PEMBUATAN KARBON AKTIF DARI CANGKANG KELAPA SAWIT DENGAN AKTIVATOR H 3 PO 4 SKRIPSI

Transkripsi

1 PEMBUATAN KARBON AKTIF DARI CANGKANG KELAPA SAWIT DENGAN AKTIVATOR H 3 PO 4 SKRIPSI Oleh AMRAN JAPIP DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA JULI 2014

2 PEMBUATAN KARBON AKTIF DARI CANGKANG KELAPA SAWIT DENGAN AKTIVATOR H 3 PO 4 SKRIPSI Oleh AMRAN JAPIP \ SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA JULI 2014

3 PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul: PEMBUATAN KARBON AKTIF DARI CANGKANG KELAPA SAWIT DENGAN AKTIVATOR H 3 PO 4 dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik. Sejauh yang saya ketahui, skripsi ini bukan merupakan tiruan atau duplikasi dari skripsi yang sudah dipublikasikan atau yang pernah dipakai untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di lingkungan maupun di Perguruan Tinggi atau instansi manapun, kecuali bagian yang sumber informasinya dicantumkan sebagaimana mestinya. Demikian pernyataan ini di buat apabila dikemudian hari terbukti bahwa ini bukan karya saya atau merupakan hasil jiplakan maka saya bersedia menerima sanksi sesuai dengan aturan yang berlaku. Medan, 4 Juli 2014 Amran Japip NIM i

4 PENGESAHAN Skripsi dengan judul: PEMBUATAN KARBON AKTIF DARI CANGKANG KELAPA SAWIT DENGAN AKTIVATOR H 3 PO 4 dibuat untuk melengkapi persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik. Skripsi ini telah diujikan pada sidang sarjana pada tanggal 16 Juli 2014 dan dinyatakan memenuhi syarat/ sah sebagai skripsi pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik. Mengetahui, Koordinator Skripsi Dosen Pembimbing Ir. Renita Manurung, MT NIP Prof. Dr. Ir. M. Turmuzi Lubis, MS NIP Dosen Penguji I Dosen Penguji II Dr. Ir. Taslim, MSi. NIP ii

5 PRAKATA Puji dan syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena atas rahmat-nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan skripsi dengan judul Pengaruh Kadar Kalium Abu Kulit Buah Kelapa dalam Mengkatalisis Reaksi Transesterifikasi Crude Palm Oil (CPO) Menjadi Metil Ester, berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di Laboratorium Proses Industri Kimia Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universtas Sumatera Utara. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana teknik. Melalui penelitian ini diperoleh kondisi operasi optimum, yaitu suhu pirolisis 400_ o C, waktu pirolisis 1 jam dan konsentrasi aktivator asam fosfat (H 3 PO 4 ) 20 % sehingga dihasilkan bilangan iodin tertinggi sebesar 403,5 mg/g. Selama melakukan penelitian hingga penulisan skripsi ini, penulis banyak mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Bapak Prof. Dr. Ir. M. Turmuzi Lubis, MS selaku dosen pembimbing yang telah bersedia meluangkan waktu untuk memberi pengarahan, diskusi dan bimbingan serta persetujuan sehingga skripsi ini dapat selesai dengan baik. 2. Bapak Dr. Ir. Taslim, M.Si dan Bapak Ir. Bambang Trisakti, MT sebagai dosen penguji yang telah memberikan saran dan masukan untuk kesempurnaan skripsi ini. 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, 7 Juli 2014 Penulis, Amran Japip iii

6 DEDIKASI Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada : 1. Kedua orang tua penulis, Japip Soemarni dan Eluni Wy yang telah memberikan doa dan dukungan kepada penulis dalam menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi ini. 2. Seluruh keluarga penulis terutama abang dan adik saya, Japip Sidek, Susilo Japip, dan Liana Japip yang telah memberikan doa kepada penulis dalam menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi ini. 3. Ibu Ir. Renita Manurung, MT, selaku Koordinator penelitian Jurusan Teknik Kimia USU yang telah memberikan saran, motivasi dan semangat dalam menyelesaikan penelitian dan skripsi ini. 4. Erika Mulyana Gultom atas kerjasamanya selama melakukan penelitian dan penulisan skripsi ini. 5. Sahabat-sahabat terbaik di Teknik Kimia, khususnya semua stambuk 2008 yang memberikan banyak dukungan dan semangat kepada penulis. iv

7 RIWAYAT HIDUP PENULIS Nama : Amran Japip NIM : Tempat, tanggal lahir : Medan,29 September 1990 Nama orang tua : Japip Soemarni dan Eluni Wy Alamat orang tua : Jl. Mojopahit No. 45/67 Medan Asal Sekolah: SD Hang Kesturi Medan tahun SMP Sutomo 1 Medan tahun SMA Sutomo 1 Medan tahun Pengalaman Organisasi: 1. Asisten Laboratorium Operasi Teknik Kimia Departemen Teknik Kimia FT USU tahun modul Ball Mill dan modul Heat Exchanger. v

8 ABSTRAK Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kondisi optimum karbon aktif yang terbuat dari cangkang kelapa sawit yang diaktivasi dengan H 3 PO 4 berdasarkan bilangan iodin. Metodologi penelitian meliputi proses penyiapan bahan baku, aktivasi, pirolisis dan pengujian. Tahap aktivasi dilakukan dengan variasi konsentrasi aktivator H 3 PO 4, yaitu 10 %, 15 %, 20 % dan 25 %. Tahap pirolisis dilangsungkan dengan variasi suhu pirolisis 300 o C, 400 o C, 500 o C dan 600 o C serta dengan variasi waktu pirolisis yaitu 1 jam, 1,5 jam, 2 jam, dan 2,5 jam. Pengujian dilakukan dengan uji bilangan iodin karbon aktif metode standar ASTM D modified. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kondisi operasi optimum, yaitu konsentrasi aktivator H 3 PO 4 20 %, suhu pirolisis 400_ o C dan waktu pirolisis 1 jam menghasilkan bilangan iodin tertinggi sebesar 403,5_mg/g. Kata kunci : cangkang kelapa sawit, karbon aktif, asam fosfat, bilangan iodin vi

9 ABSTRACT This research is aimed to determine the optimum operation condition of preparing activated carbon from palm kernel shell by chemical activation using phosphoric acid (H 3 PO 4 ) as activating agent. The research methodology consists of preparation of raw material, activation, pyrolysis, and testing. Activation step is carried out by varying the activator concentration, that is, 10 %, 15 %, 20% and 25 %. The pyrolysis stage is executed by setting the variation of pyrolysis temperature, namely 300 o C, 400 o C, 500 o C and 600 o C as well as the variation of pyrolysis time, i.e 1 hour, 1,5 hours, 2 hours and 2,5 hours. The testing step is investigated by using standard iodine number method (ASTM D modified). The result shows the optimum condition of activated carbon prepared based on the variation of activator concentration 20 %, pyrolysis temperature 400 o C, and pyrolysis time 1 hour generates the highest iodine number 403,5 mg/g. Keywords: palm kernel shell, activated carbon, phosphoric acid, iodine number vii

10 DAFTAR ISI 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 SIMBOL xiv DAFTAR LAMPIRAN xv BAB I PENDAHULUAN LATAR BELAKANG PERUMUSAN MASALAH TUJUAN PENELITIAN MANFAAT PENELITIAN RUANG LINGKUP PENELITIAN 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA CANGKANG KELAPA SAWIT KARBON AKTIF Proses pembuatan Karbon Aktif Proses pembuatan Karbon Aktif dengan Aktivasi 9 Fisika Proses pembuatan Karbon Aktif dengan Aktivasi 10 Kimia Proses Pembuatan Karbon Aktif dengan 11 Aktivator H 3 PO PIROLISIS Jenis - Jenis Pirolisis 13 viii

11 Slow Pyrolysis (Pirolisis Lambat) Fast Pyrolysis (Pirolisis Cepat) Flash Pyrolysis (Pirolisis Kilat) FAKTOR - FAKTOR YANG MEMPENGARUHI KUALITAS 14 KARBON AKTIF Suhu Pirolisis Konsentrasi Zat Aktivator Laju Alir Nitrogen Waktu Pirolisis METODE KARAKTERISASI KARBON AKTIF Bilangan Iodin APLIKASI KARBON AKTIF ANALISA EKONOMI 20 BAB III METODOLOGI PENELITIAN LOKASI PENELITIAN BAHAN PENELITIAN PERALATAN PENELITIAN RANGKAIAN PERALATAN Rangkaian Peralatan Pembuatan Arang Aktif dan Analisa 23 Bilangan Iodin Vertical Tubular Reactor (Furnace) PROSEDUR PENELITIAN Prosedur Aktivasi Cangkang Kelapa Sawit dengan Asam 25 Fosfat (H 3 PO 4 ) Prosedur Pirolisis Cangkang Kelapa Sawit Prosedur Analisa Bilangan Iodin FLOWCHART PERCOBAAN Prosedur Aktivasi Cangkang Kelapa Sawit dengan Asam 27 Fosfat (H 3 PO 4 ) Flowchart Pirolisis Cangkang Kelapa Sawit Flowchart Analisa Bilangan Iodin 29 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 29 ix

12 4.1 PENDAHULUAN PENGARUH KONSENTRASI AKTIVATOR H 3 PO 4 TERHADAP 29 BILANGAN IODIN KARBON AKTIF 4.3 PENGARUH SUHU PIROLISIS TERHADAP BILANGAN IODIN 32 KARBON AKTIF 4.4 PENGARUH WAKTU PIROLISIS TERHADAP BILANGAN 35 IODIN KARBON AKTIF BAB V KESIMPULAN DAN SARAN KESIMPULAN SARAN 39 DAFTAR PUSTAKA 40 x

13 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Perkembangan Struktur Internal Karbon Aktif 7 Gambar 2.2 Grafik Hubungan Suhu Pirolisis Terhadap Bilangan Iodin 15 Karbon Aktif Gambar 2.3 Grafik Hubungan Konsentrasi Aktivator H 3 PO 4 Terhadap 16 Bilangan Iodin Karbon Aktif Gambar 2.4 Grafik Hubungan Konsentrasi Aktivator H 3 PO 4 Terhadap 16 Bilangan Iodin Karbon Aktif Gambar 2.5 Grafik Hubungan Waktu Pirolisis Terhadap 17 Bilangan Iodin Karbon Aktif Gambar 2.6 Grafik Hubungan Waktu Pirolisis Terhadap 18 Bilangan Iodin Karbon Aktif Gambar 3.1 Rangkaian Peralatan Pembuatan Arang Aktif dan Analisa 23 Bilangan Iodin Gambar 3.2 Vertical Tubular Reactor (Furnace) 24 Gambar 3.3 Flowchart Aktivasi Cangkang Kelapa Sawit dengan Asam Fosfat 27 (H 3 PO 4 ) Gambar 3.4 Flowchart Pirolisis Cangkang Kelapa Sawit 28 Gambar 3.5 Flowchart Analisa Bilangan Iodin 29 Gambar 4.1 Grafik Hubungan Konsentrasi Aktivator H 3 PO 4 Terhadap 30 Bilangan Iodin pada Suhu Pirolisis 300 o C Gambar 4.2 Grafik Hubungan Konsentrasi Aktivator H 3 PO 4 Terhadap 31 Bilangan Iodin pada Suhu Pirolisis 400 o C Gambar 4.3 Grafik Hubungan Konsentrasi Aktivator H 3 PO 4 Terhadap 31 Bilangan Iodin pada Suhu Pirolisis 500 o C Gambar 4.4 Grafik Hubungan Konsentrasi Aktivator H 3 PO 4 Terhadap 32 Bilangan Iodin pada Suhu Pirolisis 600 o C Gambar 4.5 Grafik Hubungan Suhu Pirolisis Terhadap Bilangan Iodin pada 33 Waktu Pirolisis 1 jam Gambar 4.6 Grafik Hubungan Suhu Pirolisis Terhadap Bilangan Iodin pada 34 Waktu Pirolisis 1,5 jam Gambar 4.7 Grafik Hubungan Suhu Pirolisis Terhadap Bilangan Iodin pada 34 xi

14 Waktu Pirolisis 2 jam Gambar 4.8 Grafik Hubungan Suhu Pirolisis Terhadap Bilangan Iodin pada 35 Waktu Pirolisis 2,5 jam Gambar 4.9 Grafik Hubungan Waktu Pirolisis Terhadap Bilangan Iodin 36 pada Konsentrasi Aktivator H 3 PO 4 10 % Gambar 4.10 Grafik Hubungan Waktu Pirolisis Terhadap Bilangan Iodin 37 pada Konsentrasi Aktivator H 3 PO 4 15 % Gambar 4.11 Grafik Hubungan Waktu Pirolisis Terhadap Bilangan Iodin 37 pada Konsentrasi Aktivator H 3 PO 4 20 % Gambar 4.12 Grafik Hubungan Waktu Pirolisis Terhadap Bilangan Iodin 38 pada Konsentrasi Aktivator H 3 PO 4 25 % Gambar L3.1 Persiapan Bahan 49 Gambar L3.2 Aktivasi dan Pirolisis 49 Gambar L3.3 Analisa Bilangan Iodin 50 xii

15 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1 Kandungan Cangkang Kelapa Sawit 5 Tabel 2.2 Kandungan dan Tekstur Karbon Aktif yang Dihasilkan 6 Tabel 2.3 Distribusi Volum Pori Karbon Aktif 8 Tabel 2.4 Kondisi Operasi pada Setiap Jenis Proses Pirolisis Beserta Produk 13 Tabel 2.5 Aplikasi Penggunaan Karbon Aktif dalam Industri 20 Tabel 2.6 Rincian Singkat Bahan Baku yang Digunakan Beserta 21 Total Biaya Tabel L1.1 Data Percobaan Pembuatan Karbon Aktif dengan Aktivator H 3 PO 4 45 xiii

16 DAFTAR SIMBOL Simbol Keterangan Dimensi IAN Iodine Adsorption mg/gram Number (Bilangan Iodin) Ms Molaritas Natrium N Tiosulfat Vb Volume Natrium ml Tiosulfat yang Terpakai Saat Titrasi Vs Volume Natrium ml Tiosulfat yang Terpakai Saat Titrasi Blanko Ma Massa Karbon Aktif xiv

17 DAFTAR LAMPIRAN Halaman LAMPIRAN 1 DATA PERCOBAAN 45 L1.1 DATA PEMBUATAN KARBON AKTIF DENGAN 45 AKTIVATOR H 3 PO 4 LAMPIRAN 2 CONTOH PERHITUNGAN 47 L2.1 PERHITUNGAN BAHAN 47 L2.2 PERHITUNGAN BILANGAN IODIN 48 LAMPIRAN 3 LAMPIRAN GAMBAR 49 L3.1 PERSIAPAN BAHAN 49 L3.2 AKTIVASI DAN PIROLISIS 49 L4.3 ANALISA BILANGAN IODIN 49 xv