DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... LEMBAR PENGESAHAN... TIM PENGUJI SIDANG SKRIPSI... ABSTRAK... ABSTRACT... KATA PENGANTAR... DAFTAR ISI... DAFTAR TABEL... DAFTAR GAMBAR... DAFTAR LAMPIRAN... i ii iii iv v vi viii x xi xii BAB I. PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang Penelitian... 1 1.2 Rumusan Masalah... 3 1.3 Tujuan Penelitian... 3 1.4 Manfaat Penelitian... 3 BAB II. TINJAUAN PUSTAKA... 4 2.1 Karbon Aktif... 4 2.2 Biru Metilen... 7 2.3 Timbal... 8 2.4 Kromium... 9 2.5 Adsorpsi... 10 2.6 Luas Permukaan Adsorben... 14 2.7 Metode Bilangan Iod... 15 2.8 Spektrofotometri Infra Merah... 16 2.9 Spektrofotometri UV-Vis... 17 2.10 Spektrofotometri Serapan Atom... 19 BAB III. METODE PENELITIAN... 21 3.1 Bahan dan Peralatan Penelitian... 21 3.1.1 Bahan penelitian... 21 3.1.2 Alat penelitian... 21 3.2 Tempat Penelitian... 21 3.3 Prosedur Penelitian... 21 3.3.1 Aktivasi fisika karbon aktif... 22 3.3.2 Penentuan kadar air... 22 viii
3.3.3 Penentuan kadar zat menguap... 22 3.3.4 Penentuan kadar abu... 23 3.3.5 Penentuan kadar karbon terikat... 23 3.3.6 Karakterisasi karbon aktif dengan FTIR... 23 3.3.7 Daya serap karbon aktif terhadap iodin... 24 3.3.8 Uji adsorpsi biru metilen terhadap karbon aktif... 24 3.3.9 Adsorpsi ion Pb(II)... 25 3.3.9.1 Pembuatan kurva kalibrasi standar Pb... 25 3.3.9.2 Penentuan waktu setimbang... 25 3.3.9.3 Penentuan kapasitas adsorpsi ion Pb(II)... 26 3.3.10 Adsorpsi ion Cr(III)... 26 3.3.10.1 Pembuatan kurva kalibrasi standar Cr... 26 3.3.10.2 Penentuan waktu setimbang... 26 3.3.10.3 Penentuan kapasitas adsorpsi ion Cr(III)... 27 BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN... 28 4.1 Karakterisasi Karbon Aktif Komersial... 28 4.2 Identifikasi Gugus Fungsi... 29 4.3 Pengaruh Aktivasi Fisika terhadap Sifat Karbon Aktif... 32 BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN... 37 DAFTAR PUSTAKA... 38 LAMPIRAN... 42 ix
DAFTAR TABEL Tabel 2.1. Persyaratan Arang Aktif Standar Nasional Indonesia (SNI)... 5 Tabel 2.2 Perbedaan Adsorpsi Fisik dan Kimia... 11 Tabel 4.1 Hasil Analisis dari Parameter Uji Karbon Aktif... 27 Tabel 4.2 Data spektroskopi IR karbon aktif komersial... 30 Tabel 4.3 Data spektroskopi IR karbon aktif komersial diaktivasi... 31 Tabel 4.4 Kapasitas Adsorpsi Karbon Aktif... 33 x
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Struktur Kimia Karbon Aktif... 5 Gambar 2.2 Kurva Isoterm Adsorpsi Langmuir... 13 Gambar 2.3 Kurva Isoterm Adsorpsi Freundlich... 14 Gambar 4.1 Spektra Karbon Aktif Komersial Tanpa Aktivasi... 30 Gambar 4.2 Spektra Karbon Aktif Komersial dengan Aktivasi... 31 xi
DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1.Skema Kerja... 42 1.1 Aktivasi Karbon Aktif... 42 1.2 Kadar Air Karbon Aktif... 42 1.3 Kadar Zat Menguap Karbon Aktif... 43 1.4 Kadar Abu Karbon Aktif... 43 1.5 Kadar Karbon Terikat... 44 1.6 Karakterisasi Gugus Fungsi... 44 1.7 Daya Serap Terhadap Iod... 45 1.8 Uji Adsorpsi Biru Metilen... 46 1.9 Uji Adsorpsi Ion Pb (II)... 47 1.10 Uji Adsorpsi Ion Cr (III)... 48 Lampiran 2. Pembuatan Larutan... 49 2.1 Larutan Iod... 49 2.2 Larutan Natrium Tiosulfat... 49 2.3 Larutan Kalium Dikromat... 50 2.4 Pembuatan Indikator Amilum... 50 2.5 Pembuatan Larutan Biru Metilen... 50 2.6 Pembuatan Larutan Pb (II)... 51 2.7 Pembuatan Larutan Cr (III)... 52 Lampiran 3. Perhitungan... 53 3.1 Kadar Air Karbon Aktif... 53 3.2 Kadar Zat Menguap Karbon Aktif... 53 3.3 Kadar Abu Karbon Aktif... 54 3.4 Kadar Karbon Terikat... 54 3.5 Bilangan Iod... 54 3.6 Luas Permukaan Karbon Aktif... 57 3.7 Penentuan Isoterm Adsorpsi Karbon Aktif... 61 Lampiran 4. Dokumentasi... 79 xii
ABSTRAK Telah dilakukan penelitian tentang karakterisasi karbon aktif komersial X serta aplikasinya sebagai adsorben ion Pb(II) dan Cr(III). Karakterisasi tersebut meliputi penentuan kadar air, kadar zat menguap, kadar abu total, kadar karbon terikat, bilangan iod, luas permukaan, gugus fungsi dan isoterm adsorpsi. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kualitas karbon aktif komersial X berdasarkan SNI 06 3730 1995 dan kemampuan/ daya serap serta kapasitas adsorpsinya terhadap ion Pb(II) dan Cr(III) dibandingkan dengan karbon aktif X yang telah diaktivasi kembali secara fisika pada suhu 600 0 C selama 2 jam. Hasil penelitian menunjukkan karbon aktif komersial X memiliki kandungan air sebesar 6,8%, kadar zat menguap 13,22%, abu total 1,9% dan karbon terikat 79,1%. Bilangan iod dari karbon aktif tersebut adalah 774,2159 mg/g, dan setelah karbon aktif tersebut teraktivasi secara fisika, bilangan iodnya meningkat menjadi 864,7238 mg/g. Luas permukaan karbon aktif komersial X mengalami peningkatan pula sebesar 3,48% dari 8,9400 m 2 /g menjadi 9,2511 m 2 /g setelah karbon aktif diaktivasi. Selanjutnya, daya serap karbon aktif X terhadap ion Pb(II) juga meningkat sebesar 93,60% dari 0,3395 mg/g ke 0,6573 mg/g dan sebesar 43,34% terhadap ion Cr(III) dari 0.3011 mg/g menjadi 0,4316 mg/g setelah dilakukan aktivasi secara fisika. Demikian pula, kapasitas adsorpsi karbon aktif X untuk ion Pb(II) meningkat dari 2,1477 mg/g menjadi 5,8331 mg/g dan untuk ion Cr(III) meningkat dari 1,9106 mg/g menjadi 2,4036 mg/g. Berdasarkan penelitian ini dapat disimpulkan bahwa karbon aktif komersial X sudah memenuhi standar SNI, dan setelah dilakukannya aktivasi fisika terhadap karbon aktif tersebut pada suhu 600 0 C selama 2 jam, dihasilkan peningkatan daya serap terhadap ion Pb(II) sebesar 93,60% dan terhadap ion Cr(III) sebesar 43,34%. Kata Kunci : Karbon Aktif Komersial, Ion Pb(II), Ion Cr(III) xiii
ABSTRACT Studies on the characterization of commercial activated carbon X and its application as adsorbent for Pb(II) and Cr(III) ions have been conducted in this research. The characterization included the determination of water content (moisture), volatile matter, total ash, fixed carbon, iodine number, surface area, fungtional groups and adsorption isoterm. This research aimed to find out the quality of commercial activated carbon X based on the Indonesian National Standard (SNI 06 3730 1995) as well as its ability and capacity for adsorbing Pb(II) and Cr(III) ions, compared to the activated carbon X that was reactivated physically under temperature of 600 0 C for 2 hours. The results showed that the commercial activated carbon X consisted of 6.8% of moisture, 13.22% of volatile matter, 1.9% of total ash and 79.1% of fixed carbon. The iodine number of commercial activated carbon X was 774.2159 mg/g, and after the carbon was reactivated physically the number reached 864.7238 mg/g. Similarly, after reactivation, the surface area of the activated carbon X was increased by 3.48% from 8.9400 m 2 /g to 9.2511 m 2 /g. Furthermore, the ability to adsorb Pb(II) ions was improved by 93.60%, from 0.3395 mg/g to 0.6573 mg/g, and Cr(III) ions by 43.34%, from 0.3011 mg/g to 0.4316 mg/g, after the activated carbon X was reactivated physically. Moreover, the adsorption capacity of activated carbon X for Pb(II) ions also went up from 2.1477 mg/g to 5.8331 mg/g and Cr(III) ions from 1.9106 mg/g to 2.4036 mg/g. In conclusion, the quality of commercial activated carbon X has met the standards of SNI regarding the quality of technical activated carbon, and the reactivation physically of such carbon under temperature of 600 0 C for 2 hours had increased its ability for adsorbing Pb(II) and Cr(III) ions by 93.60% and 43.34% respectively. Keywords: Commercial Activated Carbon, Pb(II) Ion, Cr(III) Ion. xiv
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Karbon aktif merupakan padatan berpori yang dibuat dari bahan-bahan yang mengandung karbon melalui proses pemanasan pada suhu tinggi. Karbon aktif memiliki luas permukaan yang besar dengan pori-pori berukuran mikro dan makro (Widhianti, 2010). Karbon aktif digunakan sebagai adsorben. Daya serap karbon ditentukan oleh luas permukaannya dan kemampuan ini menjadi lebih tinggi jika karbon diaktivasi. Proses aktivasi dapat dilakukan dengan dua cara yaitu aktivasi kimia dan aktivasi fisika. Aktivasi kimia menggunakan bahan kimia seperti ZnCl 2, H 3 P0 4, KCl, NaCl, dan H 2 SO 4 atau basa alkali (Widhianti, 2010). Sedangkan aktivasi fisika dengan pemanasan pada suhu tinggi sambil dialiri gas N 2, CO 2, atau uap air. Dengan aktivasi fisika maupun kimia, karbon akan mengalami perubahan sifat fisik dan kimianya (Abdi, 2008). Aplikasi karbon aktif secara komersial dikembangkan sejak tahun 1974, yaitu sebagai decolorizing agent pada industri sirup. Selanjutnya karbon aktif ini juga digunakan dalam pemurnian gas dan proses penjernihan air. Dalam pemurnian gas misalnya karbon aktif diperlukan untuk menghilangkan belerang, gas beracun, bau busuk, dan asap. Untuk proses penjernihan air, arang aktif dapat menyerap logam-logam dan juga dapat menghilangkan bau, warna, dan rasa (Wahjuni dan Kostradiyanti, 2008). Pada pengolahan limbah cair industri logam atau farmasi karbon aktif telah mampu berperan sebagai adsorben logam berat seperti krom (Cr), timbal (Pb), cadmium (Cd), dan seng (Zn). Limbah logam berat ini bila dibuang ke xv 1
2 perairan tanpa pengolahan akan mencemari lingkungan, akibatnya berbahaya bagi mahluk hidup (Hamidah, 1986). Timbal dapat meracuni sistem saraf dan mempengaruhi kinerja ginjal. Cadmium dapat menyebabkan gangguan pada paruparu dan seng dalam jumlah yang tinggi dapat menjadi racun bagi tubuh. Arninda (2015) melakukan penelitian terhadap karbon aktif dari kulit pisang kepok, yang digunakan untuk mengadsorpsi ion Pb(II) dan ion Cr(III). Kapasitas adsorpsi ion Pb(II) adalah 13,5071 mg/g dan 8,0490 mg/g untuk ion Cr(III). Kemudian Sulfikar (2015) juga melakukan penelitian terhadap kapasitas adsorpsi dari karbon aktif ijuk pohon aren terhadap ion Pb 2+ dengan nilai kapasitas adsorpsi sebesar 6,81 mg/g. Rusdi (2015) juga memanfaatkan karbon aktif dari sekam padi yang digunakan sebagai adsorben ion Cr(III) dan ion Pb(II). Hasil penelitiannya menunjukkan persentase adsorpsi 98% untuk ion Cr (III) dan 80% untuk ion Pb (II) pada kondisi optimum. Di pasaran berbagai jenis karbon aktif komersial ditawarkan kepada konsumen, salah satunya karbon aktif komersial import. Menurut SNI 06-3730- 1996 tahun 1995 kadar air maksimum 15%, kadar abu maksimum 10%, kadar zat menguap maksimum 25%, kadar karbon terikat minimum 65% dan daya serap terhadap iodium minimum 750 mg/g. Pada penelitian ini dipelajari sifat fisik dan kimia dari salah satu karbon aktif komersial yang disesuaikan dengan prosedur SNI. Selain itu karbon aktif komersial ini diaktivasi secara fisika pada suhu 600 0 C selama 2 jam dan selanjutnya dipelajari kemampuan adsorpsinya terhadap ion Pb(II) dan Cr(III). xvi
3 1.2rRUMUSAN MASALAH 1. Apakah karbon aktif komersial yang digunakan pada penelitian ini memenuhi standar SNI? 2. Bagaimanakah pengaruh aktivasi fisika pada suhu 600 0 C terhadap sifat fisik dan kimia (bilangan iodin, luas permukaan dan gugus fungsi) karbon aktif komersial? 3. Berapa kapasitas adsorpsi karbon aktif komersial sebelum dan setelah aktivasi pada suhu 600 0 C terhadap ion Pb(II) dan ion Cr(III)? 1.3 TUJUAN PENELITIAN 1. Mengetahui kualitas karbon aktif komersial berdasarkan standar SNI. 2. Mengetahui pengaruh aktivasi fisika pada suhu 600 0 C terhadap sifat fisik dan kimia (bilangan iodin, luas permukaan dan gugus fungsi) karbon aktif komersial? 3. Mengetahui kapasitas adsorpsi karbon aktif komersial sebelum dan setelah aktivasi pada suhu 600 0 C terhadap ion Pb(II) dan ion Cr(III). 1.4 MANFAAT PENELITIAN 1. Dapat menambah informasi mengenai karakteristik dan sifat fisik dan kimia dari karbon aktif komersial. 2. Memberikan informasi mengenai potensi karbon aktif komersial sebagai adsorben ion Pb(II) dan ion Cr(III). xvii