ISOTERM ADSORPSI TOLUENA PADA ARANG AKTIF STROBILUS PINUS (Pinus merkusii)

Transkripsi

1 ISOTERM ADSORPSI TOLUENA PADA ARANG AKTIF STROBILUS PINUS ( merkusii) Andre G. Kalensun 1, Audy D. Wuntu 1 dan Vanda S. Kamu 1 1 Program Studi Kimia FMIPA Universitas Sam Ratulangi Jl. Kampus Unsrat Manado, andre_geovanny@ymail.com; wuntudenny@unsrat.ac.id; vandakamu@yahoo.com ABSTRAK Adsorpsi senyawa organik volatil toluena pada arang aktif yang diuat dari stroilus pinus telah diteliti. Dalam penelitian ini arang aktif stroilus pinus dikaronisasi pada suhu C dan diaktivasi dengan larutan ZnCl 2. Eksperimen adsorpsi selama 24 jam dalam wadah tertutup erukuran 6.5 L yang erisi gas toluena 0.4; 0.8; 1.2; 1.6 dan 2 ml. Data yang diperoleh diuji dengan model isoterm adsorpsi Duinin-Raduskevich. Untuk kapasitas dan energi adsorpsi toluena dihitung dengan persamaan Duinin-Raduskevich. Hasil eksperimen menunjukkan ahwa kapasitas adsorpsi (W 0 ) arang aktif stroilus pinus yang teraktivasi adalah 0,1027 cm 3 /g dan energi adsorpsi (E 0 ) adalah 13,286 kj/mol. Sedangkan kapasitas adsorpsi (W 0 ) arang stroilus pinus tanpa pengaktivasi adalah 0,0267 cm 3 /g dan energi adsorpsi (E 0 ) adalah 5,941 kj/mol. Kata kunci: arang aktif, stroilus pinus ( merkusii), adsorpsi ISOTHERM ADSORPTION OF TOLUENE ONTO ACTIVATED CARBON MADE FROM STROBILUS PINE ( merkusii) ABSTRACT The adsorption isotherm of toluene, an organic volatile compound, onto activated caron prepared from stroilus pine was investigated. In this research, the caron was caronized at 400 o C and activated y ZnCl 2. The adsorption isotherm experiment was conducted for 24 hours in six 6.5 L- closed chamers, each was filled with 0.4; 0.8; 1.2; 1.6 and 2.0 ml of toluene. The data were fitted to Duinin-Raduskevich adsorption isotherm model in order to measure the adsorption capacity and the adsorption energy. The results showed that the adsorption capacity and the adsorption energy for the activated stroilus pine were cm 3 /g and kj/mol respectively, while for the unactivated stroilus pine were cm 3 /g and kj/mol respectively. Key word: activated caron, stroilus pine ( merkusii), adsorption. PENDAHULUAN Indonesia merupakan negara yang memiliki iklim tropis dan hampir seluruh wilayahnya mendapat sinar matahari yang terik dalam intensitas esar disetiap harinya. Negara erkemang ini juga memiliki moilitas masyarakat harian yang sangat ervariasi apalagi agi mereka yang ermukim didaerah perkotaan. Hal ini sering memicu kecenderungan peningkatan penggunaaan pendingin udara dalam ruangan. Pemakaian peralatan seperti ini mensyaratkan ruangan tertutup dengan laju pertukaran udara yang sekecil mungkin antara udara luar maupun dalam ruangan. Dengan laju pertukaran udara yang kecil dapat mempertahankan suhu ruangan sehingga tidak eruah-uah (isoterm). Kondisi yang seperti ini dapat menurunkan kualitas udara dalam ruangan karena memungkinkan terjadinya peningkatan konsentrasi partikel, CO 2, CO, akteri, dan senyawa organik volatil. Toluena merupakan senyawa aromatik (turunan enzena) yang digunakan

2 Kalensum, Wuntu dan Kamu: Isoterm Adsorpsi Toluena. 101 seagai ahan akar pesawat terang dan juga pelarut cat, dengan sifat karsinogenik dan mutagenik (Ham, 2005). Toluena dapat ditemukan dalam kehidupan manusia seperti pada produk parfum, pewarna, plastik, dan oat-oatan (Warsito, 2007). Beragai metode telah dikemangkan untuk meningkatkan kualitas udara dalam ruangan tertutup, diantaranya adalah filtrasi, pementukan ion, dan presipitasi elektrostatik. Meskipun metode filtrasi cukup efektif untuk menyingkirkan partikel tersuspensi tetapi metode ini tidak mampu menghilangkan senyawa organik volatil dari udara (Anonim, 2006). Metode lain yang dapat digaungkan dengan metode filtrasi adalah metode adsorpsi melalui penggunaan adsoren yang mampu mengadsorpsi senyawa organik volatil seperti arang aktif. Arang aktif adalah arang yang telah diaktivasi sehingga pori-porinya teruka dan memiliki daya jerap yang tinggi. Arang aktif merupakan adsoren yang aik dan dapat digunakan untuk pemurnian, menghilangkan warna dan au, deklorinasi, detoksifikasi, penyaringan, pemisahan, dan dapat dipergunakan seagai katalis (Bansal et al., 1988). Tanaman adalah tanaman yang tumuh suur di eragai jenis kondisi dan dapat menutupi lokasi-lokasi yang terjal, jurang ataupun gunung-gunung yang tinggi. Tanaman ini memiliki alat reproduksi jantan dan etina yang sering diseut dengan stroilus. Keanyakan masyarakat awam mengenal stroilus dengan seutan uah pinus, namun para ahli iologi tidak mengklasifikasikan stroilus seagai uah karena tidak memenuhi syarat seagai uah melainkan sifatnya yang leih menyerupai unga. Pemanfaatan stroilus pinus masih sangat teratas dengan hanya dijadikan seagai hiasan dan erakhir seagai limah. Arang aktif dalam pemurnian air dan limah memang telah lama diaplikasikan oleh anyak pihak, namun elum ada informasi tentang penelitian yang mengevaluasi penggunaan arang aktif stroilus pinus untuk mengurangi senyawa organik volatil dari lingkungan ruangan tertutup. Penelitian ini diharapkan akan memeri nilai tamah agi pemanfaatan stroilus pinus yang masih kurang daya gunanya. METODOLOGI PENELITIAN Waktu dan Tempat Penelitian dilakukan selama dua ulan, (Juni - Juli 2012), di Laoratorium Advance Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sam Ratulangi Manado. Bahan dan Alat Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah stroilus pinus yang diamil di KotaTomohon, Sulawesi Utara. Bahan ahan kimia yang digunakan yaitu toluene pekat, larutan ZnCl 2 10%, akuades, dan alumunium foil. Alat yang digunakan yaitu: tanur, oven, desikator, cawan porselin, penjepit cawan, peralatan gelas, gelas wol, dan rangkaian alat adsopsi. Metode Penelitian Penelitian dilakukan dalam dua tahap, yaitu pertama pemuatan dan uji kualitas arang aktif stroilus pinus dan yang kedua adalah percoaan adsorpsi toluena pada arang aktif stroilus pinus dalam model ruangan tertutup. a. Pemuatan dan uji kualitas arang aktif stroilus pinus - Pemuatan Arang Aktif Stroilus Stroilus pinus yang dimasukkan ke dalam cawan porselin dan dikaronisasi dalam tanur pada suhu 400 o C. Arang yang dihasilkan kemudian diaktivasi dengan larutan ZnCl 2 10% selama 24 jam. Arang yang telah diaktivasi dimasukkan ke dalam cawan porselin dan dipanaskan kemali menggunakan tanur pada suhu 500 o C selama 2 jam. Setelah dipanaskan, arang aktif yang diperoleh kemudian dicuci dengan akuades hingga mencapai ph netral. Selanjutnya arang aktif yang diperoleh dalam oven selama 3 jam pada suhu 110 o C. Kemudian arang aktif siap untuk proses analisis selanjutnya. 2 Uji kualitas arang aktif - Uji Kadar Air Seanyak dua gram sampel arang aktif ditempatkan dalam cawan porselin yang telah diketahui erat keringnya. Cawan porselin yang telah erisi sampel dipanaskan

3 102 Jurnal Ilmiah Sains Vol. 12 No. 2, Oktoer 2012 dalam oven pada suhu C selama tiga jam. Didinginkan dalam desikator selama satu jam, kemudian ditimang. Kadar air dihitung dengan persamaan: a Kadar air (%) = x 100 % dengan: a = erat sampel seelum pemanasan = erat sampel sesudah pemanasan - Uji Kadar Au Seanyak dua gram sampel arang aktif ditempatkan dalam cawan porselin yang telah diketahui erat keringnya.cawan porselin yang telah erisi sampel dipanaskan dalam tanur pada suhu C selama enam jam. Didinginkan dalam desikator selama satu jam kemudian ditimang. Kadar au (%) = a x 100 % dengan a = erat sisa sampel = erat awal sampel - Uji kadar zat mudah menguap Seanyak dua gram sampel arang aktif dimasukkan ke dalam cawan porselin yang diketahui erat keringnya. Sampel dipanaskan dalam tanur pada suhu C selama 10 menit (cawan ditutup serapat mungkin). Didinginkan dalam desikator selama satu jam kemudian ditimang. Kadar zat mudah menguap (%) = a x 100% dengan, a = erat awal sampel = erat setelah pemanasan - Penentuan Kadar karon Terikat Karon dalam arang adalah zat yang terdapat pada fraksi hasil pirolisis selain au (zat organik) dan zat-zat atsiri yang masih terdapat pada pori-pori arang. Kadar karon terikat dihitung dari nilai kadar zat mudah menguap dan kadar au dengan menggunakan persamaan: Kadar karon terikat (%) = 100% - (+c) Dimana, = kadar zat mudah menguap (%) c = kadar au (%) c. Eksperimen Adsorpsi Toluena pada Arang Aktif Stroilus Seanyak 10 gram arang aktif stroilus pinus ditempatkan ke dalam cawan porselin, kemudian dipanaskan dalam oven pada suhu 110 o C selama 3 jam. Selanjutnya sampel didinginkan dalam desikator selama satu jam. Arang aktif selanjutnya ditempatkan di atas gelas arloji yang telah diketahui eratnya dan teruka pada kedua ujungnya.kemudian dimasukkan ke dalam wadah plastik erukuran 6.5 L yang telah di desain. Setelah itu wadah plastik terseut dimasukkan 0.4 ml toluena tanpa menyentuh arang aktif, dan segera mungkin wadah plastik ditutup dan kipas dihidupkan. Toluena akan menguap dalam wadah plastik dan uap toluena akan diadsorpsi oleh arang aktif hingga tercapai kesetimangan. Proses ini akan erlangsung dalam 24 jam dan selanjutnya erat arang aktif ditimang. Prosedur ini kemudian diulangi untuk volume toluena pada 0.8: 1.2: 1.6: dan 2 ml HASIL DAN PEMBAHASAN 1. Pemuatan Arang Aktif Stroilus Bahan utama yang dijadikan arang aktif yaitu stroilus pinus. Untuk mendapatkan arang aktif yang diinginkan, terleih dahulu harus melalui dua tahap pengolahan yaitu tahap karonisasi dan tahap aktivasi. Arang aktif yang dihasilkan erentuk granular dan kondisi fisiknya erwarna hitam pekat. 2. Uji Kualitas Arang Aktif Stroilus Hasil uji kualitas arang aktif stroilus pinus dapat dilihat pada Tael 1. Analisis arang aktif meliputi kadar air, kadar zat mudah menguap, kadar au, dan kadar karon terikat. Tael 1: Kualitas arang aktif stroilus pinus Hasil Uji Kualitas Eksperimen SNI Kadar Air % Maks. 4.4 % Kadar Au % Maks. 2.5 % Zat Mudah Menguap % Maks. 15 % Kadar Karon Terikat % Min. 80 % Kadar Air Kadar air menunjukkan jumlah air yang teradsorpsi pada arang aktif. Air dapat teradsorpsi pada karon melalui pementukan ikatan hidrogen dengan gugus gugus karoksil (-COOH) dan hidroksil (- OH) di permukaan karon. Kadar air yang terukur pada eksperimen ini adalah 2.046%.

4 Kalensum, Wuntu dan Kamu: Isoterm Adsorpsi Toluena. 103 Nilai kadar air arang aktif stroilus pinus leih kecil dari nilai standar yang ditetapkan dalam syarat mutu arang aktif seruk teknis (SNI) No yaitu 15%. Hal ini diseakan oleh kandungan air dari karon aktif telah menguap pada saat proses karonisasi dan pemanasan dalam oven seelum dilakukan uji arang aktif. Kadar Au Kadar au adalah persentase erat oksida-oksida mineral dalam karon seperti silikon, sulfur, dan kalsium. Kadar au yang terukur dalam arang aktif setelah diuji yaitu 2.448%. Nilai kadar au arang aktif stroilus pinus leih rendah diandingkan dengan nilai maksimum yang ditetapkan dalam syarat mutu arang aktif teknis (SNI) No yaitu 2.5%. Kadar Zat Mudah Menguap Penetapan kadar zat mudah menguap ertujuan mengetahui jumlah zat atau senyawa yang elum menguap pada proses karonisasi dan aktivasi. Besarnya kadar zat mudah menguap mengarah kepada kemampuan daya jerap arang aktif. Kadar zat mudah menguap yang tinggi akan mengurangi daya jerap arang aktif terseut. Kadar zat mudah menguap arang aktif yang diuat telah memenuhi Standar Nasional Indonesia (SNI) yaitu maksimum 15%. Dalam penelitian ini kadar zat mudah menguap terukur adalah 6.089%. Kadar Karon Terikat Penentuan kadar karon terikat ertujuan untuk mengetahui kandungan karon setelah proses karonisasi dan aktivasi (Suryani, 2009). Kadar karon terikat yang terukur pada penelitian ini adalah %. Nilai kadar karon terikat dari arang aktif stroilus pinus leih tinggi dari nilai minimum yang ditetapkan dalam syarat mutu arang aktif teknis (SNI) yaitu 80%. 3. Kapasitas adsorpsi dan Energi Adsorpsi Arang Aktif Stroilus Kapasitas adsorpsi menggamarkan jumlah maksimum adsorat yang dapat diadsorpsi oleh adsoren. Saat ini telah ada eragai model isoterm adsorpsi yang telah dikemukakan oleh eerapa ahli misalnya model isoterm adsorpsi Duinin- Raduskevich, isoterm adsorpsi Freundlich, isoterm Langmuir, dan BET (Brunauer, Emmett, dan Teller). Namun untuk adsorpsi senyawa toluena dikuantitaskan dengan parameter Duinin-Raduskevich. Tael 2: Kapasitas Adsorpsi dan Energi Adsorpsi toluena menurut model isoterm adsorpsi Duinin-Raduskevich Adsoren Arang Stroilus Arang Aktif Stroilus Arang Aktif Seruk Gergajian kayu jati* Arang Aktif Tongkol Jagung** Arang Aktif Tempurung Kelapa*** * Yadnyana (2011) ** Wijaya (2011) *** Poha (2011) Kapasitas Adsorpsi (W0) (cm 3 /g) Energi Adsorpsi (E0) (kj/mol) Berdasarkan data pada Tael 2, terlihat ahwa arang aktif yang teruat dari stroilus pinus memiliki kapasitas adsorpsi yang cukup esar untuk digunakan seagai adsoren diandingkan dengan arang stroilus maupun arang aktif yang lain. Hal ini dikarenakan oleh kapasitas adsorpsi dari suatu arang aktif didasarkan pada esarnya pori dari suatu arang aktif, sedangkan esarnya pori dari suatu arang aktif dipengaruhi oleh jenis pengaktivasi (Pari dan Sailah, 2001). Pada penelitian ini arang aktif stroilus pinus diaktivasi dengan menggunakan ZnCl 2 sedangkan untuk arang aktif seruk gergajian kayu jati, tongkol jagung, dan tempurung kelapa diaktivasi dengan menggunakan NaCl. Menurut Bansal dan Goyal (2005), zat pengaktivasi yang ereda dan ahan mentah yang ereda akan menghasilkan arang aktif dengan sifatsifat yang ereda pula. Energi adsorpsi adalah kemampuan untuk melepas ikatan antara adsoren (arang aktif) dengan adsorat (toluena). Hampir sama seperti kapasitas adsorpsi, data pada Tael 2 menunjukkan ahwa arang yang diaktivasi dengan aktivator ZnCl 2 mempunyai

5 104 Jurnal Ilmiah Sains Vol. 12 No. 2, Oktoer 2012 energi adsorpsi yang leih esar diandingkan dengan arang tanpa pengaktivasi maupun arang aktif lain yang menggunakan pengaktivasi NaCl. Pengotor dapat menyeakan luas permukaan arang menjadi rendah, menutupi pori dalam struktur arang, dan menghalangi interaksi antara arang aktif dan toluena. Dengan tersingkirnya pengotor dari permukaan arang maka luas permukaan arang menjadi leih esar, pori-pori dalam struktur arang teruka, dan interaksi antara arang aktif dan toluena menjadi leih kuat. Interaksi antara adsoren dengan adsorat yang kuat akan menghasilkan energi adsorpsi yang leih esar. Gamaran energi adsorpsi dari arang aktif stroilus pinus dapat diperoleh dari nilai kadar zat mudah menguap. Semakin tinggi kadar zat mudah menguap maka energi adsorpsi dari karon aktif semakin rendah. Hal ini karena kadar zat mudah menguap merupakan jumlah dari zat yang elum menguap pada saat proses karonisasi dan aktivasi, sehingga mempengaruhi energi adsorpsi dari arang aktif (Suryani, 2009). KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Dari penelitian ini ditemukan ahwa aktivasi arang stroilus pinus dengan ZnCl 2 dapat meningkatkan kapasitas adsorpsi dan energi adsorpsi untuk adsorat toluena. Kapasitas adsorpsi dan energi adsorpsi toluena pada arang aktif stroilus pinus erturut-turut seesar cm 3 /g dan kj/mol. Dan untuk arang stroilus tanpa pengaktivasi erturut-turut seesar cm 3 /g dan kj/mol. Saran Perlu dilakukan penelitian leih lanjut mengenai kapasitas dan energi adsorpsi pada arang aktif stroilus pinus dengan senyawa volatil yang ereda pada kondisi dinamis. DAFTAR PUSTAKA Anonim Energy Efficiency and Indoor Air Quality. Energy Services, Western Area Power Administration. Lakewood, USA. Bansal, C.R., Donnet, J.B., Stoekli, F Active Caron. Marcel Dekker Inc., New York. Bansal,C.R dan Goyal, M Activate Caron Adsorption. CRC Press. Boca Raton Ham, M Kamus Kimia. Bumi Aksara, Jakarta. Pari, G. dan I. Sailah, Pemuatan Arang Aktif Dari Saut Kelapa Sawit Dengan Bahan Pengaktif NH 4 HCO 3 dan (NH 4 ) 2 CO 3 Dosis Rendah. Buletin Penelitian Hasil Hutan, Bogor. Poha, L Isoterm Adsorpsi Toluena Pada Karon Aktif Tempurung Kelapa [skripsi]. FMIPA UNSRAT, Manado [SNI] Standar Nasional Indonesia [Dalam Suryani 2009] SNI : Arang Aktif Teknis. Jakarta. Dewan Standarisasi Nasional. Suryani A. M Pemanfaatan Tongkol Jagung Untuk Pemuatan Arang Aktif Seagai Adsoren Pemurnian Minyak Goreng Bekas [skripsi]. FMIPA IPB, Bogor. Warsito, A Analisis Pemajanan Toluena Terhadap Prifil Darah Pada Pekerja Sektor Industri Penyulingan Minyak Bumi [Tesis]. Universitas Diponegoro, Semarang. Wijaya, I G Putra, Isoterm Adsorpsi Toluena Pada Karon Aktif Tongkol Jagung [Skripsi]. FMIPA UNSRAT, Manado. Yadnyana, I. P Adsorpsi Toluena Pada Arang Aktif Seruk Gergajian Kayu jati (Tectona grandis) [skripsi]. FMIPA UNSRAT, Manado.