ADSORPSI Fe(II) DENGAN ARANG KULIT BUAH KAKAO (Theobroma cacao L.) TERAKTIVASI ASAM KLORIDA

Transkripsi

1 ADSORPSI Fe(II) DENGAN ARANG KULIT BUAH KAKAO (Theobroma cacao L.) TERAKTIVASI ASAM KLORIDA Lasma Debora Sianipar 1*, Titin Anita Zaharah 1, Intan Syahbanu 1 1 Progam Studi Kimia, Fakultas MIPA, UniversitasTanjungpura, Jl. Prof. Dr. H. Hadari Nawawi 78124, Pontianak * sianipardebora28@gmail.com ABSTRAK Kakao (Theobroma cacao L.) merupakan tanaman yang menghasilkan hampir 75% limbah yang berupa kulit buah. Kulit buah kakao mengandung serat kasar, selulosa, hemiselulosa, dan lignin sehingga berpotensi untuk dijadikan arang aktif. Arang dibuat dari kulit buah kakao yang dipanaskan pada suhu 6 selama 1 jam dan diaktivasi menggunakan HCl 4M selama 24 jam. Arang aktif yang dihasilkan digunakan untuk mengadsorpsi Fe(II) dalam larutan dengan mengkaji kondisi optimum, kapasitas dan model isoterm adsorpsi. Penentuan kualitas arang aktif kulit buah kakao dilakukan dengan kadar air, kadar abu, daya serap iod dan karakterisasi pori dilakukan dengan Gas Sorption Analyzer (GSA). Berdasarkan hasil penelitian diperoleh kadar air sebesar 9,78%, kadar abu sebesar 1,43% dan daya serap terhadap iod adalah 978,28 mg/g. Hasil analisis GSA diperoleh pori arang aktif memiliki luas permukaan sebesar 337,18 m 2 /g, volume total pori,211 cc/g dan jari-jari pori 2,498 nm. Kondisi optimum arang aktif kulit buah kakao pada massa 2 gram, waktu kontak 6 menit yang dilakukan pada ph 7. Kapasitas adsorpsi arang aktif dari kulit buah kakao terhadap Fe(II) adalah sebesar,446 mg/g dan mengikuti mekanisme adsorpsi isoterm Freundlich yang ditunjukkan oleh nilai R 2 =,948. Kata kunci: adsorpsi, arang aktif, asam klorida, besi, kulit buah kakao PENDAHULUAN Luas perkebunan tanaman kakao (Theobroma cacao L.) di wilayah Kalimantan Barat memiliki perkebunan sebesar Ha, dengan produksi 2.32 ton/tahun (Dirjen Perkebunan, 214). Bagian dari tanaman kakao yang paling banyak dimanfaatkan adalah bagian bijinya. Bagian biji ini dapat diolah menjadi bahan dasar dari pembuatan cokelat. Buah kakao menghasilkan limbah kulit buah kakao sebesar 75% (Siregar dkk., 23). Kulit buah kakao yang dipisahkan dari bijinya merupakan hasil buangan yang tidak terpakai dan akan menumpuk seiring dengan semakin besarnya panen buah yang dilakukan serta dapat menimbulkan bau tak sedap. Kulit buah kakao mengandung serat kasar (4,3%), protein (9,71%), selulosa 36,23%, hemiselulosa 1,14% dan lignin 2%-27,95% (Amirroenas, 199; Laconi, 1998). Hal tersebut membuat kulit buah kakao berpotensi untuk dijadikan karbon aktif. Karbon aktif telah umum digunakan sebagai adsorben untuk mengadsorpsi logam. Penelitian yang telah dilakukan (Saputro, 212) yaitu mengadsorpsi logam berat Pb(II) dan Cu(II) menggunakan arang aktif dari kulit buah kakao. Arang kulit buah kakao ini diaktivasi secara fisika dan dilakukan variasi waktu kontak, dan dapat menyerap Pb(II) sebesar 89,36% dengan waktu kontak 3 menit sedangkan untuk Cu(II) sebesar 73,61% dengan waktu kontak 15 menit. Arang aktif kulit buah kakao belum dimanfaatkan untuk jenis logam yang lainnya, misalnya Fe(II). Oleh karena itu, penelitian ini akan dilakukan pemanfaatan limbah kulit buah kakao untuk dijadikan arang yang diaktivasi secara kimia dengan menggunakan HCl 4M. Penelitian yang telah dilakukan (Rahayu dan Adhitiyawarman, 214) untuk mengadsorpsi besi pada air tanah menggunakan adsorben arang aktif dari tongkol jagung dengan aktivator HCl 4M, dihasilkan karakteristik kadar air,4%, kadar abu,1% dan kapasitas adsorpsi sebesar 87,2 mg/g. Arang aktif kulit buah kakao yang dihasilkan akan digunakan untuk mengadsorpsi Fe(II), hasil adsorpsi 5

2 diidentifikasi menggunakan spektrofotometer ultraviolet-visible. Selanjutnya adsorben tanpa dan dengan aktivasi dianalisis dengan menggunakan GSA (Gas Sorption Analizer) untuk mengetahui luas permukaan dan volume pori. Penelitian ini bertujuan untuk memperoleh karakteristik dari arang aktif kulit buah kakao, memperoleh nilai optimum adsorpsi logam berat Fe(II) dan menentukan kapasitas adsorpsi serta isoterm adsorpsi yang sesuai terhadap penurunan kadar Fe(II). METODOLOGI PENELITIAN Alat dan Bahan Alat Alat yang digunakan dalam penelitian ini antara lain ayakan 1 mesh, botol semprot, desikator, mortar, neraca analitik, oven, ph meter, peralatan gelas, shaker, tanur, spektrofotometer ultraviolet-visible double beam UVD-295, dan Gas Sorption Analizer (GSA). Bahan Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah sampel kulit buah kakao yang berasal dari Desa Sosok, Kec. Tayan Hulu. Akuades, asam klorida (HCl) p.a Merck, asam sulfat (H 2 SO 4 ) p.a Merck, amilum, iod (I 2 ) p.a Merck, kalium iodat (KIO 3 ) p.a Merck, kalium iodida (KI) p.a Merck, kertas saring, natrium hidroksida (NaOH) p.a Merck, natrium asetat (CH 3 COONa) p.a Merck, natrium karbonat (Na 2 CO 3 ) p.a Merck, natrium tiosulfat (Na 2 S 2 O 3.5H 2 O) p.a Merck, phenantrolin p.a Merck, (NH 4 ) 2 Fe(SO 4 ).6H 2 O p.a Merck. CARA KERJA Pebuatan dan Aktivasi Arang Aktif (Saputro, 212; Rahayu dan Adhitiyawarman, 214). Kulit buah kakao sebanyak 4 kg dipotong-potong berbentuk dadu dengan ukuran ± 3 cm 2 dicuci dengan air dan dikeringkan. Setelah itu, kulit buah kakao kering dimasukkan ke dalam tungku pemanas untuk proses pengarangan, pada suhu 6 selama 1 jam, selanjutnya arang dihaluskan dan diayak dengan ayakan berukuran 1 mesh. Arang yang diperoleh dari hasil ayakan diaktivasi secara kimia dengan direndam di dalam larutan HCl 4M selama 24 jam, kemudian disaring dan dicuci. Arang aktif dikeringkan dalam oven pada suhu 11 selama 3 jam dan disimpan dalam desikator. Penentuan Rendemen (Saputro, 212). Penentuan rendemen dilakukan dengan menghitung hasil perbandingan berat arang kulit buah kakao sebelum dan setelah diaktivasi. Penentuan rendemen terhadap arang yang dihasilkan juga dilakukan dengan membandingkan berat arang dengan kulit buah kakao. Rendemen (%) = x 1% Pengujian Kualitas Arang dan Arang Aktif a. Penentuan kualitas arang aktif berdasarkan pada Standar Nasional Indonesia (SNI) dalam Khairani dkk., Penentuan kadar air Penentuan kadar air menggunakan arang aktif kulit buah kakao sebanyak 1 g, dikeringkan dalam oven pada suhu (11±2) selama 2 jam. Tahap berikutnya sampel dimasukkan ke dalam desikator, kemudian ditimbang hingga beratnya konstan dan ditentukan kadar airnya dalam persen (%). Penentuan kadar air dilakukan pengulangan sebanyak 3 kali. Kadar air(%)= x1% 2. Penentuan kadar abu Penentuan kadar abu menggunakan arang aktif kulit buah kakao yang telah ditentukan kadar airnya, ditimbang sebanyak,5 gram dan dimasukkan ke dalam krus yang telah diketahui beratnya. Selanjutnya krus tersebut dimasukkan ke dalam tanur pada suhu 6 selama 1 jam hingga terbentuk abu. Selanjutnya didinginkan dalam desikator lalu ditimbang sampai beratnya konstan dan ditentukan kadar abunya dalam persen (%). Penentuan kadar abu dilakukan pengulangan sebanyak 3 kali. Kadar abu (%)= x 1% 3. Daya serap terhadap iod 51

3 Penentuan daya serap terhadap iodium dilakukan dengan menggunakan arang aktif yang telah dipanaskan dalam oven, ditimbang sebanyak ±,5 g dan dimasukkan ke dalam erlenmeyer. Sampel tersebut diberi larutan iodium,1 N sebanyak 5 ml, diaduk dengan menggunakan shaker selama ± 15 menit dan didiamkan selama 15 menit. Selanjutnya diambil 1 ml filtrat, dan dititrasi dengan larutan Na 2 S 2 O 3,1 N. Apabila warna kuning dari larutan terlihat samar, ditambahkan 1 ml larutan amilum 1%. Titrasi dilakukan kembali hingga warna biru hilang. Penentuan daya serap terhadap iod dilakukan pengulangan sebanyak 3 kali. Daya serap I 2 (mg/g)= ( ) dengan V 1 adalah larutan iodium yang dianalisis (ml), N 1 adalah normalitas iodium, V 2 adalah larutan tiosulfat yag diperlukan (ml), N 2 adalah normalitas natrium tiosulfat dan W adalah berat arang aktif. b. Penentuan luas permukaan, volume, dan jari-jari arang aktif dengan Gas Sorption Analyzer (GSA) Penentuan luas permukaan, volume, dan jari-jari arang aktif dilakukan pada arang aktif yang telah diayak menggunakan ayakan 1 mesh. Arang tanpa aktivasi juga dianalisis sebagai kontrol. Penentuan Kondisi Optimum Arang Aktif Kulit Buah Kakao a. Analisis dengan spektrofotometer UV-Vis Larutan standar Fe(II) dibuat dengan variasi konsentrasi 1, 2, 3, 4, dan 5 mg/l dalam labu ukur 5 ml. Selanjutnya larutan ditambahkan 2 ml HCl 1,849%, 8 ml CH 3 COONa 5% dan 5 ml 1,1 Phenantrolin,1% kemudian dikocok dan didiamkan selama 15 menit. Terbentuk warna merah jingga pada larutan. Selanjutnya diukur absorbansi pada panjang gelombang 4-6 nm dengan menggunakan spektrofotometer UV-Vis. Percobaan ini dilakukan tiga kali pengulangan dan dibuat kurva standar dari Fe(II) pada panjang gelombang maksimum. b. Massa adsorben (Rahayu dan Adhitiyawarman, 214) Adsorben arang aktif kulit buah kakao ditimbang masing - masing sebanyak,5; 1; 1,5; 2; 2,5 dan 3 gram. Adsorben tersebut dimasukkan ke dalam 1 ml larutan logam besi 5 mg/l kemudian dikocok dengan shaker selama 6 menit. Setelah itu disaring dan kemudian filtratnya dianalisis kadar Fe-nya dengan spektrofotometer UV- Vis. c. Derajat keasaman (ph) (Rahayu dan Adhitiyawarman, 214) Adsorben arang aktif kulit buah kakao optimum yang diperoleh dari penentuan massa adsorben dimasukkan ke dalam erlenmeyer yang berisi 1 ml larutan larutan logam besi dengan konsentrasi 5 mg/l pada masing-masing ph 2; 4,5; 5,; 5,5; 6,; 6,5 dan 9. Campuran dikocok dengan menggunakan shaker selama 6 menit. Campuran tersebut kemudian disaring dan filtrat dianalisis kadar Fe-nya dengan menggunakan spektrofotometer UV-Vis. d. Waktu kontak (Rahayu dan Adhitiyawarman, 214) Adsorben arang aktif kulit buah kakao optimum dimasukkan ke dalam larutan standar Fe(II) dengan konsentrasi 5 mg/l sebanyak 1 ml yang sudah dikondisikan pada ph optimum. Campuran tersebut kemudian dikocok dengan menggunakan shaker. Adsorpsi dilakukan dengan variasi waktu kontak 3, 6, 9 dan 12 menit. Setelah itu filtrat dianalisis kadar Fe-nya dengan spektrofotometer UV-Vis. Waktu kontak adsorpsi (%) x1% dengan C adalah konsentrasi awal larutan dan C 1 adalah konsentrasi akhir larutan. Penentuan Isoterm Adsorpsi (Saputro, 212) Adsorben arang aktif kulit buah kakao optimum yang diperoleh dari penentuan massa adsorben dimasukkan ke dalam larutan Fe(II) 1 ml dengan variasi konsentrasi 2, 4, 6, 8, dan 1 mg/l. Masingmasing campuran diaduk dengan menggunakan shaker selama waktu kontak optimum. Campuran kemudian disaring dan diukur dengan spektrofotometer UV-Vis. 52

4 HASIL DAN PEMBAHASAN Pembuatan Adsorben dan Aktivasi Arang Aktif Proses pengarangan dilakukan pada suhu 6 selama 1 jam. Menurut Cheremisinoff dan AC. Moressi (1978) dalam Sembiring dan Sinaga (23) mengemukakan bahwa pada suhu 4-6 adalah suhu pengarangan, dimana terjadi pemecahan bahan-bahan organik menjadi karbon dan terjadi pembentukan karbon. Menurut Allport (1977) dalam Sembiring dan Sinaga (23) bahwa pada suhu 5-6 terjadi proses pemurnian arang, dan kadar karbon akan meningkat mencapai 9%. Penghalusan arang dilakukan menggunakan alu dan mortar serta blender. Hal ini berfungsi untuk menghaluskan dan memperkecil bentuk arang yang masih dalam bentuk dadu menjadi serbuk. Serbuk yang dihasilkan, kemudian diayak dengan menggunakan ayakan 1 mesh. Pengayakan ini dilakukan untuk menyeragamkan ukuran dari serbuk, sehingga diperoleh ukuran partikel yang halus dan homogen sehingga dapat meningkatkan luas permukaannya (Hartati, 25). Rendemen arang yang diperoleh terhadap kulit buah kakao sebesar 11,25%. Penghilangan berat arang ini dikarenakan oleh kulit buah kakao yang memiliki kandungan air yang cukup tinggi sehingga mengalami penyusutan berat setelah menjadi arang. Tahap berikutnya dilakukan proses aktivasi pada arang untuk meningkatkan kualitasnya. Menurut Cheremisinoff dan Moressi (1978) dalam Sembiring dan Sinaga (23) pada tahap pembuatan arang akan menghasilkan pengotor, yakni saat proses pengarangan terjadi pemecahan bahan-bahan organik menjadi karbon. Suhu di atas 17 o C menghasilkan CO, CO 2, dan asam asetat. Saat suhu meningkat menjadi 275 o C terjadi penguraian dan menghasilkan tar, metanol dan hasil sampingan lainnya. Cara yang dilakukan untuk menghilangkan pengotor ini adalah dengan melakukan aktivasi. Aktivasi merupakan suatu perlakuan yang dilakukan terhadap arang yang bertujuan untuk menghilangkan pengotor-pengotor yang menutupi pori sehingga luas permukaannya bertambah besar sehingga mempengaruhi daya adsorpsinya. Pembuatan arang aktif kulit buah kakao telah melalui tahap dehidrasi (penghilangan kadar air), karbonisasi (pengarangan) dan aktivasi yang dilakukan dengan perendaman dengan aktivator bahan kimia. Aktivator yang digunakan adalah asam klorida (HCl). Rendemen dari arang aktif yang diperoleh sebesar 73,33%. Dalam proses aktivasi terjadi penghilangan berat dari adsorben. Hal ini dikarenakan komponen yang terjerap akan keluar sehingga luas permukaan arang aktif yang semakin besar yang membuat pori-porinya lebih terbuka sehingga luasnya bertambah. Pengujian Kualitas Arang Aktif a. Penentuan kualitas arang aktif berdasarkan pada Standar Nasional Indonesia (SNI) Kadar air Penentuan kadar air dilakukan untuk mengetahui seberapa besar air yang terkandung dalam arang aktif kulit buah kakao. Tinggi rendahnya kadar air menunjukkan banyak sedikitnya air yang menutupi pori-pori arang aktif. Menurut Mu jizah (21) adsorpsi akan berlangsung secara optimal jika kadar air rendah. Hal ini karena semakin rendahnya kadar air maka semakin banyak adsorbat yang dapat menempati pori. Menurut Budiono dkk., (29) aktivator yang dapat mengikat air dengan baik akan memperbesar pori-pori arang aktif. Asam klorida (HCl) yang digunakan sebagai aktivator dapat mengikat air dengan baik. Hal ini terlihat dari kadar airnya sebesar 9,78%. Penelitian yang juga dilakukan oleh Rahayu dan Adhitiyawarman (214) yang menggunakan aktivator HCl, diperoleh kadar airnya sebesar,4%. Apabila dibandingkan dengan penelitian yang dilakukan oleh Saputro (212) yang menggunakan arang aktif kulit buah kakao dengan proses aktivasi secara fisika, kadar airnya sebesar 11,3%. Hal ini menunjukkan bahwa proses aktivasi juga berpengaruh terhadap kadar air dari arang aktif, walaupun jenis bahan yang digunakan sama. Berdasarkan SNI kadar air arang aktif dalam bentuk serbuk yang diperbolehkan adalah maksimal 15%. Arang 53

5 aktif kulit buah kakao yang memenuhi standar kualitas arang aktif ini, layak digunakan sebagai adsorben. 2. Kadar abu Penentuan kadar abu bertujuan untuk mengetahui sisa-sisa mineral dan oksidaoksida logam di dalam arang aktif yang tidak dapat larut dan terbuang saat dilakukan proses pengarangan dan aktivasi. Kandungan abu akan mempengaruhi kualitas, yakni dapat menyebabkan penyumbatan pori sehingga akan mempengaruhi daya serap. Hal ini karena luas permukaan arang aktif akan berkurang akibat dari penyumbatan pori tersebut (Herlandien, 213). Berdasarkan SNI kadar abu dari arang aktif yang diperbolehkan maksimum 1%, dalam penelitian ini kadar abu dari arang aktif kulit buah kakao adalah sebesar 1,43% yang masih sesuai dengan standar yang telah ditetapkan. Persentase kadar abu yang diperoleh menandakan bahwa sisa-sisa mineral dalam arang aktif terbuang saat proses aktivasi sehingga tidak menutup pori arang aktif. Berbeda halnya dengan kadar abu arang aktif kulit buah kakao yang dilakukan oleh Saputro (212) dengan aktivasi secara fisika yakni sebesar 19%. Perbedaan ini dapat pula diakibatkan oleh proses aktivasi yang digunakan berbeda dengan penelitian ini, walaupun digunakan sampel yang sama yaitu kulit buah kakao. 3. Daya serap iodium Daya serap terhadap iodium adalah kemampuan satu gram arang aktif untuk mengadsorpsi iodium dalam jumlah milligram. (Imawati dan Adhitiyawarman, 215). Menurut Prawirakusumo dan Utomo (197) dalam Achmad (211) mengungkapkan bahwa semakin tinggi daya serap iodium oleh arang aktif maka semakin banyak pula mikropori yang terbentuk pada arang aktif. Hal ini akan terjadi jika angka iodin yang dihasilkan semakin besar maka daya adsorpsi adsorben akan semakin meningkat terhadap adsorbat, sehingga iodium yang terserap lebih banyak. Berdasarkan SNI daya serap iodium adalah minimum 75 mg/g. Angka iodin yang diperoleh dari penelitian ini adalah sebesar 978,28 mg/g, hasil daya serap iodium ini memenuhi standar dan layak digunakan sebagai adsorben. Tabel 1. menyajikan data hasil penelitian dan digunakan SNI sebagai pembanding hasilnya. Berdasarkan hasil pengujian yang telah dilakukan untuk mengetahui kualitas dari arang aktif dapat disimpulkan bahwa kadar air, kadar abu, dan daya serap iod oleh arang aktif kulit buah kakao memenuhi SNI Table 1. Hasil Pengujian Arang Aktif Berdasarkan SNI Jenis pengujian SNI Hasil penelitian (arang aktif kulit buah kakao) Kadar air Maks15% 9,78% Kadar abu Maks 1% 1,43% Daya serap I 2 Min 75 mg/g 978,28 mg/g b. Penentuan luas permukaan, volume, dan jari-jari arang aktif dengan Gas Sorption Analyzer (GSA) Kegunaan dari arang aktif adalah sebagai adsorben dengan memanfaatkan porisitasnya. Identifikasi porisitas dilakukan untuk mengetahui pori dari arang aktif yang dihasilkan, baik itu luas permukaan, volume totalnya, dan jari-jari arang aktif. Luas permukaan, volume, dan jari-jari pori dapat dianalisis dengan uji adsorpsi-desorpsi gas N 2 dengan menggunakan persamaan Brunauer, Emmet, dan Teller (BET). Hasil yang diharapkan dari aktivasi arang ini adalah luas permukaan dan volume pori semakin besar. Jari-jari pori diperlukan untuk mengetahui ukuran pori yang sesuai dengan adsorben. Tabel 2. adalah hasil analisis BET dari arang aktif kulit buah kakao. Tabel 2. Hasil analisis BET dari arang aktif kulit buah kakao Karakter pori Luas permukaan Arang tanpa aktivasi Arang dengan aktivasi 5,594 m 2 /g 337,18 m 2 /g Volume total,28 cc/g,211 cc/g pori Jari-jari pori 2,543 nm 2,498 nm 54

6 Efisiensi Adsorpsi % Absorbansi JKK, Tahun 216, Vol 5(2), halaman 5-59 ISSN Berdasarkan Tabel 2. terlihat bahwa luas permukaan arang aktif kulit buah kakao dengan aktivasi mengalami peningkatan yang besar, yakni hampir 6 kali lebih besar dibandingkan arang tanpa aktivasi. Volume total pori dari arang dengan aktivasi lebih besar 7 kali dibandingkan arang tanpa aktivasi. Jari-jari pori arang dengan aktivasi memiliki nilai yang 8 kali lebih kecil dibandingkan arang tanpa aktivasi. Nilai rerata jari pori arang tanpa dan dengan aktivasi ini masih termasuk dalam golongan ukuran mesopori, yakni pada kisaran ukuran diameter pori 2-5 atau 2-5 nm (Hartanto dkk., 211 dalam Amilia, 213). Berdasarkan data ini, disimpulkan bahwa arang dengan aktivasi ini memiliki kualitas yang baik dan dapat digunakan sebagai adsorben, sehingga diharapkan dengan luas permukaan dan volume total pori arang dengan aktivasi lebih besar dari pada arang tanpa aktivasi ini dapat menyerap Fe(II) lebih besar. Penentuan Kondisi Optimum Arang Aktif Kulit Buah Kakao Penentuan kondisi optimum arang aktif kulit buah kakao dilakukan untuk mengetahui kapasitas adsorpsinya. Cara menentukannya adalah dengan mengetahui seberapa besar penurunan konsentrasi Fe(II) yang diadsorpsi, yang dapat diketahui dengan mengukur penurunan konsentrasinya menggunakan spektrofotometer UV-Vis. Pengukuran konsentrasi Fe(II) dengan spektrofotometer UV-Vis perlu dilakukan penambahan pengompleks yakni 1,1 fenantrolin,1 %. Larutan Fe(II) yang telah diketahui konsentrasinya ditambahkan pengompleks 1,1 phenantrolin yang membuat larutan Fe(II) menjadi berwarna. Warna kompleks ini akan stabil pada ph 2-9, sehingga perlu ditambahkan CH 3 COONa 5% untuk menjaga kondisi ph dari larutan tersebut (Sandell, 1959 dalam Dinararum, 213). Analisis Fe(II) dilakukan dengan spektrofotometer UV-Vis karena kemampuannya dalam mengukur konsentrasi Fe(II) yang rendah. Persamaan garis yang didapatkan dari kurva kalibrasi digunakan untuk menentukan konsentrasi Fe(II). Hubungan antara absorbansi dengan konsentrasi larutan merupakan sebuah garis lurus. Penurunan kadar Fe(II) dapat diketahui dari nilai absorbansi dari larutan sampel yang diukur, kemudian dimasukkan ke dalam persamaan garis lurus pada kurva kalibrasi. Kurva kalibrasi merupakan kurva yang digunakan untuk menentukan konsentrasi sampel. Gambar 1. merupakan kurva kalibrasi antara konsentrasi standar larutan Fe(II) dengan nilai absorbansinya. Persamaan garis yang dihasilkan adalah y =,124x +,21 dengan nilai R 2 sebesar,995.,8,6,4, Konsentrasi (mg/l) Gambar 1.Kurva kalibrasi antara konsentrasi standar dengan absorbansi Fe(II). 1. Massa adsorben Penentuan massa optimum dari adsorben diperlukan untuk mengetahui seberapa besar nilai efisiensi adsorpsi agar diketahui seberapa besar konsentrasi Fe(II) yang dapat diadsorpsi. Penurunan konsentrasi Fe(II) dianalisis dengan Spektrofotometer UV-Vis, dan dihitung efisiensi adsorpsinya. Kurva hubungan pengaruh massa adsorben terhadap efisiensi adsorpsi Fe(II) pada Gambar 2. 1 Y =,124x +,21 R 2 =,995 5,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 Massa Adsorben (g) Gambar 2.Kurva hubungan pengaruh massa adsorben terhadap efisiensi adsorpsi Fe(II). Hasil penelitian yang telah diperoleh pada penentuan massa adsorben arang aktif kulit buah kakao ditunjukkan pada Gambar 2. Efisiensi adsorpsi terbaik terdapat pada massa 2 gram dengan nilai efisiensi adsorpsinya sebesar 84,68%. Pengaruh massa dari arang aktif kulit buah kakao terhadap proses adsorpsi 55

7 Efisiensi Adsorpsi % JKK, Tahun 216, Vol 5(2), halaman 5-59 ISSN menunjukkan bahwa semakin banyak jumlah adsorben yang digunakan untuk mengadsorpsi Fe(II) maka semakin banyak pula Fe(II) yang teradsorpsi (penentuan massa optimum pada lampiran 3). Menurut Messayu (29) dalam Nurhasni (212) semakin banyak massa adsorben maka jumlah partikel dan luas permukaan adsorben semakin banyak sehingga tempat yang diperlukan untuk adsorbat semakin bertambah dan akan meningkatkan nilai efisiensi adsorpsi. Berdasarkan data yang diperoleh, perbandingan antara massa adsorben dengan nilai efisiensi adsorpsinya tidak selalu berbanding lurus. Terlihat pada Gambar 2 bahwa saat massa adsorben 2,5 dan 3 gram mengalami penurunan dengan nilai efisiensi adsorpsi masing-masing adalah 83,% dan 82,%. Perbedaan nilai efisiensi adsorpsi yang tidak terlalu jauh berbeda ini dikarenakan bahwa jumlah konsentrasi Fe(II) yang dapat diserap oleh adsorben adalah hampir sama pada massa adsorben 2, 2,5 dan 3 gram, sehingga apabila semakin banyak adsorben yang ditambahkan untuk mengadsorpsi Fe(II) 5 mg/l akan mendapatkan hasil yang tidak jauh berbeda dari massa adsorben 2,5 dan 3 gram tersebut. 2. Derajat keasaman (ph) Penentuan ph optimum dilakukan karena dapat mempengaruhi adsorpsi ion logam dalam larutan sehingga perlu diketahui kondisi larutan yang optimum dalam adsorpsi Fe(II) oleh arang aktif kulit buah kakao. Hal ini karena ph larutan akan mempengaruhi muatan permukaan dari adsorben. Gambar 3 merupakan kurva hubungan pengaruh ph terhadap efisiensi penyerapan Fe(II) Derajat Keasaman (ph) Gambar 3. Kurva hubungan antara pengaruh derajat keasaman (ph) terhadap efisiensi adsorpsi Fe(II). Berdasarkan data yang diperoleh, terlihat bahwa ketika kondisi larutan Fe(II) ph 2 proses adsorpsi rendah dengan efisiensi adsorpsi 63,22%. Selanjutnya adsorpsi yang terjadi dari ph 4,5-9 terlihat proses adsorpsi tidak terjadi perbedaan yang signifikan dari nilai efisiensi adsorpsi, dimana nilainya terdapat pada rentang 81,94%-85,32%. Penentuan kondisi ph optimum dalam suasana asam memiliki efisiensi adsorpsi yang paling rendah, hal ini dapat disebabkan oleh beberapa faktor yakni terjadinya persaingan antara H + dan Fe 2+ untuk berinteraksi dengan permukaan adsorben, terjadinya tolak-menolak antara Fe 2+ dengan permukaan adsorben karena meningkatnya ion H + sehingga proses adsorpsi menjadi rendah. Reaksi yang terjadi pada Fe(II) dalam suasana asam adalah sebagai berikut. Fe HCl Fe Cl - + H 2 Berdasarkan data yang diperoleh efisiensi adsorpsi semakin meningkat dari ph 4,5; 5 dan 5,5 tetapi mulai mengalami penurunan dari ph 6, dan 6,5. Efisiensi adsorpsi mengalami kenaikan kembali pada ph 7 tetapi turun kembali pada ph 9. Penurunan ini dapat disebabkan terjadinya reaksi hidrolisis dalam larutan sehingga dalam kondisi tersebut ion logam dapat membentuk endapan hidroksida yang menyebabkan proses adsorpsi sulit terjadi (Nurhasni dkk., 212). Reaksi yang terjadi pada Fe(II) dalam suasana basa adalah sebagai berikut. Fe OH - Fe(OH) 2 Nilai efisiensi adsorpsi yang diperoleh dari ph 5,5 dan 7 memiliki nilai yang sama yakni sebesar 85,32% sehingga dilakukan uji statistik. Hasil uji statistik menyatakan bahwa efisiensi adsorpsi ph 5,5 tidak berbeda significant dengan ph 7. Berdasarkan data penelitian maka untuk penentuan ph optimum dilakukan pada ph 7 atau ph netral. Selain itu penggunaan ph 7 disesuaikan pada keadaan sebenarnya untuk menurunkan konsentrasi Fe(II) pada air tanah. Menurut Cole (1988) dalam Mahyudi (21) pada ph sekitar 7,5-7,7 besi mengalami oksidasi dan berikatan dengan hidroksida. Reaksi oksidasi besi akan memperoleh endapan Fe(OH) 3. 4Fe 2+ + O 2 + 1H 2 O 4Fe(OH) 3 + 8CO 2 56

8 Ce/Qe Efisiensi Adsorpsi % Log Qe JKK, Tahun 216, Vol 5(2), halaman 5-59 ISSN Perubahan yang terjadi ketika pembentukan Fe(OH) 3 adalah terjadinya perubahan warna pada air yaitu menjadi berwarna kuning. Pada kondisi ph rendah merupakan kondisi yang kandungan Fe 2+ dapat ditemukan lebih banyak. 3. Waktu kontak adsorpsi Waktu kontak merupakan salah satu kondisi yang diperlukan untuk mengetahui lamanya proses adsorpsi yang dibutuhkan oleh arang aktif untuk mengadsorpsi logam dengan maksimal. Setiap jenis adsorben memiliki waktu yang berbeda-beda untuk mengadsorpsi secara maksimal. Perbedaan ini karena jenis interaksi yang terjadi antara adsorben dan adsorbat, interaksi tersebut melalui mekanisme secara fisika dan kimia Waktu Kontak (Menit) Gambar 4. Kurva hubungan antara waktu kontak terhadap efisiensi adsorpsi Fe(II). Berdasarkan data penelitian pada Gambar 4 adsorpsi maksimum arang aktif terjadi pada waktu 6 menit dengan efisiensi adsorpsinya sebesar 85,32%. Peningkatan adsorpsi terjadi dari waktu 3 menit sampai 6 menit yakni dari 63,1% menjadi 85,32%. Interaksi dan tumbukan yang terjadi antara arang aktif kulit buah kakao dengan Fe(II) akan semakin banyak seiring dengan semakin lamanya waktu yang diberikan untuk terjadinya interaksi tersebut (Widhianti, 21). Hal demikian tidak ditemukan pada penelitian ini, dimana pada waktu kontak 9 dan 12 menit efisiensi adsorpsinya masing-masing sebesar 8,96% dan 83,54%. Penurunan efisiensi adsorpsi ini karena arang aktif mengalami desorpsi. Desorpsi terjadi karena permukaan adsorben memiliki kondisi yang telah jenuh dan mengalami kesetimbangan sehingga Fe(II) yang awalnya terjerap oleh adsorben terlepas kembali. Berdasarkan data ini dapat diketahui waktu kontak optimum yang dibutuhkan adsorben untuk menyerap adsorbat secara maksimal saat interaksi selama 6 menit. Penentuan Isoterm Adsorpsi Penentuan isoterm adsorpsi bertujuan untuk mengetahui hubungan antara banyaknya adsorbat yang teradsorpsi persatuan berat arang aktif secara optimum. Mekanisme adsorpsi yang dapat digunakan yakni tipe isoterm Langmuir dan isoterm Freundlich (Nurhasni dkk., 212). Penentuan isoterm adsorpsi dilakukan dengan menggunakan massa, ph, dan waktu kontak optimum dari arang aktif. -,1 -,5 -,5,5 y = 1,42x -,589-1,5 R² =,948 Log Ce Gambar 5. Kurva isoterm Freundlich Gambar 6. Kurva isoterm Langmuir Berdasarkan data yang disajikan pada Gambar 5 dan 6 di atas, terlihat bahwa adsorpsi Fe(II) oleh arang aktif kulit buah kakao teraktivasi HCl lebih cenderung mengikuti isoterm Freundlich yang diketahui dari nilai (R 2 ) sebesar,948. Nilai ini lebih tinggi dibandingkan nilai (R 2 ) pada isoterm Langmuir sebesar,783. Nilai koefisien determinan isoterm Freundlich yang mendekati 1 ini menunjukkan bahwa proses adsorpsi yang terjadi antara Fe(II) dan arang aktif cenderung bersifat fisisorpsi. Selain itu, pori-pori yang terbentuk pada arang aktif bersifat heterogen sehingga Fe(II) yang teradsorpsi pada permukaan arang aktif membentuk lapisan multilayer. Sedangkan pada model isoterm Langmuir, adsorpsi yang terjadi tidak melebihi situs aktif yang dimiliki oleh arang aktif tersebut. -1 y = -65,34x + 7,2 R² =,783,5 1 1,5 Ce 57

9 Penerapan dari kurva isoterm ini dapat digunakan untuk menentukan kapasitas adsorpsi dari arang aktif. Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, nilai kapasitas adsorpsinya adalah,446 mg/g. Hasil ini diperoleh dengan memplotkan konsentrasi Fe(II) (mg/l) dengan Qe (mg/g). Kurva tersebut menunjukkan peningkatan jumlah Fe(II) yang teradsorpsi berbanding lurus dengan semakin tingginya konsentrasi. Kondisi tertinggi yakni terlihat pada konsentrasi Fe(II) 1 mg/l, dimana jumlah molekul Fe(II) yang berinteraksi dengan adsorben juga semakin besar. Simpulan Berdasarkan penelitian, dapat diambil simpulan bahwa karakteristik dari arang aktif kulit buah kakao memenuhi kriteria SNI dengan kondisi optimum pada massa 2 gram, ph 7 dan waktu kontak 6 menit. Kapasitas adsorpsi sebesar,446 mg/g dengan mekanisme adsorpsi isoterm Freundlich yang ditunjukkan oleh nilai R 2 =,948. Daftar Pustaka Achmad, A., 211, Pembuatan, Pencirian dan Uji Daya Adsorpsi Arang Aktif dari Kayu Meranti Merah (Shorea sp.), Institut Pertanian Bogor, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Bogor (Skripsi). Allport, H.B., 1977, Activated Carbon, Encyclopedia of Science and Technology, Mc Graw Hill Book Company, New York, V 1:69. Amilia, N., 213, Pengaruh Temperatur Pada Reaksi Hidrasi α-pinena Menjadi α-terpineol Sistem Heterogen Dengan Katalis Zeolit Alam Teraktivasi, Universitas Negeri Semarang, Fakultas MIPA, Semarang, (Skripsi). Ammiroenas, D.E., 199, Mutu Ransum Berbentuk Pelet Dengan Bahan Serat Biomassa Pod Cokelat (Theobroma Cacao L.) Untuk Pertumbuhan Sapi Perah Jantan, Institut Pertanian Bogor, Bogor (Tesis). Budiono, A., Suhartana, Gunawan, 29, Pengaruh Aktivasi Arang Tempurung Kelapa dengan Asam Sulfat dan Asam Fosfat untuk Adsorpsi Fenol, Laboratorium Kimia Anorganik, Laboratorium Kimia Analitik. Jurusan Kimia, Universitas Diponegoro. Cheremisinoff, and Morresi., 1978, Carbon Adsorption Applications, Carbon Adsorption Handbook, Ann Arbor Science Publishers, Inc, Michigan; 7-8. Cole, G.A., 1988, Texbook of Limnologi, Third Edition, Waveland Press, Inc., Illionis, USA. 41 p. Dinararum, R.R., dan Sugiarso, R.D., 213, Studi Gangguan Krom (III) pada Analisa Besi dengan Pengompleks 1,1-fenantrolin pada ph 4,5 secara Spektrofotometri UV-Tampak, jurnal sains dan semi pomits, Vol. 2, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan, Surabaya. Direktorat Jenderal Perkebunan, 214, Statistik Perkebunan Indonesia Kakao, Jakarta. Hartanto, D., Purbaningtias, T.E., Hamzah, F., Didik, P., 211, Karakterisasi Struktur Pori dan Morfologi ZSM-2 Mesopori yang Disintesis dengan Variasi Waktu Aging, J Ilmu Dasar, 12 :8-9. Hartati, E., 27, Studi Pengolahan Kandungan Ion Logam (Fe,Mn,Cu,Zn) Lindi Sampah oleh Zeolit, J. Sains Mipa, Edisi Khusus, 13(1): Herlandien, Y.L., 213, Pemanfaatan Arang Aktif sebagai Adsorban Logam Berat dalam Air Lindi di TPA Pakusari Jember, Universitas Jember, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Jember, (Skripsi). Imawati, A., dan Adhitiyawarman., 215, Kapasitas Adsorpsi Maksimum Ion Pb(II) oleh Arang Aktif Ampas Kopi teraktivasi HCl dan H 3 PO4, J. Kimia Khatulistiwa, 4(2): Khairani, F., Itnawati., Bali, S., 215, Potensi Arang Aktif dari Limbah Tulang Kambing Sebagai Adsorben Ion Besi (III), Kadmium (II), Klorida dan Sulfat Dalam Larutan, Universitas Riau, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Pekanbaru. Laconi, E.A., 1998, Peningkatan Mutu Pod Kakao Melalui Amoniasi dengan Urea dan Biofermentasi dengan Phanerochaete chrysosorium serta 58

10 Penjaarannya ke dalam Formulasi Ransum Ruminansia. Institut Pertanian Bogor, Bogor (Disertasi). Mahyudi., 21, Perbedaan Penurunan Kadar Besi (Fe) Pada Air Sumur Dengan Cara Aerasi Bertingkat, Aerator dan Oksidator (KMnO 4 ), Universitas Sumatera Utara, Fakultas Kesehatan Masyarakat, Medan, (Tesis). Messayu, P., 29, Limbah Arang Sekam Padi Sebagai Adsorben Ion Cr (III) dan Cr (IV), Institut Pertanian Bogor, Bogor, (Skripsi). Mu jizah, S., 21, Pembuatan dan Karakterisasi karbon Aktif dari Biji Kelor (Moringa oleifera. Lamk) dengan NaCl sebagai Bahan Pengaktif, Universitas Islam Negeri Maulana Malik Ibrahim Malang, Fakultas Sains dan Teknologi, Malang, (Skripsi). Nurhasni., Firdiyono, F., dan Sya ban Q., 212, Penyerapan Ion Aluminium dan Besi dalam Larutan Sodium Silikat Menggunakan Karbon Aktif, Valensi, 2 : Prawirakusumo, S. dan Utomo, T., 197, Pembuatan Karbon Aktif Hasil Penelitian Lembaga Kimia Nasional, Lembaga Kimia Nasional, Bandung. Rahayu, A.N dan Adhitiyawarman., 214, Pemanfaatan Tongkol Jagung Sebagai Adsorben Besi pada Air Tanah, J. Kimia Khatulistiwa, 3(3): Sandell E. B. (1959) Colorimetric Determination of Traces of Metals. 3rd ed., Interscience Publishers Inc., London, New York. Saputro, G.A., 212, Pemanfaatan Arang Aktif Kulit Kakao (Theobroma Cacao L) Sebagai Adsorben Ion Pb (II) dan Cu (II), Universitas Negeri Papua, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Manokwari, (Skripsi). Siregar, T.H.S., Riyadi, S., Nuraeni, L., 23, Budidaya, Pengolahan dan Pemasaran Coklat, Penebar Swadaya, Jakarta. SNI., 1995, Arang Aktif Teknis, Standar Nasional Indonesia. SNI Badan Standardisasi Nasional, Jakarta. Suryani, D dan Zulfebriansyah., 27, Komoditas Kakao : Potret Dan Peluang Pembiayaan, Economic Review, No.21.Sembiring, M.T., dan Sinaga, T.S., 23, Arang Aktif (Pengenalan dan Proses Pembuatannya), Universitas Sumatera Utara, Fakultas Teknik, Jurusan Teknik Industri, Medan. Widhianti, W.D., 21, Pembuatan Arang Aktif dari Biji Kapuk (Ceiba pentandra L.) sebagai Adsorben Zat Warna Rhodamin Universitas Airlangga, Fakultas Sains danteknologi, (Skripsi). 59