APLIKASI KARBON AKTIF DARI TEMPURUNG KELAPA SAWIT DENGAN AKTIVATOR H3PO4 UNTUK PENYERAPAN LOGAM Cd dan Pb
SKRIPSI
Oleh
ERIKA MULYANA GULTOM 080405016
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA JANUARI 2014
i Universitas Sumatera Utara
APLIKASI KARBON AKTIF DARI TEMPURUNG KELAPA SAWIT DENGAN AKTIVATOR H3PO4 UNTUK PENYERAPAN LOGAM Cd dan Pb
SKRIPSI
oleh
ERIKA MULYANA GULTOM 080405016
SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA JANUARI 2014
ii Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul : APLIKASI KARBON AKTIF DARI TEMPURUNG KELAPA SAWIT DENGAN AKTIVATOR H3PO4 UNTUK PENYERAPAN LOGAM Cd DAN Pb Dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini adalah hasil karya saya kecuali kutipan-kutipan yang telah saya sebutkan sumbernya. Demikian pernyataan ini diperbuat, apabila dikemudian hari terbukti bahwa karya ini bukan karya saya atau merupakan hasil jiplakan maka saya bersedia menerima sanksi sesuai dengan aturan yang berlaku.
Medan,
Januari 2014
Erika Mulyana Gultom NIM 080405016
i Universitas Sumatera Utara
ii Universitas Sumatera Utara
PRAKATA Puji syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena atas berkat dan rahmat-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan Sripsi dengan judul “ Aplikasi Karbon Aktif dari Cangkang Kelapa Sawit dengan Aktivator H3PO4 untuk Penyerapan Logam Berat Cd dan Pb”, berdasarkan penelitian yang penulis lakukan di Laboratorium IKM Balai Riset dan Standarisasi Sumatera Utara. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana teknik. Hasil penelitian ini lebih ekonomis dibandingakan dengan penelitian-penelitian sebelumnya yang telah dilakukan peneliti lain. Manfaatnya bagi masyarakat diantaranya bisa mengurangi kadar logam yang terlarut di dalam air sehingga bisa mengurangi paparan logam berat terutama Cd dan Pb terhadap tubuh. Tulisan ini sudah dipublikasikan di jurnal teknik kimia Universitas Sumatera Utara. Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi inipenulis banyak mendapatkan bantuan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada : 1. Prof. Dr. Ir. M. Turmuzi Lubis, MS selaku Pembimbing Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan masukan demi kesempurnaan skripsi ini. Semoga skripsi ini memberikan manfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan. Medan,
Pebruari 2014
Penulis,
Erika Mulyana Gultom
iii Universitas Sumatera Utara
DEDIKASI Rasa kagum dan hormat serta terima kasih yang sebesar-besarnya penulis ucapkan kepada orang tua tercinta, Bapak Josafat Gultom dan Ibu Kapriani Pane yang selalu ada bagi penulis, mendukung penulis selama melaksanakan studi juga dalam proses pengerjaan skripsi hingga selesainya skripsi ini. Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada : 1. Kedua orang tua penulis Josafat Gultom dan Ibu Kapriani Pane. 2. Adik-adik penulis Eric Gultom, Efrida Gultom dan Eko Gultom. 3. Keluarga besar penulis secara khusus tulang Jadi Pane dan Riama Pasaribu, bou Ratna Gultom dan Asido Sihombing, bou Nurlida Gultom dan bou Riama Gultom, tulang Ribi, Tulang Effendi, tulang Abadi dan tulang Agus dan semua keluarga yang tak disebutkan satu per satu. 4. Ibu Dr. Ir. Iriany, MSi yang telah banyak memberikan masukan dan saran selama penyelesaian skripsi ini. 5. Bapak dan Ibu dosen Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. 6. Para pegawai administrasi Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. 7. The sexy and the cupers (Rinaldry, Martha Angelina, Loisa, Irza, Melisa, Melvha, Bella, Rudi, Eka, Hendri, Frendis, Nanta, Tagora, Satriani, Kartini). 8. Sahabat-sahabat terbaik di Teknik Kimia khusunya stambuk 2008 (Edward Tandi, Eric Wirtanto, Gita, Michael, Anggi, Nadji, Fachri, Risky, Afiifah, Indr, Ayu, Lina, Hari, Irma, Dewi, Lilis, Andy, Nianto, Emelia, Erick, Toni, Rakhmat, Rahmad, Mawan, Yuli). 9. Sahabat-sahabat di Keluarga Lattas ( Tetty Siregar, Emmy Pardosi, Endang Simanjuntak, Chandra Samosir, Carles Pardede, Soleman Lubis, Elfride
iv Universitas Sumatera Utara
Hasibuan, Hutrisa Sitohang, Rudi Pardosi, Wesly Tambunan, Hengki Lubis, Jepriedon Tampubolon). 10. Sahabat-sahabat di Yoseph Eng ( Hisar, Fransiskus, Elis, Aran, Moi, Saur, Clara, Andi, Jatendra, Andre, Sesilia, Kaprianto, Jimmy ) dan semua anakanak Yoseph yang tak bisa disebutkan namanya satu per satu. 11. Sahabat baru dan penuh perhatian Hita Hamastuti, ST. 12. Seluruh adik-adik stambuk 2011 13. Seluruh adik-adik di teknik kimia (Elmer, Danil, Caroline, Wan, Michael) yang turut memberikan semangat kepada penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.
v Universitas Sumatera Utara
RIWAYAT HIDUP PENULIS Nama : Erika Mulyana Gultom NIM : 080405016 Tempat/tgl lahir : Parsoburan, 15 Okteober 1989 Nama orang tua : Josafat Gultom Alamat orang tua : Parsoburan tengah, Kec. Habinsaran, Kab. Toba Samosir Asal Sekolah
SD Negeri N0. 1735941 Tahun 1996-2002
SMP Swasta Kartini Parsoburan Tahun 2002-2005
SMA Negeri 1 Habinsaran 2005-2008
Beasiswa yang pernah diperoleh: Beasiswa Prestasi dari PLN (2005-2008) Beasiswa PPA dari USU tahun 2009-2011 Pengalaman Organisasi : 1. Sebagai sekretaris KMK St Yoseph Engineering USU periode 2009/2011 2. Sebagai sekretaris Litbang Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) periode 2011/2012 Artikel yang telah dipublikasikan dalam jurnal : Erika Mulyana Gultom, M. Turmuzi Lubis (2014) “Aplikasi Karbon Aktif dari Cangkang Kelapa Sawit dengan Aktivator H3PO4 untuk Penyerapan Logam Cd dan Pb’’ Jurnal Teknik Kimia USU
vi Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kondisi optimum arang aktif yang terbuat dari cangkang kelapa sawit yang diaktivasi dengan H3PO4 sebagai penyerap logam berat berupa Cd dan Pb. Metodologi penelitian meliputi proses penyiapan bahan arang aktif, penyerapan,dan pengujian. Tahap penyerapan dilakukan dengan variasi konsentrasi logam berat yaitu 5 ppm, 10 ppm, 15 ppm, 20 ppm terhadap massa sampel tiap run, yakni 0,5 gram. Variabel tetap lain adalah waktu kontak dengan selang waktu 5 menit dan pH logam berat diatur 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9. Pengujian dilakukan dengan uji daya serap karbon aktif terhadap logam berat menggunakan atomic adsorption spectrofotometric (AAS). Hasil penelitian menunjukkan bahwa penyerapan yang paling optimum adalah konsentrasi 10 ppm, waktu 40 menit dan ph 3-4 daya serap terhadap logam beratnya paling tinggi. Kata kunci : cangkang kelapa sawit, aktivator, arang aktif, logam berat, atomic adsorption spectrofotometric
vii Universitas Sumatera Utara
ABSTRACT This research aims to determine the optimum conditions of activated carbon made of palm shells activated with H3PO4 as an absorber of heavy metals such as Cd and Pb. The research methodology includes the preparation of activated carbon, absorption, and testing. Absorption stage is done by varying the concentration of heavy metals are 5 ppm, 10 ppm, 15 ppm, 20 ppm and activated carbon mass per run, which is 0.5 grams. Another variable are the contact time with intervals of 5 minutes and the pH arranged heavy metals 2-9. Testing activated carbon absorption to heavy metals using atomic adsorption spectrofotometric (AAS). The results showed that the most optimum absorption is concentration of 10 ppm, 40 minutes and pH absorption34.Absorption of heavy metals Cd and Pb obtained84,61 % and 80,13 %. Keywords: palm shells, activator, activated carbon, heavy metals, atomic adsorption spectrofotometric
viii Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI Halaman PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI.....................................................................i LEMBAR PENGESAHAN .................................................................................... ii PRAKATA..............................................................................................................iii DEDIKASI..............................................................................................................iv RIWAYAT HIDUP .................................................................................................vi ABSTRAK ........................................................................................................... vii DAFTAR ISI ......................................................................................................... ix DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ xii DAFTAR TABEL ............................................................................................... xiii BAB I
BAB II
PENDAHULUAN ................................................................................ 1 1.1
Latar Belakang .......................................................................... 1
1.2
Perumusan Masalah .................................................................. 6
1.3
Tujuan Penelitian ...................................................................... 6
1.4
Manfaat Penelitian .................................................................... 6
1.5
Ruang Lingkup Penelitian ......................................................... 7
TINJAUAN PUSTAKA ....................................................................... 8 2.1
Karbon Aktif ............................................................................. 8
2.1.1 Proses Pembuatan Karbon Aktif................................................. 9 2.1.2 Daya Serap Karbon Aktif ........................................................ 10 2.1.3 Aplikasi Karbon Aktif.............................................................. 11 2.2
Penyerapan Logam Berat ........................................................ 12
2.2.1 Timbal ..................................................................................... 13 2.2.2 Kadmium ................................................................................. 14 2.3
Isoterm Adsorpsi ...................................................................... 15
2.3.1 Isoterm Langmuir..................................................................... 15 2.3.2 Persamaan Isoterm Adsorpsi Freundlich................................... 16 ix Universitas Sumatera Utara
Halaman 2.4
Kinetika Adsorpsi .................................................................... 17
2.4.1 Orde Nol .................................................................................. 17 2.4.2 Orde Satu ................................................................................. 18 2.4.2 Orde Dua ................................................................................. 18 2.5 BAB III
Analisa Ekonomi....................................................................... 19
METODOLOGI PENELITIAN .......................................................... 21 3.1
Lokasi dan Waktu Penelitian ................................................... 21
3.2
Bahan Penelitian ...................................................................... 21
3.3
Peralatan Penelitian ................................................................. 21
3.4
Prosedur Penelitian................................................................... 22
3.4.1 Prosedur Penentuan Konsentrasi Awal .................................... 22 3.4.2 Prosedur Penentuan Waktu Optimum ....................................... 22 3.4.3 Prosedur Penentuan Pengaruh pH ............................................ 22 3.4.4 Prosedur Penentuan Kinetika Adsorpsi .................................... 23 3.5
Flowchart Percobaan ................................................................ 24
3.5.1 Flowchart Penentuan Konsentrasi Awal ................................... 24 3.5.2 Flowchart Penentuan Waktu Optimum ..................................... 25 3.5.3 Flowchart Penentuan Pengaruh pH........................................... 26 3.5.4 Flowchart Penentuan Kinetika Adsorpsi................................... 27 BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN ........................................................... 28 4.1
Pendahuluan ............................................................................ 28
4.2
Pengaruh Konsentrasi Awal Terhadap Adsorpsi Karbon Aktif.. .29
4.3
Pengaruh Waktu Kontak Terhadap Adsorpsi Karbon Aktif....... 30
4.4
Pengaruh pH Terhadap Adsorpsi Karbon Aktif ........................ 31
4.5
Isotermis Adsorpsi .................................................................. 32
4.5.1 Model Langmuir ....................................................................... 32 4.5.2 Model Freundlich...................................................................... 34 4.6
Kinetika Adsorpsi .................................................................... 35
4.6.1 Pseudo Orde Dua ...................................................................... 36 BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN ........................................................... 38 5.1
Kesimpulan ............................................................................. 38
x Universitas Sumatera Utara
Halaman 5.2
Saran ....................................................................................... 38
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 39 LAMPIRAN A
DATA HASIL PENELITIAN .................................................. 43
LAMPIRAN B
LAMPIRAN PERHITUNGAN ................................................ 45
LAMPIRAN C
LAMPIRAN GAMBAR............................................................ 49
xi Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1
Kurva isotherm adsorpsi Langmuir ............................................... 16
Gambar 2.2
Kurva isotherm adsorpsi Freundlich.............................................. 16
Gambar 2.3
Hubungan konsentrasi terhadap waktu pada orde nol .................... 18
Gambar 2.4
Hubungan konsentrasi terhadap waktu pada orde satu................... 18
Gambar 2.5
Hubungan konsentrasi terhadap waktu pada orde dua ................... 19
Gambar 3.1
Flowchart Penentuan Konsentarsi Awal ....................................... 24
Gambar 3.2
Flowchart Penentuan Waktu Optimum ......................................... 25
Gambar 3.3
Flowchart Penentuan Pengaruh pH .............................................. 26
Gambar 3.4
Flowchart Penentuan Kinetika Adsorpsi ...................................... 27
Gambar 4.1
Grafik Hubungan Konsentrasi Awal Terhadap Daya Serap ........... 28
Gambar 4.2
Grafik Hubungan Waktu Kontak Terhadap Daya Serap ................ 30
Gambar 4.3
Grafik Hubungan pH Terhadap Daya Serap .................................. 32
Gambar 4.4
Grafik Model Isotherm Langmuir Pada Logam Pb dan Cd ............ 34
Gambar 4.5
Grafik Model Isotherm Freundlich Pada Logam Pb dan Cd .......... 36
Gambar 4.6
Grafik Model Pseudo Orde Dua Pada Logam Pb dan Cd............... 37
Gambar LB.1
Grafik Hubungan Konsentrasi Awal dengan Daya Serap................ 46
Gambar LB.2
Grafik Model Pseudo Orde Satu Pada Logam Pb ........................... 47
Gambar LB.3
Grafik Model Pseudo Orde Satu Pada Logam Cd........................... 48
xii Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 1.1
Penelitian Terdahulu ........................................................................ 3
Tabel 2.1
Spesifikasi Karbon Aktif................................................................... 9
Tabel 2.2
Aplikasi Penggunaan Karbon Aktif Dalam Industri ........................ 12
Tabel 2.3
Penelitian Logam Berat................................................................... 13
Tabel LA.1
Data Percobaan Pembuatan Karbon Aktif ....................................... 43
xiii Universitas Sumatera Utara
