i
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI ARANG AKTIF DARI BATANG TANAMAN GUMITIR (Tagetes erecta) YANG DIAKTIVASI DENGAN H3PO4
Skripsi
Oleh : I Putu Adi Surya Mahardika NIM. 1208105002
JURUSAN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS UDAYANA BUKIT JIMBARAN 2016
ii
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI ARANG AKTIF DARI BATANG TANAMAN GUMITIR (Tagetes erecta) YANG DIAKTIVASI DENGAN H3PO4 Skripsi Skripsi ini diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains (S.Si) di Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Udayana
Oleh : I Putu Adi Surya Mahardika NIM. 1208105002
Disetujui untuk disidangkan tanggal : 16 Mei 2016 Menyetujui Pembimbing I
Pembimbing II
Dra. Emmy Sahara, M.Sc.(Hons.) NIP. 196506161991032002
Ir. Wahyu Dwijani Sulihingtyas, M.Kes. NIP. 195909191985032002
Mengesahkan Ketua Jurusan Kimia
I NENGAH WIRAJANA NIP. 197102191997021001
iii
TEAM PENGUJI SIDANG SKRIPSI PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI ARANG AKTIF DARI BATANG TANAMAN GUMITIR (Tagetes erecta) YANG DIAKTIVASI DENGAN H3PO4 Oleh : I Putu Adi Surya Mahardika NIM. 1208105002
Skripsi ini disidangkan di Bukit Jimbaran Pada hari Senin, 16 Mei 2016 Penguji Sidang Skripsi Ketua
Sekretaris
Dra. Emmy Sahara, M.Sc.(Hons.) NIP. 196506161991032002
Ir. Wahyu Dwijani Sulihingtyas, M.Kes. NIP. 195909191985032002
Anggota
Drs. I Wayan Suarsa, M.Si. NIP. 196504191991031001 Anggota
Drs. I Wayan Suirta, M.Si. NIP. 196507191992031002 Anggota
Ir. Ni Gst. Ayu Made Dwi Adhi Suastuti, M.Si. NIP. 196604101991032002
iv
ABSTRAK Telah dilakukan penelitian tentang pembuatan dan karakterisasi arang aktif dari batang tanaman gumitir (Tagetes erecta) dengan aktivator H3PO4. Penelitian ini bertujuan untuk membuat dan menentukan karakteristik arang aktif dari limbah batang tanaman gumitir serta menentukan konsentrasi optimum H3PO4 yang dibutuhkan untuk mendapatkan arang aktif dengan karakteristik yang baik ditinjau dari kadar air, kadar zat mudah menguap, kadar abu total, kadar karbon, daya serap terhadap metilen biru, dan daya serap terhadap iod. Selain itu, dilakukan juga analisis spektra secara FTIR terhadap arang aktif dengan karakteristik yang terbaik. Secara umum, bila dibandingkan dengan standar mutu SNI 06-3730-1995 tentang arang aktif teknis maka aktivasi dengan berbagai konsentrasi H3PO4 dalam penelitian ini menghasilkan arang aktif dengan karakteristik yang baik, dimana aktivasi dengan asam fosfat sebesar 15% menunjukkan karakteristik yang terbaik yaitu: kadar air 4,67 ± 0,33%, kadar zat mudah menguap 5,59 ± 0,33%, kadar abu 5,67 ± 0,33%, kadar karbon 84,33%, daya serap terhadap metilen biru sebesar 162,84 ± 0,50 mg/g dan daya serap terhadap I2 sebesar 759,62 ± 3,07 mg/g. Hasil identifikasi dengan spektrofotometer FTIR menunjukkan bahwa arang aktif tersebut mengandung gugus fungsi OH, C-H alifatik, P=O dan P-OH. Kata kunci: arang aktif, karakterisasi, Tagetes erecta, asam fosfat.
v
ABSTRACT This paper discusses the manufacture and characterization of activated carbon made from the stems of marigold plants (Tagetes erecta) with H3PO4 as the chemical activator. This research was aimed to create and determine the characteristics of the activated carbon from the waste of marigold plant as well as to determine the optimum concentration of H3PO4 required to obtain the activated carbon with good characteristics in terms of water, volatile substance, total ash, and carbon contents, as well as the absorption capacities of methylene blue and iodine. In addition, the analysis of FTIR spectra of the activated carbon with the best characteristics was also carried out. In general, compared to the quality standards of SNI 06-3730-1995 about the technical activated carbon, activation with various concentrations of H3PO4 produced activated carbon with good characteristics, but most of all activation with phosphoric acid at the concentration of 15% produced the activated carbon showing the best characteristics as follows: water content of 4.67 ± 0,33%, volatile substance content of 5.59± 0,33%, ash content of 5.67 ± 0,33%, and carbon content of 84.33%. The absorption capacity of methylene blue was 162.84 ± 0,50 mg/g while the absorption capacity of I2 was 759, 62 ± 3,07 mg/g. The FTIR identification showed that the activated carbon contains the functional groups of OH, C-H aliphatic, P=O and P-OH. Keywords: activated carbon, characterization, Tagetes erecta, phosphoric acid.
vi
KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kehadapan Ida Sang Hyang Widhi Wasa, karena berkat rahmat-Nya akhirnya penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan judul “Pembuatan dan Karakterisasi Arang Aktif dari Batang Tanaman Gumitir (Tagetes erecta) yang Diaktivasi dengan H3PO4” tepat pada waktunya sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains (S.Si.) di Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Udayana. Penulisan dan penyusunan skripsi ini tidak terlepas dari bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Dr. I Nengah Wirajana, S.Si., M.Si selaku Ketua Jurusan Kimia Fakultas MIPA Universitas Udayana yang telah memberikan petunjuk dan saran. 2. Dra. Emmy Sahara, M.Sc.(Hons.) dan Ir. Wahyu Dwijani Sulihingtyas, M.Kes. selaku pembimbing I dan pembimbing II yang telah memberikan bimbingan dan dukungan dalam penyusunan skripsi ini. 3. Ayah I Nyoman Sutamba dan Ibu Ni Wayan Suatri yang telah memberi doa, semangat, dukungan dan bantuan dalam menyelesaikan skripsi ini. 4. Ni Putu Diah Pithaloka Dewani, Amd.Gz untuk doa, semangat, dukungan dan bantuannya selama proses penelitian dan penyusunan skripsi. 5. Seluruh teman-teman Jurusan Kimia Fakultas MIPA Universitas Udayana dan semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.
Penulis sangat mengharapkan kritik dan saran konstruktif dari semua pihak sehingga dapat menjadi evaluasi dan penyempurnaan skripsi ini. Penulis berharap semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi semua pembaca dan pihak yang membutuhkan. Bukit Jimbaran, 29 April 2016
Penulis
vii
DAFTAR ISI Halaman Halaman Judul .............................................................................................. i Lembar Pengesahan ...................................................................................... ii Team Penguji Sidang Skripsi ....................................................................... iii Abstrak .......................................................................................................... iv Abstract ......................................................................................................... v Kata Pengantar ............................................................................................. vi Daftar Isi ....................................................................................................... vii Daftar Tabel .................................................................................................. x Daftar Gambar ............................................................................................. xi Daftar Lampiran ........................................................................................... xii BAB I Pendahuluan 1.1 Latar Belakang ............................................................................. 1 1.2 Rumusan Masalah......................................................................... 4 1.3 Tujuan .......................................................................................... 4 1.4 Manfaat Penelitian ........................................................................ 4 BAB II Tinjauan Pustaka 2.1 Tagetes sp. .................................................................................... 5 2.2 Biomassa ...................................................................................... 9 2.2.1 Pengertian biomassa ............................................................ 9 2.2.2 Biomassa sebagai sumber energi .......................................... 10 2.2.3 Konversi biomassa ............................................................... 11 2.2.4 Pemanfaatan energi biomassa .............................................. 12
viii
2.3 Arang Aktif .................................................................................. 14 2.3.1 Bahan baku arang aktif ........................................................ 15 2.3.2 Pembuatan arang aktif ......................................................... 16 2.3.3 Kualitas arang aktif .............................................................. 19 2.4 Spektroskopi .................................................................................. 22 2.4.1 Spektroskopi inframerah ...................................................... 24 2.4.2 Spektroskopi ultraviolet dan cahaya tampak (UV-Vis) ......... 26 BAB III Metode Penelitian 3.1 Tempat Penelitian ......................................................................... 29 3.2 Alat dan Bahan ............................................................................. 29 3.2.1 Peralatan penelitian.............................................................. 29 3.2.2 Bahan penelitian .................................................................. 29 3.3 Prosedur Kerja .............................................................................. 29 3.3.1 Penyiapan bahan .................................................................. 29 3.3.2 Pirolisis batang gumitir (Tagetes erecta) menjadi arang ....... 30 3.3.3 Aktivasi arang ..................................................................... 30 3.3.4 Karakterisasi arang aktif ...................................................... 30 BAB IV Hasil dan Pembahasan 4.1 Pembuatan Arang dari Batang Tanaman Gumitir (Tagetes erecta) 33 4.2 Aktivasi Arang ............................................................................. 33 4.3 Karakterisasi Arang Aktif ............................................................. 35 4.3.1 Kadar air .............................................................................. 35 4.3.2 Kadar zat mudah menguap ................................................... 38 4.3.3 Kadar abu total .................................................................... 40
ix
4.3.4 Kadar karbon ....................................................................... 42 4.3.5 Daya serap metilen biru ....................................................... 44 4.3.6 Daya serap iodin .................................................................. 46 4.3.7 Gugus fungsi ....................................................................... 48 Bab V Simpulan dan Saran 5.1 Simpulan ...................................................................................... 53 5.2 Saran ............................................................................................ 53 Daftar Pustaka .............................................................................................. 54 Lampiran....................................................................................................... 57 Curriculum Vitae .......................................................................................... 83
x
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1 Standar Kualitas Arang Aktif Menurut SII. 0258-79........................ 19 Tabel 2.2 Standar Kualitas Arang Aktif Menurut SNI 06 – 3730 – 1995 dtrefsfsd tentang Arang Aktif Teknis. ............................................................ 19 Tabel 4.1 Rendemen Hasil Aktivasi Arang Batang Gumitir Menggunakan berbagai Konsentrasi Asam Fosfat ................................................. 34 Tabel 4.2 Hasil Penentuan Kadar Air Arang Aktif .......................................... 36 Tabel 4.3 Hasil Penentuan Kadar Zat Mudah Menguap Arang Aktif ............... 38 Tabel 4.4 Kadar Abu Total Arang Aktif.......................................................... 40 Tabel 4.5 Kadar Karbon Arang Aktif .............................................................. 42 Tabel 4.6 Hasil Penentuan Daya Serap Metilen Biru ....................................... 45 Tabel 4.7 Hasil Penentuan Daya Serap Iodin .................................................. 47 Tabel 4.8 Data Spektrum Inframerah Arang.................................................... 50 Tabel 4.9 Data Spektrum Inframerah Arang Aktif .......................................... 51 Tabel 4.10 Perbandingan Karakteristik Arang dan Arang Aktif ....................... 52
xi
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Tanaman Gumitir ....................................................................... 7 Gambar 2.2 Limbah Biomassa ....................................................................... 10 Gambar 2.3 Struktur Pori Arang (a) dan Arang Aktif (b) ............................... 15 Gambar 2.4 Diagram Alir Pembuatan Arang Aktif ........................................ 17 Gambar 2.5 Absorpsi dalam Spektrum Inframerah......................................... 25 Gambar 2.6 Contoh Spektrum Inframerah Biokarbon yang Berasal dari Daun Tanaman Gumitir (Tagetes erecta) .................................... 26 Gambar 4.1 Hubungan Konsentrasi Asam Fosfat dan Rendemen Arang Aktif ........................................................................................... 35 Gambar 4.2 Grafik Hubungan antara Konsentrasi Asam Fosfat dan Kadar Air Arang Aktif .......................................................................... 37 Gambar 4.3 Grafik Hubungan antara Konsentrasi Asam Fosfat dan Kadar Zat Mudah Menguap Arang Aktif ............................................... 39 Gambar 4.4 Grafik Hubungan antara Konsentrasi Asam Fosfat dan Kadar Abu Total Arang Aktif ............................................................... 41 Gambar 4.5 Grafik Hubungan antara Konsentrasi Asam Fosfat dan Kadar Karbon Arang Aktif.................................................................... 43 Gambar 4.6 Kurva Kalibrasi Larutan Standar Metilen Biru ............................ 44 Gambar 4.7 Grafik Hubungan antara Konsentrasi Asam Fosfat dan Daya Serap Arang Aktif terhadap Metilen Biru .......................... 45 Gambar 4.8 Grafik Hubungan antara Konsentrasi Asam Fosfat dan Daya Serap Arang Aktif terhadap Iodin ...................................... 48 Gambar 4.9 Spektra Inframerah Arang .......................................................... 49 Gambar 4.10 Spektra Inframerah Arang Aktif ................................................. 50
xii
DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran 1 Skema Kerja 1.1
Diagram alur penelitian .......................................................................... 57
1.2
Pirolisis batang gumitir (Tagetes erecta) menjadi arang ......................... 58
1.3
Aktivasi arang ........................................................................................ 59
1.4
Karakterisasi arang aktif ........................................................................ 60
1.5
Analisis gugus fungsi ............................................................................. 63
Lampiran 2 Pembuatan Larutan 2.1
Pembuatan larutan asam fosfat (H3PO4) ................................................. 64
2.2
Pembuatan larutan iodium (I2) 0,125 N .................................................. 65
2.3
Pembuatan larutan natrium tiosulfat (Na2S2O3) 0,1 N ............................. 65
2.4
Pembuatan larutan kalium dikromat (K2Cr2O7) 0,05 N ........................... 65
2.5
Pembuatan larutan metilen biru .............................................................. 65
2.6
Pembuatan indikator amilum 1% ........................................................... 66
Lampiran 3 Pembuatan dan Karakterisasi Arang Aktif 3.1
Pirolisis batang tanaman gumitir menjadi arang ...................................... 67
3.2
Aktivasi arang dengan variasi konsentrasi asam fosfat ............................ 68
3.3
Penentuan kadar air arang aktif .............................................................. 69
3.4
Penentuan kadar zat mudah menguap arang aktif.................................... 70
3.5
Penentuan kadar abu total arang aktif ..................................................... 72
3.6
Penentuan kadar karbon arang aktif ........................................................ 73
3.7
Penentuan daya serap arang aktif terhadap metilen biru .......................... 74
3.8
Penentuan daya serap arang aktif terhadap iodin ..................................... 78
xiii
Lampiran 4 Dokumentasi 4.1
Preparasi sampel .................................................................................... 81
4.2
Pirolisis sampel ...................................................................................... 81
4.3
Aktivasi arang ........................................................................................ 82
4.4
Karakterisasi arang aktif ......................................................................... 82
4.5
Penentuan absorbansi filtrat metilen biru ................................................ 83
Lampiran
3.3
Penentuan
