PENJERAPAN FENOL DENGAN TANDAN KOSONG SAWIT (TKS) SEBAGAI ADSORBEN

Prosiding Seminar Nasional

ISSN : 1410-5667

FUNDAMENTAL DAN APLIKASI TEKNIK KIMIA 2002 Surabaya, 31 Oktober – 1 November 2002

PENJERAPAN FENOL DENGAN TANDAN KOSONG SAWIT (TKS) SEBAGAI ADSORBEN Ahmad Fadli, Komalasari, Roza Linda dan Maria Erna Laboratorium Korosi dan Material Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Riau Kampus Binawidya Jl. Raya Bangkinang km. 12,5 Pekanbaru 28293 Telp./Fax. (0761) 566937 Email : [email protected], [email protected] Abstrak Senyawa fenol banyak terdapat pada air limbah industri, rumah tangga, rumah sakit dan industri kayu lapis yang berbahaya bagi kelestarian lingkungan. Salah satu cara mengurangi pencemaran fenol di perairan adalah dengan menjerap menggunakan tanda kosong sawit (TKS) sebagai adsorben. Mula-mula TKS dicuci, dibersihkan, dikeringkan, dipotong, dihaluskan dan diayak dengan ukuran 60, 85, 120 mesh. Kemudian TKS diaktifkan dengan larutan NaOH 1,5 M, HNO3 2 M dan Etanol 10% kemudian dikeringkan. Variabel yang diteliti adalah pH, konsentrasi fenol, dan ukuran partikel adsorben. Analisa daya serap terhadap senyawa fenol diukur menggunakan spektronik UV pada panjang gelombang 210 nm. Dari hasil pengolahan data didapatkan effisiensi optimum penjerapan relatif adalah 93,6% dengan pH fenol 10, ukuran partikel 120 mesh dan konsentrasi larutan fenol 60 ppm. Kata kunci : Adsorben, Tandan Kosong Sawit (TKS) dan Fenol. Abstract Phenol compound can be found in waste water household, hospital, and layer wood of industry, it very dangerous for environment conservation. The one way to decrease the wasted by phenol with used palm brons hosk (PBH) as an adsorbent to adsorb the waste in waters. First, wasted the PBH cleaned, dried, cut, refined and screened with used screen size 60, 85 and 120 mesh. And than activated PBH with NaOH 1,5 M, HNO3 2 M and ethanol 10 %, after that we dried it. The research variable are pH, phenol concentrated, and adsorbent particle sizing. Analysis about the ability of adsorb to phenol compound can be sized with used UV spectronic with λ = 210 nm. From the result can concluded optimum efficiency of relatively adsorbtion is 93,6 %, pH of phenol is 10, particle size is 120 mesh and phenol concentrated is 60 ppm. Key words : Adsorbent, Palm Brons Hosk (PBH) and Phenol.

PL.11 - 1

Pendahuluan Perkebun kelapa sawit di daerah Riau mempunyai luas 572.061 ha, ini merupakan 22 % dari seluruh areal kelapa sawit di Indonesia yang mencapai 2.633.899 ha (Dinas Perkebunan Riau, 1999). Sejalan dengan meningkatnya luas perkebunan kelapa sawit ini, maka limbah padat industri pengolahan minyak kelapa sawit semakin meningkat. Limbah padat industri minyak sawit tersebut dapat berupa tandan kosong sawit (TKS), sabut kelapa sawit, dan cangkang. Apabila dari 1 Ha kebun kelapa sawit menghasilkan 20 ton tandan buah segar (TBS) dan sekitar 25 % nya merupakan limbah padat tandan kosong sawit maka akan tersedia lebih kurang 10 juta ton tandan kosong sawit yang belum dimanfaatkan secara optimal. Selama ini pemanfaatan TKS dilakukan dengan jalan membakarnya dalam incenerator sebagai sumber energi dan abunya dimanfaatkan sebagai pupuk kalium. Selain itu TKS dibuang langsung di areal pertanaman dan atau digunakan sebagai pengeras jalan di daerah perkebunan. Teknik tersebut menimbulkan dampak lain yang merugikan. Pembakaran TKS dalam usaha memperkecil volume limbah dan pemanfaatan abu sebagai pengganti pupuk kalium ternyata tidak efektif dan bahkan menimbulkan pencemaran udara yang berasal dari pembakaran. Dipihak lain pembakaran TKS secara langsung di areal pertanaman sebagai bahan organik ternyata dapat menimbulkan ledakan populasi hama kumbang yang mematikan tanaman kelapa sawit, khususnya di areal yang tanahnya bertekstur pasir. Oleh karena itu diperlukan alternatif lain dalam pemanfaatan TKS sehingga diperoleh nilai tambah yang ekonomis. Salah satu alternatif yang dapat dilakukan adalah dengan cara mengolah TKS menjadi adsorben. TKS merupakan salah satu limbah padat industri minyak sawit diketahui mengandung komponen lignoselulosa dengan kandungan selulosa yang tinggi dan mengandung lignin yang cukup rendah masing-masing sebesar 70 % dan 17,2 %, selain itu juga mengandung silika, karbohidrat, dan gugus fungsi yang merupakan bagian penting untuk pertukaran ion, pengkomplekan, dan pembentukan kelat dengan senyawa-senyawa pencemar. (Away dkk, 1996) Tinjauan Pustaka Tanaman kelapa sawit (Elaeis guinensis jacq) adalah tanaman palma yang umumnya tidak bercabang dan mempunyai berkas daun yang berbentuk cincin. (Ketaren, 1986) Tanaman kelapa sawit berasal dari Afrika Barat dan didatangkan ke Indonesia pada tahun 1848 serta mulai dibudidayakan secara komersial dalam bentuk perusahaan perkebunan pada tahun 1911. Salah satu produk dari kelapa sawit yaitu minyak sawit yang mampu menggantikan peran kelapa sebagai bahan baku industri pangan maupun non pangan. Dari hasil pengelolaan kelapa sawit didapatkan limbah TKS dalam jumlah yang melimpah dan belum dimanfaatkan secara ekonomis. Limbah TKS dapat dimanfaatkan untuk mengolah limbah industri lain yang dibuang ke lingkungan. Limbah ini dapat berupa zat padat, cair dan gas. Salah satu limbah cair adalah fenol. Fenol adalah senyawa alkohol aromatis dengan rumus molekul C6H5OH, mempunyai berat molekul 94,11 g/mol, titik didih 182 oC, titik leleh 43 oC, berat jenis 1,07 g/L. Fenol merupakan suatu senyawa beracun yang terdapat dalam bahan-bahan yang digunakan untuk keperluan rumah tangga seperti desinfektan dan antiseptik yang dipakai di rumah sakit. Kristal fenol dapat menjadi cair karena menyerap uap air dari udara, berbau merangsang sehingga mudah dikenal dan berbahaya jika mengenai tubuh manusia karena dapat menimbulkan luka seperti terbakar. Teori adsorpsi yang paling sederhana dikemukakan oleh Langmuir yang dikenal dengan teori adsorpsi monomolekuler. Langmuir menganggap permukaan suatu zat padat terdiri dari ruang elementer yang masing-masing dapat mengadsorpsi suatu molekul. (Sukardjo, 1990). Persamaan adsorpsi isoterm Langmuir adalah

θ=

K aT ( l )

…………(1)

(1 + K aT ( l ) )

dengan θ adalah situs permukaan yang ditempati oleh molekul (Muhdarina, 1996). Faktor-faktor yang mempengaruhi adsorpsi adalah jenis adsorben dan jenis adsorbat , temperatur dan pH. Sifat adsorpsi pada permukaan ditentukan oleh sifat kimia permukaan dan struktur pori (volume pori dan luas permukaan spesifik) yang dimilikinya. Gugus permukaan yang banyak berperan yakni gugus permukaan yang bersifat asam. Pada gugus ini adsorpsi anion atau kation dalam larutan berair terjadi melalui mekanisme pertukaran ion yakni proton-proton mengalami pertukaran dengan kation dalam larutan dan menghasilkan larutan yang bersifat asam sehingga mendorong terjadinya adsorpsi anion. Kekuatan adsorpsi meningkat dengan kenaikan jumlah gugus asam permukaan yang kuat, sedangkan jumlah gugus asam permukaan ini ditentukan oleh besarnya tingkat oksidasi. Tingkat oksidasi

PL.11 - 2

permukaan menimbulkan kenaikan sifat hidrofilik yang menyebabkan kemudahan bagi larutan berair untuk menembus pori adsorben (Muhdarina, 1996). Fadli dkk. (2002) melakukan penelitian penyerapan fenol dengan variabel waktu kontak dan suhu pemanasan, dimana hasil optimum penyerapan fenol dengan TKS sebagai adsorben didapat pada waktu kontak 75 menit dengan suhu pemanasan 120 oC. Beberapa karakter adsorben yang dapat dijadikan tolok ukur mutunya antara lain daya adsorpsi iodin dan metilen biru. Metodologi Penelitian Sampel tandan kosong sawit diambil secara acak dari PTPN V Kabupaten Rokan Hulu Riau. Karakterisasi Tandan Kosong Sawit a. Adsorpsi Iodin. Timbang 1 g TKS kering yang telah dihaluskan dan ditempatkan ke labu erlenmeyer bertutup ukuran 250 ml. Tambahkan 10 ml HCl 5 % goyang sampai semua arang terbasah, dididihkan satu menit dan dinginkan sampai suhu kamar. Tambahkan 100 ml larutan iodin 0,05 N. Labu segera ditutup dan kocok kencang dengan waktu yang bervariasi. Segera saring campuran dengan kertas saring Whatman no. 42, buang porsi pertama dari filtrat. Masukkan 50 ml filtrat ke dalam erlenmeyer. Titrasi dengan larutan standar tiosulfat dan tambahkan indikator amilum. Apabila telah mendekati titik akhir hitung angka iodinnya. (Sheffler, 1971). Langkah tersebut dilakukan juga untuk temperatur pemanasan 110 dan 130 oC, waktu pengocokan 30 detik. b. Adsorpsi Metilen Biru. Timbang 0,5 g TKS kering dan masukkan ke dalam erlenmeyer bertutup dan tambahkan 50 ml larutan metilen biru. Campuran dikocok dengan waktu yang bervariasi agar arang terbasahi/tenggelam pada dasar erlenmeyer dan segera ditutup. Biarkan terendam dan segera saring campuran dengan kertas saring Whatman no. 42. Hasil saringan diukur adsorbannya pada λ = 664 nm. Langkah tersebut dilakukan juga untuk konsentrasi 10 ppm dan 20 ppm, waktu perendaman 2 dan 3 jam. Pengolahan Adsorben. Tandan Kosong Sawit (TKS) dicuci dan dibersihkan, lalu dikeringkan pada suhu kamar. TKS yang sudah bersih lalu dipotong, dihaluskan dengan blender dan diayak dengan ukuran partikel 60, 85, 120 mesh. Hasil ayakan direfluk dengan larutan NaOH 1,5 M selama 1 jam. Kemudian dicuci dengan aquades sampai bersih dan ditambah dengan HNO3 2 M hingga pH netral. Selanjutnya TKS direndam dengan etanol 10 % selama 15 menit, dikeringkan pada suhu kamar sehingga TKS siap digunakan sebagai adsorben. Pengaruh pH Fenol. 0.08 g partikel TKS dimasukkan ke dalam piala 100 ml kemudian ditambahkan larutan fenol 10 ppm dengan variasi pH 7, 8, 9, 10 dan 11. Kemudian campuran disaring dengan kertas saring Whatman no. 42 dan larutan yang keluar dari kertas saring diaduk dengan alat shaker selama 15 menit dan diukur daya serap senyawa fenolnya dengan spektronik UV pada λ = 210 nm. Pengaruh Ukuran Partikel. 0,08 g partikel TKS masing-masing dengan ukuran 60, 85, dan 120 mesh dimasukkan ke dalam gelas piala 100 ml, kemudian ditambahkan larutan fenol 10 ppm dengan pH 9. Campuran tersebut kemudian disaring dengan kertas saring Whatman no. 42 dan larutan yang keluar dari kertas saring diaduk dengan alat shaker selama 15 menit dan diukur daya serap senyawa fenolnya dengan spektronik UV pada λ = 210 nm. Pengaruh Konsentrasi Fenol. 0,08 g partikel TKS ukuran 120 mesh dimasukkan ke dalam gelas piala 100 ml kemudian ditambahkan larutan fenol dengan variasi konsentrasi 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70 dan 80 ppm dengan pH 9. Campuran tersebut kemudian disaring dengan kertas saring Whatman no. 42 dan larutan yang keluar dari kertas saring diaduk dengan alat shaker dengan lama pengadukan 15 menit dan diukur daya serapnya terhadap senyawa fenol dengan spektronik UV pada λ = 210 nm. Penyerapan Fenol pada Kondisi optimum. 0,08 g partikel TKS ukuran 120 mesh yang telah dipanaskan dalam oven pada temperatur 120 oC dimasukkan ke dalam gelas piala 100 ml kemudian ditambahkan larutan fenol dengan konsentrasi 60 ppm dan pH 9. Campuran tersebut kemudian disaring dengan kertas saring Whatman no. 42 dan larutan yang keluar dari kertas saring diaduk dengan alat shaker dengan lama pengadukan 75 menit dan diukur daya serapnya terhadap senyawa fenol dengan spektronik UV pada λ = 210 nm. Hasil Penelitian dan Pembahasan Hasil Karakterisasi Adsorben. a. Adsorpsi Iodin. Pemanasan (oC)

Tabel. 1. Hasil pengamatan adsorbsi iodin Pengocokan (detik) Ukuran Sampel Angka Iodin (mg/g) (mesh)

PL.11 - 3

110

30

130

30

120 85 60 120 85 60

69,19 78,75 84,6 76,35 84,6 90,06

Dari tabel 1 terlihat bahwa daya adsorpsi partikel berukuran 120 mesh lebih besar daripada partikel lainnya. Hal ini disebabkan karena semakin kecil ukuran partikel maka permukaan adsorben akan semakin luas dan interaksi antara adsorbat dengan adsorben akan semakin cepat sesuai dengan gaya van der waals. Adsorpsi juga dipengaruhi oleh suhu pemanasan karena semakin tinggi suhu pemanasan adsorpsi juga akan semakin meningkat. Hal ini disebabkan karena pori-pori adsorben (TKS) semakin luas karena tidak ditutupi oleh uap air yang mengganggu adsorpsi b.

Adsorpsi Metilen Biru

Konsentrasi (ppm) 20 20 10 10

Tabel 2. Hasil pengamatan adsorpsi metilen biru Waktu Ukuran Sampel % Adsorpsi Perendaman (jam) (mesh) Metilen Biru 60 77 3 85 78 120 84 60 74 2 85 78 120 83 60 62,32 3 85 66,28 120 69,02 60 58,97 2 85 62,32 120 64,45

Luas Permukaan (m2/g) 1,464 1,483 1,592 1,413 1,485 1,572 0,592 0,630 0,656 0,560 0,592 0,613

Pada adsorpsi ini konsentrasi adsorbat memegang peranan penting, semakin tinggi konsentrasi adsorbat jumlah adsorbat yang diadsorpsi akan semakin besar. Hal ini berbanding lurus dengan luas permukaan adsorben, tetapi % adsorpsinya lebih kecil. Hal ini disebabkan karena jumlah adsorbat yang berbenturan dengan adsorben semakin banyak sehingga adsorbat lebih banyak yang terserap. Lamanya waktu perendaman juga mempengaruhi jumlah adsorbat yang diadsorpsi karena semakin lama adsorbat dengan adsorben maka semakin banyak adsorbat yang terserap.

Efisiensi penyerapan (%)

Pengaruh pH Larutan Fenol Dari gambar 1, terlihat bahwa pH 10 merupakan pH optimum fenol dalam penyerapan dengan sorben TKS. 60 50 40 30 20 10 0 6

7

8

9 pH fenol

PL.11 - 4

10

11

12

Gambar 1. Pengaruh pH fenol terhadap efisiensi penyerapan TKS

Efisiensi penyerapan (%)

Pengaruh Ukuran Partikel TKS 41 40 39 38 37 36 35 34 33 0

60

85

120

150

Ukuran partikel (mesh)

Gambar 2. Pengaruh ukuran partikel TKS terhadap efisiensi penyerapan larutan fenol Ukuran partikel berbanding terbalik dengan luas permukaan, semakin kecil ukuran partikel maka luas permukaan semakin besar. Dari gambar 2, terlihat bahwa ukuran partikel TKS yang paling kecil yaitu 120 mesh memiliki efisiensi penyerapan yang paling tinggi.

Efisiensi penyerapan (%)

Pengaruh Konsentrasi Fenol 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0

10 20 30 40 50 60 70 80 Konsentrasi larutan fenol (ppm)

Gambar 3. Pengaruh konsentrasi fenol terhadap efisiensi penyerapan TKS ukuran partikel 120 mesh Dari gambar 3, terlihat bahwa efisiensi penyerapan optimum diperoleh pada konsentrasi 60 ppm. Semakin tinggi konsentrasi fenol, efisiensi penyerapan semakin besar, hal ini disebabkan semakin tinggi konsentrasi mak tumbukan antar molekul akan semakin banyak sehingga molekul yang masuk ke poripori sorben juga semakin banyak. Penyerapan Senyawa Fenol oleh TKS dan Karbon Aktif Standar Tabel 3. Penyerapan senyawa fenol oleh TKS dan karbon aktif standar % Penyerapan % Penyerapan Kondisi Optimum Fenol oleh TKS Fenol oleh Karbon Aktif

PL.11 - 5

pH : 10 ukuran partikel : 120 mesh konsentrasi : 60 ppm waktu kontak : 75 menit pemanasan : 120 oC

93,6

95,9

Kesimpulan Dari hasil penelitian yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa limbah padat kelapa sawit berupa tandan kosong mempunyai efisiensi optimum penyerapan senyawa fenol adalah 93,6 %, dengan pH fenol 10, ukuran partikel 120 mesh dan konsentrasi larutan fenol 60 ppm. Ini sudah mendekati efisiensi karbon aktif yaitu 95,9 %. Ucapan Terimakasih Kami ucapkan terimakasih kepada Lembaga Penelitian Universitas Riau atas bantuan biaya penelitian. Notasi a aktivitas K kesetimbangan θ situs permukaan yang ditempati molekul Daftar Pustaka Bercic, G., and Pinter, A. (1996) “Desorption of Phenol from Activated Carbon by Hot Water Regeneration Desorption Isoterms”, American Chemical Society, 35, 4620-4625. Dasril (1991) Pemakaian Beberapa Aktivator pada Pembuatan Karbon Aktif secara Destilasi Kering, Thesis Unand Padang dalam Skripsi Lilik Adrianingsih Elvers. B, Hawkins. (1991) Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol. A 19, 299-312. Fadli, A., Komalasari, Linda, R., dan Erna, M. (2002) “Tinjauan Waktu Kontak dan Suhu Pemanasan pada Penjerapan Fenol dengan TKS sebagai Adsorben”, Prosiding Seminar Nasional Teknik Kimia USU, Medan. Imamkhasani, S. (1994) “Uji Mutu Karbon Aktif dan Penerapannya dalam Adsorpsi Senyawa Fenol”, Warta kimia Analitik, no II tahun ke-8. Ketaren, S. (1998) Minyak dan Lemak Pangan, edisi pertama, cetakan pertama, UI Press, Jakarta. Winholtz, M. (1976) The Merck Index, An Encyclopedia Chemical and Drug, 9th edition, Merck & Co., Rahway, New York. Yesilada, O., Fiskin, K and Yesilada, E. (1995) “The Use of White Rot Fungus Funalia Trogii (Malatya) for the Decolourization and Phenol Removal from Olive Mill Waste Water”, Environ Technology, 16, 95100. Yufina Away dan Didiek Hadjar Goenadi (1996) “Kumpulan Kliping Panen dan Pasca Panen Kelapa Sawit”, Sumber Warta Penelitian, Pusat Informasi Pertanian, Jakarta.

PL.11 - 6