PEMBUATAN KARBON AKTIF DARI KULIT SALAK (SALACCA SUMATRANA) DENGAN AKTIVATOR SENG KLORIDA (ZnCl 2 ) SKRIPSI

Transkripsi

1 PEMBUATAN KARBON AKTIF DARI KULIT SALAK (SALACCA SUMATRANA) DENGAN AKTIVATOR SENG KLORIDA (ZnCl 2 ) SKRIPSI Oleh ARDIANO OKTAVIANUS SAHAT TUA DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA JUNI 2015

2 PEMBUATAN KARBON AKTIF DARI KULIT SALAK (SALACCA SUMATRANA) DENGAN AKTIVATOR SENG KLORIDA (ZnCl 2 ) SKRIPSI Oleh ARDIANO OKTAVIANUS SAHAT TUA SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA JUNI 2015

3 PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul: PEMBUATAN KARBON AKTIF DARI KULIT SALAK (SALACCA SUMATRANA) DENGAN AKTIVATOR SENG KLORIDA (ZnCl 2 ) 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 dikemudian hari terbukti bahwa karya ini bukan karya saya atau merupakan hasil jiplakan maka saya bersedia menerima sanksi sesuai dengan aturan yang berlaku. Medan, 11 Juni 2015 Ardiano Oktavianus Sahat Tua NIM i

4 ii

5 PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas limpahan berkat dan kasih-nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan skripsi dengan judul Pembuatan Karbon Aktif dari Kulit Salak (Salacca Sumatrana) dengan Aktivator Seng Klorida (ZnCl 2 ), berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan ketika menjadi mahasiswa Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana teknik. Hasil penelitian ini: 1. Memberikan sumbangan ilmu pengetahuan tentang pengolahan limbah dengan menggunakan karbon aktif dari kulit salak yang diaktivasi. 2. Memberikan ide terhadap para entrepreneur untuk melakukan usaha dalam menghasilkan karbon aktif dari kulit salak yang diaktivasi. 3. Menambah nilai ekonomi limbah kulit salak. Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi ini, Penulis banyak mendapat pengarahan dan bimbingan Dosen pembimbing Penulis. Untuk itu secara khusus penulis mengucapkan terima kasih kepada Dosen Prof. Dr. Ir. Muhammad Turmuzi, MS. 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, 11 Juni 2015 Penulis, Ardiano Oktavianus Sahat Tua iii

6 DEDIKASI Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada: 1. Mereka yang tidak percaya bahwa pelayanan sangat baik dilakukan bila diiringi dengan studi terkhususnya di Teknik Kimia USU, Medan. 2. Orang tua (B. Pangaribuan & T. D. Silalahi), abang (Yonathan Pangaribuan) dan adik (M. Angelina Pangaribuan) penulis yang tersayang. 3. Dra. Siswarni MZ, MS, selaku dosen pembimbing akademik dan selaku dosen penguji yang memberikan saran serta kritik untuk kesempurnaan skripsi ini. 4. Dr. Ir. Muhammad Yusuf Ritonga, MT, selaku dosen penguji yang memberikan saran dan kritik untuk kesempurnaan skripsi ini. 5. Dr. Eng. Ir. Irvan, M.Si, selaku Ketua Jurusan Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. 6. Dr. Ir. Fatimah, MT, selaku Sekretaris Jurusan Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. 7. Ir. Renita Manurung, MT selaku Koordinator Tugas Akhir Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. 8. Staf Pegawai Administrasi Departemen Teknik Kimia USU yang telah membantu penulis dalam hal administrasi penyelesaian skripsi ini. 9. Yustina Br Silitonga, ST sebagai sahabat beradu argumen dan alasan kuat penulis untuk menyelesaikan skripsi ini. 10. Seluruh pihak yang telah memberi bantuan kepada penulis dalam penyelesaian skripsi ini yang tidak dapat ditulis satu per satu. iv

7 RIWAYAT HIDUP PENULIS Nama : Ardiano Oktavianus Sahat Tua NIM : Tempat / Tgl Lahir : Jakarta / 30 Oktober 1992 Nama Orang Tua : B. Pangaribuan Alamat Orang Tua : Jl. Gabus Raya No. 201, Perumnas II. Kelurahan Kayuringin Jaya. Kecamatan Bekasi Selatan. Kota Bekasi. Asal Sekolah TK Strada Budiluhur Bekasi tahun SD Strada Budiluhur Bekasi tahun SMP Negeri 1 Bekasi tahun SMA Negeri 1 Bekasi tahun Pengalaman Organisasi Gerakan Mahasiswa Kristen Indonesia Fakultas Teknik USU (GMKI FT- USU) periode 2011/2012 sebagai Biro Organisasi dan Komunikasi Gerakan Mahasiswa Kristen Indonesia Fakultas Teknik USU (GMKI FT- USU) periode 2012/2013 sebagai Ketua Himatek periode sebagai Anggota Bidang Sosial dan Rohani v

8 ABSTRAK Karbon aktif dapat dibuat dari berbagai bahan baku baik anorganik maupun organik. Salah satu bahan organik yang potensial adalah kulit salak. Tujuan penelitian ini adalah mengetahui kondisi optimum pembuatan karbon aktif yang terbuat dari kulit salak yang diaktivasi dengan ZnCl 2. Metodologi penelitian meliputi proses penyiapan bahan baku, aktivasi, pirolisa dan pengujian. Rasio sampel-zncl 2 yang digunakan adalah 1: 1 2, 1: 2 3, 1:1 dan 1:2 g/g, temperatur pirolisa adalah 400, 450, 500, 550 dan 600 o C serta waktu pirolisa adalah 1, 2 dan 3 jam. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kondisi operasi optimum, yaitu rasio sampel-zncl 2 1:2 g/g, temperatur pirolisa 550 C dan waktu pirolisa 3 jam menghasilkan nilai iodine tertinggi sebesar 772,24 mg/g yang telah sesuai dengan SNI 1995 yaitu minimal 750 mg/g. Kata kunci: Karbon aktif, Kulit salak, ZnCl 2, Nilai Iodine vi

9 ABSTRACT Activated carbon can be made of organic or anorganic materials. Salak peel is a potential organic material as activated carbon. This research aimed to understand the optimum condition to produce activated carbon made from salak peel with activating agent Zinc Chloride (ZnCl 2 ). The method included preparation of raw material, chemical activation, pyrolysis and iodine value test. The ratios of ZnCl 2 are 1: 1 2, 1: 2 3, 1:1 and 1:2 g/g, the activation times are 1, 2 and 3 hours, and the acivation temperatures are 400, 450, 500, 550 and 600 o C. Results showed that the optimum conditions are at 1:2 ratio of sample- ZnCl 2, 550 C of activation temperature, and 3 hours of activation time. The highest iodine value was 772,24 mg/g which has passed SNI 1995 with the minimum value 750 mg/g. Keywords: Activated carbon, salak peel, ZnCl 2, Iodine value 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 xii DAFTAR LAMPIRAN xiii DAFTAR SINGKATAN xiv DAFTAR SIMBOL xv BAB I PENDAHULUAN LATAR BELAKANG PERUMUSAN MASALAH TUJUAN PENELITIAN MANFAAT PENELITIAN RUANG LINGKUP PENELITIAN 3 BAB II TINJUAN PUSTAKA KULIT BUAH SALAK KARBON AKTIF PROSES PENGAKTIVAN KARBON Aktivasi Fisika Aktivasi Kimia Zat Aktivator Zat Aktivator KOH Zat Aktivator ZnCl Zat Aktivator H 3 PO 4 10 viii

11 2.5 ADSORBEN TERMODIFIKASI ZnCl Kualitas Adsorben dari Bahan Baku Limbah Termodifikasi ZnCl Kualitas Adsorben dari Bahan Bahan Baku Alami Termodifikasi ZnCl FAKTOR - FAKTOR YANG MEMPENGARUHI KUALITAS KARBON AKTIF Bahan Baku Temperatur Aktivasi Waktu Aktivasi Konsentrasi Zat Aktivator PIROLISA Reaksi dalam Proses Pirolisa Reaksi Dehidrasi Reaksi Fragmentasi Jenis-jenis Pirolisa Pirolisa Lambat-Karbonisasi Pirolisa Cepat Pirolisa Lambat-Torrefaction ADSORPSI FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI ADSORPSI APLIKASI KARBON AKTIF Faktor-faktor yang Mempengaruhi Aplikasi Karbon Aktif APLIKASI INDUSTRI ANALISA EKONOMI 22 BAB III METODOLOGI PENELITIAN LOKASI DAN WAKTU PENELITIAN BAHAN PENELITIAN PERALATAN PENELITIAN RANGKAIAN PERALATAN Rangkaian Peralatan Pembuatan Arang Aktif dan Analisa Nilai Iodine Vertical Tubular Reactor (Furnace) PROSEDUR PENELITIAN Persiapan Bahan Baku 27 ix

12 3.5.2 Pembuatan Karbon Aktif PROSEDUR ANALISA NILAI IODINE FLOWCHART PERCOBAAN Flowchart Persiapan Bahan Baku Flowchart Pembuatan Karbon Aktif Flowchart Analisa Nilai Iodine 31 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ANALISA PERSEN YIELD Pengaruh Waktu Aktivasi terhadap %Yield Pengaruh Rasio Sampel-ZnCl 2 terhadap %Yield Pengaruh Temperatur Aktivasi terhadap %Yield ANALISA NILAI IODINE Pengaruh Temperatur Aktivasi terhadap Nilai Iodine Pengaruh Waktu Aktivasi terhadap Nilai Iodine Pengaruh Rasio Sampel-ZnCl 2 terhadap Nilai Iodine ANALISA RECYLE ZnCl 2 40 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN KESIMPULAN SARAN 43 DAFTAR PUSTAKA 44 x

13 DAFTAR GAMBAR halaman Gambar 2.1 Karbon Aktif Granular 6 Gambar 2.2 Karbon Aktif Serbuk 6 Gambar 2.3 Model Norit 7 Gambar 2.4 Mekanisme Reaksi Aktifasi dengan Aktifator ZnCl 2 10 Gambar 2.5 Mekanisme Reaksi Aktifasi dengan Aktifator H 3 PO 4 11 Gambar 2.6 Hubungan Temperatur Aktivasi Terhadap Nilai Iodine Karbon Aktif 14 Gambar 2.7 Hubungan Waktu Aktivasi terhadap Nilai Iodine Karbon Aktif 15 Gambar 2.8 Hubungan Rasio sampel-zncl 2 terhadap Nilai Iodine Karbon Aktif 15 Gambar 2.9 Alat Pirolisa Lambat-Karbonisasi 18 Gambar 2.10 Alat Pirolisa Cepat 18 Gambar 3.1 Rangkaian Peralatan Pembuatan Karbon Aktif dan Analisa Nilai Iodine 25 Gambar 3.2 Vertical Tubular Reactor (Furnace) 26 Gambar 3.3 Flowchart Persiapan Bahan Baku 29 Gambar 3.4 Flowchart Pembuatan Karbon Aktif 30 Gambar 3.5 Flowchart Analisa Bilangan Iodine 31 Gambar 4.1 Hubungan Waktu Aktivasi terhadap %Yield 32 Gambar 4.2 Hubungan Rasio Sampel-ZnCl 2 terhadap %Yield 34 Gambar 4.3 Hubungan Temperatur Aktivasi terhadap %Yield 35 Gambar 4.4 Hubungan Temperatur Aktivasi terhadap Nilai Iodine 36 Gambar 4.5 Hubungan Waktu Aktivasi terhadap Nilai Iodine 38 Gambar 4.6 Hubungan Rasio Sampel-ZnCl 2 terhadap Nilai Iodine 39 Gambar 4.7 Hubungan % Yield Recycle ZnCl 2 terhadap Temperatur Aktivasi 41 Gambar L3.1 Persiapan Bahan Baku 52 Gambar L3.2 Aktivasi Kimia dan Pirolisa 52 Gambar L3.3 Analisa Nilai Iodine 53 xi

14 DAFTAR TABEL halaman Tabel 2.1 Komposisi Kulit Salak Pondoh dan Gading 4 Tabel 2.2 Kandungan Karbon Aktif yang Dihasilkan 5 Tabel 2.3 Kondisi Operasi pada Setiap Jenis Proses Pirolisis Beserta Produk 17 Tabel 2.4 Rincian Singkat Bahan Baku yang Digunakan Beserta Total Biaya 23 Tabel L1.1 Data Pembuatan Karbon Aktif Dengan Aktivator ZnCl 2 50 Tabel L4.1 Standar Kualitas Arang Aktif Menurut SNI (1995) 56 Tabel L4.2 Standar Kualitas Arang Aktif Menurut PERTAMINA 57 xii

15 DAFTAR LAMPIRAN halaman Lampiran 1 Data Percobaan 50 Lampiran 1.1Data Pembuatan Karbon Aktif dengan Aktivator ZnCl 2 50 Lampiran 2 Lampiran Perhitungan 52 Lampiran 2.1Perhitungan Bahan 52 Lampiran 2.2Perhitungan Nilai Iodine 52 Lampiran 3 Lampiran Gambar 54 Lampiran 3.1Persiapan Bahan Baku 54 Lampiran 3.2Aktivasi Kimia dan Pirolisa 54 Lampiran 3.2Analisa Nilai Iodine 55 Lampiran 4 Tabel Standar Kualitas Karbon Aktif 56 Lampiran 4.1 Standar Kualitas Arang Aktif Menurut SNI (1995) 56 Lampiran 4.1 Standar Kualitas Arang Aktif menurut PERTAMINA 57 xiii

16 DAFTAR SINGKATAN ph SNI I n Power of Hydrogen Standar Nasional Indonesia Iodine number xiv

17 DAFTAR SIMBOL Simbol Keterangan Dimensi Tegangan permukaan G Energi bebas A Luas permukaan T Suhu absolut K P Tekanan Z 1 Rasio sampel- ZnCl 2 1:1/2 g/g Z 2 Rasio sampel- ZnCl 2 1:2/3 g/g Z 3 Rasio sampel- ZnCl 2 1:1 g/g Z 4 Rasio sampel- ZnCl 2 1:2 g/g X 1 Massa sampel mula-mula g X 2 Massa kering sampel setelah aktivasi g X 3 Massa sampel setelah pirolisa g X 4 Massa kering sampel setelah pencucian g X Massa iodine yang teradsopsi oleh karbon aktif mg N 1 Konsentrasi larutan iodin N N 2 Konsentrasi larutan natrium tiosulfat N V Volume natrium tiosulfat terpakai ml M Massa karbon aktif g xv