PEMANFAATAN LIMBAH CANGKANG KERANG BULU SEBAGAI ADSORBEN UNTUK MENJERAP LOGAM KADMIUM (II) DAN TIMBAL (II) SKRIPSI

Transkripsi

1 PEMANFAATAN LIMBAH CANGKANG KERANG BULU SEBAGAI ADSORBEN UNTUK MENJERAP LOGAM KADMIUM (II) DAN TIMBAL (II) SKRIPSI Oleh AKHMAD ANUGERAH S DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA AGUSTUS 2015

2 PEMANFAATAN LIMBAH CANGKANG KERANG BULU SEBAGAI ADSORBEN UNTUK MENJERAP LOGAM KADMIUM (II) DAN TIMBAL (II) SKRIPSI Oleh AKHMAD ANUGERAH S SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA AGUSTUS 2015

3 PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul : PEMANFAATAN LIMBAH CANGKANG KERANG BULU SEBAGAI ADSORBEN UNTUK MENJERAP LOGAM KADMIUM (II) DAN TIMBAL (II) dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik. Skripsi ini adalah hasil karya saya kecuali kutipan-kutipan yang telah saya sebutkan sumbernya. Demikian pernyataan ini diperbuat, apabila dikemudian hari terbukti bahwa ini bukan karya saya atau merupakan hasil jiplakan maka saya bersedia menerima sanksi sesuai dengan aturan yang berlaku. Medan, 13 Agustus 2015 Akhmad Anugerah S NIM i

4 PENGESAHAN Skripsi dengan judul : PEMANFAATAN LIMBAH CANGKANG KERANG BULU SEBAGAI ADSORBEN UNTUK MENJERAP LOGAM KADMIUM (II) DAN TIMBAL (II) dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik. Skripsi ini telah diujikan pada sidang sarjana pada 13 Agustus 2015 dan dinyatakan memenuhi syarat/sah sebagai skripsi pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik. ii

5 PRAKATA Alhamdulillah penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat dan karunia-nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan skripsi dengan judul Pemanfaatan Limbah Cangkang Kerang Bulu Sebagai Adsorben Untuk Menjerap Logam Kadmium (II) dan Timbal (II), berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana teknik. Hasil penelitian ini: Penelitian ini memberikan informasi tambahan mengenai adsorben yang dibuat dari cangkang kerang bulu yang diaktivasi secara termal dan karakteristiknya sebagai pemanfaatan limbah yang terbuang Penelitian ini membantu pengolahan limbah logam kadmium (II) dan Timbal (II) dengan proses adsorpsi sehingga tidak membahayakan kehidupan masyarakat. Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi ini penulis banyak mendapat pengarahan dan bimbingan dari dosen pembimbing penulis. Untuk itu secara khusus penulis mengucapakan terima kasih dan penghargaan sebesar-besarnya kepada Ibu Dr. Ir. Iriany, M.Si. 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, 13 Agustus 2015 Penulis Akhmad Anugerah S iii

6 DEDIKASI ALLAH SWT & RASUL MUHAMMAD SAW Keluargaku Tercinta & Perawat Hemodialisa Untuk orang orang yang telah memberiku semangat sehingga aku tetap tawaqqal dan tawaduq dalam menjalani kehidupan ini iv

7 RIWAYAT HIDUP PENULIS Nama : Akhmad Anugerah S NIM : Tempat/tgl lahir : Medan / 08 April 1991 Nama orang tua : Patogar Siregar Alamat orang tua : Jl. Klambir V gg. Sami Rujuk No. 54 Medan Asal Sekolah : SD Negeri Medan tahun SMP Sutomo 1 Medan tahun SMA Sutomo 1 Medan tahun Pengalaman Organisasi : HIMATEK periode sebagai Anggota SOSRO (Sosial dan Rohani Covalen Study Group ( CSG) Sebagai Anggota Bendahara Artikel yang telah dipublikasikan dalam jurnal : v

8 ABSTRAK Adsorben cangkang kerang bulu dapat digunakan dalam mengadsorpsi ion logam berat seperti Cd(II) dan Pb(II). Hal ini terlihat dari hasil analisa penjerapan logam dengan mengukur nilai persentase penjerapan. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui faktor faktor yang berpengaruh dalam pembuatan adsorben, menentukan sifat dan karakteristik dari cangkang kerang bulu dan mengetahui banyaknya senyawa yang dijerap serta nilai Isoterm Langmuir dan Freundlich. Bahan bahan yang digunakan antara lain cangkang kerang bulu, aquadest, dan larutan logam Cd(II) dan Pb(II). Variabel dalam penelitian ini adalah suhu aktivasi, jumlah adsorben, konsentrasi larutan logam yang digunakan dan waktu sampai setimbang. Penelitian ini diawali dengan melakukan pengecilan ukuran cangkang kerang bulu menjadi seukuran 140 mesh, kemudian dilakukan aktivasi termal pada suhu 110ᴼC, 500ᴼC dan 800ᴼC di dalam furnace. Selanjutnya dilakukan proses analisa dengan melakukan karakterisasi adsorben dengan menggunakan peralatan BET, mengukur berat jenis, kadar air dan abu, serta mengadsopsi adsorben 500ᴼC dengan larutan logam dan mengukur larutan sisa tersebut dengan peralatan AAS. Hasil penelitian menunjukkan bahwa luas permukaan adsorben yang diaktivasi pada suhu 110ᴼC, 500ᴼC dan 800ᴼC sebesar 725,43; 807,94; dan 803,822 m 2 /kg. Berat jenis berbanding terbalik dengan suhu aktivasi, nilai kadar air dan abu tidak melewati nilai SNI yang ditetapkan. Adsorben yang diaktivasi pada suhu 500ᴼC lebih baik mengikuti persamaan Isoterm Freundlich. Kata kunci : suhu aktivasi, BET, Isoterm Langmuir dan Freundlich vi

9 ABSTRACT Adsorbent from the fur shells could be used to adsorb heavy metal ions such as Cd(II) and Pb(II). This is shown from the results of the analysis of metal adsorption by measuring the percentage entrapment values. This research was aimed to identify factors - factors that influenced the making of adsorbent, determine the nature and characteristics of the fur shells and to know how much was the compound had been adsorbed as well as the value of Langmuir and Freundlich Isotherm. Materials - materials used include fur shells, aquadest, and a solution of metal Cd(II) and Pb(II). Variables in this research was the activation temperature, the amount of adsorbent, the concentration of the metal solution was used and the time until equilibrium. This research was began with fur shells reduction to the size of 140 mesh, and then activation thermal at a temperature 110ᴼC, 500ᴼC and 800ᴼC in the furnace. Furthermore, the analysis process by performing adsorbent characterization using BET equipment, measure its density, moisture content and ash, as well as adsorbed adsorbent 500ᴼC with a solution of metal and measured the remaining solution by AAS equipment. The result showed that adsorbent activated at temperatures 110ᴼC, 500ᴼC and 800ᴼC had surface area ; ; and m 2 /kg. Density was inversely proportional to the activation temperature, the value of moisture content and ash was the specified with the value by SNI. Adsorbents activated at temperatures 500ᴼC better followed Freundlich Isotherm equation. Keyword : the activation temperature, BET, Langmuir and Freundlich Isotherm vii

10 DAFTAR ISI Halaman PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI i PENGESAHAN SKRIPSI ii PRAKATA iii DEDIKASI iv RIWAYAT HIDUP v ABSTRAK vi ABSTRACT vii DAFTAR ISI viii DAFTAR GAMBAR xi DAFTAR TABEL xiii DAFTAR LAMPIRAN xv DAFTAR SINGKATAN xvii DAFTAR SIMBOL xviii BAB I PENDAHULUAN LATAR BELAKANG PERUMUSAN MASALAH TUJUAN PENELITIAN MANFAAT PENELITIAN RUANG LINGKUP PENELITIAN 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA ADSORPSI Jenis Jenis Adsorpsi Faktor Faktor yang mempengaruhi Adsorpsi 6 Fisik Prinsip Adsorpsi Berdasarkan Ukuran Pori Isoterm Adsorpsi KALSINASI KARBONASI KERANG ( Bivalvia / Pelecypoda) 11 viii

11 ix Sejarah Kerang Konsumsi Kerang PERATURAN PEMERINTAH TENTANG LIMBAH CAIR PENELITIAN YANG TELAH DILAKUKAN 17 MENGGUNAKAN CANGKANG KERANG 2.6 ANALISA BIAYA 18 BAB III METODOLOGI PENELITIAN LOKASI DAN WAKTU PENELITIAN BAHAN PERALATAN PROSEDUR PENELITIAN Pembuatan Adsorben Cangkang Kerang Bulu PROSEDUR ANALISA Karakterisasi Adsorben Cangkang Kerang 23 Bulu Penentuan Densitas Cangkang Kerang Bulu Penentuan Kadar Air Penentuan Kadar Abu Penentuan Jumlah Logam Cd(II) dan Pb(II) yang Terjerap FLOWCHART PERCOBAAN Flowchart Pembuatan Adsorben Cangkang 26 Kerang Bulu Flowchart Penentuan Densitas Cangkang 27 Kerang Bulu Flowchart Penentuan Kadar Air Flowchart Penentuan Kadar Abu Flowchart Penentuan Jumlah Logam Cd(II) dan Pb(II) yang Terjerap dalam Adsorben 30 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN AKTIVASI ADSORBEN CANGKANG KERANG 31

12 x BULU 4.2 KARAKTERISASI ADSORBEN DENGAN 33 PERALATAN BET 4.3 PENENTUAN BERAT JENIS DARI ADSORBEN PENENTUAN KADAR AIR PENENTUAN KADAR ABU PENENTUAN JUMLAH LOGAM Cd 2+ DAN Pb YANG TERJERAP OLEH ADSORBEN Penentuan Jumlah Logam Cd 2+ Dan Pb 2+ Yang 41 Terjerap Oleh Adsorben Penentuan Adsorpsi Isoterm Logam Cd 2+ Dan Pb 2+ Yang Terjerap Oleh Adsorben 43 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN KESIMPULAN SARAN 49 DAFTAR PUSTAKA 50 LAMPIRAN 1 52 LAMPIRAN 2 57 LAMPIRAN 3 61

13 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Data Konsumsi Kerang/Siput Tahun Gambar 2.2 Data Konsumsi Kerang/Siput Tahun Tingkat Provinsi Gambar 2.3 Persentase Titik Pantau Air Sungai di Indonesia Dengan 16 Status Tercemar Berat Berdasarkan Kriteria Mutu Air Kelas II PP 82 Tahun 2001 Gambar 3.1 Flowchart Pembuatan Adsorben Cangkang Kerang 26 Gambar 3.2 Flowchart Penentuan Densitas Adsorben Cangkang 27 Kerang Gambar 3.3 Flowchart Penentuan Kadar Air 28 Gambar 3.4 Flowchart Penentuan Kadar Abu 29 Gambar 3.5 Flowchart Penentuan Jumlah Logam Cd(II) dan Pb(II) 30 yang Terjerap Gambar 4.1 Hasil Pemanasan Adsorben Cangkang Kerang Bulu 31 dengan Variasi Suhu 110ᴼC, 500ᴼC dan 800ᴼC Gambar 4.2 Data Hasil Adsorpsi Adsorben 500ᴼC Terhadap Cd dengan Menggunakan 1 gr Adsorben pada Suhu Kamar Gambar 4.3 Data Hasil Adsorpsi Adsorben terhadap Pb 2+ Dengan 42 Menggunakan 1 gr Adsorben pada Suhu Kamar Gambar 4.4 Data Hasil Adsorpsi Isoterm Freundlich Adsorben 500ᴼC 43 terhadap Cd 2+ Gambar 4.5 Data Hasil Adsorpsi Adsorben 500ᴼC Terhadap Pb Gambar 4.6 Data Hasil Adsorpsi Isoterm Langmuir Adsorben 500ᴼC 45 terhadap Cd 2+ Gambar 4.7 Data Hasil Adsorpsi Isoterm Freundlich Adsorben 500ᴼC terhadap Pb Gambar L3.1 Cangkang Kerang 61 Gambar L3.2 Ball Mill Cangkang Kerang 61 Gambar L3.3 Pengayakan 61 xi

14 xii Gambar L3.4 Hasil Ayakan 140 mesh 61 Gambar L3.5 Furnace pada Pemanasan Suhu 500ᴼC 62 Gambar L3.6 Desikator 62 Gambar L3.7 Adsorben Hasil Pemanasan Suhu 500ᴼC 62 Gambar L3.8 Penentuan Berat Jenis Adsorben suhu 500ᴼC dengan 62 Piknometer Gambar L3.9 Penimbangan Adsorben dalam Penentuan Kadar Air dan 63 Abu Gambar L3.10 Adsorpsi Ion Logam 63 Gambar L3.11 Penyaringan 63 Gambar L3.12 Filtrat yang Akan Dianalisa dengan AAS 63

15 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1 Suhu Kalsinasi pada Tiga Tahap Pemanasan 10 Tabel 2.2 Komposisi dari Cangkang Kerang Darah 13 Tabel 2.3 Komposisi dari Cangkang Tiram 13 Tabel 2.4 Harga Bahan Baku 18 Tabel 2.5 Harga Kebutuhan Listrik 19 Tabel 4.1 Data Hasil Analisa BET 34 Tabel 4.2 Syarat Adsorben Komersil Berdasarkan Luas 35 Permukaan Tabel 4.3 Penggolongan Adsorben Berdasarkan Ukuran Pori 35 Tabel 4.4 Data Hasil Pengukuran Berat Jenis dari Adsorben 36 Tabel 4.5 Data Hasil Pengukuran Penentuan Kadar Air 37 Tabel 4.6 Standar Kualitas Arang Aktif menurut SNI (1995) 38 Tabel 4.7 Data Hasil Pengukuran Penentuan Kadar Abu 39 Tabel 4.8 Standar Kualitas Arang Aktif menurut SNI (1995) 40 Tabel 4.9 Data Hasil Persentase Penjerapan Logam Cd 2+ dan Pb Tabel 4.10 Nilai Isoterm Langmuir Cd 2+ dan Pb Tabel 4.11 Nilai Isoterm Freundlich Cd 2+ dan Pb Tabel L1.1 Data Hasil Analisa BET 53 Tabel L1.2 Data Hasil Percobaan Berat Jenis Adsorben 110ᴼC 53 Tabel L1.3 Data Hasil Percobaan Berat Jenis Adsorben 500ᴼC 53 Tabel L1.4 Data Hasil Percobaan Berat Jenis Adsorben 800ᴼC 53 Tabel L1.5 Data Hasil Percobaan Penentuan Kadar Air 54 Tabel L1.6 Data Hasil Percobaan Penentuan Kadar Abu 54 Tabel L1.7 Data Deret Standar Logam Cd Tabel L1.8 Data Hasil Adsorbansi Adsorben 110ᴼC Terhadap 55 Logam Cd 2+ Tabel L1.9 Data Hasil Adsorbansi Adsorben 500ᴼC Terhadap 55 Logam Cd 2+ Tabel L1.10 Data Hasil Adsorbansi Adsorben 800ᴼC Terhadap 55 xiii

16 xiv Logam Cd 2+ Tabel L1.11 Data Deret Standar Logam Pb Tabel L1.12 Data Hasil Adsorbansi Adsorben 500ᴼC Terhadap 56 Logam Pb 2+ Tabel L2.1 Data Hasil Percobaan Berat Jenis Adsorben 110ᴼC 57 Tabel L2.2 Data Pengukuran Jumlah Logam Cd 2+ yang Terjerap 59 Tabel L2.3 Data Pengukuran Jumlah Logam Pb 2+ yang Terjerap 60

17 DAFTAR LAMPIRAN Halaman LAMPIRAN 1 DATA HASIL PERCOBAAN 53 L1.1 DATA HASIL PERCOBAAN BET 53 L1.2 DATA HASIL PERCOBAAN BERAT 53 JENIS L1.3 DATA HASIL PERCOBAAN KADAR AIR 54 L1.4 DATA HASIL PERCOBAAN KADAR ABU 54 L1.5 DATA HASIL PENENTUAN JUMLAH 55 LOGAM Cd 2+ DAN Pb 2+ YANG TERJERAP ADSORBEN L1.5.1 Data Hasil Percobaan Penentuan 55 Jumlah Logam Cd 2+ yang Terjerap Adsorben L1.5.2 Data Hasil Percobaan Penentuan Jumlah Logam Pb 2+ yang Terjerap Adsorben 56 LAMPIRAN 2 CONTOH PERHITUNGAN 57 L2.1 PERHITUNGAN BERAT JENIS 57 ADSORBEN L2.2 PERHITUNGAN KADAR AIR ADSORBEN 58 L2.3 PERHITUNGAN KADAR ABU 58 ADSORBEN L2.4 PERHITUNGAN JUMLAH LOGAM Cd DAN Pb 2+ YANG TERJERAP ADSORBEN L2.4.1 Perhitungan Jumlah Logam Cd yang Terjerap Adsorben L2.4.2 Perhitungan Jumlah Logam Pb 2+ yang Terjerap Adsorben 60 LAMPIRAN 3 FOTO HASIL PENELITIAN 61 xv

18 xvi L3.1 FOTO PERLAKUAN AWAL CANGKANG KERANG BULU 61 L3.2 FOTO PROSES PEMANASAN 62 CANGKANG KERANG BULU L3.3 FOTO KARAKTERISASI ADSORBEN 62 L3.4 FOTO PROSES ADSORPSI TERHADAP ION LOGAM Cd 2+ DAN Pb 2+ 63

19 DAFTAR SINGKATAN ph COSP NOSP Å BET SUSENAS PP SSA SNI Power of Hydrogen Calcined oyster shell powders Natural oyster shell powders Angstrom Braunner, Emmet and Teller Survei Sensus Ekonomi Nasional Peraturan Pemerintah Spektofometer serapan atom Standar Nasional Indonesia xvii

20 DAFTAR SIMBOL Simbol Keterangan Dimensi Cd Kadmium Pb Timbal Al(OH)3 Alum CaCO3 Kalsium karbonat CaPO4 Kalsium fosfat CaO Kalsium oksida / kalsit CO2 Karbon dioksida NaCl Natrium Klorida KNO3 Potasium Nitrat x Banyaknya zat yang teradsorpsi mg m Massa adsorben mg C Konsentrasi akhir k Konstanta adsorben n Konstanta adsorben MgCO3 Magnesium karbonat MgO Magnesium oksida ZnCO3 Zink karbonat ZnO Zink oksida Ca kalsium C Karbon Mg Magnesium Na Natrium P Posfat K Potasium SiO2 Silika dioksida Al2O3 Alumunium trioksida SrO Strontium oksida P2O5 Na2O Posfat Pentaoksida Natrium oksida xviii

21 xix SO3 sulfit M1 Massa piknometer kosong g M2 Massa piknometer + air g M3 Massa piknometer + adsorben g M4 Massa piknometer + air + adsorben g adsorben Berat jenis adsorben g/ml air Berat jenis air g/ml W ads Berat Cd(II) atau Pb(II) yang terjerap oleh satu gram sampel mg/g B Berat sampel yang digunakan g C1 Konsentrasi larutan Cd(II) atau Pb(II) awal ppm C2 Konsentrasi larutan Cd(II) atau Pb(II) akhir ppm V Volume larutan Cd(II) atau Pb(II) yang digunakan ml Cu Tembaga Densitas g/ml m Massa g V volume ml I2 Iodine mg/g y Absorbansi x Konsentrasi larutan ppm R 2 %penjerapan Koefisien korelasi Nilai persentase yang terjerap dari logam % Cd(II) dan Pb(II) Co Konsentrasi awal logam Cd(II) dan Pb(II) ppm C Konsentrasi akhir logam Cd(II) dan Pb(II) ppm q Konsentrasi dalam fase padatan kgadsorbate/kgadsorben qo Konsentrasi dalam fase padatan kgadsorbate/kgpadatan K Konstanta Kg/m 3 C Konsentrasi dalam fase cair Kg/m 3 cair