Kompetisi Adsorpsi Logam Berat Kadmium (Cd2+) dan Tembaga (Cu2+) dalam Larutan Biner Menggunakan Adsorben Batang Jagung (Zea mays)

SKRIPSI

KOMPETISI ADSORPSI LOGAM BERAT KADMIUM (Cd

2+

)

DAN TEMBAGA (Cu

2+

) DALAM LARUTAN BINER

MENGGUNAKAN ADSORBEN BATANG JAGUNG (Zea mays)

Oleh

HERMAN MUGIONO

110405039

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

PRAKATA

Puji syukur kami panjatkan kehadirat Allah Yang Maha Esa atas berkat dan rahmat yang telah dilimpahkan kepada kita semua, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini yang berjudul ”Kompetisi Adsorpsi Logam Berat Kadmium (Cd2+) dan Tembaga (Cu2+) dalam Larutan Biner Menggunakan Adsorben Batang Jagung (Zea mays)” sesuai dengan waktu yang telah ditetapkan.

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. Selain itu untuk dapat digunakan sebagai adsorpben, batang jagung tidak perlu mendapatkan perlakuan khusus, seperti aktivasi, sehingga dapat mengurangi biaya operasional dan produksi.

Dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada : 1. Dosen pembimbing penelitian ini, Bapak Bode Haryanto, ST, MT, Ph.D.

2. Dosen penguji penelitian, Bapak Prof. Dr. Ir., M. Turmuzi, MS dan Ibu Ir., Seri Maulina, MSChE, Ph.D.

3. Koordinator Penelitian, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara,Ibu Ir., Renita Maurung, M.T.

4. Ketua Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, Bapak Dr. Eng. Ir., Irvan, M.Si.

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.

DEDIKASI

Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada :

1.

Kedua orangtua penulis, A. Sihaloho dan R. Simanjuntak.

2.

Bapak dan Ibu dosen Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik,

Universitas Sumatera Utara, terutama Bapak Bode Haryanto, S.T, M.T, Ph.D

selaku dosen pembimbing penelitian.

3.

Para pegawai administrasi Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas

Sumatera Utara.

4.

Partner penelitian, Firmanto Panjaitan; yang telah bekerja sama di dalam

penyelesaian penelitian dan skripsi ini.

5.

Keluarga penulis, Pastor R. Simatupang; Bapak G. Tampubolon dan Ibu M.S.

Sinaga; Ibu K. Nasution; Tulang R.S. Simanjuntak; Mamatua Septi

Simanjuntak; Nantulang E. Rajagukguk; Namboru K. Sihaloho; Bapak R.C.

Tobing; Kakak Karolina Purba, yang telah memberi nasehat, motivasi dan

doa dalam menyelesaikan studi.

6.

Bunda Maria, yang telah mendengarkan doa-doa penulis dalam doa Tiga

Salam Maria dan rosario suci.

7.

Sahabat-sahabat penulis, yaitu teman-teman mahasiswa Teknik Kimia

terutama angkatan 2011, khususnya teman-teman Anggota Pengurus

HIMATEK 2014/2015; teman-teman dari SMAKI angkatan 2008, khususnya

Wike Wiranda dan Imelda Sitorus, atas dukungan moril yang diberikan dan

RIWAYAT HIDUP PENULIS

Nama: Herman Mugiono Haloho

NIM : 110405039

Tempat/Tanggal Lahir: Jambi/ 12 September

1993

Nama

Orangtua:

A.

Sihaloho

dan

R.

Simanjuntak

Alamat Orangtua : Jl. Tano Tombangan Kec.

Tantom Angkola, Tapanuli Selatan 22774

Asal Sekolah



SDN 100650 Hutaraja Sayurmatinggi tahun 1999-2005



SMPN 1 Sayurmatinggi tahun 2005-2008



SMA Kesuma Indah Padangsidimpuan tahun 2008-2011

Pengalaman Organisasi/Kerja



Gerakan Mahasiswa Bidik Misi (Gamadiksi USU) periode 2013-2015,

sebagai anggota.



Bimbingan Belajar Ulul Albab Kaki Seribu (ULAKIS) periode 2014-2015,

sebagai kepala cabang.



Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) periode 2011-2014,

sebagai anggota; dan periode 2014-2015, sebagai Koordinator Penelitian dan

Pengembangan (Litbang HIMATEK).

Artikel yang dipublikasikan dalam jurnal

ABSTRAK

Aktivitas berbagai industri pada umumnya menghasilkan limbah cair yang

sering menjadi permasalahan bagi lingkungan karena mengandung berbagai

macam kontaminan yang berbahaya. Pencemaran ini berdampak pada penurunan

kualitas air dan meningkatnya padatan tersuspensi pada air. Logam berat

menimbulkan ancaman lingkungan yang besar karena dapat menimbulkan

kandungan racun yang tinggi terhadap ekosistem dan manusia. Oleh karena itu,

perlu dilakukan upaya penghilangan (adsorpsi) logam berat dari badan air dengan

menggunakan adsorben, yaitu batang jagung. Dari hasil analisis sementara, laju

adsorpsi optimum terjadi pada 20 menit pertama. Pemodelan kinetika adsorpsi,

sangat cocok menggunakan persamaan orde dua dan merupakan model difusi

internal. Jika dilihat dari variasi pH larutan biner, kapasitas adsorpsi tertinggi

terjadi pada pH 6 (Cd

2+

/Cu

2+

//30:30 ppm) yaitu Cd = 2,1735 mg/g dan Cu =

1,8319 mg/g. Namun, apa bila dilihat dari perbandingan konsentrasi, kapasitas

tertinggi terjadi pada konsentrasi Cd

2+

/Cu

2+

40:20 ppm (pH: 4,5) yaitu Cd =

2,7455 mg/g dan Cu = 1,0969 mg/g. Namun, apabila dilihat dari faktor separasi,

proses adsorpsi biner lebih baik pada pH rendah dan konsentrasi kadmium yang

kecil.

ABSTRACT

Activity of various industry generally produces wastewater that is often a problem for the environment because they contain a wide variety of harmful contaminants. This pollution impact on the water quality and increased suspended solids in the water. Heavy metals pose a major environmental threat because it can cause high toxicity to ecosystems and humans. Therefore, it is necessary to attempt removal (adsorption) of heavy metals from water bodies using adsorbents, corn stalks. From the results of the analysis, the adsorption rate is rapid in the first 20 minutes. Adsorption kinetics modeling, it is suitable to use a second order equation and an internal diffusion model. If seen from the variation of the pH of binery solution, the highest adsorption capacity at pH 6 (Cd2+:Cu2+ // 30:30 ppm), ie Cd = 2.1735 mg / g and Cu = 1.8319 mg / g. However, what if seen from a comparison of concentration, the highest capacity occurred at a concentration of Cd2+:Cu2+ 40:20 ppm (pH: 4.5), ie Cd = 2.7455 mg / g and Cu = 1.0969 mg / g. However, when seen from the separation factor, adsorption processes multi-system is better at low pH and

concentrations of cadmium were small.

DAFTAR ISI

Halaman

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI i

PENGESAHAN UJIAN SKRIPSI ii

PENGESAHAN iii

PRAKATA iv

DEDIKASI v

RIWAYAT HIDUP PENULIS vi

ABSTRAK vii

1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 5

2.1 POLUTAN LOGAM BERAT 5

2.2 TEKNOLOGI PENYERAPAN LOGAM BERAT 6

2.2.1 Elektroflotasi 6

2.2.2 Pemisahan Membran 6

2.2.3 Adsorpsi 7

2.4 ADSORBEN BATANG JAGUNG 8

2.5 KARAKTERISTIK PROSES ADSORPSI 10

2.5.1 Pengukuran Kapasitas Adsorpsi 10

2.5.2 Kesetimbangan Isotermal Adsorpsi 11

2.5.3 Kinetika Adsorpsi 13

2.5.4 Proses Difusi 15

2.5.5 Preferensi Adsorpsi (Prefential Adsorption) 16

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 17

3.1 BAHAN DAN PERALATAN ANALISIS 17

3.2 PROSEDUR PERCOBAAN 17

3.2.1 Prosedur Pembuatan Larutan 17

3.2.2 Prosedur Preparasi Batang Jagung (Pembuatan

Bio-adsorben) 18

3.2.3 Prosedur Batch Adsorpsi 19

3.3 PROSEDUR ANALISIS 21

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 22

4.1 PENGARUH WAKTU TERHADAP KAPASITAS ADSORPSI 22

4.2 PENGARUH PH DAN KONSENTRASI LARUTAN 26

4.2.1 Pengaruh Perubahan pH Terhadap Kapasitas Adsorpsi

pada Konsentrasi Tetap 26

4.2.2 Pengaruh Perubahan Konsentrasi Terhadap Kapasitas

Adsorpsi pada pH Tetap 29

4.3 PENENTUAN KINETIKA ADSORPSI 30

4.4 PENENTUAN KINETIKA DIFUSI 34

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 38

5.1 KESIMPULAN 38

5.2 SARAN 39

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Permukaan Batang Jagung pada Perbesaran 500 Kali ... 8

Gambar 2.2 Struktur Kimia Batang Jagung ... 9

Gambar 2.3 Ukuran Pori dan Ukuran Berbagai Molekul pada Umumnya ... 9

Gambar 3.1 Flowchart Pembuatan Larutan Logam (Biner) ... 18

Gambar 3.2 Flowchart Preparasi Batang Jagung ... 19

Gambar 3.3 Flowchart Analisis Pengaruh pH ... 20

Gambar 3.4 Flowchart Analisis Pengaruh Konsentrasi ... 21

Gambar 4.1 Kapasitas Adsorpsi Ion Cd2+/Cu2+ pada pH 4,5 dan Konsentrasi Larutan (30:30 ppm)... 22

Gambar 4.2 Nilai kapasitas Adsorpsi Maksimum (qmax) pada Berbagai Variasi pH dengan Perbandingan Konsentrasi Awal Cd2+/Cu2+ 30:30 ppm ... 19

Gambar 4.3 Nilai kapasitas Adsorpsi Maksimum (qmax) untuk Berbagai Perbandingan Konsentrasi Awal Cd2+/Cu2+ pada pH 4,5 Selama 2 Jam ... 19

Gambar 4.4 Pemodelan Orde Satu pada pH 4,5 dan Konsentrasi Larutan Cd2+/Cu2+ (30:30 ppm) ... 27

Gambar 4.5 Pemodelan Orde Dua pada pH 4,5 dan Konsentrasi Larutan Cd2+/Cu2+ (30:30 ppm) ... 27

Gambar 4.6 Pemodelan Kinetika Difusi Eksternal pada pH 4,5 dan Konsentrasi Larutan Cd2+/Cu2+ (30:30 ppm) ... 35

Gambar 4.7 Pemodelan Kinetika Difusi Internal pada pH 4,5 dan Konsentrasi Larutan Cd2+/Cu2+ (30:30 ppm) ... 36

Gambar C.1 Tanaman Jagung yang Akan Digunakan Sebagai Adsorben ... 54

Gambar C.2 Batang Jagung yang Siap Dijadikan Adsorben ... 54

Gambar C.3 Pemotongan dan Pembersihan Batang Jagung ... 55

Gambar C.4 Adsorben Batang Jagung yang Telah Dibersihkan (Dicuci) ... 55

Gambar C.6 Material Logam Berat yang Digunakan ... 56

Gambar C.7 Larutan (Stock Solution) ... 57

Gambar C.8 Pengatur Keasaman NaOH (0,1 M) dan HCl (0,1 M) ... 57

Gambar C.9 Larutan BINER (Sampling) ... 58

Gambar C.10 Proses Adsorpsi (Shaking) ... 58

DAFTAR TABEL

Halaman Tabel 1.1 Data Beberapa Hasil Penelitian Terbaru yang Memanfaatkan

Batang Jagung sebagai Biosorban dalam Menyerap Ion Logam 2 Tabel 4.1 Hubungan Antara Kapasitas Adsorpsi, q (%), Terhadap Waktu (t)

Berbagai Variasi pH Berdasarkan Perandingan Konsentrasi Tetap

Cd2+/Cu2+ (30:30 ppm) 23

Tabel 4.2 Hubungan Antara Kapasitas Adsorpsi, q (%), Terhadap Waktu (t)

pada Berbagai Perbandingan Konsentrasi dan pH Tetap 4,5 23 Tabel 4.3 Nilai Kapasitas Maksimum (qmax) pada Berbagai Variasi pH

dengan Perbandingan Konsentrasi Awal Cd2+/Cu2+ 30:30 ppm

selama 2 Jam 24

Tabel 4.4 Nilai Kapasitas Maksimum (qmax) pada Berbagai Perbandingan Konsentrasi C0 Cd

2+

/Cu2+ 30:30 ppm pada pH 4,5 selama 2 Jam 25 Tabel 4.5 Pemodelan Laju Rata-Rata Kinetika Adsorpsi Cd2+/Cu2+ pada

Adsorben Batang Jagung dalam Larutan Biner 27 Tabel 4.6 Pemodelan Laju Rata-Rata Kinetika Difusi Cd2+/Cu2+ pada

Adsorben Batang Jagung dalam Larutan Biner Selama 2 Jam 30 Tabel 4.7 Hasil Perhitungan Separation Factor pada Kondisi Setimbang (qe)

dalam Rentang Waktu 2 Jam 33

Tabel 4.8 Sifat Kimia-Fisika Kadmium dan Tembaga 33

Tabel A.1 Data Kalibrasi Larutan Standar 39

Tabel A.2 Data Percobaan pada pH 3 dan Konsentrasi Cd2+/Cu2+ (30:30 ppm) 39 Tabel A.3 Data Percobaan pada pH 4,5 dan Konsentrasi Cd2+/Cu2+ (30:30

ppm) 40

Tabel A.4 Data Percobaan pada pH 6 dan Konsentrasi Cd2+/Cu2+ (30:30 ppm) 40 Tabel A.5 Data Percobaan pada pH 7,5 dan Konsentrasi Cd2+/Cu2+ (30:30

ppm) 40

Tabel A.6 Data Percobaan pada pH 9 dan Konsentrasi Cd2+/Cu2+ (30:30 ppm) 41 Tabel A.7 Data Percobaan pada pH 4,5 dan Konsentrasi Cd2+/Cu2+ (20:40

ppm) 41

Tabel A.8 Data Percobaan pada pH 4,5 dan Konsentrasi Cd2+/Cu2+ (40:20

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

LAMPIRAN A DATA BAHAN BAKU 39

A.1 DATA KALIBRASI LARUTAN STANDAR HASIL ANALISIS AAS 39

A.2 DATA ADSORBANSI DAN KONSENTRASI LARUTAN BINER 39

LAMPIRAN B CONTOH PERHITUNGAN 42

B.1 PEMBUATAN LARUTAN BINER (STOCK SOLUTION) 42

B.2 PERHITUNGAN KAPASITAS ADSORPSI 43

LAMPIRAN C DOKUMENTASI PERCOBAAN 44

E.1 SAMPEL DAN BAHAN BAKU 44

DAFTAR SINGKATAN

AAS Atomic Adsorption Spectrofotometri

MBR Membrane Bioreactor

pH power of Hydrogen

ppm part per million

DAFTAR SIMBOL

Simbol Keterangan Dimensi

C Konsentrasi larutan mg/l

Cd2+ Ion kadmium

Cd(CH3COO)2.2H2O Kadmium asetat

Cu2+ Ion tembaga

CuSO4 Tembaga (II) sulfat

HCl Asam klorida

K Konstanta Adsorpsi l/mg

mads Massa adsorben g

NaOH Natrium Hidroksida

q Kapasitas adsorpsi mg/g

R% Percent Removal %

t Waktu s

V Volume larutan l

α Tetapan laju adsorpsi awal mg/g.min

α Faktor separasi