PENGARUH SUHU, KONSENTRASI ZAT AKTIVATOR DAN WAKTU AKTIVASI TERHADAP DAYA SERAP KARBON AKTIF DARI TEMPURUNG KEMIRI
Azhary H. Surest, J. A. Fitri Kasih, Arfenny Wisanti Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sriwijaya Jl.Raya Palembang – Prabumulih Km.32, Inderalaya 30662
ABSTRACT Active carbon is carbon that has been activated using activator substances so the pores is open, this thing raised the adsorbance of the active carbon. Variables used in this research are carbonisation temperature (500o, 600oC and 700oC), activator concentration (0,1M, 0,2M, and 0,3M) and activation time ( 18 hours, 20 hours and 22 hours). This research analyzed water content, iodium adsorption and waste water of jumputan. The result of this research was increasing in carbonisation temperature, activator concentration and activation time would increase the adsorbance of the active carbon. Keyword : candlenut, active carbon, waste water of jumputan
ABSTRAK Karbon aktif adalah karbon yang sudah diaktifkan dengan zat aktivator sehingga pori – porinya terbuka, hal ini menyebabkan daya serap karbon aktif lebih besar dari karbon biasa. Variabel yang digunakan dalam penelitian ini adalah temperatur karbonisasi (5000C, 6000C, dan 7000C), konsentrasi zat aktivator (0,1 M, 0,2 M, dan 0,3 M), dan waktu aktivasi (18 jam, 20 jam, dan 22 jam). Yang dianalisa dalam penelitian ini adalah kadar air, daya serap terhadap iodium, dan daya serap terhadap limbah cair kain jumputan. Hasil yang didapat dari penelitian ini yaitu semakin tinggi temperatur karbonisasi, konsentrasi zat aktivator, dan waktu aktivasi maka semakin tinggi daya serap karbon aktif. Kata kunci : Kemiri, karbon aktif, limbah cair kain jumputan
I. PENDAHULUAN Kulit kemiri memang merupakan limbah organik yang dapat diuraikan namun dengan teksturnya yang cukup keras membutuhkan waktu untuk menguraikannya secara alamiah. Dengan memperhatikan faktor lingkungan tersebut, maka kulit kemiri dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku pembuatan karbon aktif. Pemanfaatan limbah kulit kemiri ini dimaksudkan selain untuk menanggulangi penumpukan limbah kulit kemiri juga diharapkan dapat menghasilkan produk yang aman dan ramah lingkungan. Maka kulit kemiri
Jurnal Teknik Kimia, No. 2, Vol. 15, April 2008
diolah menjadi karbon aktif (zat penyerap) yang dapat digunakan untuk menyerap limbah padatan yang terlarut dalam air, menghilangkan bau, penyerapan zat warna, zat purifikasi, dan sebagainya. Karbon Aktif adalah karbon yang sudah diaktifkan sehingga pori-porinya terbuka sehingga daya serapnya lebih besar dari karbon biasa. Karbon aktif berbentuk amorf disusun oleh atom-atom karbon yang terikat secara kovalen dalam suatu kisi yang hexagonal. Dengan menghilangkan hidrokarbon pada permukaan tersebut maka permukaan karbon menjadi lebih luas sehingga daya
17
serapnya menjadi lebih besar. Selama ini di pasaran lebih dikenal karbon aktif dari tempurung kelapa, namun sebenarnya karbon aktif dapat dibuat dari berbagai bahan organik maupun non organik, selama bahan tersebut mengandung unsur karbon (C). Dalam penelitian ini karbon aktif yang dihasilkan selain diuji kadar air dan daya serapnya terhadap iodium, akan digunakan pula sebagai adsorben pada limbah pencucian kain jumputan. Zat warna yang biasa digunakan pada proses pencelupan, pada umumnya tidak akan masuk seluruhnya dalam bahan tekstil sehingga ketika dicuci maka air hasil cucian masih mengandung residu zat warna dan zat-zat pembantu pencelupan seperti zat asam, basa atau garam. Hal inilah yang menyebabkan pencemaran apabila air hasil cucian tersebut dibuang langsung ke perairan umum. Maka penelitian ini bertujuan untuk melihat daya serap karbon aktif dari tempurung kemiri yang kemudian diaplikasikan sebagai media penyerap pada pengolahan limbah cair industri kain jumputan. Kualitas arang aktif ditentukan berdasarkan Standar Industri Indonesia (SII No. 0258-88) melalui pengujian baku mutu yang telah ditetapkan oleh Standar Industri Indonesia antara lain pengujian kadar air dan daya serap terhadap iodium (I2).
II. FUNDAMENTAL 2.1. Karbon Aktif Karbon aktif adalah karbon yang sudah diaktifkan sehingga pori-porinya terbuka sehingga daya serapnya lebih besar dari karbon biasa. Karbon aktif merupakan karbon amorf dengan luas permukaan sekitar 300 sampai 2000 m2/gr. Luas permukaan yang sangat besar ini karena mempunyai struktur pori-pori, pori-pori inilah yang menyebabkan karbon aktif mempunyai kemampuan untuk menyerap. 2.2. Pembuatan Karbon Aktif Secara garis besar ada 3 tahapan pembuatan karbon aktif, yaitu : 1. Proses pengarangan/karbonisasi Karbonisasi atau pengarangan adalah suatu proses pemanasan pada suhu tertentu dari bahanbahan organik dalam jumlah oksigen sangat terbatas, biasanya didalam furnae. Proses ini menyebabkan terjadinya proses penguraian senyawa
18
organik yang menyusun struktur bahan membentuk methanol,uap-uap asam asetat, tar-tar dan hidrokarbon. Material padat yang tinggal setelah karbonisasi adalah karbon dalam bentuk arang dengan area permukaan spesifik yang sempit (Cheresmisinoff,1993). 2. Proses Aktivasi Proses aktivasi dilakukan untuk memperbesar luas permukaan total karbon hasil dari pemanasan karbonisasi dengan melakukan pelepasan hidrokarbon yang melekat pada arang sehingga daya serapnya bertambah.Pengaktifan karbon dari hasil pengarangan dilakukan dengan dua cara yaitu : a. Aktivasi Thermal Aktivasi thermal adalah proses aktivasi yang melibatka adanya gas pengoksidasi seperti udara pada temperatur rendah,uap,CO2, atau aliran gas pada temperatur tinggi (Pohan,1993). b. Aktivasi Kimia Aktivasi kimia merupakan suatu proses aktivasi yang menggunakan bahan-bahan kimia yang telah ada dalam karbon ataupun sengaja ditambahkan untuk menguraikan material selulosa secara kimia. Beberapa bahan kimia yang paling umum digunakan sebagai aktivator yaitu CaCl2, MnCl2, ZnCl2, Ca(OH)2, H2SO4, H3PO4, NaOH dan lain-lain. 3. Proses dehidrasi Proses penghilangan air pada pasta karbon, melalui pemanasan dengan oven pada suhu 2000C selama 1 jam. Sehingga didapatkan karbon aktif kering yang siap digunakan. 2.2.3. Adsorpsi Proses adsorpsi digolongkan menjadi 2 macam yaitu adsorpsi fisika dan kimia. a. Adsorpsi Fisika b. Adsorpsi Kimia Proses adsorpsi dapat dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu : 1. Sifat fisis dan kimiawi, adsorbate (fase terserap) missal : ukuran molekul-molekul, polaritas molekul, komposisi kimiawi dan lain-lain. 2. Sifat fisis dan kimiawi adsorben misalnya luas permukaan ukuran pori-pori, komposisi kimia dan lain-lain. 3. Sifat dari fase cairan seperti pH dan temperatur. 4. Konsentrasi dari fase terserap untuk fase cair
Jurnal Teknik Kimia, No. 2, Vol. 15, April 2008
5. Waktu kontak antara fase terserap dengan fase yang diserap. 2.3. Limbah Cair Industri Jumputan Proses pencelupan kain jumputan Palembang dengan zat warna tekstil akan selalu menghasilkan air limbah yang tidak sedikit dan tentu saja masih mengandung zat warna dan zat-zat pembantu pencelupan lainnya. Maka limbah tersebut dapat diolah terlebih dahulu sebelum dibuang, antara lain dengan cara diserap menggunakan karbon aktif. Proses pengolahannya, karbon aktif ditempatkan dalam suatu kolom adsorpsi yang telah dilengkapi dengan kain kasa pada bagian bawahnya, limbah dialirkan ke dalam kolom tadi untuk selanjutnya ditunggu hingga didapat effluent air limbah yang bersih dari zat warna.
III. METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Bahan dan Alat 3.1.1 Proses Produksi Arang Aktif Bahan yang Digunakan 1. Tempurung kemiri 2. Aktivator CaCl2 3. Aquadest 4. Bahan analisa : amilum, natrium tiosulfat dan iodine. 5. Kertas saring Alat yang Digunakan 1. Furnace 2. Oven listrik 3. Neraca analitis 4. Kurs porselin 5. Erlenmeyer 6. Beker gelas 7. Pipet ukur dan pipet tetes 8. pH meter 9. Desikator 10. Alat titrasi 3.1.2 Pengolahan Limbah Cair Alat yang Digunakan untuk Filtrasi Pengolahan limbah hasil pewarnaan kain jumputan, digunakan kolom adsorpsi (filter bed) yang terbuat dari pipa PVC yang berisi karbon aktif sebagai adsorben dan dilapisi dengan kain kasa sebagai media penyaring.
Jurnal Teknik Kimia, No. 2, Vol. 15, April 2008
Alat untuk Analisa Parameter 1. Spektrofotometer 2. Kuvet 3. pH meter 4. Tabung reaksi 50 ml 5. Neraca elektrik 6. Erlenmeyer 100 ml dan 250 ml 7. Pipet 10 ml 8. Pipet tetes 9. Beker gelas 50 ml dan 100ml 10. Gelas ukur 5 ml, 10 ml, dan 100 ml 3.2 Prosedur Penelitian Prosedur penelitian ini dilakukan melalui 3 tahapan umum, yaitu: 1) Tahap pembuatan arang dengan pembakaran di atas furnace pada temperatur 500oC, 600oC, dan 700oC. 2) Tahap pengaktifan arang menggunakan zat aktivator kalsium klorida (CaCl2). 3) Tahap pengujian arang aktif yang meliputi beberapa pengujian yaitu pengujian uji kadar air, uji daya serap terhadap iodin (I2), uji daya serap terhadap limbah cair jumputan. 3.2.1 Prosedur Pembuatan Arang 1. Bahan baku dalam keadaan kering dipotong-potong/dipecah kecil-kecil 2. Lakukan pembakaran di atas furnace. Suhu pembakarannya ditentukan 5000C, 6000C, 700oC 3. Arang yang dihasilkan tersebut digiling di kurs porselin. 4. Lakukan pengayakan dengan ukuran 250 µm 5. Didapatkan 27 sampel dengan konsentrasi zat aktivator dan suhu pembakaran yang berbeda. 3.2.2 Prosedur Pengaktifan Arang 1. Arang direndam di dalam larutan aktivator. Tentukan konsentrasi larutan aktivator 0,1, 0,2 dan 0,3 M dengan waktu perendaman 18,20 dan 22 jam. Kemudian arang disaring dengan menggunakan kertas saring. 2. Arang aktif kemudian dicuci dengan aquadest hingga pH 7, lalu disaring dengan menggunakan kertas saring. 3. Dari langkah di atas didapat sampel pasta arang.
19
Sampel yang telah didapat dikeringkan di dalam oven pada suhu 2000C selama 1 jam.
3.2.3 Pengujian Arang Aktif Ada beberapa pengujian yang dilakukan dalam pembuatan arang aktif, meliputi: 1. Uji Kadar Air Timbang arang aktif seberat 1 gram dan masukkan ke dalam kurs porselin yang telah dikeringkan, setelah itu masukkan ke dalam oven pada suhu 1050C selama 1 jam, kemudian dinginkan dalam desikator dan ditimbang. Kadar air dapat dihitung dengan persamaan berikut: Kadar air
=
a−b x 100% a
Dimana: a = berat arang aktif mula-mula (gram) b = berat arang aktif setelah dikeringkan (gram) 2. Uji Daya Serap terhadap Iodium Pengujian terhadap daya serap iodium dilakukan melalui tahapan sebagai berikut: 1. Timbang karbon aktif 0,15 gram dan campurkan dengan 50 ml larutan Iodium 0,1 N. Kocok dengan alat pengocok selama 15 menit. 2. Setelah itu pindahkan ke dalam tabung sentrifugal sampai karbon aktif turun. 3. Ambil 10 ml cairan itu dan titrasi dengan larutan natrium tiosulfat 0,1 N. 4. Jika warna kuning pada larutan mulai samar, tambahakna larutan amilum 1 % sebagai indikator. 5. Titrasi kembali warna biru tua hingga menjadi warna bening. 3. Pengujian terhadap Limbah Cair Indutri Pewarnaan Kain Jumputan Analisis Zat Warna Prosedur kerja: a. Siapkan 50 ml limbah cair hasil pewarnaan kain jumputan. b. Masukkan karbon aktif seberat 10 gr dalam tabung adsorpsi Tuangkan limbah cair hasil pewarnaan kain jumputan ke dalam tabung adsorpsi. c. Amati perubahan yang terjadi setelah limbah melewati karbon aktif. d. Ukur kejernihan limbah dengan alat spektrofotometer.
20
Analisis zat warna secara Spektrofotometris: 1. Pembentukan warna sampel a. Dengan menggunakan pipet, pindahkan sampel yang telah dipersiapkan sebanyak 10 ml, kemudian diencerkan sebanyak 50 kali sehingga volumenya menjadi 500 ml b. Kocoklah sampel yang telah diencerkan tersebut agar homogen. 2. Persiapan larutan blanko Larutan blanko yaitu aquadest. 3. Uji Spektrofotometri Ukur nilai absorbansi dari masing-masing larutan standar dan sampel mulai dari sampel yang belum diserap dan sampel yang telah diadsorpsi dengan panjang gelombang 560 nm dn 575 nm.
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN Kadar Air waktu 22 jam 3 2,5 k a d a r air %
4.
2 1,5
s uhu 500
1
s uhu 600
0,5
s uhu 700
0 0
0,1
0,2
0,3
0,4
konsentrasi M
Pada karbon aktif yang direndam selama 22 jam, dapat dilihat bahwa kadar air karbon aktif meningkat dengan semakin tingginya konsentrasi zat aktivator. Ini menunjukkan bahwa semakin besar konsentrasi aktivator CaCl2, maka karbon aktif yang dihasilkan mempunyai kadar air yang semakin tinggi pula. Sedangkan untuk temperatur karbonisasinya, pada temperatur 5000C memiliki kadar air yang maksimal dibandingkan pada suhu 6000C dan 7000C. Pada gambar tersebut diketahui bahwa kadar air karbon aktif maksimal terdapat pada karbon aktif yang dikarbonisasi pada suhu 5000C dan konsentrasi zat aktivator 0,3M yaitu sebesar 2,4858%. Sedangkan kadar air minimal terdapat pada karbon aktif yang dikarbonisasi pada suhu 7000C dan konsentrasi zat aktivator 0,1 M yaitu sebesar 0,639%.
Jurnal Teknik Kimia, No. 2, Vol. 15, April 2008
Daya Serap Iodium
iod yang diaods ops i, m g /g
waktu 22 jam 2.000 1.800 1.600 1.400 1.200 1.000 800 600 400 200 0
s uhu 500
s uhu 700
0
0,1
0,2
0,3
0,4
4.
konse ntra si, M
Pada gambar tersebut diketahui bahwa daya serap karbon aktif terhadap iodium terendah terdapat pada karbon aktif yang dikarbonisasi pada suhu 5000C dan konsentrasi 0,1 M yaitu sebesar 879,84 mg/g. Sedangkan daya serap terhadap iodium terbesar terdapat pada karbon aktif yang dikarbonisasi pada suuhu 7000C dan konsentrasi 0,3 M yaitu sebesar 1754,5659 mg/g. Daya Serap Limbah Jumputan waktu 22 jam 0,14 a b s o ra b a n s i p p m
3.
s uhu 600
0,12 0,1 0,08
s uhu 500
0,06
s uhu 600
0,04 s uhu 700
0,02
kadar air yaitu antara 0,5995%-2,4858% dimana standar SII maksimum 15%, hasil pengujian daya serap iodium maksimal yaitu 1754,5659 mg/g dengan standar SII minimum 750 mg/g. Semakin tinggi konsentrasi zat aktivator, semakin tinggi suhu pembakaran dan semakin lama waktu aktivasi maka semakin semakin baik daya serap karbon aktif. Daya serap karbon aktif dari tempurung kemiri yang optimal didapat jika suhu karbonisasi diatas 700oC.
Saran 1. Sebaiknya dilakukan penelitian lebih lanjut dengan menggunakan variabel suhu, konsentrasi zat aktivator, dan waktu aktivasi yang berbeda untuk menghasilkan karbon aktif yang lebih baik. 2. Selain itu dapat pula dilakukan penelitian lebih lanjut dengan menggunakan jenis zat aktivator yang berbeda pula misalnya jenis aktivator zat asam ataupun basa. 3. Sebaiknya suhu yang digunakan diatas 700oC. 4. Perlunya penerapan aplikasi pemanfaatan karbon aktif selain untuk pengolahan limbah cair pewarnaan kain jumputan.
0 0
0,1
0,2
0,3
0,4
konsentrasi M
Dari grafik dapat dilihat bahwa pada karbon aktif dengan waktu aktivasi 22 jam, penyerapan terendah terjadi pada karbon aktif dengan suhu pembakaran 500o dan konsentrasi zat aktivator 0,1M dengan nilai absorbansi 0,038 ppm. Sedangkan penyerapan tertinggi terjadi suhu 700oC dan konsentrasi 0,3M dengan nilai absorbansi 0,121 ppm.
V. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan 1. Arang aktif dapat diperoleh dari tempurung kemiri dengan pembakaran 500oC, 600oC, dan 700oC. Pengaktifan arang tersebut dapat diaktifkan dengan menggunakan zat aktivator berupa CaCl2, dengan konsentrasi 0,1 M, 0,2 M, dan 0,3 M serta lama waktu aktivasi 18jam, 20 jam, dan 22jam. 2. Karbon aktif yang dihasilkan cukup baik dan memenuhi standar SII dengan hasil pengujian
Jurnal Teknik Kimia, No. 2, Vol. 15, April 2008
DAFTAR PUSTAKA Dharma.1987. Indonesia Medical Plants .Balai pustaka. Jakarta Khaerudin.1994. Pembibitan Tanaman HTI.Penebar Swadaya.Jakarta Ruspandi.Fendy.1994.Kemiri Budidaya dan Prospek Bisnis.Penebar Swadaya. Jakarta Deni dan Farid.2006.Pembuatan Karbon Aktif dari Cangkang Biji Karet. Laporan Penelitian Teknik kimia Universitas Sriwijaya. Viktor,dkk. Pemanfaatan Tempurung Kemiri menjadi Arang Aktif.Laporan Penelitian. Teknik Kimia Universitas Sriwijaya (Tidak Dipublikasikan) Lailiana,dan Verawati. Pembuatan Karbon Aktif dari kayu bakau Laporan Penelitian. Teknik Kimia Universitas Sriwijaya .
21
22
Jurnal Teknik Kimia, No. 2, Vol. 15, April 2008
