POTENSI ARANG AKTIF MENGGUNAKAN AKTIVATOR

Transkripsi

1 POTENSI ARANG AKTIF MENGGUNAKAN AKTIVATOR Na 2 CO 3 DARI KULIT SALAK PADANG SIDEMPUAN (Salacca sumatrana) SEBAGAI ADSORBEN ION TIMBAL (II) DAN KADMIUM (II) Riau Wansyah 1, Itnawita 2, Ganis Fia Kartika 2 1 Mahasiswa Program Studi S1 Kimia 2 Bidang Kimia Analitik Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Kampus Binawidya Pekanbaru, 28293, Indonesia riauwansyah2897@gmail.com ABSTRACT The aim of this research was to determine the potential waste of snakefruit shell as adsorbent which carbonized at 600 o C for ±2 hours using Na 2 CO 3 5.0% as the activated agent. The adsorbent was characterized by moisture content (12.64%), ash content (11.55%), iod adsorption ( mg/g) and methylen blue (17.48 mg/g). The ability of best activated charcoal was applied to adsorp lead (II) and cadmium (II) ions which analyzed using Atomic Adsorption of Spectrofotometer (AAS). The result showed that the activated snakefruit shell charcoal has efficiency adsorption of 99.72% (69.41 ppm) for lead (II) ions and 86.79% (77.96 ppm) for cadmium (II) ions. Keywords : adsorption, charcoal, Na 2 CO 3, snakefruit shell ABSTRAK Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui potensi dari limbah kulit salak sebagai adsorben yang dikarbonisasi pada suhu 600 o C selama ±2 jam menggunakan aktivator Na 2 CO 3 5,0%. Dari hasil karakterisasi diperoleh kandungan air (12,64%), kandungan abu (11,55%), daya adsorpsi iodium (785,64 mg/g) dan daya adsorpsi metilen biru (17,48 mg/g). Kemampuan arang aktif terbaik diaplikasikan untuk mengadsorpsi ion timbal (II) dan kadmium (II) yang dianalisis menggunakan Spektrofotometri Absorpsi Atomik (AAS). Efisiensi adsorpsi dari arang aktif kulit salak sebesar 99,72% (69,41 ppm) untuk ion timbal (II) dan 86,79% (77,96 ppm) untuk ion kadmium (II). Kata kunci : adsorpsi, arang, Na 2 CO 3, kulit salak 1

2 PENDAHULUAN Indonesia merupakan negara tropis dengan beraneka jenis buahbuahan. Salak (Salacca zalacca) merupakan salah satu jenis buah asli Indonesia yang banyak digemari masyarakat karena rasanya manis, renyah dan memiliki kandungan gizi yang tinggi (Rukmana, 1999). Buah salak banyak dimanfaatkan dalam bentuk segar, manisan, asinan, keripik, campuran rujak dan dikalengkan. Biji buah salak dengan tekstur yang keras dan bewarna coklat bisa dijadikan bahan utama dalam pembuatan kopi dan bisa juga dijadikan sebagai adsorben, sedangkan pemanfaatan kulit dari buah salak kurang mendapat perhatian dikarenakan bentuknya yang keras dan kasar, sehingga kulit buah salak hanya terbuang sebagai limbah. Jenis buah salak yang biasa dijumpai di pasaran adalah salak Pondoh, salak Bali dan salak Padang Sidempuan. Salak Pondoh dan salak Bali memiliki rasa yang lebih manis dibandingkan dengan salak Padang Sidempuan, namun salak padang Sidempuan memiliki rasa yang khas sehingga menjadikan salak ini berbeda dari salak lainnya dan menjadikannya banyak digemari oleh masyarakat. Berdasarkan data Badan Ketahanan Pangan dan Penyuluhan Pertanian Daerah Kota Padang Sidempuan menunjukkan bahwa produksi salak pada tahun dihasilkan lebih dari ton/tahun. Berdasarkan uji pendahuluan dalam 1 kg salak Padang Sidempuan dihasilkan ±140 g kulit buah salak, dengan jumlah produksi salak yang melebihi ton/tahun maka didapatkan ±1400 ton/tahun limbah kulit salak. Kulit buah salak mengandung senyawa kimia antara lain air, karbohidrat berupa selulosa, mineral dan protein (Turmuzi, dkk., 2015). Selulosa adalah komponen utama pada dinding sel tumbuhan dan selulosa pada kulit buah salak berpotensi untuk dijadikan adsorben dalam bentuk arang aktif. Telah banyak penelitian yang menggunakan kulit salak sebagai adsoben dengan memvariasikan temperatur dan aktivator dalam pembuatan karbon aktif, dimana aktivator yang digunakan pada penelitian sebelumnya yaitu ZnCl 2 dan H 3 PO 4 untuk melihat daya serapnya terhadap iodium. Penggunaan aktivator yang berbeda akan menyebabkan masing-masing arang aktif yang dihasilkan menunjukan karakteristik yang berbeda. Pada penelitian Turmuzi dan Syaputra (2015) yang menggunakan aktivator H 3 PO 4 dalam pembuatan arang aktif kulit salak, diperoleh rendemen tertinggi dari hasil penelitian sebesar 71,70% (400 o C) dan bilangan iodium 494,91 mg/g (600 o C). Sedangkan penelitian yang dilakukan oleh Turmuzi, dkk., (2015) yang menggunaka aktivator ZnCl 2 dihasilkan rendemen tertinggi sebesar 30,93% (400 o C) dan bilangan iodiumnya sebesar 694 mg/g (600 o C). Berdasarkan hasil penelitian sebelumnya, terlihat bahwa perbedaan aktivator dan suhu karbonisasi memberikan rendemen dan jerapan iodium yang berbeda, Oleh karena itu melalui penelitian ini, ingin dilihat 2

3 kemampuan Na 2 CO 3 sebagai aktivator dan diharapkan arang aktif yang diperoleh mempunyai kualitas yang baik. Penggunaan Na 2 CO 3 sebagai aktivator yang merupakan garam basa diharapkan dapat melarutkan senyawa organik yang terdapat di dalam kulit salak. Arang aktif dengan kualitas terbaik tersebut, selanjutnya diaplikasikan untuk menjerap ion Pb (II) dan Cd (II). Mengingat ion Pb (II) dan Cd (II) termasuk logam berat yang cukup berbahaya dan dapat masuk ke dalam tubuh. Keracunan logam berat Pb dan Cd dapat menyebabkan keracunan yang akut dan kronis. Keracunan akut logam Pb ditandai oleh rasa terbakar dalam mulut dan terjadinya perangsangan pada gastrointestinal dengan disertai diare dan gejala keracunan kronis ditandai dengan rasa mual, anemia, sakit di sekitar perut dan dapat menyebabkan kelumpuhan, sedangkan efek kronis dari keracunan logam Cd, mengakibatkan kerusakan ginjal dan kerusakan sistem syaraf (Darmono, 2001). METODE PENELITIAN a. Pengambilan Sampel Sampel yang digunakan pada penelitian ini adalah buah salak yang diambil secara acak di tempat penjualan buah di pasar Simpang Panam, Pekanbaru. b. Persiapan Sampel Sampel kulit salak dipisahkan dari buahnya. Sampel kulit salak selanjutnya dicuci bersih dengan air kemudian dicuci bersih dengan akuades dan dipotong kecil. Kulit salak dikeringkan di bawah sinar matahari selama ±3 hari. c. Proses Karbonisasi Kulit salak dikarbonisasi dalam furnace pada suhu 600 o C selama ±2 jam. Lalu arang kulit salak didiamkan hingga dingin dalam desikator. d. Preparasi Arang Aktif Kulit Salak (SNI ) Arang kulit salak yang dihasilkan digerus dan diayak lolos dengan ayakan 100 mesh dan tertahan pada ayakan 200 mesh. Kemudian dicuci dengan NaHCO 3 1% dan dikeringkan dalam oven pada suhu ± 105 o C. Selanjutnya, masing-masing sebanyak 10 gram arang tersebut diaktivasi menggunakan 100 ml larutan Na 2 CO 3 dengan variasi konsentrasi 2,5; 5,0 dan 7,5% dilakukan pengadukan selama 5 menit dan didiamkan selama 24 jam. Campuran disaring dan dicuci kembali dengan akuades. Filtratnya diuji dengan indikator universal hingga mencapai ph 7,0. Kemudian arang dikeringkan dalam oven pada suhu 105 o C selama 1 jam dan didinginkan dalam desikator. e. Karakterisasi Arang Aktif Kulit Salak 1. Kandungan air (SNI ) Arang aktif kulit salak Padang Sidempuan yang akan ditimbang sebanyak 0,5 g dimasukkan ke dalam krusibel kering yang diketahui berat konstannya. Selanjutnya arang aktif 3

4 kulit salak di dalam krusibel tersebut dimasukkan ke dalam oven selama 15 menit dengan suhu 105 o C, kemudian arang aktif didinginkan dalam desikator dan ditimbang sampai diperoleh berat konstan. Keterangan : w 1 = Bobot sampel sebelum pemanasan (g) w 2 = Bobot sampel setelah pemanasan (g) - (1) 2. Kandungan abu (SNI ) Krusibel kosong dipanaskan pada suhu C selama ±15 menit kemudian didinginkan dalam desikator dan ditimbang. Pekerjaan ini dilakukan beberapa kali sampai berat krusibel konstan, selanjutnya masing-masing sampel arang aktif kulit salak sebanyak 0,5 g dimasukan ke dalam krusibel di atas. Arang aktif ini dipanaskan dalam furnance pada suhu 805 C selama 1 jam sampai menjadi abu, kemudian didinginkan dalam desikator dan ditimbang sampai beratnya konstan. Keterangan : w 1 = Bobot sampel sebelum pemanasan (g) w 2 = Bobot sampel setelah pemanasan (g) 3. Adsorpsi terhadap iodium - (2) Arang aktif kulit salak Padang Sidempuan terlebih dahulu dipanaskan di dalam oven pada suhu 105 o C selama 30 menit, selanjutnya didinginkan dalam desikator selama 30 menit. Lalu sebanyak 0,5 g arang aktif kulit salak diambil dan ditambahkan 50 ml larutan iodium 0,1 N, diaduk selama 15 menit dan didiamkan selama 1 jam. Kemudian larutan filtratnya diambil sebanyak 5 ml dan dititrasi dengan Na 2 S 2 O 3 0,1 N Bila warna kuning telah samar, ditambahkan 1 ml larutan amilum 1% sebagai indikator dan dilakukan kembali pentitrasian sampai warna biru hilang. Iod (mg/g)= - Keterangan : V 1 = larutan iodium yang dianalisis (ml) V 2 = larutan natrium tiosulftat yang diperlukan (ml) N 1 = Normalitas iodium N 2 = Normalitas natrium tiosulfat W = Berat sampel (g) (3) 4. Adsorpsi metilen biru (SNI ) Arang aktif kulit salak Padang Sidempuan dipanaskan ke dalam oven pada suhu 105 o C selama 30 menit dan didinginkan di dalam desikator. Masing-masing arang aktif kulit salak Padang Sidempuan sebanyak 0,5 g dimasukkan ke dalam Erlenmeyer dan ditambahkan masing-masing 50 ml metilen biru 250 ppm. Campuran ini kemudian diaduk dengan pengaduk magnetik selama 15 menit dengan kecepatan 100 rpm dan didiamkan selama 5 menit. Kemudian disentrifugasi dengan kecepatan 100 rpm. Filtrat bagian atas diambil dan diukur absorbansinya pada panjang gelombang yang telah ditentukan sebelumnya. 4

5 Keterangan : X m = Jumlah metilen biru yang terserap tiap gram adsorben N = Bilangan Avogadro A (6,02x10 23 molekul/mol) = Luas permukaan metilen biru (197,197x10-20 m 2 /mol) BM = Berat molekul metilen biru (319,86 g/mol) (4) f. Analisis Daya Adsorpsi Arang Aktif Kulit Salak Padang Sidempuan 1. Daya adsorpsi arang aktif kulit salak terhadap ion timbal (II) Sebanyak 0,1 g arang aktif kulit salak Padang Sidempuan dimasukkan ke dalam gelas piala, kemudian ditambahkan 50 ml larutan timbal dengan konsentrasi 30,88; 50,88 dan 69,41 ppm. Campuran diaduk dengan pengaduk magnetik selama 15 menit dengan kecepatan 100 rpm, lalu ditutup dengan alumunium foil dan didiamkan selama 24 jam, kemudian bagian beningnya diambil dan dianalisis dengan menggunakan Spektrofotometer Serapan Atom. 2. Daya adsorpsi arang aktif kulit salak terhadap ion kadmium (II) Sebanyak 0,1 g arang aktif kulit salak Padang Sidempuan dimasukkan ke dalam gelas piala, kemudian ditambahkan 50 ml larutan kadmium dengan konsentrasi 77,96; 90,51 dan 104,18 ppm. Campuran diaduk dengan pengaduk magnetik selama 15 menit dengan kecepatan 100 rpm, lalu ditutup dengan alumunium foil dan didiamkan selama 24 jam, kemudian bagian beningnya diambil dan dianalisis dengan menggunakan Spektrofotometer Serapan Atom. g. Analisis Data Analisis data hasil adsorpsi kulit buah salak Padang Sidempuan sebagai adsorben ion timbal (II) dan ion kadmium (II) disajikan secara deskriptif dalam bentuk tabel, grafik, dan kurva kalibrasi. HASIL DAN PEMBAHASAN 1. Karakterisasi arang kulit salak Padang Sidempuan Hasil karakterisasi arang kulit salak Padang Sidempuan memperlihatkan bahwa proses aktivasi mempengaruhi kualitas dari arang kulit salak sebagai adsorben. Hal ini terlihat dari perbedaan serapan kandungan air, kandungan abu, daya adsorpsi iodium, daya adsorpsi metilen biru dan luas permukaan yang semakin besar. Namun, kualitas ini juga sangat dipengaruhi oleh variasi konsentrasi aktivatornya. Dari Tabel 4.1 terlihat bahwa variasi konsentrasi yang digunakan 2,5; 5,0 dan 7,5% memperlihatkan karakteristik yang berbeda, dimana untuk konsentrasi 5% memberikan kualitas yang lebih baik. Hal ini disebabkan pada kondisi ini aktivator berperan secara optimal pada kulit salak yang sudah dikarbonisasi pada suhu 600⁰C dan mengakibatkan pengotor-pengotor yang menutupi 5

6 permukaan aktif dapat dihilangkan, ditandai dengan semakin menurunnya kandungan air dari 20,31% menjadi 12,64%, kandungan abu dari 11,83% menjadi 11,55%, untuk daya adsopsi iodium dan metilen biru terjadi kenaikan dari 730,21 mg/g menjadi 785,68 mg/g dan adsorpsi metilen biru dari 17,03 m 2 /g menjadi 17,48 m 2 /g. Menurunnya kualitas pada konsentrasi aktivator yang lebih tinggi diakibatkan banyaknya ion Na + yang menggantikan posisi ion H + didalam struktur arang aktif. Ion Na + mempunyai jari-jari yang lebih besar dari pada ion H + sehingga permukaan aktif dari arang semakin kecil (Partuti, 2014). Jika dibandingkan dengan SNI tentang syarat baku mutu arang aktif terlihat bahwa hanya kandungan air dan daya adsorpsi iodium telah memenuhi baku mutu tersebut. Iodium merupakan larutan berwarna yang memiliki ukuran molekul kecil, yang dapat masuk ke dalam kisi-kisi arang yang lebih kecil. Hal ini menunjukan bahwa arang aktif ini dapat digunakan sebagai adsorben molekulmolekul kecil atau dalam bentuk ion. Ditinjau dari kandungan abu dan metilen biru yang belum memenuhi syarat baku mutu arang aktif (SNI ). Hal ini menunjukan arang aktif kulit salak yang dikarbonisasi pada suhu 600⁰C dan aktivator Na2CO3 masih banyak mengandung senyawasenyawa organik atau senyawa oksida yang menutupi permukaan arang dari kulit salak sehingga luas permukaan aktifnya masih kecil. Hasil penelitian ini juga menunjukan bahwa arang aktif kulit salak kurang kurang cocok digunakan sebagai adsorben molekul besar. Hal ini juga sesuai dengan penelitian Anggaraini (2015) yang menggunakan aktivator Na 2 CO 3 pada daging buah salak juga memberikan daya adsorpsi metilen biru belum memenuhi syarat baku mutu arang aktif. 2. Adsorpsi arang aktif kulit salak terhadap ion timbal (II) Arang aktif dengan kualitas terbaik berdasarkan hasil karakterisasi yang dilakukan kemudian diaplikasikan Tabel 1. Hasil karakterisasi arang aktif kulit salak dengan variasi aktivator Na 2 CO 3 dan tanpa aktivator Konsentrasi Na 2 CO 3 Kandungan air (%) Kandungan abu (%) Daya adsorpsi iodium (mg/g) Daya adsorpsi metilen biru (m 2 /g) Luas permukaan (m 2 /g) 0,0% 1,91 10,93 582,92 3,94 14,62 2,5% 4,05 11,21 608,15 10,98 40,75 5,0% 12,64 11,55 785,68 17,48 64,88 7,5% 20,31 11,83 730,21 17,03 63,21 SNI 7-6

7 pada adsorpsi terhadap ion timbal (II). Efisiensi adsorpsi ion timbal (II) paling besar terjadi pada konsentrasi larutan timbal 69,41 ppm yakni sebesar 99,73%, sedangkan untuk arang tanpa aktivasi memiliki efisiensi sebesar 97,59%. Perbandingan antara efisiensi Arang Aktif (AA) dan Arang Tanpa Aktivasi (ATA) dapat dilihat pada Gambar 1. Efisiensi adsorpsi (ppm) AA ATA Konsentrasi ion logam timbal (ppm) Gambar 1. Efisiensi adsorpsi arang aktif kulit salak terhadap ion logam timbal (II) Menurut Widayanti dkk., (2012), proses aktivasi arang menyebabkan kemampuan arang aktif dalam mengadsorpsi meningkat dibandingkan dengan arang tanpa aktivasi. Arang yang sudah diaktivasi mempunyai daya adsorpsi yang tinggi karena pori arang yang masih tertutup dengan hidrokarbon dan senyawa organik lain yang komponennya terdiri dari abu, air, nitrogen dan sulfur telah terbuka dengan adanya proses aktivasi, sehingga jumlah pori-pori aktif karbon semakin besar dan daya adsorpsinya terhadap cairan atau gas akan semakin tinggi. Sedangkan untuk kapasitas adsorpsi terbesar untuk timbal terjadi pada konsentrasi 69,41 ppm dengan nilai untuk arang tanpa aktivasi dan arang aktif masing-masing 34,28 dan 35,15 mg/g. Hal ini terjadi karena dengan konsentrasi larutan yang semakin besar, maka akan semakin banyak ion yang terdapat pada larutan tersebut, sehingga akan semakin besar kemungkinan terjadinya kontak antara ion dan adsorbat. 3. Adsorpsi arang aktif kulit salak terhadap ion kadmium (II) Arang aktif kulit salak yang dikarbonisasi pada suhu 600⁰C ternyata mampu menjerap ion kadmium (II) dengan perendaman 24 jam. Secara keseluruhan, efisiensi adsorpsi ion kadmium pada arang aktif paling besar terjadi pada konsentrasi larutan kadmium 77,96 ppm yakni sebesar 86,79%, sedangkan untuk arang tanpa aktivasi memiliki efisiensi sebesar 99,45%. Perbandingan antara efisiensi Arang Aktif (AA) dan Arang Tanpa Aktivasi (ATA) dapat dilihat pada Gambar 2. Efisiensi adsorpsi(%) Konsentrasi ion logam kadmium (ppm) AA ATA Gambar 2. Efisiensi adsorpsi arang aktif kulit salak terhadap ion logam kadmium (II) 7

8 Tingginya efisiensi arang tanpa aktivasi terhadap ion kadmium terjadi karena arang tanpa aktivasi memiliki kandungan senyawa organik tertentu yang dapat membentuk suatu kompleks dengan ion kadmium sehingga dapat mengikat ion kadmium lebih banyak daripada arang yang telah diaktivasi. Proses aktivasi akan mengakibatkan senyawa organik hilang, sehingga kemampuan adsorpsi arang terhadap ion kadmium menjadi lebih kecil. Arang tanpa aktivasi memiliki kapasitas adsorpsi terbesar pada konsentrasi 104,18 ppm dengan nilai 49,20 mg/g. Hal ini terjadi karena dengan konsentrasi larutan yang semakin besar, maka akan semakin banyak ion yang terdapat pada larutan tersebut, sehingga akan semakin besar kemungkinan terjadinya kontak antara ion dan adsorben. Sedangkan arang aktif memiliki kapasitas adsorpsi terbesar pada konsentrasi 77,96 ppm dengan nilai 34,05 mg/g. Hal ini disebabkan pada konsentrasi 77,96 ppm, adsorpsi mencapai kondisi optimum karena terjadi kesetimbangan antara arang aktif dengan konsentrasi larutan yang dikontakkan, sehingga jika konsentrasi dinaikkan lagi maka permukaan dari arang aktif mencapai titik jenuh menyebabkan tidak terjadi lagi peningkatan daya adsorpsi bahkan terjadi proses desorpsi. Jika adsorpsi ion timbal (II) dan kadmium (II) dibandingkan, maka ion timbal (II) memiliki efisiensi adsorpsi tertinggi pada arang kulit salak yang diaktivasi sedangkan ion kadmium (II) efisiensi tertinggi terjadi pada arang tanpa aktivasi. Hal ini disebabkan oleh jari jari ion kadmium (II) yang lebih kecil yaitu 0,97 Å sehingga mudah terjadi proses desorpsi dibandingkan dengan jari jari ion timbal (II) sebesar 1,75 Å (Munawarah, 2015). KESIMPULAN Berdasarkan hasil karakterisasi kulit salak Padang Sidempuan bahwa hasil karakterisasi arang aktif menggunakan Na 2 CO 3 5,0% memberikan hasil terbaik dengan kandungan air 12,64 %, kandungan abu 11,55%, daya adsorpsi iodium 785,68 mg/g dan daya adsorpsi metilen biru 17,48 mg/g serta mampu mengadsorpsi ion timbal (II) maksimal pada konsentrasi 69,41 ppm dengan efisiensi 99,72% dan ion kadmium (II) maksimal pada konsentrasi 77,96 ppm dengan efisiensi 86,79%. DAFTAR PUSTAKA Anggraini, R.D Potensi Arang Aktif Dagging Buah Salak Padang Sidempuan (Salacca sumatrana) sebagai Adsorben Ion Cd(II) dan Ion Pb(II) dengan Aktivator Na 2 CO 3. Skripsi.Universitas Riau, Pekanbru. Darmono Lingkungan Hidup dan Pencemaran : Hubungan dengan Toksikologi Senyawa Logam. UI- Press, Jakarta. Munawarah, S Potensi Arang Aktif Biji Alpukat (Persea americana mill) sebagai Adsorben Ion Kadmium (II) dan Timbal (II) dengan Aktivator H 2 SO 4. Skripsi. Universitas Riau, Pekanbaru. 8

9 Partuti, J Efektivitas Resin Penukar Kation untuk Menurunkan Kadar Total Dissolved Solid (TDS) dalam Limbah Air Terproduksi Industri Migas. Jurnal Integrasi Proses. 1(5): 1-7. Rukmana, R Prospek Agribisnis dan Teknik Usaha Tani. Kanisius, Yogyakarta. Turmuzi, M dan Syaputra, A Pengaruh Suhu dalam Pembuatan Karbon Aktif dari Kulit Salak (Salacca edulis) dengan Impregnasi Asam Fosfat (H 3 PO 4 ). Jurnal Teknik Kimia. 4(1): Turmuzi, M., Tua, A.S.O., Fatimah Pengaruh Temperatur dalam Pembuatan Karbon Aktif dari Kulit Salak (Salacca sumatrana) dengan Aktivator Seng Klorida (ZnCl 2 ). Jurnal Teknik Kimia. 4(2): Widayanti., Isa, I., Aman, L.O Studi Daya Aktivasi Arang Sekam Padi Pada Proses Dsorpsi Logam Cd. Skripsi. Jurusan Pendidikan Kimia Fakultas MIPA. Universitas Negeri Gorontalo. 9