ARANG AKTIF DARI AMPAS TEBU SEBAGAI ADSORBEN PADA PEMURNIAN MINYAK GORENG BEKAS RIA WIJAYANTI DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2009
ABSTRAK RIA WIJAYANTI. Arang Aktif dari Ampas Tebu sebagai Adsorben pada Pemurnian Minyak Goreng Bekas. Dibimbing oleh BETTY MARITA SOEBRATA dan GUSTAN PARI. Ampas tebu, sebagai limbah pabrik gula adalah suatu bahan yang mengandung karbon cukup tinggi. Hal tersebut yang mendasari bahwa ampas tebu dapat digunakan sebagai bahan baku pembuatan arang aktif untuk pemurnian minyak goreng bekas. Pemurnian minyak goreng bekas menggunakan arang aktif merupakan salah satu metode yang dapat dikembangkan karena bahan bakunya mudah didapatkan dan tidak membutuhkan biaya yang besar. Pengaktifan arang dilakukan setelah proses karbonisasi dengan 3 faktor, yaitu konsentrasi H 3 PO 4, suhu aktivasi, dan waktu aktivasi. Hasil penelitian menunjukkan bahwa perlakuan yang menghasilkan arang aktif terbaik adalah arang aktif yang diaktivasi pada suhu 700 C selama 120 menit untuk arang aktif tanpa aktivasi kimia dan arang aktif dengan perendaman H 3 PO 4 10% yang diaktivasi pada suhu 800 C selama 120 menit untuk arang aktif dengan aktivasi kimia. Kesetimbangan adsorpsi asam lemak bebas dipelajari menggunakan isoterm Freundlich dan Langmuir pada kondisi yang sama. Hasilnya menunjukkan bahwa isoterm Freundlich memiliki linearitas yang lebih tinggi dibandingkan isoterm Langmuir. Hasil pemurnian menunjukkan bahwa arang aktif yang digunakan dapat menurunkan kadar asam lemak bebas dalam minyak goreng bekas. Penurunan kadar asam lemak bebas terbesar diperoleh dari arang aktif dengan aktivasi kimia (49,7%). ABSTRACT RIA WIJAYANTI. Active Carbon from Bagasse for Adsorbent in Cooking Oil Purification. Under the direction of BETTY MARITA SOEBRATA and GUSTAN PARI. Bagasse, a waste of sugar factory, is a subtance which has high carbon content. This shows that bagasse can be applied as active carbon in cooking oil purification. Cooking oil purification using an active carbon as adsorbent was a good method because of low cost process. In this research, carbon activation was relied on 3 factors carbonisation process, e.g. H 3 PO 4 concentration, activation temperature, and activation time. Research result showed that the best activation without chemical treatment was carried out at 700 C for 120 minute and the best activation with chemical activation was carried out at 800 C for 120 minute with H 3 PO 4 10%. The adsorption equilibrium of free fatty acid was studied using Freundlich and Langmuir isotherm at similar condition. In this research, Freundlich isotherm showed better linearity than Langmuir isotherm. The purification result showed that active carbon from bagasse was capable of reducing free fatty acid content in cooking oil. The higher free fatty acid reduction was given by activated carbon with chemical treatment (49,7%).
ARANG AKTIF DARI AMPAS TEBU SEBAGAI ADSORBEN PADA PEMURNIAN MINYAK GORENG BEKAS RIA WIJAYANTI Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Kimia DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2009
PRAKATA Dengan menyebut Asma Allah yang Maha Pengasih dan Maha Penyayang. Segala puji syukur hanyalah bagi Allah Rabb semesta alam yang telah melimpahkan nikmat, rahmat, dan petunjuk-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian dengan judul "Arang Aktif dari Ampas Tebu sebagai Adsorben pada Pemurnian Minyak Goreng Bekas". Penelitian ini dilaksanakan dari Mei sampai November 2008 di Laboratorium Kimia Fisik dan Lingkungan, Departemen Kimia, Institut Pertanian Bogor dan Laboratorium Kimia, Pusat Penelitian dan Pengembangan Hasil Hutan Bogor. Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan terima kasih kepada Ibu Betty Marita Soebrata, S.Si., M.Si. dan Bapak Dr. Gustan Pari, M.Si., APU selaku pembimbing tugas akhir yang telah memberikan arahan kepada penulis. Ucapan terima kasih juga disampaikan kepada seluruh staf dan laboran Kimia Fisik dan Lingkungan, staf dan laboran Laboratorium Kimia Pusat Penelitian dan Pengembangan Hasil Hutan Bogor, pak Khotib, Ade, Maipa, Susan, Yuyun, dan rekan-rekan mahasiswa kimia 41. Terakhir penulis menghaturkan terima kasih kepada Ibu, Bapak, serta Wawan atas dukungan materi, doa, semangat, dan kasih sayangnya. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat. Bogor, Januari 2009 Ria Wijayanti
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Purworejo pada tanggal 9 Oktober 1986 dari ayah Sugiarto dan ibu Sulmiyati. Penulis merupakan putri pertama dari dua bersaudara. Penulis lulus dari SMU Negeri 2 Purworejo pada tahun 2004 dan pada tahun yang sama lulus seleksi masuk IPB melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB pada Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Selama mengikuti perkuliahan, penulis menjadi asisten Praktikum Kimia TPB tahun ajaran 2006/2007 dan 2007/2008 serta asisten Praktikum Kimia Fisik dan Lingkungan tahun ajaran 2007/2008.
DAFTAR ISI Halaman DAFTAR GAMBAR... vii DAFTAR LAMPIRAN... viii PENDAHULUAN...1 TINJAUAN PUSTAKA Arang Aktif...2 Pembuatan Arang Aktif...2 Tebu...3 Adsorpsi...3 Isoterm Adsorpsi...4 Minyak Goreng...5 BAHAN DAN METODE Bahan dan Alat...5 Metode...6 HASIL DAN PEMBAHASAN Arang Aktif...8 Penggunaan Arang Aktif untuk Pemurnian Minyak Goreng Bekas...12 Uji Pendahuluan...13 Isoterm Adsorpsi...14 Pemurnian Minyak Goreng Bekas...15 SIMPULAN DAN SARAN Simpulan...15 Saran...16 DAFTAR PUSTAKA...16 LAMPIRAN...18
DAFTAR GAMBAR Halaman 1 Tanaman tebu...3 2 Pengaruh perlakuan pada rendemen arang aktif...8 3 Pengaruh perlakuan pada kadar air arang aktif...9 4 Pengaruh perlakuan pada kadar zat terbang arang aktif...9 5 Pengaruh perlakuan pada kadar abu arang aktif...10 6 Pengaruh perlakuan pada kadar karbon terikat arang aktif...11 7 Pengaruh perlakuan pada daya jerap benzena arang aktif...11 8 Pengaruh perlakuan pada daya jerap kloroform arang aktif...12 9 Pengaruh perlakuan pada daya jerap iod arang aktif...12 10 Pengaruh bobot arang aktif b1c2 pada kapasitas adsorpsi dan persentase penjerapan asam lemak bebas...13 11 Pengaruh bobot arang aktif a2b2c2 pada kapasitas adsorpsi dan persentase penjerapan asam lemak bebas...13 12 Pengaruh waktu kontak pada kapasitas adsorpsi dan persentase penjerapan asam lemak bebas pada arang aktif b1c2...13 13 Pengaruh waktu kontak pada kapasitas adsorpsi dan persentase penjerapan asam lemak bebas pada arang aktif a2b2c2...14 14 Isoterm Langmuir adsorpsi asam lemak bebas oleh arang aktif b1c2...14 15 Isoterm Freundlich adsorpsi asam lemak bebas oleh arang aktif b1c2...14 16 Isoterm Langmuir adsorpsi asam lemak bebas oleh arang aktif a2b2c2...15 17 Isoterm Freundlich adsorpsi asam lemak bebas oleh arang aktif a2b2c2...15 18 Kadar asam lemak bebas pada adsorpsi menggunakan arang aktif b1c2...15 19 Kadar asam lemak bebas pada adsorpsi menggunakan arang aktif a2b2c2...15
DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1 Bagan alir penelitian...19 2 Standar mutu arang aktif menurut SNI 06-3730-95...20 3 Standar mutu minyak goreng menurut SNI 06-3741-95...20 4 Karakterisasi arang aktif dari ampas tebu...21 5 Hasil analisis ragam dan uji Duncan pada kadar air...27 6 Hasil analisis ragam dan uji Duncan pada kadar zat terbang...28 7 Hasil analisis ragam dan uji Duncan pada kadar abu...29 8 Hasil analisis ragam dan uji Duncan pada kadar karbon terikat...31 9 Hasil analisis ragam dan uji Duncan pada jerap benzena...33 10 Hasil analisis ragam dan uji Duncan pada daya jerap kloroform...34 11 Hasil analisis ragam dan uji Duncan pada daya jerap iodin...35 12 Uji pendahuluan...38 13 Isoterm Adsorpsi...40 14 Analisis kadar FFA pada minyak goreng bekas...41
PENDAHULUAN Perkembangan industri meningkat seiring dengan perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi, sehingga industri merupakan salah satu sektor penting yang menopang perekonomian negara Indonesia. Hal ini menyebabkan kebutuhan arang aktif semakin meningkat. Peningkatan tersebut disebabkan karena banyak industri baik industri pangan maupun nonpangan menggunakan arang aktif dalam proses produksinya. Sebagian besar kebutuhan arang aktif di Indonesia masih diimpor karena mutu arang aktif domestik masih rendah (Ferry 2002). Arang aktif banyak digunakan sebagai adsorben pemurnian gas, pemurnian pulp, penjernihan air, pemurnian minyak, katalis, dan sebagainya. Arang aktif dapat dibuat dari semua bahan yang mengandung karbon, baik karbon organik maupun anorganik dengan syarat bahan tersebut mempunyai struktur berpori (Sudrajat 1994). Bahan-bahan yang dapat digunakan sebagai bahan baku pembuatan arang aktif antara lain ampas penggilingan tebu, sekam padi, tongkol jagung, sabut kelapa, ampas pembuatan kertas, dan batu bara (Sembiring dan Sinaga 2003). Di Indonesia, perkebunan tebu menempati luas wilayah kurang lebih 232 ribu hektar, yang tersebar di Medan, Lampung, Semarang, Solo, dan Makasar (Witono 2003). Pada tahun 2006 produksi tebu di Indonesia mencapai kurang lebih 64169,06 ton (Badan Pusat Statistik Provinsi Jawa Barat 2006). Dalam proses produksi gula, dari setiap tebu yang diproses dihasilkan ampas tebu sebesar 90%, gula yang dimanfaatkan hanya 5%, dan sisanya berupa tetes tebu (molase) dan air (Witono 2003). Limbah pabrik gula berupa ampas tebu sangat mengganggu lingkungan apabila tidak dimanfaatkan. Selama ini pemanfaatan ampas tebu hanya terbatas untuk pakan ternak, bahan baku pembuatan pupuk, pulp, particle board, dan untuk bahan bakar boiler di pabrik gula. Nilai ekonomi yang diperoleh dari pemanfaatan tersebut masih cukup rendah. Oleh karena itu, diperlukan adanya pengembangan teknologi sehingga terjadi diversifikasi pemanfaatan limbah pertanian (Witono 2003). Kandungan karbon yang tinggi dalam ampas tebu menjadi dasar untuk memanfaatkannya sebagai arang aktif. Minyak goreng merupakan salah satu kebutuhan pokok manusia sebagai alat pengolah bahan-bahan makanan. Kerusakan minyak akan mempengaruhi mutu dan nilai gizi makanan yang digoreng. Minyak yang rusak akibat oksidasi dan polimerisasi akan menghasilkan bahan dengan rupa yang kurang menarik dan cita rasa yang tidak enak, serta kerusakan sebagian vitamin dan asam lemak esensial yang terdapat dalam minyak. Kerusakan minyak atau lemak akibat pemanasan pada suhu tinggi (200-250 C) akan mengakibatkan keracunan dalam tubuh dan menimbulkan berbagai macam penyakit, misalnya diare, pengendapan lemak dalam pembuluh darah, kanker, dan menurunkan nilai cerna lemak (Widayat 2006). Pemanfaatan minyak goreng bekas yang sudah dimurnikan sangat menguntungkan bagi industri yang menggunakan minyak goreng dalam proses produksinya. Penelitian pemurnian minyak goreng bekas yang sudah dilakukan antara lain menggunakan metode filtrasi membran berukuran pori 0.05 µm (Andreas 2004), arang aktif dan bentonit (Darmawan 2006), dan zeolit alam (Widayat 2006). Pemurnian minyak goreng bekas menggunakan membran mempunyai kelemahan, yaitu biaya yang dibutuhkan besar dan umur membran tidak terlalu lama. Pemurnian minyak goreng dengan arang aktif dari limbah pertanian merupakan salah satu alternatif yang dapat dikembangkan. Selain bahannya mudah didapatkan, biaya yang dibutuhkan juga tidak banyak. Penelitian tentang pembuatan arang aktif dari serbuk gergajian kayu untuk pemurnian minyak goreng bekas telah dilakukan oleh Ferry (2002). Hasilnya menunjukkan bahwa serbuk gergajian kayu dapat digunakan sebagai bahan baku pembuatan arang aktif dan mampu menurunkan kadar asam lemak bebas dalam minyak goreng bekas tetapi tidak efektif untuk memulihkan warna. Rasjiddin (2006) juga telah melakukan penelitian tentang pembuatan arang aktif dari tempurung biji jambu mede untuk pemurnian minyak goreng bekas. Hasilnya menunjukkan bahwa tempurung biji jambu mete dapat ditingkatkan daya gunanya melalui pengolahan menjadi arang aktif yang dapat menurunkan kadar asam lemak bebas dan bilangan peroksida serta meningkatkan nilai kejernihan minyak goreng bekas. Penelitian ini diarahkan untuk mengembangkan bahan baku alternatif dalam pembuatan arang aktif yang diaplikasikan sebagai adsorben pada pemurnian minyak goreng bekas. Pemanfaatan ampas tebu menjadi arang aktif diharapkan dapat meningkatkan nilai ekonomis bahan.
Penelitian ini bertujuan memanfaatkan ampas tebu untuk membuat arang aktif yang digunakan sebagai adsorben pada pemurnian minyak goreng bekas dengan pengaruh konsentrasi bahan kimia pengaktif, suhu, dan waktu aktivasi. TINJAUAN PUSTAKA Arang Aktif Arang aktif atau karbon aktif adalah suatu bahan padat berpori yang merupakan hasil pembakaran bahan yang mengandung karbon. Arang aktif merupakan suatu bentuk arang yang telah melalui aktivasi dengan menggunakan gas CO 2, uap air, atau bahanbahan kimia sehingga pori-porinya terbuka dan dengan demikian daya adsorpsinya menjadi lebih tinggi terhadap zat warna dan bau. Arang aktif mengandung 5-15% air, 2-3% abu, dan sisanya adalah karbon. Arang aktif berbentuk amorf, terdiri atas pelat-pelat datar, disusun oleh atom-atom C yang terikat secara kovalen dalam suatu kisi heksagonal datar dengan satu atom C pada setiap sudutnya. Pelat tersebut bertumpuk-tumpuk satu sama lain membentuk kristal dengan sisa hidrokarbon, ter, dan senyawa organik lain yang tersisa di dalamnya (Tangkuman 2006). Arang aktif berbentuk kristal berukuran mikro, karbon non grafit, yang pori-porinya telah mengalami proses pengembangan kemampuan untuk menjerap gas dan uap dari campuran gas dan zat-zat yang tidak larut atau terdispersi dalam cairan (Roy 1985). Sembiring dan Sinaga (2003) menyatakan bahwa arang aktif merupakan senyawa karbon berbentuk amorf yang dapat dihasilkan dari bahan-bahan yang mengandung karbon atau dari arang yang diperlakukan dengan cara khusus untuk mendapatkan permukaan yang lebih luas. Luas permukaan arang aktif berkisar antara 300-3500 m 2 /gram dan hal ini berhubungan dengan struktur pori internal yang menyebabkan arang aktif bersifat sebagai adsorben. Arang aktif dapat mengadsorpsi gas dan senyawa-senyawa kimia tertentu (adsorpsinya bersifat selektif), bergantung pada besar atau volume pori-pori, dan luas permukaan. Daya jerap arang aktif sangat besar, yaitu 25-1000% terhadap berat arang aktif. Kapasitas adsorpsi arang aktif bergantung pada karakteristik arang aktifnya, seperti: tekstur (luas permukaan, distribusi ukuran pori), kimia permukaan (gugus fungsi pada permukaan), dan kadar abu. Selain itu juga bergantung pada karakteristik adsorpsi: bobot molekul, polaritas, pka, ukuran molekul, dan gugus fungsi. Kondisi larutan juga berpengaruh, seperti: ph, konsentrasi, dan adanya kemungkinan adsorpsi terhadap zat lain (Villacarias 2005). Arang aktif dibagi menjadi dua jenis berdasarkan fungsinya, yaitu arang aktif sebagai pemucat dan sebagai penyerap uap. Arang aktif sebagai pemucat biasanya berbentuk serbuk yang sangat halus, diameter pori mencapai 1000 Å, digunakan dalam fase cair, berfungsi memindahkan zat pengganggu yang menyebabkan warna dan bau yang tidak diharapkan, dan membebaskan pelarut dari zat pengganggu. Arang aktif tipe ini dapat diperoleh dari serbuk gergaji, ampas pembuatan kertas atau dari bahan baku yang mempunyai densitas kecil dan mempunyai struktur yang lemah. Sedangkan arang aktif sebagai penyerap uap biasanya berbentuk granular atau pelet yang sangat keras, diameter pori berkisar antara 10-200 Å, tiap pori lebih halus, digunakan dalam fase gas, berfungsi memperoleh kembali pelarut, katalis, pemisahan, dan pemurnian gas. Arang aktif tipe ini dapat diperoleh dari tempurung kelapa, tulang, batu bara atau bahan baku yang mempunyai struktur keras (Sembiring dan Sinaga 2003). Pembuatan Arang Aktif Arang aktif dapat dibuat dari semua bahan yang mengandung karbon, baik karbon organik maupun anorganik dengan syarat bahan tersebut mempunyai struktur berpori. Bahan-bahan tersebut antara lain kayu, batu bara muda, tulang, tempurung kelapa, tempurung kelapa sawit, tandan kelapa sawit, limbah pertanian seperti kulit buah kopi, sabut buah coklat, sekam padi, jerami, tongkol, dan pelepah jagung (Sudrajat 1994). Pembuatan arang aktif terdiri atas dua tahap utama, yaitu proses karbonisasi (pirolisis) bahan baku dan proses aktivasi bahan terkarbonisasi pada suhu tinggi. Proses karbonisasi adalah proses penguraian selulosa organik menjadi unsur karbon dan pengeluaran unsur-unsur nonkarbon yang berlangsung pada suhu 600-700 C. Proses aktivasi merupakan proses untuk menghilangkan hidrokarbon yang melapisi permukaan arang sehingga dapat meningkatkan porositas arang. Pari (1996) melakukan proses karbonisasi bahan pada suhu 500 C selama 4-5 jam. Proses aktivasi arang dapat dibagi menjadi dua macam, yaitu aktivasi gas dan aktivasi kimia. Prinsip dasar aktivasi gas adalah pemberian uap air atau gas