PENURUNAN KADAR LEMAK DAN MINYAK LIMBAH CAIR INDUSTRI BIODISEL DENGAN METODE ELEKTROLISIS DAN ADSORBSI MENGGUNAKAN KARBON AKTIF TESIS.

(1)

TESIS

Oleh

SONY 117006032/KIM

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

(2)

PENURUNAN KADAR LEMAK DAN MINYAK LIMBAH CAIR INDUSTRI BIODISEL DENGAN METODE ELEKTROLISIS DAN ADSORBSI

MENGGUNAKAN KARBON AKTIF

TESIS

Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Magister Sains dalam Program Studi Ilmu Kimia pada Sekolah Pascasarjana

Universitas Sumatera Utara

Oleh

SONY 117006032/KIM

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN 2014

(3)

Judul Tesis : PENURUNAN KADAR LEMAK DAN MINYAK LIMBAH CAIR INDUSTRI BIODISEL DENGAN METODE ELEKTROLISIS DAN ADSORBSI MENGGUNAKAN KARBON AKTIF

Nama Mahasiswa : SONY Nomor Pokok : 117006032 Program Studi : Ilmu Kimia

Menyetujui

Komisi Pembimbing

Pembimbing I Pembimbing II

(Prof. Dr. Zul Alfian, M.Sc) (

Ketua Anggota

Prof. Dr. Harry Agusnar, M.Sc, M.Phill)

Ketua Program Studi Dekan

(4)

Telah diuji pada

Tanggal : 22 Juli 2014

PANITIA PENGUJI TESIS

KETUA : Prof.Dr. Zul Alfian, M.Sc

ANGGOTA : 1. Prof. Dr. Harry Agusnar, M.Sc, M.Phill 2. Prof. Harlem Marpaung, M.Sc

3. Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D 4. Dr. Hamonangan Nainggolan, M.Sc

(5)

PERNYATAAN

TESIS

Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam tesis ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi dan sepanjang pengetahuan saya tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain kecuali secara tertulis diacu dalam naskah dan disebutkan sumbernya dalam daftar pustaka.

Medan, Juli 2014 Penulis

(6)

ABSTRAK

Penelitian tentang pengolahan limbah cair industri biodisel dengan proses elektrolisis dan adsorbsi menggunakan karbon aktif (KA) cangkang kelapa sawit telah dilakukan. Penelitian meliputi pembuatan karbon aktif, karakterisasi dan penggunaanya sebagai adsorben pada pengolahan limbah cair. Pada tahap pertama limbah cair dielektrolisis untuk menurunkan pH menjadi ≤ 2, kemud ian tahap kedua limbah cair diadsorbsi dengan karbon aktif dan difiltrasi menggunakan kertas saring, tahap berikutnya limbah cair kembali dielektrolisis kembali untuk menaikkan kembali pH ± 7. Dari penelitaian ini didapat lama proses elektrolisis untuk mendapatkan pH limbah 2 adalah selama 50 menit untuk 200 mL sampel limbah cair. Hasil uji limbah cair industri biodisel pada kondisi optimum didapat kadar lemak dan minyak (L & M) 12 ppm dan Kebutuhan Oksigen Kimiawi (KOK) 47 ppm.

(7)

REDUCTION OIL AND GREASE CONTENT OF BIODIESEL WASTEWATER INDUSTRY BY ELECTROLISYS METHOD AND ADSORBTION

USING ACTIVATED CARBON ABSTRACT

Research on biodiesel wastewater treatment by electrolysis and adsorption using activated carbon (AC) of oil palm shell has been done. The study includes the manufacture of activated carbon, characterization and its use as an adsorbent in

wastewater treatment. In the first stage wastewater electrolyzed to lower the pH ≤ 2,

then the second stage wastewater adsorbed with activated carbon and filtered using filter paper, the next stage of wastewater re-electrolyzed back to raise the pH of ± 7. From this study obtained long process of electrolysis to get waste pH 2 is for 50 minutes for a 200 mL sample of wastewater. Test results of biodiesel wastewater in optimum condition obtained oil and grease content (O & G) 12 ppm and Chemical Oxygen Demand (COD) ppm 47.

(8)

KATA PENGANTAR Bismillahirrahmanirrahim

Puji Syukur yang tak terhingga penulis ucapkan dengan segala kerendahan hati dan diri kepada Allah SWT, Sang Khaliq yang senantiasa mencurahkan segala nikmat Iman, Islam dan Ihsan, serta Shalawat dan salam kepada Nabi Allah sebagai patron insan terbaik ; Rasulullah Muhammad sehingga penulis mampu menyelesaikan penelitian hingga selesainya penulisan tesis ini dengan sebaik mungkin. Tesis ini berjudul “PENURUNAN KADAR LEMAK DAN MINYAK LIMBAH CAIR INDUSTRI BIODISEL MENGGUNAKAN METODE ELEKTROLISIS DAN ADSORBSI MENGGUNAKAN KARBON AKTIF”. Tesis ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains (M.Si) Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universias Sumatera Utara Medan.

Keberhasilan dari penelitian dan penulisan tesis ini tidak terlepas dari bantuan berbagai pihak yang terlibat secara langsung maupun tidak langsung dan telah memberikan dukungan baik secara moril maupun materil. Dalam kesempatan ini penulis ingin menyampaikan terima kasih yang tidak terhingga kepada :

Orangtua penulis, buat Ayahanda Sunarto dan Ibunda Ngatinem yang selalu sabar dan mendoakan, memberi perhatian, dan menjadikan inspirasi di setiap langkah hidup kami. Kepada kakak saya tersayang Sriyani dan adik saya tersayang Yunita yang selalu memotivasi dan menginspirasi disetiap langkah hidup kami. Istri penulis Khairina safitri, S.Si, yang senantiasa mendoakan dan menjadi teman untuk berbagi, beserta ibunda Khairotun Nisaiah, S.Pd, abangda Khairi Saputra, ST, adik-adik kami Irmaliyani, S.Pd dan Widya Faridayanti.

Bapak Prof.Dr. Zul Alfian, M.Sc selaku dosen pembimbing I dan Prof. Dr. Harry Agusnar, M.Sc. M.Phill selaku dosen pembimbing II yang telah dengan sabar meluangkan waktu, tenaga, dan pikirannya serta memberikan masukan, saran, dan petunjuk kepada penulis dalam melakukan penelitian dan penyusunan tesis ini.

(9)

Bapak Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu, DMT&H, M.Sc, (CTM), Sp.A(K) dan Dr. Sutarman, M.Sc selaku Rektor Universitas Sumatera Utara dan Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara. Bapak Prof.Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D dan Dr. Hamonangan Nainggolan, M.Sc selaku ketua program studi dan sekretaris Pascasarjana Ilmu Kimia. Bapak dan Ibu dosen Pascasarjana Ilmu Kimia yang telah membimbing dan memotivasi serta memberi disiplin ilmu selama penulis menjalani studi.

Kak Lely selaku tata usaha Pascasarjana Ilmu Kimia. Rekan-rekan penulis diprogram Pascasarjana Ilmu Kimia yang telah berbagi banyak ilmu yang bermanfaat.

Sahabat terbaik yang selalu mengerti, membantu, dan berbagi dalam suka dan duka, Benny Hudaya, S.Si, Rivan,S.Si dan Hendi Surya Lubis, S.Si. Semua saudara dan teman-teman yang selalu mendoakan yang terbaik kepada penulis yang tidak dapat disebutkan satu persatu, yang telah dengan sabar mendengarkan segala keluh kesah dan memberikan masukannya kepada penulis.

Penulis menyadari bahwa tesis ini masih banyak kekurangan. Oleh karena itu, kritik dan saran yang membangun dari pihak pembaca sangat diharapkan penulis demi kesempurnaan tesis ini. Akhir kata semoga tesis ini bermanfaat bagi penelitian dan kemajuan ilmu pengetahuan untuk massa yang akan datang.

Medan, Juli2014 Penulis

(10)

RIWAYAT HIDUP DATA PRIBADI

Nama Lengkap berikut gelar : Sony, S.Si

Tempat dan Tanggal Lahir : Solo, 10 Maret 1987

Alamat Rumah : Jl. Melati No. 5 DSN I. Helvetia, Kec. Labuhan Deli. Kab. Deli Serdang. Sumatera Utara

Telepon/HP : +6281397979181

Email : sony_soenarto@yahoo.co.id

Nama Ayah : Sunarto

Nama Ibu : Ngatinem

DATA PENDIDIKAN

SD : SD Negeri 101786 Labuhan deli, Kab. Deli Serdanng Tamat : 1999 SMP : SLTP N 1 Labuhan Deli, Kab. Deli Serdang Tamat : 2002 SMA : YPI Amir Hamzah Medan, Medan Tamat : 2005 Strata-1 : Kimia FMIPA USU Tamat : 2019 Strata-2 : Program Magister Ilmu Kimia USU Tamat : 2014

(11)

DAFTAR ISI

Halaman

ABASTRAK i

ABSTRACT ii

KATA PENGANTAR iii

RIWAYAT HIDUP v

DAFATR ISI vi

DAFTAR TABEL viii

DAFTAR GAMBAR ix DAFTAR LAMPIRAN x DAFTAR SNGKATAN xi BAB 1. PENDAHULUAN 1 1.1 Latar Belakang 1 1.2 Perumusan Masalah 3 1.3 Pembatasan Masalah 4 1.4 Tujuan Penelitian 4 1.5 Manfaat Penelitian 4 1.6 Metode Penelitian 4 1.7 Lokasi Penelitian 4

BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA 5

2.1 Limbah 8

(12)

2.4 Elektrolisis 19

2.5 Elektrolisis Air 22

2.6 Elektrolisis Larutan Metanol 24

BAB 3. METODE PENELITIAN 25

3.1 Alat dan Bahan 25

3.1.1 Alat 25

3.1.2 Bahan 25

3.2 Prosedur Penelitian 26

3.2.1 Pembuatan Arang Aktif 26

3.2.2 Penentuan Kadar Air Karbon Aktif 26

3.2.3 Uji Adsorbsi Metilen Biru dengan Karbon Aktif 27 3.2.3.1 Pembuatan Larutan Standar Metilen Biru 27

3.2.3.2 Penentuan λ Maksimum 27

3.2.3.3 Adsorbsi Metilen dengan Karbon Aktif 27

3.2.4 Uji Adsorbsi Karbon Aktif Terhadap Iodine (ASTM D4607-94) 28

3.2.5 Penentuan Kadar Lemak dan Minyak 28

3.2.6 Uji Adsorbsi Lemak dan Minyak menggunakan Karbon Aktif 28 3.2.7 Uji Penurunan pH dengan Proses Elektrolisis 29

3.2.8 Pembuatan Jembatan Garam 29

3.2.9 Deadsorbsi Lemak dan Minyak dalam Karbon Aktif 29

3.3 Bagan Penelitian 30

BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN 37

4.1 Analisis Limbah Cair Industri Biodisel 37

4.2 Karakterisasi Karbon Aktif 37

(13)

4.2.2 Uji Adsorbsi KArbon Aktif Terhadap Metilen Biru 38 4.2.3 Uji Adsorbsi KArbon Aktif Terhadap Iodin 40

4.3 Penentuan Kondisi Optimum 41

4.3.1 Penentuan pH Optimum 41

4.3.2 Penentua Waktu kontak Optimum 41

4.4 Isoterm Adsorbsi Freunlich 42

4.5 Penurunan Liabah Cair Industri Biodisel 43

4.6 Adsorbsi Minyak dan Lemak 43

4.7 Deadsorbsi dan Uji Pemakaian Kembali Arang aktif 45

BAB 5. KESIMPULAN DAN SARAN 47

5.1 Kesimpulan 47

5.2 Saran 47

DAFTAR PUSTAKA 48

(14)

DAFTAR TABEL

Nomor Judul Halaman

Tabel 2.1 Baku Mutu Air Limbah 9

Tabel 4.1 Hasil Analisis Limbah Cair Industri Biodisel 37 Tabel 4.2 Hasil Analisis Kadar Air Karbon Aktif 38

Tabel 4.3 Uji adsorbsi Metilen Biru 40

Tabel 4.4 Uji Adsorbsi Iodin 40

Tabel 4.5 Isoterm adsorbsi Freunlich 42

Tabel 4.6 Analisis Limbah cair Industri Biodisel Setelah Pengolahan 44 Tabel 4.7 Perbandingan Daya Adsorbsi Karbon Aktif bekas dan Baru 45

(15)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Bagan proses pembuatan biodisel 5

Gambar 2.2 Raksi esterifikasi asam lemak dengan katalis asam 7 Gambar 2.3 Mekanisme reaksi transesterifikasi trigliserida dengan

katalis basa 8

Gambar 2.4 Mekanisme aktivasi arang aktif dengan larutan H3PO4 15

Gambar 2.5 Hasil analisa SEM karbon aktif dari tempurung

kelapa sebelum dan setelah aktivasi dengan NaOH 15

Gambar 2.5 Oksidasi elektrolisis air 21

Gambar 4.1 Kurva Panjang Gelombang Optimum metilen Biru 38

Gambar 4.2 Kurva Kalibrasi Metilen Biru 39

Gambar 4.3 Pengaruh pH Terhadap Adsorbsi Minyak dan Lemak 41

Gambar 4.4 Pengaruh Waktu Kontak 41

Gambar 4.5 Kurva Isoterm Adsorbsi Freunlich 42

Gambar 4.6 Kurva Penurunan Limbah Cair Industri Biodisel 43 Gambar 4.7 Kurva Peningkatan Limbah Cair Industri Biodisel 44

(16)

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1 Perhitungan Penentuan Kadar air karbon aktif 51 Lampiran 2 Perhitungan Penentuan Adsorbsi Iodin 52 Lampiran 3 Penentuan Garis Regresi Kurva Kalibrasi Metilen Biru 54 Lampiran 4 Penentuan Garis Regresi Isoterm Adsorbsi Freunlich 56 Lampiran 5 Gambar Peralatan dan Bahan Penelitian 58

(17)

DAFTAR SINGKATAN

MEAL : Metil Ester Asam Lemak KA : Karbon Aktif

ASTM : American Standart for Testing and Material L&M : Lemak Dan Minyak

KOK : Kebutuhan Oksigen Kimiawi O&G : Oil & Grease

COD : Chemical Oxygen Demand SNI : Standar Nasional Indonesia SEM : Scanning Electron Microscopy DC : Direct Curent