SINTESIS KARBON AKTIF DARI LIMBAH KULIT PISANG KEPOK (Musa Paradisiaca) MENGGUNAKAN AKTIVATOR NaOH DAN APLIKASINYA SEBAGAI ADSORBEN MALACHITE GREEN Skripsi diajukan sebagai salah satu persyaratan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Kimia Oleh Mohamad Rohman NIM. 5213413021 Muhammad Fahmi Sihab NIM. 5213413077 TEKNIK KIMIA JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG 2017
i
ii
PERNYATAAN KEASLIAN Dengan ini saya menyatakan bahwa: 1. Skripsi ini, adalah asli dan belum pernah diajukan untuk mendapatkan gelar akademik sarjana, baik di Universitas Negeri Semarang (UNNES) maupun di perguruan tinggi lain. 2. Karya tulis ini adalah murni gagasan, rumusan, dan penelitian saya sendiri, tanpa bantuan pihak lain, kecuali arahan Pembimbing dan masukan Tim Penguji. 3. Dalam karya tulis ini tidak terdapat karya atau pendapat yang telah ditulis atau dipublikasikan orang lain, kecuali secara tertulis dengan jelas dicantumkan sebagai acuan dalam naskah dengan disebutkan nama pengarang dan dicantumkan dalam daftar pustaka. 4. Pernyataan ini saya buat dengan sesungguhnya dan apabila dikemudian hari terdapat penyimpangan dan ketidakbenaran dalam pernyataan ini, maka saya bersedia menerima sanksi lainnya sesuai dengan norma yang berlaku di perguruan tinggi ini. Semarang, 07 Agustus 2017 Penulis I Yang membuat pernyataan. Penulis II Mohamad Rohman Muhammad Fahmi Sihab NIM. 5213413021 NIM. 5213413077 iii
MOTTO MOTTO DAN PERSEMBAHAN Sebaik-baik manusia adalah yang paling bermanfaat bagi orang lain (HR. Ahmad, Thabrani) PERSEMBAHAN 1. Allah SWT. 2. Orang Tua 3. Kakak dan Adik 4. Saudaraku 5. Dosen-dosenku. 6. Sahabat-sahabatku. 7. Almamaterku. iv
ABSTRAK Mohamad Rohman dan Muhammad Fahmi Sihab. 2017. Sintesis Karbon Aktif dari Limbah Kulit Pisang Kepok (Musa Paradisiaca) Menggunakan Aktivator NaOH dan Aplikasinya sebagai Adsorben Malachite Green. Skripsi. Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Semarang. Pembimbing Dr. Widi Astuti, S.T., M.T. dan Rr. Dewi Artanti P, S.T., M.T. Salah satu zat warna yang sering digunakan dalam industri sutera, kulit, wool, kapas dan kertas adalah malachite green. Limbah malachite green yang dihasilkan dari industri ini pada umumnya dibuang begitu saja ke lingkungan tanpa adanya proses pengolahan terlebih dahulu. Padahal limbah tersebut bersifat karsinogenik bagi manusia. Fakta bahwa keberadaan zat warna di perairan berbahaya bagi manusia serta lingkungan, mendorong untuk dikembangkannya berbagai metode dalam mengatasi pencemaran tersebut, salah satunya dengan metode adsorpsi menggunakan karbon aktif. Karbon aktif pada penelitian ini menggunakan limbah kulit pisang sebagai bahan baku utama. Limbah kulit pisang kepok dipilih karena ketersediaannya melimpah,pemanfaatannya belum optimal serta limbah kulit pisang kepok mengandung 7,9% lignin, 7,5% selulosa dan 74,9% hemiselulosa yang dapat dikonversi menjadi karbon. Pada penelitian ini arang kulit pisang kepok diaktivasi menggunakan NaOH dengan memanfaatkan radiasi gelombang mikro. Karbon aktif yang dihasilkan kemudian dikarakterisasi menggunakan FTIR, SEM, dan BET. Penelitian ini juga mempelajari kesetimbangan melalui pendekatan model isoterm freundlich dan langmuir serta kinetika adsorpsi melalui model difusi ekternal, difusi internal, dan reaksi permukaan (pseudo first order, pseudo second order, dan elovich). Pada percobaan ini akan diketahui faktor-faktor yang mempengaruhi proses adsorpsi diantaranya yaitu pengaruh ph, konsentrasi awal dan waktu optimum adsorpsi. ph optimum adsorbsi di peroleh pada ph 10 dan untuk waktu kontak optimum adalah 120 menit dengan konsentrasi optimum 100 mg/l. Jumlah malachite green yang dapat diadsorpsi oleh karbon aktif kulit pisang kepok teraktivasi NaOH dengan pemanasan microwave adalah 247,864 mg/g dengan luas permukaan karbon sebesar 187,664 m 2 /g. Model kesetimbangan yang sesuai pada penelitian ini adalah isoterm freundlich dengan nilai k F sebesar 45,919 dan nilai n sebesar 1,0927 serta nilai R 2 sebesar 0,965. Serta kinetika reaksi yang paling sesuai adalah model reaksi permukaan pseudo second order dengan nilai K 2 0,0114 g mg -1 menit -1 dengan nilai R 2 sebesar 1. Kata kunci: Gelombang mikro,karbon aktif, kepok, malachite green, microwave, NaOH. v
KATA PENGANTAR Segala puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Skripsi yang berjudul Sintesis Karbon Aktif dari Limbah Kulit Pisang Kepok (Musa Paradisiaca) Menggunakan Aktivator NaOH dan Aplikasinya sebagai Adsorben Malachite Green. Skripsi ini disususn sebagai salah satu persyaratan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Kimia Universitas Negeri Semarang. Penyelesaian karya tulis ini tidak lepas dari bantuan berbagai pihak, oleh karena itu pada kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada : 1. Kedua orang tua dan keluarga yang telah memberi bantuan secara materil maupun moril kepada penulis. 2. Bapak Dr. Nur Qudus, M.T., selaku Dekan Fakultas Teknik, Universitas Negeri Semarang. 3. Ibu Dr. Wara Dyah Pita Rengga, S.T, M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia yang telah berkenan memberikan masukan dan nasihat dalam menyelesaikan Skripsi ini. 4. Ibu Dr. Widi Astuti, S.T, M.T., selaku Dosen Pembimbing (I) yang telah berkenan meluangkan waktunya serta penuh kesabaran memberikan bimbingan, motivasi, pengarahan dalam penyusunan Skripsi ini 5. Ibu Radenrara Dewi Artanti Putri, S.T., M.T., selaku Dosen Pembimbing (II) yang telah berkenan meluangkan waktunya serta penuh kesabaran memberikan bimbingan, motivasi, pengarahan dalam penyusunan Skripsi ini. 6. Ibu Ria Wulansarie, S.T., M.T. Dosen Penguji yang telah memberikan masukan dan pengarahan dalam penyempurnaan Skripsi ini. 7. Seluruh dosen dan teman-teman mahasiswa Teknik Kimia Universitas Negeri Semarang. 8. Berbagai pihak yang telah memberi bantuan untuk Skripsi ini yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu. vi
Penulis menyadari penyusunan Skripsi ini masih banyak kekurangan, oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun untuk penyempurnaan Skripsi ini. Semoga skripsi ini dapat memberikan manfaat kepada rekan-rekan mahasiswa maupun pembaca lainnya. Semarang, 07 Agustus 2017 Penulis vii
DAFTAR ISI COVER PERSETUJUAN PEMBIMBING...i PENGESAHAN...ii PERNYATAAN KEASLIAN...iii MOTTO DAN PERSEMBAHAN...iv ABSTRAK...v KATA PENGANTAR...vi DAFTAR ISI...viii DAFTAR GAMBAR...x DAFTAR TABEL...xi DAFTAR LAMPIRAN...xii BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang...1 1.2 Identifikasi Masalah...4 1.3 Batasan Masalah...4 1.4 Rumusan Masalah...4 1.5 Tujuan Penelitian...5 1.6 Manfaat Penelitian...5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Kulit Pisang Kepok...6 2.2 Penelitian Terdahulu...6 2.3 Karbon Aktif...8 2.3.1 Jenis Karbon Aktif...8 2.3.2 Karakteristik Karbon Aktif...9 2.3.3 Proses Pembuatan Karbon Aktif...10 2.4 NaOH...13 2.5 Malachite Green...14 2.6 Adsorpsi...14 2.7 Microwave...16 2.8 Model Kestimbangan...16 2.8.1 Isoterm Langmuir...17 2.8.2 Isoterm Freundlich...19 2.9 Model Kinetika...19 2.9.1 Difusi Molekul Adsorbat dari Fase Ruah ke Lapisan Film...20 2.9.2 Difusi Eksternal...20 2.9.3 Difusi Internal...21 2.9.4 Reaksi Permukaan...22 viii
BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Waktu dan Tempat Pelaksanaan...24 3.2 Variabel...24 3.3 Alat...25 3.4 Bahan...26 3.5 Prosedur Kerja...26 3.5.1 Pembuatan Karbon Aktif...26 3.5.2 Uji Adsorpsi...28 3.5.3 Karakterisasi Karbon Aktif...29 3.6 Diagram Alir Penelitian...29 3.6.1 Diagram Alir Pembuatan Karbon Aktif...31 3.6.2 Diagram alir Uji Adsorpsi...32 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Preparasi Kulit Pisang Kepok sebagai Karbon Aktif...33 4.2 Karakterisasi Arang dan Karbon Aktif Kulit Pisang Kepok...35 4.2.1 Analisis Morfologi Permukaan...35 4.2.2 Analisis BET...39 4.2.3 Analisis Gugus Fungsi...39 4.3 Uji Kemampuan Adsorpsi...42 4.3.1 Panjang Gelombang Maksimum...42 4.3.2 Pembuatan Kurva Stabdart Malachite Green...43 4.3.3 Pengaruh ph Larutan...45 4.3.4 Pengaruh Waktu kontak Adsorpsi...46 4.3.5 Pengaruh konsentrasi Awal Larutan Malachite Green...48 4.4 Desorpsi...49 4.5 Isoterm Adsorpsi...50 4.5.1 Isoterm Langmuir...50 4.5.2 Isoterm Freundlich...51 4.6 Kinetika Adsorpsi...54 4.6.1 Model Difusi Eksternal...54 4.6.2 Model Difusi Internal...55 4.6.3 Reaksi Permukaan...56 BAB V PENUTUP 5.1 Simpulan...62 5.2 Saran...62 ix
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Proses Karbonisasi Selulosa menjadi Karbon...11 Gambar 2.2 Srtuktur Molekul Malachite Green...14 Gambar 2.3 Mekanisme Sistem Adsorbsi...20 Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian...31 Gambar 3.2 Diagram Alir Uji Adsorpsi...32 Gambar 4.1 Kulit Pisang Kepok...33 Gambar 4.2 Karbon Kulit Pisang Kepok...34 Gambar 4.3 Karakteristik Permukaan...36 Gambar 4.4 Karakteristik Permukaan Karbon Kulit Pisang Kepok...36 Gambar 4.5 Karakteristik Permukaan Karbon Kulit Pisang Kepok Teraktivasi NaOH dan Furnace...38 Gambar 4.6 Karakteristik Permukaan Karbon Kulit Pisang Kepok Teraktivasi NaOH dan Microwave...38 Gambar 4.7 Kurva Spektrum FTIR...40 Gambar 4.8 Kurva Spektrum FTIR Sebelum dan Sesudah Adsorpsi...41 Gambar 4.9 Spektrum Absorbansi Zat Warna Malchite Green...43 Gambar 4.10 Kurva Standart Zat Warna Malchite Green...44 Gambar 4.11 Pengaruh ph Larutan...45 Gambar 4.12 Reaksi Malachite Green dengan OH- membentuk Senyawa Kompleks Carbinol....46 Gambar 4.13 Pengaruh Waktu Kontak...47 Gambar 4.14 Pengaruh Konsentrasi Awal Larutan...48 Gambar 4.15 Persentase Malachite green Terdesorpsi...49 Gambar 4.16 Isoterm Langmuir...51 Gambar 4.17 Isoterm Freundlich...51 Gambar 4.18 Permbandingan Model Isoterm Non-Linier...53 Gambar 4.19 Model Difusi EkternSal...55 Gambar 4.20 Model Difusi Internal...55 Gambar 4.21 Perbandingan Data Penelitian dan Perhitungan Jumlah Malachite Green Teradsorpsi untuk Setiap Model Kinetika...56 Gambar 4.22 Linieritas Psudo First Order...56 Gambar 4.23 Linieritas Psudo Second Order...57 Gambar 4.24 Linieritas Elovich...58 Gambar 4.25 Perbandingan Model Kinetika Reaksi Permukaan Adsorpsi Malachite Green oleh Karbon Aktif Terhadap Data Penelitian...59 Gambar 4.26 Perbandingan model kinetika adsorpsi malachite green oleh karbon aktif terhadap data penelitian...61 x
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Komposisi Kimia Kulit Pisang Kepok...6 Tabel 2.2 Perbandingan Kapasitas Adsorpsi dan Kandungan Lignoselulosa Berbagai Jenis Karbon Aktif untuk Menjerap Malachite Green. 7 Tabel 4.1 Aorbansi Larutan Zat Warna Malachite Green berbagai Konsentrasi...44 Tabel 4.2 Parameter Isoterm Adsorpsi Malachite Green oleh Karbon Aktif...52 Tabel 4.3 Analisis Kesalahan Model Isoterm...53 Tabel 4.4 Parameter Kinetika Adsorpsi Reaksi Permukaan...58 Tabel 4.5 Analisis Kesalahan Model Kinetika Reaksi Pemukaan...59 Tabel 4.6 Parameter Kinetika Adsorpsi Malachite Green...60 Tabel 4.7 Analisis Kesalahan Model Kinetika...60 xi
DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1 Diagram Alir Pembuatan Karbon Aktif...68 Lampiran 2 Diagram Alir Uji Adsorpsi...69 Lampiran 3 Hasil Analisis Gugus Fungsi Kulit Pisang Kepok Menggunakan FTIR...70 Lampiran 4 Hasil Analisis Gugus Fungsi Arang Kulit Pisang Kepok Menggunakan FTIR...72 Lampiran 5 Hasil Analisis Gugus Fungsi Arang Kulit Pisang Kepok Teraktivasi NaOH Pemanasan Microwave Menggunakan FTIR...74 Lampiran 6 Hasil Analisis Luas Permukaan Karbon Kulit Pisang Kepok Teraktivasi NaOH Pemanasan Furnace Menggunakan BET...76 Lampiran 7 Hasil Analisis Luas Permukaan Karbon Kulit Pisang Kepok Teraktivasi NaOH Pemanasan Microwave Menggunakan BET...79 Lampiran 8 Perhitungan Pembuatan Larutan Malachite Green untuk Kurva Standar...82 Lampiran 9 Perhitungan Isoterm Langmuir dan Freundlich Linier...85 Lampiran 10 Perhitungan Isoterm Langmuir dan Freundlich Non-Linier...89 Lampiran 11 Perhitungan Kinetika Adsorpsi Reaksi Permukaan Linier...93 Lampiran 12 Perhitungan Kinetika Adsorpsi Reaksi Permukaan Non-Linier...97 Lampiran 13 Perhitungan Kinetika Adsorpsi Linier...100 Lampiran 14 Perhitungan Kinetika Adsorpsi Non-Linier...106 Lampiran 15 Dokumentasi Penelitian...111 Lampiran 16 Perbandingan Penelitian dengan Penenlitian sebelumnya...113 xii