KOMPETISI LARUTAN BINER DENGAN MENGGUNAKAN ADSORBEN DARI BATANG JAGUNG

Transkripsi

1 KAJIAN KEMAMPUAN ADSORPSI LOGAM BERAT KADMIUM (Cd +2 ) DAN TEMBAGA (Cu +2 ) SERTA KOMPETISI LARUTAN BINER DENGAN MENGGUNAKAN ADSORBEN DARI BATANG JAGUNG (Zea mays.) SKRIPSI Oleh WALID AL ARFI DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA JANUARI 2017

2 KAJIAN KEMAMPUAN ADSORPSI LOGAM BERAT KADMIUM (Cd +2 ) DAN TEMBAGA (Cu +2 ) SERTA KOMPETISI LARUTAN BINER DENGAN MENGGUNAKAN ADSORBEN DARI BATANG JAGUNG (Zea mays.) SKRIPSI Oleh WALID AL ARFI SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA JANUARI 2017

3 PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul: KAJIAN KEMAMPUAN ADSORPSI LOGAM BERAT KADMIUM (Cd +2 ) DAN TEMBAGA (Cu +2 ) SERTA KOMPETISI LARUTAN BINER DENGAN MENGGUNAKAN ADSORBEN DARI BATANG JAGUNG (Zea mays.) Dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini adalah hasil karya saya kecuali kutipan-kutipan yang telah saya sebutkan sumbernya. Demikian pernyataan ini diperbuat, apabila kemudian hari terbukti bahwa karya ini bukan karya saya atau merupakan hasil jiplakan maka saya bersedia menerima sanksi sesuai dengan aturan yang berlaku Medan, Januari 2017 Walid Al Arfi NIM i

4 PENGESAHAN Skripsi dengan judul: KAJIAN KEMAMPUAN ADSORPSI LOGAM BERAT KADMIUM (Cd +2 ) DAN TEMBAGA (Cu +2 ) SERTA KOMPETISI LARUTAN BINER DENGAN MENGGUNAKAN ADSORBEN DARI BATANG JAGUNG (Zea mays.) dibuat untuk melengkapi persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini telah diujikan pada sidang ujian skripsi pada 26 Januari 2017 dan dinyatakan memenuhi syarat/sah sebagai skripsi pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Mengetahui, Koordinator Skripsi Medan, 2017 Dosen Pembimbing Ir. Renita Manurung, M.T NIP Bode Haryanto, S.T, M.T, Ph.D NIP Dosen Penguji I Dosen Penguji II Dr. Eng, Rondang Tambun, S.T, M.T NIP Okta Bani, S.T, M.T NIP ii

5 PRAKATA Puji syukur kami panjatkan kehadirat Allah SWT atas berkat limpahan rahmat dan karunia-nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan Skripsi dengan judul Kajian Kemampuan Adsorpsi Logam Berat Kadmium (Cd +2 ) Dan Tembaga (Cu +2 ) Serta Kompetisi Larutan Biner Dengan Menggunakan Adsorben Dari Batang Jagung (Zea Mays.), berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana teknik. Hasil penelitian bermanfaat untuk mengatasi permasalahan tentang pencemaran logam berat yang sering terdapat pada badan air. Solusi yang ditawarkan juga dinilai ekonomis, karena batang jagung dapat dengan mudah didapatkan dan belum dimanfaatkan dengan baik. Selain itu untuk dapat digunakan sebagai adsorben, batang jagung tidak mendapatkan perlakuan khusus, seperti aktivasi, sehingga dapat mengurangi biaya operasional dan produksi. Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi ini penulis banyak mendapat bantuan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terimakasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada: 1. Bode Haryanto, S.T, M.T, Ph.D selaku pembimbing. 2. Dr. Eng, Rondang Tambun, S.T, M.T dan Okta Bani S.T, M.T selaku penguji. 3. Ir. Renita Manurung, M.T selaku koordinator penelitian. 4. Dr. Eng. Ir. Irvan, M.Si selaku ketua Departemen. Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan masukan demi kesempurnaan skripsi ini. Semoga skripsi ini memberikan manfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan. Medan, Januari 2017 Penulis Walid Al Arfi iii

6 DEDIKASI Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada: 1. Kedua orang tua saya yaitu Ayahku Abdul Rahman dan Ibuku Nizarafina yang selalu sabar dan tabah mendidik dan membimbing penulis hingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini. Budi baik Ayah dan Ibu akan selalu penulis kenang sampai akhirhayat penulis. Forever Love You My Parents. 2. Saudara saya satu-satunya, yaitu Abdul Rahim Al Arfi yang telah memberikan motivasi dan doa dalam menyelesaikan studi. Doa penulis selalu beserta mu saudaraku. 3. Bapak dan Ibu dosen Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, yang juga telah banyak memberikan banyak ilmu selama penulis kuliah. 4. Para pegawai administrasi Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. 5. Teman yang selalu ada, Debbie Aditia Ramadhani; yang telah meluangkan waktu dan tenaga untuk menyemangatkan penulis agar segera menyelesaikan skripsi ini. 6. Partner penelitian, Fadhil Alfaruq Sinaga; yang telah bekerja sama di dalam penyelesaian penelitian dan skripsi ini. 7. Sahabat-sahabat penulis, yaitu teman-teman mahasiswa Teknik Kimia terutama angkatan 2012 dan adek-adek mahasiswa Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara lainnya yang tidak dapat saya ucapkan satu persatu, terimakasih atas dukungan moril yang diberikan sehingga penulisan skripsi ini dapat selesai dengan baik.. iv

7 RIWAYAT HIDUP PENULIS Nama: Walid Al Arfi NIM : Tempat/Tanggal Lahir: Lubuk Sikaping, 02 Juni 1994 Nama Orang tua: Abdul Rahman dan Nizarafina Alamat Orang tua: Jl. H. Agus Salim No. 38, Kuburarak, Kenagarian Pauh, Lubuk Sikaping, Pasaman. Asal Sekolah TK Islam Darul Hikmah Lubuk Sikaping tahun SDN 09 Pauh Lubuk Sikaping tahun SMPN 1 Lubuk Sikaping tahun SMAN 1 Lubuk Sikaping tahun Beasiswa yang pernah diperoleh: 1. Beasiswa Bidik Misi tahun Pengalaman Organisasi/Kerja: 1. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) periode , sebagai anggota 2. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) periode , sebagai Badan Pengurus Harian Bidang HUMAS 3. Ikatan Mahasiswa Saiyo (IMASO) Pasaman periode , sebagai Ketua 4. Covalen Study Group (Teknik Kimia Universitas Sumatera Utara) periode , sebagai anggota 5. Kerja Praktek di PT. Pusaka Prima Mandiri, Deli Tua, Medan 1 Februari 28 Februari Pemerintah Mahasiswa (PEMA) Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara periode , sebagai Wakil Gubernur. v

8 ABSTRAK Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kemampuan adsorpsi batang jagung dengan variasi bentuk dalam menyerap ion logam kadmium (Cd +2 ) dan tembaga (Cu +2 ) 50 ppm serta larutan biner Cd +2 :Cu +2 (30:30) ppm pada larutan dengan ph 4,5. Batang jagung yang digunakan dibentuk berupa bulat, ½ bulat, ¼ bulat, 50 mesh, dan 70 mesh. Penelitian ini terbagi menjadi 2 tahap, yaitu perlakuan awal dengan melakukan pencucian dan pengeringan hingga kondisi yang seragam. Tahap kedua adalah pengukuran potensi kapasitas adsorpsi dengan system batch adsorption, pemodelan kinetika adsorpsi dan pemodelan kinetika adsorpsi. Model kinetika adsorpsi mengindikasikan adsorpsi terjadi secara kimia. Sementara model kinetika difusi mengindikasikan proses difusi terjadi pada bagian dalam dan pori adsorben. Pengaruh ukuran batang jagung secara signifikan mempengaruhi kemampuan adsorpsi batang jagung. Untuk logam Cd +2 kenaikan kapasitas adsorpsi dari 9,94%, 11,48%, 17,47%, 28,24% hingga 34,14% untuk bentuk bulat, ½ bulat, ¼ bulat, 50 mesh dan 70 mesh secara berurut selama 5 jam. Untuk logam Cu +2 kenaikan kapasitas adsorpsi dari 7,36%, 7,73%, 12,26%, 26,09% hingga 31,14% untuk bentuk bulat, ½ bulat, ¼ bulat, 50 mesh dan 70 mesh secara berurut selama 5 jam. Kemampuan adsorpsi ini menunjukkan bahwa batang jagung memiliki potensi sebagai adsorben dalam menyerap ion logam dalam larutan. Kata kunci: adsorpsi, batang jagung, difusi, ion kadmium Cd +2, ion tembaga Cu +2, kapasitas adsorpsi vi

9 ABSTRACT The idea of this research is to know adsorption capacity of corn stalk with different shapes to adsorp cadmium ion (Cd +2 ) and copper ion (Cu +2 ) 50 ppm including binary solution Cd +2 :Cu +2 (30:30) ppm dissolving in the solution on ph 4,5. The corn stalk variation shapes are round, half round, quarter round, 50 mesh and 70 mesh. This research consist of 2 main steps such as, pre-treatment and batch adsorption to determine adsorption capacity, modeling of adsorption kinetic and modeling of adsorption diffusion. Adsorption kinetics model indicates adsorption occurs chemically. While adsorption diffusions model indicates adsorption taken place in part and pore of adsorbent. The influence of the size of the corn stalks significantly affect the adsorption capacity of corn stalks. In metal ion Cd +2 adsorption capacity rise of 9,94%, 11,48%, 17,47%, 28,24% and 34,14% for a round shape, ½ round, ¼ round, 50 mesh and 70 mesh consecutively for 5 hours. In metal ion Cu +2 adsorption capacity rise of 7,36%, 7,73%, 12,26%, 26,09% and 31,14% for a round shape, ½ round, ¼ round, 50 mesh and 70 mesh consecutively for 5 hours. This shows that the adsorption capacity of corn stalks has potential as an adsorbent to absorb metal ions in solution. Keyword: adsorption, corn stalks, diffusion, cadmium ion (Cd +2 ), copper ion (Cu +2 ), adsorption capacity vii

10 DAFTAR ISI Halaman PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI i PENGESAHAN ii PRAKATA iii DEDIKASI iv RIWAYAT HIDUP PENULIS v ABSTRAK vi ABSTRACT vii DAFTAR ISI viii DAFTAR GAMBAR xi DAFTAR TABEL xiv DAFTAR LAMPIRAN xv DAFTAR SINGKATAN xvi DAFTAR SIMBOL xvii BAB I PENDAHULUAN LATAR BELAKANG PERUMUSAN MASALAH TUJUAN PENELITIAN MANFAAT PENELITIAN RUANG LINGKUP PENELITIAN 5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA JAGUNG (Zea Mays) LOGAM BERAT POLUTAN LOGAM BERAT TEKNOLOGI PENYERAPAN LOGAM BERAT Elektrofotasi Pemisahan Membran Adsorpsi ADSORPSI Mekanisme Adsorpsi 11 viii

11 2.5.2 Faktor-faktor yang mempengaruhi Adsorpsi KAPASITAS ADSORPSI KESETIMBANGAN ISOTERMAL ADSORPSI KINETIKA ADSORPSI PROSES DIFUSI PREFERENSI ADSORPSI (PREFENTIAL ADSORPTION) 20 BAB III METODOLOGI PENELITIAN LOKASI DAN WAKTU PENELITIAN BAHAN DAN PERALATAN PENELITIAN PROSEDUR PENELITIAN Prosedur Pembuatan Larutan Prosedur Preparasi Batang Jagung (Pembuatan Bioadsorben) Prosedur Batch Adsorpsi Prosedur Kinetika Adsorpsi Prosedur Isotermal Adsorpsi Berdasarkan Perbedaan Konsentrasi FLOWCHART PROSEDUR PENELITIAN Persiapan Adsorben (Batang Jagung) Pengeringan Adsorben Batang Jagung Pembuatan Larutan HCl 0,1M Pembuatan Larutan NaOH 0,1M Pembuatan Larutan Pelarut dengan ph 4, Pembuatan Larutan Cd ppm Pembuatan Larutan Cu ppm Flowchart Prosedur Batch Adsorption Flowchart Prosedur Kinetika Adsorpsi 30 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN PENETRALAN ph DARI ADSORBEN BATANG JAGUNG PENGERINGAN BENTUK ADSORBEN BATANG JAGUNG 32 ix

12 4.3 PENENTUAN KAPASITAS ADSORPSI DENGAN VARIASI BENTUK ADSORBEN PENENTUAN PERUBAHAN KONSENTRASI TERHADAP KAPASITAS ADSORPSI PENENTUAN WAKTU KONTAK OPTIMUM DAN KINETIKA ADSORPSI PENENTUAN KINETIKA DIFUSI 51 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN KESIMPULAN SARAN 56 DAFTAR PUSTAKA 57 LAMPIRAN 63 x

13 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambara 2.1 Permukaan Batang Jagung dengan 500 Perbesaran Menggunakan (Scanning Electron Microscope) SEM 8 Gambar 3.1 Flowchart Persiapan Adsorben Batang Jagung 25 Gambar 3.2 Flowchart Pengeringan Adsorben Batang Jagung 26 Gambar 3.3 Flowchart Pembuatan Larutan HCl 0,1 M 26 Gambar 3.4 Flowchart Pembuatan Larutan NaOH 0,1 M 27 Gambar 3.5 Flowchart Pembuatan Larutan Pelarut dengan ph 4,5 27 Gambar 3.6 Flowchart Pembuatan Larutan Standart Cd +2 (50 ppm) 28 Gambar 3.7 Flowchart Pembuatan Larutan Standart Cu +2 (50 ppm) 28 Gambar 3.8 Flowchart Mengukur Pengaruh Ukuran Adsorben Terhadap Kemampuan Adsorpsi 29 Gambar 3.9 Flowchart Mengukur Kinetika Adsorpsi Pengaruh Ukuran Adsorben Terhadap Kemampuan Adsorpsi 30 Gambar 4.1 Penentuan ph Netral Adsorben Batang Jagung 31 Gambar 4.2 Batang Jagung Berbagai Bentuk Sebelum dan Sesudah Pengeringan 32 Gambar 4.3 Grafik Pengeringan Adsorben Batang Jagung 33 Gambar 4.4 Kurva Laju Pengeringan 35 Gambar 4.5 Hubungan Antara Kapasitas Adsorpsi Logam Cd +2 Dengan Berbagai Adorben Batang Jagung 37 Gambar 4.6 Persentase Adsorpsi (%) Logam Cd dengan Berbagai Bentuk Adsorben 37 Gambar 4.7 Hubungan Antara Kapasitas Adsorpsi Logam Cu +2 Dengan Berbagai Adorben Batang Jagung 38 Gambar 4.8 Persentase Adsorpsi (%) Logam Cu dengan Berbagai Bentuk Adsorben 38 Gambar 4.9 Gaya Tarik-menarik Atom 41 xi

14 Gambar 4.10 Nilai Kapasitas Adsorpsi Maksimum (q max ) untuk Berbagai Perbandingan Konsentrasi Cd +2 / Cu +2 Selama 5 Jam 42 Gambar 4.11 Grafik Optimasi Waktu Kontak pada Penyerapan ion Logam Cd +2 dalam Larutan oleh Adsorben Batang Jagung 44 Gambar 4.12 Grafik Optimasi Waktu Kontak pada Penyerapan ion Logam Cu +2 dalam Larutan oleh Adsorben Batang Jagung 44 Gambar 4.13 Grafik Optimasi waktu kontak pada penyerapan ion logam Cu +2 : Cd +2 (30:30 ppm) dalam larutan biner oleh Adsorben batang jagung 45 Gambar 4.14 Grafik Kinetika Adsorpsi Cd +2 Orde 1 47 Gambar 4.15 Grafik Kinetika Adsorpsi Cd +2 Orde 2 48 Gambar 4.16 Grafik Kinetika Adsorpsi Cu +2 Orde 1 48 Gambar 4.17 Grafik Kinetika Adsorpsi Cu +2 Orde 2 49 Gambar 4.18 Grafik Kinetika Adsorpsi Larutan Biner Cd +2 : Cu +2 (30:30 ppm) Orde 1 50 Gambar 4.19 Grafik Kinetika Adsorpsi Larutan Biner Cd +2 : Cu +2 (30:30 ppm) Orde 2 50 Gambar 4.20 Pemodelan Kinetika Difusi Internal Logam Cd ppm 52 Gambar 4.21 Pemodelan Kinetika Difusi Eksternal Logam Cd ppm 52 Gambar 4.22 Pemodelan Kinetika Difusi Internal Logam Cu ppm 52 Gambar 4.23 Pemodelan Kinetika Difusi Eksternal Logam Cu ppm 53 Gambar 4.24 Pemodelan Kinetika Difusi Internal Larutan Biner Cd + 2: Cu +2 (30:30 ppm) 53 Gambar 4.24 Pemodelan Kinetika Difusi Eksternal Larutan Biner Cd +2 : Cu +2 (30:30 ppm) 54 Gambar C.1 Kebun Jagung yang akan Digunakan Sebagai Adsorben 73 Gambar C.2 Pemotongan dan Pembersihan Batang Jagun 73 Gambar C.3 Batang Jagung yang Siap Dijadikan Adsorben 74 Gambar C.4 Peralatan dan Sampel Batang Jagung Penelitian 74 Gambar C.5 Material Logam Berat yang Digunakan 75 Gambar C.6 Botol Untuk Larutan Cd +2 dan Cu xii

15 Gambar C.7 Pengatur Keasaman NaOH (0,1 M) dan HCl (0,1 M) 76 Gambar C.8 Botol Sampel Untuk Uji Di Alat AAS 76 Gambar C.9 Hasil Uji Panjang Gelombang Logam Cd +2 Di Alat AAS 77 Gambar C.10 Hasil Uji Logam Cd ppm Di Alat AAS 77 Gambar C.11 Hasil Uji Panjang Gelombang Logam Cu +2 Di Alat AAS 78 Gambar C.12 Hasil Uji Logam Cu ppm Di Alat AAS 78 xiii

16 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 1.1 Jumlah Panen Jagung Indonesia Tahun Tabel 1.2 Data Beberapa Hasil Penelitian Terbaru Tentang Bioadsorpsi dan Pemanfaatkan Batang Jagung Sebagai Biosorban Dalam Menyerapan Ion Logam 2 Tabel 2.1 Komponen Kimia Pada Batang Jagung 7 Tabel A.1 Data Kalibrasi Larutan Standar 63 Tabel A.2 Data Hasil Pencucian dari Adsorben Batang Jagung. 63 Tabel A.3 Hubungan Hasil Kapasitas Adsorpsi Batang Jagung Terhadap Logam Cd +2 Pada berbagai Bentuk 66 Tabel A.4 Hubungan Hasil Kapasitas Adsorpsi Batang Jagung Terhadap Logam Cu +2 Pada berbagai Bentuk 66 Tabel A.5 Data Hasil Penentuan Waktu Optimum Logam Cd Tabel A.6 Data Hasil Penentuan Waktu Optimum Logam Cu Tabel A.7 Data Hasil Perbandingan Konsentrasi Tetap Cd +2 / Cu +2 (30:30 ppm) Terhadap Waktu 68 Tabel A.8 Hubungan Antara Kapasitas Adsorpsi q (%) Terhadap Waktu (t) 68 Tabel A.9 Nilai Kapasitas Adsorpsi q (%) pada Berbagai Perbandingan Konsentrasi C o Cd +2 / Cu xiv

17 DAFTAR LAMPIRAN Halaman LAMPIRAN A DATA BAHAN BAKU 63 A.1 Data Kalibrasi Larutan Standar Hasil Analisis AAS 63 A.2 Hasil Pencucian Adsorben Batang Jagung 63 A.3 Hasil Pengeringan Adsorben Batang Jagung 64 A.3.1 Perhitungan Pengeringan Adsorben Batang Jagung 64 A.4 Data Hasil Kapasitas Adsorpsi 66 A.5 Data Hasil Penentuan Waktu Optimum 67 A.6 Data Adsorbansi dan Konsentrasi Larutan Biner 68 LAMPIRAN B CONTOH PERHITUNGAN 69 B.1 Pembuatan Larutan (Stock Solution) 69 B.2 Perhitungan Konsentrasi Aktual 70 B.3 Perhitungan Kapasitas Adsorpsi 70 B.4 Pembuatan Larutan Biner (Stock Solution) 70 B.5 Perhitungan Kapasitas Adsorpsi Larutan Biner 71 LAMPIRAN C DOKUMENTASI PERCOBAAN 73 C1 Sampel dan Bahan Baku 73 C2 Eksperimen 75 xv

18 DAFTAR SINGKATAN AAS ph ppm Atomic Adsorption Spectroscopy Power of Hydrogen Part Per Million xvi

19 DAFTAR SIMBOL Simbol Keterangan Dimensi Cd(CH 3 COO) 2.2H 2 O CuSO 4.5H 2 O C O Kadmium Asetat Dihidrat Tembaga Sulfat Karbon Oksigen mg mg % Persen HCl Asam klorida ml NaOH Natrium Hidroksida g H 2 O Air ml H + Ion hidrogen Q Berat Cd yang terjerap oleh satu gram sampel mg/g w Berat sampel yang digunakan g C o Konsentrasi larutan Cd awal ppm C t Konsentrasi larutan Cd pada waktu t ppm t Waktu menit/ jam V y Volume larutan Cd dan Cu yang digunakan Absorbansi ml x Konsentrasi larutan ppm xvii