1 OPTIMASI DOSIS ADSORBEN DAN WAKTU KONTAK
ARANG AKTIF CANGKANG BUAH NIPAH (Nypa fruticans Wurmb.) SEBAGAI ADSORBEN ION TIMBAL (II)
Defri Oktaviardi1*, Sofia Anita2
1Mahasiswa Program S1 Kimia
2Dosen Bidang Kimia Analitik Jurusan Kimia
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Riau Kampus Bina Widya, Pekanbaru, 28293, Indonesia
*defri.oktaviardi3315@student.unri.ac.id ABSTRACT
The aim of this study was to utilize nypa shells into activated carbon which is used as adsorbent lead (II) ions. Nypa shells carbon made by carbonization at 500℃ for 1 hour.
Nypa shells carbon activated by microwave at 600 W for 10 minutes.Activated carbon of nypa shells applied to adsorb lead (II) ions with variation of dose adsorbent and contact time. The concentration of lead (II) ion in the solution analized by ICP-OES instrument. The result showed the optimum dose of activated carbon of nypa shells used in absorbing lead (II) ions of 2.5 g with an adsorption efficiency of 98.92% and the optimum contact time occured at 90 minutes with an adsorption efficiency of 99.53%. It concluded that activated carbon of nypa shells have the potential to be an adsorbent in adsorbing lead (II) ions.
Keywords: activated carbon, adsorption, lead (II) ions, nypa shell.
ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk memanfaatkan cangkang buah nipah menjadi arang aktif yang digunakan sebagai adsorben ion timbal (II). Arang cangkang buah nipah dibuat melalui karbonisasi pada suhu 500℃ selama 1 jam. Arang cangkang buah nipah diaktivasi menggunakan microwave pada daya 600 W selama 10 menit. Arang aktif cangkang buah nipah diaplikasikan untuk menjerap ion timbal (II) dengan variasi dosis adsorben dan waktu kontak.Konsentrasi ion timbal (II) dalam larutan dianalisis dengan instrumen ICP-OES. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa dosis adsorben optimum arang aktif cangkang buah nipah yang digunakan dalam menjerap ion timbal (II) yaitu pada dosis adsorben sebanyak 2,5 g dengan efisiensi adsorpsi sebesar 98,92%, dan waktu kontak optimum terjadi pada waktu 90 menit dengan efisiensi adsorpsi sebesar 99,53%. Dapat disimpulkan bahwa arang aktif cangkang buah nipah berpotensi sebagai adsorben dalam menjerap ion timbal (II).
Kata kunci: arang aktif, adsorpsi, ion timbal (II), cangkang buah nipah.
2 PENDAHULUAN
Nipah (Nypa fruticans) merupakan tanaman yang banyak tumbuh di hutan daerah pasang surut dan muara sungai yang berair payau (Mulyadi et al., 2013).
Provinsi Riau merupakan salah satu daerah terluas di Indonesia yang banyak ditumbuhi tanaman nipah. Menurut BPDAS, tanaman nipah di Provinsi Riau yaitu sekitar 41.530,09 ha yang berada di sepanjang pesisir pantai Kabupaten Rokan Hilir dan Indragiri Hilir.
Hampir semua bagian tanaman nipah dapat dimanfaatkan seperti nira, daun, pelepah daun, dan buah nipah.
Namun, cangkang buah nipah belum banyak dimanfaatkan. Cangkang buah nipah memiliki komposisi kimia yang terdiri dari 45,6% selulosa, 23,5%
hemiselulosa, dan 19,4% lignin (Tamunaidu & Saka, 2011). Tingginya kandungan selulosa maka dapat dimanfaatkan sebagai sumber karbon (C) dalam pembentukan arang aktif, sehingga dapat digunakan untuk menjerap ion logam berat seperti timbal.
Ion timbal (Pb2+) merupakan ion logam berat yang berbahaya dan dapat menyebabkan terjadinya pencemaran terhadap lingkungan dan kesehatan manusia. Pencemaran logam timbal pada umumnya berasal dari aktivitas industri, pertambangan, dan kendaraan bermotor (Ramadhani et al., 2020). Menurut Peraturan Pemerintah Nomor 22 Tahun 2021, kadar maksimum cemaran timbal dalam perairan yaitu sebesar 0,03 mg/L.
Oleh karena itu, diperlukan suatu metode untuk mengurangi terjadinya pencemaran timbal pada lingkungan.
Metode yang paling banyak digunakan adalah adsorpsi dengan menggunakan adsorben dari arang aktif.
Arang aktif merupakan arang yang diproses sedemikian rupa sehingga memiliki kemampuan adsorpsi yang lebih tinggi (Syauqiah et al., 2011).
Dalam pembuatan arang aktif, perlu dilakukan tahap aktivasi agar diperoleh arang dengan kualitas yang baik. Saat ini berkembang metode aktivasi fisika dengan menggunakan gelombang mikro (microwave).
Penelitian Annur & awitdrus (2016), dilakukan pembuatan arang aktif dari cangkang buah ketapang dengan metode aktivasi menggunakan iradiasi gelombang mikro (microwave) pada daya 630 W. Penelitian ini dilakukan untuk melihat pengaruh iradiasi microwave terhadap kualitas arang aktif sebagai adsorben, waktu iradiasi divariasikan selama 15, 20 dan 25 menit.
Penelitian tersebut memberikan hasil bahwa karakeristik arang aktif terbaik yaitu dengan waktu iradiasi microwave selama 15 menit, dengan luas permukaan yang diperoleh sebesar 304,82 m2/g dan uji daya jerap metilen biru yang dihasilkan sebesar 82,46 mg/g. Hasil ini menunjukkan bahwa waktu iradiasi microwave mempengaruhi kualitas adsorpsi dan arang aktif yang dihasilkan.
Susilawati (2022) melakukan penelitian untuk menentukan suhu karbonisasi dan waktu aktivasi menggunakan microwave dengan daya 600 W dalam pembuatan arang aktif dari cangkang buah nipah. Suhu karbonisasi yang dilakukan yaitu pada suhu 300, 400, 500, 600 dan 700°C, serta waktu aktivasi dengan microwave selama 5, 10 dan 15 menit. Penelitian tersebut
3 menunjukkan bahwa suhu karbonisasi
terbaik yaitu pada suhu 500°C, dengan waktu aktivasi selama 10 menit. Arang aktif cangkang buah nipah yang dihasilkan memiliki daya jerap terhadap iodium sebesar 1.003,3 mg/g. Besarnya nilai daya jerap iodium yang dihasilkan, maka arang aktif cangkang buah nipah berpotensi untuk menjerap ion logam.
Berdasarkan pada uraian yang telah dijelaskan sebelumnya, maka dilakukan penelitian untuk melihat potensi arang aktif cangkang buah nipah sebagai adsorben dalam menjerap ion logam berat seperti timbal.
METODE PENELITIAN a. Alat dan bahan
Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah oven (Stericell), furnace (Vulcan A-130), microwave (Samsung ME731K), ayakan 100 mesh dan 200 mesh, neraca analitik (Kern ABS 220-4), desikator, hotplate, ICP-OES (Agilent 5100), dan seperangkat alat gelas lainnya sesuai prosedur kerja.
Adapun bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah cangkang buah nipah, akuades (H2O), aqua demineralized (aqua DM), dan timbal nitrat (Pb(NO3)2).
b. Preparasi sampel cangkang buah nipah
Sampel yang digunakan dalam penelitian ini adalah bagian cangkang dari buah tanaman nipah. Cangkang buah nipah dicuci dengan air keran kemudian dipotong-potong menjadi ukuran yang lebih kecil. Cangkang buah
nipah yang telah dipotong dibilas dengan akuades, lalu dijemur dibawah sinar matahari selama lebih kurang 7 hari hingga kering.
c. Pembuatan arang cangkang buah nipah
Cangkang buah nipah di oven pada suhu 100 ± 5℃ selama 3 jam hingga kering. Cangkang buah nipah dimasukkan ke dalam cawan krusibel dan dikarbonisasi dengan furnace pada suhu 500℃ selama 1 jam. Arang cangkang buah nipah dimasukkan ke dalam desikator dan dibiarkan hingga dingin. Arang digerus menggunakan lumpang dan alu, lalu diayak menggunakan ayakan dengan ukuran lolos di 100 mesh dan tertahan di 200 mesh.
d. Aktivasi arang Cangkang buah nipah
Aktivasi arang cangkang buah nipah dilakukan dengan cara iradiasi menggunakan gelombang mikro (microwave). Arang cangkang buah nipah ditimbang sebanyak 5 g, kemudian diaktivasi dengan microwave pada daya 600 W selama 10 menit.
e. Adsorpsi arang aktif cangkang buah nipah terhadap ion timbal (II)
1. Variasi dosis adsorben
Arang aktif cangkang buah nipah ditimbang sebanyak 0,5; 1,0; 1,5; 2,0;
2,5 dan 3,0 g, masing-masing sampel dikontakkan dengan 50 mL larutan simulasi timbal (II) 100 mg/L.
Campuran diaduk dengan magnetic
4 stirrer pada kecepatan 300 rpm selama
15 menit, lalu didiamkan selama 24 jam.
Campuran dipisahkan dengan cara disaring menggunakan kertas saring Whattman No. 42. Konsentrasi ion timbal (II) dianalisis dengan instrumen Inductively Coupled Plasma - Optical Emission Spectroscopy (ICP-OES).
2. Variasi waktu kontak
Arang aktif cangkang buah nipah dengan dosis optimum ditimbang dan dikontakkan dengan 50 mL larutan simulasi timbal (II) 100 mg/L.
Campuran diaduk dengan magnetic stirrer pada kecepatan 300 rpm dengan variasi waktu kontak yang digunakan yaitu 30, 60, 90 dan 120 menit, lalu didiamkan selama 24 jam. Campuran dipisahkan dengan cara disaring menggunakan kertas saring Whattman No. 42. Konsentrasi ion timbal (II) dianalisis dengan instrumen ICP-OES.
Efisiensi arang aktif cangkang buah nipah dalam menjerap ion timbal (II) ditentukan dengan menggunakan rumus:
(%) = (C₀ − Cₑ)
C₀ × 100%
Keterangan:
C₀ = Konsentrasi awal (mg/L) Ce = Konsentrasi akhir (mg/L)
HASIL DAN PEMBAHASAN
a. Adsorpsi arang aktif cangkang buah nipah
1. Variasi dosis adsorben
Adsorpsi arang aktif cangkang buah nipah terhadap ion timbal (II) 100 mg/L
dengan variasi dosis adsorben 0,5; 1,0;
1,5; 2,0; 2,5 dan 3,0 g ditampilkan pada Gambar 1.
Gambar 1. Pengaruh dosis adsorben terhadap efisiensi adsorpsi arang aktif cangkang buah nipah.
Gambar 1. Menunjukkan dosis adsorben optimum pada adsorpsi arang aktif cangkang buah nipah terhadap ion timbal (II) terjadi pada dosis adsorben sebanyak 2,5 g dengan efisiensi adsorpsi 98,92%. Berdasarkan dari gambar tersebut, dapat dilihat bahwa dengan bertambahnya dosis adsorben, maka juga terjadi peningkatan terhadap daya jerapnya. Menurut Wijayanti (2009), adanya peningkatan dosis arang aktif yang digunakan maka juga terjadi peningkatan terhadap persentase penjerapan terhadap ion logam. Namun, pada dosis adsorben 3,0 g terjadi penurunan terhadap daya jerap arang aktif cangkang buah nipah dengan efisiensi adsorpsi 98,81%. Penurunan daya jerap arang aktif disebabkan karena ion timbal (II) dalam larutan telah habis teradsorpsi ke dalam adsorben.
2. Variasi waktu kontak
Adsorpsi arang aktif cangkang buah nipah terhadap ion timbal (II) 100 mg/L dengan variasi waktu kontak 30, 60, 90 dan 120 menit ditampilkan pada Gambar 2.
94,00 95,00 96,00 97,00 98,00 99,00 100,00
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3
Efisiensi (%)
Dosis adsorben (g)
5
Gambar 2. Grafik hubungan waktu kontak terhadap efisiensi adsorpsi arang akting cangkang buah nipah.
Gambar 2. Menunjukkan pengaruh waktu kontak terhadap efisiensi arang aktif cangkang buah nipah dalam menjerap ion timbal (II). Waktu kontak merupakan salah satu faktor yang dapat mempengaruhi kemampuan adsorben dalam menjerap adsorbat. Berdasarkan Gambar 2. tersebut, dapat dilihat bahwa dengan meningkatnya waktu kontak yang digunakan dalam adsorpsi, maka daya jerapnya juga meningkat. Waktu kontak optimum terjadi pada waktu kontak selama 90 menit dengan efisiensi adsorpsi 99,53%, dan terjadi penurunan daya jerapnya pada waktu 120 menit dengan efisiensi adsorpsi 99,51%.
Menurut Sulistyawati (2008), penurunan daya jerap arang aktif diakibatkan karena adanya proses desorpsi atau pelepasan adsorbat kembali selama proses pengadukan.
Waktu kontak yang berlebih menyebabkan adsorben menjadi lewat jenuh dan kemungkinan interaksi antara ion timbal (II) dengan permukaan arang aktif belum stabil dan menyebabkan ion timbal (II) terlepas kembali dari permukaan arang aktif.
KESIMPULAN
Berdasarkan hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa arang aktif cangkang buah nipah berpotensi dalam menjerap ion logam berat seperti timbal. Dosis adsorben optimum yang diperoleh dalam menjerap ion timbal (II) yaitu pada dosis adsorben sebanyak 2,5 g, dengan efisiensi adsorpsi 98,92%. Serta waktu kontak optimum terjadi pada waktu kontak selama 90 menit, dengan efisiensi adsorpsi sebesar 99,53%.
DAFTAR PUSTAKA
Annur, A. dan Awitdrus. 2016. Pengaruh waktu iradiasi gelombang mikro terhadap kualitas karbon arang aktif dari cangkang buah ketapang sebagai adsorben. Repository University of Riau.
Mulyadi, F. A., Dewi, A. I., dan Deoranto, P. 2013. Pemanfaatan kulit buah nipah untuk pembuatan briket bioarang sebagai sumber energi alternatif. Teknologi Pertanian, 14 (1).
Ramadhani, L. F., Imaya, M. N. Ratna, Y., dan Erwan, A.S. 2020. Review:
teknologi aktivasi fisika pada pembuatan karbon aktif dari limbah tempurung kelapa. Jurnal Teknik Kimia, 2 (26): 42-53.
Sulistyawati, S. 2008. Modifikasi tongkol jagung sebagai adsorben logam berat Pb (II). Skripsi, Institut Pertanian Bogor.
99,00 99,20 99,40 99,60 99,80 100,00
0 30 60 90 120
Efisiensi (%)
Waktu Kontak (menit)
6 Susilawati, N. 2022. Optimasi arang
aktif cangkang buah nipah (Nypa fruticans wurmb) variasi suhu karbonisasi dan waktu radiasi diaktivasi dengan microwave.
Skripsi, Universitas Riau, Pekanbaru.
Syauqiah, I., Amalia, M., dan Kartini, H.
A. 2011. Analisis variasi waktu dan kecepatan pengaduka pada proses adsorpsi limbah logam berat dengan arag aktif. INFO TEKNIK, 12 (1):
11-20.
Tamunaidu, P. dan Shiro, S. 2011.
Chemical characterization of various parts of nipa palm (Nypa fruticans).
Industrial Crops and Products.
3 (34): 1423–1428.
Wijayanti, R. 2009. Arang Aktif dari Ampas Tebu sebagai Adsorben pada Pemurnian Minyak Goreng Bekas. FMIPA IPB, Bogor.
