KAJIAN KEMAMPUAN ADSORPSI LOGAM BERAT KADMIUM (Cd 2+ ) DENGAN MENGGUNAKAN ADSORBEN DARI BATANG JAGUNG (Zea Mays) SKRIPSI

Transkripsi

1 KAJIAN KEMAMPUAN ADSORPSI LOGAM BERAT KADMIUM (Cd 2+ ) DENGAN MENGGUNAKAN ADSORBEN DARI BATANG JAGUNG (Zea Mays) SKRIPSI Oleh FIRMANTO PANJAITAN DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA JUNI 2016

2 KAJIAN KEMAMPUAN ADSORPSI LOGAM BERAT KADMIUM (Cd 2+ ) DENGAN MENGGUNAKAN ADSORBEN DARI BATANG JAGUNG (Zea mays) SKRIPSI Oleh FIRMANTO PANJAITAN SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA JUNI 2016

3 PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul : KAJIAN KEMAMPUAN ADSORPSI LOGAM BERAT KADMIUM (Cd 2+ ) DENGAN MENGGUNAKAN ADSORBEN DARI BATANG JAGUNG (Zea Mays) 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 di kemudian hari terbukti bahwa ini bukan karya saya atau merupakan hasil jiplakan maka saya bersedia menerima sanksi sesuai dengan aturan yang berlaku. Medan, 1 Juni 2016 Firmanto Panjaitan NIM i

4 ii

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 Kajian Kemampuan Adsorpsi Logam Berat Kadmium (Cd 2+ ) Dengan Menggunakan Adsorben Dari 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 adsorben, 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, S.T, MT, Ph.D. 2. Dosen penguji penelitian, Bapak Prof. Dr. Ir., M. Turmuzi, MS dan Ibu Ir., Seri Maulina, M.Si, 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, Juni 2016 Penulis iii

6 DEDIKASI Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada: 1. Kedua orangtua saya yaitu Ayahku M. Panjaitan dan Ibuku P. Siahaan yang selalu sabar dan tabah mendidik dan membimbing penulis hingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini. Budi baik Ayah dan Ibu akan selalu penulis kenang sampai akhir hayat penulis. Forever Love You My Parents. 2. Keempat saudara saya, yaitu Darwin Panjaitan, Ronald Panjaitan, Maria Magdalena Panjaitan dan Sandra Dea Melisa Panjaitan, yang telah memberikan motivasi dan doa dalam menyelesaikan studi. Doa penulis selalu beserta kalian semua. 3. Bapak dan Ibu dosen Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, yang juga telah banyak memberikan banyak ilmu selama penulis kuliah. 4. Para pegawai administrasi Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. 5. Partner penelitian, Herman Mugiono Haloho; yang telah bekerja sama di dalam penyelesaian penelitian dan skripsi ini. 6. Dan juga buat Rutica Valentina Sembiring Depari, yang selalu mendampingi penulis dalam suka dan duka. Terima kasih doa, buat dukungan, motivasi dan juga buat semangat yang selalu diberikan kepada penulis. 7. Sahabat-sahabat penulis, yaitu teman-teman mahasiswa Teknik Kimia terutama angkatan 2011 dan adek-adek mahasiswa Teknik Kimia USU lainnya yang tidak dapat saya ucapkan satu persatu, terima kasih atas dukungan moril yang diberikan sehingga penulisan skripsi ini dapat selesai dengan baik. 8. Teman-teman kos Kesain Rumah Pulo dan Keluarga pemilik kos, terima kasih atas dukungan moril dan bantuannya dalam menyelesaikan skripsi ini dengan baik. iv

7 RIWAYAT HIDUP PENULIS Nama: Firmanto Panjaitan NIM : Tempat/Tanggal Lahir: Pekanbaru, 14 Februari 1993 Nama Orangtua: M. Panjaitan dan P. Siahaan Alamat Orangtua : Jl. Harapan Jaya, gang. Nauli No. 77, Kulim, Pekanbaru Asal Sekolah TK Kristen Kalam Kudus Pekanbaru tahun SD Kristen Kalam Kudus Pekanbaru tahun SMP Kristen Kalam Kudus Pekanbaru tahun SMAN 5 Medan tahun Beasiswa yang pernah diperoleh: 1. Beasiswa BBM (Bantuan Belajar Mahasiswa) tahun 2012 Pengalaman Organisasi/Kerja: 1. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) periode , sebagai anggota 2. Panitia dalam Diskusi Kurikulum Pendidikan Tinggi Teknik Kimia USU pada 26 maret Kerja Praktek di Pertamina Pangkalan Susu pada 1 September 31 Oktober Koordinator Keamanan Natal Teknik Kimia USU tahun 2014 Artikel yang dipublikasikan dalam Jurnal/Pertemuan Ilmiah: 1. Jurnal Teknologi Pertanian Andalas, Vol 20, No. 1 (2016). Kajian Kemampuan Adsorpsi Logam Berat Kadmium (Cd 2+ ) dengan Menggunakan Adsorben dari Batang Jagung (Zea Mays). v

8 ABSTRAK Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kemampuan adsorpsi batang jagung dengan variasi bentuk dalam menyerap ion logam kadmium (Cd 2+ ) 50 ppm pada larutan dengan ph 4,5. Batang jagung yang digunakan dibentuk berupa lingkaran, ½ lingkaran, ¼ lingkaran, 50 mesh, dan 70 mesh. Variasi kecepatan yang digunakan adalah 150, 220, dan 250 rpm. Penelitian ini terbagi menjadi 2 tahap, yaitu perlakuan awal dengan melakukan pencucian dan pengeringan hingga kondisi yang seragam. Tahap kedua adalah pengukuran potensi kapasitas adsorpsi dengan system batch adsorption dan pemodelan kinetika adsorpsi. Pengaruh ukuran batang jagung secara signifikan mempengaruhi kemampuan adsorpsi batang jagung dengan kenaikan dari 60,89%, 67,45%, 79,95%, 80,75% hingga 85,00% untuk bentuk lingkaran, ½ lingkaran, ¼ lingkaran, 50 mesh dan 70 mesh secara berurut selama 2 jam. Pengaruh variasi pengadukan juga mampu meningkatkan kapasistas adsorpsi namun tidak terlalu besar. Model kinetika adsorpsi mengindikasikan adsorpsi terjadi secara kimia. Model kinetika difusi adsorpsi mengindikasikan bahwa ion logam terjerap sampai ke dalam pori-pori adsorben. Kemampuan adsorpsi ini menunjukkan bahwa batang jagung memiliki potensi sebagai adsorben dalam menyerap ion logam dalam larutan. Kata kunci : adsorpsi, batang jagung, ion kadmium (Cd 2+ ), kapasitas adsorpsi vi

9 ABSTRACT The idea of this research is to investigate adsorption capacity of corn stalk with different shapes to adsorp cadmium ion (Cd 2+ ) 50 ppm dissolving in the solution on ph 4,5. The corn stalk variation shapes are square, half square, quarter square, 50 mesh and 70 mesh. Different shapes use to adsorp is 150, 220, and 250 rpm. This research consist of two main steps such as, pretreatment and batch adsorption to determine adsorption capacity and modeling of adsorption kinetic. The influence of the size of the corn stalks significantly affect the adsorption capacity of corn stalks with a rise of 60.89%, 67.45%, 79.95%, 80.75% and 85.00% for a round shape, ½ round, ¼ round, 50 mesh and 70 mesh respectivly for 2 hours adsorption operation. The effect of variation of stirring also able to increase the adsorption capacity but not too big. Adsorption kinetics model indicates adsorption occurs chemically. Models indicate that the adsorption kinetics of diffusion of metal ions adsorbed to the pores of the adsorbent. This shows that the adsorption capacity of corn stalks has potential as an adsorbent to absorb metal ions in solution. Keyword : adsorption, corn stalks, cadmium ion (Cd 2+ ), adsorption capacity 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 xiii DAFTAR LAMPIRAN xiv DAFTAR SINGKATAN xv DAFTAR SIMBOL xvi BAB I PENDAHULUAN LATAR BELAKANG PERUMUSAN MASALAH TUJUAN PENELITIAN MANFAAT PENELITIAN RUANG LINGKUP PENELITIAN 5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA KONTAMINASI LOGAM KADMIUM (Cd) LOGAM KADMIUM (Cd) JAGUNG ADSORPSI Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Adsorpsi Pengukuran Adsorpsi Kinetika Adsorpsi Model Pseudo Orde Satu Model Pseudo Orde Dua 13 viii

11 Intra-Partikel Model Difusi Isotermal Adsorpsi Isotermal Langmuir Isotermal Freundlich Proses Difusi 14 BAB III METODOLOGI PENELITIAN LOKASI DAN WAKTU PENELITIAN BAHAN DAN PERALATAN PENELITIAN PROSEDUR PERCOBAAN Prosedur Pembuatan Larutan Prosedur Preparasi Batang Jagung (Pembuatan Bioadsorben) Prosedur Batch Adsorpsi Prosedur Kinetika Adsorpsi FLOWCHART PROSEDUR PENELITIAN Persiapan Adsorben (Batang Jagung) Pengeringan Adsorben Batang Jagung Pembuatan Larutan HCl 0,1M Pembuatan Larutan NaOH 0,1M Pembuatan Larutan Pelarut dengan ph 4, Pembuatan Larutan Cd ppm Flowchart Prosedur Batch Adsorption Flowchart Prosedur Kinetika Adsorpsi 24 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN PERLAKUAN AWAL PADA ADSORBEN BATANG JAGUNG PENENTUAN KAPASITAS ADSORPSI DENGAN VARIASI BENTUK ADSORBEN PENENTUAN KAPASITAS ADSORPSI DENGAN VARIASI KECEPATAN PENGADUKAN PENENTUAN WAKTU KONTAK OPTIMUM DAN KINETIKA ADSORPSI PENENTUAN KINETIKA DIFUSI 37 ix

12 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN KESIMPULAN SARAN 40 DAFTAR PUSTAKA 41 x

13 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 3.1 Flowchart Persiapan Adsorben Batang Jagung 19 Gambar 3.2 Flowchart Pengeringan Adsorben Batang Jagung 20 Gambar 3.3 Flowchart Pembuatan Larutan HCl 0,1 M 20 Gambar 3.4 Flowchart Pembuatan Larutan NaOH 0,1 M 21 Gambar 3.5 Flowchart Pembuatan Larutan Pelarut dengan ph 4,5 21 Gambar 3.6 Flowchart Pembuatan Larutan Standart Cd 2+ (50 ppm) 22 Gambar 3.7 Flowchart Mengukur Pengaruh Ukuran Adsorben Terhadap Kemampuan Adsorpsi 23 Gambar 3.8 Flowchart Mengukur Pengaruh Kecepatan Pengadukan Terhadap Kemampuan Adsorpsi 24 Gambar 3.9 Flowchart Mengukur Kinetika Adsorpsi pada Bentuk Adsorben ¼ Lingkaran Terhadap Kemampuan Adsorpsi 25 Gambar 4.1 Nilai Kapasitas Adsorpsi dengan Berbagai Bentuk Adsorben Batang Jagung pada Kecepatan Pengadukan 220 rpm dan Konsentrasi Cd ppm 28 Gambar 4.2 Persentase Adsorpsi (%) dengan Berbagai Bentuk Adsorben pada Kecepatan Pengadukan 220 rpm dan Konsentrasi Cd ppm 28 Gambar 4.3 Gaya Tarik-Menarik Atom 30 Gambar 4.4 Nilai Kapasitas Adsorpsi dengan Variasi Kecepatan Pengadukan pada Konsentrasi Cd ppm dan Bentuk Adsorben ¼ Lingkaran 31 Gambar 4.5 Gambar 4.6 Persentase Adsorpsi (%) dengan Variasi Kecepatan Pengadukan pada Konsentrasi Cd ppm dan Bentuk Adsorben ¼ Lingkaran 31 Proses Molekul-Molekul Adsorban Masuk Ke Dalam Pori- Pori Adsorben 33 xi

14 Gambar 4.7 Kapasitas Adsorpsi Logam Cd 2+ dengan Konsentrasi Ion Logam Cd ppm pada Bentuk Adsorben ¼ Lingkaran dan Kecepatan Pengadukan 220 ppm 34 Gambar 4.8 Pemodelan Pseudo Orde Satu pada Konsentrasi Logam Cd ppm dan Kecepatan Pengadukan 220 rpm 36 Gambar 4.9 Pemodelan Pseudo Orde Dua pada Konsentrasi Logam Cd ppm dan Kecepatan Pengadukan 220 rpm 36 Gambar 4.10 Pemodelan Kinetika Difusi Ekstrenal pada Konsentrasi Logam Cd ppm dan Kecepatan Pengadukan 220 rpm 38 Gambar 4.11 Pemodelan Kinetika Difusi Internal pada Konsentrasi Logam Cd ppm dan Kecepatan Pengadukan 220 rpm 38 Gambar C.1 Kebun Jagung yang akan Digunakan Sebagai Adsorben 54 Gambar C.2 Batang Jagung yang Siap Dijadikan Adsorben 54 Gambar C.3 Pemotongan dan Pembersihan Batang Jagung 55 Gambar C.4 Peralatan dan Sampel Batang Jagung Penelitian 55 Gambar C.5 Material Logam Berat (Cd(CH 3 COO) 2.2H 2 O) yang Digunakan 56 Gambar C.6 Botol Untuk Larutan Cd Gambar C.7 Pengatur Keasaman NaOH (0,1 M) dan HCl (0,1 M) 57 Gambar C.8 Botol Sampel Untuk Uji Di Alat AAS 57 Gambar C.9 Peak Untuk Ion Logam Cd Gambar C.10 Adsorbansi Logam Ion Cd Gambar C.11 Konsentrasi Logam Ion Cd ppm 60 Gambar D.1 Foto Publikasi Jurnal Tugas Akhir 60 xii

15 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 1.1 Luas Panen dan Produksi Jagung Indonesia Tahun Tabel 1.2 Data Beberapa Hasil Penelitian Terbaru Tentang Bioadsorpsi dan Pemanfaatkan Batang Jagung Sebagai Biosorban Dalam Menyerapan Ion Logam 2 Tabel 2.1 Konsentrasi Kadmium (Nilai Rata-Rata) Di Berbagai Jenis Makanan 8 Tabel 4.1 Pemodelan Pseudo Orde Satu dan Pseudo Orde Dua Kinetika Adsorpsi Cd 2+ pada Adsorben Batang Jagung 36 Tabel A.1 Data Kalibrasi Larutan Standar 47 Tabel A.2 Data Hasil Pencucian dari Adsorben Batang Jagung. 47 Tabel A.3 Hubungan Kapasitas Adsorpsi Batang Jagung Terhadap Variasi Bentuk Adsorben pada Kecepatan Pengadukan 220 rpm Berdasarkan Konsentrasi Tetap Cd ppm 50 Tabel A.4 Hubungan Kapasitas Adsorpsi Batang Jagung Terhadap Variasi Kecepatan Pengadukan dengan Bentuk ¼ Lingkaran pada Kecepatan Pengadukan 220 rpm Berdasarkan Konsentrasi Tetap Cd ppm 50 Tabel A.5 Data Hasil Penentuan Waktu Optimum dengan Bentuk Adsorben ¼ Lingkaran pada Kecepatan Pengadukan 220 rpm Berdasarkan Konsentrasi Cd ppm 51 xiii

16 DAFTAR LAMPIRAN Halaman LAMPIRAN A DATA BAHAN BAKU 47 A.1 Data Kalibrasi Larutan Standar Hasil Analisis AAS 47 A.2 Hasil Pencucian Adsorben Batang Jagung 47 A.3 Hasil Pengeringan Adsorben Batang Jagung 48 A.3.1 Perhitungan Pengeringan Adsorben Batang Jagung 48 A.4 Data Hasil Kapasitas Adsorpsi dengan Variasi Bentuk 50 A.5 Data Hasil Kapasitas Adsorpsi dengan Variasi Kecepatan Pengadukan 50 A.6 Data Hasil Penentuan Waktu Optimum 51 LAMPIRAN B CONTOH PERHITUNGAN 52 B.1 Pembuatan Larutan (Stock Solution) 52 B.2 Perhitungan Kapasitas Adsorpsi 53 LAMPIRAN C DOKUMENTASI PERCOBAAN 54 C1 Sampel dan Bahan Baku 54 C2 Eksperimen 56 C3 Foto Hasil Adsorpsi Batang Jagung Menggunakan Atomic Adsorption Spectroscopy (AAS) 58 xiv

17 DAFTAR SINGKATAN AAS ph ppm Atomic Adsorption Spectroscopic Power of Hydrogen Part Per Million xv

18 DAFTAR SIMBOL Simbol Keterangan Dimensi Cd(CH 3 COO) 2.2H 2 O Kadmium Asetat Dihidrat mg C O Karbon Oksigen % Persen HCl Asam klorida ml NaOH Natrium Hidroksida gr H 2 O Air ml H + Ion hidrogen Q Berat Cd yang terjerap oleh satu gram sampel mg/g w Berat sampel yang digunakan gr C 0 Konsentrasi larutan Cd awal ppm C t Konsentrasi larutan Cd pada waktu t ppm t waktu menit/ jam V Volume larutan Cd yang digunakan ml y Absorbansi x Konsentrasi larutan ppm xvi