STUDI ADSORPSI KHLOR DALAM PENJERNIHAN AIR BUANGAN KOLAM RENANG MENGGUNAKAN KARBON AKTIF DARI JERAMI PADI BOBBY SULIYANTO

(1)

STUDI ADSORPSI KHLOR DALAM PENJERNIHAN AIR BUANGAN KOLAM RENANG MENGGUNAKAN KARBON AKTIF

DARI JERAMI PADI

TUGAS AKHIR

BOBBY SULIYANTO 120407031

PROGRAM STUDI TEKNIK LINGKUNGAN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

2018

Dosen Pembimbing Dr. Amir Husin, ST, MT.

NIP : 19690215 199512 1 001

TA/TL-USU/2018/067

(2)

STUDI ADSORPSI KHLOR DALAM PENJERNIHAN AIR BUANGAN KOLAM RENANG MENGGUNAKAN KARBON AKTIF

DARI JERAMI PADI

TUGAS AKHIR

BOBBY SULIYANTO 120407031

TUGAS AKHIR INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK

PROGRAM STUDI TEKNIK LINGKUNGAN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

2018

Dosen Pembimbing Dr. Amir Husin, ST, MT.

NIP : 19690215 199512 1 001

Universitas Sumatera Utara

(3)

saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa tugas akhir dengan judul:

STTIDI ADSORPSI

KHLOR DALAM PENJERNIHAN AIR BUANGAN KOLAM RENANG MENGGUNAKAN KARBON AKTIF

DARI JERAMI PADI

Dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Lingkungan _FakultasTeknik Universitas Sumatera Utara. Tugas akhir ini

adalah hasil saya kecuali kutipan-kutipan yang telah saya sebutkan sumbernya.

Demikian pernyataan

ini

dibuat, apabila dikemudian hari terbukti bahwa karya ini bukan karya saya atau merupakan hasil jiplakan _maka_saya_bersedia_menerima_sanksi sesuai dengan aturan yangberlaku.

NrM. t2 0447

$1

(4)

7 HALAMAN

PENGESAHAN

Tugas akhir dengan judul:

STUDI ADSONPSI

KTILOR DALAM PENJERNIIIAI{ AtR BUANGAN KOLAM

RENANG

MENGGUNAKAN KARBON AKTIF

DARI JERAMI PADI

Dibuat untuk melengkapi persyaratan menjadi Sarjana Teknik ^padaProgram Studi Teknik Lingkungan Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Tugas akhir ini telah

diujikan pada Sidang Tugas Akhir pada

3

Agustus 2018 dan dinyatakan telah memenuhu syarat/sah sebagai Tugas Akhir pada Program Studi Teknik Lingkungan Fakultas Teknik Univesitas Sumatera Utara.

Medan,3 Agustus 2018 DosenPembimbing

Ir. Netti Herlinia. M.T.

NrP. 19680425 1999903 2A04

Dosen Penguji

II

Menyetujui,

Koordinator Tugas Akhir

Isra' Suryati. S.T.. M.$i NIP. 19790622 201404 2001

4<

Dr. Amir Husin. S.T.. M.T.

NIP. 19690215 199512 1001

Doesn Penguji I

Ir. Netti Herlina. M.T.

MP. 19680425 1999903 2004

Mengetahui,

(5)

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT, karena berkat rahmat dan karunia-Nya yang begitu besar kepada penulis, maka pada kesempatan kali ini penulis dapat menyelesaikan proposal akhir yang berjudul Studi Adsorbsi Khlor Sisa dalam Penjernihan Air Menggunakan Karbon Aktif dari Jerami Padi.

Ucapan terima kasih atas bantuan dan motivasi sehingga proposal tugas akhir dapat diselesaikan dengan baik kepada:

1. Bapak Dr. Amir Husin, ST, MT sebagai dosen pembimbing yang telah memberikan dorongan, arahan, moril dan materil dalam penyelesaian proposal ini.

2. Ibu Isra Suryati, S.T., M.Si sebagai koordinator tugas akhir yang telah memberikan nasehat-nasehat.

3. Ibu Ir. Netti Herlina, M.T, selaku ketua Jurusan Program Studi Teknik Lingkungan Universitas Sumatera Utara.

4. Bapak, Ibu, dan adik yang tidak pernah berhenti memberikan dorongan semangat, doa setulus-tulusnya, dan dukungan.

5. Kak Yani Simamora, S.H yang telah membantu dan memberikan bantuan, arahan, dan dorongan kepada penulis.

6. Calvin, Daniel, Alan, Hafidz ST, Arif, Usman, Dika ST, Fajrur, Samuel, Karina ST, Meidina ST, Fira, Runi ST, Andi, Cristo, Anggi, Nicholas, Hendriman, Steven yang telah banyak membantu, memberikan motivasi dan dukungan

7. Rekan-rekan seperjuangan HMTL FT USU khususnya G1

Semoga dengan dibuatnya proposal tugas akhir ini, dapat menjadi landasan pemikiran baru untuk perkembangan ilmu pengetahuan. Akhirnya, segala daya upaya penulis serahkan kembali kehadirat-Nya.

Medan, 3 Oktober 2018

Penulis

(6)

ABSTRACT

Clean water is one of the most important things in everyday life. Clean water can be processed into drinking water and can be used in public facilities such as swimming pools.

Indonesia is rich in many rice crops, but many wastes from rice are also in the form of straw and rice husks. Rice straw can be processed into activated carbon which can be used to absorb harmful substances in water.

This study utilizes activated carbon made from rice straw as the adsorbent. Activation of rice straw by soaking it in NaOH solution with levels of 2%, 10%, 20% then heated on a hotplate. This study aims to determine the time of Adsorption equilibrium compared to other commercially active carbon. The duration of this study is 8 months. As for testing the characteristics of activated carbon using 3 methods, namely, Water Content, Ash Content, Iodine Absorption.

The results of this study as for the absorption efficiency of Activated Carbon which was activated with 2% NaOH of 0.678%, 10% NaOH of 0.998%, 20% NaOH of 3.598% and Commercial Activated Carbon of 20.948%. These results indicate that the efficiency of chlorine chlorination with activated carbon activated by NaOH is smaller than the absorption efficiency of chlorine using commercially active carbon. The optimal time for chlorine adsorption is 900 seconds or 15 minutes. Activated carbon which is activated using NaOH using the equation of the Langmuir model isotherm, commercial activated carbon uses the equation of the Freundlich model isotherm

Keywords: Adsorption, Swimming Pool Water, Activated Carbon, Chlorine (Cl), Rice Straw, Isotherm.

(7)

ABSTRAK

Air bersih adalah salah satu yang penting dalam kehidupan sehari hari. Air bersih dapat diolah menjadi air minum dan dapat digunakan dalam fasilitas umum seperti kolam renang. Indonesia kaya akan hasil bumi padi yang banyak, namun limbah dari padi tersebut banyak juga yang berupa jerami dan sekam padi. Jerami padi tersebut dapat diolah menjadi karbon aktif yang bisa digunakan untuk menyerap zat-zat berbahaya dalam air.

Penelitian ini memanfaatkan karbon aktif yang terbuat dari jerami padi sebagai adsorbenya. Pengaktifan jerami padi dengan cara direndam di larutan NaOH dengan kadar 2%, 10%, 20% kemudian dipanaskan diatas hotplate. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui Waktu kesetimbangan Adsorpsi lalu dibandingkan dengan Karbon Aktif komersial lainnya. Adapun lama penelitian ini adalah 8 bulan. Adapun pengujian karakteristik karbon aktif menggunakan 3 metode yaitu, Kadar Air, Kadar Abu, Daya Serap Iodin.

Hasil dari penelitian ini adapun efisiensi penyerapan Karbon Aktif yang diaktivasi dengan NaOH 2% sebesar 0,678%, NaOH 10% sebesar 0,998%, NaOH 20% sebesar 3,598% dan Karbon Aktif Komersial sebesar 20,948%. Hasil ini menunjukkan bahwa efisiensi penyeperan Klor dengan Karbon Aktif yang diaktivasi NaOH lebih kecil daripada efisiensi penyerapan Klor menggunakan Karbon aktif komersial. Waktu optimal untuk adsorpsi klor adalah 900 detik atau 15 menit. Karbon Aktif yang diaktivasi menggunakan NaOH menggunakan persamaan isotherm model Langmuir, Karbon aktif komersial menggunakan persamaan isotherm model Freundlich

Kata Kunci: Adsorpsi, Air Kolam renang, , Karbon aktif, Khlor(Cl), Jerami Padi, Isoterm.

(8)

iii DAFTAR ISI ABSTRAK

KATA PENGANTAR i

DAFTAR ISI iii

DAFTAR TABEL vi

DAFTAR GAMBAR vii

DAFTAR LAMPIRAN viii

BAB I PENDAHULUAN I-1

1.1. Latar Belakang I-1

1.2. Perumusan Masalah I-3

1.3. Tujuan Penelitian I-3

1.4. Ruang Lingkup I-3

1.5. Manfaat Penelitian I-3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA II-1

2.1 Penelitian Sebelumnya II-1

2.2 Jerami Padi II-2

2.3 Karbon Aktif II-3

2.3.1 Faktor yang Mempengaruhi Produksi Karbon Aktif II-5

2.3.1.1 Bahan Baku II-5

2.3.1.2 Temperatur II-6

2.3.1.3 Waktu Aktivasi II-7

2.4 Adsorpsi II-7

2.5 Kapasitas Adsorpsi II-9

2.6 Isoterm Adsorpsi II-9

2.6.1 Isoterm Langmuir II-10

2.6.2 Model Freundlich II-10

2.7 Kinetika Adsorpsi II-11

BAB III METODE PENELITIAN III-1

3.1. Jenis dan Diagram Alir Penelitian III-1

3.2 Persiapan Bahan Percobaan III-2

3.2.1 Produksi Karbon Aktif Jerami Padi III-2

3.2.2 Penyiapan Adsorbat III-2

(9)

3.3 Uji Adsorpsi Batch III-2 3.3.1 Penentuan Waktu Kesetimbangan Adsorpsi III-2

3.3.2 Penentuan Kapasitas Adsorpsi III-3

3.4 Karakterisasi III-4

3.4.1 Berat Jenis III-4

3.4.2 Kadar Air III-4

3.4.3 Kadar Abu III-4

3.4.4 Daya Serap Karbon Aktif Terhadap Larutan Iodin III-5

3.4.5 Uji Brunauer-Emmer-Teller III-5

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN IV-1

4.1. Hasil Uji Karakteristik Karbon Aktif IV-1

4.2. Pengaruh Waktu Kontak Terhadap Adsorpsi Khlor IV-1 4.3. Pengaruh Dosis Karbon Aktif terhadap Adsorpsi IV-6

4.4. Kinetika Adsorpsi IV-7

4.5. Isoterm Adsorpsi IV-10

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN V-1

5.1. Kesimpulan V-1

5.2. Saran V-1

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

(10)

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Penelitian Sebelumnya Tentang Adsorpsi Menggunakan Karbon Aktif dari

Jerami Padi II-I

Tabel 2.2 Aplikasi penggunaan karbon aktif dalam industri II-4 Tabel 2.3 Karakteristik beberapa material bahan bauk karbon aktif II-6 Tabel 2.4 Perbandingan Adsorpsi Fisik dan Kimia II-8

Tabel 4.1 Tabel Karakteristik Karbon Aktif IV-1

Tabel 4.2 Persamaan dan Nilai Koefisien Korelasi Kinetika IV-8 Tabel 4.3 Parameter Model Kinetik Adsorpsi Khlor IV-9 Tabel 4.4 Persamaan dan Nilai Koefisien Korelasi Pemodelan Isoterm Adsorpsi IV-11

Tabel 4.4 Parameter Isoterm Adsorpsi IV-13

(11)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 4.1 Pengaruh Waktu Kontak Karbon Aktif dengan Aktivasi NaOH 2% terhadap Efisiensi Adsorpsi Khlor dengan Konsentrasi Awal 500 mg/l IV-1 Gambar 4.2 Pengaruh Waktu Kontak Karbon Aktif dengan Aktivasi NaOH 2% terhadap

Efisiensi Adsorpsi Khlor dengan Konsentrasi Awal 500 mg/l IV-3 Gambar 4.3 Pengaruh Waktu Kontak Karbon Aktif dengan Aktivasi NaOH 2% terhadap

Efisiensi Adsorpsi Khlor dengan Konsentrasi Awal 500 mg/l IV-4 Gambar 4.4 Pengaruh Waktu Kontak Karbon Aktif dengan Aktivasi NaOH 2% terhadap

Efisiensi Adsorpsi Khlor dengan Konsentrasi Awal 500 mg/l IV-5 Gambar 4.5 Pengaruh Dosis Adsorben terhadap Efisiensi Adsorpsi Khlor dengan

Konsentrasi Awal 500 mg/l IV-6

Gambar 4.6 Grafik Linear Kinetika Adsorpsi Khlor Pseudo Orde Pertama IV-7 Gambar 4.7 Grafik Linear Kinetika Adsorpsi Khlor Pseudo Orde Kedua IV-8

Gambar 4.8 Pemodelan Metode Langmuir IV-11

Gambar 4.9 Pemodelan Metode Freundlich IV-12

(12)

I-1 BAB I

PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang

Air merupakan sumber daya alam yang diperlukan oleh semua makhluk hidup. Air merupakan kebutuhan yang sangat vital bagi kehidupan manusia, terutama untuk air minum. Salah satu cara memproduksi air layak-minum adalah dengan mengolah air tanah atau air permukaan menjadi air yang memenuhi syarat kesehatan.(Rahmayati, 2006).

Air sebagai materi yang penting dalam kehidupan dapat dilihat dari kebutuhan terhadap air untuk keperluan sehari-hari. Kebutuhan air berbeda di setiap tempat, setiap kehidupan, semakin tinggi taraf kehidupan seseorang semakin meningkat pula kebutuhan akan air. (Pebrianti, 2012). Air bersih untuk air minum semakin langka di perkotaan. Sungai-sungai yang menjadi sumbernya sudah tercemar berbagai macam limbah, mulai dari buangan sampah organik, rumah tangga hingga limbah beracun dari industri. (Wulandari dkk, 2015).

Air keperluan masyarakat sehari-hari masih banyak yang belum memenuhi persyaratan kesehatan. Oleh sebab itu, penjaagaan mutu dengan pengelolaan sumber daya air sangat penting dilaksanakan. Pemantauan dan interpretasi data kualitas air mencakup kualitas fisik, kimia, dan biologi merupakan salah satu langkah pengelolaan yang dilakukan (Effendi, 2003).

Air yang akan digunakan dan dipakai untuk kebutuhan sehari-hari harus memenuhi standar kesehatan. Salah satu upaya meningkatkan derajat kesehatan bagi penduduk adalah mengusahakan pemakain air bersih (Riyadi,1984).

Air bersih menurut Permenkes No. 416 tahun 1990 adalah air yang digunakan untuk keperluan sehari-hari yang kualitasnya memenuhi syarat kesehatan dan dapat diminum apabila telah dimassak. Sedangkan air menurut KepMenKes No. 907 tahun 2002 adalah air yang melalui proses pengolahan yang memenuhi syarat kesehatan dan dapat langsung diminum (Athena, 2004).

(13)

Selain sebagai kebutuhan air bersih dan air minum, air juga banyak dipakai sebagai sarana olahraga dalam bentuk kolam renang. Pengawasan kualitas air kolam renang secara kimiawi termasuk salah satu upaya sanitasi yang dilakukan. Salah satunya adalah pemberian senyawa kimia berupa senyawa klor berupa kaporit (Ca(OCl2)) yang berfungsi sebagai desinfeksi terhadap mikroorganisme. Penggunaan kaporit harus diperhatikan dengan baik dan harus sesuai dengan batas aman yang ada. Senyawa Khlor yang biasa digunakan dalam air kolam renang karena mudah didapat, murah dan mudah penanganannya. Penggunaan kaporit yang kurang dari 0,2 mg/l tidak akan dapat membunuh kuman pathogen, sedangkan penggunaan kaporit yang berlebihan atau melebihi 0,5 mg/l akan mengakibatkan timbulnya keluhan kesehatan pada pengguna air kolam renang misalnya timbulnya iritasi.

Tabel 1.1 Persyaratan Air kolam renang

Berdasarkan Permenkes RI No.416/MENKES/PER/IX/1990, tentang batas minimum diperbolehkan penggunaan klorin dalam air renang yaitu sebanyak 0,2 mg/L (ppm) dan batas maksimum 0,5 mg/L, sedangkan persyaratan bebas klorin untuk air minum menurut KepMenKes No. 907/MENKES/SK/VII/2002 yaitu maksimum 5 mg/L (ppm).

(Pudjianto,1984). Berdasarkan ketentuan terbaru yang ada didalam permenkes RI No.492/MENKES/PERIV/2010 kadar kaporit (clorine) dalam air maksimum adalah 5 mg/l.

(14)

I-3 Di semua pabrik yang menggunakan boiler atau ketel uap juga membutuhkan air yang bersih untuk menjalankan boiler agar tidak terjadi kerusakan. Pada dasarnya air yang akan digunakan harus memenuhi syarat. Syarat khlorin dalam air ketel maksimal hanya boleh mencapai 70 ppm. Dengan penelitian ini diharapkan bias membantu untuk mengolah air menjadi bebas khlorin sebelum digunakan di boiler.

Saat ini banyak karbon aktif komersial yang sudah dijual beredar di masyarakat dengan harga yang relatif mahal. Namun, banyak studi yang mempelajari tentang adsorben dengan harga yang murah yang memiliki kapasitas adsorpsi yang setara dengan karbon aktif yang dijual dipasaran. Bahan-bahan lokal yang tersedia secara melimpah seperti limbah pertanian, limbah industri dan kehutanan telah digunakan sebagai adsorben dengan harga murah (Monlau et al., 2015).

Berbagai limbah organik dari pertanian, industri, dan perkebunan seperti batang tebu, tongkol jagung, sekam kayu, sekam padi, jerami padi, tempurung kelapa, cangkang kelapa sawit, dan juga batang jagung. Bahan-bahan lokal itu telah diteliti dan dilaporkan dapat dikonversi menjadi karbon aktif melalui proses karbonasi yang diikuti dengan proses aktivasi (Lawal et al., 2011).

Mekanisme dan keefektifan dari bahan-bahan organik oleh karbon aktif bergantung dari banyak fakor seperti luas permukaan, distribusi, ukuran pori dan karakteristik kimia lainnya. Kualitas karbon aktif secara langsung berhubungan dengan sifat bahan asalnya, metode produksi serta temperatur produksi (Zhang, 2011).

Berlandaskan pemikiran diatas, diperlukan adanya penelitian pada karbon aktif untuk mengetahui daya adsorpsi karbon aktif terhadap senyawa Klor(Cl) dan mengetahui keefektifan dari karbon aktif yang berasal dari jerami padi untuk proses pemurnian air kolam renang.

1.2. Perumusan Masalah

Rumusan masalah yang akan dikaji pada penelitian ini adalah sejauh mana jerami padi sebagai karbon aftif dapat mengadsoprsi klor sisa pada air kolam renang.

1.3. Tujuan Penelitian

Adapun tujuan yang ingin dicapai oleh penulis yaitu :

(15)

1. Mempelajari cara pembuatan karbon aktif secara kimiawi

2. Mempelajari pengaruh variasi waktu kontak dan karbon aktif terhadap kemampuan adsorpsi klor sisa.

3. Mempelajari parameter kinetika adsorpsi.

1.4. Ruang Lingkup

Adapun batasan masalah penelitian sebagai berikut :

1. Sampel berasal dari aquadest ditambah klor dengan konsentrasi yang sudah ditentukan

2. Penelitian ini hanya membandingkan ke-efisiensian dan ke-efektifan dari Karbon Aktif dari jerami padi dengan Karbon Aktif komersial (Emerck)

3. Air yang digunakan ialah air aquadest (air artivisial) 1.5. Manfaat Penelitian

Adapun manfaat dari penelitian ini yaitu : 1. Bagi penulis :

 Sebagai syarat untuk memenuhi penyusunan Tugas Akhir guna mendapatkan gelar Sarjana dari Program Studi Teknik Lingkungan Universitas Sumatera Utara.

 Menambah ilmu, pengalaman dan keterampilan sehingga mengasah bakat dan kreatifitas.

 Pengamalan ilmu untuk masyarakat sebagai wujud pengabdian.

2. Bagi Universitas Sumatera Utara :

 Mewujudkan pengabdian Universitas Sumatera Utara untuk masyarakat dalam pelaksanaan pembangunan bangsa.

 Menghasilkan produk yang mengharumkan nama Universitas Sumatera Utara dan sebagai bahan pengembangan penelitian.

(16)

I-5 1.6 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan proposal tugas akhir ini adalah sebagai berikut:

BAB I : PENDAHULUAN

Berisi latar belakang, tujuan penelitian, rumusan masalah, manfaat penelitian, ruang lingkup penelitian, serta sistematika penulisan.

BAB II : TINJAUAN PUSTAKA

Berisi teori dan pemahaman tentang air secara umum, penelitian sebelumnya, pengertian karbon aktif, jenis-jenis pembuatan karbon aktif, bahan baku pembuat karbon aktif, kualitas karbon aktif , penjelasan tentang Chlor(Cl), .

BAB III : METODE PENELITIAN

Bab ini menjelaskan metode penelitian yang mencakup diagram alir, variabel penelitian, lokasi penelitian, data dan sumber data, rancangan alat, cara perakitan, prosedur kerja, dan teknik analisa data.

BAB IV : JADWAL PELAKSANAAN TUGAS AKHIR

Berisi rincian setiap tahapan pelaksanaan tugas akhir, dimulai dari penyusunan proposal sampai pelaksanaan sidang tugas akhir.

BAB V : RENCANA ANGGARAN BIAYA PENELITIAN

Berisi estimasi biaya selama pelaksanaan tugas akhir, meliputi biaya pengumpulan data, dan biaya pembuatan laporan.

(17)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Penelitian Sebelumnya

Penelitian mengenai adsorpsi khlor dalam penjernihan air minum dengan menggunakan karbon aktif dari jerami telah banyak dilakukan oleh para peneliti. Penelitian tentang adsorpsi khlor dalam penjernihan air dengan menggunakan karbon aktif dari jerami padi, dilakukan berlandaskan penelitian-penelitian terdahulu tersebut. Perbedaan spesifik penelitian ini dan penelitian sebelumnya dapat dilihat pada Tabel 2.4.

Tabel 2.1 Penelitian Sebelumnya Tentang Adsorpsi Khlor Menggunakan Karbon Aktif dari Jerami Padi

No Nama peneliti

Judul Penelitian

Metode Penelitian

Tujuan Penelitian Hasil Penelitian 1. Ai Nailil

Muna SM (2011)

Kinetika adsorpsi karbon aktif dari batang pisan sebagai adsorben untuk penyerapan ion logam Cr(VI) pada air limbah industri

a. Preparasi Adsorben Karbon Aktif Batang Pisang b. Karakterisasi

Karbon Aktif Batang Pisang c. X-ray

Diffraction

a. Mengetahui kemampuan adsorpsi karbon aktif batang pisang terhadap ion logam Cr(VI)

b. Mengetahui kemampuang karbon aktif dari batang pisang dalam penurunan kada ion logam Cr(VI)

c. Mengetahui kientika ion logam Cr(VI) oleh batang pisang

a. Waktu kontak optimum penyerapan ion Cr(VI) 100 menit dengan terserap sebanyak 46 ppm

b. Konsentrasi larutan logam Cr(VI) optimum untuk penyerapan dalam larutan oleh karbon aktif adalah 70 ppm dengan daya serap 12,5 mg/g c. Karbon aktif batang

pisang mampu menyerap kadar CR(VI) dalam limbah dengan % limbah teradsorpsi sebesar 34,905%

2.. Eka Rahmawa ti (2006)

Adsorpsi senyawa residu klorin pada karbon aktif termodinami ka Zink Klorida

a. Pencucian Ka b. Metode

karbonisasi

a. Menentukan kapasitas karbon aktif termodifikasi ZnCl2 terhadap residu klorin dalam air.

a. Waktu optimum adsorpsi untuk karbon aktif ZCAC selama 30 menit dengan kapasitas adsorpsi 83,9566 ug/g dan efisiensi 83,97% pada larutan kaporit 2.0 ppm.

b. Waktu optimum adsorpsi untuk karbon aktif DWAC selama 60 menit dengan kapasitas adsorpsi 66,6683 ug/g dan efisiensi 66,70% pada larutan kaporit 2.0 ppm 3. Yusufu,

Mohamme d.,Ariahu

Chlorine adsorption kinetics of

a. Metode Karbonasi

a. Menunjukkan keefektifan karbon aktif yang terbuat dari

a. Karbon aktif efisien bisa diperoleh dari tulang, kayu dan cangkang kelapa

(18)

II-2 No Nama

peneliti

Judul Penelitian

Metode Penelitian

Tujuan Penelitian Hasil Penelitian m, C.C.,

Nkpa,N.

N. and Igbabul, B.D(2012)

activated carbon from selected local raw materials.

b. Metode Aktivasi Asam c. Metode

Aktivasi panas atau thermal

bahan baku material yang ada di temukan di local.

dengan aktivasi yang terkontrol dari asam fosfat atau pemanasana untuk proses deklorinasi air dan untuk kegunaan lainnya.

b. Adsorpsi klor dengan menggunakan karbon aktif dari material lokal lebih unggul dibandingkan karbon aktfi komersial.

4. Futri Wulandar i, Umiatin, dan Esmar Budi (2014)

Pengaruh konsentrasi larutan NaOH pada karbon aktif tempurung kelapa untuk adsorpsi logam Cu²⁺

a. Proses

karbonisasi dan priolisi

b. Pengujian AAS c. Pengujian SEM

a. Mengetahui pengaruh konsentrasi larutan NaOH dalam aktivasi kimi fisika untuk adsorpsi logam Cu²⁺

a. Karbon aktif yang mempunyai persentase logam Cu Teradsorpsi maksimum dihasilkan oleh karbon aktif dengan larutan activator NaOH 1% sebesar 80,87%.

5. Bherta Eka Andryani (2013)

Pengaruh Kombinasi Ketebalan Filter Pasir dan Arang Tempurung Kelapa Terhadap Penurunan Kadar Mangan (Mn) Air Sumur

a. Pretest- posttest with control group design b. Uji anova

a. Mengetahui besar ke- efektivitasan Karbon aktif yang telah diarak dengan filter pasir terhadap penurunan kadar Mangan (Mn).

a. Kadar Mn sebelum dilakukan perlakuan, yaitu 0,8 mg/l.

b. Kadar Mn setelah dilakukan perlakuan dengan filter pasir dan arang tempurung kelapa untuk ketebalan 40 cm rata-rata 0,36 mg/l, ketebalan 50 cm kadar Mn rata-rata 0,26 mg/l, dan ketebalan 60 cm kadar Mn rata-rata sebesar 0,14 mg/l.

c. Kombinasi ketebalan filter pasir dan arang tempurung kelapa yang paling efektif dalam menurunkan kadar Mn adalah ketebalan 60 cm dengan efektivitas 82,5%.

2.2 Jerami Padi

Indonesia merupakan negara agraris yang mempunyai sektor andalan yaitu pertanian yang khususnya tanaman padi. Jumlah total produksi padi Indonesia pada tahun 2015 diperkirakan mencapai sekitar 142,8-178.5 juta ton. Karena besarnya jumlah total produksi, pasti diikuti dengan besarnya jumlah limbah organic yang berupa jerami padi sekitar 45.9 ton. Sebagian

(19)

besar dari jerami padi yang dibiarkan umumnya hanya dibakar dilapangan terbuka, sehingga menimbulkan masalah lingkungan. Jerami padi dipilih sebagai bahan baku karbon aktif karena mempunyai keunggulan seperti tahan terhadap pelapukan, memiliki kandungan abu yang tinggi, menyerupai kandungan kayu serta mempunyai kandungan karbon yang cukup tinggi (Widayanti, 2010).

2.3 Karbon Aktif

Karbon aktif adalah karbon amorf yang memiliki porositas internal tinggi, sehingga merupakan adsorben yang baik untuk adsorpsi gas, cairan, maupun larutan. Adsoprsi oleh karbon aktif bersifat fisik, artinya adsorpsi terjadi jika gaya tarik van der Waals oleh molekul- molekul di permukaan lebih kuat daripada gaya tarik yang menjaga adsorbat tetap berada dalam fluida. Adsorpsi fisik bersifat dapat balik sehingga adsorbat yang diadsoprsi karbon aktif dapat mengalami desorpsi (Roy, 1995). Sifat ini menguntungkan untuk aplikasi industri karena dapat dipakai ulang melalui proses regenerasi.

Karbon aktif adalah arang yang telah mengalami proses aktivasi untuk meningkatkan luas permukaanya dengan jalan membuka pori-porinya sehingga daya adsorpsinya meningkat (Roy, 1995).

Filtrasi karbon aktif sangat efektif dalam mengurangi beberapa kimia organic dan chlor dalam air. (Lemley et al, 1995).

Karbon aktif pada dasarnya dapat dibuat dari berbagai bahan yang mengandung karbon.

Tulang, kulit biji, kayu keras dan lunak, kulit kayu, tongkol jagung, serbuk gergaji, sekam padi, dan tempurung kelapa ialah beberapa contoh umum digunakan. Bahan-bahan lain yang juga dapat digunakan ialah limbah kilang minyak, tanah gambut, batu bara, limbah ubi kayu, dan serat sayuran (Roy, 1995).

Proses pembuatan karbon aktif secara fisika terdiri dari tiga tahap yaitu:

1. Dehidrasi : proses penghilangan air, bahan baku dipanaskan sampai temperatur 170ºC.

(20)

II-4 2. Karbonisasi : pemecahan bahan-bahan organik menjadi karbon. Temperatur diatas 170ºC akan menghasilkan CO, CO2, dan asam asetat. Pada temperatur 275ºC, dekomposisi menghasilkan tar, methanol dan hasil sampingan lainnya. Pembentukan karbon terjadi pada temperatur 400-600ºC.

3. Aktivasi : dekomposisi tar dan perluasan pori-pori. (Sontheimer, 1985).

Bahan-bahan kimia yang dapat digunakan antara lain H3PO4, ZnCL, NH4Cl, AlCl3, HNO3, KOH, NaOH. (Rahmawati, 2006).

Sekarang ini, karbon aktif digunakan secara luas dalam industri pangan, misalnya untuk pemurnian gula dan minyak, maupun non-pangan seperti kimia dan farmasi, umumnya sebagai bahan pengadsorpsi dan pemurni yang digunakan dalam jumlah sedikit sebagai katalis. Karbon aktif juga telah banyak digunakan pada sistem penjernihan air (Sriwahyuni, 2002).

Tabel 2.2 Aplikasi penggunaan karbon aktif dalam industri

No. Pemakai Kegunaan Jenis/Mesh

1. Industri obat dan makanan

Menyaring, penghilangan bau dan rasa 8x30

2. Minuman keras dan ringan

Penghilangan warna, bau pada minuman 4x8, 4x12

3. Kimia perminyakan Penyulingan bahan mentah 4x8, 4x12 4. Pembersih air Penghilangan warna, bau penghilangan

resin

8x30

5. Budi daya udang Pemurnian, penghilangan ammonia, nitrit, penol, 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

(21)

No. Pemakai Kegunaan Jenis/Mesh 8. Pemurnian gas Menghilangkan sulfur, gas beracun, bau

busuk asap.

4x8, 4x12

9. Kataliastor Reaksi katalisator pengangkut vinil khlorida, vinil asetat

4x8, 4x30

10. Pengolahan pupuk Pemurnian, penghilangan bau 8x30 Sumber : Maulana, A (2011)

2.3.1 Faktor yang Mempengeruhi Produksi Karbon Aktif 2.3.1.1 Bahan baku

Pada umumnya material yang kaya akan karbon aktif yang tidak melebur pada saat tahap karbonisasi dapat digunakan sebagai material bahan baku pembuatan karbon aktif. Pemilihan bahan baku untuk membentuk porous carbon memiliki beberapa faktor pertimbangan.

Faktor-faktor itu adalah :

 Kandungan karbon yang tinggi

 Memiliki kandungan inorganic yang rendah (Contohnya : kadar abu)

 Memiliki densitas yang tinggi dan cukup kandungan volatile

 Ketersedian bahan baku

 Memiliki potensi untuk diaktivasi

 Murah

 Tidak terdegradasi dalam penyimpanan (Storage) (Nurul’ain, 3009)

Pada Tabel 2.2, menunjukkan beberapa karakteristik bahan baku yang dapat digunakan sebagai bahan baku karbon aktif.

(22)

II-6 Tabel 2.3 Karakteristik beberapa material bahan baku karbon aktif

Raw Material Carbon

(%) Volatile (%) Density

(Kg/m³) Ash (%) Texture of AC Softwood 40-45 55-60 0,4-0,5 0,3-1,1 Soft, large pore

volume Hardwood 40-42 55-60 0,55-0,8 0,3-1,2 Soft, large pore

volume

Liguin 35-40 58-60 0,3-0,4 - Soft, large pore

volume

Nut Shell 40-45 55-60 1,4 0,5-0,6 Hard, large multi

pore volume

Lignite 55-70 25-40 1,0-1,35 5-6 Hard, small pore

volume

Soft coal 65-80 25-30 1,25-1,50 2,12

Medium hard, medium micropore

volume

Petroleum coke 70-85 15-20 1,35 0,5-0,7

Medium hard, medium micropore

volume

Semi hard coal 70-75 1-15 1,45 5-15 Hard large pore

volume

Hard coal 85-95 5-10 1,5-2,0 2,15 Hard large pore

volume Sumber : Nurul’ain (2007)

2.3.1.2 Temperatur

Temperatur merupakan salah satu faktor yang mempengaruhi karakteristik karbon aktif yang dihasilkan. Pada umumnya karbon aktif karbon aktif komersial diaktivasi pada temperatur di atas 800ºC dengan injeksi atmosfer steam atau CO2. (San Miguel, et al., 2003). Baru-baru ini, para peneliti sedang mengoptimasikan temperature di aktivasi akhir untuk mengurangi biaya produksi dan waktu. Seperti yang dilaporkan beberapa peneliti, temperatur untuk aktivasi mempengaruhi hasil dari dan area permukaan karbon aktif secara signifikan.

Temperatur suhu rendah yang digunakan serendah 200ºC(Haimour and Emeish, 2006) and suhu tinggi yang digunakan setinggi 1100ºC (San Miguel, et al.,2003). Temperatur optimum yang telath di teliti berkisar diantara 400ºC sampai 500ºC dengan mengesampingkan waktu aktivasi dan rasio dari beberapa material kasar. (Srinivasakannan dan Zailani, 2003).

(23)

2.3.1.3 Waktu Aktivasi

Selain Temperatur waktu aktivasi juga akan mempengaruhi karakteristik karbon aktif yang dihasilkan. Seiring dengan kenaikan waktu aktivasi persentasi yield menuru dan luas permukaan BET meningkat. Hasil ini dimungkinkan karena terlepasnya material inorganic yang terkandung pada bahan baku (Andri, 2011)

2.4 Adsorpsi

Adsorpsi adalah suatu proses penyerapan komponen-komponen tertentu dari fasa cair ke permukaan fasa padat menyerapnya. Molekul-molekul yang ada dalam fasa padat mendapat gaya-gaya yang sama dari segala arah, sedangkan molekul-molekul pada permukaanya mendapat gaya yang tidak sama sehingga untuk mengimbangi gaya- gaya bagian dalam, fasa gas atau cair menjadi tertarik ke permukaan. Gaya relative lemah ini disebut gaya Van der Walls. Dalam proses adsorpsi, zat yang tertarik oleh permukaan zat padat disebut adsorbat, sedangkan zat penyerap adsorbat disebut adsorben.(Qosim, 2010).

Berdasarkan jenis gaya tarik, ada 2 gaya tarik utk adsorpsi, dikenal adsorpsi fisik (fisisorpsi) yang melibatkan gaya van der Waals, dan adsorpsi kimi (kimisorpsi) yang melibatkan reaksi kimia. Adsropsi fisik memiliki H adsorpsi jauh lebih kecil daripada adsorpsi kimia (Bird,1985).

Adsorpsi fisik akan terus berlangsung sampai terbentuk multilapisan pada tekanan tinggi, tetapi pada tekanan rendah dan suhu tiinggi dapat berbalik menajadi desorpsi (Alberty &

Silbey, 1992). Sebaliknya, adsorpsi kimia hanya membentuk lapisan tunggal, dan prosesmya semakin cepat pada suhu tinggi (Bird, 1985).

Berikut ini adalah perbandingan adsorpsi fisik dan adsorpsi kimia sebagai berikut : Tabel 2.4 Perbandingan Adsorpsi Fisik dan Kimia

Adsorpsi secara fisik Adsorpsi secara kimia Gaya tarik berasal dari Gaya Vander

Waals.

Gaya tarik berasal dari gaya ikatan kimia.

(24)

II-8 Adsorpsi secara fisik Adsorpsi secara kimia

Adsoprsi entalpi rendah (20- 40k.J/mole)

Adsoprsi entalpi tinggi (200- 400k.J/mole)

Proses ini diamati dengan kondisi temperature rendah

Proses ini diamati dengan kondisi temperature tingi

Tidak specifik Sangat spesifik

Ditemukan lapisan Multi-molekular Secara umum ,ditemukan lapisan monomolecular

Proses Reversible Proses Irreversible

Sumber : Zhang,K., 2011, Removal of the fermentation inhibitor, furfural, using Activated carbon in cellulosic-ethanol production.

Mekanisme peristiwa adsorpsi dapat diterangkan sebagai berikut. Molekul adsorbat berdifusi melalui suatu lapisan batas ke permukaan luar adsorben, disebut difusi eksternal. Sebagian ada yang teradsorpsi dipermukaan luar, tetapi sebagian besar berdifusi lebih lanjut ke dalam pori-pori adsorben (difusi internal). Bila kapasitas adsorpsi masih sangat besar, sebagian besar adsorbat masih sangat besar, sebagian besar adsorbat akan teradsorpsi dan terikat di permukaan. Namun, bila permukaan sudah jenuh atau mendekati jenuh oleh adsorat, dapat terjadi dua hal: (1) terbentuk lapisan adsorpsi kedua dan seterusnya diatas adsorbat yang telah terikat di permukaan; gejala ini disebut adsorpsi, multilapisan, atau sebaliknya (2) tidak terbentuk lapisan kedua sehingga adsorbat yang belum teradsorpsi berdifusi keluar pori dan kembail ke arus fluida (Rahmawati, 2006).

2.4.1 Faktor-faktor yang mempengaruhi Adsorpsi Berikut ini adalah parameter yang mempengaruhi adsorpsi : 1. Luas permukaan

2. Ukuran Pori 3. Struktur kimia 4. Ukuran Partikel

5. Solubilitas zat terlarut dalam likuid 6. Konsentrasi adsorbat

(25)

7. pH

8. Waktu Kontak

2.5 Kapasitas Adsorpsi

Kapasitas Adsorpsi dan selektivitas adalah 2 parameter penting untuk mengetahui kinerja adsorben. Ini dihitung dengan memulai dengan perhitungan neraca massa untuk adsorbat dalam eksperimen batch yang diikuti persamaan (2-1) :

𝑉(𝐶𝑜 − 𝐶𝑒) = 𝑀(𝑞𝑒 − 𝑞𝑜)

(2-1)

Dimana V= volume larutan, Co= Konsentrasi awal zat terlarut dalam larutan (mg/L), Ce=

Konsentrasi zat terlarut pada kesetimbangan (mg/L), M= Massa adsorben yang digunakan (g). qe= kapasitas adsorpsi pada saat setimbang (mg/g), qo= kapasitas adsorpsi pada saat awal (Zhang, 2011).

Kapasitas serapan dari khlor dihitung menggunakan persamaan (2-2) :

𝑞𝑒 =

^{𝑉(𝐶𝑜−𝐶𝑒)}

𝑀

^(2-2)

2.6 Isoterm Adsorpsi

Pemahaman mengenai luas permukaan dan porositas dari suatu material dapat dicapai dengan memahami isotherm adsorpsinya. Ketika kuantitas dari adsorbat (bahan yang diserap) pada permukaan material dapat diukur dalam kisaran tekanan relative yang lebar pada suhu konstan maka akan menghasilkan sebuah isotherm (Andri,2011). Isoterm adsorpsi digunakan secara ekstensif untuk menggambakan keadaan kesetimbangan suatu sistem adsorpsi. Isoterm adsorpsi memberikan informasi yang berguna dalam penentuan luas permukaan adsorben, volume pori, dan distribusi ukurannya. Isoterm juga menyediakan informasi penting besaran entalpi adsorpsi (Dabrowski, 2001). Model kesetimbangan yang paling umum digunakan untuk memahami sistem adsorpsi adalah persamaan isotherm Langmuir dan isotherm Freundlich.

(26)

II-10 2.6.1 Isoterm Langmuir

Model adsorpsi Langmuir merupakan model yang paling umum digunakan untuk menentukan jumlah adsorbat yang diadsorb sebagai fungsi tekanan parsial atau konsentrasi pada temperature tertentu. Isoterm ini berdasar asumsi bahwa (Andri,2011)

 Adsorben mempunyai permukaan yang homogen dan hanya dapat mengadsorpsi satu molekul adsorbat untuk setiap molekul adsorbennya. Tidak ada interaksi antara molekul-molekul yang terserap.

 Semua proses adsorpsi dilakukan dengan mekanisme yang sama

 Hanya berbentuk satu lapisan tunggal saat adsorpsi maksimum.

Untuk adsorbat yang teradsorpsi pada padatan, isotherm Langmuir (Zhang, 2011) dapat dinyatakan dengan persamaan (2-7) :

𝑞𝑒 =

^{𝑞𝑚 𝐾𝐿 𝐶𝑒}

1+𝐾𝐿 𝐶𝑒

^(2-7)

Dengan qe= jumlah senyawa adsorbat yang teradsorpsi per-satuan massa adsorben (mg/g), qm= jumlah senyawa adsorbat maksimum per-gram adsorben (mg/g). KL = konstanta adsorpsi isterm Langmuir (L/g), Ce= konsentrasi kesetimbangan solute dalam cairan (mg/L).

Garis linear Ce/qe Versus Ce untuk isotherm Langmuir adalah :

𝐶𝑒

𝑞𝑒

=

^𝐶𝑒

𝑞𝑚

+

¹

𝐾𝐿 𝑞𝑚 (2-8)

Keterangan :

Ce = Konsentrasi Khlor pada saat kesetimbangan (mg N/L)

Qe = Jumlah Khlor yang terserap per satuan massa adsorben pada saat kesetimbangan (mg N/g)

Qm = Jumlah maksimum Khlor yang terserap per satuan massa adsorben (mg N/g)

KL = Konstanta afinitas Langmuir yang berhubungan dengan energy sorpsi desorpsi (L/mg) 2.6.2 Model Freundlich

Seorang ahli kimi fisika Jerman bernama Herbert Max Finly, mengemukakan suatu isotherm adsorpsi empiris untuk sorpsi non-ideal pada permukaan heterogen dan dinyatakan dengan persamaan (2-8) :

(27)

𝑞𝑒 = 𝐾𝑓𝐶𝑒

^1/𝑛 (2-8) Dengan qe= jumlah senyawa adsorbat yang teradsorpsii per-gram adsorbent (mg/g). Ce=

konsentrasi kesetimbangan residu solute dalam larutan setelah adsorpsi selesai (g/L). Kf dan n adalah konstanta yang harus ditentukan untuk masing masing solute, jenis krbon, dan temperature (Zhang, 2011).

Intesistas good adsorpsi (n) pada nilai n = 2-10 merupakan indikasi adsorpsi baik, n = 1-2 nutk adsorpsi sedang dan n < 1 untuk adsorpsi buruk.

Model Freundlich cocok diaplikasikan pada adsorpsi multilayer dengan interaksi antara molekul adsorpsi

Isoterm Langmuir memiliki justifikasi secara teoritis, sementara Isoterm Freundlich menggambarkan suatu model empiris. Isoterm Langmuir diasumsikan merupakan proses adsorpsi dan desorpsi molekul-molekul adsorbat yang reversibel. Isoterm Langmuir merepresentasikan data secara baik untuk komponen tunggal. Isoterm Freundlich dapat digunakan juga untuk senyawa-senyawa campuran (Zhang, 2011).

2.7 Kinetika Adsorpsi

Untuk mengetahui perubahan adsorpsi terhadap waktu maka perlu dipelajari kinetika adsorpsi. Model yang cukup sederhana untuk menggambarkan kinetika adsorpsi adalah model pseudo-first-order rate dan model pseudo-second-order rate (Azizian, 2004).

Model pseudo-first-order rate

𝑑𝑄

𝑑𝑥 = 𝐾1(𝑄𝑒 − 𝑄) Jika q = qe – qt Maka,

∫

_𝑞𝑒^𝑞𝑡^𝑞𝑡_𝑞

= 𝑘1 ∫ 𝑡

₀^𝑡

(2-9)

∫

_𝑞𝑒^𝑞

= 𝑘1𝑡

𝑙𝑛 𝑞 = 𝑙𝑛 𝑞𝑒 − (𝑘1𝑡) Maka,

(28)

II-12 log(𝑞𝑒 − 𝑞𝑡) = log 𝑞𝑒 (− ^𝑘1

2,303) 𝑡 Dimana

Q dan Qe = jumlah zat teradsorpsi tiap unit massa adsorben pada saat t dan pada kesetimbangan

k1 = konstanta laju kesetimbangan adsorpsi pada orde semu pertama (1/menit) Model pseudo-second-order-rate

𝑑𝑄

𝑑𝑡 = 𝑘2(𝑄𝑒 − 𝑄)² (2-10)

𝑡

𝑞₁

=

¹

𝑘₂𝑞_𝑒²

+

^𝑡

𝑞_𝑒

Keterangan :

qt dan qe = jumlah yang terserap pada waktu t dan pada waktu kesetimbangan

k2 = konstanta laju kesetimbangan adsorpsi pada orde semu kedua (1/menit) (Vitasari dkk, 2009).

(29)

BAB III

METODE PENELITIAN 3.1 Jenis dan Diagram Alir Penelitian

Jenis penelitian yang dilakukan adalah penelitian yang bersifat eksperimen. Eksperimen ini untuk mengetahui dan mengevaluasi kapasitas adsorpsi khlor dengan karbon aktif dari jerami padi. Eksperimen ini juga untuk membandingkan ke-efisiensian dan ke-efektifan dari karbon aktif dari jemari padi dengan karbon aktif komersial (Emerck).. Diagram alir penelitian dapat dilihat pada Gambar 3.1.

 Jerami Padi

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian Persiapan Bahan

 Pencucian

 Pengecilan ukuran

 Pengeringan

Bahan baku Karbon Aktif

 Jerami padi

Pembuatan Karbon Aktif

Jerami Padi

1. Perendaman : 2%, 10%, & 20% NaOH, 24 jam 2. Pemanasan pada hot plate, 30 menit

3. Pembilasan (aquadest) hingga pH 7 4. Pengeringan/Sinar Matahari, 24 jam 5. Pengeringan/Oven: 105ºC, 2 jam

Karakterisasi Karbon Aktif

 Kadar Air

 Kadar Abu

 Daya serap Iodin

(30)

III-2 3.2 Persiapan Bahan Percobaan

3.2.1 Produksi Karbon Aktif Jerami Padi

Jerami padi (rice strawi) merupakan precursor alamiah yang digunakan dalam pembuatan adsorben. Bahan jerami padi dikumpulkan dari petani lokal yang terdapat di sekitar Kota Medan. Bahan baku mula-mula dicuci dengan aquadest untuk menghilangkan kotoran dari permukaan bahan, kemudian dipotong-potong dengan ukuran lebih kurang 1 cm.

Jerami yang telah berukuran 1cm, kemudian diaktivasi menggunakan larutan NaOH dengan konsentrasi berbeda yaitu 2%, 10%, 20% berat. Aktivasi dilakukan dengan cara merendam jerami kedalam larutan NaOH pada masing-masing konsentrasi tersebut di atas, kemudian dipanaskan diatas hot plate selama 30 menit (Kohar dan Setyaningrum, 2002). Jerami yang telah di aktivasi kemudian dicucui sampai NaOH yang menempel pada potongan jerami hilang. Pencucian dilakukan dengan menggunakan air keran dan kemudia dilanjutkan dengan aquadest. Jerami yang telah dicuci dan bebas dari NaOH kemudian dikeringkan di udara terbuka dalam selama lebih kurang 1 hari. Selanjutnya, jerami yang telah diaktivasi dikeringkan dalam oven pada suhi 105ºC selama 2 jam (Kohar dan Setyaningrum, 2002). Perendaman NaOH disini berfungsi sebagai activator untuk jerami padi.

3.2.2 Penyiapan Adsorbat

Inhibitor model yang diinvestigasi dalam studi ini adalah kaporit. Dalam uji adsorpsi, khlor ditambahkan ke dalam larutan pada konsentrasi 500mg/L. Konsentrasi khlor dipilih yang berada diatas baku mutu, untuk melihat persenenan kurangnya khlor didalam air.

3.3 Uji Adsorpsi Batch

Uji adsoprsi batch dilakukan untuk menginvestigasi kelakuan adsorpsi dari adsorben dalam larutan air yang mengandung inhibitor (Khlor). Sumber senyawa khlor yang di gunakan adalah kaporit. Karbon aktif jerami padi diinvestigasi pada kondisi yang sama dan perbandingan hasil yang diperoleh dikaji lebih lanjut

3.3.1 Penentuan Waktu Kesetimbangan Adsorpsi

Uji laboratorium untuk mengukur kapasitas adsorpsi di desain sebagai metode cepat penentuan kinerja karbon aktif. Prosedur percobaan yang digunakan untuk menentukan waktu kesetimbangan adalah sebagai berikut:

(31)

1. Karbon aktif jerami padi yang telah siap digunakan ditambahakan kedalam beaker glass. Jumlah karbon aktif yang ditambahkan sebesar 5gr.

2. Agitasi sampel dalam shaker bath pada temperature ruang selama periode waktu yang berbeda. Sebanyak 5 mL sampel dikeluarkan pada interval waktu yang berbeda (0; 10;

30; 60; 120; 180; 240; 300; 450; 600 dan 900 detik).

3. Setelah pencampuran karbon dan cairan selama waktu kontak tertentu, masing-masing sampel diencerkan dengan menggunakan aquades menjadi 10 mL dan kemudian campuran disaring dengan segera untuk memisahkan cairan proses dari karbon.

Analisis filtrar untuk menentukan kandungan inhibitor (khlor) yang tertinggal dalam cairan.

4. Siapkan grafik dengan inhibitor yang hilang pada sumbu-Y dan waktu kontak karbon pada sumbu-X.

5. Prosedur 1 sampai 5 diulangi kembali untuk bahan karbon aktif yang lain, yaitu jerami padi dan karbon aktif komersial (Norit). Setiap percobaan dilakukan dengan satu kali ulangan.

3.3.2 Penentuan Kapasitas Adsorbsi

Setelah waktu kontak optimum diperoleh dalam percobaan sebelumnya, langkah berikutnya adalah pengukuran kapasitas adsorpsi total karbon aktif. Prosedur percobaan untuk menentukan kapasitas adsorpsi total adalah sebagai berikut:

1. Sejumlah 5gr karbon aktif dimasukkan kedalam beaker glass 1000 mL

2. Tambahkan 10 mL larutan inhibitor (dengan konsentrasi Karbon Aktif 2,5; 3; 3,5; 4 dan 4,5 g/L) ke dalam beaker glass 1000 mL

3. Agitasi sampel shaker bath pada temperature ruang selama periode waktu kontak optimum (900 detik) dari percobaan sebelumnya.

4. Masing-masing sampel disaring dengan segera untuk memisahkan cairan proses dari karbon. Analisis filtrat untuk menentukan kandungan inhibitor (Khlor) yang tertinggal dalam cairan. Hitung kapasitas adsorpsi dengan persamaan (3-1):

Kapasitas adsorpsi =Massa inhibitor teradsorpsi

Massa karbon aktif (3-1)

Dengan mengetahui konsentrasi awal inhibitor (Khlor) dan berat karbon aktif yang digunakan, massa inhibitor yang teradsorpsi dapat dihitung dari konsentrasi inhibitor

(32)

III-4 yang sisa. Dengan demikian, parameter adsorpsi, seperti kapasitas adsorpsi dan selektivitas kesetimbangan dapat ditentukan.

3.4 Karakterisasi

Untuk mengetahui sifat-sifat karbon aktif yang diperoleh melalui karbonisasi dan aktivasi, perlu dilakukan karakterisasi. Karakterisasi dalam penelitian ini meliputi kadar air, kadar abu dan Bilangan iodin.

3.4.1 Daya Serap Iodine

Berat jenis karbon aktif didefinisikan sebagai massa per volume bahan karbon aktif. Berat jenis karbon aktif tergantung dari bentuk, ukuran dan berat jenis partikel individunya.

Berat jenis dapat digunakan untuk memperkirakan volume pori karbon aktif, jika berat jenisnya kecil makan volume pori karbon aktif tersebut besar. Dalam studi ini, berat jenis karbon aktif ditentukan menggunakan metode pendekatan, yaitu dengan menggunakan bantuan berat jenis air yang dicampurkan pada karbon yang akan ditentukan berat jenisnya (Jankowska et al., 1991). Daya serap Iodin dapat ditentukan dengan persamaan berikut:

Daya serap iodin = (v₁− v2) ∗ 0.098 ∗ 12.69 mg/l 0,5 gr sampel

Keterangan:

V2 = Volume Na2S2O3 yang terpakai saat titrasi blanko V1 = Volume Na2S2O3 yang terpakai saat titrasi sampel

3.4.2 Kadar Air

Prinsip dalam penentuan kadar air adalah air menguap pada suhu di atas 105ºC sampai didapatkan berat konstan selama ± 4 jam. Berdasarkan standar industri Indonesia karbon aktif yang baik mempunyai kadar air maksimal 15% untuk serbuk karbon aktif. Pada dasarnya penentuan kadar air adalah dengan menguapkan air dari karbon aktif dengan pemanasan 105ºC sampai didapatkan berat konstan (Jankowska, et al., 1991). Kadar air dapat dihitung dengan persamaan berikut :

Kadar air = w₁ − w₂

w₁ − w₀ x 100%

(33)

Keterangan:

W0 = Berat cawan kosong

W1 = Berat cawan beserta 1 gram karbon aktif sebelum dioven W2 = Berat cawan beserta 1 gram karbon aktif setelah dioven

3.4.3 Kadar Abu

Karbon aktif yang dibuat dari bahan alam tidak hanya mengandung senyawa karbon saja, tetapi juga mengandung beberapa mineral. Sebagian mineral ini hilang sealam proses karbonisasi dan aktivasi, sebagian lagi tertinggal dalam karbon aktif. Penentuan kadar abu pada arang aktif dilakukan untuk mengetahui kandungan oksida logam dalam arang aktif. Kadar abu karbon aktif adalah sisa yang tertinggal pada saat karbon dibakar, biasanya pada temperature 600-900ºC selama 3-16 jam. Kadar abu dapat dihitung dengan persamaan berikut:

𝐾𝑎𝑑𝑎𝑟 𝑎𝑏𝑢 = 𝑤₁− 𝑤₂

𝑤₁− 𝑤₀ x 100%

Keterangan:

W0 = Berat cawan kosong

W1 = Berat cawan beserta 1 gram karbon sebelum dioven W2 = Berat cawan beserta 1 gram karbon aktif setelah dioven

(34)

III-6 Menurut Standar Industri Indonesia (SII No. 0258-88), syarat mutu karbon aktif adalah sebagai berikut :

Tabel 3.1 Syarat Mutu Karbon Aktif (SII. 0258-088)

Uraian Persyaratan

Butiran Padatan

Bagian yang hilang pada pemanasan

950ºC Max 15% Max 25%

Kadar air Max 4,5% Max 10%

Kadar abu Max 2,5% Max 10%

Bagian yang tidak

mengarang Tidak ternyata Tidak ternyata Daya serap terhadap

larutan I2 Min 750 mg/g Min 750 mg/g

Karbon aktif murni Min 80% Min 65%

Daya serap terhadap

benzene Min 25 -

Daya serap terahadap

methylene blue Min 60 ml/g Min 120 ml/g Kerapatan jenis curah 0,45-0,55 g/ml 0,30-0,35 g/ml Lolos ukuran mesh

325 - Min 90%

Sumber : SII. 0258-088

(35)

BAB IV

HASILDAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Uji Karakteristik Karbon Aktif

Pengujian karakteristik Karbon Aktif bertujuan untuk mengetahui daya serap dari karbon aktif itu sendiri. Ada 3 cara untuk mengetahui karakteristik karbon aktif yaitu, analisa kadar air, analisa kadar abu, dan daya serap iodin. Untuk prosedur dapat dilihat pada bab II dan diperoleh data berikut.

Tabel 4.1 Tabel Karakteristik Karbon Aktif

Berdasarkan pada Tabel 4, maka kadar air dan daya serap iodin telah memenuhi syarat baku mutu yakni kadar air maksimal 15% dan daya serap iodin maksimal 750 mg/g. Nilai kadar abu juga memenuhi syarat baku mutu yakni dibawah 10%. Hal ini berpengaruh terhadap terhadap renedemen arang yang dihasilkan. Semakin tinggi niai kadar abu maka rendemen arang semakin rendah. Kandungan kadar abu semakin meningkat seiring dengan lamanya waktu aktivasi. Hal ini disebabkan karena kandungan senyawa organik pada karbon aktif akan semakin berkurang akan tetapi kandungan senyawa anorganik relative tetap. Sehingga kandungan kadar abu akan semakin meningkat ketika senyawa organic semakin rendah. Selain waktu aktivasi yang lama faktor lain yang mempengaruhi kadar abu adalah keberadaan garam-garam karbonat, fosfat, silikat, dan sulfat (Sudrajat, 1979)

4.2 Pengaruh Waktu Kontak Terhadap Adsorpsi Khlor

Waktu kontak merupakan salah satu parameter yang sering digunakan dalam proses adsoprsi karena berkaitan dengan laju reaksi yang dinyatakan sebagai perubahan konsentrasi terhadap waktu. Penentuan waktu kontak digunakan untuk mendapat waktu pengadukan optimum selama proses batch sehingga diketahui batas maksimal adsorpsi terhadap adsorbat. Pada penelitian ini, variasi waktu kontak yang dilakukan menunjukkan waktu yang dibutuhkan sehingga kesetimbangan adsorpsi tercapai dan mengetahui batas maksimal karbon aktif dari jerami padi dengan konsentrasi NaOH 2%, 10%, 20% dan

No Karakteristik Nilai Standar

1 2 3

Kadar Air Kadar Abu Daya Serap Iodin

5,15%

4,13%

580,81 mg/g

Maks 15%

Maks 10%

Maks 750 mg/g

(36)

IV-2 karbon aktif komersial dalam menyerap khlor. Variasi waktu kontak yang dilakukan antara adsorben dan adsorbat pada variasi 0, 10, 30, 60, 120, 180, 240, 300, 450, 600, 900.

Gambar 4.1 Pengaruh Waktu Kontak Karbon Aktif dengan Aktivasi NaOH 2%Terhadap Efisiensi Adsorpsi Khlor dengan Konsentrasi Awal 500 mg/l

Pada uji adsorpsi khlor dengan konsentrasi awal 500 mg/l, hasil pengaruh waktu terhadap adsorpsi khlor pada karbon aktif jerami padi dengan konsentrasi yang berbeda dapat dilihat pada gambar 4.1, gambar 4.2, gambar 4.3, dan gambar 4.4. Adsorpsi khlor dengan menggunakan jerami padi dengan konsentrasi NaOH 2%, pada detik 0 atau pada keadaan diam diperoleh effisiensi penyisihan adsorpsi sebesar 0,29%, kapasitas adsorpsi 0,149 mg/g, pada detik ke 10 dan detik ke 30 ditemukan efisiensi penyisihan adsorpsi sebesar 0,33% dan 0,34% secara berurutan dengan kapasitas adsoprsi yang sama 0,169 mg/g, pada detik 60 dan detik 120 ditemukan bahwa efisiensi penyisihan adsorpsi yang sama dengan 0,38% dan kapasitas adsorpsi yang sama yaitu 0,189 mg/g, pada detik 180 ditemukan efisiensi penyisihan adsorpsi sebesar 0,4% dan kapasitas adsorpsi sebesar 0,199 mg/g, pada detik 240 ditemukan efisiensi penyisihan adsoprsi sebesar 0,44% dan kapasitas adsorpsi sebesar 0,219%, pada detik 300 ditemukan efisiensi penyisihan adsorpsi sebesar 0,49% dan kapasitas adsorpsi sebesar 0,239 mg/g, pada detik 450 ditemukan efisiensi penyisihan adsorpsi sebesar 0,49% dan kapasitas adsorpsi sebesar 0,239 mg/g, pada detik 600 ditemukan efisiensi penyisihan adsorpsi sebesar 0,59% dan

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8

0 10 30 60 120 180 240 300 450 600 900 1200 1500

Efisiensi (%)

Waktu (detik)

(37)

kapasitas adsorpsi sebesar 0,289 mg/g, pada detik 900 ditemukan efisiensi penyishian adsorpsi sebesar 0,7% dan kapasitas adsoprsi sebesar 0,339 mg/g. Pada karbon aktif jerami dengan konsentrasi NaOH 2% ditemukan efisiensi paling besar terjadi pada waktu 900 detik. Setelah melewati waktu 900 detik, Karbon aktif mulai menemui titk jenuh di waktu 1200 detik dand 1500 detik dikarenakan banyaknya pori-pori pada karbon aktif yang sudah dipenuhi dengan adsorban pada waktu 900 detik dimana terjadi effisiensi penyerapan maksimum.

Gambar 4.2 Pengaruh Waktu Kontak Karbon Aktif dengan Aktivasi NaOH 10%Terhadap Efisiensi Adsorpsi Khlor dengan Konsentrasi Awal 500 mg/l

Untuk hasil penyisihan khlor dengan karbon aktif yang diaktivasi dengan konsentrasi NaOH 10% terdapat sedikit peningkatan efisiensi. Adsorspi untuk karbon aktif yang diaktivasi dengan konsentrasi NaOH 10% juga menggunakan variabel waktu yang sama.

Pada detik 0 atau pada saat keadaan diam diperoleh efisiensi penyisihan adsorpsi sebesar 0,73% dan kapasitas adsorpsi sebesar 0,369 mg/g, pada detik 10 ditemukan efisiensi sebesar 0,76% dan kapasitas adsorspsi sebesar 0,76% dan kapasitas adsorpsi sebesar 0,379 mg/g, pada detik 30 ditemukan efisiensi sebesar 0,81% dan kapasitas adsropsi sebesar 0,399 mg/g, pada detik 60 ditemukan efisiensi sebesar 0,81% dan kapasitas adsorpsi sebesar 0,399 mg/g, pada detik 120 ditemukan efisiensi sebesar 0,82% dan kapasitas adsorpsi sebesar 0,399 mg/g, pada detik 180 ditemukan efisiensi sebesar 0,87 dan kapasitas adsorpsi sebesar 0,419 mg/g, pada detik 240 ditemukan efisiensi sebesar

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2

0 10 30 60 120 180 240 300 450 600 900 1200 1500

Efisiensi (%)

Waktu (detik)

(38)

IV-4 0,92% dan kapasitas adsorpsi sebesar 0,439 mg/g, pada detik 300 dan 450 ditemukan efisiensi yang sama yaitu sebesar 0,93% dan kapasitas adsorpsi yang sama sebesar 0,439mg/g, pada detik 600 ditemukan efisiensi sebesar 0,96% dan kapasitas adsorpsi sebesar 0,449 mg/g, pada detik 900 ditemukan efisiensi sebesar 0,97% dan kapasitas adsorpsi 0,499 mg/g. Pada karbon aktif jerami dengan konsentrasi NaOH 10% juga ditemukan efisiensi paling besar terjadi pada waktu 900 detik. Setelah melewati waktu 900 detik, Karbon aktif mulai menemui titik jenuh di waktu 1200 detik dand 1500 detik dikarenakan banyaknya pori-pori pada karbon aktif yang sudah dipenuhi dengan adsorban pada waktu 900 detik dimana terjadi effisiensi penyerapan maksimum.

Gambar 4.3 Pengaruh Waktu Kontak Karbon Aktif dengan Aktivasi NaOH 20%Terhadap Efisiensi Adsorpsi Khlor dengan Konsentrasi Awal 500 mg/l

Hasil penyisihan khlor dengan menggunakan jerami padi yang diaktivasi dengan NaOH 20% ada peningkatan yang besar dibanding dengan yang sebelumnya. Pada detik 0 atau keadaan diam ditemukan efisiensi sebesar 1,24% dan kapasitas adsrobsi sebesar 0,549 mg/g, pada detik 10 ditemukan efisiensi sebesar 1,28% dan kapasitas adsorpsi sebesar 0,549 mg/g, pada detik 30 ditemukan efisiensi sebesar 1,31% dan kapasitas adsorpsi sebesar 0.524 mg/g, pada detik 60 ditemukan efisiensi sebesar 1,21 % dan kapasitas adsorpsi sebesar 0.569 mg/g, pada detik 120 ditemukan efisiensi sebesar 1,31% dan kapasitas adsorpsi sebesar 0,524 mg/g, pada detik 240 ditemukan efisiensi sebesar 1,41%

dan kapasitas adsorpsi sebesar 0,649 mg/g, pada detik 300 ditemukan efisiensi sebesar 1,45% dan kapasitas adsorpsi sebesar 0,679 mg/g, pada detik 450 ditemukan efisiensi

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4

0 10 30 60 120 180 240 300 450 600 900 1200 1500

Efisiensi (%)

Waktu (detik)