BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2. 1 Adsorpsi
Adsorbsi didefinisikan sebagai proses difusi suatu komponen pada suatu permukaan atau antar partikel. Komponen yang terserap disebut adsorbat dan bahan yang dapat menyerap disebut adsorben. Adsorben dapat berupa padatan atau cairan. Adsorbat terlarut dalam cairan atau berada dalam gas (Walstra, 2003). Menurut Bernasconi,et al (1995) Adsorpsi adalah suatu proses pemisahan bahan dari campuran gas atau cair, bahan yang akan dipisah ditarik oleh permukaan sorben padat dan diikat oleh gaya gaya yang bekerja pada permukaan tersebut sedangkan absorpsi adalah proses pemisahan bahan dari suatu campuran gas dengan cara pengikatan bahan tersebut pada permukaan sorben cair yang diikuti pelarutan.
2. 1 . 1 Jenis adsorbsi
Adsorpsi dapat dibagi menjadi dua bagian yaitu:
1. Adsorbsi fisika
Adsorpsi fisik merupakan suatu proses bolak balik apabila daya tarik menarik antara zat terlarut dengan pelarutnya maka zat yang terlarut akan diadsorpsi pada permukaan adsorben. Adsorpsi fisika memiliki energi aktivasi yang kecil yaitu 10 kkal/mol.
2. Adsorpsi kimia
permukaan adsorben dimana reaksi tersebut membentuk ikatan kovalen. Adsorpsi kimia melibatkan gaya yang lebih besar dari adsorpsi fisik. Energi aktivasi pada adsorpsi kimia berkisar antara 10-60 kkal/mol.
2. 1. 2 Faktor faktor yang mempengaruhi adsorpsi
Banyaknya molekul molekul gas yang teradsorpsi pada permukaan adsorben dipengaruhi oleh beberapa faktor (Atmoko,R.D. 2012) :
1. Sifat adsorben
a. Kemurnian adsorben
Adsorben yang lebih murni memiliki daya adsorbsi yang lebih baik
b. Luas permukaan dan volume pori adsorben
Semakin besar luas permukaan adsorben maka semakin besar pula jumlah adsorbat yang dapat diserap.
2. Jenis adsorbat
a. Kepolaran adsorbat
Apabila memiliki diameter yang sama molekul molekul polar lebih kuat diadsorpsi dari pada molekul molekul yang kurang polar.
b. Ukuran molekul adsorbat
Molekul molekul yang bisa di adsorpsi adalah molekul molekul yang berdiameter sama atau lebih kecil dari diameter pori.
3. Temperatur
4. Tekanan
Tekanan yang dimaksut adalah tekanan adsorbat. Pada adsorpsi fisika, kenaikan tekanan adsorbsi adsorbat dapat menaikkan jumlah yang diadsorpsi. Sebaliknya, pada adsorpsi kimia kenaikan tekanan adsorbat justru mengurangi jumlah yang teradsorpsi
5. Pusat aktif
Pada permukaan yang beragam, hanya sebagian permukaan yang mempunyai daya serap. Hal ini dapat terjadi disebabkan oleh permukaan yang heterogen. Sehingga hanya beberapa jenis zat yang dapat diserap oleh sebagian permukaan yang aktif, disebut sebagai pusat aktif.
2. 2 Adsorben
Adsorben adalah zat atau material yang mempunyai kemampuan untuk mengikat dan mempertahankan cairan atau gas di dalamnya. Jenis adsorben komersial yang biasa digunakan, yaitu:
1. Silica gel
2. Karbon aktif
Karbon aktif memiliki daya serap yang baik. Daya serap dari karbon aktif umumnya bergantung pada senyawa karbon berkisar 85% sampai 95% karbon bebas. Prinsip pembuatan karbon aktif adalah proses karbonisasi yaitu proses pembentukan bahan menjadi arang, kemudian diaktivasi.
3. Zeolit
Zeolit digunakan untuk pengeringan dan pemisahan campuran hidrokarbon, zeolit memiliki kemampuan adsorpsi tinggi karena zeolit memiliki porositas yang tinggi.
4. Alumina
Adsorben alumina digunakan dalam industri untuk menghilangkan kadar
DLU GDUL DOLUDQ JDV_ 6DODK VDWXQ\D DGDODK _-alumina, jenis ini memiliki lua permukaan yang baik untuk adsorpsi, volume macropore baik, dan rata
rata ukuran pori baik untuk transport molekul yang cepat dari lingkungan
ke dalam alumina.
2. 3 Adsorbat
Adsorbat adalah subtansi dalam bentuk cair atau gas yang terkonsentrasi pada permukaan adsorben. Adsorbat yang sering digunakan pada sistem pendingin, yaitu:
1. Air
2. Ammonia
Besarnya panas laten spesifik ammonia adalah setengah lebih rendah dari panas laten spesifik air, pada temperatur 0 C dan memiliki tekanan o penguapan yang tinggi. Ammonia memiliki keuntungan yang ramah lingkungan dan dapat digunakan sebagai adsorbat sampai -40 C, dan dapat o dipanaskan sampai 200 C. Kerugian dari ammonia adalah beracun, o
sehingga penggunaanya dibatasi dan tidak dapat ditampung pada instalasi yang terbuat dari tembaga atau campurannya.
3. Methanol
Methanol memiliki tekanan penguapan yang lebih tinggi dibandingkan dengan air (meskipun pada tekanan 1 atm), sehingga sangat cocok untuk sistem pendingin, karbon aktif, silica gel, dan zeolit merupakan adsorben yang menjadi pasangan methanol.
4. Karbondioksida
Karbondioksida merupakan persenyawaan antara karbon (27,3 wt%) dengan oksigen (72,7 wt%). Karbondioksida merupakan gas tidak reaktif dan tidak beracun. Gas tersebut tidak mudah terbakar dan tidak dapat memicu terjadinya pembakaran.
2. 4 Pinus Merkusii Jungh et De Vriese
Di Indonesia Pinus mempunyai nama lain yaitu tusam. P. sumatrana
Jenis ini secara alami tersebar dari gDULV %XMXU 7LPXU __▪__¶ KLQJJD
___▪__¶ GDQ JDULV /LQWDQJ 8WDUD __▪ KLQJJD JDULV /LQWDQJ 6HODWDQ _▪_ %HUG klasifikasi timbuhan, pinus (P. merkusii) termasuk dalam famili Pinaceae. Satu-
satunya pinus yang penyebaran alaminya sampai di selatan khatulistiwa. Di Asia Tenggara menyebar di Burma, Thailand, Laos, Kamboja, Vietnam, Indonesia (Sumatra), dan Filipina (P. Luzon dan Mindoro). Tumbuh pada ketinggian 30- 1. 800 m dpl, pada berbagai tipe tanah dan iklim.
Adapun klasifikasinya mulai dari kingdom hingga spesies, yaitu: - Kingdom : Plantae (Tumbuhan)
- Subkingdom : Tracheobionta (Tumbuhan berpembuluh) - Divisi : Spermatophyta (Menghasilkan biji) - Subdivisi : Gymnospermae
- Kelas : Coniferinae
- Subkelas : Dillenidae
- Ordo : Coniferales
- Famili : Pinaceae
- Genus : Pinus
- Spesies : Pinus merkusii Jungh.& De Vr
Pinus merkusii atau tusam merupakan satu-satunya jenis pinus asli Indonesia. Di
daerah Sumatera, tegakan pinus alam dapat dibagi kedalam tiga strain, yaitu:
1. Strain Aceh, Penyebaranya dari pegunungan Selawah Agam sampai sekitar
Taman Nasional Gunung Leuser. Dari sini menyebar ke selatan mengikuti pegunungan bukit barisan lebih kurang 300 km melalui Danau Laut Tawar, Uwar, Blangkejeren sampai ke Kotacane. Di daerah ini tegakan pinus pada umumnya terdapat pada 800-2000 mdpl.
2. Strain Tapanuli, Menyebar di daerah Tapanuli ke selatan Danau Toba. Tegakan
lebar. Di daerah ini tegakan pinus tumbuh secara pada ketinggian 1000-1500 mdpl.
3. Strain Kerinci, Menyebar di sekitar pegunungan kerinci . tegakan pinus alami
yang luas terdapat di antara Bukit Tapan dan Sungai Penuh. Di daerah ini tegakan pinus tumbuh secara alami umumnya pada ketinggian 1500-2000 mdpl. (Butar- Butar et al.,1998)
P. merkusii merupakan jenis pohon daun jarum yang memiliki ketinggian
pohon mencapai 60 m sampai dengan 70 m dengan besar diameter 100 cm. Batang berbentuk bulat dan lurus, kulit berwarna coklat tua, kasar beralur dalam dan menyerpih dalam kepingan panjang. Kayu bertekstur halus, bila diraba licin dan mengandung damar (resin), permukaan mengkilap warna kuning muda, serat halus.
Pinus merkusii merupakan tumbuhan berumah satu ( monoecus unisexsualis), bunga berkelamin tungal. Bunga jantan dan betina dalam satu tunas. Bunga Pinus merkusii terbagi menjadi strobilus jantan dan betina. Strobilus jantan
berbentuk silindris dengan panjang 2-4 cm, terutama di bagian bawah tajuk. Sedangkan strobilus betina berbentuk kerucut, ujungnya runcing, bersisik dan biasanya erwarna coklat, pada tiap bakal biji terdapat sayap. Bunga muda berwarna kuning sedangkan bunga tua berwarna coklat. Strobili betina banyak terdapat di sepertiga bagian atas tajuk terutama di ujung dahan (Hidayat dan Hansen 2001).
2. 5 Arang
arang terdiri dari zat mudah menguap, abu, air, nitrogen dan sulfur (Manarsip dkk, 1996).
2. 6 Arang Aktif
Arang aktif merupakan senyawa karbon, yang dapat dihasilkan dari bahan- bahan yang mengandung karbon atau dari arang yang diperlakukan dengan cara khusus untuk mendapatkan permukaan yang lebih luas. Luas permukaan arang aktif berkisar antara 300-3500 m /gram. Arang aktif dapat mengadsorpsi gas dan 2 senyawa-senyawa kimia tertentu, tergantung pada besar atau volume pori-pori dan luas permukaan. Daya serap arang aktif sangat besar, yaitu 25- 1000% terhadap berat arang aktif.
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 dengan arang berdasarkan sifat pada permukaannya. Permukaan pada arang masih ditutupi oleh deposit hidrokarbon yang menghambat keaktifannya, sedangkan pada arang aktif permukaannya relative telah bebas dari deposit dan mampu mengabsorpsi karena permukaannya luas dan pori pori telah terbuka (Gomez-Serrano et al. 2003).
2. 6. 1 . Proses pembuatan arang aktif
Guerrero et,al (1970) dalam Rumidatul (2006) mengatakan pembuatan arang aktif
dapat dilakukan dalam dua tahap. Tahap pertama adalah pembentukan arang aktif pada suhu rendah. Tahap kedua adalah proses pengaktifan arang untuk menghilangkan hidrokarbon yang melapisi permukaan arang sehingga meningkatkan porositas arang. Menurut Cheremisinoff dan Eilerbusc (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 organic menjadi unsur karbon, serta mengeluarkan senyawa senyawa non karbon.
3. Aktivasi yaitu proses pembentukan dan penyusunan karbon sehingga pori- pori menjadi lebih besar.
Pada pembuatan arang aktif, mutu yang dihasilkan sangat tergantung dari bahan baku yang digunakan, bahan pengaktif, suhu dan cara pengaktifannya ( Hartoyo et al.1990). Pada prinsipnya arang aktif dapat dibuat dengan dua cara
yaitu :
1. Aktivasi secara kimia
Aktivasi cara kimia pada prinsipnya adalah perendaman arang dengan senyawa kimia sebelun dipanaskan. Pada proses pengaktifan secara kimia arang diaktifkan dalam larutan pengaktivasi selama 24 jam lalu ditiriskan dan dipanaskan pada suhu 600 ± 900 C selama 1 ± 2 jam. Bahan kimia o yang digunakan yaitu H PO , NH Cl, AlCl , HNO , KOH, NaOH, 3 4 4 3 3 KMnO , SO , H SO dan K S ( Kienle, 1986 ). 4 3 2 4 2
2. Aktivasi secara fisika
untuk menguapkan air yang terperangkap dalam pori-pori karbon aktif sehingga luas permukaan karbon aktif bertambah besar. Karbon dipanaskan di dalam tanur pada temperatur 800-900 C. oksidasi dengan o udara pada temperatur rendah, merupakan reaksi eksoterm sehingga sulit untuk mengontrolnya. Pemanasan dengan uap CO2 pada temperatur tinggi merupakan reaksi endoterm, sehingga lebih mudah dikontrol dan paling umum digunakan(Sembiring MT, Sinaga TS.2003)
2. 6. 2 . Struktur arang aktif
Menurut Kyotani (2000), luas permukaan, dimensi dan distribusi atom atom karbon penyusun struktur arang aktif sangat bergantung pada bahan baku, kondisi karbonisasi dan proses aktivasinya. Besar kecilnya ukuran pori dan kristalit kristalit arang aktif selain tergantung pada suhu karbonisasi juga bergantung pada
EDKDQ EDNX \DQJ GLJXQDNDQ_ 8NXUDQ SRULQ\D GDSDW EHUNLVDU DQWDUD __Ö OHELK EHVDU GDUL ___ Ö_ 0HQXUXW %XHNHQV et al (1985) dalam Rumidatul (2006) besarnya ukuran pori dibagi kedalam tiga kategori yaitu :
1. 0 DNURSRUL \DQJ EHUXNXUDQ GLDPHWHU OHELK EHVDU GDUL ___ Ö GHQJDQ Y sebanyak 0,8 ml/g dan permukaan spesifik antara 0,5 ± 2 m /g. 2
2. Mesopori yang berukuran diameter berkisar antara 50 - ___ Ö GHQJDQ volume 0,1 ml/g dan permukaan spesifik antara 20 ± 70 m /g. 2
3. 0 LNURSRUL \DQJ EHUXNXUDQ GLDPHWHU OHELK NHFLO GDUL __ Ö GDQ WH tiga bagian yaitu:
a. Maksi mikropori( diameter antara 25-__ Ö__ GDSDW GLJXQDNDQ XQWXN meyerap pigmen tanaman dan sangat baik untuk absorbsi molase
b. Mesi mikropori( diameter antara 15 ± __ Ö_ \DQJ VDQJDW EDLN XQWXN meyerap zat warna terutama metilen biru.
2. 6. 3 Sifat sifat arang aktif
Sifat arang aktif dapat dibagi menjadi dua, yaitu :
1. Sifat kimia
Arang aktif tidak hanya mengandung 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 permukaaan arang berasal dari bahan baku atau dapat juga terjadi pada proses aktivasi dengan uap (H O) atau udara. Keadaan ini biasanya dapat menyebabkan 2 arang bersifat asam atau basa (Brennan et al 2001).
2. Sifat fisika
Berdasarkan sifat fisika, arang aktif mempunyai beberapa karakteristik antara lain berupa padatan berwarna hitam, tidak berasa, tidak berbau, tidak larut dalam air, asam, basa ataupun pelarut pelarut organik (Hassler,1974). Menurut Hartoyo (1974) sifat fisik arang aktif dibagi menjadi dua, yaitu :
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. 4 . Penggunaan arang aktif
2. 1 Tabel penggunaan arang aktif dalam industri
3 Kimia perminyakan Penyulingan bahan mentah 4x8,4x12,8x30 4 Pembersih air Penghilangan warna, bau
penghilangan resin
5 Budi daya udang Permurnian, penghilangan ammonia, netrite phenol dan logam berat
4x8,4x12
6 Industri gula Penghilangan zat-zat warna, menyerap proses
penyaringan menjadi lebih sempurna
4x8, 4x12
7 Pelarut yang digunakan
Kembali
Penarikan kembali berbagai pelarut 4x8,4x12,8x30
8 Pemurnian gas Menghilangkan sulfur, gas beracun, bau busuk asap
4x8, 4x12
9 Katalisator Reaksi katalisator
pengangkut vinil chloride, vinil acetat
4x8, 4x30
10 Pengolahan Pupuk Pemurnian, penghilangan bau 8x30 11 Industri Baja Sebagai penguat
2. 6. 5 Jenis arang aktif
Menurut Styaningsih (1995) berdasarkan fungsinya arang aktif dapat dibedakan menjadi dua jenis, yaitu :
1. Arang penyerap gas (gas adsorbent cair)
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 tidak dapat ditemukan pada karbon jenis tempurung kelapa.
2. Arang fasa cair (liquid fase karbon)
Arang jenis ini digunakan untuk menyerap kotoran atau zat yang tidak di inginkan dari cairan atau larutan. Jenis pori pori dalam karbon ini adalah makropori yang memungkinkan molekul besar untuk masuk. Arang jenis ini biasanya berasal dari batu bara dan selulosa.
2. 6. 6 Daya serap arang aktif
2. 7 Kualitas Karbon Aktif
Kualitas karbon aktif dipengaruhi oleh jenis bahan baku, teknologi pengolahan, cara pengerjaan dan ketetapan penggunaannya. Bahan baku yang keras mempunyai berat jenis yang tinggi sehingga akan menghasilkan daya serap yang tinggi dibandingkan dengan bahan baku yang ringan dan mempunyai berat jenis yang rendah. Berdasarkan standar kualitas arang aktif menurut SNI 06 - 3730 ± 1995 tertulis pada tabel berikut ini :
Tabel 2.2 Kualitas arang aktif menurut SNI 06-3730-1995
No Uraian Persyaratan kualitas
Butiran Serbuk 1 Bagian yang hilang pada pemanasan 950 C, % o Maks 15 Maks 25
2 Kadar air,% Maks 4,5 Maks 15
3 Kadar abu, % Maks 2,5 Maks 10
4 Bagian tidak mengarang 0 0
5 Karbon aktif murni Min 80 Min 65
6 Daya serap terhadap I , mg/g 2 Min 750 Min 750
7 Daya serap terhadap benzena,% Min 25 -
8 Daya serap terhadap biru metilen, mg/g Min 60 Min 120
9 Berat jenis curah, g/ml 0,46-0,55 0,3-0,35
10 Lolos mesh 325, % - Min 90
11 Jarak mesh,% 90 -
12 Kekerasan, % 80 -
Sumber : Anonim (1995)
2. 9 Analisa Kualitas Arang Aktif a. Rendemen
Karbon aktif yang baik akan memberikan nilai rendemen yang tinggi, terdapatnya rendemen yang rendah desebabkan oleh masih meningkatnya laju reaksi antara karbon dan gas gas serta banyaknya jumlah senyawa zat menguap yang terlepas. Rendemen dapat diproleh dengan menggunakan persamaan :
Rendemen = àÔææÔÔåÔáÚÔÞçÜÙ àÔææÔÕÔÛÔáÕÔÞè x 100 % (2.1)
b. Kadar air (SNI, 1995)
Kadar air merupakan banyaknya air yang terkandung dalam karbon aktif setelah bahan baku berkarbon melalui ttahapan karbonisasi dan aktivasi kimia, baik yang terikat secara kimiawi maupun akibat pengaruh dari kondisi luarseperti iklim, ukuran butiran maupun proses penyaringan. Penetapan ini bertujuan untuk mengetahui sifat higroskopis arang aktif. Kadar air dihitung dengan menggunakan persamaan:
Ka = à5?à6
à5 x 100 % (2.2)
Keterangan:
Ka = Kadar air (%)
m1= Massa arang sebelum pemanasan m2= Massa arang setelah pemanasan
c. Kadar Zat Terbang (SNI, 1995)
Zat terbang merupakan nilai yang menunjukkan presentasi jumlah zat zat terbang yang terkadung dalam karbon aktif yang masih terkandung karena bahan baku memiliki kandungan zat zat terbang seperti H2, CO, CH4 dan uap uap yang mengembun seperti tar, gas CO2 dan H2O.
Kadar zat menguap = à5?à6 à5 x 100% (2.3)
m1 = Massa awal arang aktif m2 = Massa setelah pemanasan
d. Kadar Abu (SNI, 1995)
Abu di dalam karbon aktif merupakan kadar mineral matter yang terkandung didalamnya yang tidak terbakar pada proses karbonisasi dan tidak terpisah pada proses aktivasi.
Kadar abu = à6 à5 x 100 % (2.4)
Keterangan:
m1 = Massa awal arang aktif m2 = Massa akhir arang aktif
e. Karbon Terikat (SNI, 1995)
Penentuan kadar karbon terikat bertujuan untuk mengetahui kandungan karbon setelah proses karbonisasi dan aktivasi.
Kadar karbon terikat (%) = 100% - (Ka + Kzm) (2.5) Keterangan :
Ka = Kadar abu(%)
Kzm = Kadar zat menguap
f. Daya Serap Iodin (SNI, 1995)
Daya serap terhadap larutan iod = º_
³ã¿:¿ . Ä . À / ;
¿:ÔÚÏÔÙ; ë56:á=7ëÙã
Ô (2.6)
Dimana : A = Volume titrasi iodin (ml) B = Volume Na S O terpakai (ml) 2 2 3 fp= faktor pengencer
a = bobot arang aktif (gr)
