Pembuatan Dan Karakterisasi Adsorben Cangkang Telur Bebek Yang Diaktivasi Secara Termal

(1)

PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI ADSORBEN

CANGKANG TELUR BEBEK YANG DIAKTIVASI

SECARA TERMAL

SKRIPSI

Oleh

JASINDA

090405026

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

(2)

PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI ADSORBEN

CANGKANG TELUR BEBEK YANG DIAKTIVASI

SECARA TERMAL

SKRIPSI

Oleh

JASINDA

090405026

SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN

PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

(3)

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI

Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul :

PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI ADSORBEN CANGKANG TELUR BEBEK YANG DIAKTIVASI SECARA TERMAL

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 dikemudian hari terbukti bahwa ini

bukan karya saya atau merupakan hasil jiplakan maka saya bersedia menerima

sanksi sesuai dengan aturan yang berlaku.

Medan, 16 September 2013

Jasinda

NIM 090405026

(4)

(5)

PRAKATA

Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas

limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan.

Tulisan ini merupakan skripsi dengan judul “Pembuatan dan Karakterisasi

Adsorben Cangkang Telur Bebek yang Diaktivasi secara Termal”, 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 ini:

 Penelitian ini membantu dalam pembuatan adsorben cangkang telur bebek yang diaktivasi secara termal dan karakteristiknya sehingga dapat diproduksi

secara komersial

 Penelitian ini membantu pengolahan limbah logam berat Cd(II) dengan

proses adsorpsi sehingga tidak membahayakan kehidupan masyarakat.

Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi ini penulis banyak

mendapat pengarahan dan bimbingan dari dosen pembimbing penulis. Untuk itu

secara khusus penulis mengucapakan terima kasih dan penghargaan

sebesar-besarnya kepada Ibu Dr. Ir. Iriany, MSi.

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, September 2013

Penulis

Jasinda

(6)

DEDIKASI

Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada kedua orang tua saya yaitu

Ayahanda Tjang Kok Siung dan Ibunda Tiok Giok Tjeng, serta kepada adik,

tante, paman, sepupu dan keluarga besar saya yang telah memberikan dukungan

moril maupun materiil yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan

penelitian dan penulisan skripsi ini dengan baik.

(7)

RIWAYAT HIDUP PENULIS

Nama : Jasinda

NIM : 090405026

Tempat/tgl lahir : Medan / 18 November 1991

Nama orang tua : Tjang Kok Siung

Alamat orang tua :

Jl. Kelud No. 5 Medan 20212 Asal Sekolah :

 TK Methodist-3 Medan tahun 1994-1997

 SD Methodist-3 Medan tahun 1997-2003

 SMP Methodist-3 Medan tahun 2003-2006

 SMA Methodist-3 Medan tahun 2006-2009 Beasiswa yang diperoleh :

 Beasiswa Peningkatan Prestasi Akademik (PPA) tahun 2010/2011 Pengalaman Organisasi :

 HIMATEK periode 2012 – 2013 sebagai Sekretaris Bakmi (Bakat dan Minat)

 Asisten Laboratorium Operasi Teknik Kimia (OTK) periode 2012 – 2013 modul Adjustable Bed Flow Channel dan Mixing

Artikel yang telah dipublikasikan dalam jurnal :

Krisnawati, Jasinda dan Iriany, “Penjerapan Logam Kadmium (Cd2+) dengan Adsorben Cangkang Telur Bebek yang telah Diaktivasi,” Jurnal Teknik Kimia Vol 2, No 3 (2013).

(8)

ABSTRAK

Adsorben cangkang telur bebek dapat digunakan untuk menjerap logam berat. Kemampuan adsorpsi dari adsorben dapat ditingkatkan dengan proses aktivasi secara termal. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui sifat fisik dan karakteristik adsorben cangkang telur bebek yang diaktivasi secara termal, pengaruh suhu aktivasi terhadap % berat sampel hilang, berat jenis dan luas permukaan adsorben serta mengetahui kemampuan adsorben dalam menjerap logam Cd(II). Bahan – bahan yang digunakan antara lain cangkang telur bebek, aquades, metilen biru, larutan logam Cd(II), asam klorida dan aquabides. Variabel – variabel yang diamati antara lain sifat fisik dan karakteristik adsorben, % berat sampel hilang pada proses aktivasi, berat jenis adsorben, luas permukaan adsorben, konsentrasi sisa ion logam Cd(II). Penelitian diawali dengan cangkang telur bebek dipanaskan pada suhu 1100C di oven, 6000C dan 8000C di furnace kemudian dilakukan karakterisasi dengan SEM-EDX dan pengukuran berat jenis dengan piknometer 10 ml. Pengukuran luas permukaan adsorben menggunakan metode metilen biru dengan Spektrofotometer UV-Vis. Selanjutnya, konsentrasi sisa logam Cd(II) diukur dengan Spektrofotometer AAS. Hasil penelitian memperlihatkan suhu aktivasi berbanding lurus terhadap % berat sampel hilang. Karakteristik adsorben berupa morfologi pori dengan jumlah banyak tidak beraturan dan adanya agglomerasi. Analisa komponen kimia adsorben mengandung kalsium (Ca), oksigen (O) dan C (karbon). Selain itu, berat jenis adsorben berbanding terbalik dengan suhu aktivasi. Berat jenis dan luas permukaan adsorben telah memenuhi standar adsorben komersial. Waktu kontak berbanding lurus terhadap jumlah logam Cd(II) yang diadsorpsi. Adsorben ini memiliki kemampuan untuk menjerap logam Cd(II).

Kata kunci: adsorben cangkang telur bebek, suhu aktivasi, sifat fisik dan karakteristik adsorben, berat jenis adsorben, luas permukaan adsorben, logam Cd(II)

(9)

ABSTRACT

Duck eggshell’s adsorbent can be used to adsorp heavy metal. Adsorption ability of the adsorbent can be increased with thermally activation process. The purpose of this research is to study the physical properties and characteristic of duck eggshell’s adsorbent which be activated by thermal, the effect of activation temperature towards the percentage of sample weight loss, adsorbent’s density and surface area, and the adsorbent ability to adsorp heavy metal Cd(II). Materials that used in this research are duck eggshell’s, aquadest, methylene blue, heavy metal Cd(II) solution, chloric acid, and aquabidest. Observed variables are the physical properties and characteristic of adsorbent, the percentage of sample weight loss in activation process, adsorbent’s density and surface area, and residual concentration of Cd(II). The research started with duck eggshell heated at temperature 1100C in oven, and at 6000C and 8000C in furnace then characterized with SEM-EDX. Adsorbent’s surface area measurements used methylene blue method with Spectrophotometer UV-Vis. Furthermore, the residual concentration of heavy metal Cd(II) was measured with Spectrophotometer AAS. The result shows that activation temperature is directly proportional with the percentage of sample weight loss. Characteristic of adsorbent shows that structure of pore morphology with many and irregular shape and also agglomeration. Analysis of chemical composition shows that adsorbent contains calcium (Ca), oxygen (O), and carbon (C). In addition, the adsorbent density is inversely proportional to the activation temperature. Adsorbent’s density and surface area has fulfill the standard of commercial adsorbent. Adsorption time is directly proportional with the amount of heavy metal Cd(II). The adsorbent has ability to adsorp heavy metal Cd(II).

Key words: duck eggshell’s adsorbent, activation temperature, physical properties and characteristic adsorbent, adsorbent’s density, adsorbent’s surface area, heavy metal Cd(II)

(10)

DAFTAR ISI

Halaman

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI i

PENGESAHAN ii

PRAKATA iii

DEDIKASI iv

RIWAYAT HIDUP PENULIS v

ABSTRAK vi

ABSTRACT vii

DAFTAR ISI viii

DAFTAR GAMBAR x

DAFTAR TABEL xiii

DAFTAR LAMPIRAN xv

DAFTAR SINGKATAN xvii

DAFTAR SIMBOL xviii

BAB I PENDAHULUAN 1

1.1 LATAR BELAKANG 1

1.2 PERUMUSAN MASALAH 3

1.3 TUJUAN PENELITIAN 3

1.4 MANFAAT PENELITIAN 3

1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 5

2.1 CANGKANG TELUR BEBEK 5

2.2 AKTIVASI FISIKA 8

2.3 PROSES KALSINASI ADSORBEN CANGKANG

TELUR 9

2.4 CANGKANG TELUR SEBAGAI ADSORBEN 11

2.5 ADSORBEN 12

2.6 KLASIFIKASI ADSORBEN 13

2.7 PEMILIHAN JENIS-JENIS ADSORBEN 17

(11)

2.9 ADSORPSI 19

2.10 PROSES PEMBUATAN ADSORBEN DAN

KARAKTERISASI 21

2.11 DESKRIPSI PROSES 22

2.12 ANALISA BIAYA 23

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 26

3.1 LOKASI DAN WAKTU PENELITIAN 26

3.2 BAHAN 26

3.3 PERALATAN 26

3.4 PROSEDUR PENELITIAN 27

3.5 PROSEDUR ANALISA 28

3.6 FLOWCHART PENELITIAN 31

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 35

4.1 AKTIVASI ADSORBEN CANGKANG TELUR

BEBEK 35

4.2 KARAKTERISASI ADSORBEN CANGKANG

TELUR BEBEK DENGAN SEM-EDX 41

4.3 PENENTUAN BERAT JENIS ADSORBEN

CANGKANG TELUR BEBEK 48

4.4 PENENTUAN LUAS PERMUKAAN ADSORBEN

CANGKANG TELUR BEBEK 49

4.5 PENGARUH WAKTU ADSORPSI TERHADAP

JUMLAH LOGAM Cd(II) TERADSORPSI 53

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 56

5.1 KESIMPULAN 56

5.2 SARAN 57

DAFTAR PUSTAKA 58

LAMPIRAN 1 66

LAMPIRAN 2 79

(12)

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Cangkang Telur Bebek 5

Gambar 2.2 Struktur dan Lapisan pada Cangkang Telur 7

Gambar 2.3 Furnace 9

Gambar 2.9 Proses Adsorpsi 55

Gambar 3.1 Flowchart Pembuatan Adsorben Cangkang Telur Bebek

yang Diaktivasi secara Termal dan Karakterisasi 31

Gambar 3.2 Flowchart Penentuan Berat Jenis Adsorben Cangkang

Telur Bebek 32

Gambar 3.3 Flowchart Penentuan Luas Permukaan Adsorben 33

Gambar 3.4 Flowchart Penentuan Jumlah Logam Cd(II) yang

Terjerap dalam Adsorben 34

Gambar 4.1 Hasil Proses Pemanasan (Aktivasi) Adsorben Cangkang

Telur Bebek pada Suhu 1100C, 6000C, dan 8000C 35

Gambar 4.2 Hasil Analisa SEM Adsorben Cangkang Telur Bebek pada Suhu 1100C, 6000C, dan 8000C dengan Perbesaran 1000x

42

Gambar 4.3 Hasil Analisa EDX pada Adsorben Cangkang Telur

Bebek dengan Suhu 1100C 44

Gambar 4.6 Kurva Kalibrasi Larutan Metilen Biru 50

Gambar 4.7 Hubungan Konsentrasi Sisa Metilen Biru terhadap

Waktu Adsorpsi 51

Gambar 4.8 Hubungan Antara Waktu Adsorpsi dengan Jumlah

(13)

Gambar L1.1 Hasil Analisa SEM Adsorben Cangkang Telur Bebek pada Suhu 1100C dengan Perbesaran (a) 500x, (b) 800x, dan (c) 1000x

67

68

70

Gambar L1.4 Kurva EDX Adsorben Cangkang Telur Bebek dengan

Suhu 1100C 70

Suhu 6000C 71

Suhu 8000C 72

Gambar L2.1 Kurva Kalibrasi Metilen Biru 80

Gambar L2.2 Kurva Kalibrasi Larutan Logam Cd(II) 82

Gambar L3.1 Sampel Cangkang Telur Bebek 84

Gambar L3.2 Sampel yang Dihancurkan dengan Lumpang dan Alu 84

Gambar L3.3 Ball Mill 85

Gambar L3.4 Hasil Penggilingan Sampel dengan Ball Mill 85

Gambar L3.5 Tempat Ayakan 140 mesh 86

Gambar L3.6 Hasil Sampel yang Lolos Ayakan 140 mesh 86

Gambar L3.7 Tempat Pemanasan Sampel di Oven 87

Gambar L3.8 Tempat Pemanasan (Kalsinasi) Sampel di Furnace 87

Gambar L3.9 Hasil Pemanasan Sampel pada Suhu 1100C, 6000C, dan

8000C 88

Gambar L3.10 Timbangan Digital dan Desikator 88

Gambar L3.11 Kuvet (Tempat Penyimpanan Sampel) pada Suhu 1100C, 6000C, dan 8000C yang akan Diuji dengan Peralatan SEM-EDX

89

Gambar L3.12 Peralatan SEM-EDX Tipe JEOL-JSM-6510 LV 89

Gambar L3.13 Larutan Metilen Biru 30 ppm di dalam Beaker Glass 90

Gambar L3.14 Magnetic Stirrer (Tempat Pengadukan) Larutan Metilen

Biru dengan Sampel Adsorben 90

Gambar L3.15 Proses Pengadukan Larutan Metilen Biru dan Sampel

(14)

Gambar L3.16 Tempat Penyimpanan Filtrat yang Disaring setiap 10

menit 91

Gambar L3.17 Spektrofotometer UV-Vis 92

Gambar L3.18 Tempat Penyimpanan Kuvet Sampel yang Diuji 92

Gambar L3.19 Foto Larutan Logam Berat Cd(II) 93

Gambar L3.20 Foto Larutan Logam Berat Cd(II) yang Diadsorpsi

dengan Adsorben 93

Gambar L3.21 Tempat Penempatan Sampel yang akan Diuji dengan

AAS 94

Gambar L3.22 Pelarutan Logam Berat Cd(II) dengan Larutan HCl 94

Gambar L3.23 Peralatan Spektrofotometer AAS 95

Gambar L3.24 Tempat Penempatan Sampel yang akan Diuji dengan

AAS 95

Gambar L3.25 Pipa Penyalur Gas 96

(15)

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Komposisi Kimia Cangkang Telur 5

Tabel 2.2 Komposisi Cangkang Telur Bebek 8

Tabel 2.3 Suhu Kalsinasi pada Tiga Tahapan Pemanasan 11

Tabel 2.4 Penggolongan Adsorben Berdasarkan Kemampuan

Menjerap Air 13

Tabel 2.5 Sifat Fisik Beberapa Jenis Adsorben Komersial 16

Tabel 2.6 Penggolongan Adsorben Berdasarkan Ukuran Pori 17

Tabel 2.7 Kelemahan dan Kelebihan Jenis-Jenis Adsorben 17

Tabel 2.8 Sifat Fisik Kadmium 18

Tabel 2.9 Daftar Nama Peneliti, Judul Penelitian, Proses Pembuatan dan Karakterisasi Adsorben Cangkang Telur

22

Tabel 4.1 Hubungan antara Suhu Aktivasi dan % Berat Sampel

Hilang 39

Tabel 4.2 Hasil Analisa EDX pada Adsorben Cangkang Telur

Tabel 4.5 Berat Jenis Adsorben Cangkang Telur Bebek pada

Berbagai Suhu Aktivasi 48

Tabel 4.6 Hasil Luas Permukaan Adsorben Cangkang Telur Bebek pada Suhu 1100C, 6000C, dan 8000C 52

Tabel L1.1 Data EDX Adsorben Cangkang Telur Bebek dengan

Suhu 1100C 71

Suhu 6000C 71

Suhu 8000C 72

Tabel L1.4 Data Kalibrasi Metilen Biru 73

(16)

Tabel L1.6 Berat Jenis Adsorben Cangkang Telur Bebek pada

Berbagai Suhu Aktivasi 75

Tabel L1.7 Data Hasil Perhitungan Adsorben Cangkang Telur

Bebek pada Suhu 1100C 75

(17)

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

LAMPIRAN 1 DATA HASIL PERCOBAAN 66

L1.1 DATA HASIL PERCOBAAN 66

L1.1.1 Hasil Analisa SEM Adsorben Cangkang Telur Bebek pada Suhu 1100C

66

67

69

L1.1.4 Data Hasil Percobaan untuk Adsorben Cangkang Telur Bebek pada Suhu 1100C

70

71

72

L1.1.7 Data Kalibrasi Metilen Biru 73

L1.1.8 Data Hasil Percobaan Penentuan Berat

Jenis Adsorben 73

L1.1.9 Data Hasil Percobaan untuk Logam

Cd(II) 74

L1.2 DATA HASIL PERHITUNGAN 75

L1.2.1 Data Hasil Perhitungan Berat Jenis

Adsorben Cangkang Telur Bebek 75

L1.2.2 Data Hasil Perhitungan Adsorben Cangkang Telur Bebek pada Suhu 1100C

75

(18)

77

L1.2.5 Data Hasil Perhitungan untuk Logam

Cd(II) 78

LAMPIRAN 2 CONTOH HASIL PERHITUNGAN 79

L2.1 PERHITUNGAN BERAT JENIS ADSORBEN 79

L2.2 PERHITUNGAN LUAS PERMUKAAN

ADSORBEN 80

L2.3 PERHITUNGAN JUMLAH ION LOGAM

Cd(II) YANG DIJERAP 81

LAMPIRAN 3 FOTO HASIL PENELITIAN 84

L3.1 FOTO PENELITIAN PEMBUATAN

ADSORBEN CANGKANG TELUR BEBEK 84

L3.2 FOTO PENELITIAN KARAKTERISASI

ADSORBEN CANGKANG TELUR BEBEK 89

L3.3 FOTO PERCOBAAN PENENTUAN LUAS

PERMUKAAN ADSORBEN 90

L3.4 FOTO PERCOBAAN ADSORPSI LOGAM

(19)

DAFTAR SINGKATAN

SEM-EDX Scanning Electron Microscopy-Electron Dispersive X-Ray

Analysis

UV-Vis Ultraviolet-Visible

AAS Atomic Absorption Spectrophotometer

HSAB Hard Soft Acid Base

SNI Standar Nasional Indonesia

(20)

DAFTAR SIMBOL

Simbol Keterangan Dimensi

Cd Kadmium

Ca Kalsium

C Karbon

O Oksigen

% Persen

CaCO3 Kalsium karbonat

CaO Kalsium oksida / kalsit

MgCO3 Magnesium karbonat

CaPO4 Kalsium fosfat

CO2 Karbondioksida

Pb Timbal

Cr Kromium

MgPO4 Magnesium fosfat

Al Aluminium

Hg Raksa

V Vanadium

B Boron

Fe Besi

Zn Zink

P Fosfor

Mg Magnesium

N Nitrogen

F Fluor

Se Selenium

Cu Tembaga

H2O Air

ZnCO3 Zink karbonat

(21)

OH- Ion hidroksida

MgO Magnesium oksida

CaO Kalsium oksida

H+ Ion hidrogen

SiO2 Silika oksida

Si-OH Ikatan silika dengan hidroksida

Na Natrium

NaOH Natrium hidroksida

A Berat adsorben g

Xm Berat adsorbat teradsorpsi g/g

N Bilangan Avogadro mol-1

a Luas penutupan oleh 1 molekul metilen biru m2

Mr Massa molekul relatif metilen biru g/mol

W ads Berat Cd(II) yang terjerap oleh satu gram sampel mg/g

B Berat sampel yang digunakan g

C1 Konsentrasi larutan Cd(II) awal ppm

C2 Konsentrasi larutan Cd(II) akhir ppm

(22)

Ca(OH)2 Kalsium hidroksida

y Absorbansi

x Konsentrasi larutan ppm

R2 Koefisien korelasi