ADSORPSI β-karoten YANG TERKANDUNG DALAM MINYAK KELAPA SAWIT (CRUDE PALM OIL) MENGGUNAKAN ADSORBEN KARBON AKTIF SKRIPSI

Transkripsi

1 ADSORPSI β-karoten YANG TERKANDUNG DALAM MINYAK KELAPA SAWIT (CRUDE PALM OIL) MENGGUNAKAN ADSORBEN KARBON AKTIF SKRIPSI Oleh OLYVIA PUTRI WARDHANI DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN OKTOBER 2015

2 ADSORPSI β-karoten YANG TERKANDUNG DALAM MINYAK KELAPA SAWIT (CRUDE PALM OIL) MENGGUNAKAN ADSORBEN KARBON AKTIF SKRIPSI Oleh OLYVIA PUTRI WARDHANI SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN PERSYARATAN UNTUK MENJADI SARJANA TEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA OKTOBER 2015

3

4

5

6

7

8 DEDIKASI Skripsi ini saya persembahkan untuk : Bapak & Ibu tercinta Bapak Wandeh dan Ibu Syafrida Zul Orang tua dengan seluruh perhatian, nasehat dan kasih sayang yang telah membesarkan dan mendidikku hingga seperti saat ini. Terima kasih atas pengorbanan, cinta kasih sayang dan do a yang tak pernah putus selalu kalian berikan kepadaku.

9 RIWAYAT HIDUP PENULIS Nama : Olyvia Putri Wardhani NIM : Tempat, tanggal lahir : Medan, 08 Oktober 1993 Nama orang tua : Wandeh dan Syafrida Zul Alamat orang tua : Jalan Garu 1 Gg. Apel No. 9 e Sp. Limun, Medan Asal Sekolah: SD Swasta Nur Hasanah tahun SMP Swasta ERIA tahun SMA Swasta Al- Ulum tahun Pengalaman Kerja dan Organisasi: 1. Covalen Study Group (CSG) periode sebagai Anggota Hubungan Masyarakat (HUMAS) 2. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode 2013/2014 sebagai Anggota Bidang Sosial dan Kerohanian (SOSROH) 3. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode 2014/2015 sebagai Bendahara Umum (BENDUM) 4. Kerja Praktek di PT Pacific Palmindo KIM II Medan (2015). Artikel yang akan dipublikasikan pada : 1. Jurnal Teknik Kimia Fakultas Teknik

10 ABSTRAK Minyak kelapa sawit mentah (CPO) adalah sumber alami terkaya karotenoid. Karotenoid dalam CPO ( ppm) memberikan warna oranye-merah pada karakteristik minyak sawit mentah. Warna pada minyak kelapa sawit yang belum diolah tidak disukai oleh konsumen. Penelitian ini bertujuan untuk mengadsorpsi β karoten dari CPO menggunakan karbon aktif, mendapatkan model kinetika, isoterm, dan data termodinamika adsorpsi. Bahan-bahan yang digunakan adalah minyak kelapa sawit dan karbon aktif. Parameter yang diamati adalah konsentrasi akhir β-karoten dan jumlah β karoten yang dijerap oleh karbon aktif. Proses adsorpsi dilakukan dengan mencampur adsorben ke dalam CPO dengan variasi ratio adsorben : CPO (w/w) = 1:3; 1:4; 1:5 dan 1:6 dengan kecepatan pengaduk 120 rpm, dan variasi temperatur 40 o C, 50 o C dan 60 o C. Campuran diambil dalam interval waktu 2 menit hingga mencapai waktu setimbang. Konsentrasi akhir β-karoten dianalisa menggunakan spektrofotometer UV-Vis. Hasil penelitian memperlihatkan semakin besar jumlah massa CPO maka persentase adsorpsi semakin menurun. Semakin besar temperatur adsorpsi maka persentase adsorpsi semakin meningkat. Dalam penelitian ini, diperoleh nilai persentase adsorpsi paling maksimum adalah sebesar 95,1086% pada perbandingan 1:3 dan T = 60 o C. Model kinetika adsorpsi yang mewakili penjerapan β-karoten adalah kinetika orde dua dengan nilai koefisien korelasi sebesar 0,9987. Model isoterm adsorpsi yang mewakili dalam penjerapan β-karoten adalah isoterm Langmuir dengan nilai koefisien korelasi sebesar 0,9590 pada T = 60 o C. Untuk data termodinamika adsorpsi diperoleh nilai ΔG pada masing-masing temperatur sebesar ,4845; ,0595 dan ,6345 (J/mol), nilai ΔS sebesar 22,5575 (J/mol K) dan nilai ΔH sebsar ,9870 (J/mol). Kata kunci: adsorpsi, β-karoten, karbon aktif, kinetika, Langmuir.

11 ABSTRACT Crude palm oil (CPO) is a natural resources that is rich in carotenoid. Carotenoid in CPO ( ppm) gives the reddish-orange color in crude palm oil characteristics. The color of unprocessed palm oil is disliked by consumer. This research is aimed to adsorb the β carotene from the CPO using activated carbon and to obtain the kinetics, isotherm models and thermodynamics data of the adsorption process. The materials used in this research were CPO and activated carbon. The observed parameters were β carotene final concentration and the amounts of adsorbed β carotene in activated carbon. The adsorption process was conducted by mixing the adsorbent with CPO with the variation of adsorbent: CPO (w/w) ratio = 1:3; 1:4; 1:5 and 1:6 with steering speed 120 rpm and the temperature of 40 o C, 50 o C and 60 o C. The sample was analyzed at every 2 minutes until the equilibrium was achieved. The final concentration of the unadsorbed β carotene was analyzed using UV-Vis spectrophotometer. The results showed that the more CPO used in the process, the lower the adsorption percentage. The higher the adsorption temperature, the higher adsorption percentage. In this research, the maximum adsorption percentage was 95,1086% obtained at ratio 1:3 and T = 60 o C. The adsorption isotherm model which fit with the β carotene adsorption at T = 60 o C was Langmuir model with the correlation coefficient of 0,9590. The adsorption kinetics model which fit with the β carotene adsorption was the second order kinetics model with the correlation coefficient of 0,9987. The thermodynamics data obtained from the adsorption process a value of were ΔG = ,4845; ,0595 and ,6345 (J/mol) for temperature of 40 o C, 50 o C and 60 o C respectively, ΔS = 22,5575 (J/mol K), and ΔH = ,9870 (J/mol). Keywords : adsorption, β-carotene, activated carbon, kinetics, Langmuir

12 DAFTAR ISI Halaman PERNYATAAN KEASLIAN SKRISPI 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 vi vii viii ix x xii xiii xv xvii xviii BAB I PENDAHULUAN LATAR BELAKANG PERUMUSAN MASALAH TUJUAN PENELITIAN MANFAAT PENELITIAN RUANG LINGKUP PENELITIAN 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA MINYAK KELAPA SAWIT 5 CPO 2.2 METODE METODE PEMISAHAN β KAROTEN DARI EKSTRAKSI FLUIDA SUPERKRITIS 8

13 2.2.2 PEMISAHAN DENGAN MEMBRAN ADSORPSI MENGGUNAKAN ADSORBEN ADSORBEN STUDI KINETIKA 2.5 STUDI ISOTERM 2.6 TERMODINAMIKA ADSORPSI BAB III METODOLOGI PENELITIAN LOKASI DAN WAKTU PENELITIAN BAHAN DAN PERALATAN Bahan Penelitian Peralatan Penelitian VARIASI PENELITIAN PROSEDUR PENELITIAN Prosedur Kinetika Adsorpsi Prosedur Adsorpsi Prosedur Analisa FLOWCHART PENELITIAN Flowchart Prosedur KinetikaAdsorpsi β-karoten Flowchart Prosedur Adsorpsi β-karoten BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 PERUBAHAN WARNA CPO (CRUDE PALM OIL) 4.2 ANALISA GUGUS β -KAROTEN 4.3 KINETIKA ADSORPSI β-karoten 4.4 PENENTUAN MODEL ADSORPSI ISOTERM YANG TERJADI PADA PENJERAPAN β-karoten 4.5 TERMODINAMIKA ADSORPSI 4.6 EFEK TEMPERATUR 4.7 ANALISI EKONOMI

14 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 KESIMPULAN 5.2 SARAN DAFTAR PUSTAKA

15 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Grafik Produksi CPO Indonesia 5 Gambar 2.2 Struktur β-karoten 7 Gambar 3.1 Gambar 3.2 Gambar 4.1 Gambar 4.2 Gambar 4.3 Gambar 4.4 Gamabr 4.5 Gambar 4.6 Gambar 4.7 Gambar 4.8 Gambar 4.9 Gambar L2.1 Gambar L2.2 Gambar L2.3 Gambar L2.4 Gambar L2.5 Gambar L2.6 Gambar L3.1 Flowchart Prosedur Kinetika Adsorpsi Flowchart Prosedur Proses Adsorpsi - Karoten Foto Perubahan Warna CPO (a) Sebelum Adsorpsi, (b)sesudah Adsorpsi Spektrum β-karoten Kurva Kinetika Orde Satu Lagergen Kurva Kinetika Orde Dua Kurva Kinetika Difusi Intra Partikel Kurva Isoterm Adsorpsi Langmuir Pada T = 40 o C, 50 o C dan 60 o C Kurva Isoterm Adsorpsi Freundlich Pada T = 40 o C, 50 o C dan 60 o C Kurva Termodinamika Adsorpsi β-karoten Pengaruh Temperatur Terhadap Persentase Adsorpsi Kurva Kinetika Orde Satu Lagergen Kurva Kinetika Orde Dua Kurva Kinetika Difusi Intra Partikel Kurva Isoterm Adsorpsi Langmuir Pada T = 40 o C, 50 o C dan 60 o C Kurva Isoterm Adsorpsi Freundlich Pada T = 40 o C, 50 o C dan 60 o C Kurva Termodinamika Adsorpsi β-karoten Foto Minyak Kelapa Sawit Sebelum Adsorps

16 Gambar L3.2 Gambar L3.3 Gambar L3.4 Foto Karbon Aktif Foto Minyak Kelapa Sawit Sesudah Adsorpsi Foto Rangkaian Peralatan

17 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1 Komponen Dalam Minyak Sawit Mentah 6 Tabel 2.2 Sifat Fisik β-karoten 6 Tabel 2.3 Standar Minyak Goreng Untuk Pangan 7 Tabel 2.4 Sifat Fisika Beberapa Adsorben yang Biasa Digunakan 11 Tabel 2.5 Sifat Fisik dan Sifat Kimia Karbon Aktif 12 Tabel 3.1 Tabel 4.1 Tabel 4.2 Tabel 4.3 Tabel 4.4 Tabel 4.5 Tabel 4.6 Tabel 4.7 Tabel 4.8 Tabel L1.1 Tabel L1.2 Tabel L1.3 Tabel L1.4 Tabel L1.5 Variasi Percobaan Pada Proses Adsorpsi β-karoten Data Hasil Perhitungan Kinetika Adsorpsi β-karoten Pada T = 60 o C Data Konstanta Masing-Masing Model Kinetika Data Konsentrasi β-karoten Data Perhitungan Untuk Model Adsorpsi Langmuir Data Perhitungan Untuk Model Adsorpsi Freundlich Nilai Konstanta Masing - Masing Adsorpsi Data Untuk Perhitungan Sifat Termodinamika Adsoprsi β-karoten Data Nilai Nilai Termodinamika Adsorpsi β-karoten Data Konsentrasi β-karoten Pada T = 40 o C Data Konsentrasi β-karoten Pada T = 50 o C Data Konsentrasi β-karoten Pada T = 60 o C Data Jumlah β-karoten yang Terjerap Pada T = 40 o C Data Jumlah β-karoten yang Terjerap Pada T = 50 o C

18 Tabel L1.6 Data Jumlah β-karoten yang Terjerap Pada T = 60 o C 45 Tabel L1.7 Data Untuk Isoterm Adsorpsi Langmuir Hasil Pada T = 40 o C, 50 o C dan 60 o C 45 Tabel L1.8 Data Untuk Isoterm Adsorpsi Freundlich Hasil Pada Tabel L1.9 Tabel L1.10 Tabel L1.11 Tabel L1.12 Tabel L1.13 T = 40 o C, 50 o C dan 60 o C Data Hasil Isoterm Adsorpsi β-karoten Data Untuk Penentuan Kinetika Adsorpsi β-karoten Pada T = 60 o C Data Model Kinetika Adsorpsi β-karoten Data Untuk Termodinamika Adsorpsi β-karoten Data Hasil Termodinamika Adsorpsi β-karoten

19 DAFTAR LAMPIRAN Halaman LAMPIRAN 1 DATA HASIL PERCOBAAN L1.1 DATA HASIL PERCOBAAN L1.1.1 Data Konsentrasi β-karoten Pada T = 40 o C L1.1.2 Data Konsentrasi β-karoten Pada T = 50 o C L1.1.3 Data Konsentrasi β-karoten Pada T = 60 o C L1.2 DATA HASIL PERHITUNGAN 45 L1.2.1 Data Jumlah β-karoten yang Terjerap Pada T = 40 o C L1.2.2 Data Jumlah β-karoten yang Terjerap Pada T = 50 o C L1.2.3 Data Jumlah β-karoten yang Terjerap Pada T = 60 o C L1.2.4 Data Untuk Isoterm Adsorpsi Langmuir Pada T = 40 o C, 50 o C dan 60 o C 46 L1.2.5 Data Untuk Isoterm Adsorpsi Freundlich Pada T = 40 o C, 50 o C dan 60 o C L1.2.6 Data Hasil Isoterm Adsorpsi β-karoten L1.2.7 Data Untuk Penentuan Model Kinetika Adsorpsi Pada T = 60 o C L1.2.8 Data Model Kinetika Adsorpsi β-karoten L1.2.9 Data Untuk Termodinamika Adsorpsi β-karoten L Data Hasil Termodinamika Adsorpsi β-karoten LAMPIRAN 2 CONTOH PERHITUNGAN 49 L2.1 PERHITUNGAN PERSENTASE ADSORPSI L2.2 PERHITUNGAN JUMLAH β-karoten YANG DIJERAP L2.3 PERHITUNGAN KINETIKA ADSORPSI 50 L2.4 PERHITUNGAN ISOTERM ADSORPSI L2.5 PERHITUNGAN TERMODINAMIKA ADSORPI 53 58

20 LAMPIRAN 3 FOTO PENELITIAN 60 L3.1 MINYAK KELAPA SAWIT (CRUDE PALM OIL) 60 L3.2 KARBON AKTIF 60 L3.3 MINYAK KELAPA SAWIT YANG SUDAH DIADSORPSI 61 L3.4 RANGKAIAN PERALATAN 61

21 DAFTAR SINGKATAN CPO UV-Vis FTIR PPKS rpm Crude Palm Oil Ultra Violet Visible Intra Spectroscopy Fourier Transform Infrared Pusat Penelitian Kelapa Sawit Rotary per minute

22 DAFTAR SIMBOL Simbol Keterangan Satuan α Alfa - β γ qe Beta Gamma Jumlah adsorbat per satuan massa adsorben Konsentrasi kesetimbangan adsorbat - - mg/gr Ce mg/kg K L Konstanta langmuir mg/gr Kf Kapasitas adsorpsi mg/kg t Waktu adsorpsi menit T Suhu Adsorpsi ΔG Energi Bebas Gibbs ΔS Perubahan Entropi ΔH Perubahan Entalpi Kads Konstanta Adsorpsi Langmuir Co Konsentrasi Awal β-karoten Ce Konsentrasi Akhir β-karoten R L V m W Parameter Kesetimbangan Adsorpsi Volume CPO Massa Karbon Aktif Banyaknya β-karoten yang Terjerap o C J/mol J/mol K J/mol mg/l ppm ppm - ml gr mg/gr