i
PEMBUATAN, PENCIRIAN, DAN UJI DAYA ADSORPSI ARANG AKTIF DARI KAYU MERANTI MERAH (Shorea sp.)
ARDILES ACHMAD
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2011
ABSTRAK ARDILES ACHMAD. Pembuatan, Pencirian, dan Uji Daya Adsorpsi Arang Aktif dari Kayu Meranti Merah (Shorea sp.). Dibimbing oleh KOMAR SUTRIAH dan GUSTAN PARI. Kayu meranti merah (Shorea sp.) banyak digunakan sebagai bahan baku furnitur dan bahan bangunan sehingga menghasilkan banyak limbah kayu. Dalam penelitian ini, limbah kayu tersebut dimanfaatkan untuk membuat arang aktif sehingga memiliki nilai guna. Arang aktif yang dihasilkan diuji sebagai adsorben pada pengolahan limbah logam kromium dan mangan dari industri. Pengaktifan arang dilakukan dengan 3 faktor, yaitu bahan kimia pengaktif, steam uap air, dan waktu aktivasi. Sebagai indikator kualitas arang aktif digunakan Standar Nasional Indonesia (SNI 06-3730-1995). Dilakukan juga penentuan luas permukaan spesifik dan pola struktur arang aktif. Arang aktif komersial digunakan sebagai pembanding. Hasil penelitian menunjukkan bahwa arang aktif terbaik berdasarkan daya jerap iodin dan baku mutu SNI adalah arang yang diaktivasi menggunakan steam uap air selama 90 menit tanpa bahan kimia pengaktif (HCl 5%). Arang aktif terbaik mampu menurunkan logam kromium dan mangan berturut-turut sampai 58.11 dan 5.85%. Mekanisme adsorpsi mengikuti isoterm Freundlich, dan dosis yang diperoleh dari persamaan isoterm tersebut dapat menurunkan konsentrasi kromium sampai 99.99% dari limbah industri.
ABSTRACT ARDILES ACHMAD. Production, Characterization, and Adsorption Capability of Activated Carbon from Wood of Red Meranti (Shorea sp.). Supervised by KOMAR SUTRIAH and GUSTAN PARI. Wood of red meranti (Shorea sp.) is utilized widely as furniture and construction material and produces plenty of wood waste. In this research, the wood waste was used as activated charcoal raw material to improve its utility. The activated charcoal produced was tested as absorbent in industrial chromium and manganese metal waste processing. Carbon activation was relied on 3 factors, namely activator chemicals, water vapour steam, and activation time. As the quality indicators of activated carbon Indonesian National Standard (SNI 063730-1995) was used. The specific surface area and structure pattern of activated carbon were also determined. Commercial activated carbon was also studied as reference. The results showed that the best activated carbon based on iodine adsorption activity and SNI’s standard quality was carbon activated with water vapour steam for 90 minutes without activator chemicals (HCl 5%). The best activated carbon was capable to reduce chromium and manganese concentration up to 58.11 and 5.85%, respectively. The adsorption mechanism followed Freundlich isotherm, and the dosage obtained from the isotherm equation could reduce 99.99% of chromium concentration from industrial waste.
PEMBUATAN, PENCIRIAN, DAN UJI DAYA ADSORPSI ARANG AKTIF DARI KAYU MERANTI MERAH (Shorea sp.)
ARDILES ACHMAD
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 2011
Judul
: Pembuatan, Pencirian, dan Uji Daya Adsorpsi Arang Aktif dari Kayu Meranti Merah (Shorea sp.) Nama : Ardiles Achmad NIM : G44086014
Disetujui
Pembimbing II
Pembimbing I
Drs. Komar Sutriah, MS NIP 19630705 199103 1 004
Prof(R). Dr. Gustan Pari, MSi NIP 19620802 198603 1 003
Diketahui
Ketua Departemen Kimia
Prof. Dr. Ir. Tun Tedja Irawadi, MS NIP 19501227 197603 2 002
Tanggal Lulus :
PRAKATA Segala puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala nikmat dan karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Karya ilmiah ini berjudul Pembuatan, Pencirian, dan Uji Daya Adsorpsi Arang Aktif dari Kayu Meranti Merah (Shorea sp.) yang dilaksanakan pada bulan Oktober 2010 sampai dengan Mei 2011 bertempat di Laboratorium Kimia Terpadu Pusat Penelitian dan Pengembangan Hasil Hutan Bogor. Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Drs. Komar Sutriah, MS dan Bapak Prof(R). Dr. Gustan Pari, MSi selaku pembimbing. Ungkapan terima kasih dihaturkan kepada kedua orang tua, atas segala doa dan perhatiannya. Ungkapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada staf Laboratorium Kimia Terpadu Pusat Penelitian dan Pengembangan Hasil Hutan Bogor, Bapak Mahpudin, Bapak Dadang, dan Bapak Dikdik atas bantuannya. Penulis haturkan terima kasih kepada Bapak M. Inoki beserta staf Laboratorium Dinas Kesehatan Kota Bogor dan rekan-rekan mahasiswa Program Penyelenggaraan Khusus Departemen Kimia IPB. Penulis berharap karya ilmiah ini dapat bermanfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan.
Bogor, Juni 2011 Ardiles Achmad
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Bogor pada tanggal 25 Maret 1985 dari ayah Ahmad Didik dan ibu Masitoh. Penulis adalah putra pertama dari 3 bersaudara. Tahun 2003 penulis lulus dari SMU Negeri 3 Bogor dan pada tahun yang sama lulus seleksi masuk Akademi Kimia Analisis (AKA) Bogor dan menyelesaikannya pada tahun 2006. Tahun 2008 penulis melanjutkan pendidikan sarjana di Program S1 Penyelenggaraan Khusus Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor. Selama mengikuti perkuliahan, penulis pernah mendapatkan penghargaan sebagai salah satu Mahasiswa Berprestasi Akademi Kimia Analisis tahun akademik 2004/2005. Penulis juga pernah aktif sebagai Ketua Lembaga Dakwah Kampus Keluarga Muslim AKA periode tahun 2005/2006 dan Ketua Forum Silaturrahim Alumni DKM Al-Ghufron SMAN 3 Bogor pada periode tahun yang sama. Penulis juga pernah mengikuti Forum Silaturrahim Lembaga Dakwah Kampus Nasional XIII di Universitas Mulawarman, Samarinda, Kalimantan Timur pada tahun 2005. Bulan April–Juni 2006 penulis melaksanakan Praktik Lapangan di Dinas Penelitian dan Laboratorium Pertamina, Pulo Gadung, Jakarta Timur dengan judul Adsorpsi Warna Bahan Pengotor Lilin Menggunakan Beberapa Jenis Lempung. Penulis pernah bekerja di beberapa perusahaan, yaitu di PT. Bintang Toedjoe, PT. Metito Indonesia, dan PT. MAKIN Group. Penulis juga pernah mengikuti pelatihan Pengantar Sistem Manajemen Lingkungan (ISO 14001); Pengantar Manajemen Mutu (ISO 9001:2001); Awareness, Interpretation and Documentation ISO 9001:2000; Fundamentals of Liquid Chromatograph (LC-01) Agilent Technologies Training; dan Basic Liquid Chromatograph Maintenance and Troubleshooting (LC-02) Agilent Technologies Training. Penulis juga pernah mendapatkan penghargaan Director Award pada Festival Inovasi MAKIN Group 2009 atas Karya Inovatif dalam Kategori Pemanfaatan Limbah.
DAFTAR ISI Halaman DAFTAR TABEL .............................................................................................. vii DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... vii DAFTAR LAMPIRAN ...................................................................................... viii PENDAHULUAN .............................................................................................. 1 TINJAUAN PUSTAKA Kayu Meranti Merah .................................................................................... Arang ............................................................................................................ Arang Aktif................................................................................................... Adsorpsi........................................................................................................ Isoterm Adsorpsi .......................................................................................... Luas Permukaan Spesifik ............................................................................. Pencirian Pola Struktur .................................................................................
1 1 1 2 2 3 3
METODE Bahan dan Alat ............................................................................................. Lingkup Kerja............................................................................................... Pembuatan Arang ......................................................................................... Pembuatan Arang Aktif ................................................................................ Uji Kualitas Arang Aktif .............................................................................. Pencirian Arang Aktif .................................................................................. Uji Aplikasi ..................................................................................................
4 4 4 4 4 6 7
HASIL DAN PEMBAHASAN Arang ............................................................................................................ Arang Aktif................................................................................................... Uji Kualitas Arang Aktif .............................................................................. Pencirian Arang Aktif .................................................................................. Uji Aplikasi ..................................................................................................
7 7 7 10 14
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan ....................................................................................................... 14 Saran ............................................................................................................. 15 DAFTAR PUSTAKA......................................................................................... 15 LAMPIRAN ....................................................................................................... 17
vi
DAFTAR TABEL Halaman 1
Derajat kristalinitas (X), sudut difraksi (θ), jarak antarlapisan (d), tinggi (Lc), lebar (La), serta jumlah (N) lapisan aromatik pada arang meranti merah (AMM), arang aktif meranti merah (AAMM) terbaik, dan arang aktif komersial (AAK)................................................................................ 12
2
Rerata konsentrasi logam Cr yang teradsorpsi AAMM dan AAK ............. 12
3
Rerata konsentrasi logam Mn yang teradsorpsi AAMM dan AAK ........... 12
4
Rerata kadar Cr dan Mn dalam limbah pada uji aplikasi AAMM terbaik . 14
5
Rerata kadar Cr dan Mn dalam simulasi limbah campuran pada uji aplikasi AAMM terbaik .............................................................................. 14
6
Rerata kadar logam Cr dalam limbah pada uji aplikasi AAMM terbaik berdasarkan persamaan isoterm Freundlich ............................................... 14
DAFTAR GAMBAR Halaman 1
Skema tinggi lapisan (Lc), jarak antarlapisan (d), dan lebar lapisan (La) struktur kristalit arang aktif ........................................................................ 3
2
Rendemen arang aktif meranti merah ........................................................ 8
3
Kadar air arang aktif meranti merah........................................................... 8
4
Kadar zat terbang arang aktif meranti merah ............................................. 8
5
Kadar abu arang aktif meranti merah ......................................................... 9
6
Kadar karbon terikat arang aktif meranti merah ........................................ 9
7
Daya jerap iodin arang aktif meranti merah ............................................... 9
8
Daya jerap benzena arang aktif meranti merah .......................................... 10
9
Daya jerap biru metilena arang aktif meranti merah .................................. 10
10
Konsentrasi optimum berdasarkan daya jerap iodin .................................. 11
11
Waktu optimum berdasarkan daya jerap iodin ........................................... 11
12
Luas permukaan spesifik (LPS) arang aktif meranti merah dengan metode biru metilena (BM) dan iodin ....................................................... 11
13
Difraktogram AMM, AAK, dan AAMM terbaik ....................................... 12
14
Isoterm Freundlich adsorpsi Cr oleh AAMM terbaik ................................ 13
15
Isoterm Langmuir adsorpsi Cr oleh AAMM terbaik .................................. 13
16
Isoterm Freundlich adsorpsi larutan iodin oleh AAMM terbaik ................ 13
17
Isoterm Langmuir adsorpsi larutan iodin oleh AAMM terbaik ................. 13
vii
DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1
Data ekspor arang aktif tahun 2003–2007 .................................................. 18
2
Baku mutu arang aktif teknis menurut SNI 06-3730-95 ............................ 18
3
Penggunaan arang aktif dalam industri ...................................................... 19
4
Diagram alir penelitian ............................................................................... 20
5
Tungku pengarangan dan aktivasi .............................................................. 21
6
Rendemen arang kayu meranti merah ........................................................ 21
7
Tanur untuk membuat arang aktif yang terbuat dari baja nirkarat yang dilengkapi dengan termokopel ................................................................... 22
8
Rekapitulasi dan perhitungan data kualitas arang aktif meranti merah...... 23
9
Bobot dan waktu optimum ......................................................................... 27
10
Luas permukaan spesifik (LPS) ................................................................. 28
11
Analisis difraksi sinar-X (XRD)................................................................. 30
12
Analisis ragam untuk uji daya adsorpsi terhadap logam Cr dan Mn.......... 30
13
Isoterm Freundlich dan Langmuir untuk adsorpsi logam Cr dan larutan iodin oleh AAMM terbaik .......................................................................... 31
14
Penentuan bobot (dosis) AAMM terbaik untuk uji aplikasi terhadap limbah Cr .................................................................................................... 32
viii
1
PENDAHULUAN Arang aktif merupakan material yang dapat mengadsorpsi senyawa-senyawa tertentu yang ingin dikeluarkan dari suatu sistem. Arang aktif banyak digunakan sebagai bahan pengadsorpsi polutan berkadar rendah, misalnya dalam pemurnian air, industri makanan, minuman, kimia, dan farmasi. (Redjeki et al. 2006). Kebutuhan dunia industri di luar negeri terhadap arang aktif terus meningkat. Dari data Departemen Kehutanan (2008), volume ekspor arang aktif tahun 2003–2007 mengalami peningkatan (Lampiran 1). Arang aktif dapat dibuat dari berbagai bahan baku yang mengandung karbon, di antaranya kayu (Othmer 2004). Jenis kayu yang pernah dibuat arang aktif antara lain Pinus merkusii, Paraserianthes falcataria, dan Acacia magnium, sedangkan jenis kayu meranti merah (Shorea sp.) belum banyak digunakan. Kayu meranti merah banyak digunakan sebagai kusen bahan bangunan dan dalam pembuatannya banyak menghasilkan limbah kayu. Untuk memanfaatkan limbah kayu tersebut, dicoba untuk membuat arang aktif dan diuji daya adsorpsinya. Sebagai pembanding, digunakan arang aktif komersial yang ada di pasaran. Arang aktif komersial biasanya terbuat dari tempurung kelapa yang mempunyai struktur makropori lebih sedikit dibandingkan dengan arang aktif dari bahan kayu (Pari 2004). Penelitian ini merupakan lanjutan dan pengembangan dari penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Redjeki et al. (2006). Pada penelitian tersebut, arang aktif dibuat menggunakan asam fosfat sebagai bahan pengaktif dan dipanaskan pada suhu 900 °C tanpa variasi perlakuan. Diperoleh arang aktif yang memiliki daya adsorpsi cukup baik dengan daya jerap iodin mencapai 908.3 mg/g. Namun, kadar airnya tinggi, yaitu 20.77%, dan tidak memenuhi persyaratan Standar Nasional Indonesia (SNI 1995), yaitu maksimum 15% untuk arang aktif berbentuk serbuk. Tujuan penelitian ini ialah membuat, menguji kualitas, dan membandingkan daya adsorpsi arang aktif dari kayu meranti merah dengan arang aktif komersial yang diaktivasi secara kimia dan fisika. Standar yang digunakan dalam uji kualitas arang aktif ialah SNI nomor 06-3730-1995 (Lampiran 2) untuk parameter kadar air, zat terbang, abu, dan karbon terikat, serta daya jerap iodin, biru metilena, dan benzena. Selain itu, penelitian
ini bertujuan menentukan perlakuan terbaik yang memberikan daya jerap paling optimum berdasarkan waktu steam uap air dan bahan kimia yang digunakan pada proses aktivasi, mencirikan pola struktur dan isoterm adsorpsi, serta menguji aplikasi arang aktif terhadap polutan dalam limbah industri.
TINJAUAN PUSTAKA Kayu Meranti Merah Kayu meranti merah memiliki nama botanis Shorea sp. dan termasuk dalam famili Dipterocarpaceae. Kayu ini beragam warnanya mulai dari hampir putih, cokelat pucat, merah, cokelat muda, atau cokelat tua. Teksturnya agak kasar sampai kasar dan merata dengan arah serat kadang-kadang hampir lurus atau bergelombang. Permukaan kayu licin atau agak licin dan kebanyakan agak mengilap. Kayu meranti merah pada umumnya mudah diolah. Kayunya mudah digergaji dan diampelas dengan baik sehingga banyak digunakan sebagai bahan bangunan perumahan seperti kaso, pintu, dan jendela serta balok. Selain itu, dapat digunakan sebagai kayu perkapalan (perahu, kapal kecil, dan bagian-bagian kapal), peti mati, peti pengepak, dan alat musik (pipa organ). Daerah penyebarannya ada di seluruh Sumatera, Kalimantan, Sulawesi, dan Maluku (Heyne 1987). Arang Menurut Djatmiko et al. (1985), arang adalah bahan padat berpori hasil pembakaran dari bahan yang mengandung unsur karbon. Sebagian besar pori-porinya masih tertutup oleh hidrokarbon, ter, dan senyawa organik lain. Komponen arang terdiri atas karbon terikat, abu, air, nitrogen, dan sulfur. Arang kayu merupakan residu hasil penguraian atau pemecahan kayu karena panas, sebagian besar komponen kimianya adalah karbon. Arang Aktif Menurut Hartoyo (1974), arang aktif berbentuk amorf, berwarna hitam, tak berbau, tak berasa, serta mempunyai daya adsorpsi jauh lebih besar dibandingkan dengan arang yang belum diaktivasi. Daya adsorpsi dapat
2
digambarkan oleh luas permukaan spesifik (luas permukaan/gram). Umumnya luas permukaan spesifik arang aktif berkisar antara 500 dan 1500 m2/g. Arang aktif dapat dibedakan dengan arang dari sifat permukaannya. Permukaan arang masih ditutupi deposit hidrokarbon yang menghalangi keaktifannya. Pada arang aktif, permukaannya telah bebas dari deposit hidrokarbon sehingga mampu melakukan adsorpsi pada pori-porinya yang telah terbuka (Syarief 1997). Pembuatan arang aktif dapat dilakukan melalui tahapan penghilangan air (dehidrasi), perubahan bahan organik menjadi unsur karbon (mengusir unsur non-karbon), dan dekomposisi ter sehingga pori-pori arang menjadi besar. Pertama-tama, bahan dipanaskan sampai suhu 170 oC untuk mengeluarkan CO2, CO, dan uap asam asetat. Pada suhu 275 oC terjadi dekomposisi bahan dan terbentuk hasil samping seperti ter, metanol, dan fenol. Hampir 80% unsur karbon diperoleh pada suhu 400–600 oC. Selama proses pirolisis ini, bahan sumber karbon mengalami fragmentasi yang akhirnya membentuk struktur heksagonal yang termostabil (Pari 2004). Pada umumnya arang aktif digunakan sebagai bahan pembersih dan penjerap, juga sebagai bahan pengemban katalis. Pada industri karet ban, arang aktif yang mempunyai sifat radikal dan serbuk sangat halus, digunakan sebagai bahan aditif kopolimer (Lampiran 3). Adsorpsi Menurut Atkins (1999), adsorpsi merupakan peristiwa terakumulasinya partikel pada permukaan/antarmuka. Partikel yang terakumulasi dan terjerap oleh permukaan disebut adsorbat dan material tempat terjadinya adsorpsi disebut adsorben. Proses adsorpsi terdiri atas 2 tipe, yaitu adsorpsi kimia dan fisika. Pada adsorpsi kimia, molekul menempel pada permukaan melalui pembentukan ikatan kimia. Ciri-cirinya adalah terjadi pada suhu tinggi, interaksinya kuat, terbentuk ikatan kimia (umumnya kovalen) antara permukaan adsorben dan adsorbat, entalpinya tinggi (∆H 400 kJ/mol), adsorpsi terjadi hanya pada satu lapisan (monolayer), dan energi aktivasinya tinggi. Sementara adsorpsi fisika adalah penempelan adsorbat pada permukaan melalui interaksi antarmolekul yang lemah. Ciri-cirinya, terjadi
pada suhu rendah, jenis interaksinya ialah reaksi antarmolekul (gaya van der Waals), entalpi rendah (∆H<20 kJ/mol), adsorpsi dapat terjadi pada banyak lapisan (multilayer), dan energi aktivasi lemah (Hasanah 2006). Faktor-faktor yang memengaruhi proses adsorpsi antara lain sifat fisik dan kimia adsorben seperti luas permukaan, ukuran partikel, dan komposisi kimia. Semakin kecil ukuran partikel, semakin besar luas permukaan padatan per satuan volume tertentu, sehingga semakin banyak zat yang teradsorpsi. Faktor lainnya ialah sifat fisis dan kimia adsorbat, seperti ukuran molekul dan komposisi kimia, serta konsentrasi adsorbat dalam fase cairan (Atkins 1999). Menurut Suryani (2009), proses adsorpsi berlangsung melalui 3 tahapan, yaitu makrotranspor, mikrotranspor, dan sorpsi. Makrotranspor adalah difusi adsorbat melalui air menuju antarmuka cair-padat. Mikrotranspor ialah difusi adsorbat melalui sistem makropori dan sub-mikropori. Sorpsi merupakan istilah untuk menjelaskan kontak adsorbat dengan adsorben. Istilah ini digunakan karena sulitnya membedakan proses yang berlangsung, apakah fisisorpsi atau kemisorpsi. Isoterm Adsorpsi Hubungan kesetimbangan antara potensial kimia adsorbat dalam gas atau cairan dan potensial kimia adsorbat di permukaan adsorben pada suhu tetap disebut isoterm adsorpsi. Kesetimbangan tercapai jika laju pengikatan adsorben terhadap adsorbat sama dengan laju pelepasannya (Koumanova dan Antova 2002). Tipe isoterm adsorpsi yang umum dikenal ada 3 macam, yaitu isoterm Freundlich, Langmuir, dan Brunauer-Emmet-Teller (BET). Isoterm Freundlich dan Langmuir digunakan untuk gas atau larutan dengan konsentrasi rendah. Isoterm BET merupakan modifikasi isoterm Langmuir pada tekanan tinggi (Alberty dan Silbey 1992). Isoterm Freundlich Isoterm Freundlich mengasumsikan permukaan yang heterogen dan perbedaan energi pada tapak aktif (Koumanova dan Antova 2002). Artinya tapak-tapak tertentu lebih disukai untuk ditempati adsorbat, dan adsorbat teradsorpsi dengan membentuk lapisan jamak atau multilayer (Sekar dan Triono 2005).
3
Menurut Jason (2004), model isoterm ini menganggap proses adsorpsi terjadi pada semua tapak permukaan adsorben. Isoterm Freundlich tidak dapat memperkirakan adanya tapak-tapak pada permukaan yang mampu mencegah adsorpsi. Ketika kesetimbangan tercapai, hanya beberapa tapak aktif yang mampu mengadsorpsi molekul terlarut. Persamaan Freundlich dituliskan sebagai berikut: 1 x = kC n m Persamaan dalam bentuk logaritma log
x
= log k +
m
1
log C
n
Keterangan: x/m = jumlah adsorbat terjerap per satuan bobot adsorben (µg/g adsorben) C = konsentrasi kesetimbangan adsorbat dalam larutan setelah adsorpsi (ppm) k, n = tetapan empiris
Tetapan n dan c dapat diperoleh dari kemiringan garis dan perpotongan sumbu y x kurva hubungan terhadap x. n(1 − x ) Luas Permukaan Spesifik
Luas permukaan spesifik (LPS) adalah luas permukaan yang dapat menyerap gas secara merata pada satu lapisan per satuan massa. LPS menggambarkan permukaan aktif yang dapat kontak dengan reaktan sehingga berfungsi sebagai jembatan pada proses reaksi. Semakin besar LPS adsorben, diharapkan aktivitasnya semakin baik. Luas permukaan spesifik merupakan salah satu ciri fisik penting dalam proses adsorpsi, selain tapak aktif pada permukaan, karena akan memengaruhi jumlah adsorbat yang dapat teradsorpsi. Selain menggunakan metode aliran gas, LPS juga dapat ditentukan dengan metode adsorpsi biru metilena (BM) dan iodin. Banyaknya molekul BM dan iodin yang dapat diadsorpsi sebanding dengan luas permukaan adsorben (Widihati et al. 2010).
Isoterm Langmuir
Isoterm Langmuir didasarkan pada asumsi bahwa sejumlah tertentu tapak sentuh adsorben terdapat pada permukaan dan memiliki energi yang sama serta adsorpsi bersifat dapat balik (Atkins 1999). Menurut Sekar dan Triono (2005), isoterm Langmuir mengasumsikan tapak-tapak adsorpsi yang homogen di permukaan dan adsorpsi membentuk lapisan tunggal (monolayer). Persamaan Langmuir dituliskan sebagai berikut: x αβ C = m 1 + βC
Pencirian Pola Struktur
Pola difraksi sinar-X (XRD) menunjukkan bahwa arang aktif berbentuk grafit, amorf, tersusun dari atom-atom karbon yang berikatan secara kovalen membentuk struktur heksagonal datar (Gambar 1). Susunan kisikisi heksagonal ini tampak seperti pelat-pelat datar yang saling bertumpuk dengan sela-sela di antaranya.
Tetapan α, β dapat ditentukan dari kurva hubungan terhadap C dengan persamaan Lc C x m
=
1
αβ
+
1
α
C
Isoterm Brunauer, Emmet, Teller (BET)
Teori BET menjelaskan fisisorpsi molekul gas ke permukaan padatan. Isoterm BET merupakan metode umum untuk menentukan luas permukaan adsorben dari data adsorpsi, dengan persamaan x 1 (c − 1)x = + n (1 − x ) cn cn
d
La
Gambar 1 Skema tinggi lapisan (Lc), jarak antarlapisan (d), dan lebar lapisan (La) struktur kristalit arang aktif (Pari 2004).
4
Setiap kristalit arang aktif biasanya tersusun dari 3 atau 4 lapisan atom karbon dengan sekitar 20–30 atom karbon heksagonal pada tiap lapisan (Suryani 2009). Analisis XRD dilakukan untuk mengetahui derajat kristalinitas, tinggi (Lc), lebar (La), jarak (d), dan jumlah (N) lapisan heksagonal (aromatik) dengan cara menginterpretasi pola difraksi dari hamburan sinar-X pada contoh.
METODE Bahan dan Alat
Bahan baku arang aktif ialah kayu meranti merah (Shorea sp.) dari perusahaan kayu di wilayah Jalan Sholeh Iskandar, Kecamatan Tanah Sareal, Kota Bogor. Arang aktif komersial bermerek Brataco yang terbuat dari tempurung kelapa dijadikan pembanding. Larutan standar logam mangan (Mn) bivalen dan kromium (Cr) heksavalen 1000 ppm buatan Merck digunakan untuk pembuatan isoterm adsorpsi. Limbah logam Mn dan Cr dari laboratorium research and development (R&D) industri sawit digunakan untuk uji aplikasi. Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini antara lain retort, tanur pembakar, oven, desikator, saringan halus (100 mesh), cawan porselen, neraca analitik, pengaduk magnetik, spektrofotometer ultraviolet-tampak (UV-Vis) jenis Spectroquant NOVA 60 MERCK dan difraktometer sinar-X (XRD) tipe 7000 Shimadzu, serta alat-alat kaca lainnya.
Pembuatan Arang
Kayu meranti merah dipotong-potong dengan panjang maksimum 15 cm, lalu ditimbang sebanyak ±2.500 kg. Kemudian sampel dimasukkan ke dalam tabung sampel dengan disusun sedemikian rupa dan ditutup rapat. Tabung sampel tersebut dimasukkan ke dalam tungku pengarangan listrik atau retort (Lampiran 5) kemudian dipanaskan pada suhu 400 oC selama ±5 jam. Setelah selesai, tungku pengarangan dimatikan dan dibiarkan sampai dingin (±20 jam). Arang dikeluarkan dari tungku, ditimbang bobotnya, dan rendemen proses pengarangan dihitung. Pembuatan Arang Aktif
Arang kayu meranti merah dimasukkan ke dalam tungku aktivasi (Lampiran 5) sebanyak ±100 g potongan kecil dan direndam dalam larutan pengaktif HCl 5% selama 24 jam. Selanjutnya alat disiapkan pada suhu 800 oC dengan menaikkan suhu secara bertahap sampai tercapai suhu konstan; tekanan dibuat konstan pada 0.05 bar. Dilakukan juga pengaliran uap H2O panas (steam) dengan waktu yang berbeda, yaitu 0 menit (tanpa steam), 60 menit, dan 90 menit. Setelah proses aktivasi selesai, alat dibiarkan sampai dingin (24 jam) dan arang aktif yang dihasilkan dikeluarkan dari dalam tungku. Kemudian arang aktif dihaluskan dan disaring dengan ukuran 100 mesh. Uji Kualitas Arang Aktif Rendemen (ASTM 1979)
Lingkup Kerja
Penelitian dilakukan dalam 4 tahapan (Lampiran 4). Tahap pertama ialah pembuatan arang aktif dari kayu meranti merah yang meliputi pengarangan serta aktivasi secara kimia. Tahap kedua adalah uji kualitas arang aktif yang meliputi analisis kadar air, abu, karbon terikat, dan zat terbang serta rendemen, daya jerap benzena, BM, dan iodin. Tahap ketiga ialah pencirian lanjutan yang meliputi LPS, pola struktur, isoterm adsorpsi, dan uji efektivitas adsorpsi terhadap larutan standar Mn dan Cr dengan variasi konsentrasi. Sebagai pembanding digunakan arang aktif komersial, dan semua perlakuan dilakukan 2 kali ulangan. Tahap keempat adalah uji aplikasi arang aktif kayu meranti merah dalam menurunkan kandungan logam pada limbah laboratorium R&D industri sawit. Kandungan logam diuji sebelum dan sesudah adsorpsi.
Arang aktif yang terbentuk dihitung lalu dibandingkan dengan bobot contoh mula-mula. Rendemen dihitung dengan rumus Rendemen =
b (1 − c )
× 100%
a (1 − d ) Keterangan: a = bobot contoh mula-mula (g) b = bobot arang aktif yang dihasilkan (g) c = kadar air arang aktif (%) d = kadar air arang (%) Kadar Air (SNI 1995)
Sebanyak ±1.00 g contoh ditimbang dalam cawan porselen yang telah diketahui bobot keringnya, kemudian dikeringkan di oven pada suhu 105 oC selama 3 jam. Setelah didinginkan dalam deksikator, ditimbang.
5
Pengeringan dan penimbangan diulangi setiap jam sampai diperoleh bobot konstan. Analisis dilakukan duplo. Kadar air dihitung berdasarkan persamaan Kadar air =
(a − b ) × 100% a
Keterangan: a = bobot contoh awal (g) b = bobot contoh akhir (g) Kadar Zat Terbang (SNI 1995)
Sebanyak ±1.00 g contoh ditimbang dalam cawan porselen yang telah diketahui bobot keringnya. Cawan kemudian dipanaskan dalam tanur listrik pada suhu 950 oC selama 10 menit, didinginkan dalam deksikator, dan ditimbang. Cawan ditutup serapat mungkin. Analisis dilakukan duplo. Kadar zat terbang dihitung berdasarkan persamaan Kadar zat terbang =
(a − b ) × 100% a
Kadar Abu (SNI 1995)
Sebanyak ±1.00 g contoh ditimbang dalam cawan porselen yang telah diketahui bobot keringnya. Cawan yang berisi contoh ditempatkan dalam tanur listrik pada suhu 700 o C selama 6 jam. Setelah itu, didinginkan dalam desikator dan ditimbang. Pengeringan dan penimbangan diulangi setiap jam sampai diperoleh bobot konstan. Analisis dilakukan duplo. Kadar abu dihitung berdasarkan persamaan Kadar abu =
bobot abu (g)
× 100%
a Kadar Karbon Terikat (SNI 1995)
Karbon dalam arang aktif adalah hasil dari proses pengarangan/pirolisis selain abu (zat anorganik) dan zat terbang (zat-zat atsiri yang masih terdapat pada pori-pori arang). Definisi ini hanya berupa pendekatan (SNI 1995). Kadar karbon terikat = 100% - (u + z) Keterangan: u = kadar abu (%) z = kadar zat terbang (%)
Daya Jerap Iodin (SNI 1995)
Contoh arang aktif yang telah dikeringkan dalam oven selama 1 jam ditimbang sebanyak ±0.25 g kemudian ditempatkan dalam Erlenmeyer 250 mL. Ditambahkan 25 mL larutan iodin 0.1 N, lalu Erlenmeyer segera ditutup dan dikocok selama 15 menit. Suspensi selanjutnya disaring, filtratnya dipipet sebanyak 10 mL ke dalam Erlenmeyer dan langsung dititrasi dengan larutan natrium tiosulfat 0.1 N sampai warna kuning muda. Setelah ditambahkan beberapa tetes amilum 1%, titrasi dilanjutkan sampai warna biru tepat hilang. Penentuan daya jerap iodin adalah dengan perhitungan sebagai berikut:
Q = i
(B × C ) × 12.693 × 2.5 10 − D bobot contoh (g)
Keterangan: Qi = daya jerap iodin (mg/g) B = volume larutan Na-tiosulfat (mL) C = normalitas Na-tiosulfat (N) D = normalitas iodin (N) 12.693 = jumlah iodin yang sesuai dengan 1 mL larutan Na2S2O3 0.1 N Daya Jerap Benzena (ASTM 1979)
Sebanyak ±1.00 g arang aktif ditimbang ke dalam cawan petri yang telah diketahui bobot keringnya. Cawan kemudian dimasukkan ke dalam desikator yang telah dijenuhi uap benzena pada suhu 19–20 oC selama 24 jam agar kesetimbangan adsorpsi tercapai. Selanjutnya arang aktif ditimbang kembali, namun sebelum ditimbang cawan dibiarkan 5 menit di udara terbuka untuk menghilangkan uap benzena yang menempel pada cawan. Daya jerap benzena =
(h − m ) × 100% m
Keterangan: m = bobot arang aktif sebelum mengadsorpsi h = bobot arang aktif sesudah mengadsorpsi Daya Jerap Biru Metilena (SNI 1995) Pembuatan Larutan Biru Metilena Pembanding. Kadar air biru metilena (BM) ditetapkan, kemudian jumlah BM yang ditimbang dihitung sebagai berikut:
6
Jumlah BM (g ) = 0.12 ×
100
(100 − E )
×V
Keterangan: V = volume yang diinginkan (mL) E = kadar air BM (%) Biru metilena ditimbang sebanyak hasil perhitungan, lalu dilarutkan dalam larutan dapar (campuran KH2PO4 dengan Na2HPO4·12H2O 4:6) sebanyak volume yang diinginkan (A). Kemudian dipipet 10 mL larutan A ke dalam labu ukur 500 mL, diencerkan dengan air suling hingga tanda tera, dan dihomogenkan (B). Sebanyak 5 mL larutan B dipipet ke dalam labu ukur 500 mL dan diencerkan kembali dengan air suling sampai tanda tera setelah sebelumnya ditambah dahulu larutan dapar (C). Perlakuan Contoh. Sebanyak 0.01– 0.10 g contoh arang aktif yang sudah dikeringkan dititar dengan larutan BM 1200 ppm sambil sesekali dikocok kuat. Penitaran berakhir bila warna larutan di atas contoh sama dengan warna larutan BM pembanding (C). Jumlah larutan BM yang dijerap dihitung menggunakan persamaan
X
m
=V ×
1 W
Keterangan: Xm = daya jerap BM (mL/g) V = volume larutan BM hasil penitaran (mL) W = bobot contoh (g) Pencirian Arang Aktif Penentuan Bobot dan Waktu Optimum (modifikasi Suryani 2009 dan SNI 1995)
Arang aktif terbaik dari beberapa perlakuan pembuatan ditimbang dengan variasi bobot 0.15, 0.30, 0.60, dan 1.20% (b/v) kemudian dimasukkan dalam Erlenmeyer yang berisi 25 mL larutan iodin 0.1 N. Erlenmeyer segera ditutup dan dikocok selama 15 menit, lalu disaring. Selanjutnya filtrat dipipet sebanyak 10 mL ke dalam Erlenmeyer dan langsung dititrasi dengan larutan natrium tiosulfat 0.1 N sampai warna kuning muda. Beberapa tetes amilum 1% ditambahkan dan titrasi dilanjutkan sampai warna biru tepat hilang. Bobot tetap arang aktif terbaik dimasukkan ke dalam Erlenmeyer yang berisi
25 mL larutan iodin 0.1 N, kemudian dikocok dengan variasi waktu 3.75, 7.50, 15.00, dan 30.00 menit. Setelah itu, contoh disaring dan ditentukan daya jerap iodinnya sebagaimana saat penentuan bobot optimum. Bobot dan waktu optimum adsorpsi ditentukan dari daya jerap iodin maksimum dari arang aktif terbaik. Penentuan Luas Permukaan Spesifik Metode Biru Metilena (Muthia 1998)
Luas permukaan spesifik (LPS) arang aktif dihitung berdasarkan banyaknya BM yang dijerap oleh arang aktif.
X m × N × A × ρ BM 2 LPS (m /g) = M BM Keterangan: Xm = daya jerap BM (mL/g) N = bilangan Avogadro (6.023 × 1023/mol) A = luas penampang BM (1.969 × 10-21 m2) ρBM = massa jenis BM (1 g/mL) MBM= bobot molekul BM (319.86 g/mol) Penentuan Luas Permukaan Spesifik Metode Adsorpsi Iodin (JIS 1967)
Arang aktif terbaik sejumlah bobot optimum dimasukkan ke dalam 25 mL larutan iodin dengan variasi konsentrasi 1500, 2000, 2500, 3500, 6000, dan 8500 mg/L, kemudian dikocok pada suhu kamar selama waktu optimum. Setelah itu, contoh disaring dan konsentrasi akhir iodin diukur. Selanjutnya dibuat kurva isoterm BET dan ditentukan persamaan garis linearnya. LPS ditentukan menggunakan persamaan LPS (m2/g) = (Qm/BE) × N × A Keterangan: Qm = kapasitas adsorpsi monolayer (mg/g) A = luas penampang iodin (0.40 × 10-18 m2) BE = bobot ekuivalen iodin (126.904 g/mol) Pencirian Pola Struktur Arang Aktif (Pari 2004)
Untuk mempelajari proses pembentukan pola strukturnya, arang aktif terbaik diidentifikasi perubahan pola strukturnya menggunakan XRD. Arang aktif dalam bentuk serbuk halus ditempatkan pada wadah contoh kemudian diukur menggunakan radiasi Cu Kα dengan panjang gelombang 0.15418 nm (1.5418 Å) dengan profil difraksi 2θ 10°– 60° dan laju pemayaran 2° per menit.
7
Uji Daya Adsorpsi dan Isoterm Adsorpsi (modifikasi Redjeki et al. 2006)
Uji daya adsorpsi mengukur efektivitas adsorpsi arang aktif kayu meranti merah terhadap larutan standar mangan dengan variasi konsentrasi mulai dari 2.50, 3.75, 5.00, dan 6.25 mg/L dan larutan standar kromium dengan variasi konsentrasi 30.00, 45.00, 60.00, dan 75.00 mg/L. Sebagai pembanding digunakan arang aktif komersial. Semua perlakuan dilakukan 2 kali ulangan. Arang aktif terbaik sebanyak bobot optimum ditambahkan dalam 25 mL larutan standar mangan dan kromium kemudian dikocok selama waktu optimum dan disaring. Konsentrasi larutan standar sebelum dan sesudah perlakuan diukur menggunakan spektrofotometer UV-Vis jenis Spectroquant NOVA 60 MERCK. Tetapan adsorpsi dihitung dengan model isoterm Freundlich dan Langmuir. Kedua model ini kemudian dibandingkan dengan model isoterm adsorpsi Freundlich dan Langmuir menggunakan larutan iodin yang diperoleh dari data penentuan LPS. Uji Aplikasi (modifikasi Redjeki et al. 2006)
Arang aktif terbaik selanjutnya diuji untuk menurunkan kandungan logam kromium dan mangan yang ada pada limbah laboratorium R&D industri sawit. Perlakuan terhadap limbah sama dengan perlakuan menggunakan larutan standar. Uji aplikasi pertama menggunakan limbah Cr dan Mn yang terpisah. Pada pengujian kedua dilakukan simulasi menggunakan campuran limbah Cr dan Mn tersebut dengan nisbah acak. Uji aplikasi ketiga dilakukan terhadap limbah Cr yang telah diketahui konsentrasinya menggunakan arang aktif terbaik yang bobotnya (dosis) ditentukan dari persamaan isoterm adsorpsinya.
HASIL DAN PEMBAHASAN Arang
Hartoyo dan Pari (1993) mengemukakan bahwa pada prinsipnya pembuatan arang ada 2 cara, yaitu sistem retort dan kiln. Pada penelitian ini digunakan sistem retort (tungku pengarangan listrik) yang merupakan cara baru untuk pengarangan, karena pemanasan dapat ditambah pada dinding yang terbuat dari pelat besi di samping dari bahan baku itu
sendiri dengan sumber panas pembakaran biomassa atau tenaga listrik. Dengan cara demikian, proses karbonisasi berjalan dengan sangat cepat dan merata sehingga diperoleh rendemen lebih tinggi dan seragam, yaitu berkisar 25–30%. Rerata rendemen arang yang diperoleh dari proses karbonisasi yang dilakukan ialah 33.2% (Lampiran 6). Arang Aktif
Proses pembuatan arang aktif dapat dilakukan dengan 2 cara, yaitu cara kimia dan cara oksidasi gas. Kualitas arang aktif yang dihasilkan sangat bergantung pada bahan baku yang digunakan, bahan pengaktif, dan cara pengaktifannya. Menurut Maniatis dan Nurmala (1988), kualitas arang aktif sebagai adsorben bergantung pada jenis kayu dan waktu aktivasi. Semakin lama waktu aktivasi, daya jerapnya semakin besar, dan jenis kayu yang memiliki bobot jenis lebih besar menghasilkan daya jerap yang lebih kecil. Proses pengaktifan arang pada penelitian ini menggunakan tungku aktivasi (Lampiran 7) yang terbuat dari baja nirkarat dengan ukuran panjang 1.0 m dan diameter 5.0 cm, dililit dengan elemen (kawat nikelin) sebagai pemanas dan dilengkapi 2 buah termokopel untuk mengatur suhu aktivasi. Tungku dirangkaikan dengan ketel yang juga terbuat dari baja nirkarat sebagai penghasil uap pengaktif dan dengan pendingin yang terbuat dari kaca (Pari 2004). Uji Kualitas Arang Aktif Rendemen
Rendemen arang aktif yang dihasilkan dari proses karbonisasi dan aktivasi berkisar dari 24.4 sampai 71.7% (Lampiran 8). Rendemen tertinggi ialah arang yang diaktivasi dengan HCl 5% tanpa steam uap air, sedangkan yang terkecil adalah arang yang diaktivasi dengan HCl 5% dengan steam uap air selama 90 menit. Gambar 2 menunjukkan bahwa penggunaan bahan pengaktif dan steam uap air serta lamanya steam pada proses aktivasi berpengaruh terhadap rendemen arang aktif. Pada umumnya penggunaan bahan pengaktif menurunkan rendemen. Hal tersebut karena dalam proses pengarangan, bahan pengaktif akan membersihkan permukaan karbon dari ter dan hidrokarbon yang mengurangi permukaan aktif karbon tersebut (Sudrajat 1985).
Rendemen (%)
8
sifatnya yang higroskopis. Selain itu, tingginya kadar air arang aktif disebabkan pelembutan serpihan arang aktif dilakukan di udara terbuka sehingga molekul-molekul uap air di udara mungkin terperangkap oleh poripori arang aktif (Hartoyo 1974), selain itu dipengaruhi juga oleh proses pendinginan arang aktif (Pari 2004).
80 70 60 50 40 30 20 10 0 A
B
C
D
E
F
Perlakuan
Gambar 2
Rendemen arang aktif meranti merah.
Perlakuan: A = Dengan HCl 5%, tanpa steam uap air B = Dengan HCl 5%, steam uap air 60 menit C = Dengan HCl 5%, steam uap air 90 menit D = Tanpa HCl 5%, tanpa steam uap air E = Tanpa HCl 5%, steam uap air 60 menit F = Tanpa HCl 5%, steam uap air 90 menit Memperlama steam uap air cenderung menurunkan rendemen. Semakin lama waktu steam uap air, kemungkinan terjadinya reaksi antara arang dan zat pengoksidasi/pengaktif membentuk CO, CO2, dan H2 juga semakin meningkat. Karena itu, arang aktif yang terbentuk berkurang (Suryani 2009).
Kadar Zat Terbang
Penetapan kadar zat terbang bertujuan mengetahui jumlah zat atau senyawa yang belum menguap pada proses karbonisasi dan aktivasi, tetapi menguap pada suhu 950 °C. Kadar zat terbang yang tinggi akan mengurangi daya jerap arang aktif (Suryani 2009). Tingginya kadar zat terbang disebabkan oleh tingginya kerapatan kayu sehingga pada waktu karbonisasi lebih banyak gas seperti CO, CO2, hidrokarbon, H2, dan CH4 yang terkeluarkan (Redjeki et al. 2006). Kadar zat terbang yang diperoleh dalam penelitian ini berkisar dari 5.54 sampai 33.2% (Gambar 4). Hampir semua nilai tersebut telah memenuhi persyaratan SNI (1995), yaitu kurang dari 25% (Lampiran 8).
Kadar air arang aktif yang diperoleh berkisar dari 3.24 sampai 9.34%. Nilai ini memenuhi persyaratan SNI (1995), yaitu kurang dari 15% (Lampiran 8). Kadar tertinggi dimiliki arang aktif yang diaktivasi pada suhu 800 °C dengan steam uap air selama 90 menit dan tanpa aktivasi HCl 5%. Kadar air terendah terdapat pada arang kayu meranti merah (Gambar 3).
Kadar Zat Terbang (%) Kadar zat terbang
Kadar Air
35 30 25 20 15 10 5 0 Ar
AAK
Kadar KadarAir air(%) (%)
6 4 2 0 Ar
AAK
A
B
C
D
E
F
Perlakuan
Gambar 3
Kadar air arang aktif meranti merah.
Perlakuan: Ar = Arang kayu meranti merah (tanpa aktivasi) AAK = Arang aktif komersial Gambar 3 menunjukkan bahwa aktivasi menggunakan steam uap air dapat meningkatkan kadar air arang aktif, karena
B
C
D
E
F
Perlakuan
Gambar 4
10 8
A
Kadar zat terbang arang aktif meranti merah.
Kadar zat terbang tertinggi terdapat pada arang kayu meranti merah. Kadar terendah terdapat pada arang aktif yang diaktivasi pada suhu 800 °C tanpa steam uap air dan tanpa aktivasi HCl 5%. Rendahnya kadar zat terbang arang aktif dibandingkan dengan arang kayu meranti merah disebabkan oleh perbedaan suhu karbonisasi dan suhu aktivasi. Kadar Abu
Penetapan kadar abu bertujuan menentukan kandungan oksida logam dalam arang aktif. Menurut Sastrodimedjo (1978), abu merupakan komponen anorganik yang terdiri atas kalsium, kalium, magnesium, besi, mangan, karbonat, silikat, oksalat, dan fosfat serta logam-logam lain dalam jumlah kecil.
9
Kadar abu yang diperoleh dalam penelitian ini berkisar dari 2.93 sampai 10.2% (Gambar 5). Kadar terendah terdapat pada pada arang kayu meranti merah. Kadar tertinggi terdapat pada arang aktif yang diaktivasi pada suhu 800 °C dengan steam uap air selama 90 menit dan aktivasi HCl 5%. Hampir semua nilai tersebut telah memenuhi persyaratan SNI (1995), yaitu kurang dari 10% (Lampiran 8), kecuali kadar abu arang aktif perlakuan C (tertinggi).
10 8 6 4 2
Daya Jerap Iodin
0 Ar
AAK
A
B
C
D
E
F
Perlakuan
Gambar 5
Kadar abu arang aktif meranti merah.
Menurut Pari (2004), tingginya kadar abu arang aktif adalah karena proses oksidasi. Semakin lama proses aktivasi, rendemen arang aktif semakin rendah, sedangkan kandungan bahan anorganik tetap atau makin bertambah akibat terbentuknya oksida logam hasil interaksi HCl dengan tungku aktivasi. Besarnya kadar abu dapat memengaruhi daya jerap arang aktif terhadap gas maupun larutan, karena kandungan mineral dalam abu seperti kalsium, kalium, magnesium, dan natrium akan menyebar dalam kisi-kisi arang aktif. Kadar Karbon Terikat
Kadar C terikat (%)
100 80 60 40 20 0 AAK
A
B
1400 1200 1000 800 600 400 200 0 Ar
Penetapan kadar karbon terikat bertujuan mengetahui kandungan karbon setelah proses karbonisasi dan aktivasi. Kadar karbon terikat dalam penelitian ini berkisar dari 63.9 sampai 90.8% (Gambar 6).
Ar
Daya jerap terhadap larutan akan menentukan kualitas arang aktif sebagai pengadsorpsi. Daya jerap iodin yang diperoleh dalam penelitian ini berkisar dari 100.897 sampai 1175.022 mg/g (Gambar 7). Daya jerap tertinggi terdapat pada arang aktif yang diaktivasi pada suhu 800 °C dengan steam uap air selama 90 menit dan aktivasi HCl 5%. Kadar terendah ada pada arang kayu meranti merah. Daya Iodin(mg/g) (mg/g) Daya Serap jerap iodin
Kadar Abu Kadar abu(%) (%)
12
arang aktif yang diaktivasi pada suhu 800 °C tanpa steam uap air dan dengan aktivasi HCl 5%. Hampir semua nilai tersebut memenuhi persyaratan SNI (1995), yaitu lebih dari 65% (Lampiran 8), kecuali arang kayu meranti merah (terendah). Besarnya kadar karbon terikat dipengaruhi oleh kadar abu dan kadar zat terbang (Pari 2004) karena kadar karbon terikat merupakan hasil pengurangan dari kedua faktor tersebut. Kadar karbon terikat arang aktif sangat dipengaruhi oleh jenis bahan baku, karena kadar abu dan kadar zat terbang arang aktif untuk setiap bahan baku berbeda-beda (Hartoyo 1974). Semakin tinggi kadar abu dan atau zat terbang, semakin rendah kadar karbon terikat.
C
D
E
F
Perlakuan
Gambar 6 Kadar karbon terikat arang aktif meranti merah. Kadar terendah terdapat pada arang kayu meranti merah. Kadar tertinggi terdapat pada
AAK
A
B
C
D
E
F
Perlakuan
Gambar 7
Daya jerap iodin arang aktif meranti merah.
Hanya arang aktif dengan perlakuan B, C, E, dan F memenuhi persyaratan SNI (1995), yaitu lebih dari 750 mg/g (Lampiran 8). Peningkatan waktu aktivasi dan penggunaan bahan kimia pengaktif ditunjukkan dapat meningkatkan daya jerap iodin. Kemampuan arang aktif menjerap larutan iodin dipakai sebagai parameter kualitas arang aktif bagi tujuan penggunaan. Ada kecenderungan bahwa semakin besar daya jerapnya, semakin baik kualitas arang aktif tersebut karena menunjukkan jumlah mikropori yang terbentuk, yaitu pori yang hanya dapat dimasuki oleh molekul dengan diameter lebih kecil dari 10 Å. Sebaliknya,
10
Daya Jerap Benzena
Daya (%) DayaSerap jerap Benzena benzena (%)
Daya jerap benzena menggambarkan secara umum kemampuan arang aktif untuk menjerap gas. Daya jerap benzena tertinggi (49.7%) ditunjukkan oleh arang aktif yang diaktivasi pada suhu 800 °C dengan steam uap air selama 90 menit dan aktivasi HCl 5%. Daya jerap terendah (5.69%) dimiliki arang kayu meranti merah (Gambar 8 dan Lampiran 8). Sementara untuk arang aktif kualitas serbuk, tidak ada syarat kualitas yang ditetapkan oleh SNI (1995).
yang diaktivasi pada suhu 800 °C dengan steam uap air selama 90 menit dan aktivasi HCl 5%. Kadar terendah (15.5 mL/g) ada pada arang kayu meranti merah (Gambar 9). Sama halnya dengan daya jerap iodin, hasil penelitian menunjukkan bahwa hanya arang aktif dengan perlakuan B, C, E, dan F yang telah memenuhi persyaratan SNI (1995), yaitu lebih dari 120 mL/g (Lampiran 8). Hal ini juga menunjukkan bahwa peningkatan waktu aktivasi dan penggunaan bahan kimia pengaktif dapat meningkatkan daya jerap BM. Daya Serap Daya jerapBiru biru Metilena metilena (ml/g) (mL/g)
daya jerap yang rendah disebabkan oleh adanya kotoran yang menyumbat pori-pori arang aktif dan menunjukkan bahwa arang aktif yang dihasilkan kurang baik untuk digunakan secara komersial (Prawirakusumo dan Utomo 1970).
300 250 200 150 100 50 0 Ar
60
AAK
A
B
C
D
E
F
Perlakuan
50
Gambar 9
40 30
Daya jerap biru metilena arang aktif meranti merah.
20 10 0 Ar
AAK
A
B
C
D
E
F
Perlakuan
Gambar 8
Daya jerap benzena arang aktif meranti merah.
Bahan baku yang berbeda memberikan karakteristik distribusi ukuran partikel yang berbeda. Perbedaan distribusi ukuran partikel menyebabkan perbedaan daya jerap arang aktif terhadap gas. Kenaikan waktu aktivasi dapat menyebabkan peningkatan daya jerap karbon aktif terhadap uap benzena (Prawirakusumo dan Utomo 1970). Menurut Pari (1996), nilai daya jerap benzena menunjukkan kemampuan arang aktif untuk menjerap senyawa yang bersifat non-polar. Artinya, pori-pori pada permukaan arang aktif sedikit mengandung senyawa non-karbon sehingga gas atau uap yang dapat dijerap menjadi lebih banyak. Sebaliknya, rendahnya daya jerap benzena diduga disebabkan oleh masih adanya senyawa yang bersifat polar seperti fenol, aldehida, dan asam karboksilat dari hasil karbonisasi yang tidak sempurna pada permukaan arang aktif. Daya Jerap Biru Metilena
Daya jerap arang aktif terhadap larutan BM akan menentukan kualitas arang aktif, selain daya jerap terhadap iodin. Daya jerap BM tertinggi (272 mL/g) dimiliki arang aktif
Besarnya daya jerap BM ada hubungannya dengan pola struktur mikropori yang terbentuk dan mengindikasikan besarnya diameter pori arang aktif tersebut. Menurut Pari (2004), besarnya daya jerap BM menggambarkan banyaknya molekul berukuran 15–25 Å yang terjerap oleh arang aktif. Pencirian Arang Aktif
Berdasarkan hasil pencirian arang aktif dengan parameter daya jerap terhadap iodin dan kesesuaian dengan persyaratan baku mutu arang aktif serbuk berdasarkan SNI (1995), arang aktif terbaik ialah yang diaktivasi pada suhu 800 °C dengan steam uap air selama 90 menit dan tanpa aktivasi HCl 5%. Arang aktif ini diuji lebih lanjut untuk digunakan sebagai pengadsorpsi logam kromium dan mangan dalam limbah. Penentuan Bobot dan Waktu Optimum
Uji pendahuluan untuk menentukan bobot dan waktu optimum dilakukan menggunakan larutan iodin 0.1 N seperti pada penentuan daya jerap iodin. Menurut Pari (2004), daya jerap iodin mengindikasikan banyaknya molekul dengan diameter kurang dari 10 Å yang dapat dijerap oleh arang aktif. Diameter ini sesuai dengan ukuran atom Cr dan Mn. Konsentrasi campuran larutan iodin dan arang aktif terbaik ditentukan berdasarkan
11
1160,00 1140,00 1120,00 1100,00 1080,00 1060,00 1040,00 1020,00 1000,00 980,00 960,00 0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
(%) Bobot Arang Aktif
Gambar 10 Konsentrasi optimum berdasarkan daya jerap iodin.
daripada cara BM karena ukuran molekul iodin (<10 Å) jauh lebih kecil daripada BM (15–25 Å), sehingga lebih banyak molekul iodin dapat terjerap. Gambar 12 menunjukkan bahwa penambahan waktu aktivasi dan penggunaan bahan pengaktif cenderung memperbesar LPS. Pernyataan ini diperkuat oleh Pari (2004) bahwa dengan semakin lamanya proses aktivasi, pori yang terbentuk semakin banyak sehingga LPS meningkat.
2 LPS (m (m2/g) LPS /g)
Q (mg/g)
kapasitas adsorpsi iodin optimum pada rentang waktu 15 menit untuk setiap variasi konsentrasi, yakni 0.31% (b/v) (Gambar 10). Kurva menurun setelah tercapai titik optimum. Penurunan daya jerap ini disebabkan aglomerasi arang aktif membentuk partikel yang lebih besar sehingga memperkecil LPS.
1400 1200 1000 800 600 400 200 0 Ar
Q (mg/g)
Waktu kontak optimum pada proses adsorpsi larutan iodin diperoleh 7.50 menit (Lampiran 9), yang ditentukan berdasarkan kapasitas adsorpsi iodin optimum selama rentang waktu tertentu. Secara umum, Gambar 11 menunjukkan proses adsorpsi yang meningkat pada selang waktu 3–7.5 menit, dan setelah itu, cenderung hampir stabil. 1045,00 1040,00 1035,00 1030,00 1025,00 1020,00 1015,00 1010,00 1005,00 1000,00 0,50
2,50
4,50
6,50
8,50
10,50
12,50
14,50
16,50
Waktu (menit)
Gambar 11
Waktu optimum berdasarkan daya jerap iodin.
Luas Permukaan Spesifik
Penentuan LPS dilakukan dengan 2 metode, adsorpsi BM dan adsorpsi iodin (isoterm BET). Penggunaan kedua metode ini bertujuan membandingkan LPS arang aktif berdasarkan perbedaan ukuran diameter pori yang terbentuk. LPS arang aktif dengan cara adsorpsi BM berkisar dari 57.5 sampai 1008.6 m2/g, sementara cara adsorpsi iodin dari 107.4 sampai 1250.4 m2/g (Lampiran 10). LPS tertinggi (berdasarkan kedua metode) ada pada arang aktif yang diaktivasi pada suhu 800 °C dengan steam uap air selama 90 menit dan aktivasi HCl 5%. Sementara LPS terendah terdapat pada arang kayu meranti merah. Nilai LPS dengan cara adsorpsi iodin lebih besar
AAK
A
B
C
D
E
F
Perlakuan
Gambar 12 LPS arang aktif dengan metode biru metilena (BM) dan iodin . Pencirian Pola Struktur Arang Aktif
Analisis XRD bertujuan mengetahui perubahan struktur kristalit arang aktif sebagai akibat proses aktivasi. Digunakan arang aktif meranti merah (AAMM) terbaik. Sebagai pembanding digunakan arang meranti merah (AMM) dan arang aktif komersial (AAK). Menurut Pari (2004), pembentukan kristalit arang aktif cenderung menimbulkan penataan ulang atom karbon ke arah vertikal dan memperpanjang jarak antaratom karbon. Akibatnya tinggi lapisan aromatik (Lc) bertambah, sedangkan lebarnya (La) menyempit, dan jumlah (N) lapisan kristalit aromatik meningkat. Perubahan tersebut diakibatkan oleh terjadinya pergeseran kristalit, yang semula keteraturannya tinggi (kristalin) menjadi tidak beraturan (amorf). Puncak profil difraksi sinar-X merupakan refleksi berbagai bidang kristalin yang merupakan karakteristik dari suatu bahan. Bentuk difraktogram juga dipengaruhi oleh alat dan bentuk sampel (Sugondo dan Futichah 2007). Proses aktivasi AMM telah meningkatkan X, Lc, dan N, sementara d relatif tetap (Tabel 1 dan Lampiran 11). Gambar 13 menunjukkan adanya penurunan intensitas pada daerah sudut θ 24–25° dan 43° setelah aktivasi, sebagaimana yang dilakukan oleh Pari (2004). Sementara Tabel 1 menunjukkan peningkatan kristalinitas AMM setelah diaktivasi.
12
Tabel 1
X (%) θ1 (deg) d1 (nm) θ2 (deg) d2 (nm) Lc (nm) N La (nm)
Derajat kristalinitas (X), sudut difraksi (θ), jarak antarlapisan (d), tinggi (Lc), lebar (La), serta jumlah (N) lapisan aromatik pada arang meranti merah (AMM), arang aktif meranti merah (AAMM) terbaik, dan arang aktif komersial (AAK) AMM 31.76 24.3 0.3653 7.0293 19.2424 -
AAMM 33.74 24.2 0.3672 43.2 0.2092 29.7266 80.9547 21.7107
AAK 35.21 26.3 0.3385 42.9 0.2104 3.2491 9.5984 9.4392
Arang aktif terbaik diuji daya adsorpsinya pada logam Cr dan Mn dengan variasi konsentrasi, sebagaimana penelitian
17.15 13.30
25.85 19.88
34.00 26.61
45.05 33.26
Tabel 3 Rerata konsentrasi logam Mn yang teradsorpsi AAMM dan AAK
,
Peningkatan derajat kristalinitas ini diduga disebabkan adanya komponen AMM yang keteraturannya meningkat (kristalin) akibat proses aktivasi. Hal ini ditunjukkan dengan meningkatnya intensitas difraksi pada sudut θ 29° dan pada rentang sudut θ 39–49°. Hal ini dapat diakibatkan oleh terjadinya fenomena interkalasi, yaitu proses penyisipan spesies kimia secara reversibel ke dalam antarlapisan dari suatu struktur yang mudah mengembang tanpa merusak strukturnya (Suarya dan Simpen 2009). Spesies kimia tersebut diduga dari jenis logam karena kadar abu yang diperoleh cukup besar. Tabel 1 juga menunjukkan bahwa Lc, La, dan N AAMM lebih besar daripada AAK sehingga celah di antara kristalit lebih lebar dan pori yang terbentuk lebih besar. Uji Daya Adsorpsi
Tabel 2 Rerata konsentrasi logam Cr yang teradsorpsi AAMM dan AAK Konsentrasi Cr (ppm) yang Jenis Teradsorpsi Arang 30.00 45.00 60.00 75.00 AAMM AAK
Sudut difraksi
(derajat) Gambar 13 Difraktogram AMM , AAK dan AAMM terbaik .
sebelumnya oleh Redjeki et al. (2006). Rerata konsentrasi logam Cr dan Mn yang teradsorpsi pada AAMM dan AAK dapat dilihat pada Tabel 2 dan 3.
Jenis Arang
Konsentrasi Mn (ppm) yang Teradsorpsi 2.50 3.75 5.00 6.25
AAMM AAK
2.48 2.01
3.71 3.39
4.95 4.52
6.19 5.96
Tabel 2 dan 3 menunjukkan bahwa daya adsorpsi AAMM relatif lebih tinggi dari pada AAK. Rerata konsentrasi logam Cr dan Mn yang teradsorpsi oleh AAMM 30.51 dan 4.33 mg/L, sementara dengan menggunakan AAK hanya teradsorpsi sebesar 23.26 dan 3.97 mg/L. Berdasarkan hasil analisis ragam (Lampiran 11) pada taraf nyata 5%, jenis arang memberikan hasil yang berbeda nyata karena Fhitung lebih besar daripada Ftabel. Hal ini berarti bahwa AAMM dan AAK mempunyai daya adsorpsi yang berbeda nyata. Perbedaan bahan baku, pengarangan (karbonisasi), dan jenis aktivasi dapat menjadi penyebabnya (Hartoyo 1974). Kualitas arang aktif yang berasal dari tempurung kelapa akan berbeda dengan yang berasal dari kayu karena kandungan masingmasing bahan tidak sama. Arang aktif tempurung kelapa jumlah makroporinya sedikit, sedangkan arang aktif kayu jumlah makroporinya banyak. Karena itu, daya adsorpsi AAMM lebih tinggi dibandingkan dengan AAK yang terbuat dari tempurung kelapa. Kedua logam yang diuji adsorpsi juga memberikan hasil yang berbeda nyata (taraf nyata 5%) (Lampiran 12). Rerata konsentrasi logam Cr yang teradsorpsi (dengan menggunakan AAMM maupun dengan AAK) lebih besar dibandingkan dengan rerata konsentrasi logam Mn. Menurut Redjeki et al. (2006), logam Mn hanya melepaskan 2 elektron sehingga jarak
13
Isoterm Adsorpsi
2,800 2,750 2,700 2,650 2,600 2,550 2,500 2,450 2,400 2,350 2,300 1,000
4,60 4,55 4,50 4,45 y = 0.1044x + 4.1906 R 2 = 0.9385
4,40 4,35 4,30
1,70 1,95 2,20 2,45 2,70 2,95 3,20 3,45 3,70
log c
Gambar 16
Isoterm Freundlich adsorpsi larutan iodin oleh AAMM terbaik.
0,16
y = 0.9943x + 1.2445 R 2 = 0.9993
0,14 0,12
c /(x /m )
log (x /m )
Penentuan isoterm adsorpsi pada penelitian ini menggunakan data adsorpsi AAMM terbaik pada uji daya adsorpsi terhadap logam Cr, karena memberikan daya jerap yang lebih besar daripada terhadap logam Mn. Data konsentrasi kesetimbangan, konsentrasi logam Cr yang terjerap, dan bobot arang aktif yang ditimbang, digunakan dalam pembuatan kurva regresi linear untuk isoterm Freundlich dan Langmuir (Lampiran 13). Linearitas sebesar 99.93% diperoleh untuk isoterm Freundlich (Gambar 14), jauh lebih baik daripada 3.00% untuk isoterm Langmuir (Gambar 15). Hasil ini menunjukkan bahwa adsorpsi logam Cr oleh AAMM terbaik mengikuti tipe isoterm Freundlich, karena linearitasnya >90% (Suryani 2009). Isoterm Freundlich mengindikasikan adsorpsi terjadi secara fisisorpsi banyak lapisan (multilayer).
Pendekatan Freundlich mengasumsikan adsorbat membentuk banyak lapisan dan permukaannya heterogen, artinya afinitas setiap ikatan untuk molekul adsorbat tidak sama. Selain itu, terdapat interaksi lateral antarmolekul adsorbat, dan molekul adsorbat bergerak pada permukaan (terdistribusi). (Koumanova dan Antova 2002). Hasil berbeda diperoleh pada isoterm adsorpsi menggunakan larutan iodin. Linearitas isoterm adsorpsi Freundlich dan Langmuir tidak jauh berbeda, berturut-turut sebesar 93.85 dan 99.56% (Gambar 16 dan 17; Lampiran 14). Karena itu, adsorpsi iodin oleh AAMM terbaik mungkin mengikuti kedua isoterm tersebut, walaupun cenderung ke tipe Langmuir, karena linearitas lebih mendekati 100%. Hal ini menunjukkan bahwa perbedaan jenis adsorbat akan menghasilkan tipe isoterm yang berbeda pula.
log (x/m)
antara inti dan kulit terluar cukup jauh, akibatnya jejari ionnya juga besar. Sementara logam Cr melepaskan 6 elektron sehingga jarak antara inti dan kulit terluar cukup dekat, akibatnya jejari ionnya kecil. Dengan demikian, ion-ion logam Mn, karena ukuran jejari ion yang lebih besar, akan lebih sulit menempel pada permukaan arang aktif dibandingkan dengan ion-ion logam Cr. Hal ini disebabkan ukuran pori-pori arang aktif lebih besar daripada ukuran jejari ion Cr.
0,10 0,08 0,06
y = 3E-05x + 0.003 R 2 = 0.9956
0,04 0,02 1,100
1,200
1,300
1,400
1,500
1,600
0,00 0
log c
1000
2000
3000
4000
5000
6000
c
Gambar 14 Isoterm Freundlich adsorpsi Cr oleh AAMM terbaik. 0,0590 0,0588
c /(x /m )
0,0586 0,0584
y = 1E-05x + 0.0577 R 2 = 0.03
Gambar 17
Isoterm Langmuir adsorpsi larutan iodin oleh AAMM terbaik. Uji Aplikasi
0,0582 0,0580 0,0578 0,0576 0,0574 0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
c
Gambar 15
Isoterm Langmuir adsorpsi Cr oleh AAMM terbaik.
Arang aktif meranti merah terbaik diaplikasikan untuk menjerap logam Cr dan Mn pada limbah laboratorium R&D industri sawit. Konsentrasi logam yang terkandung pada limbah tersebut diukur sebelum dan sesudah adsorpsi. Tabel 4 menunjukkan bahwa konsentrasi logam Cr pada limbah sesudah proses
14
adsorpsi menurun sampai 58.11%, sedangkan logam Mn turun 5.85%. Kandungan logam Cr dan Mn ini masih melewati baku mutu air buangan limbah industri sesuai SK Gubernur Jawa Barat No. 16 Tahun 1999 yang mensyaratkan kandungan logam Cr heksavalen tidak melebihi 0.5 mg/L dan logam Mn bivalen tidak melebihi 5 mg/L. Tabel 4
Rerata kadar Cr dan Mn dalam limbah pada uji aplikasi AAMM terbaik Konsentrasi Logam dalam Limbah (mg/L) Perlakuan Cr Mn
Sebelum adsorpsi Sesudah adsorpsi Selisih
1432.50 600.00 832.50
20.84 19.62 1.22
Uji aplikasi berikutnya ialah simulasi daya adsorpsi AAMM terbaik terhadap limbah campuran Cr dan Mn (Tabel 5). Limbah yang digunakan merupakan campuran dari limbah Cr dan Mn pada pengujian sebelumnya dengan nisbah acak. Tabel 5
Rerata kadar Cr dan Mn dalam simulasi limbah campuran pada uji aplikasi AAMM terbaik
Perlakuan
Sebelum adsorpsi Sesudah adsorpsi Selisih
Konsentrasi Logam dalam Limbah (mg/L) Cr
Mn
180.00 4.00 176.00
0.73 0.62 0.11
Penurunan konsentrasi logam Cr pada limbah campuran setelah proses adsorpsi mencapai 97.77%, sedangkan logam Mn hanya 15.07%. Hasil kedua pengujian di atas membuktikan bahwa AAMM terbaik lebih optimum menjerap logam Cr ketimbang logam Mn. Dalam pengujian selanjutnya, persamaan isoterm Freundlich digunakan untuk menentukan bobot (dosis) AAMM terbaik untuk mengadsorpsi limbah Cr yang telah diketahui konsentrasinya (Lampiran 15). Tabel 6 menunjukkan penurunan konsentrasi logam Cr yang signifikan (99.99%) setelah dilakukan adsorpsi. Hal ini menunjukkan bahwa penentuan bobot (dosis) arang aktif berdasarkan persamaan isotermnya merupakan salah satu cara terbaik untuk memperoleh daya jerap yang optimum.
Konsentrasi akhir logam Cr pada limbah telah memenuhi baku mutu yang ditetapkan pada SK Gubernur Jawa Barat No. 16 Tahun 1999. Hasil pengujian ini menunjukkan bahwa arang aktif meranti merah cukup baik digunakan untuk menurunkan kadar logam Cr dalam limbah industri. Tabel 6 Rerata kadar logam Cr dalam limbah pada uji aplikasi AAMM terbaik berdasarkan persamaan isoterm Freundlich Perlakuan
Konsentrasi Cr dalam Limbah (mg/L)
Sebelum adsorpsi
1432.500
Sesudah adsorpsi
0.013
Selisih
1432.488
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan
Kayu meranti merah dapat digunakan sebagai alternatif bahan baku pembuatan arang aktif. Kualitas dan daya adsorpsi arang aktif yang dihasilkan dari aktivasi pada suhu 800 °C dengan steam uap air selama 90 menit dan tanpa aktivasi HCl 5% telah memenuhi persyaratan arang aktif teknis dalam SNI nomor 06-3730-1995. Peningkatan waktu aktivasi dan penggunaan bahan pengaktif memperbesar luas permukaan spesifik yang berkaitan dengan terbentuknya semakin banyak pori dengan semakin lamanya proses aktivasi. Secara umum, aktivasi arang kayu meranti merah terbaik mengubah pola struktur kristalit menjadi lebih amorf dibandingkan dengan kondisi awalnya. Tipe isoterm arang aktif meranti merah adalah isoterm Freundlich. Arang aktif meranti merah terbaik lebih optimum menjerap logam Cr daripada logam Mn. Dosis yang diperoleh dari persamaan isoterm dapat menurunkan konsentrasi Cr sampai 99.99%. Saran
Tahapan selanjutnya yang perlu dilakukan ialah identifikasi gugus fungsi dan topografi permukaan arang aktif meranti merah serta pengamatan terhadap faktor-faktor lain yang memengaruhi adsorpsi, seperti suhu dan pH. Sebaiknya arang aktif meranti merah ini juga
15
diuji lebih lanjut daya adsorpsinya untuk aplikasi lain, seperti menghilangkan warna, bau, dan rasa tidak enak pada industri makanan dan minuman, atau mengadsorpsi gas polutan.
DAFTAR PUSTAKA Alberty RA, Silbey RJ. 1992. Physical Chemistry. Ed ke-1. New York: J Wiley. [ASTM] American Society for Testing and Materials. 1979. Standard Test Method for Benzene, Chloroform, and Iodine Sorption of Activated Carbon. Philadelphia: ASTM.
Koumanova B, Antova PP. 2002 Adsorption of p-chlorophenol from aqueous solution on bentonite and perlite. J Hazard Mater 90:229-234. Maniatis K, Nurmala H. 1988. Production of Activated Carbon from Coconut Shell Acacia and Mangrove Wood Project ATA251. Bogor: Pusat Penelitian Hasil Hutan. Muthia F. 1998. Pembuatan arang aktif dari sabut kelapa sawit sebagai bahan penjernih air [skripsi]. Bogor: Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Othmer K. 1964. Encyclopedia of Chemical Technology Vol 14. New York: J Wiley.
Atkins PW. 1999. Kimia Fisika Jilid II. Kartohadiprodjo II, penerjemah; Rohadyan T, editor. Jakarta: Erlangga. Terjemahan dari: Physical Chemistry.
Pari G. 1996. Pembuatan arang aktif dari serbuk gergajian sengon dengan cara kimia. Bul Lit Hasil Hutan 14:308-320.
[Dephut] Departemen Kehutanan. 2008. Ekspor dan Impor Komoditi Kehutanan. Jakarta: Pusat Rencana dan Statistik Kehutanan, Dephut.
Pari G. 2004. Kajian struktur arang aktif dari serbuk gergaji kayu sebagai adsorben emisi formaldehida kayu lapis [disertasi]. Bogor: Program Pascasarjana, Institut Pertanian Bogor.
Djatmiko et al. 1985. Pengolahan Arang dan Kegunaannya. Bogor: Agroindustri Pr-IPB. Hartoyo. 1974. Arang Aktif: Pembuatan dan Kegunaan. Jakarta: Dephut. Hartoyo, Pari G. 1993. Peningkatan rendemen dan daya serap arang aktif dengan cara kimia dosis rendah dan gasifikasi. J Lit Hasil Hutan 11:205-208. Hasanah U. 2006. Proses produksi konsentrat karotenoid dan minyak sawit kasar dengan metode kromatografi kolom adsorpsi [tesis]. Bogor: Program Pascasarjana, Institut Pertanian Bogor. Heyne K. 1987. Tumbuhan Berguna Indonesia III. Jakarta: Badan Penelitian dan Pengembangan Kehutanan. Terjemahan dari: Nuttige Planten van Nederlandsch-Indie. [JIS] Japan Industrial Standard. 1967. JIS K 1474: Testing Method for Powdered Activated Carbon. Tokyo: Japanese Standard Association. Jason PP. 2004. Activated carbon and some aplication for the remediation of soil and groundwater pollution. http://www.cee.vt. edu/program_areas [16 Jun 2011].
PDII LIPI. 1998. Arang Aktif dari Tempurung Kelapa. Jakarta: PDII LIPI. Prawirakusumo S, Utomo T. 1970. Pembuatan Karbon Aktif Hasil Penelitian Lembaga Kimia Nasional. Bandung: Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia. Redjeki S, Taufiq A, Nurdiani. 2006. Uji daya adsorpsi arang aktif kayu meranti merah (Shorea sp.) terhadap logam mangan dan kromium. Warta AKAB No. 17. Bogor: Akademi Kimia Analisis. Sastrodimedjo RS, Simarmata SR. 1978. Limbah Eksploitasi pada Beberapa Perusahaan Hutan di Indonesia. Laporan Penelitian Hasil Hutan. No. 120. Sekar H, Triono LB. 2005. Clay treating untuk adsorpsi warna wax [skripsi]. Surabaya: Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Teknologi Sepuluh November. [SNI] Standar Nasional Indonesia. 1995. SNI 06-3730-1995: Arang Aktif Teknis. Jakarta: Dewan Standardisasi Nasional. Suarya P, Simpen IN. 2009. Interkalasi benzalkonium klorida ke dalam
16
montmorillonit teraktivasi asam dan pemanfaatannya untuk meningkatkan kualitas minyak daun cengkeh. J Kim 3:41-46. Sudrajat R. 1985. Pengaruh beberapa faktor pengolahan terhadap sifat arang aktif. J Lit Hasil Hutan 2:1-4. Sugondo, Futichah. 2007. Pengaruh deformasi pada karakteristik kristalit dan kekuatan luluh zircaloy-4. J Tek Bhn Nukl 3:1-48. Suryani AM. 2009. Pemanfaatan tongkol jagung untuk pembuatan arang aktif sebagai adsorben pemurnian minyak goreng bekas [skripsi]. Bogor: Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor. Syarief N. 1997. Pembuatan dan Uji Kualitas Arang Aktif sebagai Adsorben Emisi Gas Formaldehida Kayu Lapis. Bogor: Puslitbang Hasil Hutan. Widihati IAG, Ratnayani O, Angelina Y. 2010. Karakterisasi keasaman dan luas permukaan tempurung kelapa hijau (Cocos nucifera) dan pemanfaatannya sebagai biosorben ion Cd2+. J Kim 4:7-14.
2
LAMPIRAN
18
Lampiran 1 Data ekspor arang aktif tahun 2003–2007 Volume Ekspor Arang Aktif
volume (juta kg)
250
210 171
200 150
110
155
124
100 50 0 2003
2004
2005
2006
2007
tahun
(Sumber: Departemen Kehutanan 2008)
Lampiran 2 Baku mutu arang aktif teknis menurut SNI 06-3730-95
Uraian
Syarat Kualitas Butiran
Serbuk
Kadar zat terbang (%)
maks 15
maks 25
Kadar air (%)
maks 4.4
maks 15
Kadar abu (%)
maks 2.5
maks 10
tidak nyata
tidak nyata
Daya jerap terhadap iodin (mg/g)
min 750
min 750
Karbon aktif murni (%)
min 80
min 65
Daya jerap terhadap benzena (%)
min 25
-
Daya jerap terhadap biru metilena (mL/g)
min 60
min 120
0.45 – 0.55
0.3 – 0.35
-
min 90
Jarak mesh (%)
90
-
Kekerasan (%)
80
-
Bagian tak mengarang
Bobot jenis curah (g/mL) Lolos ukuran mesh 325 (%)
Sumber: SNI (1995)
19
Lampiran 3 Penggunaan arang aktif dalam industri Maksud/Tujuan
Pemakaian
Untuk Gas 1. Pemurnian gas 2. Pengolahan LNG 3. Katalisis penjerapan 4. Lain-lain Untuk Zat Cair 1. Industri obat dan makanan 2. Minuman ringan dan minuman keras 3. Kimia perminyakan 4. Pembersih air 5. Pembersih air buangan 6. Penambakan udang dan benur 7. Pelarut yang digunakan kembali Lain-Lain 1. Pengolahan pulp 2. Pengolahan pupuk 3. Pengolahan emas 4. Penyaringan minyak makan dan glukosa Sumber: PDII LIPI (1998)
Desulfurisasi, menghilangkan gas beracun, bau busuk, dan asap Desulfurisasi dan penyaringan berbagai bahan mentah dan reaksi gas Katalisis penjerapan dan pengangkut vinil klorida dan vinil asetat Menghilangkan bau pada kamar pendingin
Menyaring dan menghilangkan warna, bau, dan rasa yang tidak enak pada makanan Menghilangkan warna dan bau Penyulingan bahan mentah, zat perantara Menyaring/menghilangkan bau, warna, zat pencemar dalam air, sebagai alat pelindung Mengatur dan membersihkan air buangan dari pencemar, warna bau, dan logam berat Pemurnian, penghilangan bau dan warna Penarikan kembali berbagai pelarut, sisa metanol, etil asetat, dan lain-lain
Pemurnian, penghilangan bau Pemurnian Pemurnian Menghilangkan warna, bau, dan rasa yang tidak enak
20
Lampiran 4 Diagram alir penelitian Kayu Meranti Merah Pembuatan Arang Pembuatan Arang Aktif
HCl 5%
Tanpa HCl 5%
Steam 0’, 60’, 90’
Steam 0’, 60’, 90’
Pengujian Kualitas Arang Aktif Daya Adsorpsi Optimum
Baku Mutu SNI 06-3730-1995
Arang Aktif Terbaik
Pencirian Lanjutan: Luas Permukaan Spesifik, Pola Struktur Kristalit, Uji Daya
Adsorpsi, dan Isoterm Adsorpsi
Uji Aplikasi Arang Aktif terhadap Limbah Kromium dan Mangan
21
Lampiran 5 Tungku pengarangan dan aktivasi
Tungku aktivasi
Tungku pengarangan tenaga listrik
Lampiran 6 Rendemen arang kayu meranti merah Ulangan
Bobot kayu (g)
Bobot arang (g)
Rendemen (%)
1 2
2567 2580
870 838 Rerata
33.892 32.481 33.186
Contoh perhitungan: Rendemen (%) = =
bobot arang (g) × 100% bobot kayu (g) 870 g × 100% = 33.892% = 33.9% 2567 g
22
Lampiran 7 Tanur untuk membuat arang aktif yang terbuat dari baja nirkarat yang dilengkapi dengan termokopel
Kondensor
Keran
Udara
(Sumber: Pari 2004)
23
Lampiran 8 Rekapitulasi dan perhitungan data kualitas arang aktif meranti merah
Perlakuan
Ar AKK A B C D E F
Rendemen (%)
n
1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2
71.828 71.509 40.310 40.171 24.468 24.412 70.781 70.572 50.477 50.712 34.857 34.963
Kadar air (%)
Kadar zat terbang (%)
Kadar abu (%)
Kadar C terikat (%)
Daya jerap iodin (mg/g)
Daya jerap benzena (%)
Daya jerap biru metilena (mL/g)
3.397 3.072 7.493 8.036 8.700 8.800 7.285 7.293 9.091 8.991 7.599 7.562 9.700 8.973 6.494 5.894
32.885 33.436 14.363 14.024 5.696 5.811 7.750 7.435 10.879 10.099 5.811 5.274 6.423 7.448 7.479 8.280
2.999 2.863 4.104 4.315 3.395 3.509 7.320 7.004 10.000 10.318 3.838 3.660 4.762 4.929 5.876 6.688
64.116 63.701 81.533 81.661 90.909 90.680 84.930 85.560 79.121 79.583 90.351 91.066 88.815 87.623 86.645 85.032
103.803 97.991 230.704 228.887 412.475 409.406 874.360 871.181 1178.984 1171.059 406.144 388.848 867.724 861.288 956.826 951.126
5.748 5.635 11.420 9.684 11.389 10.967 24.028 24.163 49.179 50.318 10.685 10.437 17.647 18.563 22.837 19.721
15.686 15.347 20.297 20.093 24.000 26.733 163.636 180.000 285.000 259.091 26.000 21.000 132.353 138.000 173.000 178.431
Perlakuan: Ar = Arang kayu meranti merah (tanpa aktivasi) AAK= Arang aktif komersial A = Dengan HCl 5%, steam uap air 0 menit B = Dengan HCl 5%, steam uap air 60 menit C = Dengan HCl 5%, steam uap air 90 menit D = Tanpa HCl 5%, steam uap air 0 menit E = Tanpa HCl 5%, steam uap air 60 menit F = Tanpa HCl 5%, steam uap air 90 menit
Nilai rerata dari dua ulangan Perlakuan
Rendemen (%)
Kadar air (%)
Kadar zat terbang (%)
Kadar abu (%)
Kadar C terikat (%)
Daya jerap iodin (mg/g)
Daya jerap benzena (%)
Daya jerap biru metilena (mL/g)
Ar
-
3.24
33.16
2.93
63.91
100.90
5.69
15.52
AAK
-
7.76
14.19
4.21
81.60
229.80
10.55
20.20
A
71.67
8.75
5.75
3.45
90.80
410.94
11.18
25.37
B
40.24
7.29
7.59
7.16
85.24
872.77
24.10
171.82
C
24.44
9.04
10.49
10.16
79.35
1175.02
49.75
272.05
D
70.68
7.58
5.54
3.75
90.71
397.50
10.56
23.50
E
50.60
9.34
6.94
4.85
88.22
864.51
18.10
135.18
F
34.91
6.19
7.88
6.28
85.84
953.98
21.28
175.72
24
Rendemen Rendemen =
b(1 − c )
a = bobot contoh awal b = bobot arang aktif
× 100%
a (1 − d )
Perlakuan A B C D E F
c = kadar air arang aktif d = kadar air arang
n
a (g)
b (g)
c (g)
d (g)
Rendemen (%)
1
100
76
3.397
8.700
71.828
2
100
76
3.072
8.800
71.509
1
100
42
3.397
7.285
40.310
2
100
42
3.072
7.293
40.171
1
100
26
3.397
9.091
24.468
2
100
26
3.072
8.991
24.412
1
100
74
3.397
7.599
70.781
2
100
74
3.072
7.562
70.572
1
100
54
3.397
9.700
50.477
2
100
54
3.072
8.973
50.712
1
100
36
3.397
6.464
34.857
2
100
36
3.072
5.864
34.963
Kadar Air Kadar air =
(a − b ) × 100% a
Perlakuan Ar AAK A B C D E F
a = bobot contoh awal b = bobot contoh akhir
n
a (g)
b (g)
Kadar air (%)
1
1.001
0.967
3.397
2
1.009
0.978
3.072
1
1.001
0.926
7.493
2
1.008
0.927
8.036
1
1.000
0.913
8.700
2
1.000
0.912
8.800
1
1.002
0,929
7.285
2
1.001
0.928
7.293
1
1.001
0.910
9.091
2
1.001
0.911
8.991
1
0.987
0.912
7.599
2
1.005
0.929
7.562
1
1.000
0.903
9.700
2
1.003
0.913
8.973
1
1.001
0.936
6.494
2
1.001
0.942
5.894
25
Kadar Zat Terbang, Abu, dan Karbon Terikat Kadar zat terbang = Kadar abu =
(a − b ) × 100%
a bobot abu
Kadar karbon terikat = 100% - (Kadar zat terbang + Kadar abu)
× 100%
a
Perlakuan
Ar AAK A B C D E F
a = bobot contoh awal b = bobot contoh akhir
n
a (g)
b (g)
Bobot abu (g)
Kadar zat terbang (%)
Kadar abu (%)
Kadar karbon terikat (%)
1
0.967
0.649
0.029
32.885
2.999
64.116
2
0.978
0.651
0.028
33.436
2.863
63.701
1
0.926
0.793
0.038
14.363
4.104
81.533
2
0.927
0.797
0.040
14.024
4.315
81.661
1
0.913
0.861
0.031
5.696
3.395
90.909
2
0.912
0.859
0.032
5.811
3.509
90.680
1
0.929
0.857
0.068
7.750
7.320
84.930
2
0.928
0.859
0.065
7.435
7.004
85.560
1
0.910
0.811
0.091
10.879
10.000
79.121
2
0.911
0.819
0.094
10.099
10.318
79.583
1
0.912
0.859
0.035
5.811
3.838
90.351
2
0.929
0.880
0.034
5.274
3.660
91.066
1
0.903
0.845
0.043
6.423
4.762
88.815
2
0.913
0.845
0.045
7.448
4.929
87.623
1
0.936
0.866
0.055
7.479
5.876
86.645
2
0.942
0.864
0.063
8.280
6.688
85.032
26
Daya Jerap Iodin dan Benzena
(B × C ) × 12.693 × 2.5 10 − D Q = i
S
Daya jerap benzena =
Perlakuan Ar AAK A B C D E F
(h − m ) × 100% m
Qi B C D S
= daya jerap iodin (mg/g) = volume larutan Na-tiosulfat (mL) = normalitas Na2S2O3 (N) = normalitas iodin (N) = bobot contoh (g)
m = bobot arang aktif sebelum mengadsorpsi h = bobot arang aktif sesudah mengadsorpsi
n
S (g)
D (N)
C (N)
B (mL)
Qi (mg/g)
m (g)
h (g)
Daya jerap benzena (%)
1
0.254
0.1020
0.1075
8.700
103.803
1.009
1.067
5.748
2
0.252
0.1020
0.1075
8.750
97.991
1.047
1.106
5.635
1
0.252
0.1020
0.1075
7.750
230.704
1.007
1.122
11.420
2
0.254
0.1020
0.1075
7.750
228.887
1.012
1.110
9.684
1
0.255
0.1016
0.1037
6.550
412.475
1.001
1.115
11.389
2
0.249
0.1016
0.1037
6.650
409.406
1.003
1.113
10.967
1
0.252
0.1020
0.1075
2.900
874.360
1.003
1.244
24.028
2
0.251
0.1020
0.1075
2.950
871.181
0.956
1.187
24.163
1
0.211
0.1020
0.1075
2.050
1178.984
1.035
1.544
49.179
2
0.211
0.1020
0.1075
2.100
1171.059
0.944
1.419
50.318
1
0.251
0.1016
0.1037
6.650
406.144
0.992
1.098
10.685
2
0.258
0.1016
0.1037
6.700
388.848
1.006
1.111
10.437
1
0.252
0.1020
0.1075
2.950
867.724
1.003
1.180
17.647
2
0.250
0.1020
0.1075
3.050
861.288
1.002
1.188
18.563
1
0.253
0.1020
0.1075
2.250
956.826
0.994
1.221
22.837
2
0.251
0.1020
0.1075
2.350
951.126
1.004
1.202
19.721
27
Daya Jerap Biru Metilena
Perlakuan
Ar AAK A B C D E F
n
W (g)
V (mL)
Xm (mL/g)
1
0.102
1.60
15.686
2
0.101
1.55
15.347
1
0.101
2.05
20.297
2
0.107
2.15
20.093
1
0.100
2.40
24.000
2
0.101
2.70
26.733
1
0.011
1.80
163.636
2
0.010
1.80
180.000
1
0.010
2.85
285.000
2
0.011
2.85
259.091
1
0.100
2.60
26.000
2
0.100
2.10
21.000
1
0.051
6.75
132.353
2
0.050
6.90
138.000
1
0.050
8.65
173.000
2
0.051
9.10
178.431
X
m
1
=V ×
W
Xm = daya jerap biru metilena (BM) (mL/g) V = volume larutan BM hasil penitaran (mL) W = bobot contoh (g)
Lampiran 9 Bobot dan waktu optimum Bobot optimum %(b/v) AA
a (g)
Vi (mL)
Ni1
C1 (ppm)
Vt (mL)
Nt
Ni2
C2 (ppm)
Qi (mg/g)
E (%)
0.156 0.312 0.625 1.250 2.500
0.039 0.078 0.156 0.312 0.625
25 25 25 25 25
0.1028 0.1028 0.1028 0.1028 0.1028
13045.32 13045.32 13045.32 13045.32 13045.32
8.30 6.90 4.95 1.40 0.10
0.1075 0.1075 0.1075 0.1075 0.1075
0.0892 0.0742 0.0532 0.0151 0.0011
44.61 37.09 26.61 7.53 0.54
1074.45 1132.82 979.63 868.17 502.41
99.658 99.716 99.796 99.942 99.996
Vi (mL)
Ni1
C1 (ppm)
Vt (mL)
Nt
Ni2
C2 (ppm)
Qi (mg/g)
E (%)
0.1028 0.1028 0.1028 0.1028 0.1028
13045.32 13045.32 13045.32 13045.32 13045.32
7.20 7.15 7.15 7.15 7.25
0.1075 0.1075 0.1075 0.1075 0.1075
0.0774 0.0769 0.0769 0.0769 0.0779
9822.06 9753.85 9753.85 9753.85 9890.27
1005.19 1039.80 1026.47 1039.80 996.70
24.708 25.231 25.231 25.231 24.185
Waktu optimum Waktu (menit)
a (g)
3.75 0.078 25 7.50 0.077 25 15.00 0.078 25 30.00 0.077 25 45.00 0.077 25 Keterangan: a = bobot arang aktif Vi = volume iodin Vt = volume Na2S2O3
Ni = normalitas iodin Nt = normalitas Na2S2O3 C = konsentrasi iodin
Qi = daya jerap iodin E = efisiensi adsorpsi
28
Lampiran 10 Luas permukaan spesifik (LPS) Penentuan LPS metode biru metilena (BM) dan iodin (I2) LPS (m2/g)
Perlakuan
Q (mg/g)
Xm (mL/g)
Ar
100.897
AAK A B C D
397.496
23.500
423.011
87.130
E
864.506
135.177
919.997
501.187
F
953.976
175.716
1015.210
651.492
I2
BM
15.517
107.373
57.530
22.796
20.195
244.546
74.877
410.941
25.367
437.319
94.050
872.771
171.818
928.793
637.042
1175.002
272.046
1250.423
1008.649
Contoh perhitungan LPS metode BM pada perlakuan A: X m × N × A × ρ BM 2 LPS (m /g) = M BM
= 25.367 ml/g x (6.023 x 1023/mol) x (1.969 x 10-21 m2) x 1 g/ml 319.86 g/mol = 94.050 m2/g
Contoh perhitungan LPS metode iodin pada perlakuan F (AA terbaik): Isoterm BET metode JIS K 1474 (daya jerap iodin) n
Nt
Vt (mL)
Vi (mL)
1 0.1037 0.85 6.00 2 0.1037 0.80 6.00 1 0.1037 1.00 6.00 2 0.1037 1.05 6.00 1 0.1037 1.20 6.00 2 0.1037 1.20 6.00 1 0.1075 1.00 4.00 2 0.1075 1.10 4.00 1 0.1075 1.75 4.00 2 0.1075 1.70 4.00 1 0.1075 1.85 4.00 2 0.1075 1.90 4.00 1 0.1075 2.45 4.00 2 0.1075 2.45 4.00 Keterangan: C = konsentrasi I2 awal Cs = konsentrasi I2 akhir x = C/Cs y = C/Q(Cs-C) Q = (C-Cs)/a
Ni1
C (ppm)
a (g)
Vt (mL)
Ni2
Cs (ppm)
0.0147 0.0138 0.0173 0.0181 0.0207 0.0207 0.0269 0.0296 0.0470 0.0457 0.0497 0.0511 0.0658 0.0658
1864.27 1754.60 2193.26 2302.92 2631.91 2631.91 3410.44 3751.48 5968.27 5797.74 6309.31 6479.83 8355.57 8355.57
0.077 0.078 0.079 0.078 0.077 0.077 0.077 0.078 0.078 0.077 0.079 0.077 0.078 0.079
0.05 0.05 0.10 0.10 0.25 0.25 0.80 0.80 2.15 2.30 2.70 2.73 3.93 3.90
0.0005 0.0005 0.0010 0.0010 0.0026 0.0026 0.0086 0.0086 0.0231 0.0247 0.0290 0.0293 0.0422 0.0419
65.80 65.80 131.60 131.60 328.99 328.99 1091.34 1091.34 2932.98 3137.60 3683.27 3724.20 5361.21 5320.28
Isoterm BET x 0.035 0.038 0.060 0.057 0.125 0.125 0.320 0.291 0.491 0.541 0.584 0.575 0.642 0.637
y 1.57E-06 1.8E-06 2.45E-06 2.18E-06 4.78E-06 4.78E-06 1.56E-05 1.2E-05 2.48E-05 3.41E-05 4.22E-05 3.78E-05 4.66E-05 4.56E-05
29
Kurva Isoterm BET
Rerata Isoterm BET y 0.000002 0.000002 0.000005 0.000014 0.000029 0.000040 0.000046
(Cs /C )/Q e(1-(C s/C ))
x 0.036 0.059 0.125 0.305 0.516 0.579 0.639
0,00005 0,000045 0,00004 0,000035 0,00003 0,000025 0,00002 0,000015 0,00001 0,000005 0 0,04
0,06
0,13
0,31
0,52
0,58
0,64
C s/C
Rerata Isoterm BET Linear (0,05 < x< 0,35) x y 0.059 0.000002 0.125 0.000005 0.305 0.000014
Kurva BET Linear (Cs /C )/Qe (1-(Cs /C ))
0,0006 y = 0.0019x - 3E-05
0,0005
2
R = 0.9968
0,0004 0,0003 0,0002 0,0001 0 0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
Cs /C
Perhitungan LPS (m2/g) metode JIS K 1474 Pers. BET:
Cs/C 1 + F-1 . Cs = FQm Qe(1-(Cs/C) FQm C y = intersep + kemiringan . x
Pers. Linear BET:
y
= -0.00003 + 0.0019x
1/(FQm) = intersep
FQm = 1/intersep = - 33333.3333
(F-1)/(FQm) = kemiringan
F = (FQm . kemiringan) + 1 = - 62.3333
Qm = FQm/F = -33333.3333/-62.3333 = 534.7596 mg/g = 0.5347596 g/g Rumus luas permukaan spesifik (m2/g): LPS = (Qm/BE) × N × Aiodin
(
= (0.5347596 126.904 ) × 6.023 × 10
23
) × (0.4 × 10 -18 ) m /g 2
= 1015.210 m2/g Perhitungan LPS arang aktif E: LPS E =
daya jerap iodin E daya jerap iodin F
= 919.997 m2/g
× LPS F =
864.506 953.976
× 1015.210 m2/g
0,3
0,35
30
Lampiran 11 Analisis difraksi sinar-X (XRD)
X (%) θ1 (deg) d1 (nm) β1 (rad) θ2 (deg) d2 (nm) β2 (rad) Lc (nm) N La (nm)
Arang Meranti Merah 31.76 24.3 0.3653 0.0202 7.0293 19.2424 -
Arang Aktif Meranti Merah 33.74 24.2 0.3672 0.0047 43.2 0.2092 0.0063 29.7266 80.9547 21.7107
Arang Aktif Komersial 35.21 26.3 0.3385 0.0433 42.9 0.2104 0.0147 3.2491 9.5984 9.4392
Rumus perhitungan (Pari 2004): Derajat kristalinitas, X(%) =
bagian kristalin
× 100% bagian kristalin + bagian amorf Jarak antarlapisan aromatik, d002 (nm): λ = 2 d cos θ Tinggi lapisan aromatik, Lc (nm) pada θ 24–25°: Lc(002) = K λ / β cos θ Lebar lapisan aromatik, La (nm) pada θ 43°: La(100) = K λ / β cos θ Jumlah lapisan aromatik, N: N = Lc / d Keterangan: λ = 0.15406 nm (panjang gelombang radiasi sinar Cu) β = Intensitas setengah tinggi dan lebar intensitas difraksi (radian) K = Tetapan untuk lembaran grafena (0.89) θ = Sudut difraksi (degree), profil arang aktif berada pada θ 24–25° dan 43°
Lampiran 12 Analisis ragam untuk uji daya adsorpsi terhadap logam Cr dan Mn Sumber Keragaman
db
Konsentrasi (Blok) Arang (A) Galat (A) Logam (B) A*B Galat (B) Total
3 1 3 1 1 6 15
JK
KT
Fhit
Ftabel 0.05
0.01
422.892 140.964 52.765* 9.277* 29.457** 57.950 57.950 21.692* 10.128* 34.116 8.015 2.672 2067.748 2067.748 9.355* 5.987* 13.745 47.438 47.438 0.215 5.987 13.745 1326.144 221.024 3507.295
Keterangan: * = Berbeda nyata pada taraf kepercayaan 5% **= Berbeda nyata pada taraf kepercayaan 1%
31
Lampiran 13 Isoterm Freundlich dan Langmuir untuk adsorpsi logam Cr dan larutan iodin oleh AAMM terbaik Adsorpsi logam Cr C1 (ppm)
a (g)
1
30.0
0.077
2
30.0
1
n
Isoterm Langmuir
C2 (ppm)
Isoterm Freundlich
c
x
x/m
c/(x/m)
log c
log x/m
12.6
12.6
17.4
225.97
0.0558
1.100
2.354
0.077
13.1
13.1
16.9
219.48
0.0597
1.117
2.341
45.0
0.077
19.9
19.9
25.1
325.97
0.0610
1.299
2.513
2
45.0
0.079
18.4
18.4
26.6
336.71
0.0546
1.265
2.527
1
60.0
0.077
26.2
26.2
33.8
438.96
0.0597
1.418
2.642
2
60.0
0.077
25.8
25.8
34.2
444.16
0.0581
1.412
2.648
1
75.0
0.077
31.0
31.0
44.0
571.43
0.0543
1.491
2.757
2
75.0
0.078
32.9
32.9
42.1
539.74
0.0610
1.517
2.732
Adsorpsi larutan iodin Isoterm Langmuir n
C1 (ppm)
a (g)
C2 (ppm) c
x
x/m
c/(x/m)
Isoterm Freundlich log log c x/m
1 1864.27 0.077 65.798 65.798 1798.469 23356.74 0.0028 1.818 4.368 2 1754.60 0.078 65.798 65.798 1688.806 21651.36 0.0030 1.818 4.335 1 2193.26 0.079 131.595 131.595 2061.660 26096.96 0.0050 2.119 4.417 0.078 2 2302.92 131.595 131.595 2171.322 27837.47 0.0047 2.119 4.445 1 2631.91 0.077 328.988 328.988 2302.918 29908.02 0.0110 2.517 4.476 2 2631.91 0.077 328.988 328.988 2302.918 29908.02 0.0110 2.517 4.476 1 3410.44 0.077 1091.340 1091.340 2319.098 30118.15 0.0362 3.038 4.479 2 3751.481 0.078 1091.340 1091.340 2660.141 34104.38 0.0320 3.038 4.533 1 5968.266 0.078 2932.976 2932.976 3035.289 38913.97 0.0754 3.467 4.590 2 5797.744 0.077 3137.603 3137.603 2660.141 34547.29 0.0908 3.497 4.538 1 6309.309 0.079 3683.273 3683.273 2626.037 33240.97 0.1108 3.566 4.522 2 6479.831 0.077 3724.198 3724.198 2755.634 35787.45 0.1041 3.571 4.554 1 8355.572 0.078 5361.208 5361.208 2994.364 38389.28 0.1397 3.729 4.584 2 8355.572 0.079 5320.283 5320.283 3035.289 38421.38 0.1385 3.726 4.585 Keterangan: F Data yang digunakan untuk mencari isoterm Freundlich dan Langmuir adalah rerata dari setiap ulangan (n) F Konsentrasi akhir C2 digunakan sebagai variabel c pada rumus isoterm Freundlich dan Langmuir F Bobot adsorben digunakan sebagai variabel m pada rumus isoterm Freundlich dan Langmuir F Nilai x merupakan selisih antara konsentrasi sebelum adsorpsi (C1) dan setelah adsorpsi (C2), x = C1 - C2 F Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh pada adsorpsi Cr: y = 0.9943x + 1.2445 dengan R2 = 99.93% F Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh pada adsorpsi Cr: y = 1.10-5x + 0.0577 dengan R2 = 3.00% F Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh pada adsorpsi iodin: y = 0.1044x + 4.1906 dengan R2 = 93.85% F Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh pada adsorpsi iodin: y = 3.10-5x + 0.03 dengan R2 = 99.56%
32
Lampiran 14 Penentuan bobot (dosis) arang aktif meranti merah terbaik untuk uji aplikasi terhadap limbah kromium (Cr) Persamaan isoterm Freundlich: log x/m = log k + 1/n log c Persamaan isoterm Freundlich terhadap logam Cr: y = 1.2445 + 0.9943x Diketahui:
C1 = 1435 ppm C2 = c = 0.30 ppm (konsentrasi yang diharapkan) x = C1 - C2 = 1435 – 0.30 = 1434.7 ppm
maka,
log x/m = log k + 1/n log c log ((1434.7)/m) = 1.2445 + (0.9943). log (0.30) log ((1434.7)/m) = log 17.559 + log (0.30) 0.9943 1434.7/m = 17.559 × 0.302 m = 1434.7/5.304 = 270.494 g