Pembuatan Arang Aktif dari Limbah kulit Coklat ( Theobroma cacao L ) dengan Aktivator HCl dan NaOH
Dosen Pembimbing: Ir. Elly Agustiani, M.Eng 1. Ongki Stevani 2. Aprilia Sulistya Prawesti
2311 030 010 2311 030 072
LATAR BELAKANG Industri Obat dan Makanan Pemurnian Air
Minuman Keras dan Ringan Katalisator
Arang Aktif Kimia Perminyakan
Pengolahan pupuk
Pemurnian Gas Desulfurisasi, menghilangkan gas Beracun, bau busuk
( Azhary H.Surest )
Latar Belakang Karbon aktif dibuat dari bahan – bahan - Cangkang kelapa sawit – H3PO4 ( Elly Kurniati, 2008 ) - Biji kapuk – HCl ( Taroci Nailasa, 2013 ) - Cangkang biji ketapang – HCl, NaOH dan CaCl2 ( Anzhary H. Surest )
- Tempurung lontar – H2SO4 ( Yandres S. Nafie, 2013 ) - Tempurung Kelapa – ZnCl2, Na2CO3 ( Gilar S, 2013 ) - Tempurung Kelapa – H2SO4, H3PO4 ( Ari Budiono, dkk ) - Jarak Pagar – H3PO4 ( R. Sudradjat, 2005 )
LATAR BELAKANG KOMPOSISI TEMPURUNG KAKAO
JUMLAH (%)
LIGNIN
20,11
SELULOSA
14,58
HEMISELULOSA
48,64 ( Susilowati, vol 2 )
Hasil Analisis Bahan Arang dari Limbah Pertanian
( NL. Nurida)
Latar Belakang Buah kakao dalam persen kering terdiri dari: 47,2 % kulit; 2 % placenta; dan 5,8 % biji
( Nasrullah, 1993 )
Latar Belakang
( Dinas Perkebunan Jatim, 2012 )
LATAR BELAKANG
( Dinas Perkebunan Jatim, 2012 )
LATAR BELAKANG
Pakan Ternak Nilai ekonomis ( Nasrullah, 1993 )
LATAR BELAKANG LUAS AREAL PRODUKSI
Produksi kakao 779,5 ribu ton cacao
Limbah Kulit Kakao ( ±70 % total buah basah)
584,6 ribu ton kulit cacao/tahun (Ashadi, 1988)
Data Impor Arang Aktif TAHUN 2007 2008 2009 2010 2011
BERAT (KG) 3.474.254 3.528.208 4.846.055 5.777. 557 5.444.834
NILAI (USD) 4.743.225 6.152.310 6.744.325 9.289.954 10.487.547 ( Gandhi Kurnia, 2012 )
T Rumusan Masalah : - bagaimana cara membuat arang aktif yang sesuai dengan SII 0258-79 - Bagaimana mengetahui daya serap arang aktif yang dibuat untuk mengadsorbsi zat warna dengan perbandingan arang aktif di pasaran.
Batasan masalah :
menggunakan bahan baku kulit coklat, dan dengan proses aktifasi kimia menggunakan aktivator HCl dan NaOH
Tujuan inovasi : - untuk mengetahui pembuatan arang aktif yang sesuai dengan SII0258-79 - Untuk mengetahui daya serap arang aktif yang dibuat untuk mengadsorbsi zat warna dengan perbandingan arang aktif di pasaran
Manfaat inovasi produk: - Dapat menghasilkan arang aktif yang sesuai dengan SII 0258-79 dan dapat diaplikasikan untuk mengadsorbsi zat warna.
T
TINJAUAN PUSTAKA
KARBON AKTIF Merupakan senyawa karbon, yang dapat dihasilkan dari bahan - bahan yang mengandung karbon atau dari arang yang diperlakukan dengan cara khusus untuk mendapatkan permukaan yang lebih luas. ( M. Kholis Madji, 2012 )
Lokasi Perkebunan Cokelat di Jawa T Timur - Tulungagung - Kediri - Madiun - Jombang - Jember - Banyuwangi ( PBS Jawa Timur )
KARBON AKTIF BERDASARKAN SIFAT FISIKNYA 1. KARBON AKTIF SERBUK (POWDERED ACTIVATED CARBON)
Digunakan sebagai pemucat dan berfungsi memindahkan zat pengganggu yang menyebabkan warna dan bau yang tidak diharapkan. Umumnya digunakan pada industri kimia ( M. Kholis Madji, 2012 )
KARBON AKTIF BERDASARKAN SIFAT FISIKNYA 2. Karbon aktif granular (Granular activated carbon)
Digunakan sebagai penyerap uap pada proses pemurnian gas ( M. Kholis Madji, 2012 )
KARBON AKTIF BERDASARKAN BENTUKNYA 3. KARBON AKTIF PELET (PELLETED ACTIVATED CARBON)
Digunakan untuk aplikasi dalam fase gas karena memiliki kandungan debu yang rendah ( Sukimim, 2008 )
Kegunaan Karbon Aktif 1. Arang aktif sebagai pemucat ◦ Berfungsi untuk memindahkan zat-zat penganggu yang menyebabkan warna dan bau yang tidak diharapkan. ◦ Arang aktif ini diperoleh dari serbuk – serbuk gergaji, ampas pembuatan kertas atau dari bahan baku yang mempunyai densitas kecil dan mempunyai struktur yang lemah ( Aryafatta, 2008 )
Kegunaan Karbon Aktif 2. Arang aktif sebagai penyerap uap.
◦Tipe porinya lebih halus ◦digunakan dalam fase gas yang berfungsi untuk memperoleh kembali pelarut atau katalis pada pemisahan dan pemurnian gas. ◦ Umumnya arang ini dapat diperoleh dari tempurung kelapa, tulang, batu bata atau bahan baku yang mempunyai struktur keras ( Aryafatta, 2008 )
T Karbon aktif dibuat untuk adsorben maka perlu diperhatikan faktor – faktor sebagai berikut: -Temperatur -pH -Luas permukaan karbon aktif ( Aryafatta, 2008 )
Aplikasi Karbon Aktif
( Azhary H.Surest )
Aplikasi Karbon Aktif
( Azhary H.Surest )
Proses pembuatan Arang Aktif 1. Dehidrasi proses penghilangan air dimana bahan baku dipanaskan sampai temperatur 170 °C ( Sukimim, 2008 ) 2. Karbonisasi proses pengarangan dalam ruangan tanpa adanya oksigen dan bahan kimia lainnya ( Jankowska et al. 1991 )
Proses pembuatan Arang Aktif 3.
Aktifasi perubahan fisik berupa peningkatan luas permukaan karbon aktif dengan penghilangan hidrokarbon. - Aktifasi Kimia. merendam karbon dalam H3PO4, ZnCl2, NH4Cl, HCl, NaOH dan AlCl3 - Aktifasi Fisika.
aktivasi fisika menggunakan gas pengoksidasi seperti udara, uap air atau CO2 ( Sukimim, 2008 )
Metodologi Pembuatan produk Bahan Baku: Tempurung Coklat
Proses Pengeringan bahan Baku
Recycle
A
Proses Pengayakan
Proses pengecilan ukuran Arang (80-100 mesh )
Proses Karbonisasi T = 350oC
Metodologi Pembuatan produk HCl/NaOH
A
Proses Aktivasi Arang
Arang Aktif
Proses Pengeringan Arang,
Proses Pencucian Bahan
Proses Analisa Proses Analisa Arang aktif meliputi : a.
Penyerap Zat Warna
b. Kadar Air c. Kadar Abu d. Kadar zat Terbang
e. Daya Serap terhadap Iod.
Proses Analisa (kadar Air) 1. Menimbang 5 gram arang aktif yang telah dihaluskan 2. Mengeringkan dengan memasukkan kedalam oven pada suhu 105oC selama 1 jam. 3. Mendinginkan arang aktif ke dalam desikator selama 15 menit 4. Menimbang berat arang aktif. 5. Melakukan kembali tahap 2-4 hingga bobot arang aktif konstan.
Proses Analisa ( Kadar Abu) 1. Menimbang arang aktif sebanyak 5 gram 2. Memasukkan ke dalam furnace dan diabukan pada suhu 500 oC selama 1 jam sampai terbentuk abu putih 3. Mendiamkan arang aktif sampai asap berhenti mengepul
4. Menimbang berat arang aktif 5. Melakukan kembali tahap 2-4 hingga bobot abu konstan
Proses Analisa ( Kadar Zat Terbang) 1. Menimbang arang aktif sebanyak 5 gram . 2. Memasukkan ke dalam furnace dan diabukan pada suhu 700 oC selama 1 jam sampai terbentuk abu putih. 3. Mendiamkan arang aktif sampai asap berhenti mengepul
4. Menimbang berat arang aktif. 5. Melakukan kembali tahap 2-4 hingga bobot abu konstan.
Proses Analisa ( Daya serap terhadap Iod) 1. Memasukkan sampel sebnyak 1 gram ke dalam erlenmeyer 2. Menambahakan 25 ml larutan I2 0,1 N 3. Mengocok selalma 15 menit dan kemudian disaring 4. Hasil filtrat diambil sebnyak 10 ml dan dititrasi dengan 0,1 N larutan thiosulfat. 5. Menambahkan indikator amilum 1 % sampai warna biru 6. Kemudian dititrasi kembali sampai warna biru hilang.
Standar kualitas arang aktif menurut SII. 0258-79
Hasil Percobaan Aktivator
HCl
HCl
Variabel
Waktu Kadar Air Kadar Abu Perendaman (%) (%)
1N 0,7N 0,5N 0,3N 0,1N 1N 0,7N 0,5N 0,3N 0,1N
1.48 1.92 3.42 5.81 12.48 1.28 1.78 7.26 12.3 14.9
24 jam
48 jam
1.86 2.2 2.1 2.14 2.42 0.44 1.8 2.48 11.16 14
Zat yang mudah menguap 8.194022 8.071572 6.778062 5.402334 3.985245 10.33088 6.526571 5.760086 4.47477 2.897266
Daya serap terhadap I2 (mg/g) 1150 1124 1098 1072 979 1203 1137 1098 1085 1072
Aktivator
NaOH
NaOH
Variabel
Waktu Kadar Air Kadar Abu Perendaman (%) (%)
Zat yang mudah menguap
1N 0,7N 0,5N 0,3N 0,1N 1N 0,7N 0,5N 0,3N 0,1N
4.42 5.54 6.28 8.66 9.22 1.62 1.66 2.1 2.56 2.66
10.2988 9.984248 7.795065 5.365935 3.156404 10.51104 8.46858 6.918052 4.857242 3.38789
24 jam
48 jam
1.04 1.408 1.46 1.52 2.284 1.66 1.76 1.8 1.822 2.4
Daya serap terhadap I2 (mg/g) 1137 1137 1085 1072 1045 1200 1177 1150 1098 1006
Hasil Percobaan (kadar air) 14,9% 12,48%
12,3% SII. 0258-79 = max 10%
Hasil Percobaan (kadar air) - semakin lama perendaman arang kadar air semakin tinggi. - kadar air akan menurun pada konsentrasi aktifator yang lebih besar karena karbon tersebut tidak mengandung bahan yang menyerap air. ( Irham Rasjiddin,2006 ) - Syarat mutu karbon aktif untuk kadar air adalah maksimal 10% (SII. 0258-79) - Kadar air yang dikehendaki harus bernilai sekecil-kecilnya karena kadar air yang besar akan mempengaruhi daya serap arang aktif terhadap gas ataupun cairan (Pari, 1996). Nilai terendah terdapat pada HCL 1 N dengan waktu perendaman 48 jam yaitu sebesar 1,28 % nilai tertinggi terdapat pada HCL 0,1 N dengan waktu perendaman 48 jam yaitu sebsar 14,9 %.
Hasil Percobaan (kadar abu) 14 % 11,16%
SII. 0258-79 = max 2,5%
semakin lama perendaman kadar abu semakin meningkat, namun akan turun ketika konsentrasi aktifator meningkat. ( Irham Rasjiddin,2006 ) Syarat mutu karbon aktif untuk kadar abu adalah maksimal 2,5 % (SII. 0258-79), sedangkan hasil analisa kadar abu karbon aktif dari tempurung cokelat(kakao) berkisar antara 0,4% - 11 %. Nilai terendah terdapat pada HCL 1 N dengan waktu perendaman 48 jam yaitu sebesar 0,44 % nilai tertinggi terdapat pada HCL 0,1 N dengan waktu perendaman 48 jam yaitu sebsar 11,16 %.
Hasil Percobaan (kadar zat terbang) SII. 0258-79 = max 15%
semakin lama perendaman semakin meningkat volatile matternya, begitu juga dengan konsentrasi aktifator. Semakin tinggi aktivator semakin meningkat pula volatile matternya. ( Irham Rasjiddin,2006 ) Syarat mutu karbon aktif untuk volatile matter (bagian yang hilang pada pemanasan 950 o C) adalah maksimal 15% (SII. 0258-79), hasil analisa kadar air karbon aktif tempurung cokelat (kakao), berkisar antara 2,8 % - 11 % Nilai kadar zat terbang terendah terdapat pada HCl 0,1 N dengan waktu perendaman 48 jam yaitu sebesar 2,89 % nilai tertinggi terdapat pada HCl 1N 48 jam yaitu sebesar 10,51 %.
Hasil Percobaan (daya serap terhadap iod)
SII. 0258-79 = min 800 mg/g
mengetahui kemampuan arang aktif untuk menyerap larutan berwarna. Nilai daya serap iod yang diperoleh pada penelitian ini berkisar antara 979 - 1203 mg/g. Daya serap iod yang diperoleh pada penelitian ini ada yang memenuhi standar SII. 0258-79
Proses Analisa ( Daya serap warna)
Proses Analisa ( Daya serap warna)
Proses Analisa ( Daya serap warna)
NERACA MASSA (FURNACE)
NERACA MASSA (FURNACE)
Masuk Tempurung kakao
Massa ( gr )
Keluar Arang
Massa ( gr )
Selulosa
14.580
Selulosa
14.580
Hemiselulosa
48.640
Hemiselulosa
48.640
Lignin
20.110
Lignin
20.110
Air
10.350
Abu ( Tar )
83.330
Abu
2.800
Volatile Matter
10.350
Zat Ekstraktif
3.520
Air ( moisture )
2.800 3.520
Jumlah
100.000
Jumlah
100.000
NERACA MASSA (CRUSHER)
Crusher Masuk Arang Aktif
Massa ( gr )
Keluar Arang Aktif
Massa ( gr )
Selulosa
14.580
Selulosa
15.747,1
Hemiselulosa
48.640
Hemiselulosa
52.532,4
Lignin
20.110
Lignin
21.716,7
H2O
2,5
Over Size
6.666,4
Jumlah
89.998,9
H2O
2,7
Jumlah
89.998,9
Screener Masuk Arang kakao Selulosa
Hemiselulosa Lignin
H2O
Jumlah
Massa ( gr )
15.747,1 52.532,4 21.716,7 2,7
89.998,9
Keluar Arang serbuk
Massa ( gr )
Selulosa
14.487,32
Hemiselulosa
48.329,8
Lignin
19.979,4
H2O
2,48
Over Size Jumlah
82.799
7.199,9 89.998,9
NERACA MASSA (AKTIVASI)
Masuk Arang serbuk
Massa ( gr )
Keluar Arang Aktif wet
Massa ( gr )
Selulosa
14.487,32
Selulosa
14.487,32
Hemiselulosa
48.329,8
Hemiselulosa
48.329,8
Lignin
19.979,4
Lignin
19.979,4
Larutan NaOH
H2O
24.850
NaOH
4.000
NaOH
4.000
H2O
96.000
H2O vapour
71.150
Jumlah
182.796,52
Jumlah
182.796,52
NERACA MASSA (PENCUCIAN)
Masuk Arang serbuk
Massa ( gr )
Keluar Arang Aktif wet
Massa ( gr )
Selulosa
14.487,32
Selulosa
14.487,32
Hemiselulosa
48.329,8
Hemiselulosa
48.329,8
Lignin
19.979,4
Lignin
19.979,4
NaOH
4.000
H2O
H2O
24.850
Larutan NaOH
H2O pencuci
Jumlah
5.000 1.023.850
1.000.000
1.111.646,52
Jumlah
1.111.646,52
NERACA MASSA (OVEN)
Masuk Arang aktif wet Selulosa Hemiselulosa Lignin H2O
Jumlah
Massa ( gr )
14.487,32
48.329,8 19.979,4 5.000
87.796,52
Keluar Arang aktif dry
Massa ( gr )
Selulosa
14.487,32
Hemiselulosa
48.329,8
Lignin
19.979,4
H2O
1.988,5
H2O teruapkan Jumlah
84.785,02 3.011,5 87.796,52
NERACA PANAS (FURNACE) Panas masuk Tin
= 29oC
Tref
= 25oC
Panas keluar Tout
= 350oC
Tref
= 25oC
Komponen Selulosa
Masuk (Kcal) 18,6624
Keluar (Kcal) 1516,32
Hemiselulosa
109,0314
8858,8032
Lignin
47,5883
3895,9605
Air
41,3461
3593,7712
Abu
7,28
591,5
Zat ekstraktif
23,1616
1881,88
QSupply
21148,59484
-
Qloss total
21148,59484
1057,429742 21395,66464
NERACA PANAS (OVEN) Panas masuk Tin
= 29oC
Tref
= 25oC
Panas keluar Tout
= 105oC
Tref
= 25oC
Komponen Selulosa
Masuk (Kcal) 18,6624
Keluar (Kcal) 373,248
Hemiselulosa
109,0314
2180,62848
Lignin
47,5883
959,00568
H air
19,974
158,713404
H uap
-
1862,227278
QSupply
5.619,50357
-
Qloss
-
280,9751785
Q total
5.814,75967
5.814,75967
ESTIMASI BIAYA •Variabel Cost (VC)/hari
NamaBarang Tempurungcokelat
HCl Aquadest
Listrik
Jumlah
HargaSatuan(Rp)
JumlahHarga (Rp)
100 kg
500
50.000
5 lt
15.000
75.000
10 dm3
1.500/lt
150.000
Oven: 1,4 kwhx24
490
16.464
25.000
100.000
jam = 33,6 kwh TenagaKerja JumlahHarga
4 orang
391.464
•Fixed Cost (FC) NamaBarang
Jumlah
HargaSatuan (Rp) JumlahHarga(Rp)
Drum Karbonasi
2 buah
50.000
100.000
Drum aktivasi
2 buah
50.000
100.000
2 set
50.000
100.000
Ayakan 100 mesh
1 buah
10.000
10.000
Bakpenampung
2 buah
20.000
40.000
Timbangan
1 buah
25.000
25.000
KertasSaring
2 buah
5.000
10.000
PengadukKayu
2buah
50.000
100.000
Oven
1 buah
3.000.000
2.000.000
Alu&Lumpang
JumlahHarga
2.485.000
BEP rupiah= 2.997.587,455
BEP unit= 199,84
Keterangan: BT
: Fixed Cost
TBV
: Total variabel cost
TP
: Total penjualan
TB
: Total biaya
BEP
: Break Even Point
KESIMPULAN Arang aktif dari bahan tempurung cokelat dengan proses aktivasi menggunakan HCl dan NaOH dengan variabel konsentrasi 0,1 N; 0,3 N; 0,5 N; 0,7 N; 1 N dan waku 24 jam, 48 jam. Didapatkan hasil analisa kadar air, kadar abu, kadar zat mudah terbang dan daya serap terhadap iod yaitu memenuhi standard SII. 0258-79, kecuali pada sampel HCl 0,1N 48 jam (kadar air = 12,48%), HCl 0,3N 24 jam (kadar air = 12,3%; kadar abu = 11,16%), dan HCl 0,1N 24 jam (kadar air = 14,9%)
TERIMA KASIH
