SKRIPSI. KOMPETISI ADSORPSI LOGAM BERAT KADMIUM (Cd 2+ ) DAN TEMBAGA (Cu 2+ ) DALAM LARUTAN BINER MENGGUNAKAN ADSORBEN BATANG JAGUNG (Zea mays) Oleh

Transkripsi

1 SKRIPSI KOMPETISI ADSORPSI LOGAM BERAT KADMIUM (Cd 2+ ) DAN TEMBAGA (Cu 2+ ) DALAM LARUTAN BINER MENGGUNAKAN ADSORBEN BATANG JAGUNG (Zea mays) Oleh HERMAN MUGIONO DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2016

2

3

4

5 PRAKATA Puji syukur kami panjatkan kehadirat Allah Yang Maha Esa atas berkat dan rahmat yang telah dilimpahkan kepada kita semua, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini yang berjudul Kompetisi Adsorpsi Logam Berat Kadmium (Cd 2+ ) dan Tembaga (Cu 2+ ) dalam Larutan Biner Menggunakan Adsorben Batang Jagung (Zea mays) sesuai dengan waktu yang telah ditetapkan. 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. Selain itu untuk dapat digunakan sebagai adsorpben, batang jagung tidak perlu mendapatkan perlakuan khusus, seperti aktivasi, sehingga dapat mengurangi biaya operasional dan produksi. Dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada : 1. Dosen pembimbing penelitian ini, Bapak Bode Haryanto, ST, MT, Ph.D. 2. Dosen penguji penelitian, Bapak Prof. Dr. Ir., M. Turmuzi, MS dan Ibu Ir., Seri Maulina, MSChE, Ph.D. 3. Koordinator Penelitian, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara,Ibu Ir., Renita Maurung, M.T. 4. Ketua Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik,, Bapak Dr. Eng. Ir., Irvan, M.Si. Penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini masih jauh dari sempurna untuk itu adanya kritik serta saran yang membangun sangat diperlukan untuk penyempurnaan skripsi ini. Akhirnya penulis berharap semoga skripsi ini ada manfaatnya bagi penulis dan para pembaca. Medan, 27 Januari 2016 Penulis

6 DEDIKASI Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada : 1. Kedua orangtua penulis, A. Sihaloho dan R. Simanjuntak. 2. Bapak dan Ibu dosen Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik,, terutama Bapak Bode Haryanto, S.T, M.T, Ph.D selaku dosen pembimbing penelitian. 3. Para pegawai administrasi Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. 4. Partner penelitian, Firmanto Panjaitan; yang telah bekerja sama di dalam penyelesaian penelitian dan skripsi ini. 5. Keluarga penulis, Pastor R. Simatupang; Bapak G. Tampubolon dan Ibu M.S. Sinaga; Ibu K. Nasution; Tulang R.S. Simanjuntak; Mamatua Septi Simanjuntak; Nantulang E. Rajagukguk; Namboru K. Sihaloho; Bapak R.C. Tobing; Kakak Karolina Purba, yang telah memberi nasehat, motivasi dan doa dalam menyelesaikan studi. 6. Bunda Maria, yang telah mendengarkan doa-doa penulis dalam doa Tiga Salam Maria dan rosario suci. 7. Sahabat-sahabat penulis, yaitu teman-teman mahasiswa Teknik Kimia terutama angkatan 2011, khususnya teman-teman Anggota Pengurus HIMATEK 2014/2015; teman-teman dari SMAKI angkatan 2008, khususnya Wike Wiranda dan Imelda Sitorus, atas dukungan moril yang diberikan dan bantuan sehingga penulisan skripsi ini dapat selesai dengan baik.

7 RIWAYAT HIDUP PENULIS Nama: Herman Mugiono Haloho NIM : Tempat/Tanggal Lahir: Jambi/ 12 September 1993 Nama Orangtua: A. Sihaloho dan R. Simanjuntak Alamat Orangtua : Jl. Tano Tombangan Kec. Tantom Angkola, Tapanuli Selatan Asal Sekolah SDN Hutaraja Sayurmatinggi tahun SMPN 1 Sayurmatinggi tahun SMA Kesuma Indah Padangsidimpuan tahun Pengalaman Organisasi/Kerja Gerakan Mahasiswa Bidik Misi (Gamadiksi USU) periode , sebagai anggota. Bimbingan Belajar Ulul Albab Kaki Seribu (ULAKIS) periode , sebagai kepala cabang. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) periode , sebagai anggota; dan periode , sebagai Koordinator Penelitian dan Pengembangan (Litbang HIMATEK). Artikel yang dipublikasikan dalam jurnal Pengaruh ph Larutan Terhadap Kompetisi Adsorpsi Logam Berat Kadmium (Cd 2+ ) dan Tembaga (Cu 2+ ) dalam Larutan Biner Menggunakan Adsorben Batang Jagung (Zea Mays)

8 ABSTRAK Aktivitas berbagai industri pada umumnya menghasilkan limbah cair yang sering menjadi permasalahan bagi lingkungan karena mengandung berbagai macam kontaminan yang berbahaya. Pencemaran ini berdampak pada penurunan kualitas air dan meningkatnya padatan tersuspensi pada air. Logam berat menimbulkan ancaman lingkungan yang besar karena dapat menimbulkan kandungan racun yang tinggi terhadap ekosistem dan manusia. Oleh karena itu, perlu dilakukan upaya penghilangan (adsorpsi) logam berat dari badan air dengan menggunakan adsorben, yaitu batang jagung. Dari hasil analisis sementara, laju adsorpsi optimum terjadi pada 20 menit pertama. Pemodelan kinetika adsorpsi, sangat cocok menggunakan persamaan orde dua dan merupakan model difusi internal. Jika dilihat dari variasi ph larutan biner, kapasitas adsorpsi tertinggi terjadi pada ph 6 (Cd 2+ /Cu 2+ //30:30 ppm) yaitu Cd = 2,1735 mg/g dan Cu = 1,8319 mg/g. Namun, apa bila dilihat dari perbandingan konsentrasi, kapasitas tertinggi terjadi pada konsentrasi Cd 2+ /Cu 2+ 40:20 ppm (ph: 4,5) yaitu Cd = 2,7455 mg/g dan Cu = 1,0969 mg/g. Namun, apabila dilihat dari faktor separasi, proses adsorpsi biner lebih baik pada ph rendah dan konsentrasi kadmium yang kecil. Kata kunci : adsorpsi, kompetisi adsorpsi, adsorben, batang jagung, kadmium, tembaga, kinetika adsorpsi, kapasitas adsorpsi

9 ABSTRACT Activity of various industry generally produces wastewater that is often a problem for the environment because they contain a wide variety of harmful contaminants. This pollution impact on the water quality and increased suspended solids in the water. Heavy metals pose a major environmental threat because it can cause high toxicity to ecosystems and humans. Therefore, it is necessary to attempt removal (adsorption) of heavy metals from water bodies using adsorbents, corn stalks. From the results of the analysis, the adsorption rate is rapid in the first 20 minutes. Adsorption kinetics modeling, it is suitable to use a second order equation and an internal diffusion model. If seen from the variation of the ph of binery solution, the highest adsorption capacity at ph 6 (Cd 2+ :Cu 2+ // 30:30 ppm), ie Cd = mg / g and Cu = mg / g. However, what if seen from a comparison of concentration, the highest capacity occurred at a concentration of Cd 2+ :Cu 2+ 40:20 ppm (ph: 4.5), ie Cd = mg / g and Cu = mg / g. However, when seen from the separation factor, adsorption processes multi-system is better at low ph and concentrations of cadmium were small. Keywords : adsorption, competitive adsorption, adsorbent, corn stalk, cadmium, copper, adsorption kinetic, adsorption capasity

10 DAFTAR ISI Halaman PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI PENGESAHAN UJIAN SKRIPSI PENGESAHAN PRAKATA DEDIKASI RIWAYAT HIDUP PENULIS ABSTRAK ABSTRACT DAFTAR ISI DAFTAR GAMBAR DAFTAR TABEL DAFTAR LAMPIRAN DAFTAR SINGKATAN DAFTAR SIMBOL i ii iii iv v vi vii viii ix xi xiii xiv xv xvi BAB I PENDAHULUAN LATAR BELAKANG RUMUSAN MASALAH TUJUAN PENELITIAN MANFAAT PENELITIAN RUANG LINGKUP PENELITIAN 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA POLUTAN LOGAM BERAT TEKNOLOGI PENYERAPAN LOGAM BERAT Elektroflotasi Pemisahan Membran Adsorpsi ADSORBEN 7

11 2.4 ADSORBEN BATANG JAGUNG KARAKTERISTIK PROSES ADSORPSI Pengukuran Kapasitas Adsorpsi Kesetimbangan Isotermal Adsorpsi Kinetika Adsorpsi Proses Difusi Preferensi Adsorpsi (Prefential Adsorption) 16 BAB III METODOLOGI PENELITIAN BAHAN DAN PERALATAN ANALISIS PROSEDUR PERCOBAAN Prosedur Pembuatan Larutan Prosedur Preparasi Batang Jagung (Pembuatan Bioadsorben) Prosedur Batch Adsorpsi PROSEDUR ANALISIS 21 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN PENGARUH WAKTU TERHADAP KAPASITAS ADSORPSI PENGARUH PH DAN KONSENTRASI LARUTAN Pengaruh Perubahan ph Terhadap Kapasitas Adsorpsi pada Konsentrasi Tetap Pengaruh Perubahan Konsentrasi Terhadap Kapasitas Adsorpsi pada ph Tetap PENENTUAN KINETIKA ADSORPSI PENENTUAN KINETIKA DIFUSI 34 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN KESIMPULAN SARAN 39 DAFTAR PUSTAKA 40

12 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Permukaan Batang Jagung pada Perbesaran 500 Kali... 8 Gambar 2.2 Struktur Kimia Batang Jagung... 9 Gambar 2.3 Ukuran Pori dan Ukuran Berbagai Molekul pada Umumnya... 9 Gambar 3.1 Flowchart Pembuatan Larutan Logam (Biner) Gambar 3.2 Flowchart Preparasi Batang Jagung Gambar 3.3 Flowchart Analisis Pengaruh ph Gambar 3.4 Flowchart Analisis Pengaruh Konsentrasi Gambar 4.1 Gambar 4.2 Gambar 4.3 Gambar 4.4 Gambar 4.5 Gambar 4.6 Kapasitas Adsorpsi Ion Cd 2+ /Cu 2+ pada ph 4,5 dan Konsentrasi Larutan (30:30 ppm) Nilai kapasitas Adsorpsi Maksimum (q max ) pada Berbagai Variasi ph dengan Perbandingan Konsentrasi Awal Cd 2+ /Cu 2+ 30:30 ppm Nilai kapasitas Adsorpsi Maksimum (q max ) untuk Berbagai Perbandingan Konsentrasi Awal Cd 2+ /Cu 2+ pada ph 4,5 Selama 2 Jam Pemodelan Orde Satu pada ph 4,5 dan Konsentrasi Larutan Cd 2+ /Cu 2+ (30:30 ppm) Pemodelan Orde Dua pada ph 4,5 dan Konsentrasi Larutan Cd 2+ /Cu 2+ (30:30 ppm) Pemodelan Kinetika Difusi Eksternal pada ph 4,5 dan Konsentrasi Larutan Cd 2+ /Cu 2+ (30:30 ppm) Gambar 4.7 Pemodelan Kinetika Difusi Internal pada ph 4,5 dan Konsentrasi Larutan Cd 2+ /Cu 2+ (30:30 ppm) Gambar C.1 Tanaman Jagung yang Akan Digunakan Sebagai Adsorben Gambar C.2 Batang Jagung yang Siap Dijadikan Adsorben Gambar C.3 Pemotongan dan Pembersihan Batang Jagung Gambar C.4 Adsorben Batang Jagung yang Telah Dibersihkan (Dicuci) Gambar C.5 Adsorben Batang Jagung 70 Mesh... 56

13 Gambar C.6 Material Logam Berat yang Digunakan Gambar C.7 Larutan (Stock Solution) Gambar C.8 Pengatur Keasaman NaOH (0,1 M) dan HCl (0,1 M) Gambar C.9 Larutan BINER (Sampling) Gambar C.10 Proses Adsorpsi (Shaking) Gambar C.11 Sampel Uji AAS... 59

14 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 1.1 Tabel 4.1 Tabel 4.2 Tabel 4.3 Tabel 4.4 Tabel 4.5 Tabel 4.6 Data Beberapa Hasil Penelitian Terbaru yang Memanfaatkan Batang Jagung sebagai Biosorban dalam Menyerap Ion Logam 2 Hubungan Antara Kapasitas Adsorpsi, q (%), Terhadap Waktu (t) Berbagai Variasi ph Berdasarkan Perandingan Konsentrasi Tetap Cd 2+ /Cu 2+ (30:30 ppm) 23 Hubungan Antara Kapasitas Adsorpsi, q (%), Terhadap Waktu (t) pada Berbagai Perbandingan Konsentrasi dan ph Tetap 4,5 23 Nilai Kapasitas Maksimum (q max ) pada Berbagai Variasi ph dengan Perbandingan Konsentrasi Awal Cd 2+ /Cu 2+ 30:30 ppm selama 2 Jam 24 Nilai Kapasitas Maksimum (q max ) pada Berbagai Perbandingan Konsentrasi C 0 Cd 2+ /Cu 2+ 30:30 ppm pada ph 4,5 selama 2 Jam 25 Pemodelan Laju Rata-Rata Kinetika Adsorpsi Cd 2+ /Cu 2+ pada Adsorben Batang Jagung dalam Larutan Biner 27 Pemodelan Laju Rata-Rata Kinetika Difusi Cd 2+ /Cu 2+ pada Adsorben Batang Jagung dalam Larutan Biner Selama 2 Jam 30 Tabel 4.7 Hasil Perhitungan Separation Factor pada Kondisi Setimbang (q e ) dalam Rentang Waktu 2 Jam 33 Tabel 4.8 Sifat Kimia-Fisika Kadmium dan Tembaga 33 Tabel A.1 Data Kalibrasi Larutan Standar 39 Tabel A.2 Data Percobaan pada ph 3 dan Konsentrasi Cd 2+ /Cu 2+ (30:30 ppm) 39 Tabel A.3 Data Percobaan pada ph 4,5 dan Konsentrasi Cd 2+ /Cu 2+ (30:30 ppm) 40 Tabel A.4 Data Percobaan pada ph 6 dan Konsentrasi Cd 2+ /Cu 2+ (30:30 ppm) 40 Tabel A.5 Data Percobaan pada ph 7,5 dan Konsentrasi Cd 2+ /Cu 2+ (30:30 ppm) 40 Tabel A.6 Data Percobaan pada ph 9 dan Konsentrasi Cd 2+ /Cu 2+ (30:30 ppm) 41 Tabel A.7 Data Percobaan pada ph 4,5 dan Konsentrasi Cd 2+ /Cu 2+ (20:40 ppm) 41 Tabel A.8 Data Percobaan pada ph 4,5 dan Konsentrasi Cd 2+ /Cu 2+ (40:20 ppm) 41

15 DAFTAR LAMPIRAN Halaman LAMPIRAN A DATA BAHAN BAKU 39 A.1 DATA KALIBRASI LARUTAN STANDAR HASIL ANALISIS AAS 39 A.2 DATA ADSORBANSI DAN KONSENTRASI LARUTAN BINER 39 LAMPIRAN B CONTOH PERHITUNGAN 42 B.1 PEMBUATAN LARUTAN BINER (STOCK SOLUTION) 42 B.2 PERHITUNGAN KAPASITAS ADSORPSI 43 LAMPIRAN C DOKUMENTASI PERCOBAAN 44 E.1 SAMPEL DAN BAHAN BAKU 44 E.2 EKSPERIMEN 46

16 DAFTAR SINGKATAN AAS MBR ph ppm SEM Atomic Adsorption Spectrofotometri Membrane Bioreactor power of Hydrogen part per million Scanning Electron Microscope

17 DAFTAR SIMBOL Simbol Keterangan Dimensi C Konsentrasi larutan mg/l Cd 2+ Cd(CH 3 COO) 2.2H 2 O Cu 2+ CuSO 4 HCl Ion kadmium Kadmium asetat Ion tembaga Tembaga (II) sulfat Asam klorida K Konstanta Adsorpsi l/mg m ads Massa adsorben g NaOH Natrium Hidroksida q Kapasitas adsorpsi mg/g R% Percent Removal % t Waktu s V Volume larutan l α Tetapan laju adsorpsi awal mg/g.min α B A β Faktor separasi Konstanta desorpsi