4 Manfaat Penelitian 5
1.5 Ruang Lingkup Penelitian 5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 7
2.1 Logam Berat 7
2.2 Logam Kadmium (Cd) 8
2.3 Adsorpsi 9
2.4 Mekanisme Adsorpsi 10
2.5 Pasir 10
2.6 Kinetika Adsorpsi 12
2.7 AtomicAdsorption Spectrofotometry (AAS) 12
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 14
3.2 Bahan dan Peralatan Penelitian 14
3.2.1 Bahan 14
3.2.2 Peralatan 14
3.3 Prosedur Penelitian 14
3.3.1 Prosedur Preparasi Pasir Hitam (Adsorben) 14 3.3.2 Prosedur Pembuatan Larutan 16 3.3.3 Prosedur Batch Adsorpsi 20 3.3.4 Prosedur Kinetika Adsorpsi 26
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 28
4.1 Preparasi Adsorben 28
4.2 Penentuan Kapasitas Adsorpsi 28 4.2.1 Pengaruh Ukuran Adsorben Terhadap Jumlah Konsentrasi
Terjerap (mg/g) 29
4.2.2 Pengaruh Kecepatan Pengadukan Terhadap Jumlah Konsentrasi Terjerap (mg/g) 30 4.2.3 Pengaruh Variasi Konsentrasi Terhadap Jumlah Konsentrasi
Terjerap (mg/g) 31
4.3 Penentuan Waktu Kontak Optimum dan Kinetika Adsorpsi 33 4.4 Penentuan Kinetika Difusi 37
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 41
5.1 Kesimpulan 41
5.2 Saran 41
x
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Pasir Hitam 11
Gambar 2.2 Diagram skematik yang menunjukkan persyaratan penting untuk AtomicAdsorption Spectrofotometry (AAS) 13 Gambar 3.1 Flowchart Persiapan Adsorben Pasir Hitam 15 Gambar 3.2 Flowchart Pengeringan Adsorben Pasir Hitam 16 Gambar 3.3 Flowchart Pembuatan Larutan HCl 0,1 M 17 Gambar 3.4 Flowchart Pembuatan Larutan NaOH 0,1 M 17 Gambar 3.5 Flowchart Pembuatan Larutan Pelarut 18 Gambar 3.6 Flowchart Pembuatan Larutan Standar Cd2+ (30 ppm) 18 Gambar 3.7 Flowchart Pembuatan Larutan Standar Cd2+ (50 ppm) 19 Gambar 3.8 Flowchart Pembuatan Larutan Standar Cd2+ (70 ppm) 20 Gambar 3.9 Flowchart Mengukur Pengaruh Ukuran Adsorben Terhadap
Kemampuan Adsorpsi 21
Gambar 3.10 Flowchart Mengukur Pengaruh Kecepatan Pengadukan Terhadap Kemampuan Adsorpsi 23 Gambar 3.11 Flowchart Mengukur Pengaruh Konsentrasi Ion Logam
Terhadap Kemampuan Adsorpsi 25 Gambar 3.12 Flowchart Mengukur Kinetika Adsorpsi Ion Logam 27 Gambar 4.1 Nilai Kapasitas Adsorpsi dengan Variasi Ukuran Adsorben
Pasir Hitam pada Kecepatan Pengadukan 150 rpm dan
Konsentrasi Cd2+ 50 ppm 29
Gambar 4.2 Nilai Kapasitas Adsorpsi dengan Variasi Kecepatan Pengadukan pada Konsentrasi Cd2+ 50 ppm dan Ukuran
Adsorben 40 mesh 30
Gambar 4.3 Nilai Kapasitas Adsorpsi dengan Variasi Konsentrasi pada Kecepatan Pengadukan 150 rpm dan Ukuran Adsorben 40
mesh 32
Gambar 4.4 Persentase Adsorpsi dengan Konsentrasi Larutan 50 ppm pada Ukuran Adsorben 40 mesh serta Kecepatan Pengadukan
Gambar 4.5 Pemodelan Pseudo Orde Satu pada Konsentrasi logam Cd2+ 50 ppm dan Kecepatan Pengadukan 150 rpm 35 Gambar 4.6 Pemodelan Pseudo Orde Dua pada Konsentrasi logam Cd2+
50 ppm dan Kecepatan Pengadukan 150 rpm 35 Gambar 4.7 Hasil Analisa FTIR pada Pasir Hitam Sebelum dan Setelah
Proses Adsorpsi 36
Gambar 4.8 Pemodelan Kinetika Difusi Eksternal pada Konsentrasi logam Cd2+ 50 ppm dan Kecepatan Pengadukan 150 rpm 39 Gambar 4.9 Pemodelan Kinetika Difusi Internal pada Konsentrasi logam
Cd2+ 50 ppm dan Kecepatan Pengadukan 150 rpm 39 Gambar C.1 Pasir Hitam yang Akan Dijadikan Adsorben 52 Gambar C.2 Pencucian Pasir Hitam 52 Gambar C.3 Pengeringan Pasir Hitam 53 Gambar C.4 Pasir Hitam yang Siap Digunakan Sebagai Adsorben 53 Gambar C.5 Material Logam Berat (Cd(CH3COO)2.2H2O) yang
Digunakan 53
Gambar C.6 Wadah Penyimpanan Stock Solution Larutan Cd2+ 54 Gambar C.7 Pengatur Keasaman NaOH (0,1 M) dan HCl (0,1 M) 54 Gambar C.8 Botol Sampel untuk Uji di Alat AAS 55
xii
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1 Data Beberapa Hasil Penelitian Yang Memanfaatkan Pasir
Sebagai Adsorben 2
Tabel 2.1 Ambang Batas Racun Yang Ditoleransi / Asupan Aman Logam
Berat 8
Tabel 4.1 Pemodelan Pseudo Orde Satu dan Pseudo Orde Dua Kinetika Adsorpsi Cd2+ pada Adsorben Pasir Hitam 35 Tabel 4.2 Hasil Analisa FTIR Sebelum Adsorpsi 37 Tabel 4.3 Hasil Analisa FTIR Setelah Adsorpsi 37 Tabel 4.4 Pemodelan Kinetika Difusi Eksternal dan Kinetika Difusi Internal
Adsorpsi Logam Berat Cd2+ pada Adsorben Pasir Hitam 39 Tabel A.1 Data Kalibrasi Larutan Standar 46 Tabel A.2 Data Hasil Pencucian dari Adsorben Pasir Hitam 46 Tabel A.3 Hubungan Kapasitas Adsorpsi Terhadap Variasi Ukuran
Adsorben Pasir Hitam pada Kecepatan Pengadukan 150 rpm dengan Konsentrasi Tetap Cd2+ 50 ppm 48 Tabel A.4 Hubungan Kapasitas Adsorpsi dengan Menggunakan Adsorben
DAFTAR LAMPIRAN
LAMPIRAN A DATA BAHAN BAKU 46
A.1 Data Kalibrasi Larutan Standar Hasil Analisis AAS 46 A.2 Hasil Pencucian Adsorben Pasir Hitam 46 A.3 Hasil Pengeringan Adsorben Pasir Hitam 47 A.4 Data Hasil Penentuan Ukuran Adsorben Optimum 48 A.5 Data Hasil Kapasitas Adsorpsi 48
LAMPIRAN B CONTOH PERHITUNGAN 50
B.1 Pembuatan Larutan (Stock Solution) 50 B.2 Perhitungan Kapasitas Adsorpsi 51
LAMPIRAN C DOKUMENTASI PERCOBAAN 52
C.1 Bahan Baku 52
C.2 Eksperimen 53
C.3 Hasil Analisa Menggunakan Atomic Adsorption Spectroscopy
xiv
DAFTAR SINGKATAN
AAS Atomic Adsorption Spectroscopic
EDX Energy Dispersive X-ray Spectroscopy
FTIR Fourier Transform Infra-Red
pH Power of Hydrogen
DAFTAR SIMBOL
Simbol Keterangan Dimensi
Cd(CH3COO)2.2H2O Kadmium Asetat Dihidrat mg
C Karbon
O Oksigen
% Persen
HCl Asam klorida ml
NaOH Natrium Hidroksida gr
H2O Air ml
H+ Ion hydrogen
Q Berat Cd yang terjerap oleh satu gram
sampel mg/g
w Berat sampel yang digunakan gr
C0 Konsentrasi larutan Cd awal ppm
Ct Konsentrasi larutan Cd pada waktu t ppm
t Waktu menit/ jam
V Volume larutan Cd yang digunakan ml
y Absorbansi
