PEMANFAATAN KULIT TANDUK KOPI ARABIKA SEBAGAI BAHAN BAKU PEMBUATAN KARBON AKTIF

Transkripsi

1 PEMANFAATAN KULIT TANDUK KOPI ARABIKA SEBAGAI BAHAN BAKU PEMBUATAN KARBON AKTIF Raudah * ABSTRAK Salah satu sumber biomassa yang dapat dijadikan bahan baku pembuatan karbon aktif adalah limbah kulit tanduk kopi arabika. Kulit tanduk kopi biasanya menjadi limbah dan dibakar diladang pertanian dan menyebabkan pencemaran lingkungan. Penelitian bertujuan menghasilkan karbon aktif dari kulit tanduk kopi sesuai dengan SNI dan SII serta mengukur kemampuannya dalam menyerap HCN. Proses pembuatan karbon aktif dilakukan pada suhu karbonisasi 300 o C selama 2 jam. Kemudian menggunakan aktivator asam klorida 0,1 N dengan variasi waktu aktivasi 1 jam, 3 jam, 5 jam, dan 7 jam. Kemudian diuji kadar abu, kadar air, daya serap terhadap iodium, pengujian kadar yang hilang pada suhu 950 o C dan uji daya serap karbon aktif terhadap sianida artifisial. Hasil penelitian menunjukkan pada waktu aktivasi 3 jam dihasilkan kadar abu 1,68%, kadar air 3,7%, daya serap iodium 791,4 mg/g, bagian yang hilang pada pemanasan 950 o c adalah 14,5% dan efisiensi penyerapan sianida sebesar 84,3%. Kata kunci: Karbon aktif, kulit tanduk kopi, sianida. ABSTRACT One source of biomass that can be used as raw material for making activated carbon is waste Arabica coffee parchment skin. Coffee parchment skin usually becomes waste and burned the fields of agriculture and causing environmental pollution. The research aims to produce activated carbon from coffee parchment skin in accordance with the SNI and SII and measuring the ability to absorb HCN. The process of making an activated carbon using carbonization temperature to 300 o C for 2 hours. Then using 0.1N hydrochloric acid as activator with activation time 1 hour, 3 hours, 5 hours and 7 hours. Then tested ash content, moisture content, absorption of iodine, the missing part on the heating 950 o C and activated carbon absorption test against artificial cyanide. The results showed the activation time 3 hours produced 1.68% ash content, water content of 3.7%, the absorption of iodine mg / g, the missing part on the heating 950 o C is 14.5% and the efficiency of absorption of cyanide by 84, 3%. Key words:activated carbon, coffee husk, cyanide. 9

2 PENDAHULUAN Limbah yang dihasilkan dari proses pemisahan kulit kopi dengan biji kopi (proses hulling) dalam bentuk biomassa sangat melimpah jumlahnya, dan biasa di manfaatkan beberapa persen untuk kompos atau dibakar disentra penggilingan kopi. Bressani, dkk (1972) yang aktif melakukan penelitian tentang kopi menyatakan bahwa buah kopi terdiri dari epikarp yang disebut juga dengan kulit buah, merupakan bagian terluar dari buah kopi, bagian kedua yang disebut mesokarp yaitu daging kulit merupakan bagian yang berasa agak manis dan mempunyai kandungan air yang cukup tinggi, bagian yang ketiga adalah endokarp atau kulit tanduk merupakan kulit kopi paling keras tersusun oleh selulosa dan hemiselulosa, dan bagian terakhir adalah spermoderm disebut dengan kulit ari merupakan kulit yang paling tipis dan menempel pada kulit kopi dan endosperm atau keping biji, merupakan bagian buah kopi yang dimanfaatkan sebagai kopi bubuk Dataran tinggi Gayo merupakan sentra penghasil kopi yang diperkirakan menyumbang sekitar 50% dari total ekspor kopi arabika melalui pelabuhan Belawan dengan nilai US$ 75, 2 juta atau sekitar Rp. 690 milyar (Mawardi, S. 2008). Biji kopi yang sudah siap diperdagangkan adalah berupa biji kopi kering yang sudah terlepas dari daging buah, kulit tanduk dan kulit arinya, butiran biji kopi yang demikian ini disebut kopi beras (coffea beans) atau market coffee. Proses pengolahan kopi menghasilkan tiga jenis limbah yaitu limbah cair pada pengolahan kopi cara basah, limbah kulit kopi (daging buah) dan limbah kulit tanduk kopi. Limbah cair hasil pengolahan basah kopi arabika dan juga kulit kopi dapat dijadikan bioetanol (Raudah, dkk, 2012; Siswati, N. D, dkk, 2011). Pemanfaatan kulit tanduk kopi sehingga memiliki nilai tambah, dapat dikatakan tidak ada, karena biasanya dibiarkan di bawah tanaman kopi sebagai bahan organik atau dibakar di musim kemarau. Pengusaha penggilingan kopi mengalami kesulitan dalam pemusnahan limbah kulit tanduk ini. Satu-satunya jalan termudah yang ditempuh adalah membakar limbah tersebut di tempat terbuka. Kapasitas produksi kopi ekspor yang terus meningkat tiap tahunnya juga menyebabkan limbah kulit tanduk kopi yang terus menerus tersedia dalam jumlah besar di sentra-sentra pertanian di daerah penghasil kopi, dimana limbah-limbah ini sama sekali belum dimanfaatkan secara optimum. Ini mengindikasikan bahwa potensi usaha yang menggunakan bahan baku kulit tanduk kopi akan terjamin kesinambungannya. Salah satu alternatif pengolahan kulit tanduk kopi adalah sebagai bahan baku pembuatan karbon aktif. Karbon aktif adalah bahan berupa karbon bebas yang masing-masing berikatan secara kovalen atau arang yang telah dibuat dan diolah secara khusus melalui proses aktivasi, sehingga pori-porinya terbuka dan mempunyai daya serap yang besar tehadap zat-zat lainnya, baik dalam fase cair maupun dalam fase gas. Bahan baku yang digunakan untuk pembuatan karbon aktif harus mengandung unsur karbon. Bahan-bahan yang mengandung unsur karbon dapat 10

3 menghasilkan karbon aktif dengan cara memanaskannya pada suhu tinggi. Bahan baku yang umum digunakan dalam pembuatan karbon aktif seperti sekam padi, batu bara, tempurung kelapa, dan kulit biji kopi. Dalam penelitian ini bahan baku yang digunakan adalah kulit tanduk kopi yang merupakan limbah dari proses pengelupasan (hulling) biji kopi. Tujuan dari penelitian ini adalah mendapatkan karbon aktif berbahan baku kulit tanduk kopi yang memiliki kualitas sesuai dengan SNI dan SII serta mengetahui karakteristik serta daya serap karbon aktif dari kulit tanduk kopi terhadap sianida artifisial. Metode Penelitian Bahan dan Alat Bahan yang dipakai adalah limbah kulit tanduk kopi hasil pengelupasan (hulling) kopi arabika yang diperoleh dari CV. Nutrisi Aceh, Takengon. Larutan Iodin 0,1 N, larutan Na 2 S 2 O 3 0,1 N, Larutan standar HCN, NaCO 3 10%, Hcl 3 N, dan HCl 0,1 N. Alat yang digunakan berupa seperangkat alat furnace, peralatan sentrifuge, ayakan 60/90 mesh, oven, Spektrofotometer UV-VIS, dan ph meter. Pembuatan Arang Aktif Kulit tanduk kopi sebanyak 1 kg dari proses hulling di timbang hingga beratnya dicatat sebagai berat awal. Kemudian dimasukkan ke dalam tungku pirolissis dan dipanaskan dengan suhu sampai 300 o C selama 2 jam, hasilnya dikeluarkan setelah tungku dingin. Arang yang telah terbentuk digerus dan diayak dengan ayakan 1 mm. Arang di aktivasi dengan HCl 0,1 N sebanyak 50 ml dengan waktu aktifasi 1 jam, 3 jam, 5 jam, dan 7 jam. Setelah perendaman arang disaring menggunakan kertas saring dan dikeringkan dengan oven. Kemudian arang dipanaskan kembali dalam tungku pirolisis dengan suhu mencapai 300 o C selama 1 jam. Setelah itu arang aktif disaring dan di cuci dengan akuades sampai ph netral. Sampel kemudian diuji kadar abu, kadar air, daya serap terhadap iodium, pengujian kadar yang hilang pada suhu 950 o C dan uji daya serap karbon aktif terhadap sianida artifisial. 1. Pengujian Kadar Air Cawan porselen dikeringkan dalam oven pada suhu 110 o C selama 1 jam, lalu didinginkan dalam desikator dan ditimbang sampai beratnya stabil (X). Arang ditimbang sebanyak 5 gram (Y), menggunakan cawan tersebut. Kemudian, sampel dipanaskan dalam oven pada suhu 110 o C dengan dicek beratnya tiap 2 jam sebanyak 3 kali. Berat stabil diambil dari rata-rata setelah tiga kali penimbangan (Z). Penentuan kadar air dihitung dengan persamaan berikut: Dimana: X = Berat cawany = Berat arang awal Z = Berat sampel (cawan + arang) setelah pemanasan. 2. Pengujian Kadar Abu Cawan porselin dikeringkan dalam oven pada suhu 110oC selama +1 jam, lalu didinginkan dalam desikator dan ditimbang sampai beratnya stabil (X). Arang ditimbang sebanyak 5 gram (Y) menggunakan cawan tersebut. Kemudian, sampel arang dalam cawan tersebut dipanaskan dalam furnace. 11

4 HASIL DAN PEMBAHASAN Kabupaten Aceh Tengah dan Bener Meriah merupakan sentra penghasil kopi terbesar di Indonesia. Limbah kulit tanduk kopi merupakan bahan baku alternatif lain dari sektor non pangan untuk pembuatan karbon aktif. Limbah kulit tanduk kopi yang didapatkan dari proses hulling kopi diperkirakan mampu memenuhi karakteristik karbon aktif yang diharapkan. Kebutuhan bahan penyerap yang terus meningkat merupakan alasan yang tepat guna mencari bahan yang murah dan mudah didapat, sehingga pembuatan karbon aktif setidaknya dapat menghemat biaya bahan baku serta tidak berkompetisi untuk penggunaan yang lain. Berikut adalah tabel karakteristik karbon aktif yang dihasilkan dengan menggunakan zat pengaktif HCl. Tabel 1.Karakteristik Karbon aktif dengan zat pengaktif HCl Waktu aktifasi Kadar Kadar Daya Serap Bagaian yang hilang (jam) Abu (%) Air (%) Iodium (mg/g) pada pemanasan 950 o C 1 1,73 4,2 586,8 17,8 3 1,68 3,7 791,4 14,5 5 1,55 3,7 723,2 14,7 7 1,83 6,0 586,8 16,0 Standar SNI ,5 10,0 750,0 15,0 Tabel 2. Hasil uji daya serap karbon aktif yang di aktivasi dengan HCl terhadap kandungan Sianida Waktu Absorbansi Konsentrasi Kapasitas adsorpsi (mg/g) Efisiensi (menit) (N) 10 0,085 0,08 54,64 40, ,082 0,064 70,71 52, ,078 0,043 92,14 68, ,074 0, ,57 84, ,074 0, ,57 84,13 Tabel 3. Konsentrasi HCN setelah melalui penyerapan Waktu aktivasi Konsentrasi (N) ,071 0,060 0,040 0,024 0, ,060 0,048 0,032 0,016 0, ,056 0,048 0,032 0,020 0, ,063 0,056 0,040 0,032 0,032 12

5 Tabel 4. Kapasitas adsorpsi karbon aktif yang di aktivasi dengan HCl Waktu aktivasi (jam) Selisih konsentrasi (mg/g) ,57 54,64 81,43 102,86 97,5 3 54,64 70,71 92,14 113,57 113, ,71 92,14 108,21 108, , ,43 92,14 92,14 Tabel 5. Efisiensi penyerapan HCN oleh karbon aktif yang diaktivasi dengan HCL Waktu aktivasi Efisiensi adsorpsi (jam) HCN (%) ,57 40,48 60,32 76,19 72, ,48 52,38 68,25 84,13 84, ,44 52,38 68,25 80,16 80, ,51 44,48 60,32 68,25 68,25 Hasil Pengujian Kadar Air Penetapan kadar air bertujuan untuk mengetahui sifat higroskopis karbon aktif yang dihasilkan. Nilai rata-rata hkadar air yang dihasilkan berkisar antara 3,7-6%. Kecenderungan kadar air semakin tinggi seiring dengan semakin lamanya waktu aktivasi diakibatkan oleh peningkatan sifat higroskopis arang aktif dan pengikatan molekul air. Kadar air yang dihasilkan sesuai dengan SNI dan SII Hasil pengujian Kadar Abu Berdasarkan Tabel 1. Kadar abu paling rendah di peroleh pada saat aktivasi berlangsung 5 jam yaitu sebesar 1,55%. Kadar abu secara keseluruhan variasi waktu aktivasi tergolong berada dalam standar SNI. Kandungan abu yang rendah akan menyebabkan berkurangnya pengaruh sisa bahan anorganik yang akan menyumbat pori-pori karbon aktif pada saat diaktivasi (SMA, Mahanim, dkk, 2011). Abu adalah oksida oksida logam dalam arang yang terdiri dari mineral yang tidak dapat menguap (nonvolatile) pada proses pengabuan (karbonisasi). Kandungan abu sangat berpengaruh pada kualitas karbon aktif karena keberadaan abu yang berlebihan dapat menyebabkan terjadi penyumbatan pori-pori karbon aktif sehingga luas permukaan karbon aktif menjadi berkurang. Pada penelitian terdahulu kebanyakan mengindikasikan bahwa mutu karbon aktif yang baik harus memiliki kadar abu yang rendah, namun memiliki kadar karbon yang tinggi dan juga mudah menguap. Biasanya bahan baku yang memiliki kadar abu yang sedikit akan 13

6 menghasilkan karbon aktif yang baik. Kadar abu yang terdiri dari mineral utama seperti silica, besi, alumina, magnesium dan kalsium (SMA Mahanim, dkk, 2011) didalam karbon aktif sesungguhnya tidak diinginkan dan dianggap sebagai pengotor. Pengaruh waktu aktivasi terhadap daya serap iodium Pengaruh waktu aktivasi terhadap kadar iodium dapat dilihat pada Tabel 1. Penentuan daya serap terhadap iodium bertujuan untuk mengetahui kemampuan arang aktif untuk menyerap larutan berwarna dengan ukuran molekul kurang dari 10 A atau 1 nm. Nilai rata-rata daya serap iodium berkisar antara 586,8 mg/g sampai 791,4 mg/g. Seluruh nilai daya serap pada pengujian ini sesuai dengan SNI (Anonym, 1995) dan memenuhi standar SII Daya serap iodium tertinggi diperoleh pada waktu aktivasi 3 jam sebesar 791,4 mg/g. Sedangkan daya serap iodium terendah diperoleh pada waktu aktivasi 1 dan 7 jam. Besarnya daya serap karbon aktif terhadap iodium menggambarkan juga banyaknya struktur mikropori yang terbentuk (Pari, G, 1999). Hasil uji pada penelitian ini menunjukkan bahwa semakin lama waktu aktivasi tidak memberikan pengaruh terhadap daya serap karbon aktif terhadap iodium. Terbukti pada waktu aktivasi 7 jam, ternyata daya serap terhadap iodium menurun. Menurunnya daya serap ini dapat disebabkan oleh kerusakan atau erosi dinding pori karbon aktif dan juga menggambarkan struktur mikropori yang terbentuk sedikit dan tidak dalam (Pari, G, 1999). Daya serap terhadap iodium yang dihasilkan dari penelitian ini relatif sama dengan daya serap iodium arang aktif dari pelepah kelapa yang berkisar antara ,5296 mg/g (Ramdja, A.F, dkk 2008) yang juga menggunakan HCL 0,2 M sebagai aktivator. Dalam hal ini penggunaan konsentrasi zat aktivasi yang berbeda tidak memberikan pengaruh yang berbeda terhadap daya serap iodium, seperti yang telah dilakukan dalam penelitian ini dibandingkan dengan hasil penelitian Ramdja, A.F, dkk, (2008). Hal ini tidaklah mengherankan sebab pada penelitian yang dilakukan oleh Kurniawan, I.K.G.I, dkk, (2009), yang memvariasikan konsentrasi bahan pengaktif NH 4 HCO 3 menyatakan bahwa hasil analisis keragaman menunjukkan bahwa tidak ada interaksi beda nyata antara faktor suhu aktivasi dan konsentrasi bahan pengaktif NH 4 HCO 3 terhadap daya serap iodium yang dihasilkan. Walaupun hasil anlisis keragaman tidak menunjukkan perbedaan, makin tinggi konsentrasi bahan pengaktif NH 4 HCO 3, daya serap iodiumnya makin rendah. Hasil pengujian bagian yang hilang pada pemanasan 950 o C Pada prinsipnya metode ini mengandalkan penguapan zat-zat dalam arang selain dari air. Pengujian ini menunjukkan banyaknya kandungan zat lain yang terkandung dalam karbon yang dapat menyumbat pori-pori karbon dan dapat memperkecil luas permukaan karbon aktif. Hasil yang diperoleh adalah 14,5 %. Hal ini sesuai dengan standar SNI dan SII dengan jumlah maksimal yang hilang yaitu 15%. 14

7 Adsorpsi sianida Pada penelitian ini dilakukan adsorpsi sianida menggunakan karbon aktif untuk menentukan kapasitas adsorpsi karbon aktif dan kemampuan karbon aktif menyerap sianida. Untuk mempercepat pembebasan sianida digunakan metode Lian dan Hamir yaitu dengan mengontakkan karbon aktif dengan larutan HCN 0,1N serta penambahan larutan HCl 3 N sebanyak 1 ml dan diinkubasi selama 3 jam. Penentuan nilai absorbansi HCN dengan menggunakan alat spektrofotometer UV-VIS dengan panjang gelombang 490 nm. Adapun variasi konsentrasi larutan HCN adalah 0 sampai 0,1N. Data hasil pengukuran absorbansi larutan HCN selanjutnya diplotkan dalam bentuk kurva absorbansi terhadap konsentrasi. Berdasarkan hasil dapat diketahui bahwa semakin besar konsentrasi larutan HCN, menghasilkan nilai serapan absorbansi yang semakin besar pula. Hubungan anatara konsentrasi HCN dengan absorbansinya pada penelitian ini digambarkan dengan persamaan linier y= 0,0252x + 0,07, dimana y adalah nilai absorbansi dan x adalah konsentrasi larutan HCN. Tabel 4 menunjukkan bahwa kapasitas adsorpsi terbesar ditunjukkan pada karbon aktif yang mengalami aktivasi selama 3 jam dan lama adsorpsi selama 60 menit yaitu 113, 57 mg/gram. Konsentrasi awal HCN yang diberikan adalah 135,0 mg dan konsentrasi akhir setelah penyerapan adalah 21, 43 mg. Kinetika adsorpsi adalah laju perubahan konsentrasi solute terhadap waktu. Model kinetika yang digunakan adalah model kinetika orde -1 yang merupakan model kinetika mekanistik untuk sistem liquid solid yang berbasis pada konsentrasi solute dalam fasa liquid. Maka koefisien kinetika adsorpsi untuk penyerapan HCN dengan karbon aktif menggunakan larutan HCl dengan waktu 1 jam, 3 jam,5 jam, dan 7 jam adalah 0,012, 0,017, 0,013, dan 0,008. Efisiensi penyerapan menunjukkan persentase daya serap karbon aktif terhadap HCN. Nilai efisiensi diperoleh dari hasil perbandingan selisih konsentrasi awal dan akhir HCN dibagi konsentrasi awal HCN. Efisiensi penyerapan diperoleh pada waktu aktivasi 3 jam dan waktu 60 menit dengan nilai 84,13%. SIMPULAN Dari hasil penelitian dapat diambil kesimpulan bahwa kulit tanduk kopi dapat dijadikan sebagai bahan baku pembuatan karbon aktif. Hasil analisa menunjukkan karakteristik karbon aktif yaitu kadar air 3,7%, kadar abu 1,55%, daya serap terhadap iodium sebesar 791,4 mg/g. Keseluruhan hasil karakteristik ini memenuhi standar SNI dan standar SII Efisiensi penyerapan sianida oleh karbon aktif yang diaktivasi dengan HCl 0,I N adalah 84,13%. DAFTAR PUSTAKA Anonimous, (1995). Arang Aktif Teknis. Standar Nasional Indonesia (SNI) Badan Standarisasi. Jakarta. Bressani, R., ElIas, L.G., and Gómez Brenes, R.A. (1972), 15

8 Improvement of protein quality by amino acid and protein supplementation. In Bigwood. E.J., ed., International Encyclopedia of Food and Nutrition. Protein and Amino Acid Functions. Vol. II, Chapter 10. Oxford, England, Pergamon Press. Kurniawan, I.K.G.I, Sutapa, J.P.G, (2009), Pembuatan dan Pemanfaatan Arang Aktif dari Tempurung Buah Lontar (Borassus flabellifer Linn.) sebagai Absorben Limbah Batik Kayu. Jurusan Teknologi Hasil Hutan. Fakultas Kehutanan UGM. Mawardi, Surip, (2008), Riwayat Singkat Pembinaan Perkopian di dataran Tinggi Gayo dalam: Panduan Budidaya dan pengolahan Kopi Arabika Gayo, ICRRI. Pembuatan Bioetanol. Jurnal REAKSI. Vol 10, No. 21 Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe. SMA Mahanim, I Wan Asma, J, Rafidah, E Puad dan H, Shaharuddin, (2011), Production of Activated Carbon from Industrial Bamboo Wastes. Journal of Tropical Forest Science 23(4): (2011). Forest Research Institute Malaysia, Kepong, Selangor Darul Ehsan, Malaysia. Siswati, N. D, Yatim, M. Hidayanto, R, (2011), Bioetanol dari Limbah Kulit Kopi dengan Fermentasi. Fakultas Teknologi Industri, Universitas Pembangunan Nasional Veteran Jawa Timur. Pari, G, (1999), Karakteristik Arang Aktif dari Arang Serbuk Gergajian Sengon dengan Bahan Pengaktif NH 4 HCO 3. Jurnal penelitian Hasil Hutan17 (2): Ramdja, A. F, Halim, M. Handi, J., (2008), Pembuatan Karbon Aktif dari Pelepah Kelapa (Cocus nucifera). Jurnal Teknik Kimia, No. 2, Vol 15, Jurusan Teknik Kimia Universitas Sriwijaya. Raudah dan Ernawati, (2012), Pemanfaatan kulit Kopi arabika dari Proses Pulping untuk 16