KAJIAN KEMAMPUAN ADSORPSI LOGAM BERAT
KADMIUM (Cd
+2) DAN TEMBAGA (Cu
+2) SERTA
KOMPETISI LARUTAN BINER DENGAN
MENGGUNAKAN ADSORBEN DARI BATANG
JAGUNG (
Zea mays.
)
SKRIPSI
Oleh
WALID AL ARFI
120405051
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
KAJIAN KEMAMPUAN ADSORPSI LOGAM BERAT
KADMIUM (Cd
+2) DAN TEMBAGA (Cu
+2) SERTA
KOMPETISI LARUTAN BINER DENGAN
MENGGUNAKAN ADSORBEN DARI BATANG
JAGUNG (
Zea mays.
)
SKRIPSI
Oleh
WALID AL ARFI
120405051
SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN
PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
i
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul:
KAJIAN KEMAMPUAN ADSORPSI LOGAM BERAT
KADMIUM (Cd
+2) DAN TEMBAGA (Cu
+2) SERTA
KOMPETISI LARUTAN BINER DENGAN
MENGGUNAKAN ADSORBEN DARI BATANG JAGUNG
(
Zea mays.
)
Dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini adalah hasil karya saya kecuali kutipan-kutipan yang telah saya sebutkan sumbernya.
Demikian pernyataan ini diperbuat, apabila kemudian hari terbukti bahwa karya ini bukan karya saya atau merupakan hasil jiplakan maka saya bersedia menerima sanksi sesuai dengan aturan yang berlaku
Medan, Januari 2017
Walid Al Arfi
ii
PENGESAHAN
Skripsi dengan judul:
KAJIAN KEMAMPUAN ADSORPSI LOGAM BERAT
KADMIUM (Cd
+2) DAN TEMBAGA (Cu
+2) SERTA
KOMPETISI LARUTAN BINER DENGAN
MENGGUNAKAN ADSORBEN DARI BATANG JAGUNG
(
Zea mays.
)
dibuat untuk melengkapi persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini telah diujikan pada sidang ujian skripsi pada 26 Januari 2017 dan dinyatakan memenuhi syarat/sah sebagai skripsi pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Mengetahui,
Koordinator Skripsi
Ir. Renita Manurung, M.T
NIP. 19681214 199702 2 002
Medan, 2017
Dosen Pembimbing
Bode Haryanto, S.T, M.T, Ph.D
NIP. 19710130 199903 1 001
Dosen Penguji I
Dr. Eng, Rondang Tambun, S.T, M.T
NIP. 19720412 200012 1 004
Dosen Penguji II
Okta Bani, S.T, M.T
iii
PRAKATA
Puji syukur kami panjatkan kehadirat Allah SWT atas berkat limpahan rahmat dan
karunia-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan
Skripsi dengan judul ”Kajian Kemampuan Adsorpsi Logam Berat Kadmium
(Cd+2) Dan Tembaga (Cu+2) Serta Kompetisi Larutan Biner Dengan
Menggunakan Adsorben Dari Batang Jagung (Zea Mays.)”, berdasarkan hasil
penelitian yang penulis lakukan di Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk
mendapatkan gelar sarjana teknik.
Hasil penelitian bermanfaat untuk mengatasi permasalahan tentang pencemaran
logam berat yang sering terdapat pada badan air. Solusi yang ditawarkan juga
dinilai ekonomis, karena batang jagung dapat dengan mudah didapatkan dan
belum dimanfaatkan dengan baik. Selain itu untuk dapat digunakan sebagai
adsorben, batang jagung tidak mendapatkan perlakuan khusus, seperti aktivasi,
sehingga dapat mengurangi biaya operasional dan produksi.
Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi ini penulis banyak
mendapat bantuan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan
terimakasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada:
1. Bode Haryanto, S.T, M.T, Ph.D selaku pembimbing.
2. Dr. Eng, Rondang Tambun, S.T, M.T dan Okta Bani S.T, M.T selaku
penguji.
3. Ir. Renita Manurung, M.T selaku koordinator penelitian.
4. Dr. Eng. Ir. Irvan, M.Si selaku ketua Departemen.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna oleh karena itu
penulis mengharapkan saran dan masukan demi kesempurnaan skripsi ini.
Semoga skripsi ini memberikan manfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan.
Medan, Januari 2017
iv
DEDIKASI
Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada:
1. Kedua orang tua saya yaitu Ayahku Abdul Rahman dan Ibuku Nizarafina
memberikan motivasi dan doa dalam menyelesaikan studi. Doa penulis selalu
beserta mu saudaraku.
3. Bapak dan Ibu dosen Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik,
Universitas Sumatera Utara, yang juga telah banyak memberikan banyak ilmu
selama penulis kuliah.
4. Para pegawai administrasi Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik,
Universitas Sumatera Utara.
5. Teman yang selalu ada, Debbie Aditia Ramadhani; yang telah meluangkan
waktu dan tenaga untuk menyemangatkan penulis agar segera menyelesaikan
skripsi ini.
6. Partner penelitian, Fadhil Alfaruq Sinaga; yang telah bekerja sama di dalam
penyelesaian penelitian dan skripsi ini.
7. Sahabat-sahabat penulis, yaitu teman-teman mahasiswa Teknik Kimia
terutama angkatan 2012 dan adek-adek mahasiswa Teknik Kimia, Fakultas
Teknik, Universitas Sumatera Utara lainnya yang tidak dapat saya ucapkan
satu persatu, terimakasih atas dukungan moril yang diberikan sehingga
penulisan skripsi ini dapat selesai dengan baik.
v
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Nama: Walid Al Arfi
NIM : 120405051
Tempat/Tanggal Lahir: Lubuk Sikaping, 02 Juni 1994
Nama Orang tua: Abdul Rahman dan Nizarafina
Alamat Orang tua: Jl. H. Agus Salim No. 38, Kuburarak, Kenagarian Pauh, Lubuk Sikaping, Pasaman.
Asal Sekolah
TK Islam Darul Hikmah Lubuk Sikaping tahun 1999-2000
SDN 09 Pauh Lubuk Sikaping tahun 2000-2006
SMPN 1 Lubuk Sikaping tahun 2006-2009
SMAN 1 Lubuk Sikaping tahun 2009-2012
Beasiswa yang pernah diperoleh:
1. Beasiswa Bidik Misi tahun 2012-2016
Pengalaman Organisasi/Kerja:
1. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) periode 2012-2016,
sebagai anggota
2. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) periode 2013-2015,
sebagai Badan Pengurus Harian Bidang HUMAS
3. Ikatan Mahasiswa Saiyo (IMASO) Pasaman periode 2013-2015, sebagai
Ketua
4. Covalen Study Group (Teknik Kimia Universitas Sumatera Utara) periode
2012-2015, sebagai anggota
5. Kerja Praktek di PT. Pusaka Prima Mandiri, Deli Tua, Medan 1 Februari – 28 Februari 2016
6. Pemerintah Mahasiswa (PEMA) Fakultas Teknik Univers itas Sumatera
vi
ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kemampuan adsorpsi batang jagung dengan variasi bentuk dalam menyerap ion logam kadmium (Cd+2) dan tembaga (Cu+2) 50 ppm serta larutan biner Cd+2:Cu+2 (30:30) ppm pada larutan dengan pH 4,5. Batang jagung yang digunakan dibentuk berupa bulat, ½ bulat, ¼ bulat, 50 mesh, dan 70 mesh. Penelitian ini terbagi menjadi 2 tahap, yaitu perlakuan awal dengan melakukan pencucian dan pengeringan hingga kondisi yang seragam. Tahap kedua adalah pengukuran potensi kapasitas adsorpsi dengan system batch adsorption, pemodelan kinetika adsorpsi dan pemodelan kinetika adsorpsi. Model kinetika adsorpsi mengindikasikan adsorpsi terjadi secara kimia. Sementara model kinetika difusi mengindikasikan proses difusi terjadi pada bagian dalam dan pori adsorben. Pengaruh ukuran batang jagung secara signifikan mempengaruhi kemampuan adsorpsi batang jagung. Untuk logam Cd+2 kenaikan kapasitas adsorpsi dari 9,94%, 11,48%, 17,47%, 28,24% hingga 34,14% untuk bentuk bulat, ½ bulat, ¼ bulat, 50 mesh dan 70 mesh secara berurut selama 5 jam. Untuk logam Cu+2 kenaikan kapasitas adsorpsi dari 7,36%, 7,73%, 12,26%, 26,09% hingga 31,14% untuk bentuk bulat, ½ bulat, ¼ bulat, 50 mesh dan 70 mesh secara berurut selama 5 jam. Kemampuan adsorpsi ini menunjukkan bahwa batang jagung memiliki potensi sebagai adsorben dalam menyerap ion logam dalam larutan.
vii
ABSTRACT
The idea of this research is to know adsorption capacity of corn stalk with different shapes to adsorp cadmium ion (Cd+2) and copper ion (Cu+2) 50 ppm including binary solution Cd+2:Cu+2 (30:30) ppm dissolving in the solution on pH 4,5. The corn stalk variation shapes are round, half round, quarter round, 50 mesh and 70 mesh. This research consist of 2 main steps such as, pre-treatment and batch adsorption to determine adsorption capacity, modeling of adsorption kinetic and modeling of adsorption diffusion. Adsorption kinetics model indicates adsorption occurs chemically. While adsorption diffusions model indicates adsorption taken place in part and pore of adsorbent. The influence of the size of the corn stalks significantly affect the adsorption capacity of corn stalks. In metal ion Cd+2 adsorption capacity rise of 9,94%, 11,48%, 17,47%, 28,24% and 34,14% for a round shape, ½ round, ¼ round, 50 mesh and 70 mesh consecutively for 5 hours. In metal ion Cu+2 adsorption capacity rise of 7,36%, 7,73%, 12,26%, 26,09% and 31,14% for a round shape, ½ round, ¼ round, 50 mesh and 70 mesh consecutively for 5 hours. This shows that the adsorption capacity of corn stalks has potential as an adsorbent to absorb metal ions in solution.
viii
DAFTAR ISI
Halaman
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI i
PENGESAHAN ii
2.4 TEKNOLOGI PENYERAPAN LOGAM BERAT 10
2.4.1 Elektrofotasi 10
2.4.2 Pemisahan Membran 10
2.4.3 Adsorpsi 10
2.5 ADSORPSI 11
ix
2.5.2 Faktor-faktor yang mempengaruhi Adsorpsi 12
2.6 KAPASITAS ADSORPSI 14
2.7 KESETIMBANGAN ISOTERMAL ADSORPSI 15
2.8 KINETIKA ADSORPSI 17
2.9 PROSES DIFUSI 18
2.10 PREFERENSI ADSORPSI (PREFENTIAL ADSORPTION) 20
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 21
3.1 LOKASI DAN WAKTU PENELITIAN 21
3.2 BAHAN DAN PERALATAN PENELITIAN 21
3.3 PROSEDUR PENELITIAN 21
3.3.1 Prosedur Pembuatan Larutan 21
3.3.2 Prosedur Preparasi Batang Jagung (Pembuatan
Bio-adsorben) 23
3.3.3 Prosedur Batch Adsorpsi 23
3.3.4 Prosedur Kinetika Adsorpsi 24
3.3.5 Prosedur Isotermal Adsorpsi Berdasarkan
Perbedaan Konsentrasi 24
3.4 FLOWCHART PROSEDUR PENELITIAN 25
3.4.1 Persiapan Adsorben (Batang Jagung) 25
3.4.2 Pengeringan Adsorben Batang Jagung 26
3.4.3 Pembuatan Larutan HCl 0,1M 26
3.4.4 Pembuatan Larutan NaOH 0,1M 27
3.4.5 Pembuatan Larutan Pelarut dengan pH 4,5 27
3.4.6 Pembuatan Larutan Cd+2 50 ppm 28
3.4.7 Pembuatan Larutan C u+2 50 ppm 28
3.4.8 Flowchart Prosedur Batch Adsorption 29
3.4.9 Flowchart Prosedur Kinetika Adsorpsi 30
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 31
4.1 PENETRALAN pH DARI ADSORBEN BATANG
JAGUNG 31
4.2 PENGERINGAN BENTUK ADSORBEN BATANG
x
4.3 PENENTUAN KAPASITAS ADSORPSI DENGAN
VARIASI BENTUK ADSORBEN 36
4.4 PENENTUAN PERUBAHAN KONSENTRASI
TERHADAP KAPASITAS ADSORPSI 41
4.5 PENENTUAN WAKTU KONTAK OPTIMUM DAN
KINETIKA ADSORPSI 43
4.6 PENENTUAN KINETIKA DIFUSI 51
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 55
5.1 KESIMPULAN 55
5.2 SARAN 56
DAFTAR PUSTAKA 57
xi
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambara 2.1 Permukaan Batang Jagung dengan 500 Perbesaran
Menggunakan (Scanning E lectron Microscope)
SEM 8
Gambar 3.1 Flowchart Persiapan Adsorben Batang Jagung 25
Gambar 3.2 Flowchart Pengeringan Adsorben Batang Jagung 26
Gambar 3.3 Flowchart Pembuatan Larutan HCl 0,1 M 26
Gambar 3.4 Flowchart Pembuatan Larutan NaOH 0,1 M 27
Gambar 3.5 FlowchartPembuatan Larutan Pelarut dengan pH 4,5 27
Gambar 3.6 Flowchart Pembuatan Larutan Standart Cd+2 (50 ppm) 28
Gambar 3.7 Flowchart Pembuatan Larutan Standart C u+2 (50 ppm) 28
Gambar 3.8 Flowchart Mengukur Pengaruh Ukuran Adsorben
Terhadap Kemampuan Adsorpsi 29
Gambar 3.9 Flowchart Mengukur Kinetika Adsorpsi Pengaruh Ukuran
Adsorben Terhadap Kemampuan Adsorpsi 30
Gambar 4.1 Penentuan pH Netral Adsorben Batang Jagung 31
Gambar 4.2 Batang Jagung Berbagai Bentuk Sebelum dan Sesudah
Pengeringan 32
Gambar 4.3 Grafik Pengeringan Adsorben Batang Jagung 33
Gambar 4.4 Kurva Laju Pengeringan 35
Gambar 4.5 Hubungan Antara Kapasitas Adsorpsi Logam Cd+2
Dengan Berbagai Adorben Batang Jagung 37
Gambar 4.6 Persentase Adsorpsi (%) Logam Cd+2 50 dengan
Berbagai Bentuk Adsorben 37
Gambar 4.7 Hubungan Antara Kapasitas Adsorpsi Logam Cu+2
Dengan Berbagai Adorben Batang Jagung 38
Gambar 4.8 Persentase Adsorpsi (%) Logam Cu+2 50 dengan
Berbagai Bentuk Adsorben 38
xii
Gambar 4.10 Nilai Kapasitas Adsorpsi Maksimum (qmax) untuk
Berbagai Perbandingan Konsentrasi Cd+2 / Cu+2 Selama 5
Jam 42
Gambar 4.11 Grafik Optimasi Waktu Kontak pada Penyerapan ion
Logam Cd+2 dalam Larutan oleh Adsorben Batang Jagung 44
Gambar 4.12 Grafik Optimasi Waktu Kontak pada Penyerapan ion
Logam Cu+2 dalam Larutan oleh Adsorben Batang Jagung 44
Gambar 4.13 Grafik Optimasi waktu kontak pada penyerapan ion logam
Cu+2 : Cd+2 (30:30 ppm) dalam larutan biner oleh
Adsorben batang jagung 45
Gambar 4.14 Grafik Kinetika Adsorpsi Cd+2 Orde 1 47
Gambar 4.20 Pemodelan Kinetika Difusi Internal Logam Cd+2 50 ppm 52
Gambar 4.21 Pemodelan Kinetika Difusi Eksternal Logam Cd+2 50 ppm 52
Gambar 4.22 Pemodelan Kinetika Difusi Internal Logam Cu+2 50 ppm 52
Gambar 4.23 Pemodelan Kinetika Difusi Eksternal Logam Cu+2 50 ppm 53
Gambar 4.24 Pemodelan Kinetika Difusi Internal Larutan Biner Cd+ 2:
Cu+2 (30:30 ppm) 53
Gambar 4.24 Pemodelan Kinetika Difusi Eksternal Larutan Biner Cd+2 :
Cu+2 (30:30 ppm) 54
Gambar C.1 Kebun Jagung yang akan Digunakan Sebagai Adsorben 73
Gambar C.2 Pemotongan dan Pembersihan Batang Jagun 73
Gambar C.3 Batang Jagung yang Siap Dijadikan Adsorben 74
Gambar C.4 Peralatan dan Sampel Batang Jagung Penelitian 74
Gambar C.5 Material Logam Berat yang Digunakan 75
xiii
Gambar C.7 Pengatur Keasaman NaOH (0,1 M) dan HCl (0,1 M) 76
Gambar C.8 Botol Sampel Untuk Uji Di Alat AAS 76
Gambar C.9 Hasil Uji Panjang Gelombang Logam Cd+2 Di Alat
AAS 77
Gambar C.10 Hasil Uji Logam Cd+2 50 ppm Di Alat AAS 77
Gambar C.11 Hasil Uji Panjang Gelombang Logam Cu+2 Di Alat
AAS 78
xiv
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1.1 Jumlah Panen Jagung Indonesia Tahun 2013-2015 2
Tabel 1.2 Data Beberapa Hasil Penelitian Terbaru Tentang Bioadsorpsi
dan Pemanfaatkan Batang Jagung Sebagai Biosorban Dalam
Menyerapan Ion Logam 2
Tabel 2.1 Komponen Kimia Pada Batang Jagung 7
Tabel A.1 Data Kalibrasi Larutan Standar 63
Tabel A.2 Data Hasil Pencucian dari Adsorben Batang Jagung. 63
Tabel A.3 Hubungan Hasil Kapasitas Adsorpsi Batang Jagung Terhadap
Logam Cd+2 Pada berbagai Bentuk 66
Tabel A.4 Hubungan Hasil Kapasitas Adsorpsi Batang Jagung Terhadap
Logam Cu+2 Pada berbagai Bentuk 66
Tabel A.5 Data Hasil Penentuan Waktu Optimum Logam Cd+2 67
Tabel A.6 Data Hasil Penentuan Waktu Optimu m Logam Cu+2 67
Tabel A.7 Data Hasil Perbandingan Konsentrasi Tetap Cd+2 / Cu+2
(30:30 ppm) Terhadap Waktu 68
Tabel A.8 Hubungan Antara Kapasitas Adsorpsi q (%) Terhadap Waktu
(t) 68
Tabel A.9 Nilai Kapasitas Adsorpsi q (%) pada Berbagai Perbandingan
xv
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
LAMPIRAN A DATA BAHAN BAKU 63
A.1 Data Kalibrasi Larutan Standar Hasil Analisis AAS 63
A.2 Hasil Pencucian Adsorben Batang Jagung 63
A.3 Hasil Pengeringan Adsorben Batang Jagung 64
A.3.1 Perhitungan Pengeringan Adsorben Batang Jagung 64
A.4 Data Hasil Kapasitas Adsorpsi 66
A.5 Data Hasil Penentuan Waktu Optimum 67
A.6 Data Adsorbansi dan Konsentrasi Larutan Biner 68
LAMPIRAN B CONTOH PERHITUNGAN 69
B.1 Pembuatan Larutan (Stock Solution) 69
B.2 Perhitungan Konsentrasi Aktual 70
B.3 Perhitungan Kapasitas Adsorpsi 70
B.4 Pembuatan Larutan Biner (Stock Solution) 70
B.5 Perhitungan Kapasitas Adsorpsi Larutan Biner 71
LAMPIRAN C DOKUMENTASI PERCOBAAN 73
C1 Sampel dan Bahan Baku 73
xvi
DAFTAR SINGKATAN
AAS Atomic Adsorption Spectroscopy
pH P ower of Hydrogen
xvii
DAFTAR SIMBOL
Simbol Keterangan Dimensi
Cd(CH3COO)2.2H2O
NaOH Natrium Hidroksida g
H2O Air mL
H+ Ion hidrogen
Q Berat Cd yang terjerap oleh satu gram
sampel mg/g
w Berat sampel yang digunakan g
Co Konsentrasi larutan Cd awal ppm
Ct Konsentrasi larutan Cd pada waktu t ppm
t Waktu menit/ jam
V Volume larutan Cd dan Cu yang
digunakan mL
y Absorbansi
