PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI KARBON AKTIF DARI BIJI KELOR (Moringa oleifera. Lamk)
DENGAN NaCl SEBAGAI BAHAN PENGAKTIF
SKRIPSI
Oleh: Siti Mu’jizah NIM. 05530007
JURUSAN KIMIA
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS ISLAM NEGERI (UIN) MAULANA MALIK IBRAHIM MALANG
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI KARBON AKTIF DARI BIJI KELOR (Moringa oleifera. Lamk)
DENGAN NaCl SEBAGAI BAHAN PENGAKTIF
SKRIPSI
Diajukan Kepada: Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Islam Negeri (UIN) Malang Untuk Memenuhi Salah Satu Persyaratan Dalam
Memperoleh Gelar Sarjana Sains (S.Si)
Oleh: Siti Mu’jizah NIM. 05530007
JURUSAN KIMIA
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS ISLAM NEGERI (UIN) MAULANA MALIK IBRAHIM MALANG
KATA PENGANTAR Bismillahirrahmanirrahim,
Segala puji syukur kami haturkan kehadirat Allah swt, penguasa dan sang
kholik seluruh alam raya, yang telah melimpahkan Rahmat dan Hidayah-Nya,
sehingga penulis dapat menyusun dan menyelesaikan skripsi sebagai prasyarat
untuk memperoleh gelar Sarjana Sains (S. Si) dengan baik dan lancar.
Shalawat serta salam senantiasa terlimpahkan kepada Nabi kita, Baginda
Nabi Besar Muhammad saw., seluruh keluarga, istri, anak, kerabat, sahabat, dan
umat beliau Rosulullah saw. yang telah membawa manusia dari kehidupan yang
penuh dengan kebiadaban menuju kehidupan yang penuh dengan peradaban,
yakni Agama Islam.
Penulis menyusun skripsi ini dengan maksud untuk memenuhi tugas akhir
perkuliahan sebagai wujud pengamalan ilmu yang telah diperoleh penulis selama
ada di bangku perkuliahan sehingga dapat bermanfaat bagi penulis pribadi, dan
juga bagi mahasiswa dan masyarakat pada umunya.
Penulis menghaturkan terima kasih kepada semua pihak yang telah
membantu kami dalam menyelesaikan tugas skripsi ini, baik secara langsung
maupun tidak langsung. Oleh karena itu, perkenankan penulis mengucapkan rasa
terima kasih, khususnya kepada yang terhormat:
1. Untuk Ibuku, terima kasih atas kucuran keringat dan darahnya selama ini.
Surga Allah swt sedang menanti, Ayah semoga beliau selalu dalam surgaNya.
mengetahui dan akan selalu menolong hamba-Nya selama mau menolong
hambanya yang lain. Kebaikan akan dinanti dengan kebaikan.
2. Bapak Anton Prasetyo, M. Si, Bapak Ach. Nashihuddin, MA dan Ibu Eny
Yulianty,M.Si selaku dosen pembimbing kami. Sukron katsiron penulis
haturkan atas waktu yang telah beliau limpahkan untuk bimbingan, arahan,
serta motivasi dalam menyelesaikan penulisan skripsi ini. Semoga beliau
beserta seluruh keluarga besar, selalu mendapatkan Rahmat dan Hidayah
Allah swt. serta dimudahkan, diberi keikhlasan dan kesabaran dalam
menjalani kehidupan, baik di dunia maupun di akhirat.
3. Ibu Elok Kamilah Hayati, M. Si dan Ibu Akyunul Jannah selaku penguji kami.
Terima kasih atas waktu, arahan dan bimbingan beliau selama ini. semoga
Allah memberikan kesehatan bagi beliau sekeluarga.
4. Ibu Rini Nafsiati Astuti, M. Pd, selaku dosen wali penulis selama menempuh
kuliah di Jurusan Kimia Fakultas Saintek Universitas Islam Negeri Maulana
Malik Ibrahim Malang. Terima kasih kami haturkan kepada beliau yang telah
memberikan bimbingan, saran, serta motivasi selama menempuh perkuliahan.
Penulisan laporan ini tidak luput dari bantuan semua pihak, baik secara
langsung maupun tidak langsung. Oleh karena itu, penulis menghaturkan terima
kasih yang sedalam-dalamnya kepada:
1. Bapak Prof. Dr. H. Imam Suprayogo selaku Rektor UIN Maliki Malang
2. Bapak Prof. Sutiman Bambang Sumitro, SU. DSc selaku Dekan Fakultas
3. Ibu Diana Candra Dewi, M.Si selaku Ketua Jurusan Kimia, UIN Maliki
Malang yang telah memberikan arahan dan nasehat kepada penulis.
4. Segenap Dosen kimia Fakultas Saintek Universitas Islam Negeri Maulana
Malik Ibrahim Malang yang telah menyampaikan pengajaran, mendidik,
membimbing, serta mengamalkan ilmunya dengan ikhlas. Semoga Allah swt
memberikan pahala-Nya yang sepadan kepada beliau semua.
5. Guru-guru ku terima kasih atas ilmu yang engkau berikan, semoga Allah
melimpahkan rahmat pada beliau semua.
6. Keluarga besar PSG UIN MALIKI Malang, bu ilfi, bu rini, bu erfa, bu
jamilah, bu yuli, bu ulfah, mbak leli terima kasih atas motivasi, masukan dan
kepercayaannya selama ini. Semoga ilmu dan pengalaman yang penulis
peroleh bermanfaat di kehidupan penulis kelak.
7. Staf laboratorium dan administrasi Jurusan Kimia Fakultas Saintek
Universitas Islam Negeri Maulana Malik Ibrahim Malang (mas abi, mbak
ana, mbak nia, mbak rika n mas taufik), penulis ucapkan terima kasih atas
partisipasinya dalam penyelesaian skripsi ini.
8. Sahabat-sahabat PMII Komisariat Universitas Islam Negeri Maulana Malik
Ibrahim Malang, khususnya Rayon Galileo. Terima kasih atas motivasi dan
persaudaraannya selama ini.
9. Semua sahabat-sahabat ku masit, wardah, lailis, fajar, H5, ais, umi, asri, nely,
nur, dedi, agus, helmi. Kalian telah memberikan segudang pengalaman bagi
penulis semoga kita mampu menjalani kehidupan nyata setelah keluar dari
kebersamaannya selama ini. Fajar makasih banyak atas bantuannya selama
ini…semoga silaturrahim kita tetap terjaga selamanya…..
10. Mas Sony terima kasih do’a n motivasinya, anas suwon benerin komputer n
buatin posterny, firi thaks pinjaman monitornya, nana semangat S2nya, abid,
ifa ayo semangat!!! Aim n adi suwon do’anya.
11. Teman2 HMJ kimia maupun teman2 kimia dari angkatan 2003 sampai 2009
terima kasih motivasi dan masukannya. Yudi n Mita selamat melanjutkan
penelitian tentang karbon.
12. Teman-teman kos atas kebersamaan dan semangat yang diberikan selama
proses penyusunan skripsi.
13. Kepada semua pihak yang ikut terlibat dan berpartisipasi dalam
menyelesaikan penulisan skripsi ini, yang tidak bisa disebutkan oleh penulis
satu-persatu.
Semoga apa yang telah penulis peroleh selama kuliah di Fakultas Saintek
Universitas Islam Negeri Maulana Malik Ibrahim Malang ini bermanfaat. Karya
tulis ini bermanfaat bagi semua pembaca, khususnya bagi penulis pribadi. Disini
penulis sebagai manusia biasa yang tak pernah luput dari salah dan dosa,
menyadari bahwasannya skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan. Oleh karena
itu, penulis sangat mengaharap kritik dan saran dari semua pihak demi
kesempurnaan skripsi ini.
Malang, 24 Juni 2010 Penulis,
DAFTAR ISI
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 6
2.1 Kelor ... 6
2.2 Karbon Aktif……… ... 9
2.3 Karbonisasi. ... 11
2.4 Aktivasi. ... 14
2.4.1 Aktivasi secara Kimia ... 14
2.4.2 Aktivasi secara Fisika ... 16
2.5 Kelor sebagai Karbon Aktif ... 17
2.6 Karakterisasi Karbon Aktif... 18
2.6.1 Berat Jenis Karbon Aktif ... 18
2.6.2 Kadar Air Karbon Aktif ... 18
2.6.3 Kadar Abu Karbon Aktif ... 19
2.6.4 Daya Serap Karbon Aktif Terhadap Larutan Iodin ... 19
2.7 Adsorpsi... 20
2.8 Fluidized bed reaktor... 22
2.9 Anova (Analysis Of Variance) ... 23
2.10 Anjuran Memikirkan Tumbuhan dalam Al-Qur’an ... 24
BAB III METODE PENELITIAN ... 30
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian ... 30
3.2 Alat dan Bahan Penelitian ... 30
3.5.3 Karbonisasi ... 32
3.5.4 Aktivasi Fisika ... 32
3.5.5 Karakterisasi ... 33
3.5.5.1 Penentuan Berat Jenis Karbon Aktif ... 33
3.5.5.2 Penentuan Angka Iodin Karbon Aktif ... 33
3.5.5.3 Penentuan Kadar Air Karbon Aktif ... 34
3.5.5.4 Penentuan Kadar Abu Karbon Aktif ... 35
3.6 Analisa Data ... 36
BAB IV PEMBAHASAN ... 37
4.1 Preparasi Sampel ... 37
4.2 Aktivasi Kimia ... 37
4.3 Karbonisasi ... 39
4.4 Aktivasi Fisika ... 40
4.5 Karakterisasi Karbon Aktif... 42
4.5.1 Bilangan Iodin ... 42
4.5.2 Berat Jenis... 46
4.5.3 Kadar Air ... 49
4.5.4 Kadar Abu... 52
4.6 Sampel Terbaik ... 54
4.7 pembuatan Karbon Aktif dari Biji Kelor (Moringa oleifera. Lamk) Perspektif Islam ... 55
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 58
5.1 Kesimpulan ... 58
5.2 Saran ... 58
DAFTAR PUSTAKA ... 59
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Kandungan Nutrisi Biji Kelor ... 9
Tabel 2.2 Syarat Mutu Karbon Aktif Standart Industri Indonesia ... 11
Tabel 2.3 Luas permukaan spesifik dari karbon dengan menggunakan metode Giles and Nakhwa, dan metode langmuir ... 17
Tabel 2.4 Perbedaan adsorpsi fisika dan kimia ... 21
Tabel 4.1 Bilangan Iodin karbon aktif ... 44
Tabel 4.2 Berat jenis karbon aktif ... 47
Tabel 4.3 Kadar air karbon aktif ... 50
Tabel 4.4 Kadar abu karbon aktif ... 53
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Tanaman Kelor ... 8
Gambar 2.2 Fluidized Bed Reaktor ... 23
Gambar 4.1 Grafik angka iodin karbon aktif ... 44
Gambar 4.2 Grafik berat jenis karbon aktif ... 48
Gambar 4.3 Grafik kadar air karbon aktif ... 51
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1Diagram Alir ... 63
Lampiran 2 Skema Kerja ... 64
Lampiran 3 Pembuatan Reagen kimia ... 68
Lampiran 4 Data Penelitian ... 75
Lampiran 5 Analisa Statistik ... 88
ABSTRAK
Mu’jizah, S. 2010. Pembuatan dan Karakterisasi Karbon Aktif dari Biji Kelor (Moringa oleifera. Lamk) dengan NaCl sebagai Bahan Pengaktif Pembimbing I: Anton Prasetyo, M. Si; Pembimbing Agama: Ach. Nasichuddin, MA
Kata Kunci: Biji Kelor, dehidrasi, karbonisasi, aktivasi
Permintaan karbon aktif di dunia setiap tahun meningkat sekitar 5% pertahun, diperkirakan kebutuhan karbon aktif tahun 2010 sekitar 1.200.000 ton. Oleh karena itu banyak dilakukan usaha-usaha penelitian tentang bahan alternatif yang bisa dipakai sebagai bahan baku pembuatan karbon aktif. Penelitian Muallifah menunjukkan bahwa karbon aktif dari biji kelor dapat digunakan untuk memurnikan minyak goreng bekas, namun karbon aktif biji kelor yang digunakan belum dilengkapi data karakterisasi karbon aktif sesuai Standar Industri Indonesia (SII) maka penelitian tentang karakterisasi karbon aktif dari biji kelor perlu dilakukan. Dalam penelitian ini akan dilakukan kajian tentang pengaruh konsentrasi NaCl pada proses karbonisasi terhadap karakterisasi karbon aktif dan pengaruh aktivasi fisika terhadap karakterisasi karbon aktif.
Proses pembuatan karbon aktif melalui 3 tahapan yaitu dehidrasi biji kelor pada suhu 105 °C selama 24 jam, kemudian perendaman biji kelor dalam larutan NaCl 15 %, 20 %, 25 %, 30 %, 35%, dan 40 % selama 5 jam, proses karboniasi pada suhu 500 ºC selama 120 menit dan karbon aktif biji kelor di ayak 120 – 250 mesh kemudian diaktivasi fisika pada suhu 650 ºC dalam medium nitrogen selama 120 menit. Karakterisasi yang dilakukan meliputi berat jenis, bilangan iodin, kadar air dan kadar abu karbon aktif.
ABSTRACT
Mu’jizah, S. 2010. Preparation and Characterization of Activated Carbon from Bean (Moringa oleifera. Lamk) with NaCl as an activator Materials Pembimbing I: Anton Prasetyo, M. Si; Pembimbing Agama: Ach. Nasichuddin, MA
Keywords: Seed kelor, dehydration, carbonization, activation
Activated carbon demand in the world each year increased by approximately 5% per year, estimated that the demand of activated carbon of about 1.2 million tons in 2010. Therefore many efforts carried out research into alternative materials that could be used as raw material for making activated carbon. Muallifah research shows that activated carbon from Moringa seeds can be used to purify used frying oil, but the activated carbon used Moringa seeds have not completed the characterization of activated carbon according to data Indonesian Industrial Standard (SII), the research on the characterization of activated carbon from Moringa oleifera seed needs to be done. In this research study will be conducted on the effect of NaCl concentration on the process of carbonization of the characterization of activated carbon and the influence of physical activation of the characterization of activated carbon.
The process of making activated carbon through the three stages of Moringa oleifera seed dehydration at 105 ° C for 24 hours, then oleifera seed soaking in a solution of NaCl 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, and 40% for five hours, the process karboniasi at 500 º C for 120 minutes and the activated carbon in the sifter M. oleifera 120-250 mesh and then activated with physics at a temperature 650 º C in the medium of nitrogen for 120 minutes. The characterization was conducted on the specific gravity, iodine number, water content and ash content of activated carbon.
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Karbon aktif merupakan senyawa karbon amorph, yang dapat dihasilkan
dari bahan-bahan yang mengandung karbon atau dari arang yang diperlakukan
dengan cara khusus untuk mendapatkan permukaan yang lebih luas. Luas
permukaan karbon aktif berkisar antara 300-3500 m2/gram dan ini berhubungan
dengan struktur pori internal yang menyebabkan karbon aktif mempunyai sifat
sebagai adsorben. Karbon aktif dapat mengadsorpsi gas dan senyawa-senyawa
kimia tertentu atau sifat adsorpsinya selektif, tergantung pada besar atau volume
pori-pori dan luas permukaan (Sembiring, dkk, 2003).
Karbon aktif merupakan golongan karbon yang diproses untuk
menghasilkan adsorben yang kuat (Mayer, dkk, 2005). Karbon aktif dapat
digunakan untuk mengadsorbsi bahan yang berasal dari cairan maupun fasa gas
(Ruiz, 2008).
Permintaan dunia terhadap karbon aktif pada tahun 2005 sebesar 970.000
ton yakni 52% untuk asia, 26% amerika selatan, 13% eropa barat dan 9% untuk
negara lainnya. Kebutuhan karbon aktif diramalkan meningkat 5% pada tahun
2009 hingga tahun 2010 mencapai 1.200.000 ton. Peningkatan permintaan
terhadap karbon aktif disebabkan meningkatnya sektor farmasi dan obat-obatan.
Seiring perkembangan zaman isu-isu lingkungan seperti pengolahan air,
bermotor telah meningkatkan daya jual karbon aktif di dunia. (Freedonia Group,
2006).
Pembuatan karbon aktif dilakukan dengan proses karbonisasi yang
dilanjutkan dengan proses aktivasi. Aktivasi adalah proses perlakuan terhadap
karbon untuk membuka pori karbon. Proses aktivasi dapat dilakukan melalui
aktivasi secara fisika dan aktivasi secara kimia. Penelitian Rahardjo (1997)
tentang pembuatan karbon aktif dari serbuk gergajian pohon jati dengan NaCl
sebagai bahan pengaktif menghasilkan adanya peningkatan luas permukaan
spesifik yang relatif lebih baik jika NaCl ditambahkan pada proses karbonisasi,
sedangkan penelitian Sabaruddin (1996) tentang pengaruh temperatur dan
konsentrasi NaCl pada aktivasi arang tempurung kelapa, hasil penelitian
menjelaskan bahwa daya adsorpsi optimum diperoleh dari karbon aktif yang
diaktivasi pada temperatur 500 °C dan konsentrasi NaCl 30% (b/v). Pembuatan
karbon aktif dari kulit kacang tanah pada penelitian Yulianto menggunakan bahan
pengaktif KOH menghasilkan waktu perendaman optimum untuk memperoleh
karbon aktif yang mempunyai daya adsorpsi tinggi yaitu selama 5 jam. Penelitian
yang dilakukan Warhurst dkk (2005) tentang karakteristik karbon aktif dari biji
dan kulit Moringa oleifera. Lamk dengan metode pirolisis uap, hasil penelitian
menjelaskan bahwa karbon aktif yang mempunyai luas permukaan spesifik
terbesar menggunkan metode BET (Brunauer, Emmett and Teller) yaitu karbon
aktif hasil pirolisis pada temperatur 800 °C selama 30 menit kemudian diikuti
temperatur 750 °C selama 120 menit dan 750 °C selama 30 menit dengan luas
menggunakan adsorbat phenol, sedangkan angka iodin terbaik diperoleh dari
karbon aktif hasil pirolisis pada temperatur 750 °C selama 120 menit yakni 718
mg g-1 kemudian diikuti temperatur 800 °C selama 30 menit dengan angka iodin
703 mg g-1 dan terendah pada temperatur 750 °C selama 30 menit dengan angka
iodin 552 mg g-1. Penelitian Husni husin (2008) menyebutkan bahwa karbon aktif
yang berasal dari batang pisang melalui proses pengeringan 110 °C selama 24 jam
dengan aktivasi pada suhu 650 °C dalam medium nitrogen serta ukuran 100 mesh
mempunyai kadar air dan daya serap yang sesuai dengan SII.
Sumber bahan mentah yang digunakan sebagai karbon aktif diantaranya
biji apricot, biji chery, biji anggur, kulit kacang, kulit almond, tongkol jagung,
kulit jagung (Ioannidou, 2006). MCconnacchie (1996) menyebutkan bahwa kelor
dapat digunakan sebagai karbon aktif.
Berbagai macam tumbuhan Allah ciptakan di muka bumi ini memiliki
maksud tertentu yang tidaklah sia-sia. Allah telah menjelaskannya dalam
QS.An-Nahl:11 yang berbunyi: zaitun kurma, anggur dan segala macam buah-buahan. Sesungguhnya pada yang demikian itu benar-benar ada tanda (kekuasaan Allah) kaum yang memikirkan (QS.An-Nahl:11)
Menurut tafsir Nurun Qur’an karangan Imani (2005) dijelaskan bahwa
dan kekuasaan Allah dan sebagai bahan untuk berfikir agar tercipta kemaslahatan
umat.
Penjelasan lain dijelaskan dalam Al-qur’an QS. Asy-Syu’ara:7:
ö
”Dan apakah mereka tidak memperhatikan bumi, berapakah banyaknya kami tumbuhkan di bumi ini berbagai macam tumbuh-tumbuhan yang baik? (QS.Asy-Syu’ara:7).
Shihab (2002) memberikan tafsir bahwa Allah menumbuhkan dari
berbagai macam tumbuhan yang baik yaitu subur dan bermanfaat. Seperti halnya
tanaman kelor yang di dalamnya banyak manfaatnya bagi manusia karena dapat
digunakan sebagai sayuran dan biji buah kelor yang sudah kering dapat
dimanfaatkan sebagai bahan dasar pembuatan karbon aktif.
Penelitian Muallifah (2009) tentang penentuan angka asam thiobarbiturat
dan angka peroksida pada minyak goreng bekas dengan karbon aktif biji kelor
yang telah diaktivasi kimia dengan larutan NaCl dan aktivasi kimia pada suhu 500
°C selama 2 jam dapat menurunkan angka asam thiobarbiturat dan angka
peroksida pada minyak goreng bekas. Karbon aktif yang digunakan pada
penelitian Muallifah belum dilengkapi dengan data tentang karakterisasi karbon
aktif yang sesuai dengan SII (Standar Industri Indonesia) maka penelitian tentang
pembuatan karbon aktif dari biji kelor dengan variasi aktivasi kimia (variasi
konsentrasi NaCl) dan variasi aktivasi fisika (variasi temperatur) pada medium
sehingga dapat meningkatkan nilai tambah karbon aktif dari biji kelor dan potensi
pemanfaatan karbon aktif biji kelor lebih luas.
1.2 Rumusan Masalah
a. Bagaimana pengaruh konsentrasi NaCl pada proses karbonisasi terhadap
karakterisasi karbon aktif ?
b. Bagaimana karakterisasi karbon aktif setelah melalui proses aktivasi fisika ?
1.3 Tujuan Penelitian
a. Untuk mengetahui pengaruh konsentrasi NaCl pada proses karbonisasi
terhadap karakterisasi karbon aktif.
b. Untuk mengetahui karakterisasi karbon aktif setelah melalui proses aktivasi
1.4 Batasan Masalah
a. Sampel yang digunakan adalah biji kelor yang berasal dari daerah Probolinggo.
b. Karakterisasi yang ditentukan meliputi berat jenis karbon aktif, penentuan
kadar air karbon aktif, penentuan kadar abu karbon aktif dan daya adsorbsi
karbon aktif diukur terhadap larutan I2.
1.5 Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi ilmiah kepada
masyarakat tentang karakterisasi karbon aktif dari biji kelor sehingga dapat
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Kelor (Moringa oleifera. Lamk)
Kelor (Moringa oleifera. Lamk) atau Marongghi (Madura) dikenal sebagai
jenis tanaman sayuran yang sudah dibudidayakan. Daunnya majemuk, menyirip
ganda, dan berpinak daun membundar kecil-kecil. Bunganya berwarna putih
kekuningan. Buahnya panjang dan bersudut-sudut pada sisinya. Pohon kelor
sering digunakan sebagai pendukung tanaman lada atau sirih (Winarno, 2003).
Menurut Supriyanto, dkk., (2005) kelor dapat diklasifikasikan sebagai
berikut:
Divisio : Magnoliophyta Kelas : Magnoliopsida Subkelas : Dillenildae Ordo : Capparidales
Familia : Moringa oleiferaceae Spesies : Moringa oleifera. Lamk
Pohon kelor (drumstick tree: Inggris) termasuk jenis tumbuhan perdu yang
memiliki ketinggian pohon antara 7 – 12 m. batang kayunya lunak dan getas
(mudah patah) dan cabangnya jarang, tetapi mempunyai akar yang kuat. Pohon
kelor berbunga dan berganti daun sepanjang tahun, tumbuh dengan cepat, dan
tahan terhadap musim kering (kemarau) (Jonni, dkk, 2008).
Daun kelor berbentuk bulat telur (oval) dengan ukuran kecil-kecil,
Daun kelor berguguran apabila kekurangan air (biasanya terjadi pada musim
kemarau panjang) dan tumbuh kembali ketila kebutuhan air tercukupi (Jonni, dkk,
2008).
Bunga kelor berwarna putih kekuning-kuningan dan tudung pelepah
bunganya berwarna hijau. Bunganya akan keluar (mekar) sepanjang tahun dengan
bau khas semerbak (Jonni, dkk, 2008).
Buah kelor berbentuk polong segitiga memanjang sekitar 30-50 cm, yang
biasa disebut klentang (Jawa). Berisi 15 – 25 biji, coklat kehitaman, bulat,
bersayap tiga, hitam Sementara, getahnya yang telah berubah warna menjadi
cokelat disebut blendok (Jawa). Buah kelor mempunyai banyak biji yang nantinya
dapat dimanfaatkan sebagai bahan pengkembangbiakannya. Disamping
menggunakan biji, pengembangbiakannya juga dapat dilakukan dengan
menggunakan setek batang (Jonni, dkk, 2008). Biji Moringa oleifera. Lamk
mengandung mustard oil (minyak Ben, minyak Moringa), trigliserida asam lemak
behen (C22H44O2) yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan pembuatan sabun, bahan iluminasi, lubrikan jam tangan, bahan campuran untuk pembuatan
Gambar 2.1 Biji Kelor
Kelor merupakan tanaman yang banyak berkhasiat obat antara lain
(Wardhana, 2005): buah dan daunnya dapat digunakan sebagai peluruh air seni,
dahak dan haid, penambah nafsu makan, pereda kejang, obat sakit kepala, bedak
bayi yang baru lahir, mencegah iritasi, pelancar ASI, bedak untuk menghilangkan
flek pada kulit wajah, sedangkan bijinya memiliki kadar mutu gizi dan fungsional
yang tinggi, minyaknya dapat digunakan sebagai minyak goreng, bahan
Analisis kandungan biji kelor perseratus gram ditunjukkan pada Tabel 2.1
Tabel 2.1 Kandungan nutrisi biji kelor
Komponen (mg)
Air (%) 86,9
Kalori 26,0
Protein 2,5
Lemak 0,1
Karbohidrat 8,5
Abu 2,0
Serat 4,8
Mineral 2,0
Ca 30
Mg 24
P 110
K 259
Cu 3,1
Fe 5,3
S 137
Oxalic acid 10
Vitamin A B Carotene 0,11
Vitamin B Choline 423
Sumber: Muharto, dkk., 2004
2.2 Karbon Aktif
Karbon aktif adalah karbon yang diolah lebih lanjut pada suhu tinggi
sehingga pori-porinya terbuka dan dapat digunakan sebagai adsorben (Pari, 2002).
Karbon aktif dapat berupa serbuk, butiran dan lempengan yang terbuat dari
karbon amorph dengan karakteristik dengan luas permukaan per unit volume
(Parker, 1993). Karbon aktif mampu mengadsorbsi gas maupun cairan, Untuk
mengadsorbsi fasa cair karbon aktif yang digunakan umumnya memiliki daerah
pori sekitar 3 nm atau lebih, sedangkan untuk mengadsorbsi fasa gas memiliki
Struktur karbon aktif terdiri dari atom karbon yang tersusun paralel dari
lapisan heksagonal menyerupai struktur grafit, yang terbentuk pada orbital sp2.
Setiap karbon berikatan dengan tiga karbon yang lain dengan ikatan σ, pada
orbital pz terdiri dari satu elektron dari delokalisasi ikatan π. Perbedaan ikatan
pada permukaan lapisan dihubungkan oleh ikatan vanderwaals (Roque, 2007).
Unsur utama bahan dasar pembuatan karbon aktif melalui metode steam
gas ini harus mengandung beberapa hal, diantaranya yang paling penting adalah
rendahnya kandungan zat volatil, kandungan unsur karbon tinggi, memiliki
porositas kecil, dan memiliki kemampuan yang cukup untuk pengikisannya
(Jankowska, et all, 1991).
Karbon aktif digunakan sebagai molekul penyaring, pemurnian cairan dan
gas, pemurnian dan penjernihan air, proses pembuatan makanan, katalis,
penghilangan sulfur dan nitrogen pada industri, pemurnian emas, aktif karbon
digunakan pada pabrik sukrosa, glukosa, maltosa, laktosa, minuman ringan,
minyak, parafin, phosphor, plastik, gliserol, gelatin, pektin, kafein, kuinin, vitamin
C, jus buah, bir dan perusahaan alkohol (Sen, 2005).
Pembuatan karbon aktif dilakukan dengan proses dehidrasi, karbonisasi
dan dilanjutkan dengan proses aktivasi material karbon yang biasanya barasal dari
tumbuh-tumbuhan. Proses karbonisasi dilakukan dengan pembakaran dari
material yang mengandung karbon dan dilakukan tanpa adanya kontak langsung
dengan udara (Marsh, 2006). Proses karbonisasi juga dikenal dengan pirolisis
yang didefinisikan sebagai suatu tahapan dimana material organik awal
(Hugh, 1993). Proses karbonisasi dilanjutkan dengan proses aktivasi dimana
proses ini akan mengubah produk atau material karbon menjadi adsorben.
Adsorben mempunyai porositas yang tinggi dengan luas permukaan yang besar
yaitu 500-1500m2/gr (Parker, 1993).
Tabel 2.2.Syarat mutu karbon aktif
No Uraian Satuan Persyaratan
Butiran Serbuk
Sumber : Standar Industri Indonesia, 1989
2.3 Karbonisasi
Karbonisasi (pengarangan) adalah suatu proses pirolisis (pembakaran) tak
sempurna dengan udara terbatas dari bahan yang mengandung karbon. Pada
proses ini pembentukan struktur pori dimulai. Tujuan utama dalam proses ini
adalah untuk menghasilkan butiran yang mempunyai daya serap dan struktur yang
rapi.
Dasar karbonisasi adalah pemanasan. Bahan dasar dipanaskan dengan
dengan menyisakan karbon dan komponen volatil yang lain diuapkan (Jankowska,
et all, 1991).
Sifat-sifat dari hasil karbonisasi ini ditentukan oleh kondisi dari bahan
dasarnya. Beberapa parameter yang biasa digunakan untuk menentukan kondisi
karbonisasi yang sesuai yaitu temperatur akhir yang dicapai, waktu karbonisasi,
laju peningkatan temperatur, medium dari proses karbonisasi (Jankowska, et all,
1991).
Temperatur akhir proses mempunyai pengaruh yang lebih besar terhadap
struktur dari butiran. Pada temperatur tinggi akan terjadi berbagai macam reaksi
dari bahan mentah, sesuai dengan sifat dari struktur kimianya. Reaktivitas dari
hasil karbonisasi yang didapatkan setelah pirolisis pada temperatur 300 ºC lebih
rendah dari temperatur 600 ºC dikarenakan penurunan jumlah karbonnya
(Jankowska, et all, 1991).
Jika temperatur yang dinaikkan dengan cepat, pembentukan sebagian besar
zat volatil terjadi dalam waktu singkat dan hasilnya biasanya terbentuk pori yang
berukuran lebih besar. Reaktivitas hasil karbonisasinya lebih besar dari pada hasil
yang dipanaskan dengan laju lambat. Dekomposisi termal dari reaksi samping
hasil pirolisis juga dipengaruhi oleh medium, jika gas dan uap yang dihasilkan
selama pirolisis dipisahkan dengan cepat oleh gas netral maka akan didapatkan
hasil karbonisasi yang kecil dengan reaktivitas yang besar (Jankowska, et all,
1991).
Proses fisika dan kimia yang komplek selalu terjadi devolatilisasi atau
lajunya hingga mencapai 700 °C. Komposisi material akan berkembang sebagai
fungsi temperatur, tekanan, dan komposisi gas selama devolatilisasi. Proses
pirolisis dimulai sekitar 230 °C, ketika komponen dengan panas yang tidak stabil,
seperti lignin pada biomass, dan komponen volatil pada batu bara, akan terlepas
dan menguap dengan komponen volatil yang lain. Proses ini dapat diwakili
dengan reaksi secara umum berikut ini (Basu, 2006):
Batu bara (atau biomass) + pemanasan Arang + Gas + Uap atau cairan
Produk pada uap cairan terdiri dari tar dan poliaromatik hidrokarbon (PAH).
Secara umum produk pirolisis adalah gas seperti H2, CO, CO2, H2O, CH4, tar dan
arang.
Pirolisis adalah penguraian bahan-bahan organik pada temperatur tinggi di
bawah kondisi non oksidatif. Pendekatan utama dari pirolisis adalah
pendaurulangan bahan-bahan yang dapat diuraikan secara termal untuk
menghasilkan produk-produk yang bernilai. Pada prosesnya tidak memungkinkan
memperoleh oksigen yang benar-benar bebas dari campuran udara lain, karena
sejumlah oksigen terdapat dalam beberapa sistem pirolisis, menyebabkan
terjadinya peristiwa oksidasi. Reaksi pirolisis dari selulosa ditampilkan berikut ini
(Husni, 2008):
2.4 Aktivasi
Aktifasi adalah suatu perlakuan terhadap arang yang bertujuan untuk
memperbesar pori yaitu dengan cara memecahkan ikatan hidrokarbon atau
mengoksidasi molekul-molekul permukaan sehingga arang mengalami perubahan
sifat, baik fisika maupun kimia, yaitu luas permukaannya bertambah besar dan
berpengaruh terhadap daya adsorpsi (Sembiring, 2003).
Produk dari karbonisasi tidak dapat diaplikasikan sebagai adsorben
(karena struktur porosnya tidak berkembang) tanpa adanya tambahan aktivasi.
Dasar metode aktivasi terdiri dari perawatan dengan gas pengoksidasi pada
temperatur tinggi. Proses aktivasi menghasilkan karbon oksida yang tersebar
dalam permukaan karbon karena adanya reaksi antara karbon dengan zat
pengoksidasi (Kinoshita, 1988).
Aktivasi karbon aktif dapat dilakukan melalui 2 cara, yakni aktivasi secara
kimia dan aktivasi secara fisika (Kinoshita, 1988).
2.4.1 Aktivasi Secara Kimia
Aktivasi kimia merupakan proses pemutusan rantai karbon dari senyawa
organik dengan pemakaian bahan-bahan kimia (Sembiring, 2003). Aktivasi secara
kimia biasanya menggunakan bahan-bahan pengaktif seperti garam kalsium
klorida (CaCl2), magnesium klorida (MgCl2), seng klorida (ZnCl2), natrium
hidroksida (NaOH), natrium karbonat (Na2CO3) dan natrium klorida (NaCl).
menggunakan NaCl dengan variasi konsentrasi antara 15%, 20%, 25%, 30%, 35%
dan 40%.
Kerugian penggunaan bahan-bahan mineral sebagai pengaktif terletak
pada proses pencucian bahan-bahan mineral tersebut kadang-kadang sulit
dihilangkan lagi dengan pencucian (Jankowska, et all, 1991) sedangkan
keuntungan penggunaan bahan-bahan mineral sebagai pengaktif adalah waktu
aktivasi yang relatif pendek, karbon aktif yang dihasilkan lebih banyak dan daya
adsorbsi terhadap suatu adsorbat akan lebih baik (Jankowska, et all, 1991).
Bahan-bahan pengaktif tersebut berfungsi untuk mendegradasi atau
penghidrasi molekul organik selama proses karbonisasi, membatasi pembentukan
tar, membantu dekomposisi senyawa organik pada aktivasi berikutnya, dehidrasi
air yang terjebak dalam rongga-rongga karbon, membantu menghilangkan
endapan hidrokarbon yang dihasilkan saat proses karbonisasi dan melindungi
permukaan karbon sehingga kemungkinan terjadinya oksidasi dapat dikurangi
(Manocha, 2003).
Kusuma dan Utomo (1970) menyebutkan bahwa butiran arang tempurung
jika direndam dalam larutan NaCl akan mengadsorbsi garam tersebut. Semakin
tinggi konsentrasi larutan NaCl maka semakin bertambah banyak mineral yang
teradsorpsi sehingga menyebabkan volume pori karbon cenderung bertambah
besar karena garam ini dapat berfungsi sebagai dehydrating agent dan membantu
menghilangkan endapan hidrokarbon yang dihasilkan pada proses karbonisasi.
Penggunaan NaCl sebagai bahan pengaktif memberikan karakteristik adsorpsi
2.4.2 Aktivasi Secara Fisika
Aktivasi fisika merupakan proses pemutusan rantai karbon dari senyawa
organik dengan bantuan panas, uap dan CO2 (Sembiring, 2003). 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 .
Aktivasi fisika dapat mengubah material yang telah dikarbonisasi dalam
sebuah produk yang memiliki luas permukaan yang luar biasa dan struktur pori.
Tujuan dari proses ini adalah mempertinggi volume, memperluas diameter pori
yang terbentuk selama karbonisasi dan dapat menimbulkan beberapa pori yang
baru. Fluidized bed reactor dapat digunakan untuk proes aktivasi fisika. Jenis
reaktor ini telah digunakan untuk pembuatan karbon aktif dari batu (Swiatkowski,
1998).
Penggunaan gas nitrogen selama proses aktivasi karena nitrogen
merupakan gas yang inert sehingga pembakaran karbon menjadi abu dan oksidasi
oleh pamansan lebih lanjut dapat dikurangi, selain itu dengan aktivasi gas akan
mengembangkan struktur rongga yang ada pada arang sehingga memperluas
permukaannya (Sugiharto, 1978). Kenaikan temperatur aktivasi pada kisaran 450
°C - 700 °C dapat meningkatkan luas permukaan spesifik dari karbon aktif
2.5 Kelor sebagai Karbon Aktif
Warhurst, et all, (1997) menyebutkan bahwa kulit biji kelor dapat
dijadikan sebagai karbon aktif dengan satu langkah pemanasan (secara pirolisis).
Kulit biji kelor dalam penelitian tersebut dipanaskan dengan suhu yang
berbeda-beda, yakni: 750 0C selama 30 menit, 750 0C selama 120 menit, dan 800 0C
selama 30 menit.
Tabel 2.3 Luas permukaan spesifik dari karbon dengan menggunakan metode giles and nakhwa, dan metode langmuir (warhust, dkk, 1997)
Adsorbat Karbon Luas Permukaan Spesifik (m
2 g –1) Giles and Nakhwa Langmuir
Phenol
750 0C/30 menit 534 694
750 0C/120 menit 597 776
800 0C/30 menit 625 786
4-Nitrophenol
750 0C/30 menit 506 620
750 0C/120 menit 601 751
800 0C/30 menit 664 749
Methylene blue
750 0C/30 menit 94 139
750 0C/120 menit 188 312
800 0C/30 menit 211 334
Data tersebut menunjukkan bahwa kulit biji kelor yang dipanaskan pada
suhu 800 0C selama 30 menit mempunyai luas permukaan karbon yang paling
tinggi, sedangkan kulit biji kelor yang pada suhu 750 0C selama 30 menit
2.6 Karakterisasi Karbon Aktif
Penentuan sifat-sifat karbon aktif yang diperoleh melalui karbonisasi dan
aktivasi, maka perlu dilakukan karakterisasi. Karakterisasi dalam penelitian ini
meliputi penentuan berat jenis, penentuan angka iodin, kadar air dan kadar abu.
2.6.1 Berat Jenis Karbon Aktif
Berat Jenis karbon aktif didefinisikan sebagai massa per volume sampel
karbon aktif. Berat jenis karbon aktif tergantung dari bentuk, ukuran dan berat
jenis partikel individunya. Satuan yang biasa digunakan adalah Kg/m3. Berat jenis
dapat digunakan untuk memperkirakan volume pori karbon aktif, jika berat
jenisnya kecil maka volume pori karbon aktif tersebut besar. Penelitian ini
menggunakan metode pendekatan dengan mengggunakan bantuan berat jenis air
yang dicampurkan pada karbon yang akan ditentukan berat jenisnya (Jankowska,
et all, 1991).
2.6.2 Kadar Air Karbon Aktif
Prinsip dalam penentuan kadar air adalah air menguap pada suhu di atas
100 ºC sehingga tercapai berat konstan selama ±4 jam. Berdasarkan standar
industri indonesia karbon aktif yang baik mempunyai kadar air maksimal 15%
untuk serbuk karbon aktif.
Penentuan kadar air dapat dilakukan dengan asumsi bahwa dalam karbon
aktif tersebut hanya air yang merupakan senyawa mudah menguap. Pada dasarnya
penentuan kadar air adalah dengan menguapkan air dari karbon aktif dengan
Penetapan kadar air bertujuan untuk mengetahui sifat higroskopis arang aktif,
dimana karbon aktif mempunyai sifat afinitas yang besar terhadap air.
2.6.3 Kadar Abu Karbon Aktif
Karbon aktif yang dibuat dari bahan alam tidak hanya mengandung
senyawa karbon saja, tetapi juga mengandung beberapa mineral. Sebagian mineral
ini hilang selama proses karbonisasi dan aktivasi, sebagian lagi tertinggal dalam
karbon aktif (Jankowska, et all, 1991). Penentuan kadar abu pada arang aktif
dilakukan untuk mengetahui kandungan oksida logam dalam arang aktif.
Kadar abu karbon aktif adalah sisa yang tertinggal pada saat karbon
dibakar, biasanya pada temperatur 600 ºC - 900 ºC selama 3-16 jam. Berdasarkan
Standart Industri Indonesia, karbon aktif serbuk yang baik maksimal 10% (SII).
2.6.4 Daya Serap Karbon Aktif Terhadap Larutan Iodin
Adsorbsi iodin telah banyak dilakukan untuk menentukan kapasitas
adsorbsi karbon aktif. Penetapan ini bertujuan untuk mengetahui kemampuan
arang aktif untuk menyerap larutan berwarna. Angka iodin didefinisikan sebagai
jumlah miligram iodin yang diadsorpsi oleh satu gram karbon aktif. Dimana
konsentrasi filtrat adalah 0,02 N, pada metode ini diasumsikan bahwa iodin berada
dalam kesetimbangan pada konsentrasi 0,02 N yaitu dengan terbentuknya lapisan
tunggal (monolayer) pada permukaan karbon aktif dan inilah yang menjadi alasan
spesifik karbon aktif (Jankowska, et all, 1991). Berdasarkan Standart Industri
Indonesia karbon aktif yang baik mampu menyerap iodin minimal 750mg/g (SII).
2.7 Adsorpsi
Adsorbsi merupakan suatu fenomena yang berkaitan erat dengan
permukaan dimana terlibat interaksi antara molekul-molekul cairan atau gas
dengan molekul padatan. Interaksi ini terjadi karena adanya gaya tarik atom atau
molekul yang menutupi permukaan tersebut. Kapasitas adsorpsi dari karbon aktif
tergantung pada jenis pori dan jumlah permukaan yang mungkin dapat digunakan
untuk mengadsorpsi (Manocha, 2003).
Berdasarkan kekuatan dalam berinteraksi, adsorpsi dapat dibedakan
menjadi 2, yaitu adsorpsi fisika dan adsorpsi kimia. Adsorpsi fisika terjadi bila
gaya intermolekular lebih besar dari gaya tarik antar molekul atau gaya tarik
menarik yang relatif lemah antara adsorbat dengan permukaan adsorben. Gaya ini
disebut gaya van der waals sehingga adsorbat dapat bergerak dari satu bagian
permukaan ke bagian permukaan lain dari adsorben. Gaya antar molekul adalah
gaya tarik antara molekul-molekul fluida dengan permukaan padat, sedangkan
gaya intermolekular adalah gaya tarik antar molekul-molekul fluida itu sendiri
(Sudirjo, 2005). Adsorpsi kimia terjadi karena adanya pertukaran atau pemakaian
bersama elektron antara molekul adsorbat dengan permukaan adsorben sehingga
terjadi reaksi kimia. Ikatan yang terbentuk antara adsorbat dengan adsorben
fisika dan adsorpsi kimia dibedakan berdasarkan kriteria antara lain, dapat dilihat
pada tabel 2.4 (Bansal,2005).
Tabel 2.4 Perbedaan adsorpsi fisika dan adsorpsi kimia
Adsorpsi Fisika Adsorpsi kimia
Entalpi adsorpsi kecil (biasanya kurang dari 20 KJ/mol)
Entalpi adsorpsi besar (biasanya antara 40-400 KJ/mol)
Terjadi adsorpsi multiayer Kebanyakan monolayer Terjadi pada temperatur dibawah
titik didih adsorbat
Dapat terjadi pada temperatur tinggi
Tidak melibatkan energi aktivasi Proses adsorpsi terjadi bila sistem mempunyai energi aktivasi
Sifat arang aktif yang paling penting adalah daya serap. Faktor-faktor yang
mempengaruhi daya serap adsorpsi yaitu:
1. Jenis dan Sifat Adsorben
Arang aktif yang merupakan adsorben adalah suatu padatan berpori, yang
sebagian besar terdiri dari unsur karbon bebas dan masing-masing berikatan
secara kovalen. Permukaan arang aktif dan struktur pori merupakan faktor yang
penting. Permukaan arang aktif bersifat non polar (Sembiring, 2003).
Struktur pori berhubungan dengan luas permukaan, semakin kecil
pori-pori arang aktif, mengakibatkan luas permukaan semakin besar dan kecepatan
adsorpsi bertambah (Sembiring, 2003). Luas permukaan berpengaruh terhadap
tersedianya tempat adsorpsi. Luas permukaan adsorben adalah luas persatuan
2. Sifat adsorbat
Kelarutan zat terlarut dalam jumlah besar merupakan faktor penting dalam
adsorpsi. Kelarutan besar maka ikatan zat terlarut dengan pelarut lebih kuat
sehingga dapat menyebabkan jumlah yang teradsorpsi kecil (Hassler, 1963).
3. Temperatur
Reaksi yang terjadi pada adsorpsi biasanya eksotermis, oleh karena itu
adsorpsi akan besar jika temperatur rendah (Sawyer and Carty, 1987).
4. pH (Derajat Keasaman)
Jumlah adsorpsi dipengaruhi pH larutan, oleh karena itu pH menentukan
derajat disosiasi adsorbat. pH juga dapat mempengaruhi muatan permukaan
adsorben sehingga mengubah kemampuannya untuk menyerap senyawa dalam
bentuk ion (Sawyer and Carty, 1987).
5. Waktu kontak
Arang aktif yang ditambahkan dalam suatu cairan, dibutuhkan waktu
untuk mencapai kesetimbangan. Waktu yang dibutuhkan berbanding terbalik
dengan jumlah arang yang digunakan. Larutan yang mempunyai viskositas tinggi,
dibutuhkan waktu singgung yang lebih lama (Sembiring, 2003).
2.8 Fluidized Bed Reaktor
Fluidized bed Reaktor adalah alat yang digunakan untuk pembakaran dengan suhu tinggi disertai dengan adanya aliran gas (Basu, 2006). Penggunaan
proses pembuatan karbon aktif. Fluidized-bed Reaktor mempunyai efisiensi yang
tinggi, penggunaan konsumsi yang rendah. Metode fluidized-bed oven dalam
produksi karbon aktif merupakan metode yang sesuai pada pabrik karbon aktif
terutama jika diharapkan sebagai adsorbent zat cair, adsorben yang dihasilkan
mempunyai daya serap tinggi terhadap warna (Jankowska, et all, 1991).
Keuntungan menggunakan Fluidized bed Reaktor adalah (Basu, 2006):
1. Efisiensi tinggi, karena memberikan panas yang tinggi didalam reaktor dan
memudahkan terjadinya reaksi.
2. Gas pengaktif akan cepat bereaksi dengan bahan karbon sehingga limbah
gas atau senyawa volatil akan cepat terevaporasi
3. Dapat digunakan untuk memproses bahan karbon yang berbentuk serbuk.
2.9 ANOVA (Analysis Of Variance)
Anova adalah suatu metode untuk menguraikan keragaman total data
menjadi komponen - komponen yang mengukur berbagai sumber keragaman
(Walpole, 1995). Anova digunakan untuk menguji rata – rata hitung untuk lebih
dari dua kelompok sampel, anova juga sering digunakan untuk menguji hipotesa
penelitian untuk mengetahui ada tidaknya perbedaan rata – rata hitung yang
signifikan antara kelompok – kelompok sampel yang diteliti (Anonymous, 2008).
Pengujian Anova 1 arah dapat dihitung dengan perintah (Harini, 2009):
1. Pilih menu stat
2. Pilih menu anova
3. Pilih menu one way
4. Masukkan data
5. Bila Fhitung > F tabel yang berarti terdapat beda yang sangat nyata maka
dilakukan uji BNT
2.10 Anjuran Memikirkan Tumbuhan dalam Alqur’an
Keanekaragaman tumbuhan yang dimiliki Indonesia salah satunya adalah
tumbuhan kelor. Keanekaragaman tersebut merupakan nikmat yang diberikan oleh
Allah kepada manusia. Nikmat tersebut harus disyukuri dan dimanfaatkan dengan
baik. Salah satu cara memanfaatkan tumbuhan yang telah diciptakan adalah
dengan mengkaji potensi pemanfaatan tumbuhan tersebut melalui suatu penelitian.
Manusia diperintahkan untuk selalu berfikir dan mencari sesuatu yang belum
seperti hewan dan tumbuhan yang terdapat dimuka bumi ini, karena sebenarnya
Allah SWT menciptakan segala sesuatu agar manusia berfikir, seperti yang
dijelaskan dalam firman-Nya surat Ar-Ra’d ayat 3-4
θèδρ
”Dan Dia-lah Tuhan yang membentangkan bumi dan menjadikan gunung-gunung dan sungai-sungai padanya. dan menjadikan padanya semua buah-buahan berpasang-pasangan, Allah menutupkan malam kepada siang. Sesungguhnya pada yang demikian itu terdapat tanda-tanda (kebesaran Allah) bagi kaum yang memikirkan. Dan di bumi Ini terdapat bagian-bagian yang berdampingan, dan kebun-kebun anggur, tanaman-tanaman dan pohon korma yang bercabang dan yang tidak bercabang, disirami dengan air yang sama. kami melebihkan sebahagian tanam-tanaman itu atas sebahagian yang lain tentang rasanya. Sesungguhnya pada yang demikian itu terdapat tanda-tanda (kebesaran Allah) bagi kaum yang berfikir (QS. Ar-Ra’d:3-4).
Salah satu tanaman yang dikenal cukup baik oleh masyarakat Indonesia
adalah tumbuhan kelor. Sejauh ini biji tumbuhan kelor tua kurang dimanfaatkan,
sehingga manusia perlu memikirkan suatu cara untuk memanfaatkan potensi
tumbuhan tersebut. Salah satu cara yang dapat dilakukan yaitu dengan membuat
karbon aktif dari biji kelor yang tua. Karbon aktif dapat dimanfaatkan sebagai
adsorben. Allah menganjurkan kepada seluruh hambanya untuk selalu memahami
kebesaran dan kekuasaan-Nya dengan melihat seluruh ciptaan-Nya, sehingga ayat
ā
“Sesungguhnya dalam penciptaan Langit dan Bumi, dan silih bergantinya malam dan siang terdapat tanda-tanda bagi-orang-orang berakal. Yaitu orang-orang yang mengingat Allah sambil berdiri atau duduk atau dalam keadaan berbaring. Mereka memikirkan tentang penciptaan langit dan bumi (seraya berkata), Ya Tuhan kami, tiadalah engkau menciptakan ini dengan sia-sia. Maha suci Engkau, maka peliharalah kami dari siksa api neraka”(QS.Ali Imron: 190-191).
Ayat di atas mendiskripsikan suatu kehidupan seseorang yang selalu
memikirkan dan menganalisis, bahwa tiadalah Allah menciptakan alam beserta
isinya dengan sia-sia dan batil, yang menciptakan dengan benar dan merupakan
kebenaran. Begitu pula Tuhan menciptakan tumbuh-tumbuhan agar manusia dapat
menggambil manfaat darinya dan ciptaan Tuhan seperti tumbuh-tumbuhan telah
tercipta dengan sempurna dan tidak sia-sia (Quthb, 2001).
Ayat diatas dipertegas oleh ayat selanjutnya yang berbunyi (Ashiddiqi, 1997)
anggur, dan (Kami keluarkan pula) zaitun dan delima yang serupa dan yang tidak serupa. perhatikanlah buahnya di waktu pohonnya berbuah dan (perhatikan pulalah) kematangannya. Sesungguhnya pada yang demikian itu ada tanda-tanda (kekuasaan Allah) bagi orang-orang yang beriman (QS. Al An’am : 99).
Ayat di atas menjelaskan bahwa Tuhan menumbuhkan tanaman-tanaman
dengan air hujan mulai dari tanaman-tanaman yang mudah layu sampai yang
panjang usianya dan paling banyak manfaatnya. Proses turunnya hujan sampai
akibat-akibat yang ditimbulkannya adalah tanda-tanda kebesaran Allah SWT,
hanya kaum yang memikirkan dan beriman mampu memahami semua itu. Seluruh
yang tercipta di Alam seperti tumbuhnya tanaman-tanaman dan buah-buahan
untuk kemaslahatan manusia yakni manusia dapat menggambil manfaat darinya
dan mempergunakan dengan sebaik-baiknya (Imani, 2004).
Penjelasan tersebut dapat diambil pelajaran bahwa Allah menumbuhkan
tumbuh-tumbuhan yang indah, hijau dan banyak memberi manfaat serta
kenikmatan kepada manusia. Banyak ayat Alqur’an yang mengajak manusia
untuk berfikir dan menyelidiki tumbuh-tumbuhan agar mendapat manfaat yang
lebih banyak. Allah berfirman dalam surat An Nahl ayat 11:
Menurut tafsir Nurul qur’an karangan Imani (2005) dijelaskan bahwa
Allah telah menciptakan segala macam tanaman sebagai tanda-tanda kekuasaan
Allah dan bahan berfikir bagi kemaslahatan umat (Imani, 2005). Ayat ini
menyebutkan beberapa tanaman yang ditumbuhkan Allah dari yang paling cepat
layu, yang paling panjang usianya dan paling banyak manfaatnya seperti zaitun,
kurma dan anggur (Shihab, 2002). Kaum yang memikirkan akan tanda-tanda
kekuasaan-Nya tentu akan dapat mengambil pelajaran dan manfaat terhadap
segala ciptaan-Nya. Sebagaimana memanfaatkan biji kelor sebagai karbon aktif.
Umat Islam diperintahkan dalam Alqur’an untuk mempelajari setiap
kandungan ayatnya. Kita perlu meningkatkan pemahaman mengenai ayat-ayat
Alqur’an, karena di dalamnya terkandung pengetahuan yang banyak terhadap
alam semesta. Sebagaimana firman Allah dalam surat Al Jaatsiyah ayat 13 yaitu:
¤‚™ρ di bumi semuanya, (sebagai rahmat) daripada-Nya. Sesungguhnya pada yang demikian itu benar-benar terdapat tanda-tanda (kekuasaan Allah) bagi kaum yang berfikir (QS. Al Jaatsiyah: 13).
Ayat di atas menjelaskan bahwa penundukan tersebut secara potensial
terlaksana melalui hukum-hukum alam yang ditetapkan Allah dan kemampuan
yang dianugerahkan-Nya kepada manusia. Ini berarti manusia berpotensi
mengetahui rahasia alam raya dan mengantarkan manusia untuk memanfaatkan
kekuasaan Allah bagi kaum yang memikirkan, mengkajinya dan melakukan
penelitian ilmiah (Shihab, 2002).
Berdasarkan uraian di atas memberikan motivasi kepada manusia untuk
mengembangkan ilmu pengetahuan. Manusia sebagai makhluk yang berakal
mempunyai tugas, kewajiban dan tanggung jawab terhadap alam sekitarnya. Hal
ini dijelaskan dalam Firman Allah surat Az-Zumar ayat 9:
ô
Katakanlah: "Adakah sama orang yang mengetahui dengan orang-orang yang tidak mengetahui?" Sesungguhnya orang-orang yang berakallah yang dapat menerima pelajaran .
Ayat di atas mengajak manusia untuk berpikir dengan beragam bentuk
tentang segala hal, kecuali tentang zat Allah. Berpikir tidak hanya terbatas pada
segi-segi materiil, namun menyentuh sisi-sisi maknawi (Qardhawi, 1998). Ayat
tersebut menerangkan bahwa, sesungguhnya Allah mempunyai tujuan dalam
segala penciptaannya, untuk itu manusia harus memikirkannya, karena manusia
diberi akal agar dapat memanfaatkan segala penciptaan Tuhan (Yahya,
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini akan dilaksanakan pada bulan November 2009 sampai bulan
Januari 2010 di laboratorium kimia Universitas Islam Negeri Maulana Malik
Ibrahim Malang dan Laboratorium Kimia Fisik Universitas Brawijaya.
3.2 Alat dan Bahan 3.2.1 Alat
Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah oven, tanur, seperangkat
alat gelas, statif, biuret, neraca analitik, ayakan ukuran 100 mesh - 150 mesh, 1 set
reaktor fluidasi.
3.2.2 Bahan
Bahan utama yang digunakan dalam penelitian ini adalah biji kelor yang
berasal dari daerah Probolinggo.
Bahan kimia yang digunakan dalam penelitian ini adalah natrium klorida
(NaCl) teknis, gas N2, asam klorida (HCl, p.a), Iodin (I2 p.a), Natrium tiosulfat
(Na2S2O3 . 5H2O p.a), tembaga (II) Sulfat (CuSO4 . 5 H2O), kalium iodide (KI
p.a), amilum, AgNO3, kertas saring, kertas lakmus biru, kertas whatman no. 12,
3.3 Rancangan Penelitian
Penelitian yang dilakukan adalah jenis penelitian percobaan, dengan
rancangan percobaan berupa RAK (Rancangan Acak Kelompok). Percobaan
dilakukan untuk mempelajari pengaruh konsentrasi NaCl terhadap karakter
karbon aktif. Konsentrasi NaCl yang digunakan untuk merendam biji kelor terdiri
dari 6 variasi yakni 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40% (b/v). Parameter yang
diamati adalah berat jenis, kadar air, kadar abu dan bilangan iodium dari karbon
aktif yang dihasilkan baik sebelum aktivasi fisika maupun sesudah aktivasi fisika,
untuk memperoleh hasil yang akurat maka dilakukan pengulangan sebanyak 3 kali
pada karakterisasi karbon aktif.
3.4 Tahapan Penelitian 1. Preparasi sampel
2. Aktivasi Kimia
3. Karbonisasi
4. Aktivasi Fisika
5. Karakterisasi Karbon Aktif
6. Analisis Data
3.5 Cara Kerja
3.5.1 Preparasi Sampel (Husni, dkk, 2008)
Sampel yang berupa biji kelor (Moringa oleifera. Lamk) dikeringkan pada
3.5.2 Aktivasi Kimia
Sampel yang sudah ditimbang direndam dalam larutan natrium klorida
dengan variasi konsentrasi 15%, 20%, 25%, 30%, 35% dan 40% selama 5 jam
dengan ratio 1:4 (b/v) pada suhu 80 °C pada magnetic stirer, kemudian disaring
dan dikeringkan dalam oven pada suhu 105 ºC selama 24 jam. Sampel yang sudah
kering siap diproses menjadi karbon.
3.5.3 Karbonisasi (Prihatini, 2005)
Sampel yang sudah dikeringkan dikarbonisasi dalam tanur pada
temperatur 500 ºC selama 2 jam agar biji kelor menjadi karbon/karbon.
3.4.4 Aktivasi Fisika
Karbon hasil proses karbonisasi ditumbuk/digiling dengan mortar sampai
halus kemudian diayak dengan menggunakan ayakan ukuran 120 mesh dan 250
mesh. Karbon yang lolos dari 120 mesh dan tertahan pada ayakan 250 mesh
dimasukkan dalam alat reaktor fluidasi dan diaktivasi pada temperatur 650 ºC
dalam medium gas N2 dengan kecepatan alir 200 mL/menit. Karbon aktif yang
dihasilkan dicuci dengan 100 mL HCl 0,1 M kemudian dilanjutkan dengan
pencucian menggunakan air panas sampai bebas Cl (dengan AgNO3) dan filtrat
mempunyai pH netral (pH 6-7). Setelah dicuci, karbon aktif dikeringkan pada
3.5.5 Karakterisasi
3.5.5.1 Penentuan Berat Jenis Karbon Aktif
Berat jenis karbon aktif ditentukan dengan menggunakan piknometer 25
mL, piknometer dikeringkan dan ditimbang sebelum digunakan, setelah itu
piknometer diisi dengan aquades dan ditimbang berat piknometer yang berisi
aquades. Aquades di buang kira-kira 5 mL. selanjutnya ± 1.00 g karbon aktif
dimasukkan dalam piknometer dan ditambah aquades sampai penuh lalu
ditimbang. Berat jenis dihitung dengan rumus (Prihatini, 2005).
ρ
ρ
... (1)
Keterangan:
A = berat karbon aktif (g)
B = Volume piknometer (mL)
C = berat piknometer + air + karbon aktif (g)
D = berat piknometer + karbon aktif (g)
ρac = berat jenis karbon aktif (g/mL)
ρw = berat jenis air (g/mL)
3.5.5.2 Penentuan Angka Iodin Karbon Aktif
Karbon aktif dioven pada suhu 115 ± 5 ºC selama 1 jam. Didinginkan
50 mL larutan iodin 0,1 N. Erlenmeyer langsung ditutup dan dikocok selama 15
menit. Kemudian disaring dengan kertas whatman no 12 untuk memisahkan
filtratnya. Filtrat dipipet 10 mL ke dalam erlenmeyer dan dititrasi dengan Na2S2O3
0,1 N. Jika warna kuning dari larutan samar tambahkan larutan amilum 1 %
sebagai indikator. Titrasi kembali dengan teratur sampai mendapatkan titik akhir
bila warna biru larutan hilang. Normalitas filtrat dihitung dengan rumus
(Anonymous, 1989).
! " #$ %
& ………….…..….…..(2)
Dimana :
V = Volume Na2S2O3 (mL)
N = Normalitas Na2S2O3 (N)
12,69 = Jumlah iod sesuai dengan 1 mL larutan natrium tiosulfat 0,1 N
W = berat karbon aktif, gram
3.5.5.3 Penentuan Kadar Air Karbon Aktif
Krus porselin dimasukkan dalam oven pada temperatur 140 ºC dan setelah
60 menit dikeluarkan lalu didinginkan dalam desikator selama 30 menit,
kemudian ditimbang. Prosedur tersebut dilakukan berulang-ulang dengan selang
berturut-turut selisihnya tidak lebih dari 0.0029). Selanjutnya ditimbang ±1 g karbon aktif
dan dimasukkan dalam kurs porselin tersebut dimasukkan dalam oven pada
temperatur 140 ºC dan setelah 60 menit dikeluarkan lalu didinginkan dalam
desikator selama 30 menit, kemudian ditimbang. Prosedur tersebut dilakukan
berulang-ulang dengan selang waktu yang sama sampai tercapai berat konstan.
Kadar air dihitung dengan rumus (AOAC, 1990):
' )( *++ , ……….……(3)
Dimana:
Mc = kadar air (% b/b)
G = Berat wadah kosong (g)
B = G + berat sampel (g)
F = G + berat sampel kering (g)
3.5.5.4 Penentuan Kadar Abu Karbon Aktif
Satu gram karbon aktif yang sudah ditentukan kadar airnya, dimasukkan
dalam tanur dan dibakar pada temperatur 650 ºC. Setelah 120 menit dikeluarkan
dan didinginkan dalam desikator selama 30 menit, kemudian ditimbang. prosedur
tersebut dilakukan berulang-ulang dengan selang waktu yang sama sampai
tercapai berat konstan (dua kali penimbangan berturut-turut selisihnya tidak lebih
( )
) *++ , ……….…………(4)
Dimana:
Ac = kadar abu (% b/b)
G = Berat wadah kosong (g)
B = G + Berat sampel kering (g)
F = G + berat abu (g)
3.6 Analisis Data
Data karakterisasi karbon aktif dianalisis ragam melalui uji F untuk
menguji adanya pengaruh atau perbedaan antar perlakuan variasi konsentrasi
NaCl terhadap karakterisasi karbon aktif. Apabila terdapat adanya pengaruh atau
perbedaan antar perlakuan maka dilanjutkan dengan uji beda nyata terkecil (BNT)
dengan tingkat signifikasi 1% untuk mengetahui perlakuan yang berpengaruh atau
BAB IV PEMBAHASAN 4.1 Preparasi Sampel
Biji kelor yang digunakan dalam penelitian ini adalah biji kelor yang telah
tua dan kering di pohon, berwarna coklat tua dan keras. Biji kelor dikeringkan
dengan pengovenan pada suhu 105 ºC selama 24 jam untuk menguapkan seluruh
kandungan air pada bahan baku. Biji kelor merupakan bahan organik yang kaya
karbon dan rendah kadar abu sehingga dapat digunakan sebagai bahan dasar
pembuatan karbon aktif. Pemanfaatan biji kelor yang kurang optimal
dipertimbangkan menjadi bahan baku yang sangat penting karena dua fakta yakni
sumber yang dapat diperbaharui dan harganya yang murah.
4.2 Aktivasi Kimia
Aktivasi kimia dilakukan dengan merendam biji kelor yang telah
dikeringkan dengan larutan natrium klorida. Tujuan aktivasi kimia adalah
mendegradasi atau penghidrasi molekul organik selama proses karbonisasi,
membatasi pembentukan tar, membantu dekomposisi senyawa organik pada
aktivasi berikutnya, dehidrasi air yang terjebak dalam rongga-rongga karbon,
membantu menghilangkan endapan hidrokarbon yang dihasilkan saat proses
karbonisasi dan melindungi permukaan karbon sehingga kemungkinan terjadinya
oksidasi dapat dikurangi. Penggunaan larutan natrium klorida sebagai aktivator
kimia dikarenakan karbon aktif yang diperoleh mempunyai daya adsorpsi yang
CaCl2, MgCl2.6H2O, Na2CO3, K2CO3, H2SO4 dan ZnCl2 (Gimba, Casmir E., dkk,
2009), selain itu harga NaCl yang murah dibandingkan dengan aktivator lain dan
tidak menimbulkan pencemaran lingkungan. Perendaman dilakukan pada suhu 80
ºC untuk mempercepat proses interaksi antara bahan dasar dengan aktivator. Ratio
bahan dasar dengan aktivator 1:4 (b:v) agar seluruh bahan dasar terendam dalam
aktivator. Bahan dasar yang telah direndam kemudian disaring dan dikeringkan
pada suhu 105 ºC selama 24 jam untuk menguapkan seluruh kandungan air pada
bahan baku dan proses pengarangan dapat terjadi secara merata.
Aktivasi kimia dilakukan sebelum karbonisasi karena aktivator dapat
menyebabkan membengkaknya bahan dasar pembuatan karbon aktif dan
membuka struktur dari selulosa. Selama aktivasi bahan kimia yang digunakan
berfungsi sebagai penstabil dan memastikan bahan dasar tersebut tidak
mengempis kembali. Hasil yang diperoleh adalah poros karbon aktif penuh
dengan bahan pengaktif. Bahan pengaktif tersebut dikeluarkan pada proses
selanjutnya. Bahan dasar karbon akif sebagian besar berasal dari selulosa.
Susunan Selulosa terdiri dari makromolekul yang tersusun memanjang lebih dari
18.000 Å dan mengarah pada posisi longitudinal dan lateral. Kelompok selulosa
ini dikenal sebagai misel. Karena aksi dari zat pengaktif, selulosa mengalami
penggembungan atau swelling. Selama proses penggembungan, molekul tidak
mengalami perubahan kearah longitudinal tetapi ikatan pada arah lateral
mengalami kerusakan. Hal ini dapat meningkatkan peningkatan pembentukan
inter dan intra misel yang semakin meningkat sampai semua selulosa pecah dan
oksigen dan hidrogen dalam bentuk molekul air dari pada dalam bentuk senyawa
hidrokarbon maupun senyawa organik yang mengandung oksigen. Penambahan
NaCl yang merupakan senyawa dehydrating agent pada proses karbonisasi dapat
membatasi pembentukan tar. Tar yang terbentuk dalam proses karbonisasi ini
akan menutupi pori-pori yang terbentuk sehingga luas permukaan spesifiknya
menjadi kecil, dengan demikian semakin sedikit tar yang terbentuk, maka semakin
besar luas permukaan spesifiknya.
4.3 Karbonisasi
Sampel yang sudah dikeringkan dibungkus dengan aluminium foil agar
tidak terjadi kontak dengan udara saat proses karbonisasi, sehingga sampel
tersebut hanya terkarbonisasi dan tidak teroksidasi. Proses karbonisasi dilakukan
dalam tanur pada suhu 500 ºC selama 2 jam. Tahapan proses karbonisasi ini
pemakaian suhu dilakukan secara lambat dan bertahap. Mulai dari suhu kamar
sampai pada suhu 500 ºC kurang lebih 3 jam. Pertama dilakukan penstabilan suhu
tanur dari suhu 30 oC - 500 oC yang berlangsung kurang lebih selama 1 jam. Pada
suhu sekitar 105 oC - 170 oC terjadi proses dehidrasi yang bertujuan untuk
menguapkan atau menghilangkan kandungan air yang tersisa pada biji kelor. Pada
suhu di atas 170 oC - 275 oC unsur-unsur bukan karbon dikeluarkan (diuapkan)
dalam bentuk gas seperti CO2, CO, H2 dan lain sebagainya, biji kelor secara
perlahan-lahan menjadi arang. Pada suhu 275 oC - 500 oC terjadi dekomposisi
selulosa yang menghasilkan tar, metanol dan hasil samping lainnya. Pada suhu
pemurnian arang dengan pembentukan tar masih terus berlangsung (Sembiring,
Meilita Trayana & Tuti Sarma Sinaga, 2003). Selama karbonisasi banyak elemen
non karbon, hidrogen dan oksigen dibentuk dalam bentuk gas oleh dekomposisi
pirolisis dari bahan dasar, dan atom-atom karbon bebas mengelompok ke dalam
formasi kristalografis yang dikenal sebagai Kristal grafit. Susunan Kristal grafit
ini beraturan dan kemungkinan sisa tar yang dihasilkan lebih sedikit karena
adanya aktivator sebelum karbonisasi.
4.4 Aktivasi Fisika
Karbon aktif hasil proses karbonisasi ditumbuk/digiling dengan mortar
sampai halus kemudian diayak dengan menggunakan ayakan ukuran 120 mesh
sampai 250 mesh, pengayakan bertujuan untuk memperoleh ukuran yang seragam,
sehingga pada proses aktivasi semua arang dapat teraktifkan. Karbon aktif yang
tertahan pada ayakan ukuran 250 mesh kemudian diaktivasi pada Fluidized bed
reactor dalam medium gas nitrogen dengan kecepatan alir 200 mL/menit, suhu yang digunakan yaitu 650 ºC selama 2 jam. Gas nitrogen ini berfungsi untuk
mengembangkan struktur rongga yang ada pada karbon sehingga memperluas
permukaan karbon aktif, menghilangkan konstituen yang mudah menguap dan
membuang produksi tar atau hidrokarbon-hidrokarbon pengotor pada arang, selain
itu gas nitrogen merupakan gas yang inert sehingga pembakaran karbon menjadi
abu dan oksidasi oleh pamanasan lebih lanjut dapat dikurangi.
Tahapan yang terjadi pada proses aktivasi, karbon bereaksi dengan zat
karbon aktif. Struktur produk karbonisasi terdiri dari sistem kristal yang serupa
grafit dengan tipe ikatan alifatik membentuk poros. Jarak antara kristal satu
dengan yang lain merupakan struktur poros pertama dari karbon. Poros hasil
karbonisasi selalu terisi dengan tar yang menutupi karbon amorph. Karbon
amorph bereaksi pada awal oksidasi, dan menghasilkan permukaan poros yang
terbuka dan poros baru yang terbentuk (Jankowska, et all, 1991). Pada proses
oksidasi selanjutnya, karbon dengan kristal yang tidak sempurna bereaksi dengan
membentuk poros yang kuat. Temperatur rendah mengakibatkan laju reaksi dari
karbon dengan zat pengoksidasi sangat kecil. Pada tahap ini dihasilkan
keseimbangan dinamik antara zat pengoksidasi pada poros dan pada jarak antar
partikel. Akibat dari aktivasi terbentuk poros yang homogen dengan distribusi
yang seragam. Dengan meningkatnya temperatur oksidasi, laju reaksi kimia
meningkat dengan cepat, laju yang sempurna maka transport zat pengoksidasi
dalam granul semakin cepat. Pada konsentrasi NaCl yang tinggi, reaksi antara zat
pengoksidasi dengan permukaan eksternal karbon semakin tinggi. Akibatnya
dapat kehilangan material yang signifikan dan terjadi pembakaran, sehingga
struktur poros tidak terbentuk. Laju proses oksidasi merupakan batas reaktivitas
dari material karbon terhadap zat pengoksidasi. Semakin tinggi reaktivitas
substrat, semakin rendah temperatur optimal yang digunakan untuk membentuk
formasi poros yang seragam.
Aktivasi fisika dapat mengubah material yang telah dikarbonisasi dalam
sebuah produk yang memiliki luas permukaan yang luar biasa dan struktur pori.
