ADSORPSI METHYL ORANGE MENGGUNAKAN KARBON AKTIF DARI KULIT SALAK (SALACCA EDULIS) DENGAN AKTIVASI FISIKA CO 2 SKRIPSI

ADSORPSI METHYL ORANGE MENGGUNAKAN KARBON AKTIF DARI KULIT SALAK (SALACCA

EDULIS) DENGAN AKTIVASI FISIKA CO

₂

SKRIPSI

Oleh

HALIMAH TUSAK DIYAH 140405037

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

JULI 2019

ADSORPSI METHYL ORANGE MENGGUNAKAN KARBON AKTIF DARI KULIT SALAK (SALACCA

EDULIS) DENGAN AKTIVASI FISIKA CO

₂

SKRIPSI

Oleh

HALIMAH TUSAK DIYAH 140405037

SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

JULI 2019

PRAKATA

Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan.

Tulisan ini merupakan Skripsi dengan judul “Adsorpsi Methyl Orange Menggunakan Karbon Aktif dari Kulit Salak (Salacca Edulis) dengan Aktivasi Fisika CO

₂

”, 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.

Selama pelaksanaan peelitian dan penulisan skripsi ini, penulis banyak memperoleh bantuan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terimakasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada:

1. Bapak Prof. Dr. Ir. M. Turmuzi, M.S selaku Dosen Pembimbing yang telah banyak memberikan ilmu dan arahan dalam pelaksanaan penelitian serta penyelesaian skripsi ini.

2. Bapak Ir. Bambang Trisakti, M.T selaku Koordinator Skripsi Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

3. Ibu Erni Misran, S.T., M.T., Ph.D selaku Dosen Penguji I yang turut memberikan arahan dan saran untuk kemajuan penelitian serta penyelesaian skripsi.

4. Bapak Bode Haryanto, S.T., M.T., Ph.D selaku Dosen Penguji II yang turut memberikan arahan dan saran untuk kemajuan penelitian serta penyelesaian skripsi.

5. Ibu Maya Sarah, ST, MT, Ph.D., IPM selaku Ketua Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

6. Seluruh staf pengajar dan pegawai Departemen Teknik Kimia, FakultasTeknik, Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan banyak ilmu yang berharga kepada penulis.

7. Annisa Uswatun Hasanah Siregar selaku rekan penelitianyang selama ini

bekerjasama, bertukarpikiran, dan berjuang bersama dalam penelitian dan

penyelesaian skripsi demi meraih gelar sarjana teknik bersama-sama.

Penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini masih jauh dari sempurna untuk itu adanya kritik serta saran yang membangun sangat diperlukan untuk penyempurnaan skripsi ini. Akhirnya penulis berharap semoga skripsi ini ada manfaatnya bagi penulis dan para pembaca.

Medan, Juli 2019 Penulis

Halimah Tusak Diyah

DEDIKASI

Skripsi ini aku dedikasikan kepada:

Bapak & Mama tercinta Semoga dapat membuat kalian bangga.

Terima kasih telah menjadiorangtua hebatyangtelah membesarkan, mendidik dan mendukungku dengan penuh kesabaran dan kasih

sayang.

Tak ada kata-kata indah yang mampu ku rangkai setiap hari, melainkan hanya do’a yang dapat ku persembahkan

Agar Bapak dan Mama senantiasa sehat dan diberikan umur yang

berkah.

RIWAYAT HIDUP PENULIS

Nama: Halimah Tusak Diyah NIM: 140405037

Tempat/Tanggal Lahir:Sombahuta, 11 November 1997 Nama Orangtua: Dikam dan Saodah

Alamat Orangtua:

Dusun I Sombahuta Kec. Buntu Pane Kab. Asahan

Asal Sekolah:

 SDN 014680 Prapat Janji, Tahun 2002 –2008

 MTs Al-Washliyah Prapat Janji, Tahun 2008 - 2011

 MAN Kisaran, Tahun 2011 – 2014

Pengalaman Organisasi/Kerja:

1. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USUsebagai Sekretaris Bidang Sosial dan Pegabdian Masyarakat (2017 – 2018).

2. Volunteer HAMADA Medan (2017-2018).

3. Covalen Study Group (CSG) sebagai anggota (2014-2018).

4. Kerja Praktek di PT. INALUM (2017).

5. Private Tutor untuk siswa SMP dan SMA (2018-2019).

Artikel yang yang telah dipublikasi

1. “Pemanfaatan Limbah Batang Tembakau (Nicotiana Tabacum L.) Menjadi Bioetanol Sebagai Sumber Energi Bahan Bakar Terbarukan”Dipublikasikan dalam Buku “Agribisnis Tembakau” IPB Press

Prestasi akademik/ non akademik yang pernah dicapai:

1. Top 15 Finalis Indonesia Scientific Days Universitas Islam Indonesia di Yogyakarta (2017).

2. The Best Group Lomba Karya Tulis Ilmiah di Fakultas Pertanian Universitas

Sumatera Utara Medan (2017).

ADSORPSI METHYL ORANGE MENGGUNAKAN KARBON AKTIF DARI KULIT SALAK (SALACCA EDULIS) DENGAN

AKTIVASI FISIKA CO

2

ABSTRAK

Penelitian ini bertujuan untuk menentukan efisiensi penjerapan methyl orange terbaik dengan variasi massa adsorben, pH, konsentrasi methyl orange serta mengetahui kinetika reaksi dan isoterm adsorpsi karbon aktif. Bahan baku dari karbon aktif adalah kulit salak. Kulit salak dicuci hingga pH netral dan dikeringkan dalam oven pada suhu 105 °C hingga berat konstan, kemudian dihaluskan menggunakan blender dan diayak dengan menggunakan ayakan 50/70 mesh. Hasil cut off dari ayakan ini dipirolisis dengan aliran N

₂

dalam alat pirolisis selama 120 menit pada suhu 500

^o

C dengan laju alir 100 cm

³

/min. Karbon aktif hasil pirolisis dimasukkan ke dalam microwave yang dialirkan N

₂

100 cm

³

/min dan CO

₂

dengan laju alir 300 cm

³

/min selama 60 menit pada daya 800 W. Efisiensi penjerapan methyl orange terbaik adalah 99,25% dengan waktu kontak 120 menit dan pH 6 pada karbon aktif 0,9 gram.

Kapasitas adsorpsi methyl orange maksimum adalah adalah 11,02 mg/g pada konsentrasi methyl orange 100 mg/L. Model yang sesuai pada penelitian ini adalah model kinetika orde dua dan isoterm adsorpsi Langmuir. Hasil spektofotometer Fourier Transform Infra-Red (FTIR) pada bahan baku kulit salak sebelum pencucian didapatkan hasil bilangan gelombang yang menunjukkan adanya gugus fungsi C-O, O-H, dan gugus C=O yang merupakan gugus khas yang terdapat pada karbon aktif, gugus fungsi yang muncul setelah aktivasi dan adsorpsi adalah gugus C=C yang menunjukkan adanya peningkatan karbon dan gugus C-H (Alkenes). Hasil karakterisasi Scanning Electron Microscope (SEM) menunjukkan bahwa morfologi permukaan dari karbon aktifdari kulit salak memiliki permukaan pori-pori yang terbuka, kasar, dan porositasnya yang seragam. Pori-pori karbon aktif setelah aktivasi dalam keadaan kosongdan setelah dilakukan proses adsorpsi methyl orange pori-pori karbon aktif terisi penuh dengan larutan methyl orange. Hasil uji Energy Dispersive Spectroscopy (EDS) menunjukkan bahwa karbon aktif dari kulit salak setelah adsorpsi mengandung jumlah persen atom unsur C sebesar 80,46%, O sebesar 11,34%, K sebesar 2,35%, Ca sebesar 1,73%, S sebesar 1,81%, Si sebesar 1,67 dan Mg sebesar 0,63%.

Kata kunci : adsorpsi, methyl orange, karbon aktif, kinetika

ADSORPTION METHYL ORANGE USING ACTIVATED CARBON FROM ZALACCA PEEL (SALACCA EDULIS) WITH CO

2

PHYSICAL ACTIVATION

ABSTRACT

This study aims to determine the best efficiency of adsorption of methyl orange with variations in the mass of the adsorbent, pH, concentration of methyl orange and determine the reaction kinetics and adsorption isotherms of activated carbon. The raw material for activated carbon is zalacca peel. zalacca peel is started to neutral pH and dried in an oven at 105°C to a constant weight, then mashed using a blender and sifted using a 50/70 mesh sieve. The cut off from this sieve was hydrolyzed with N

2

flow in a pyrolysis device for 120 minutes at 500°C with a flow rate of 100 cm

³

/min. Activated carbon from pyrolysis is put into the microwave N

2

100 cm

³

/minute and CO

₂

with a flow rate of 300 cm

³

/minute for 60 minutes at 800 W. The efficiency of the best description of methyl orange is 99,25% with 120 minutes and pH 6 at 0,9 grams of activated carbon. The maximum methyl orange adsorption capacity is 11,02 mg/g at 100 mg/L methyl orange concentration. The model suitable for this study is the second order kinetics and Langmuir adsorption isotherm. The results of the Fourier Transform Infra-Red (FTIR) spectrophotometer on the raw material of zalacca peel before washing were obtained by wave number which shows the presence of functional groups C-O, O-H, and C=O groups which form a special group found on activated carbon, functional groups that appear after activation and adsorption is a C=C group which shows an increase in carbon and C-H groups (Alkenes). The results of the Scanning Electron Microscope (SEM) characterization show that the surface morphology of the activated carbon from zalacca peel has a surface that is open, coarse, and uniform porosity. The pores of activated carbon after activation in vacant soil and after the methyl orange adsorption process are carried out the pores of the activated carbon are filled with methyl orange solution.

The Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy (EDS) test results showed that activated carbon from zalacca peel after adsorption contained a C atom of 80,46% O of 11,34%, K of 2,35%, Ca of 1,73%, S is 1,81%, Si is 1,67 and Mg is 0,63%.

Keywords: adsorption, methyl orange, activated carbon, kinetics

DAFTAR ISI

Halaman

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ii

PENGESAHAN iii

PRAKATA iv

DEDIKASI vi

RIWAYAT HIDUP PENULIS vii

ABSTRAK viii

ABSTRACT ix

DAFTAR ISI x

DAFTAR GAMBAR xiii

DAFTAR TABEL xv

DAFTAR LAMPIRAN xvi

DAFTAR SINGKATAN xviii

DAFTAR SIMBOL xix

BAB I PENDAHULUAN 1

1.1 LATAR BELAKANG 1

1.2 RUMUSAN MASALAH 4

1.3 TUJUAN PENELITIAN 4

1.4 MANFAAT PENELITIAN 4

1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN 5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 6

2.1 KULIT BUAH SALAK (SALACCA EDULIS) 6

2.2 METHYL ORANGE 8

2.3 KARBON AKTIF 9

2.4 PROSES PEMBUATAN KARBON AKTIF 11

2.4.1 Proses Dehidrasi 11

2.4.2 Proses Pirolisis 11

2.4.3 Proses Aktivasi 13

2.5 ADSORPSI 14

2.6 UJI KARBON AKTIF 15

2.6.1 Karakterisasi Scanning Electron Microscopy (SEM) 15

2.6.2 Spektofotometer UV-VIS 16

2.6.3 Karakterisasi Fourier Transform Infra-Red (FTIR) 17

2.7 KAPASITAS ADSORPSI 18

2.7 KINETIKA ADSORPSI 18

2.8 ISOTERM ADSORPSI 20

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 23

3.1 LOKASI PENELITIAN 23

3.2 BAHAN DAN ALAT 23

3.3 PROSEDUR PENELITIAN 24

3.3.1 Persiapan bahan Baku 24

3.3.2 Pirolisis 24

3.3.3 Proses Aktivasi Kulit Salak 24

3.3.4 Penentuan Massa Adsorben Terbaik 24

3.3.5 Penentuan Pengaruh pH 25

3.3.6 Uji Adsorpsi Metode Batch 25

3.4 UJI KARBON AKTIF 25

3.4.1 Penentuan Morfologi Permukaan Karbon Aktif

Menggunakan Uji SEM (Scanning Electron Microscope) 25 3.4.2 Uji Fourier Transform Infra Red (FTIR) 26 3.4.3 Penentuan Konsentrasi Pada Larutan Methyl Orange 26

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 28

4.1 PENENTUAN MASSA DAN WAKTU TERBAIK 28

4.2 PENENTUAN EFISIENSI PENJERAPAN PADA VARIASI pH 30 4.3 PENENTUAN KAPASITAS ADSORPSI PADA VARIASI

KONSENTRASI 32

4.4 PENENTUAN MODEL KINETIKA ADSORPSI 34

4.5 PENENTUAN MODEL ISOTERM ADSORPSI 36

4.6 ANALISIS GUGUS FUNGSI KULIT SALAK DAN KARBON AKTIF MENGGUNAKAN FOURIER TRANSFORM INFRA-

RED (FT-IR) 38

4.7 KARAKTERISASI MORFOLOGI PERMUKAAN KARBON

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 44

5.1 KESIMPULAN 44

5.2 SARAN 44

DAFTAR PUSTAKA 45

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Buah Salak 6

Gambar 2.2 Struktur Methyl Orange 8

Gambar 2.3 Struktur Karbon Aktif (a) berbentuk granular (b) berbentuk

serbuk (c) berbentuk pellet 11

Gambar 2.4 Proses Adsorpsi Pada Karbon Aktif: Transfer Molekul Adsorbat

ke Adsorben 14

Gambar 2.5 Kinetika reaksi Orde Satu 19

Gambar 2.6 Kinetika reaksi Orde Dua 20

Gambar 2.7 Adsorpsi Isoterm Langmuir 21

Gambar 3.1 Rangkaian Alat Pirolisis 23

Gambar 3.2 Rangkaian Alat Aktivasi Menggunakan Microwave 24

Gambar 3.3 Kurva Standar Methyl Orange 27

Gambar 4.1 Hubungan Antara Efisiensi Penjerapan dengan Waktu 29 Gambar 4.2 Hubungan Antara pH dengan Efisiensi Penjerapan 31 Gambar 4.3 Hubungan Antara Konsentrasi dengan Kapasitas Adsorpsi dan

Efisiensi Penjerapan 33

Gambar 4.4 Kinetika Orde Satu 34

Gambar 4.5 Kinetika Orde Dua 35

Gambar 4.6 Isoterm Langmuir 36

Gambar 4.7 Isoterm Freundlich 37

Gambar 4.8 Spektrum Inframerah FT-IR 39

Gambar 4.9 Hasil SEM Adsorben Sebelum Adsorpsi 41

Gambar 4.10 Hasil SEM Adsorben Setelah Adsorpsi 41

Gambar 4.11 Kandungan Unsur Pada Spektrum EDS Sebelum Adsorpsi 42 Gambar 4.15 Kandungan Unsur Pada Spektrum EDS Setelah Adsorpsi 43

Gambar L3.1 Flowchart Persiapan Bahan Baku 68

Gambar L3.2 Flowchart Proses Pirolisis Kulit Salak 68

Gambar L3.3 Flowchart Aktivasi Kulit Salak 69

Gambar L3.4 Flowchart Penentuan Waktu dan Massa Terbaik 70

Gambar L3.5 Flowchart Penentuan Pengaruh pH 71

Gambar L3.6 Flowchart

Uji Adsorben Metode Batch

71

Gambar L4.1 Kulit Salak 72

Gambar L4.2 Proses Pencucian Kulit Salak 72

Gambar L4.3 Proses Penghalusan Kulit Salak 72

Gambar L4.4 Proses Pengeringan Kulit Salak 73

Gambar L4.5 Karbon Aktif Kulit Salak 73

Gambar L4.6 Proses Adsorpsi Methyl Orange 73

Gambar L4.7 Rangkaian Alat Pirolisis 74

Gambar L4.8 Rangkaian Alat Aktivasi Menggunakan Microwave 74

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 1.1 Variabel Tetap dalam Penelitian 5

Tabel 1.2 Variabel Berubah dalam Penelitian 5

Tabel 2.1 Komposisi Kimia Daging Buah Salak (100 g Daging Buah) 7

Tabel 2.2 Klasifikasi Pori Pada Karbon Aktif 9

Tabel 2.3 Standar Kualitas Karbon Aktif Menurut SNI 06-3730-1995 10 Tabel L1.1 Efisiensi Penjerapan Methyl Orange Menggunakan Karbon Aktif

0,3 g 58

Tabel L1.2 Efisiensi Penjerapan Methyl Orange Menggunakan Karbon Aktif

0,6 g 59

Tabel L1.3 Efisiensi Penjerapan Methyl Orange Menggunakan Karbon Aktif

0,9 g 60

Tabel L1.4 Efisiensi Penjerapan Methyl Orange Variasi pH 60 Tabel L1.5 Efisiensi Penjerapan Methyl Orange Variasi Konsentrasi 60

Tabel L1.6 Model Kinetika Reaksi Orde Satu 61

Tabel L1.7 Model Kinetika Reaksi Orde Dua 61

Tabel L1.8 Isoterm Adsorpsi Langmuir 61

Tabel L1.9 Isoterm Adsorpsi Freundlich 62

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

LAMPIRAN 1 DATA HASIL PENELITIAN 58

L1.1 EFISIENSI PENJERAPAN METHYL ORANGE

VARIASI MASSA 58

L1.2 EFISIENSI PENJERAPAN METHYL ORANGE

VARIASI pH 59

L1.3 EFISIENSI PENJERAPAN METHYL ORANGE

VARIASI KONSENTRASI 60

L1.4 KINETIKA REAKSI 61

L1.5 ISOTERM ADSORPSI 61

LAMPIRAN 2 CONTOH PERHITUNGAN 63

L2.1 PEMBUATAN LARUTAN BAKU METHYL ORANGE 63 L2.2 PERHITUNGAN LARUTAN STANDAR METHYL

ORANGE 63

L2.3 PEMBUATAN LARUTAN NaOH 0,1 M 63

L2.4 PEMBUATAN LARUTAN HCl 0,1 M 64

L2.5 PERHITUNGAN EFISIENSI PENJERAPAN 64

L2.6 PERHITUNGAN KAPASITAS ADSORPSI 65

L2.5 PERHITUNGAN KINETIKA ADSORPSI 65

L2.5.1 Kinetika Orde Satu 65

L2.5.2 Kinetika Orde Dua 65

L2.6 PERHITUNGAN ISOTERM ADSORPSI 66

L2.6.1 Isoterm Langmuir 66

L2.6.2 Isoterm Freundlich 66

LAMPIRAN 3 FLOWCHART PENELITIAN 68

L3.1 FLOWCHART PERSIAPAN BAHAN BAKU 68

L3.2 FLOWCHART PROSES PIROLISIS KULIT SALAK 68 L3.3 FLOWCHART PROSES AKTIVASI KULIT SALAK 69 L3.4 FLOWCHART PENENTUAN WAKTU DAN MASSA

TERBAIK 69

L3.5 FLOWCHART PENENTUAN PENGARUH pH

PELARUT 70

L3.6 FLOWCHART UJI ADSORPSI METODE BATCH 71

LAMPIRAN 4 DOKUMENTASI PENELITIAN 72

DAFTAR SINGKATAN

Singkatan Keterangan

SNI Standar Nasional Indonesia

SEM-EDS Scanning Electron Microscopy-Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy

FTIR Fourier Transform Infra-Red

IUPAC International Union of Pure and Applied Chemistry

SPT Secondary Pyrolisis Tar

CRT Cathode Ray Tube

UV-VIS Ultraviolet Visible

N

2

Nitrogen

CO

2

Karbon dioksida

NaOH Natrium Hidroksida

HCl Asam Klorida

DAFTAR SIMBOL

Simbol Keterangan Dimensi

q Kapasitas adsorpsi mg/g

C

0

Konsentrasi awal mg/l

C

_t

Konsentrasi persatuan waktu mg/l

V Volume sampel l

W Berat adsorben g

K

1

Konstanta kecepatan adsorpsi orde satu (menit

^-1

)

t Waktu adsorpsi menit

K

2

Konstanta kecepatan adsorpsi orde dua (menit

^-1

)

q

m

Kapasitas adsorpsi maksimum (mg/g)

k

_L

Konstanta kesetimbangan Langmuir (L/mg)

k

F

Konstanta kesetimbangan freundlich (L/mg)

1/n Faktor heterogenitas -

V

₁

Volume larutan standar yang diencerkan ml

V

2

Volume larutan pengenceran ml

M

₁

Konsentrasi larutan yang diencerkan ppm

M

2

Konsentrasi larutan pengenceran ppm

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG

Limbah zat warna yang dihasilkan dari industri tekstil umumnya merupakan senyawa organik non-biodegradable, yang merupakan penyebab pencemaran lingkungan perairan (Aryanto et al., 2014). Keberadaan zat warna dalam perairan juga dapat mengurangi serapan cahaya matahari sehingga dapat mengganggu proses fotosintesis tanaman yang menyebabkan berkurangnya kadar oksigen dalam air.

Methyl orange adalah salah satu zat warna anionik yang mengandung gugus azo. Zat warna ini banyak digunakan pada proses pewarnaan. Methyl orange dapat menyebabkan hypersensitivity dan alergi. Methyl orange memiliki sifat karsinogenik dan mutagenik, sehingga perlu adanya pengolahan untuk mendegradasi senyawa tersebut (Madjid et al., 2015).

Berbagai metode telah dilakukan untuk menjerap limbah zat warna, diantaranya yaitu koagulasi dan flokulasi, reverse osmosis, dan adsorpsi (Setiyanto et al., 2015). Metode adsorpsi merupakan salah satu cara yang efisien dan efektif untuk penghilangan zat warna. Keunggulan metode ini adalah tidak terbentuk lumpur, zat warna dapat dihilangkan dengan baik dan adsorben yang telah digunakan dapat diregenerasi sehingga dapat digunakan kembali untuk proses pengolahan limbah (Astuti et al., 2015).

Adsorben yang telah dikenal luas untuk proses pengolahan limbah cair adalah karbon aktif (Heraldy et al., 2012).

Karbon aktif merupakan senyawa karbon amorfyang dapat dihasilkan dari

arang yang diperlakukan dengan cara khusus untuk mendapatkan permukaan yang

lebih luas. Karbon aktif dapat mengadsorpsi gas dan senyawa-senyawa kimia tertentu

namun sifat adsorpsinya selektif, tergantung pada besar atau volume pori-pori dan

luas permukaan. Daya jerap karbon aktif sangat besar, yaitu 25-100% terhadap

beratnya. Karbon aktif dapat dibuat dari berbagai bahan biomassa yang mengandung

karbon (Aditya et al., 2016) dan dari bahan berlignoselulosa (Rohmah dan Athiek,

2014). Bahan yang mengandung lignoselulosa salah satu diantaranya adalah sekam

padi (Cheenmatchaya dan Sukjit, 2014), tempurung kelapa dan kayu bakau(Masthura

dan Zulkarnain, 2018), batu bara (Akash, 1996), bambu (Ijaola et al., 2013) bahan- bahan yang berasal dari limbah pertanian lainnya seperti ampas tebu dan cangkang keras dari batu aprikot (Soleimani dan Tahereh, 2007) serta bahan lain yang dapat digunakan adalah kulit salak (Angela et al., 2015).

Berdasarkan data Badan Ketahanan Pangan dan Penyuluhan Pertanian Daerah Kota Padang Sidempuan menunjukkan bahwa produksi salak pada tahun 2011-2014 dihasilkan lebih dari 10.000 ton/tahun. Berdasarkan uji pendahuluan dalam 1 kg salak Padang Sidempuan dihasilkan ±140 g kulit buah salak, dengan jumlah produksi salak yang melebihi 10.000 ton/tahun maka didapatkan ±1400 ton/tahun limbah kulit salak (Tanumiharja et al., 2014). Kulit buah salak mengandung senyawa kimia antara lain air, karbohidrat berupa selulosa, mineral dan protein. Selulosa adalah komponen utama pada dinding sel tumbuhan dan selulosa pada kulit buah salak berpotensi untuk dijadikan adsorben dalam bentuk arang aktif (Turmuzi dan Arion, 2015).

Sintesis karbon aktif dari biomassa sendiri dapat dilakukan dengan aktivasi fisika menggunakan H

2

O atau gas CO

2

atau aktivasi kimia dengan menggunakan bahan-bahan kimia sebagai agen aktivasi (Kristianto, 2013).Aktivasi fisika menggunakan uap atau CO

2

sebagai agen aktivasi bertujuan untuk memperbesar distribusi pori dan memperbesar pori terutama untuk mesopori dan mikropori, sehingga akan memperbesar luas permukaan karbon aktif dengan cara pembakaran yang tidak sempurna (Ibrahim et al., 2014). Pada saat proses aktivasi, terjadi penghilangan hidrogen, gas-gas dan air dari permukaan karbon sehingga terjadi perubahan fisik pada permukaannya. Proses aktivasi menyebabkan terbentuknya gugus aktif karena adanya interaksi radikal bebas pada permukaan karbon dengan atom-atom seperti oksigen dan nitrogen (Atmayudha, 2007).

Beberapa penelitian terdahulu tentang pemanfaatan kulit salak sebagai karbon aktif, seperti yang dilakukan oleh Tiara Rahmadini (2016) yang memanfaatkan kulit salak untuk menyerap Cu (II) yang telah diaktifkan olehH

₂

SO

₄

1 M selama 24 jam.

Hasil dari penelitian menunjukkan waktu kesetimbangan ditemukan 60 menit,

dengan variasi waktu kontak pada menit 0, 5, 10, 15, 20, 30, 45, 60, 90, 120 dan 150

menit, konsentrasi optimum yang didapat 15 ppm dengan variasi konsentrasi 5, 10,

15, 20, dan 25 ppm sebanyak 120 ml,dan diperoleh kapasitas adsorpsi sebesar 1,002

mg/g (Rahmadini, 2016). Pada penelitian Mangallo et al. (2014) yang memanfaatkan kulit salak sebagai karbon aktif untuk pemurnian minyak goreng bekas dengan variasi temperatur pada 60, 80 dan 100 C, variasi berat arang aktif (3 dan 5 g) dan variasi waktu pengadukan 60, 80 dan 100 menit. Hasil analisis terhadap arang aktif kulit salak menunjukkan rendemen 66,35%, kadar air 10% dan kadar abu 20%.

Efektivitas pemurnian minyak goreng bekas dengan adsorben arang aktif kulit salak, tercapai pada temperatur 100 C dan waktu kontak 80 menit.Hasil penelitian diperoleh kualitas minyak dengan kadar air 0,1528%, bilangan asam 0,64%, dan nilai kekeruhan 5,06 NTU (Mangallo et al., 2014). Pada penelitian Apecsiana et al. (2016) yang memanfaatkan kulit salak sebagai karbon aktif yang dikarbonisasi pada suhu 500 C selama 1 jam dan dialiri gas inert N

2

. Kemudian dilanjutkan dengan aktivasi menggunakan larutan KOH (20%) dengan perbandingan massa kulit salak dan KOH sebesar 1:4, dilakukan selama 20 jam dan selanjutnya dikeringkan dalam oven 110 C selama 24 jam. Setelah kering, karbon aktif dikarbonisasi akhir pada suhu 800 C selama 1 jam, kemudian akan dicuci dengan HCl 1 M dan air hingga air pencucian mencapai pH 6-7 dan diakhiri dengan pengeringan dalam oven 110 C selama 2 jam.

Karakteristik karbon aktif kulit salak yang diperoleh memiliki luas permukaan 2526,446 m

²

/g, volume pori 1,456 cc/g, dan diameter pori 23,0488 Å (Apecsiana et al., 2016).

Pada penelitian Indah Puspitasari (2016) memanfaatkan kulit salak sebagai adsorben untuk limbah Cr. Penelitian ini diawali dengan metode batch, variasi pH yang digunakan adalah pH 3, 5, 7, 9, dan 11, variasi massa 50 sampai 400 mg, dicampur ke dalam 100 ml limbah Cr, dilakukan pengadukan dengan kecepatan 150 rpm selama 2 jam. Massa optimum yang diperoleh 400 mg, pH optimum 5 dan waktu kontak optimum yaitu 120 menit, dengan efisiensi sebesar 81,16%

(Puspitasari, 2016).Pada penelitian Ibrahim et al. (2014) memanfaatkan cangkang

sawit sebagai bahan pembuatan karbon aktif dengan metode aktivasi

fisikamenggunakan CO

₂

dengan mengalirkan gas nitrogen (N

₂

) pada 100 ml/menit

dan laju aliran CO

2

250 ml/menit. Temperatur karbonisasi 500 C digunakan dengan

beberapa variasi waktu karbonisasi, waktu aktivasi dan suhu aktivasi. Karakteristik

optimal dari karbon aktif diperoleh yaitu dengan aktivasi pada suhu 750 C, durasi

karbonisasi dan aktivasi selama 2 jam (Ibrahim et al., 2014).

Berdasarkan hasil penelitian yang terdahulu diperoleh hasil bahwa kulit salak dapat dijadikan bahan baku dalam pembuatan karbon aktif. Pada kajian hal ini maka dibuatlah penelitian penjerapan limbah methyl orange menggunakan limbah kulit salak. Penelitian ini dilakukan dengan sistem reaktor batch yang diawali dengan variasi konsentrasidan waktu kontak dalam penyisihan methyl orange, selanjutnya dilakukan studi kinetika dan isoterm adsorpsi.

1.2 PERUMUSAN MASALAH

Methyl orange yang umum ditemukan dalam limbah industri tekstil yang umumnya merupakan senyawa organik non-biodegradable dapat menyebabkan hypersensitivity dan memiliki sifat karsinogenik. Penanganan methyl orangedalam air limbah salah satunya dapat dilakukan dengan metode adsorpsi menggunakan adsorben. Di sisi lain, kulit salak yang merupakan limbah dari buah salak berpotensi sebagai bahan bakuyang dapat dimanfaatkan menjadi adsorben. Pada penelitian iniakan dikaji bagaimana pengaruh massa adsorben, pH, dan konsentrasi methyl orange terhadap kemampuan karbon aktif dari kulit salak yang telah diaktivasi secara fisika menggunakan CO

2

dalam adsorpsi methyl orange secara batch.

1.3 TUJUAN PENELITIAN Penelitian ini bertujuan untuk:

1. Menganalisis pengaruh variasi massa adsorben, pH, konsentrasi methyl orange terhadap efisiensi penjerapan dan kapasitas adsorpsi karbon aktif dalam mengadsorpsi methyl orange.

2. Menentukan model kinetika dan model isoterm adsorpsi yang sesuai untuk methyl orange menggunakan karbon aktif dari kulit salak.

1.4.1 MANFAAT PENELITIAN

Penelitian ini bermanfaat untuk memberikan informasi efisiensi penjerapan

methyl orange terbaik dengan menggunakan adsorben dari kulit salak dengan variasi

massa adsorben, waktu, pH, dan konsentrasi awal limbah methyl orange

menggunakan reaktor batch. Secara umum dapat pula memberikan informasi

tambahan bagi dunia industri tentang pemanfaatan lanjutan limbah kulit salak.

1.5 RUANG LINGKUP

Pada penelitian ini terdapat dua variabel yaitu variabel tetap dan berubah.

Tabel 1.1 menunjukkan variabel tetap yang dilakukan dalam penelitian, sedangkan Tabel 1.2 menunjukkan variabel berubah yang dilakukan dalam penelitian.

Tabel 1.1 Variabel Tetap dalam Penelitian

No Variabel Keterangan

1. Ukuran Bahan Baku 50/70 mesh

2. Suhu Pengeringan 105

^o

C

3. Suhu Pirolisis 500

^o

C

4. Waktu Pirolisis 120 menit

5. Daya Microwave 800 W

Tabel 1.2 Variabel Berubah dalam Penelitian

No Variabel Keterangan

1. Berat Adsorben 0,3 gram, 0,6 gram, dan 0,9 gram 2. Konsentrasi awal methyl orange 20, 40, 60, 80, dan 100 mg/L

3. pH 4, 6, dan 8

Uji-uji yang dilakukan dalam penelitian ini adalah:

1. Analisis morfologi dan analisis komposisi unsur-unsur yang terkandung pada permukaan karbon aktif menggunakan SEM-EDS (Scanning Electron Microscopy-Energy Dispersive Spectroscopy) di Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Medan.

2. Analisis perubahan gugus pada struktur karbon aktif menggunakan uji Fourier Transform Infra Red (FTIR) di Laboratorium Penelitian, Fakultas Farmasi, Universitas Sumatera Utara.

3. Penentuan konsentrasi methyl orange menggunakan Spektrofotometer UV-Vis

di Laboratorium Proses Industri Kimia, Departemen Teknik Kimia, Fakultas

Teknik, Universitas Sumatera Utara.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 KULIT BUAH SALAK (SALACCA EDULIS)

Indonesia merupakan negara tropis dengan beraneka jenis buah-buahan.

Salak (Salacca Edulis) merupakan salah satu jenis buah asli Indonesia yang banyak digemari masyarakat karena rasanya manis, renyah dan memiliki kandungan gizi yang tinggi (Wansyah et al., 2016).Tanaman salak dapat tumbuh hampir di seluruh daerah di Indonesia. Akan tetapi, untuk dapat tumbuh dengan produktif tanaman ini membutuhkan lingkungan yang ideal. Ketinggian tempat yang diinginkan berkisar antara 1–400 m di atas permukaan laut dengan curah hujan rata-rata 200–400 mm /bulan. Suhu udara harian daerah antara 20 C –30 C dan terkena sinar matahari antara 50–70% menjadi tempat yang baik untuk pertumbuhannya. Jenis tanah yang ideal adalah tanah yang gembur, mengandung bahan organik, dengan air tanah yang dangkal, dan mampu menyimpan air tetapi tidak mudah tergenang (Adirahmanto, 2013). Gambar buah salak dapat dilihat pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1 Buah Salak(Ramadhana et al., 2013)

Salak termasuk dalam angiospermae yaitu tumbuhan berbiji tertutup.

Tumbuhan biji tertutup adalah tumbuhan yang memiliki biji dimana struktur dinding

selnya yang kaku dan tersusun dari senyawa selulosa. Pada biji salak banyak

mengandung banyak selulosa, senyawa flavonoid, tanin dan alkaloid (Girsang et al., 2015).

Klasifikasi tanaman salak adalah sebagai berikut (Suskendriyanti, et al., 2000).

Divisi : Spermatophyta Sub divisi : Angiospermae Klas : Monocotyledoneae Ordo : Pricipes

Familia : Palmae Genus : Salacca

Spesies : Salacca Zalacca (Gaert) Voss Sinonim : Salacca edulis Reinw

Bagiandari buah salak yang dapat dikonsumsi hanya berkisar antara 56-65%, sedangkan limbah salak dapat mencapai 35-44% dari jumlah salak yang diolah atau dikonsumsi. Biji salak memiliki porsi sebesar 25-30%, sedangkan kulit salak memiliki porsi 10-14% dari bobot total buah salak (Divinus, 2016).Kulit buah salak mengandung nilai gizi berupa kadar protein, kadar karbohidrat, kadar air serta rendah lemak (Rahmah, 2016). Tabel 2.1 merupakan data komposisi kimia buah salak.

Tabel 2.1 Komposisi kimia daging buah salak (100 g daging buah) Komponen Kandungan Gizi

Kalori 77,0 kal

Air 78,0 g

Protein 0,4 g

Lemak 0,0 g

Karbohidrat 20,9 g

Kalsium 28,9 mg

Fosfor 18,0 mg

Besi 4,2 mg

Vitamin C 2,0 mg

Vitamin B1 0,04 mg

Sumber: Omri et al. (2013)

Sebagaimana umumnya buah dan sayuran, salak masih melangsungkan

proses metabolisme setelah dipanen. Reaksi metabolisme akan mengakibatkan

perubahan mutu, penampakan, dan kondisi buah. Perubahan tersebut disebabkan

terjadinya penguapan air, konversi enzimatis menjadi gula, pembentukan atau pelepasan rasa, konversi enzimatis senyawa pektin, sintesa atau degradasi pigmen, kerusakan vitamin, dan lainnya.

2.2

METHYL ORANGE

Penggunaan pewarna sintetis didunia mencapai 7 x 10

⁵

ton/tahun, dan 60%

konsumsi pewarna tersebut dari industri tekstil. Diperkirakan 10-15% sisa proses pewarnaan dibuang ke lingkungan. Limbah pewarna yang dibuang ke lingkungan sebagian besar merupakan kelompok warna azo. Pewarna azo merupakan pewarna sintetik aromatik yang tersusun dari satu atau lebih gugus azo yang mengandung dua atom nitrogen dengan ikatan azo dan terdistribusi dengan elektron penstabil gugus azo. Pada proses mineralisasi pewarna azo terjadi pemutusan ikatan azo cincin aromatik sehingga membentuk senyawa amina aromatik, seperti arilamina yang bersifat karsinogenik (Komala et al., 2007). Methyl orangemerupakan molekul zat warna dengan rumus molekul C

14

H

14

N

3

NaO

3

S dan mempunyai berat molekul 327,33 g/mol. Panjang gelombang maksimum larutan methylorange adalah sekitar 465 nm.Methyl orange merupakan salah satu zat warna yang mengandung struktur azo (- N=N-) yang berikatan dengan gugus aromatik seperti pada Gambar 2.2 (Fitriani, 2016)

Gambar 2.2 Struktur Methyl Orange

Methyl orange berbentuk serbuk berwarna jingga tua yang memiliki ukuran

molekul 1,58 x 0,65 x 0,26 nm. Limbah methyl orange zat warna yang dihasilkan

dari industri tekstil umumnya merupakan senyawa organik yang sulit didegradasi

(non-biodegradable), yang merupakan penyebab pencemaran lingkungan terutama

lingkungan perairanyang memiliki sifat karsinogenik dan mutagenik. Apabila

dibuang langsung ke lingkungan, dapat mengganggu keseimbanganjumlah bakteri

pembusuk yang sangat diperlukan oleh lingkungan perairan (Ramadhana et al., 2013).

2.3 KARBON AKTIF

Karbon aktif merupakan suatu padatan berpori yang dihasilkan dari bahan yang mengandung karbon dengan pemanasan pada suhu tinggi (Khofiyanida et al., 2015). Karbon aktif dapat digunakan sebagai bahan penjernih ataupun untuk menghilangkan bau busuk. Pada arang aktif terdapat banyak pori (zone) berukuran nano hingga mikrometer (Subiarto, 2000).

Bahan baku yang dapat dibuat menjadi karbon aktif adalah semua bahan yang mengandung karbon, baik yang berasal dari tumbuh-tumbuhan, binatang, ataupun barang tambang. Bahan-bahan tersebut adalah berbagai jenis kayu, sekam padi, tulang binatang, batu-bara, tempurung kelapa,dan kulit biji kopi (Pambayun et al., 2013).

Luas permukaan, dimensi, dan distribusi pori pada karbon aktif bergantung pada kondisi dari proses karbonisasi dan aktivasi. Ukuran pori telah diklasifikasi menjadi 3 oleh International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) (Putranto et al., 2014). Klasifikasi ukuran pori pada karbon aktif ditunjukkan pada Tabel 2.2.

Tabel 2.2 Klasifikasi pori pada karbon aktif Jenis pori Ukuran pori (nm)

Mikropori < 2

Mesopori 2-50

Makropori > 50

Sumber: Putrantoet al. (2014)

Berdasarkan fungsinya, karbon aktif dibedakan menjadi dua, yaitu:

a. Karbon penjerap gas (gas adsorbent carbon)

Jenis karbon ini digunakan untuk menyerap kotoran berupa gas. Pori-pori yang terdapat pada karbon jenis ini adalah mikropori yang menyebabkan molekul gas akan mampu melewatinya, tetapi molekul dari cairan tidak bisa melewatinya. Karbon jenis ini dapat ditemui pada karbon tempurung kelapa (Puspitarini, 2017).

b. Karbon fasa cair (liquid-phase carbon)

Karbon jenis ini digunakan untuk menyerap kotoran atau zat yang tidak diinginkan dari cairan atau larutan. Jenis pori-pori dari karbon ini adalah makropori yang memungkinkan molekul besar untuk masuk. Karbon jenis ini biasanya berasal dari batubara dan selulosa (Noverwan, 2014).

Berbagai versi standar kualitas karbon aktif telah dibuat oleh negara maju seperti Amerika, Inggris, Korea, Jepang dan Jerman. Indonesia telah membuat pula standar mutu karbon aktif menurut Standar Industri Indonesia yaitu SII 0258-79 yang kemudian direvisi menjadi SNI 06-3730-1995 (Asbahani, 2013), seperti yang terlihat pada Tabel 2.3.

Tabel 2.3 Standar kualitas karbon aktif menurut SNI 06-3730-1995 Uraian

Prasyarat kualitas (%)

Butiran Serbuk

Bagian yang hilang

pada pemanasan 950 C Maksimum 15 Maksimum 25

Konsentrasi air Maksimum 4,5 Maksimum 15

Konsentrasi abu Maksimum 2,5 Maksimum 10

Karbon aktif murni Minimum 80 Minimum 65

Daya jerap terhadap larutan I

₂

Minimum 20 Minimum 20

Sumber: Asbahani (2013)

Karbon aktif granular (GAC) berbentuk tidak beraturan dengan ukuran

partikel antara 0,2 sampai 5 mm, karbon aktif serbuk (PAC) merupakan karbon aktif

yang telah dihancurkan sehingga memiliki ukuran < 0,18 mm (US mesh 80), karbon

aktif berbentuk pellet dibuat melalui proses penekanan dan berbentuk silinder dengan

ukuran diameter dari 0,8-5 mm (Ibrahim, et al., 2014). Gambar 2.3 menunjukkan

struktur karbon aktif.

(c)

Gambar 2.3 Struktur karbon aktif (a) berbentuk granular (b) berbentuk serbuk (c) berbentuk pellet (Ibrahimet al., 2014)

2.4 PROSES PEMBUATAN KARBON AKTIF

Secara umum, proses pembuatan karbon aktif terdiri dari proses karbonasi serta proses aktivasi. Selama proses karbonasi, komponen yang mudah menguap akan terlepas dan karbon mulai membentuk struktur pori-pori dimana proses pembentukan pori-pori ini akan ditingkatkan pada proses aktivasi. Pada proses aktivasi, terjadi pembentukan pori-pori yang masih tertutup dan peningkatan ukuran pori-pori yang masih tertutup (Maulana, 2011). Proses pembuatan karbon aktif terdiri dari tiga tahap yaitu:

2.4.1 Proses Dehidrasi

Dehidrasi ialah proses penghilangan kandungan air di dalam bahan baku dengan cara pemanasan di dalam oven dengan temperatur 170 C. Pada suhu sekitar 275 C terjadi dekomposisi karbon dan terbentuk hasil seperti tar, metanol, fenol dan lain-lain. Hampir 80% unsur karbon diperoleh pada suhu 400-600 C (Jamilatun et al., 2015).

2.4.2 Proses Pirolisis

Pirolisis adalah proses pemanasan suatu zat tanpa adanya oksigen sehingga

terjadi penguraian komponen-komponen penyusun kayu keras. Istilah lain dari

pirolisis adalah penguraian yang tidak teratur dari bahan-bahan organik yang

disebabkan oleh adanya pemanasan tanpa berhubungan dengan udara luar. Produk

proses pirolisis ini berbentuk cair, gas dan padat. Produk padat dari proses ini berupa

arang (char) yang kemudian disebut karbonisasi. Karbonisasi biomassa atau yang

lebih dikenal dengan pengarangan adalah suatu proses untuk menaikkan nilai kalor

biomassa dan dihasilkan pembakaran yang bersih dengan sedikit asap (Jamilatun et al., 2015).

Produk dari hasil proses memiliki daya adorpsi yang kecil. Hal ini disebabkan pada suhunya rendah, sebagian dari tar yang dihasilkan berada dalam pori dan permukaan sehingga mengakibatkan adsorpsi terhalang. Produk dapat diaktifkan dengan cara mengeluarkan produk tar melalui pemanasan dalam suatu aliran gas inert, atau melalui ekstraksi dengan menggunakan pelarut yang sesuai misalnya selenium oksida, atau melalui sebuah reaksi kimia. Karbon aktif dengan daya adsorpsi yang besar, dapat dihasilkan oleh proses aktivasi bahan baku yang telah dikarbonisasi dengan suhu tinggi (Padil et al., 2010).

Tingginya kadar air yang terdapat pada arang aktif sebelum dilakukan prosesaktivasi disebabkan oleh sifat higroskopis arang aktif dan juga adanya molekul uap air yang terperangkap di dalam kisi-kisi heksagonal arang aktif sedangkan rendahnya kadar air yang terdapat pada arang aktif menunjukkan bahwa kandungan air bebas dan air terikat yang terdapat dalam arang aktif telah menguap, hampir 80%

unsur karbon diperoleh pada suhu 400-600 C (Halimah, 2016).

Dalam pirolisis terdapat dua tingkatan proses, yaitu pirolisis primer dan pirolisis sekunder

a. Pirolisis primer adalah pirolisis yang terjadi pada bahan baku dan berlangsung pada suhu kurang dari 600 C, hasil penguraian yang utama adalah karbon (arang). Pirolisis primer dibedakan atas pirolisis primer lambat dan cepat. Pirolisis primer lambat terjadi pada proses pembuatan arang. Pada laju pemanasan lambat (suhu 150 C –300 C) reaksi utama yang terjadi adalah dehidrasi (kehilangan kandungan air), dan hasil reaksi keseluruhan adalah karbon padatan (C=arang), air (H

2

O), karbon monoksida (CO) dan karbonmonoksida (CO

₂

). Pirolisis primer cepat terjadi pada suhu lebih dari 300 C dan menghasilkan gas, karbon padatan (arang) dan uap (Kamaruddin et al., 1999).

b. Pirolisis sekunder yaitu pirolisis yang terjadi atas partikel dan gas/uap hasil

pirolisis primer dan berlangsung diatas suhu 600 C. Hasil pirolisis pada suhu

ini adalah karbonmonoksida (CO), hidrogen (H

₂

), dan hidrokarbon.

Sedangkan tar (secondary pyrolysis tar = SPT) sekitar 1-6% (Taer et al., 2011).

2.4.3 Proses Aktivasi

Aktivasi adalah suatu perlakuan terhadap arang yang bertujuan untuk memperbesar pori yaitu dengan memecahkan ikatan hidrokarbon sehingga arang mengalami perubahan, baik fisika maupun kimia, yaitu luas permukaannya bertambah besar dan berpengaruh terhadap adsorpsi (Muna, 2011). Pada proses produksi karbon aktif, proses aktivasi merupakan proses terpenting karena proses ini sangat menentukan terhadap kualitas karbon aktif yang dihasilkan baik luas permukaan maupun daya adsorpsinya. Pada prakteknya, karbon aktif diproduksi baik dengan aktivasi kimiawi maupun fisis (Maulana, 2011).

Proses aktivasi dibedakan menjadi 2 bagian, yaitu:

a) Aktivasi fisika

Aktivasi fisika merupakan proses pemutusan rantai karbon dari senyawa organik dengan bantuan panas, uap dan CO

2

. Metode aktivasi secara fisika antara lain dengan menggunakan uap air, gas karbon dioksida, oksigen, dan nitrogen. Gas-gas tersebut berfungsi untuk mengembangkan struktur rongga yang ada pada arang sehingga memperluas permukaannya, menghilangkan konstituen yang mudah menguap dan membuang produksi tar atau hidrokarbon-hidrokarbon pengotor pada arang(Faradina et al., 2010).

b) Aktivasi Kimia

Proses aktivasi kimia merujuk pada pelibatan bahan-bahan kimia atau reagen pengaktif, bahan kimia yang dapat digunakan sebagai pengaktif diantaranya CaCl

₂

, Ca(OH)

₂

, NaCl, MgCl

₂

, HNO

₃

, HCl, Ca

₃

(PO

₄

)

₂

, H

₃

PO

₄

, ZnCl

₂

, dan sebagainya. Unsur-unsur mineral aktivator masuk diantara plat heksagon dari kristalit dan memisahkan permukaan yang mula-mula tertutup.

Dengan demikian, saat pemanasan dilakukan, senyawa kontaminan yang

berada dalam pori menjadi lebih mudah terlepas. Hal ini menyebabkan luas

permukaan yang aktif bertambah besar dan meningkatkan daya jerap karbon

aktif (Ramdja et al., 2008).

2.5 ADSORPSI

Adsorpsi adalah suatu proses pemisahan dimana suatu fluida (adsorbat) berpindah ke permukaan zat padat yang menyerap (biosorben) yang terjadi karena adanya gaya tarik atom atau molekul pada permukaan padatan yang tidak seimbang.

Hal ini menciptakan daerah padat pada molekul cairan yang membentang beberapa diameter molekuler di dekat permukaan (fase terjerap) (Siswarni et al., 2017). Proses adsorpsi dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya pH sistem, rasio massa adsorben dengan adsorbat, suhu adsorpsi, waktu adsorpsi, konsentrasi adsorbat. Pada peristiwa adsorpsi terjadi pengeluaran kalor (eksoterm) (Widjajanti et al., 2011).

Pada proses adsorpsi padat cair, mula-mula terjadi perpindahan solut secara konveksi dari fasa curah cairan menuju ke adsorben. Kemudian pada bagian interface (antar muka antara fasa cairan dengan fasa padatan) terjadi kesetimbangan konsentrasi. Dari interface dilanjutkan dengan proses perpindahan solut secara difusi ke dalam partikel-partikel padatan (adsorben) yang berlangsung lambat. Secara umum, tahap pengendali laju dari suatu proses ditentukan oleh tahap yang paling lambat. Dalam adsorpsi, tahap yang paling lambat adalah proses difusi oleh karena itu secara keseluruhan laju adsorpsi dikendalikan oleh laju difusi dari molekul- molekul solut dalam pori-pori kapiler dari partikel adsorben (Putranto et al., 2014).Ilustrasi proses adsorpsi pada adsorben karbon aktif dapat dilihat pada Gambar 2.4.

Gambar 2.4Proses Adsorpsi pada Karbon Aktif: Transfer Molekul Adsorbat ke Adsorben (Sitorus,2014)

Proses adsorpsi hanya terjadi pada permukaan, tidak masuk dalam fasa

bulk/ruah. Proses adsorpsi terutama terjadi pada mikropori (pori-pori kecil),

sedangkan tempat transfer adsorbat dari permukaan luar ke permukaan mikropori ialah makropori (Sitorus, 2014).

Menurut kekuatan interaksinya, ada 2 tipe adsorpsi yaitu adsorpsi fisik (Fisisorpsi) dan adsorpsi kimia (Kemisorpsi)

a. Adsorpsi fisik (Fisisorpsi)

Adsorpsi fisik melibatkan gaya molekul yang relatif lemah yang terjadi secara fisik tanpa disertai perubahan kimia. Adsorpsi fisik bergantung pada sifat-sifat fisika adsorbat. Banyaknya zat yang teradsorpsi dalam adsorpsi fisik akan makin kecil dengan naiknya suhu (Wijayanti, 2016).

b. Adsorpsi Kimia (Kemisorpsi)

Adsorpsi Kimia (Kemisorpsi) terjadi apabila terdapat interaksi kimia antara molekul zat yang teradsorpsi dengan molekul adsorben. Adsorpsi ini melibatkan pertukaran elektron antara molekul yang diadsorpsi dengan permukaan adsorben.Oleh karena itu, sifatnya lebih spesifik daripada adsorpsi fisik. Pada adsorpsi ini ikatannya sangat ketat sehingga zat aslinya tak dapat ditemukan. Laju adsorpsi dapat cepat atau lambat tergantung pada energi aktivasi. Adsorpsi fisik suatu zat dapat terjadi padasuhu rendah dan zat dapat ter-chemisorpsi bila suhudinaikkan (Shafirinia et al., 2016).

Dalam kebanyakan hal, komponen yang diadsorbsi atau adsorbat melekatsedemikian kuat sehingga memungkinkan pemisahan komponen secara menyeluruh dan fluida tanpa terlalu banyak adsorbsi terhadap komponen yang lain (Sudibandriyo et al., 2011).

2.6 UJI KARBON AKTIF

2.6.1 Karakterisasi Scanning Electron Microscopy (SEM)

Scanning Electron Microscopy (SEM) merupakan sejenis mikroskop yang menggunakan elektron sebagai pengganti cahaya untuk melihat benda dengan resolusi tinggi. Analisis SEM bermanfaat untuk mengetahui mikrostruktur (termasuk porositas dan bentuk retakan) benda padat. Berkas sinar elektron dihasilkan dari filamen yang dipanaskan, disebut electron gun.

Cara kerja SEM adalah gelombang elektron yang dipancarkan electron gun

terkondensasi di lensa kondensor dan terfokus sebagai titik yang jelas oleh lensa

objektif. Scanning coil yang diberi energi menyediakan medan magnetik bagi sinar elektron. Berkas sinar elektron yang mengenai cuplikan menghasilkan elektron sekunder dan kemudian dikumpulkan oleh detektor sekunder atau detektor backscatter. Gambar yang dihasilkan terdiri dari ribuan titik berbagai intensitas di

permukaan Cathode Ray Tube (CRT) sebagai topografi gambar (Gunawan et al., 2014).

Teknik SEM pada hakikatnya merupakan pemeriksaan dan analisa permukaan. Data atau tampilan yang diperoleh adalah data dari permukaan atau darilapisan yang tebalnya sekitar 20 μm dari permukaan. Gambar permukaan yang diperoleh merupakan tofografi segala tonjolan, lekukan dan lubang pada permukaan.

Gambar topografi diperoleh dari penangkapan elektron sekunder yang dipancarkan oleh spesimen. Sinyal elektron sekunder yang dihasilkan ditangkap oleh detektor dan diteruskan ke monitor. Pada monitor akan diperoleh gambar yang khas yang menggambarkan struktur permukaan spesimen. Selanjutnya gambar dimonitor dapat dipotret dengan menggunakan film hitam putih atau dapat pula direkam ke dalam suatu disket.

Sampel yang dianalisa dengan teknik ini harus mempunyai permukaan dengan konduktifitas tinggi, karena polimer mempunyai konduktifitas rendah, maka bahan perlu dilapisi dengan bahan konduktor (bahan penghantar) yang tipis.Yang biasa digunakan adalah perak, tetapi jika dianalisa dalam waktu yang lama, lebih baik digunakan emas atau campuran emas dan palladium (Jankowska et al., 1991).

2.6.2 Spektrofotometer UV-VIS

Spektrofotometri sinar tampak (UV-VIS) adalah pengukuran energi cahaya

oleh suatu sistem kimia pada panjang gelombang tertentu. Sinar ultraviolet (UV)

mempunyai panjang gelombang antara 200-400 nm, dan sinar tampak (visible)

mempunyai panjang gelombang 400-750 nm. Spektrofotometri digunakan mengukur

besarnya energi yang diadsorbsi atau diteruskan. Sinar radiasi monokromatik akan

melewati larutan yang mengandung zat yang dapat menyerap sinar radiasi tersebut

(Muna, 2011). Pengukuran spektrofotometri menggunkan alat spektrofotometer yang

melibatkan energi elektronik yang cukup besar pada molekul yang dianalisis,

sehingga spektrofotometer UV-Vis lebih banyak dipakai untuk analisis kuantitatif

dibadingkan kualitatif. Spektrum UV-Vis sangat berguna untuk pengukuran secara kuantitatif. Konsentrasi dari analit di dalam larutan bias ditentukan dengan menggunakan hukum Lambert-Beer (Kusmiyanto et al., 2012).

Hukum Lambert-Beer menyatakan hubungan linearitas antara absorban dengan konsentrasi larutan analit dan berbanding terbalik dengan transmitan. Dalam hokum Lambert-Beer tersebut ada beberapa pembatasan aitu:

a. Sinar yang digunakan dianggap monokromatis.

b. Penyerapan terjadi dalam suatu volume yang mempunyai penampang yang sama.

c. Senyawa yang menyerap dalam larutan tersebut tidak tergantung terhadap yang lain dalam larutan tersebut.

d. Tidak terjadi fluorensensi atau fosforisensi.

e. Indeks bias tidak tergantung pada konsentrasi larutan (Muna, 2011).

2.6.3 Karakterisasi Fourier Transform Infra-Red (FTIR)

Analisa gugus fungsi karbon aktif yang diperoleh dapat dianalisa dengan metode Fourier Transform Infrared (FTIR), yaitu metode spektroskopi inframerah yang dilengkapi dengan transformasi fourier untuk analisis hasil spektrumnya.

Metode spektroskopi yang digunakan adalah metode absorpsi, yaitu metode spektroskopi yang didasarkan atas perbedaan penyerapan radiasi inframerah. Sifat adsorpsi karbon aktif tidak hanya ditentukan oleh ukuran pori-pori pada permukaan karbon aktif, namun juga berupa gugus-gugus fungsi yang merupakan gugus aktif pada karbon aktif (Sanada et al., 2014).

Teknik ini memberikan informasi dalam hal kimia, seperti struktur dan konformasional pada polimer dan polipaduan, perubahan induksi tekanan dan reaksi kimia. Dalam teknik ini padatan diuji dengan cara merefleksikan sinar infra merah yang melalui tempat kristal sehingga terjadi kontak dengan permukaan cuplikan.

Degradasi atau induksi oleh oksidasi, panas, maupun cahaya, dapat diikuti dengan

cepat melalui infra merah. Sensitivitas FTIR adalah 80-200 kali lebih tinggi dari

instrumentasi dispersi standar karena resolusinya lebih tinggi (Silviyahet al., 2015).

2.7 KAPASITAS ADSORPSI

Kebanyakan limbah cair adalah kompleks dan bervariasi dalam hal kemampuan adsopsi dari campuran-campuran yang ada. Kapasitas adsorpsi (qe) adalah jumlah adsorbat yang terjerap tiap satuan berat adsorben (Widayatno et al., 2017). Kapasitas adsorpsi karbon aktif bergantung pada karakteristik arang aktifnya, seperti: tekstur (luas permukaan, distribusi ukuran pori), kimia permukaan (gugus fungsi pada permukaan), dan kadar abu. Selain itu juga bergantung pada karakteristik adsorpsi: bobot molekul, polaritas, pKa, ukuran molekul, dan gugus fungsi. Kondisi larutan juga berpengaruh, seperti: pH, konsentrasi, dan adanya kemungkinan adsorpsi terhadap zat lain (Wijayanti, 2009).

Luas permukaan adsorben akan mempengaruhi kemampuan adsorben tersebut mengadsorpsi suatu senyawa, dimana luas pemukaan berbanding lurus dengan kapasitas adsorpsi. Semakin besar luas permukaan adsorben maka semakin besar pula kapasitas adsorpsinya (Purnama et al., 2015).

Adsorben yangbaik memiliki kapasitas adsorpsi dan presentase penjerapan yang tinggi.Kapasitas adsorspsi dapat dihitung dengann menggunakan Persamaan 2.1.

q

^{( o- t)}

(2.1)

Perhitungan efisiensi penjerapan ditulis dalam Persamaan 2.2 (Sejie dan Misael, 2016)

Efisiensi Penjerapan (%) =

^{o- t}

o

00 (2.2)

Keterangan:

q = Kapasitas adsorpsi (mg/g) Co = Konsentrasi awal (mg/l)

Ct = Konsentrasi persatuan waktu (mg/l) V = Volume sampel (l)

W = Berat adsorben (g)

2.8 KINETIKA ADSORPSI

Ada tiga tahap dalam proses adsorpsi dalam adsorben berpori. Pertama,

transfer zat terlarut dari bulk solution ke permukaan paling luar melalui lapian batas

cairan (resistensi film), transfer zat terlarut dari permukaan paling luar ke intra partikel aktif (intra partikel resistensi) dan interaksi zat terlarut di permukaan dalam dan luar. Kesetimbangan hanya memberikan data mengenai keadaan akhir suatu proses (Putri, 2016).

Kinetika adsorpsi menggambarkan laju yang meliputi waktu dan reaksi adsorpsi. Menyatakan tingkat kecepatan penjerapan yang terjadi pada adsorben terhadap adsorbat. Pengujian laju adsorpsi dapat dilakukan dengan menduga orde reaksi yang mungkin (Muna, 2011). Model yang cukup sederhana untuk menggambarkan kinetika adsorpsi adalah model kinetika orde satu dan kinetika orde dua. Persamaan 2.3 menunjukkan persamaan model kinetika orde satu.

dq

dt

q

_e

-q

_t

(2.3) Persaman diatas dapat diubah kedalam bentuk linier dengan mengambil bentuk logaritmanya, ditulis dalam Persamaan 2.4 (Susanti dan Nofdianto, 2014).

log (q

_e

–q

_t

) = log qe -

2 0

.t (2.4)

Dimana:

q

e

= jumlah zat teradsorpsi tiap unit massa adsorben pada kesetimbangan (mmol g

^-1

)

q = jumlah zat teradsorpsi tiap unit massa adsorben pada saat waktut (mmol g

^-1

)

K

1

=konstanta kecepatan adsorpsi orde satu (menit

^-1

) t = waktu adsorpsi (menit)

Gambar 2.5merupakan grafik yang akan digunakan untuk mengetahui model kinetika dengan bentuk umum persamaan orde satu.

log (q

e

- q)

t (menit)

Gambar 2.5 Kinetika Reaksi Orde Satu

Persamaan 2.5 menunjukkan model kinetika orde dua.

= K

2

( q

e

– q

_t

)

²

(2.5)

Persaman diatas dapat diubah kedalam bentuk linierditulis dalam Persamaan 2.6 (Susanti dan Nofdianto, 2014).

t q_t

=

k₂.qe²

+

qe

.t (2.6) Dimana:

q

e

=jumlah zat teradsorpsi tiap unit massa adsorben pada kesetimbangan (mmol g

^-1

)

q

t

=jumlah zat teradsorpsi tiap unit massa adsorben pada saat waktut (mmol g

^-1

)

K

2

= konstanta kecepatan adsorpsi orde dua (menit

^-1

) t = waktu adsorpsi (menit)

Gambar 2.6 merupakan grafik yang akan digunakan untuk mengetahui model kinetika dengan bentuk umum persamaan orde dua.

t/qt

t

Gambar 2.6 Kinetika Reaksi Orde Dua

Pengujian terhadap orde satu dan orde dua dilakukan dengan membuat kurva yang ditentukan dengan cara membandingkan kelinieran kurva yang ditunjukkan oleh harga R

²

, dimana persamaan yang nilai R

²

paling mendekati 1, maka persamaan kinetikanya yang akan digunakan.

2.9 ISOTERM ADSORPSI

Isoterm adsorpsi menunjukkan bagaimana terjadinya adsorpsi molekul yang

terdistribusi antara fase padat dan fase cair sewaktu proses adsorpsi mencapai

kesetimbangan (Kusmiyanti et al., 2012). Kesetimbangan adsorpsi menjelaskan

distribusi kesetimbangan adsorpsi dengan perbedaan konsentrasi adsorben dalam

larutan pada temperatur konstan. Umumnya, jumlah bahan yang teradsorpsi persatuan berat adsorben bertambah seiring bertambahnya konsentrasi. Model isotermLangmuir dan Freundlich umum digunakan untuk menentukan parameter adsorpsi pada adsorpsi cairan dengan konsentrasi rendah. Model Langmuir dibuat berdasarkan asumsi bahwa binding site terdistribusi secara homogen di seluruh permukaan adsorben, dimana adsorpsi terjadi pada satu lapisan (single layer), sedangkan model Freundlich sering digunakan untuk menggambarkan adsorpsi senyawa organik dan anorganik dalam larutan (Putri, 2016). Persamaan 2.7 menunjukkan persamaan isoterm Langmuir.

q

_e

^{.q m e}

e

(2.7)

Gambar 2.7 merupakan grafik yang akan digunakan untuk mengetahui model adsorpsi isoterm Langmuir. Persaman diatas dapat diubah kedalam bentuk linier ditulis dalam Persamaan 2.8 (Putri, 2016).

qe

=

qm.k

+

q ma

e (2.8)

Dimana:

q

_e

= kapasitas adsorpsi (mg/g)

q

m

= kapasitas adsorpsi maksimum (mg/g) K = konstanta kesetimbangan Langmuir (L/mg) Ce = konsentrasi pada saat setimbang (mg/L)

Slope: 1/qm

Intercept: 1/qm.k

Gambar 2.7 Adsorpsi Isoterm Langmuir Persamaan 2.9 menunjukkan persamaan isoterm Freundlich

q = k.Ce

^1/n

(2.9)

c/q

c

Persaman diatas dapat diubah kedalam bentuk linier dengan mengambil bentuk logaritmanya, ditulis dalam Persamaan 2.10 (Murtihapsari et al., 2012)

log q = log k + 1/n Log Ce (2.10) Dimana:

Ce = konsentrasi adsorbat dalam larutan pada saat kesetimbangan (mg/L) k = konstanta adsorpsi Freundlich (L/mg)

1/n = faktor heterogenitas

q = jumlah adsorbat teradsorpsi per berat adsorben (mg/g)

Gambar 2.8 merupakan grafik yang akan digunakan untuk mengetahui model adsorpsi isoterm Freundlich.

Slope: 1/n Intercept: log k

Gambar 2.8 Adsorpsi Isoterm Freundlich

Pengujian pola isoterm Langmuir dan isoterm Freundlich dilakukan dengan pembuatan kurva sesuai dengan persamaan isoterm Langmuir dan isoterm Freundlich. Pola adsorpsi ditentukan dengan cara membandingkan tingkat kelinieran kurva yang ditunjukan oleh harga R

²

, dimana persamaan yang nilai R

²

paling mendekati 1, maka pola adsorbsi persamaan isotermnya menentukan jenis penjerapan secara monolayer atau multilayer.

log q

log Ce

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 LOKASI PENELITIAN

Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Penelitian Fakultas Teknik, Departemen Teknik Kimia, Universitas Sumatera Utara.

3.2 BAHAN DAN ALAT

Bahan-bahan yang digunakan adalah kulit salak dari Padangsidimpuan sebagai bahan baku, gas N

₂

, gas CO

₂

, HCl, NaOH danmethyl orange. Peralatan yang digunakan pada pembuatan karbon aktif dari kulit salak yaitu: reaktor, microwave model Teknowell Tw 98 dengan frekuensi 2450 mHz, tabung gas nitrogen (N

₂

), tabung gas karbon dioksida (CO

₂

), blender, erlenmeyer, corong gelas, batang pengaduk, spatula, kertas saring, cawan petri, beaker glass, stirer, selang, hot plate, dan oven.

Gambar 3.1 merupakan rangkaian alat yang akan digunakan dalam pembuatan karbon aktif dari kulit salak adalah alat pirolisis. Gambar 3.2 adalah rangkaian alat microwave yang digunakan sebagai tempat aktivasi setelah pirolisis.

Gas karbon dioksida (CO

2

) digunakan sebagai agen aktivasidalam proses aktivasi secara fisika dan gas nitrogen (N

₂

) digunakan sebagai gas inert dalam proses pirolisis dan aktivasi fisika. Selang digunakan untuk mengalirkan gas karbon dioksida (CO

2

) dan gas nitrogen (N

2

).

Gambar 3.1 Rangkaian Alat Pirolisis