PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI ADSORBEN CANGKANG TELUR BEBEK YANG DIAKTIVASI SECARA TERMAL SKRIPSI

PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI ADSORBEN CANGKANG TELUR BEBEK YANG DIAKTIVASI SECARA TERMAL

SKRIPSI

Oleh

JASINDA 090405026

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA OKTOBER 2013

Universitas Sumatera Utara

PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI ADSORBEN CANGKANG TELUR BEBEK YANG DIAKTIVASI SECARA TERMAL

SKRIPSI

Oleh

JASINDA 090405026

SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA OKTOBER 2013


PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI

Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul :

PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI ADSORBEN CANGKANG TELUR BEBEK YANG DIAKTIVASI SECARA TERMAL 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 ini bukan karya saya atau merupakan hasil jiplakan maka saya bersedia menerima sanksi sesuai dengan aturan yang berlaku.

Medan, 16 September 2013

Jasinda NIM 090405026

i


ii


PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan skripsi dengan judul “Pembuatan dan Karakterisasi Adsorben Cangkang Telur Bebek yang Diaktivasi secara Termal”, berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana teknik. Hasil penelitian ini: 

Penelitian ini membantu dalam pembuatan adsorben cangkang telur bebek yang diaktivasi secara termal dan karakteristiknya sehingga dapat diproduksi secara komersial



Penelitian ini membantu pengolahan limbah logam berat Cd(II) dengan proses adsorpsi sehingga tidak membahayakan kehidupan masyarakat.

Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi ini penulis banyak mendapat pengarahan dan bimbingan dari dosen pembimbing penulis. Untuk itu secara khusus penulis mengucapakan terima kasih dan penghargaan sebesarbesarnya kepada Ibu Dr. Ir. Iriany, MSi. 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,

September 2013

Penulis Jasinda

iii


DEDIKASI Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada kedua orang tua saya yaitu Ayahanda Tjang Kok Siung dan Ibunda Tiok Giok Tjeng, serta kepada adik, tante, paman, sepupu dan keluarga besar saya yang telah memberikan dukungan moril maupun materiil yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi ini dengan baik.

iv


RIWAYAT HIDUP PENULIS Nama : Jasinda NIM : 090405026 Tempat/tgl lahir : Medan / 18 November 1991 Nama orang tua : Tjang Kok Siung Alamat orang tua : Jl. Kelud No. 5 Medan 20212 Asal Sekolah :  TK Methodist-3 Medan tahun 1994-1997  SD Methodist-3 Medan tahun 1997-2003  SMP Methodist-3 Medan tahun 2003-2006  SMA Methodist-3 Medan tahun 2006-2009 Beasiswa yang diperoleh :  Beasiswa Peningkatan Prestasi Akademik (PPA) tahun 2010/2011 Pengalaman Organisasi : 

HIMATEK periode 2012 – 2013 sebagai Sekretaris Bakmi (Bakat dan Minat)  Asisten Laboratorium Operasi Teknik Kimia (OTK) periode 2012 – 2013 modul Adjustable Bed Flow Channel dan Mixing Artikel yang telah dipublikasikan dalam jurnal : Krisnawati, Jasinda dan Iriany, “Penjerapan Logam Kadmium (Cd2+) dengan Adsorben Cangkang Telur Bebek yang telah Diaktivasi,” Jurnal Teknik Kimia Vol 2, No 3 (2013).

v


ABSTRAK Adsorben cangkang telur bebek dapat digunakan untuk menjerap logam berat. Kemampuan adsorpsi dari adsorben dapat ditingkatkan dengan proses aktivasi secara termal. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui sifat fisik dan karakteristik adsorben cangkang telur bebek yang diaktivasi secara termal, pengaruh suhu aktivasi terhadap % berat sampel hilang, berat jenis dan luas permukaan adsorben serta mengetahui kemampuan adsorben dalam menjerap logam Cd(II). Bahan – bahan yang digunakan antara lain cangkang telur bebek, aquades, metilen biru, larutan logam Cd(II), asam klorida dan aquabides. Variabel – variabel yang diamati antara lain sifat fisik dan karakteristik adsorben, % berat sampel hilang pada proses aktivasi, berat jenis adsorben, luas permukaan adsorben, konsentrasi sisa ion logam Cd(II). Penelitian diawali dengan cangkang telur bebek dipanaskan pada suhu 1100C di oven, 6000C dan 8000C di furnace kemudian dilakukan karakterisasi dengan SEM-EDX dan pengukuran berat jenis dengan piknometer 10 ml. Pengukuran luas permukaan adsorben menggunakan metode metilen biru dengan Spektrofotometer UV-Vis. Selanjutnya, konsentrasi sisa logam Cd(II) diukur dengan Spektrofotometer AAS. Hasil penelitian memperlihatkan suhu aktivasi berbanding lurus terhadap % berat sampel hilang. Karakteristik adsorben berupa morfologi pori dengan jumlah banyak tidak beraturan dan adanya agglomerasi. Analisa komponen kimia adsorben mengandung kalsium (Ca), oksigen (O) dan C (karbon). Selain itu, berat jenis adsorben berbanding terbalik dengan suhu aktivasi. Berat jenis dan luas permukaan adsorben telah memenuhi standar adsorben komersial. Waktu kontak berbanding lurus terhadap jumlah logam Cd(II) yang diadsorpsi. Adsorben ini memiliki kemampuan untuk menjerap logam Cd(II). Kata kunci: adsorben cangkang telur bebek, suhu aktivasi, sifat fisik dan karakteristik adsorben, berat jenis adsorben, luas permukaan adsorben, logam Cd(II)

vi


ABSTRACT Duck eggshell’s adsorbent can be used to adsorp heavy metal. Adsorption ability of the adsorbent can be increased with thermally activation process. The purpose of this research is to study the physical properties and characteristic of duck eggshell’s adsorbent which be activated by thermal, the effect of activation temperature towards the percentage of sample weight loss, adsorbent’s density and surface area, and the adsorbent ability to adsorp heavy metal Cd(II). Materials that used in this research are duck eggshell’s, aquadest, methylene blue, heavy metal Cd(II) solution, chloric acid, and aquabidest. Observed variables are the physical properties and characteristic of adsorbent, the percentage of sample weight loss in activation process, adsorbent’s density and surface area, and residual concentration of Cd(II). The research started with duck eggshell heated at temperature 1100C in oven, and at 6000C and 8000C in furnace then characterized with SEM-EDX. Adsorbent’s surface area measurements used methylene blue method with Spectrophotometer UV-Vis. Furthermore, the residual concentration of heavy metal Cd(II) was measured with Spectrophotometer AAS. The result shows that activation temperature is directly proportional with the percentage of sample weight loss. Characteristic of adsorbent shows that structure of pore morphology with many and irregular shape and also agglomeration. Analysis of chemical composition shows that adsorbent contains calcium (Ca), oxygen (O), and carbon (C). In addition, the adsorbent density is inversely proportional to the activation temperature. Adsorbent’s density and surface area has fulfill the standard of commercial adsorbent. Adsorption time is directly proportional with the amount of heavy metal Cd(II). The adsorbent has ability to adsorp heavy metal Cd(II). Key words: duck eggshell’s adsorbent, activation temperature, physical properties and characteristic adsorbent, adsorbent’s density, adsorbent’s surface area, heavy metal Cd(II)

vii


DAFTAR ISI Halaman PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI

i

PENGESAHAN

ii

PRAKATA

iii

DEDIKASI

iv

RIWAYAT HIDUP PENULIS

v

ABSTRAK

vi

ABSTRACT

vii

DAFTAR ISI

viii

DAFTAR GAMBAR

x

DAFTAR TABEL

xiii

DAFTAR LAMPIRAN

xv

DAFTAR SINGKATAN

xvii

DAFTAR SIMBOL

xviii

BAB I

BAB II

PENDAHULUAN

1

1.1

LATAR BELAKANG

1

1.2

PERUMUSAN MASALAH

3

1.3

TUJUAN PENELITIAN

3

1.4

MANFAAT PENELITIAN

3

1.5

RUANG LINGKUP PENELITIAN

4

TINJAUAN PUSTAKA

5

2.1

CANGKANG TELUR BEBEK

5

2.2

AKTIVASI FISIKA

8

2.3

9

2.4

PROSES KALSINASI ADSORBEN CANGKANG TELUR CANGKANG TELUR SEBAGAI ADSORBEN

11

2.5

ADSORBEN

12

2.6

KLASIFIKASI ADSORBEN

13

2.7

PEMILIHAN JENIS-JENIS ADSORBEN

17

2.8

LIMBAH KADMIUM (Cd)

18

viii


BAB III

BAB IV

BAB V

2.9

ADSORPSI

19

2.10

21

2.11

PROSES PEMBUATAN ADSORBEN DAN KARAKTERISASI DESKRIPSI PROSES

22

2.12

ANALISA BIAYA

23

METODOLOGI PENELITIAN

26

3.1

LOKASI DAN WAKTU PENELITIAN

26

3.2

BAHAN

26

3.3

PERALATAN

26

3.4

PROSEDUR PENELITIAN

27

3.5

PROSEDUR ANALISA

28

3.6

FLOWCHART PENELITIAN

31

HASIL DAN PEMBAHASAN ADSORBEN

35

4.1

AKTIVASI BEBEK

CANGKANG

TELUR

4.2

KARAKTERISASI ADSORBEN CANGKANG TELUR BEBEK DENGAN SEM-EDX

41

4.3

PENENTUAN BERAT JENIS CANGKANG TELUR BEBEK

48

4.4

PENENTUAN LUAS PERMUKAAN ADSORBEN CANGKANG TELUR BEBEK

49

4.5

PENGARUH WAKTU ADSORPSI TERHADAP JUMLAH LOGAM Cd(II) TERADSORPSI

53

ADSORBEN

35

KESIMPULAN DAN SARAN

56

5.1

KESIMPULAN

56

5.2

SARAN

57

DAFTAR PUSTAKA

58

LAMPIRAN 1

66

LAMPIRAN 2

79

LAMPIRAN 3

84

ix


DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1

Cangkang Telur Bebek

5

Gambar 2.2

Struktur dan Lapisan pada Cangkang Telur

7

Gambar 2.3

Furnace

9

Gambar 2.4

Karbon Aktif

14

Gambar 2.5

Silika Gel

14

Gambar 2.6

Zeolit

15

Gambar 2.7

Alumina Aktif

16

Gambar 2.8

Logam Kadmium (Cd)

18

Gambar 2.9

Proses Adsorpsi

55

Gambar 3.1

Flowchart Pembuatan Adsorben Cangkang Telur Bebek yang Diaktivasi secara Termal dan Karakterisasi

31

Gambar 3.2

Flowchart Penentuan Berat Jenis Adsorben Cangkang Telur Bebek

32

Gambar 3.3

Flowchart Penentuan Luas Permukaan Adsorben

33

Gambar 3.4

Flowchart Penentuan Jumlah Logam Cd(II) yang Terjerap dalam Adsorben

34

Gambar 4.1

Hasil Proses Pemanasan (Aktivasi) Adsorben Cangkang Telur Bebek pada Suhu 1100C, 6000C, dan 8000C

35

Gambar 4.2

Hasil Analisa SEM Adsorben Cangkang Telur Bebek pada Suhu 1100C, 6000C, dan 8000C dengan Perbesaran 1000x

42

Gambar 4.3

Hasil Analisa EDX pada Adsorben Cangkang Telur Bebek dengan Suhu 1100C

44

Gambar 4.4


45

Gambar 4.5


46

Gambar 4.6

Kurva Kalibrasi Larutan Metilen Biru

50

Gambar 4.7

Hubungan Konsentrasi Sisa Metilen Biru terhadap Waktu Adsorpsi

51

Gambar 4.8

Hubungan Antara Waktu Adsorpsi dengan Jumlah Logam Cd(II) Teradsorpsi

54

x


Gambar L1.1

Hasil Analisa SEM Adsorben Cangkang Telur Bebek pada Suhu 1100C dengan Perbesaran (a) 500x, (b) 800x, dan (c) 1000x

67


68


70

Gambar L1.4

Kurva EDX Adsorben Cangkang Telur Bebek dengan Suhu 1100C

70

Gambar L1.5


71

Gambar L1.6


72

Gambar L2.1

Kurva Kalibrasi Metilen Biru

80

Gambar L2.2

Kurva Kalibrasi Larutan Logam Cd(II)

82

Gambar L3.1

Sampel Cangkang Telur Bebek

84

Gambar L3.2

Sampel yang Dihancurkan dengan Lumpang dan Alu

84

Gambar L3.3

Ball Mill

85

Gambar L3.4

Hasil Penggilingan Sampel dengan Ball Mill

85

Gambar L3.5

Tempat Ayakan 140 mesh

86

Gambar L3.6

Hasil Sampel yang Lolos Ayakan 140 mesh

86

Gambar L3.7

Tempat Pemanasan Sampel di Oven

87

Gambar L3.8

Tempat Pemanasan (Kalsinasi) Sampel di Furnace

87

Gambar L3.9

Hasil Pemanasan Sampel pada Suhu 1100C, 6000C, dan 8000C Timbangan Digital dan Desikator

Gambar L1.2

Gambar L1.3

Gambar L3.10 Gambar L3.11

88 88

Gambar L3.12

Kuvet (Tempat Penyimpanan Sampel) pada Suhu 1100C, 6000C, dan 8000C yang akan Diuji dengan Peralatan SEM-EDX Peralatan SEM-EDX Tipe JEOL-JSM-6510 LV

89

Gambar L3.13

Larutan Metilen Biru 30 ppm di dalam Beaker Glass

90

Gambar L3.14

Magnetic Stirrer (Tempat Pengadukan) Larutan Metilen Biru dengan Sampel Adsorben

90

Gambar L3.15

Proses Pengadukan Larutan Metilen Biru dan Sampel Adsorben dengan Magnetic Stirrer

91

xi

89


Gambar L3.16

Tempat Penyimpanan Filtrat yang Disaring setiap 10 menit

91

Gambar L3.17

Spektrofotometer UV-Vis

92

Gambar L3.18

Tempat Penyimpanan Kuvet Sampel yang Diuji

92

Gambar L3.19

Foto Larutan Logam Berat Cd(II)

93

Gambar L3.20

Foto Larutan Logam Berat Cd(II) yang Diadsorpsi dengan Adsorben

93

Gambar L3.21

Tempat Penempatan Sampel yang akan Diuji dengan AAS

94

Gambar L3.22

Pelarutan Logam Berat Cd(II) dengan Larutan HCl

94

Gambar L3.23

Peralatan Spektrofotometer AAS

95

Gambar L3.24

Tempat Penempatan Sampel yang akan Diuji dengan AAS

95

Gambar L3.25

Pipa Penyalur Gas

96

Gambar L3.26

Alat Penyedot Udara AAS

96

xii


DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1

Komposisi Kimia Cangkang Telur

5

Tabel 2.2

Komposisi Cangkang Telur Bebek

8

Tabel 2.3

Suhu Kalsinasi pada Tiga Tahapan Pemanasan

11

Tabel 2.4

Penggolongan Adsorben Berdasarkan Kemampuan Menjerap Air

13

Tabel 2.5

Sifat Fisik Beberapa Jenis Adsorben Komersial

16

Tabel 2.6

Penggolongan Adsorben Berdasarkan Ukuran Pori

17

Tabel 2.7

Kelemahan dan Kelebihan Jenis-Jenis Adsorben

17

Tabel 2.8

Sifat Fisik Kadmium

18

Tabel 2.9

Daftar Nama Peneliti, Judul Penelitian, Proses Pembuatan dan Karakterisasi Adsorben Cangkang Telur Hubungan antara Suhu Aktivasi dan % Berat Sampel Hilang

Tabel 4.1

22 39

Tabel 4.2


45

Tabel 4.3


45

Tabel 4.4


46

Tabel 4.5

Berat Jenis Adsorben Cangkang Telur Bebek pada Berbagai Suhu Aktivasi

48

Tabel 4.6

Hasil Luas Permukaan Adsorben Cangkang Telur Bebek pada Suhu 1100C, 6000C, dan 8000C

52

Tabel L1.1

Data EDX Adsorben Cangkang Telur Bebek dengan Suhu 1100C

71

Tabel L1.2


71

Tabel L1.3


72

Tabel L1.4

Data Kalibrasi Metilen Biru

73

Tabel L1.5

Data Hasil Percobaan untuk Logam Cd(II)

74

xiii


Tabel L1.6

Berat Jenis Adsorben Cangkang Telur Bebek pada Berbagai Suhu Aktivasi

75

Tabel L1.7

Data Hasil Perhitungan Adsorben Cangkang Telur Bebek pada Suhu 1100C

75

Tabel L1.8


76

Tabel L1.9


77

Tabel L1.10

Data Hasil Perhitungan untuk Ion Logam Cd(II)

78

xiv


DAFTAR LAMPIRAN Halaman LAMPIRAN 1

DATA HASIL PERCOBAAN

66

L1.1

66

DATA HASIL PERCOBAAN L1.1.1 Hasil Analisa SEM Adsorben Cangkang Telur Bebek pada Suhu 1100C L1.1.2 Hasil Analisa SEM Adsorben Cangkang Telur Bebek pada Suhu 6000C

L1.2

67

L1.1.3 Hasil Analisa SEM Adsorben Cangkang Telur Bebek pada Suhu 8000C

69

L1.1.4 Data Hasil Percobaan untuk Adsorben Cangkang Telur Bebek pada Suhu 1100C

70


71


72

L1.1.7 Data Kalibrasi Metilen Biru

73

L1.1.8 Data Hasil Percobaan Penentuan Berat Jenis Adsorben

73

L1.1.9 Data Hasil Percobaan untuk Logam Cd(II)

74

DATA HASIL PERHITUNGAN

75

L1.2.1 Data Hasil Perhitungan Berat Jenis Adsorben Cangkang Telur Bebek

75

L1.2.2 Data Hasil Perhitungan Adsorben Cangkang Telur Bebek pada Suhu 1100C L1.2.3 Data Hasil Perhitungan Adsorben Cangkang Telur Bebek pada Suhu 6000C

xv

66

75

76


LAMPIRAN 2

LAMPIRAN 3

L1.2.4 Data Hasil Perhitungan Adsorben Cangkang Telur Bebek pada Suhu 8000C

77

L1.2.5 Data Hasil Perhitungan untuk Logam Cd(II)

78

CONTOH HASIL PERHITUNGAN

79

L2.1

PERHITUNGAN BERAT JENIS ADSORBEN

79

L2.2

PERHITUNGAN ADSORBEN

80

L2.3

PERHITUNGAN JUMLAH ION LOGAM Cd(II) YANG DIJERAP

PERMUKAAN

FOTO HASIL PENELITIAN

81 84

L3.1

FOTO PENELITIAN PEMBUATAN ADSORBEN CANGKANG TELUR BEBEK

84

L3.2

FOTO PENELITIAN KARAKTERISASI ADSORBEN CANGKANG TELUR BEBEK

89

L3.3

FOTO PERCOBAAN PENENTUAN LUAS PERMUKAAN ADSORBEN

90

L3.4

FOTO PERCOBAAN ADSORPSI LOGAM BERAT Cd(II)

93

xvi

LUAS


DAFTAR SINGKATAN SEM-EDX

Scanning Electron Microscopy-Electron Dispersive X-Ray Analysis

UV-Vis

Ultraviolet-Visible

AAS

Atomic Absorption Spectrophotometer

HSAB

Hard Soft Acid Base

SNI

Standar Nasional Indonesia

pH

Power of Hydrogen

xvii


DAFTAR SIMBOL Simbol

Keterangan

Cd

Kadmium

Ca

Kalsium

C

Karbon

O

Oksigen

%

Persen

CaCO3

Kalsium karbonat

CaO

Kalsium oksida / kalsit

MgCO3

Magnesium karbonat

CaPO4

Kalsium fosfat

CO2

Karbondioksida

Pb

Timbal

Cr

Kromium

MgPO4

Magnesium fosfat

Al

Aluminium

Hg

Raksa

V

Vanadium

B

Boron

Fe

Besi

Zn

Zink

P

Fosfor

Mg

Magnesium

N

Nitrogen

F

Fluor

Se

Selenium

Cu

Tembaga

H2O

Air

ZnCO3

Zink karbonat

ZnO

Zink oksida

xviii

Dimensi


OH-

Ion hidroksida

MgO

Magnesium oksida

CaO

Kalsium oksida

H+

Ion hidrogen

SiO2

Silika oksida

Si-OH

Ikatan silika dengan hidroksida

Na

Natrium

K

Kalium

n

Valensi

As

Arsen

Cl-

Klorin

PO43-

Ion fosfat

ω

Diameter pori

HCl

Asam klorida

NaOH

Natrium hidroksida

A

Berat adsorben

g

B

Volume piknometer

ml

C

Berat piknometer + air + adsorben

g

D

Berat piknometer + adsorben

g

a

Berat jenis adsorben

g/ml

w

Berat jenis air

g/ml

S

Luas permukaan adsorben

m2/g

Xm

Berat adsorbat teradsorpsi

g/g

N

Bilangan Avogadro

a

Luas penutupan oleh 1 molekul metilen biru

Mr

Massa molekul relatif metilen biru

g/mol

W ads

Berat Cd(II) yang terjerap oleh satu gram sampel

mg/g

B

Berat sampel yang digunakan

C1

Konsentrasi larutan Cd(II) awal

ppm

C2

Konsentrasi larutan Cd(II) akhir

ppm

V

Volume larutan Cd(II) yang digunakan

A0

mol-1

xix

m2

g

ml


Ca(OH)2

Kalsium hidroksida

y

Absorbansi

x

Konsentrasi larutan

R2

Koefisien korelasi

ppm

xx


PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI ADSORBEN CANGKANG TELUR BEBEK YANG DIAKTIVASI SECARA TERMAL SKRIPSI

Recommend Documents