AMPAS TEBU SEBAGAI ADSORBEN ZAT WARNA REAKTIF CIBACRON RED
MAIPA DIAPATI
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2009
ABSTRAK MAIPA DIAPATI. Ampas Tebu sebagai Adsorben Zat Warna Reaktif Cibacron Red. Dibimbing oleh BETTY MARITA SOEBRATA dan MOHAMMAD KHOTIB. Cibacron Red merupakan salah satu jenis zat warna reaktif yang banyak digunakan oleh industri tekstil. Akan tetapi, limbah zat warna yang dihasilkan dari proses industri tekstil menimbulkan masalah lingkungan. Upaya pengolahan limbah telah banyak dilakukan, salah satunya adalah memanfaatkan produk samping pertanian sebagai adsorben. Penelitian ini memanfaatkan ampas tebu sebagai adsorben zat warna reaktif Cibacon Red. Adsorben ampas tebu yang digunakan dibagi menjadi dua, yaitu adsorben tanpa modifikasi dan adsorben yang dimodifikasi menggunakan asam sulfat pekat. Sebagai pembanding, digunakan adsorben komersial, yaitu arang aktif yang berasal dari tempurung kelapa. Adsorpsi dilakukan dengan ragam waktu adsorpsi, bobot adsorben, dan konsentrasi awal zat warna Cibacron Red, kemudian hasil yang diperoleh diaplikasikan pada limbah industri tekstil. Kondisi optimum adsorpsi adsorben tanpa modifikasi diperoleh pada waktu 45 menit, bobot 1 g, dan konsentrasi awal 150 ppm, sedangkan untuk adsorben modifikasi asam, diperoleh kondisi optimum pada waktu 53.5 menit, bobot 2.5 g, dan konsentrasi awal 150 ppm. Arang aktif sebagai pembanding memperoleh kondisi optimumnya pada waktu 60 menit, bobot 3 g, dan konsentrasi awal 150 ppm. Pada pengujian larutan tunggal Cibacron Red, kapasitas adsorpsi untuk adsorben tanpa modifikasi, modifikasi asam, dan arang aktif berturut-turut sebesar 788.7, 5669.6, dan 3827.5 µg/g adsorben dengan efisiensi adsorpsi berturut-turut sebesar 6.2, 94.1, dan 75.6%. Aplikasi ketiga adsorben terhadap limbah industri tekstil menunjukkan efisiensi adsorpsi berturut-turut sebesar 1.3, 97.6, dan 51.7%. Tipe isoterm yang dianut oleh ketiga tipe adsorben adalah isoterm Freundlich.
ABSTRACT MAIPA DIAPATI. Baggase as Cibacron Red Reactive Dye Adsorbent. Supervised by BETTY MARITA SOEBRATA and MOHAMMAD KHOTIB. Cibacron Red is one of reactive dye types which is widely used by textile industry. But, reactive dye waste from textile industrial process causes many environment problems. Lots of waste treatment efforts are conducted; one of which is to make use of agricultural side products that are potential to be utilized as adsorbent. This research utilizes baggase as Cibacron Red reactive dye adsorbent. Baggase was divided in two categories, unmodified adsorbent and concentrated-sulphuric-acid-modified adsorbent. As a comparison, activated carbon that originated from coconut shell, which is commercially-used adsorbent, was used. Adsorption was carried out by varying adsorption times, adsorbent weights, and initial concentrations of Cibacron Red reactive dye; where then the results were applied to textile industrial waste. The optimum adsorption time, adsorbent weight, and initial concentration for unmodified adsorbent were 45 minutes, 1 g, and 150 ppm, respectively. On the other hand, the optimum conditions for acid-modified adsorbent were 53.5 minutes, 2.5 g, and 150 ppm. The optimum conditions for activated carbon, as comparison, were 60 minutes, 3 gram, and 150 ppm. In single solution tests of Cibacron Red, adsorption capacity for unmodified adsorbent, acid-modified adsorbent, and activated carbon were 788.7, 5669.6, dan 3827.5 µg/g adsorbent; with adsorption efficiency were 6.2, 94.1, dan 75.6% correspondingly. Application of three types of adsorbent toward textile industrial waste showed adsorption efficiency were 1.3, 97.6, and 51.7% in that order. Isotherm type for all types of adsorbent followed Freundlich isotherm.
AMPAS TEBU SEBAGAI ADSORBEN ZAT WARNA REAKTIF CIBACRON RED
MAIPA DIAPATI
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Kimia
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2009
Judul Skripsi Nama NIM
: Ampas Tebu sebagai Adsorben Zat Warna Reaktif Cibacron Red : Maipa Diapati : G44204004
Menyetujui: Pembimbing I,
Pembimbing II,
Betty Marita Soebrata, S.Si, M.Si. NIP 131 694 523
Mohammad Khotib, S.Si. NIP 132 324 223
Mengetahui: Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Dr. drh. Hasim, DEA NIP 131 578 806
Tanggal Lulus:
PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas rahmat dan karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Judul yang dipilih dalam penelitian ini ialah Ampas Tebu sebagai Adsorben Zat Warna Reaktif Cibacron Red, yang dilaksanakan pada bulan Mei sampai dengan September 2008 bertempat di Laboratorium Kimia Fisik dan Lingkungan, IPB. Terima kasih penulis ucapkan kepada Ibu Betty Marita Soebrata, S.Si, M.Si. dan Bapak Mohammad Khotib, S.Si. selaku pembimbing atas bimbingan, dorongan semangat, dan ilmu yang diberikan kepada penulis selama penelitian dan penyusunan karya ilmiah ini. Terima kasih tak terhingga juga disampaikan kepada Mamah, Papah, dan keluargaku tercinta (A ancah, teh Anggi, A Angga, Ka Sari, Mas Nono, Teh Ismi, Rara, Farah, dan Zahwan) yang memberikan dorongan semangat, bantuan materi, kesabaran, dan kasih sayang kepada penulis. Terima kasih juga tak lupa penulis ucapkan kepada Ibu Tun Tedja, Ibu Suminar, Ibu Ai, Pak Nano, Pak Mail, Pak Didi, dan Mas Heri atas segala fasilitas dan kemudahan yang telah diberikan. Teman-temanku di Pondok Molekul (Ai, Tanti, Ade M, Ade A, Niken, Nindy, Eka, Fitri, dan Enggar), keluarga Az Zahra, Kakak, Mba Sari, Mba Lia, dan rekan kerjaku Susan, terimakasih atas diskusi dan kerjasamanya selama menyelesaikan penelitian, semoga Allah senantiasa membalas kebaikan kalian semua. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Januari 2009 Maipa Diapati
vi
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Jakarta pada tanggal 11 Juli 1986 dari ayah Mochammad Yusuf Daeng Lewa dan ibu Tati Herawati. Penulis merupakan putri keempat dari empat bersaudara. Tahun 2004 penulis lulus dari SMUN 1 Tambun Selatan, Bekasi dan pada tahun yang sama lulus seleksi masuk IPB melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI). Penulis memilih Program Studi Kimia, Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Tahun 2007 penulis melaksanakan praktik lapangan di PT Coca-Cola Bottling Indonesia, Cibitung, Bekasi dengan judul Pengaruh Suhu Ekstraksi terhadap Kadar Tanin, Derajat Brix, dan Warna pada Teh Jasmine. Tahun 2008 penulis melaksanakan penelitian tugas akhir di Laboratorium Kimia Fisik dan Lingkungan, Institut Pertanian Bogor. Selama mengikuti perkuliahan, penulis aktif menjadi pengurus Ikatan Mahasiswa Kimia sebagai staf Pengembangan Sumber Daya Manusia pada tahun 2005/2006 dan staf Keilmuan Ikatan Mahasiswa Kimia pada tahun 2006/2007. Selain itu penulis juga pernah menjadi asisten praktikum mata kuliah Kimia Dasar pada tahun ajaran 2006/2007, 2007/2008, dan alih tahun 2008/2009, mata kuliah Kimia Fisik pada tahun ajaran 2007/2008, mata kuliah Kimia Analitik Layanan pada tahun ajaran 2007/2008, dan mata kuliah Pendidikan Agama Islam pada tahun ajaran 2007/2008.
vii
DAFTAR ISI
Halaman DAFTAR TABEL ................................................................................................................
vi
DAFTAR GAMBAR .................................................................................................
vi
DAFTAR LAMPIRAN ..............................................................................................
vii
PENDAHULUAN .....................................................................................................
1
TINJAUAN PUSTAKA Tebu ................................................................................................................. Zat Warna Reaktif ............................................................................................ Cibacron Red ................................................................................................... Adsorpsi............................................................................................................ Modifikasi adsorben ........................................................................................ Isoterm Adsorpsi .............................................................................................. Isoterm Freundlich ........................................................................................... Isoterm Langmuir ............................................................................................. Arang Aktif ......................................................................................................
1 2 2 2 3 3 3 4 4
BAHAN DAN METODE Bahan dan Alat ................................................................................................ Metode Penelitian ............................................................................................
4 4
HASIL DAN PEMBAHASAN Kurva Standar Zat Warna Reaktif Cibacron Red ............................................. Kondisi Optimum Adsorben Tanpa Modifikasi ............................................... Kondisi Optimum Adsorben Modifikasi Asam ................................................ Kondisi Optimum Arang aktif .......................................................................... Adsorpsi Larutan Tunggal Cibacron Red ......................................................... Isoterm Adsorpsi............................................................................................... Aplikasi Limbah Industri Tekstil......................................................................
5 6 6 7 8 8 9
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan .......................................................................................................... Saran ................................................................................................................
10 10
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................
10
LAMPIRAN ...............................................................................................................
12
viii
DAFTAR TABEL Halaman 1 Kondisi optimum adsorben tanpa modifikasi .......................................................
6
2 Kondisi optimum adsorben modifikasi asam.........................................................
7
3 Kondisi optimum arang aktif .................................................................................
7
DAFTAR GAMBAR Halaman 1
Tanaman tebu .......................................................................................................
1
2
Struktur Cibacron Red (Aldrich 2007)..................................................................
2
3
Kurva standar Cibacron Red .................................................................................
6
4
Kapasitas adsorpsi adsorben tanpa modifikasi, modifikasi asam, dan arang aktif pada larutan tunggal Cibacron Red ......................................................................
8
Efisiensi adsorpsi adsorben tanpa modifikasi, modifikasi asam, dan arang aktif pada larutan tunggal Cibacron Red.......................................................................
8
6
Isoterm Langmuir adsorpsi Cibacron Red oleh adsorben tanpa modifikasi .........
8
7
Isoterm Freundlich adsorpsi Cibacron Red oleh adsorben tanpa modifikasi........
8
8
Isoterm Langmuir adsorpsi Cibacron Red oleh adsorben modifikasi asam..........
9
9
Isoterm Freundlich adsorpsi Cibacron Red oleh adsorben modifikasi asam ........
9
10 Isoterm Langmuir adsorpsi Cibacron Red oleh arang aktif ..................................
9
11 Isoterm Freundlich adsorpsi Cibacron Red oleh arang aktif.................................
9
12 Intensitas warna limbah industri tekstil setelah adsorpsi menggunakan adsorben tanpa modifikasi, modifikasi asam, dan arang aktif ..............................
10
13 Efisiensi adsorpsi adsorben tanpa modifikasi, modifikasi asam, dan arang aktif pada limbah industri tekstil .................................................................................
10
5
ix
DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1 Diagram alir penelitian ..........................................................................................
13
2 Penentuan panjang gelombang maksimum larutan Cibacron Red .........................
14
3 Konsentrasi dan absorbans larutan Cibacron Red pada pembuatan kurva standar Cibacron Red (λ maksimum = 517 nm) .................................................................
14
4 Kapasitas adsorpsi dan efisiensi adsorpsi pada penentuan kondisi optimum adsorben tanpa modifikasi ......................................................................................
15
5 Penggabungan respon kapasitas adsorpsi dan efisiensi adsorpsi pada penentuan kondisi optimum adsorben tanpa modifikasi .........................................................
16
6 Kapasitas adsorpsi dan efisiensi adsorpsi pada penentuan kondisi optimum adsorben modifikasi asam.......................................................................................
17
7 Penggabungan respon kapasitas adsorpsi dan efisiensi adsorpsi pada penentuan kondisi optimum adsorben modifikasi asam...........................................................
18
8 Kapasitas adsorpsi dan efisiensi adsorpsi pada penentuan kondisi optimum Arang aktif komersial ............................................................................................
19
9 Penggabungan respon kapasitas adsorpsi dan efisiensi adsorpsi pada penentuan kondisi optimum arang aktif komersial ..................................................................
20
10 Data Isoterm Langmuir dan Freundich untuk adsorpsi Cibacron Red oleh adsorben tanpa modifikasi .....................................................................................
21
11 Data Isoterm Langmuir dan Freundich untuk adsorpsi Cibacron Red oleh adsorben modifikasi asam......................................................................................
21
12 Data Isoterm Langmuir dan Freundich untuk adsorpsi Cibacron Red oleh Arang aktif .............................................................................................................
22
13 Aplikasi Limbah Industri tekstil ...........................................................................
22
PENDAHULUAN Limbah merupakan masalah utama dalam pengendalian dampak lingkungan industri. Zat warna merupakan salah satu jenis polutan yang terdapat dalam hampir semua limbah yang berasal dari industri, terutama industri tekstil dan makanan. Limbah yang mengandung zat warna menimbulkan berbagai masalah ketika dibuang ke lingkungan, antara lain mengganggu ekosistem perairan, memperlambat aktivitas fotosintesis, dan menghambat pertumbuhan biota perairan dengan menghalangi masuknya sinar matahari ke dalam air. Beberapa cara pengolahan limbah industri telah banyak dilakukan, antara lain secara kimia menggunakan koagulan, secara fisika dengan adsorpsi menggunakan arang aktif, dan secara biologi menggunakan mikroba (Forlink 2000). Namun, metode tersebut memiliki beberapa kekurangan. Pengolahan limbah secara kimia menggunakan koagulan akan menghasilkan lumpur dalam jumlah yang relatif besar, sehingga membutuhkan pengolahan lebih lanjut terhadap lumpur yang terbentuk. Penggunaan arang aktif dalam pengolahan limbah meskipun sangat efektif, tetapi memerlukan biaya yang cukup tinggi karena harganya relatif mahal, terutama jika digunakan dalam skala besar atau konsentrasi limbah yang tinggi (Manurung et al. 2004). Penggunaan adsorben merupakan metode alternatif dalam pengolahan limbah. Metode ini efektif dan murah karena dapat memanfaatkan produk samping atau limbah pertanian. Beberapa produk samping pertanian yang berpotensi sebagai adsorben, yaitu tongkol jagung, gabah padi, gabah kedelai, biji kapas, jerami, ampas tebu, serta kulit kacang tanah (Marshall & Mitchell 1996). Salah satu limbah pertanian yang cukup banyak adalah ampas tebu. Ampas tebu yang dihasilkan dari pabrik gula selama proses produksi, yaitu sebesar 90%, sedangkan gula yang dimanfaatkan hanya 5%, dan sisanya berupa tetes tebu dan air (Witono 2003). Di Indonesia, perkebunan tebu menempati luas areal 232 ribu hektar, yang tersebar di Medan, Lampung, Semarang, Solo, dan Makasar, sedangkan menurut Badan Pusat Statistik Provinsi Jawa Barat 2006, perkebunan tebu menempati luas areal 12024.31 hektar, dengan produksi tebu mencapai 64169.06 ton. Penggunaan ampas tebu sebagai adsorben diharapkan dapat menjadi nilai tambah serta meningkatkan daya dukungnya terhadap lingkungan dalam penanganan limbah zat
warna maupun logam berat. Beberapa penelitian menunjukkan bahwa ampas tebu berpotensi sebagai adsorben. Raghuvanshi et al. (2004) memperlihatkan bahwa ampas tebu dapat mengadsorpsi zat warna biru metilena dengan efisiensi adsorpsi mencapai 90%. Hal ini diperkuat oleh Azhar et al. (2005) yang menunjukkan bahwa modifikasi ampas tebu menggunakan asam sulfat dapat meningkatkan efisiensi adsorpsi ampas tebu terhadap zat warna merah metil hingga mencapai 96.5%. Penelitian ini bertujuan memanfaatkan ampas tebu sebagai adsorben zat warna reaktif Cibacron Red, menentukan kondisi optimum adsorpsi yang meliputi waktu adsorpsi, bobot adsorben, dan konsentrasi awal zat warna Cibacron Red, serta menentukan isoterm adsorpsi dari adsorben ampas tebu dan aplikasinya terhadap limbah industri tekstil.
TINJAUAN PUSTAKA Tebu Tebu merupakan keluarga rumputrumputan yang berkembang biak di daerah beriklim udara sedang sampai panas. Tebu hidup pada daerah yang mempunyai ketinggian tanah 1 sampai 1300 meter di atas permukaan laut. Di Indonesia terdapat beberapa jenis tebu yang memiliki ukuran batang serta warna yang berlainan. Tebu termasuk tumbuhan berbiji tunggal. Tinggi tumbuhan tebu berkisar 2-4 meter. Batang pohon tebu terdiri dari banyak ruas yang setiap ruasnya dibatasi oleh buku-buku sebagai tempat duduknya daun. Bentuk daun tebu berwujud belaian dengan pelepah (Gambar 1). Panjang daun dapat mencapai panjang 1-2 meter dan lebar 4-8 centimeter dengan permukaan kasar dan berbulu. Bunga tebu berupa bunga majemuk sedang akarnya berbentuk serabut (Wardiyono 2008).
Gambar 1 Tanaman tebu. Produk utama dari tebu adalah sukrosa. Akan tetapi, kandungan sukrosa pada tebu
