HASIL DAN PEMBAHASAN. Analisis Struktur. Identifikasi Gugus Fungsi pada Serbuk Gergaji Kayu Campuran

HASIL DAN PEMBAHASAN Analisis Struktur Identifikasi Gugus Fungsi pada Serbuk Gergaji Kayu Campuran Analisis dengan spektrofotometri inframerah (IR) bertujuan mengetahui adanya gugus fungsi pada suatu bahan. Dengan analisis ini dapat diketahui perubahan gugus fungsi sebagai akibat dari proses pengarangan menjadi arang aktif, yang hasilnya tercantum pada Tabel 3 dan Gambar 8. Tabel 3. Bilangan Gelombang Serapan IR dari Serbuk Gergaji Kayu Campuran Struktur Bilangan gelombang (cm -1 ) Bahan baku 3412-2922-1731-1637-1508-1461-1425-1373-1326-1249-1161-1114-1032-897-667 Arang 3378-1702-1555-1420-1214-1167-873-820-767-521-474 Arang aktif 3413-1555-1420-1155-1120-867-808-750-573-468 Pola spektrum serapan IR dari bahan baku pada bilangan gelombang 3412 cm -1 menunjukkan adanya gugus OH bebas. Sedangkan serapan pada bilangan gelombang 2922 cm -1 menunjukkan gugus alkil. Selain itu pada bahan baku juga dijumpai gugus C=O, C-O dan C-H. Pola spektrum serapan IR pada arang menunjukkan adanya gugus OH yang terikat (alkohol, fenol) yaitu pada bilangan gelombang 3378 cm -1. Selain itu pada arang juga dijumpai gugus C=O, C-O seperti halnya pada bahan baku serta gugus aromatik yang tersubstitusi. Sedangkan pola spektrum serapan IR pada arang aktif juga menunjukkan adanya gugus OH yang terikat (alkohol, fenol) yaitu pada bilangan gelombang 3413 cm -1. Pada arang aktif tidak dijumpai gugus C=O. Selain itu pada spektrum serapan IR

49 arang aktif juga menunjukkan adanya gugus C-O dan gugus aromatik yang mengalami substitusi. a b c Gambar 8. Spektrum Serapan IR Serbuk Gergaji Kayu Campuran (a) Bahan baku, (b) Arang dan (c) Arang Aktif Identifikasi Gugus Fungsi pada Kayu Mangium (Acacia mangium) Hasil analisis spektrum serapan IR dari acacia mangium tercantum pada Tabel 4 dan Gambar 9. Tabel 4. Bilangan Gelombang Serapan IR dari Kayu Mangium (Acacia mangium) Struktur Bilangan gelombang (cm -1 ) Bahan baku 3378-2908-1731-1649-1508-1455-1420-1367-1337-1243-1155-1114-1055-897-667-603 Arang 3419-2924-2861-1719-1590-1367-1290-1237-1185-1108-1044-609-474 Arang aktif 2931-1414-1073-873 Pola spektrum serapan IR dari bahan baku pada bilangan gelombang 3378 cm -1 menunjukkan adanya gugus OH bebas. Sedangkan serapan pada bilangan gelombang 2908 cm -1 menunjukkan adanya gugus alkil. Selain itu pada bahan baku juga dijumpai adanya gugus C=O, C-O dan C-H. Pola spektrum serapan IR pada arang menunjukkan adanya gugus OH yang terikat

50 (alkohol, fenol) yaitu pada bilangan gelombang 3419 cm -1. Serapan pada bilangan gelombang 2924 dan 2861 cm -1 menunjukkan gugus alkil. Selain itu pada arang juga dijumpai gugus C=O, C-O seperti halnya pada bahan baku. Sedangkan pola spektrum serapan IR pada arang aktif terjadi perubahan gugus fungsi yaitu tidak terdapat gugus OH, tetapi terdapat gugus C-H yaitu pada bilangan gelombang 2931 cm -1. Selain itu pada arang aktif dijumpai gugus C-O. a b c Gambar 9. Spektrum Serapan IR Kayu Mangium (Acacia mangium) (a) Bahan baku, (b) Arang dan (c) Arang Aktif Identifikasi Gugus Fungsi pada Tempurung Kelapa (Cocos nucifera) Hasil analisis spektrum serapan IR dari tempurung kelapa tercantum pada Tabel 5 dan Gambar 10. Tabel 5. Bilangan Gelombang Serapan IR dari Tempurung Kelapa (Cocos nucifera) Struktur Bilangan gelombang (cm -1 ) Bahan baku 3401-2919-1737-1684-1596-1555-1508-1455-1420-1378-1243-1161-1114-1044 Arang 3401-2919-1584-1196-873-808-750-609-532 Arang aktif 3448-2919-1584-1383-1120-1044-685-609-556-474

51 Pola spektrum serapan IR dari bahan baku pada bilangan gelombang 3401 cm -1 menunjukkan adanya gugus OH bebas. Serapan pada bilangan gelombang 2919 cm -1 menunjukkan adanya gugus alkil. Pada bahan baku dijumpai gugus C=O dan C-O. Pola spektrum serapan IR pada arang menunjukkan adanya gugus OH yang terikat (alkohol, fenol) yaitu pada bilangan gelombang 3401 cm -1. Sedangkan serapan pada bilangan gelombang 2919 cm -1 menunjukkan gugus alkil. Selain itu pada arang juga dijumpai gugus C-O dan gugus aromatik yang tersubstitusi. Sedangkan pola spektrum serapan IR pada arang aktif juga menunjukkan adanya gugus OH terikat (alkohol, fenol) yaitu pada bilangan gelombang 3448 cm -1. Seperti halnya arang, spektrum serapan IR pada arang aktif juga menunjukkan gugus alkil. Selain itu pada arang aktif juga dijumpai gugus C-O, C-H dan gugus aromatik yang tersubstitusi. % T a b c 4000 3000 2000 1000 cm -1 Gambar 10. Spektrum Serapan IR Tempurung Kelapa (Cocos nucifera) (a) Bahan baku, (b) Arang dan (c) Arang Aktif

52 Identifikasi Pola Struktur Kristalit pada Serbuk Gergaji Kayu Campuran Analisis dengan difraksi sinar X (XRD) bertujuan untuk mengetahui struktur kristalit bahan baku serbuk gergaji kayu campuran, arang dan arang aktif. Dengan analisis ini dapat diketahui perubahan bentuk kristalit sebagai akibat dari pemanasan dan lama aktivasi. Difraktogram XRD dari serbuk gergaji kayu campuran hasilnya tercantum pada Tabel 6 dan Gambar 11. Tabel 6. Derajat Kristalin (X), Sudut Difraksi (?), Jarak Antar Lapisan (d), Tinggi (Lc) dan Lebar (La) Antar Lapisan serta Jumlah (N) Lapisan Aromatik pada Serbuk Gergaji Kayu Campuran Struktur X(%)? d(nm)? d(nm) Lc(nm) N La(nm) Bahan baku 51,84 (24) 0,3703 (43) 0,2101 4,0150 10,84 4,22 Arang 35,82 (30) 0,2975 (43) 0,2101 4,0658 13,67 4,22 Arang aktif 37,69 (30) 0,2975 (43) 0,2101 4,0658 13,67 4,22 Berdasarkan tabel di atas menunjukkan bahwa jarak antar lapisan aromatik (d) arang dan arang aktif sama, sedangkan jarak antar lapisan aromatik bahan baku setelah menjadi arang dan arang aktif makin sempit. Hal ini menggambarkan terjadinya penyusutan struktur kristalit arang aktif yang semakin teratur sehingga derajat kristalinitas arang aktif makin meningkat daripada arang. Hasil ini sesuai dengan yang dikemukakan oleh Saito dan Arima (2002) yang menyimpulkan bahwa derajat kristalinitas arang aktif akan meningkat akibat pengaruh aktivasi. Tabel 6 juga menunjukkan bahwa tinggi lapisan aromatik (Lc) dan jumlah lapisan aromatik (N) bahan baku setelah menjadi arang dan arang aktif meningkat, tetapi antara arang dan arang aktif tinggi dan jumlah lapisan aromatik sama lebar.

53 Sedangkan lapisan aromatik (La) pada bahan baku, arang dan arang aktif relatif sama. Difraktogram dari XRD (Tabel 6) memperlihatkan perubahan struktur bahan baku menjadi kristalit arang aktif cenderung menimbulkan penataan ulang atom karbon yang bergerak ke arah vertikal, akibatnya tinggi lapisan aromatik (Lc) bertambah dan jumlah (N) lapisan kristalit yang berbentuk aromatik meningkat (Jimenez et al. 1999). Perubahan tersebut diakibatkan oleh terjadinya pergeseran kristalit, yang semula tingkat keteraturannya tinggi (kristalin) menjadi tidak beraturan (amorf) (Gambar 11 ). Intensitas SG0 SG1 SG2 0 20 40 60 80 100 Sudut Difraksi (Derajat) SG0 : Serbuk Gergaji SG! : Arang Serbuk Gergaji SG2 : Arang Aktif Serbuk Gergaji Gambar 11. Difraktogram XRD Serbuk Gergaji Kayu Campuran Identifikasi Pola Struktur Kristalit pada Kayu Mangium (Acacia mangium) Difraktogram dari XRD untuk kayu mangium (Acacia mangium) mulai dari bahan baku sampai menjadi arang aktif dapat dilihat pada Tabel 7 dan Gambar 12.

54 Tabel 7. Derajat Kristalin (X), Sudut Difraksi (?), Jarak Antar Lapisan (d), Tinggi (Lc) dan Lebar (La) Antar Lapisan serta Jumlah (N) Lapisan Aromatik pada Kayu Mangium (Acacia mangium) Struktur X(%)? d(nm)? d(nm) Lc(nm) N La(nm) Bahan 47,98 (24) 0,3703 - - 4,0150 10,84 - baku Arang 47,99 (30) 0,2975 - - 4,0658 13,67 - Arang aktif 40,68 (24) 0,3707 (43) 0,2101 4,0150 10,84 4,22 Berdasarkan tabel di atas menunjukkan bahwa jarak antar lapisan aromatik (d) bahan baku setelah menjadi arang makin sempit, sedangkan setelah diaktivasi jarak antar lapisan aromatik (d) meningkat sama dengan bahan baku. Derajat kristalinitas arang aktif makin menurun apabila dibandingkan dengan bahan baku dan arang. Tabel 7 di atas juga menunjukkan bahwa tinggi lapisan aromatik (Lc) dan jumlah lapisan aromatik (N) bahan baku setelah menjadi arang meningkat, tetapi setelah diaktivasi menjadi arang aktif tinggi dan dan jumlah lapisan aromatik menurun. Fenomena ini menggambarkan adanya pengerutan ikatan antar atom karbon sehingga jumlah lapisan aromatik (N) berkurang dan pada arang aktif terdapat lebar lapisan aromatik (La) sedangkan pada arang tidak terdapat lebar (La) lapisan aromatik.

55 Intensitas AM0 AM1 AM2 0 20 40 60 80 100 Sudut Difraksi (derajat) AM0: Kayu Acacia Mangium AM1: Arang Acacia Mangium AM2: Arang Aktif Acacia Mangium Gambar 12. Difraktogram XRD Kayu Mangium (Acacia mangium) Identifikasi Pola Struktur Kristalit pada Tempurung Kelapa (Cocos nucifera) Hasil difraktogram XRD untuk tempurung kelapa dari bahan baku sampai diaktivasi menjadi arang aktif dapat dilihat pada Tabel 8 dan Gambar 13. Tabel 8. Derajat Kristalin (X), Sudut Difraksi (?), Jarak Antar Lapisan (d), Tinggi (Lc) dan Lebar (La) Antar Lapisan serta Jumlah (N) Lapisan Aromatik pada Tempurung Kelapa (Cocos nucifera) Struktur X(%)? d(nm)? d(nm) Lc(nm) N La(nm) Bahan baku Arang 37,82 30,30 (24) (26) 0,3703 0,3423 - (43) - 0,2101 4,0150 4,0305 10,84 11,77-4,22 Arang aktif 32,89 (24) 0,3703 (43) 0,2101 4,0150 10,84 4,22 Berdasarkan tabel di atas menunjukkan bahwa jarak antar lapisan aromatik (d) bahan baku setelah dibakar menjadi arang makin sempit, tetapi setelah diaktivasi menjadi arang aktif jarak antar lapisan aromatik (d) meningkat kembali sama seperti bahan baku. Derajat kristalinitas arang menurun dibandingkan dengan bahan baku, tetapi pada arang aktif meningkat akibat pengaruh aktivasi.

56 Tabel 8 juga menunjukkan bahwa tinggi lapisan aromatik (Lc) dan jumlah lapisan aromatik (N) bahan baku setelah menjadi arang meningkat, tetapi setelah menjadi arang aktif berkurang. Sedangkan lebar lapisan aromatik (La) pada arang dan arang aktif relatif sama, pada bahan baku tidak mempunyai lebar lapisan aromatik (La). Intensitas TK0 TK1 TK2 0 20 40 60 80 100 Sudut Difraksi (Derajat) TK0= Tempurung Kelapa, TK1= Arang Tempurung Kelapa, TK2=Arang Aktif Tempurung Kelapa Gambar 13. Difraktogram XRD Tempurung Kelapa (Cocos nucifera) Identifikasi Pola Struktur Permukaan Pori pada Serbuk Gergaji Kayu Campuran Analisis dengan elektron mikroskop bertujuan untuk mengetahui topografi permukaan bahan. Dengan analisis ini dapat diketahui proses pembentukan pori sebagai akibat dari aktivasi. Hasil analisis mikrofotograf SEM untuk serbuk gergaji kayu campuran dapat dilihat pada Tabel 9 dan Gambar 14. Tabel 9. Diameter Permukaan Pori Serbuk Gergaji Kayu Campuran Struktur Diameter pori (µm) Bahan baku - Arang 0,07 Arang Aktif 0,14

57 Hasil fotograf SEM (Gambar 14) menunjukkan bahwa pada bahan baku secara fisik tidak menunjukkan adanya pori, setelah menjadi arang mulai terlihat adanya pori dengan ukuran diameter 0,07 µm. Kemudian setelah menjadi arang aktif jumlah pori semakin meningkat dan ukuran diameter pori juga semakin besar yaitu 0,14 µm akibat proses aktivasi. Hal ini menunjukkan semakin banyak pula jumlah komponen terdegradasi yang menguap. Penguapan bahan-bahan tersebut mengakibatkan pergeseran antara lapisan kristalit dan mengubah struktur kristalitnya sehingga terbentuk kristal baru yang berbeda dengan struktur asalnya. (a) (b) (c) Gambar 14. Topografi Permukaan (a) Bahan Baku, (b) Arang dan (c) Arang Aktif Serbuk Gergaji Kayu Campuran Dengan Pembesaran 2000 Kali

58 Identifikasi Pola Struktur Permukaan Pori pada Tempurung Kelapa (Cocos nucifera) Hasil analisis mikrofotograf SEM untuk tempurung kelapa dapat dilihat pada Tabel 10 dan Gambar 15. Tabel 10. Diameter Permukaan Pori Tempurung Kelapa (Cocos nucifera) Struktur Diameter pori (µm) Bahan baku - Arang 0,07 Arang Aktif 0,07 0,14 Hasil fotograf SEM pada tempurung kelapa menunjukkan bahwa pada bahan baku belum menunjukkan adanya pori, setelah menjadi arang mulai terbentuk pori dengan ukuran diameter 0,07 µm. Kemudian setelah menjadi arang aktif jumlah pori semakin meningkat dan ukuran diameter pori juga semakin besar yaitu 0,07 0,14 µm akibat proses aktivasi. Menurut Beukens et al (1985),ukuran pori tersebut termasuk kedalam struktur makropori karena diameter porinya lebih dari 0,025 µm. Bila dikaitkan dengan ukuran pori yang terbentuk ada kemungkinan bahwa semakin lebar dan besarnya diameter pori dengan proses aktivasi menunjukkan semakin banyak pula jumlah komponen bahan terdegradasi yang menguap. Penguapan bahan-bahan tersebut mengakibatkan pergeseran antara lapisan kristalit dan mengubah struktur kristalitnya sehingga terbentuk kristal baru yang berbeda dengan struktur asalnya sebagaimana yang terlihat pada hasil identifikasi pola struktur dengan XRD. Adanya sejumlah produk dekomposisi bahan yang menguap tersebut akan menguntungkan karena bila tidak menguap, maka produk tersebut akan mengisi

59 atau menutup celah di antara lembaran kristalit arang aktif (Villages and Valle, 2001 dalam Pari, 2004), sehingga kinerja arang aktif kurang efektif. (a) (b) (c) Gambar 15. Topografi Permukaan (a) Bahan Baku, (b) Arang dan (c) Arang Aktif Tempurung Kelapa (Cocos nucifera) Identifikasi Pola Struktur Permukaan Pori pada Kayu Mangium (Acacia mangium) Hasil analisis mikrofotograf SEM untuk kayu mangium dapat dilihat pada Tabel 11 dan Gambar 16. Tabel 11. Diameter Permukaan Pori Kayu Mangium (Acacia mangium) Struktur Diameter pori (µm) Bahan baku - Arang 0,07 Arang Aktif 0,14

60 Hasil fotograp SEM pada kayu mangium juga menunjukkan bahwa pada bahan baku belum terlihat adanya pori, setelah menjadi arang mulai terbentuk pori dengan ukuran diameter 0,07 µm. Kemudian setelah menjadi arang aktif jumlah pori semakin meningkat dengan ukuran diameter pori 0,14 µm. (a) (b) (c) Gambar 16. Topografi Permukaan (a) Bahan Baku, (b) Arang dan (c) Arang Aktif Kayu Mangium (Acacia mangium)

61 Pengaruh Lama Aktivasi Terhadap Mutu Arang Aktif Rendemen Perhitungan rendemen didasarkan pada bobot kering oven bahan baku. Hasil perhitungan rendemen arang aktif dari serbuk gergaji, Acacia mangium dan tempurung kelapa pada suhu 700 C dengan waktu aktivasi 3 jam dapat dilihat pada Tabel 12. Tabel 12. Rendemen Arang aktif Serbuk Gergaji, Acacia mangium dan Tempurung Kelapa pada Suhu 700 C dengan Waktu Aktivasi 3 jam Bahan Baku Rendemen ( % ) Serbuk Gergaji Acacia mangium Tempurung Kelapa 62,17 63,10 65,82 Rendemen arang aktif yang dihasilkan berkisar antara 62,17 65,82 % (Tabel 12). Hasil ini apabila dibandingkan dengan penelitian arang aktif dari kulit kayu mangium skala laboratorium yaitu 67,40 99,40 % (Pari dkk, 2006), hasil rendemennya lebih rendah. Rendahnya rendemen arang aktif ini disebabkan oleh senyawa karbon yang terbentuk dari hasil penguraian selulosa dan lignin mengalami reaksi pemurnian dengan uap air yang bertujuan untuk menghilangkan senyawa non karbon yang melekat pada permukaan arang. Namun demikian karena reaksi yang terjadi secara radikal maka atom C yang terbentuk akan bereaksi kembali dengan atom O dan H membentuk CO seperti yang teridentifikasi pada IR, CO2, CH4, sehingga rendemen yang dihasilkan akan lebih rendah. Rendemen terendah dihasilkan dari bahan baku serbuk gergaji dan rendemen tertinggi diperoleh dari bahan baku tempurung kelapa. Tempurung kelapa

62 memiliki struktur lebih keras apabila dibandingkan dengan serbuk gergaji dan kayu mangium sehingga rendemen yang dihasilkan juga lebih tinggi. Kadar Air Penetapan kadar air bertujuan untuk mengetahui sifat higroskopis dari arang aktif. Kadar air arang sebelum menjadi arang aktif berkisar antara 1,01 5,08 %. Data selengkapnya untuk kadar air arang aktif tercantum pada Lampiran 1. Dari Tabel 13 dapat dilihat bahwa kadar air arang aktif yang dihasilkan berkisar antara 1,31 5,44 %. Hasil ini apabila dibandingkan dengan penelitian arang aktif dari kulit kayu mangium skala laboratorium yaitu 8,39 15,90 % (Pari dkk, 2006), maka kadar air hasil penelitian masih lebih baik. Rendahnya kadar air ini menunjukkan bahwa kandungan air bebas dan air terikat yang terdapat dalam bahan telah menguap selama proses karbonisasi. Menurut Standar Nasional Indonesia (SNI, 1995), arang aktif disyaratkan memiliki kadar air kurang dari 15 %. Dari Tabel 13 terlihat bahwa semua arang aktif hasil percobaan memenuhi SNI. Kadar air terendah diperoleh dari arang serbuk gergaji yang diaktivasi selama 0 jam. Sedangkan kadar air tertinggi dihasilkan dari arang aktif tempurung kelapa dengan waktu aktivasi selama 1 jam. Tabel 13. Hasil Analisa Kadar Air (%) Arang Aktif Bahan Baku Waktu Aktivasi (jam) 0 1 2 3 Serbuk gergaji 1,31 1,35 1,79 1,65 Acacia mangium 3,98 3,04 2,24 1,75 Tempurung kelapa 3,05 5,44 3,22 3,79 Kadar air arang aktif yang diinginkan adalah arang aktif dengan kadar air serendah mungkin. Hal ini disebabkan karena kadar air yang tinggi akan menurunkan daya serap baik terhadap gas maupun cairan (Pari, 1995). Oleh

63 karena itu, dalam aplikasinya arang aktif yang akan digunakan dikeringkan terlebih dahulu untuk menghilangkan air. Dari hasil uji sidik ragam dapat diketahui bahwa baik faktor bahan baku, waktu aktivasi maupun interaksi memberikan pengaruh yang sangat nyata terhadap kadar air (Lampiran 7a). Uji lanjut Tukey (Lampiran 7b) menunjukkan bahwa faktor bahan baku serbuk gergaji menyebabkan perbedaan kadar air yang nyata dengan Acacia mangium dan tempurung kelapa, sedangkan arang aktif Acacia mangium dan tempurung kelapa tidak menyebabkan perbedaan yang nyata terhadap kadar air. Faktor waktu aktivasi baik selama 0, 1, 2 dan 3 jam tidak menyebabkan perbedaan kadar air yang nyata. Faktor interaksi bahan baku dan waktu aktivasi memberikan pengaruh yang bervariasi terhadap kadar air. Dari hasil uji secara polinomial (Lampiran 7c), dapat dilihat bahwa kadar air memiliki kecenderungan perubahan respon yang bersifat linier untuk arang aktif yang berasal dari serbuk gergaji (SG) dan Acacia mangium (AM), sedangkan kadar air untuk arang aktif yang berasal dari tempurung kelapa (TK) memiliki kecenderungan perubahan respon yang bersifat kubik. Kadar Air (Y, %) 7 TK : y = 1.7492x3-8.52x2 + 10.216x + 10.045 (R2 = 0.9119) 6 SG : y = 0.34x + 6.5525 (R2 = 0.3209) 5 4 3 2 1 0 AM : y = -1.3245x + 11.441 (R2 = 0.9735) 0 1 2 3 4 Waktu Steam (X, jam) Serbuk Gergaji (SG) Tempurung Kelapa (TK) Acacia mangium (AM) nilai dugaan SG nilai dugaan TK nilai dugaan AM Gambar 17. Pengaruh Perlakuan Terhadap Kadar Air Arang Aktif

64 Pada arang aktif tempurung kelapa terjadi peningkatan dan penurunan nilai kadar air jika waktu aktivasi terus ditambah dan mencapai titik maksimum pada waktu aktivasi selama 2 jam. Pada arang aktif serbuk gergaji nilai kadar air cenderung meningkat seiring dengan penambahan waktu aktivasi, hal ini disebabkan karena terjadinya peningkatan sifat higroskopis arang aktif terhadap uap air dan terjadinya pengikatan molekul air oleh 6 atom karbon yang telah diaktivasi (Pari dkk, 2000). Sedangkan pada arang aktif Acacia mangium nilai kadar air cenderung menurun apabila waktu aktivasi bertambah. Kadar Zat Terbang Kadar zat mudah menguap atau zat terbang menunjukkan kandungan zatzat mudah menguap yang hilang pada pemanasan 950 C. Zat-zat menguap ini berupa senyawaan karbon, sulfur dan nitrogen yang dapat menutupi pori-pori arang aktif. Data selengkapnya untuk kadar zat terbang tercantum pada Lampiran 1. Sedangkan Tabel 14 menunjukkan kadar zat terbang arang aktif yang dihasilkan pada setiap kombinasi perlakuan. Tabel 14. Hasil Analisa Kadar Zat Terbang (%) Arang Aktif Bahan Baku Waktu Aktivasi (jam) 0 1 2 3 Serbuk gergaji 16,00 14,34 14,42 12,87 Acacia mangium 8,31 8,04 7,42 8,03 Tempurung kelapa 11,37 6,99 8,02 7,26 Dari tabel tersebut di atas dapat diketahui bahwa kadar zat terbang arang aktif yang dihasilkan berkisar antara 6,99 16,00 %. Sedangkan kadar zat terbang arang berkisar antara 19,92 26,49 %. Kadar zat terbang terendah diperoleh dari arang aktif tempurung kelapa dengan waktu aktivasi 1 jam, sedangkan kadar zat

65 terbang tertinggi diperoleh dari arang aktif serbuk gergaji yang diaktivasi selama 0 jam. Hasil kadar zat terbang ini apabila dibandingkan dengan penelitian arang aktif dari kulit kayu mangium skala laboratorium yaitu 6,08 11,70 % (Pari dkk, 2006), maka kadar zat terbang hasil penelitian lebih tinggi. Tingginya kadar zat terbang ini menunjukkan bahwa masih terdapatnya senyawa non karbon yang menempel pada permukaan arang aktif terutama atom H yang terikat kuat pada atom C pada permukaan arang aktif dalam bentuk C(H2) seperti yang teridentifikasi pada IR. Kadar zat terbang yang tinggi tidak diinginkan karena senyawa-senyawa yang menempel pada arang aktif dapat mengurangi daya serapnya terhadap gas atau larutan. Standar Nasional Indonesia (SNI, 1995) mensyaratkan bahwa kadar zat terbang maksimum untuk arang aktif adalah 25 %. Semua kadar zat tebang arang aktif hasil penelitian memenuhi SNI. Arang memiliki kadar zat terbang yang tinggi, hal tersebut menunjukkan bahwa aktivasi mampu menguapkan senyawa volatil. Komponen senyawa volatil dalam arang aktif adalah gas yang tidak terkondensasi seperti CO2, CO, CH4 dan H2 (Pari,1995). Hasil uji sidik ragam (Lampiran 8a) menunjukkan bahwa seluruh faktor memberikan pengaruh yang sangat nyata terhadap kadar zat terbang. Pada uji lanjut Tukey (Lampiran 8b) dapat diketahui bahwa arang aktif Acacia mangium dan tempurung kelapa tidak menyebabkan perbedaan kadar zat terbang yang nyata, akan tetapi dengan arang aktif serbuk gergaji memberikan perbedaan kadar zat terbang yang nyata. Demikian pula arang aktif dari tempurung kelapa dengan

66 serbuk gergaji juga memberikan perbedaan kadar zat terbang yang nyata. Faktor waktu aktivasi selama 0 jam tidak menyebabkan perbedaan kadar zat terbang yang nyata dengan aktivasi selama 1 dan 2 jam, tetapi dengan aktivasi 3 jam memberikan perbedaan yang nyata. Sedangkan waktu aktivasi selama 1, 2 dan 3 jam tidak menyebabkan perbedaan yang nyata terhadap kadar zat terbang. Dari hasil uji secara polinomial (Lampiran 8c), dapat dilihat bahwa kadar zat terbang memiliki kecenderungan perubahan respon yang bersifat linier untuk arang aktif yang berasal dari serbuk gergaji (SG) dan Acacia mangium (AM), sedangkan kadar zat terbang untuk arang aktif yang berasal dari tempurung kelapa (TK) memiliki kecenderungan perubahan respon yang bersifat kubik seperti yang terlihat pada Gambar 18 di bawah ini. Kadar Zat Terbang (Y, %) 18 16 14 12 10 8 6 SG : y = -0.7695x + 23.438 (R 2 = 0.7935) 4 TK : y = -0.9425x 3 + 4.99x 2-7.8425x + 19.685 (R 2 = 0.9414) 2 AM : y = -0.16x + 16.5825 (R 2 = 0.084) 0 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 Waktu Steam (X, jam) Serbuk Gergaji (SG) Tempurung Kelapa (TK) Acacia mangium (AM) nilai dugaan SG nilai dugaan TK nilai dugaan AM Gambar 18. Pengaruh Perlakuan Terhadap Kadar Zat Terbang Arang Aktif Pada arang aktif tempurung kelapa terjadi penurunan dan peningkatan nilai kadar zat terbang jika waktu aktivasi terus ditambah. Kadar zat terbang tersebut mencapai titik maksimum pada waktu aktivasi 0 jam. Sedangkan pada

67 arang aktif yang berasal dari serbuk gergaji dan Acacia mangium nilai kadar zat terbang cenderung menurun apabila waktu aktivasi terus bertambah. Kadar Abu Kadar abu menunjukkan jumlah oksida-oksida logam yang tersisa pada pemanasan tinggi. Abu yang terbentuk berasal dari mineral-mineral yang terikat kuat pada arang. Mineral tersebut misalnya kalsium, kalium dan magnesium. Data selengkapnya untuk kadar abu dapat dilihat pada Lampiran 1. Tabel 15. Hasil Analisa Kadar Abu (%) Arang Aktif Bahan Baku Waktu Aktivasi (jam) 0 1 2 3 Serbuk gergaji 18,56 22,19 12,04 27,17 Acacia mangium 2,58 4,55 3,35 4,04 Tempurung kelapa 2,25 2,16 2,04 2,26 Dari Tabel 15 dapat diketahui bahwa kadar abu yang diperoleh berkisar antara 2,04 27,17 %. Apabila hasil ini dibandingkan dengan penelitian arang aktif dari kulit kayu mangium skala laboratorium yaitu 12,30 32,70 % (Pari dkk, 2006), maka arang aktif hasil penelitian masih lebih baik. Nilai terendah dihasilkan dari arang aktif tempurung kelapa dengan aktivasi selama 2 jam dan kadar abu tertinggi didapat dari arang aktif serbuk gergaji yang diaktivasi selama 3 jam. Untuk nilai kadar abu arang berkisar antara 1,81 7,17 %. Kadar abu yang disyaratkan Standar Nasional Indonesia (SNI, 1995) tidak lebih dari 10 %. Dari seluruh arang aktif yang dihasilkan hanya arang aktif yang berasal dari serbuk gergaji yang memiliki kadar abu tidak memenuhi SNI baik yang diaktivasi selama 0, 1, 2 maupun 3 jam. Tingginya kadar abu ini disebabkan

68 oleh proses oksidasi. Kadar abu yang diinginkan adalah serendah mungkin sehingga adsorpsi gas ataupun cairan dapat berlangsung lebih baik. Hal ini disebabkan karena kandungan mineral dalam abu seperti kalsium, kalium, magnesium dan natrium dapat menyebar dalam kisi-kisi arang aktif dan menutupi pusat aktif (Pari, 1995). Berdasarkan sidik ragam (Lampiran 9a), dapat diketahui bahwa faktor bahan baku, waktu aktivasi dan interaksi keduanya memberikan pengaruh yang sangat nyata terhadap kadar abu. Dan berdasarkan uji Tukey (Lampiran 9b) dapat diketahui bahwa arang aktif yang berasal dari tempurung kelapa dan Acacia mangium tidak memberikan perbedaan kadar abu yang nyata, sedangkan arang aktif yang berasal dari serbuk gergaji memberikan perbedaan yang nyata. Faktor waktu aktivasi selama 0 jam tidak berbeda nyata dengan waktu aktivasi selama 1 dan 2 jam, tetapi dengan waktu aktivasi selama 3 jam memberikan perbedaan kadar abu yang nyata. Sedangkan waktu aktivasi selama 1 jam dan 3 jam tidak berbeda nyata. Interaksi antara bahan baku dan waktu aktivasi menyebabkan kadar abu yang beragam. Dari hasil uji secara polinomial (Lampiran 9c), dapat dilihat bahwa kadar abu memiliki kecenderungan perubahan respon yang bersifat kubik untuk arang aktif yang berasal dari serbuk gergaji (SG) dan Acacia mangium (AM), sedangkan kadar abu untuk arang aktif yang berasal dari tempurung kelapa (TK) memiliki kecenderungan perubahan respon yang bersifat kuadratik seperti yang terlihat pada Gambar 19 di bawah ini.

69 Kadar Abu (Y, %) 35 30 25 20 15 10 SG : y = 4.8942x 3-19.895x 2 + 17.616x + 25.495 (R 2 = 0.9736) TK : y = 0.175x 2-0.556x + 8.6715 (R 2 = 0.3472) 5 AM : y = 1.2783x 3-6.2425x 2 + 7.9992x + 9.28 (R 2 = 0.9296) 0 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 Waktu Steam (X, jam) Serbuk Gergaji (SG Tempurung Kelapa (TK) Acacia Mangium (AM) nilai dugaan SG nilai dugaan TK nilai dugaan AM Gambar 19. Pengaruh Perlakuan Terhadap Kadar Abu Arang Aktif Pada arang aktif yang berasal dari serbuk gergaji dan Acacia mangium terjadi peningkatan dan penurunan nilai kadar abu jika waktu aktivasi ditambahkan. Nilai kadar abu untuk arang aktif serbuk gergaji mencapai titik maksimum pada waktu aktivasi 3 jam, sedangkan untuk arang aktif Acacia mangium mencapai titik maksimum pada waktu aktivasi 1 jam. Pada arang aktif tempurung kelapa nilai kadar abu cenderung menurun dan terus meningkat seiring dengan penambahan waktu aktivasi. Peningkatan kadar abu ini menunjukkan adanya proses oksidasi lebih lanjut terutama dari partikel halus. Nilai kadar abu ini mencapai titik minimum pada waktu aktivasi 2 jam. Kadar Karbon Terikat Karbon dalam arang adalah zat yang terdapat pada fraksi padat hasil pirolisis selain abu (zat organik) dan zat-zat atsiri yang masih terdapat pada pori-pori arang. Definisi kadar karbon terikat hanya berupa pendekatan.

70 Data selengkapnya tentang kadar karbon terikat tercantum pada Lampiran 1. Dari Tabel 16, dapat diketahui bahwa kadar karbon terikat yang diperoleh berkisar antara 59,97 90,86 %. Apabila hasil ini dibandingkan dengan penelitian arang aktif dari kulit kayu mangium skala laboratorium yaitu 54,60 79,70 % (Pari dkk, 2006), maka arang aktif hasil penelitian ini kualitasnya lebih baik. Kadar karbon terikat terendah diperoleh dari arang aktif serbuk gergaji yang diaktivasi selama 3 jam, sedangkan yang paling tinggi diperoleh dari arang aktif tempurung kelapa yang diaktivasi selama 1 jam. Sedangkan kadar karbon terikat arang yang diperoleh berkisar antara 67,63 77,69 %. Tabel 16. Hasil Analisa Kadar Karbon Terikat (%) Arang Aktif Bahan Baku Waktu Aktivasi (jam) 0 1 2 3 Serbuk gergaji 65,44 63,48 73,55 59,97 Acacia mangium 89,11 87,42 89,24 87,93 Tempurung kelapa 86,39 90,86 89,94 90,49 Kadar karbon yang diinginkan dalam pembuatan arang aktif adalah setinggi mungkin. Standar Nasional Indonesia (SNI, 1995) mensyaratkan kadar karbon terikat untuk arang aktif minimum 65 %, sehingga dengan demikian kadar karbon terikat arang aktif dari Acacia mangium dan tempurung kelapa memenuhi SNI sedangkan arang aktif dari serbuk gergaji yang diaktivasi selama 1 dan 3 jam tidak memenuhi persyaratan SNI. Rendahnya kadar karbon terikat ini menunjukkan banyak atom karbon yang bereaksi dengan uap air menghasilkan gas CO dan CO2 sehingga atom karbon yang tertata kembali membentuk struktur heksagonal sedikit. Besar kecilnya kadar karbon terikat dipengaruhi oleh kadar abu dan zat terbang juga dipengaruhi oleh kandungan selulosa dan lignin yang

71 dapat dikonversi menjadi atom karbon (Pari, 2004). Kadar karbon terikat berbanding terbalik dengan kadar abu dan kadar zat terbang. Berdasarkan sidik ragam dapat diketahui bahwa faktor bahan baku, waktu aktivasi dan interaksi keduanya memberikan pengaruh yang sangat nyata terhadap kadar karbon terikat (Lampiran 10a). Selanjutnya uji Tukey (Lampiran 10b) menunjukkan bahwa faktor bahan baku menyebabkan kadar karbon terikat saling berbeda satu sama lain. Faktor waktu aktivasi selama 0, 1 dan 3 jam tidak berbeda nyata, sedangkan aktivasi selama 2 jam menyebabkan perbedaan yang nyata terhadap kadar karbon terikat. Interaksi bahan baku dan waktu aktivasi juga menyebabkan kadar karbon terikat berbeda-beda pula. Dari hasil uji secara polinomial (Lampiran 10c), dapat dilihat bahwa kadar karbon terikat memiliki kecenderungan perubahan respon yang bersifat kubik untuk arang aktif yang berasal dari serbuk gergaji (SG), tempurung kelapa (TK) maupun yang berasal dari Acacia mangium (AM) seperti yang terlihat pada Gambar 20 di bawah ini. Namun, persamaan kubik dari Acacia mangium ini tidak signifikan secara statistik (nilai sigf. > 0,05). Pada arang aktif serbuk gergaji terjadi peningkatan dan penurunan nilai kadar karbon terikat jika waktu aktivasi bertambah dan mencapai titik maksimum pada waktu aktivasi 2 jam. Begitu pula pada arang aktif tempurung kelapa dan Acacia mangium, nilai kadar karbon terikat cenderung naik turun jika waktu aktivasinya berubah. Namun, naik turunnya nilai kadar karbon terikat ini tidak terlalu menyimpang besar.

72 Kadar Karbon Terikat (Y, %) 100 90 80 70 60 50 40 SG : y = -3.4517x 3 + 13.447x 2-9.9658x + 52.805 (R 2 =0.9868) 30 20 10 TK : y = 1.0458x 3-5.585x 2 + 8.5692x + 68.36 (R 2 = 0.9791) AM : y = -1.0092x 3 + 4.6275x 2-5.1533x + 70.75 (R 2 = 0.6291) 0 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 Waktu Steam (X, jam) Serbuk Gergaji (SG) Tempurung Kelapa (TK) Acacia mangium (AM) nilai dugaan SG nilai dugaan TK nilai dugaan AM Gambar 20. Pengaruh Perlakuan Terhadap Kadar Karbon Terikat Arang Aktif Daya Serap Iodium Daya serap terhadap iodium merupakan indikator penting dalam menilai arang aktif. Daya serap terhadap iodium menunjukkan kemampuan arang aktif menyerap zat dengan ukuran molekul yang lebih kecil dari 10 Aº atau memberikan indikasi jumlah pori yang berdiameter 10 15 Aº. Semakin tinggi daya serap iodium maka semakin baik kualitas arang aktif. Tujuan penetapan daya serap iodium adalah guna mengetahui kemampuan arang aktif untuk menyerap larutan berwarna. Daya serap iodium biasanya dijadikan indikator utama dalam menentukan kualitas arang aktif. Data selengkapnya untuk daya serap iodium dapat dilihat pada Lampiran 1. Daya serap iodium arang berkisar antara 120,9 279,0 mg/g. Sedangkan daya serap iodium arang aktif yang dihasilkan berkisar antara 321,80 541,50 mg/g (Tabel 17). Daya serap iodium terendah terdapat pada arang aktif serbuk gergaji yang

73 diaktivasi selama 0 jam dan tertinggi adalah arang aktif Acacia mangium yang diaktivasi selama 2 jam. Tabel 17. Hasil Analisa Daya Serap Iodium (mg/g) Arang Aktif Bahan Baku Waktu Aktivasi (jam) 0 1 2 3 Serbuk gergaji 321,80 342,45 390,00 353,75 Acacia mangium 524,10 528,30 541,50 526,55 Tempurung kelapa 351,15 334,25 325,15 416,05 Daya serap iodium yang diinginkan adalah daya serap iodium yang tinggi. Standar Nasional Indonesia (SNI, 1995) mensyaratkan daya serap iodium untuk arang aktif minimum 750 mg/g. Pada umumnya arang aktif yang dihasilkan tidak memenuhi SNI karena daya serap yang dihasilkan kurang dari 750 mg/g, tetapi untuk arang aktif Acacia mangium memenuhi syarat Standar Amerika (American WaterWorks Association/AWWA, 1978) karena daya serapnya lebih dari 500 mg/g. Apabila dilihat dari daya serap yang memenuhi standar AWWA maka aplikasi dari arang aktif ini lebih baik digunakan untuk menarik kotoran baik kation maupun anion yang terdapat dalam air. Apabila hasil ini dibandingkan dengan daya serap arang aktif dari kulit kayu mangium skala laboratorium yaitu berkisar antara 369 607 mg/g (Pari dkk, 2006), maka daya serap hasil penelitian tidak jauh berbeda. Namun demikian terdapat perbedaan yang nyata apabila dibandingkan dengan hasil penelitian skala laboratorium Pari (2000) yang menyimpulkan daya serap terhadap yodium antara 667 866,23 mg/g. Perbedaan ini lebih disebabkan oleh suhu aktivasi yang berbeda yaitu 900 ºC. Rendahnya daya serap ini mungkin juga disebabkan karena dinding pori karbon mulai rusak atau erosi sehingga luas permukaan pori menurun

74 kembali dan diikuti dengan menurunnya daya serap terhadap yodium. Selain itu rendahnya daya serap terhadap yodium ini menggambarkan terbentuknya struktur mikropori yang sedikit dan tidak dalam (Heng et al, 1985 dalam Pari 1995). Uji sidik ragam (Lampiran 11a) menunjukkan bahwa bahan baku, waktu aktivasi dan interaksi keduanya berpengaruh sangat nyata terhadap daya serap iodium. Uji lanjut Tukey (Lampiran 11b) menunjukkan bahwa arang aktif yang berasal dari serbuk gergaji dan tempurung kelapa tidak berbeda nyata dalam hal daya serap iodium, tetapi arang aktif Acacia mangium berbeda nyata. Sedangkan untuk waktu aktivasi 0 jam tidak berbeda nyata dengan 1 jam tetapi berbeda nyata dengan waktu aktivasi 2 dan 3 jam, kemudian waktu aktivasi 2 jam berbeda nyata dengan 3 jam dalam hal daya serap iodium. Interaksi antara bahan baku dengan waktu aktivasi menyebabkan daya serap iodium yang bervariasi. Dari hasil uji secara polinomial (Lampiran 11c), dapat dilihat bahwa daya serap iodium memiliki kecenderungan perubahan respon yang bersifat kubik untuk arang aktif yang berasal dari serbuk gergaji (SG), tempurung kelapa (TK) maupun yang berasal dari Acacia mangium (AM) seperti yang terlihat pada Gambar 21 di bawah ini. Pada arang aktif yang berasal dari ketiga bahan di atas terjadi peningkatan dan penurunan nilai daya serap iodium jika waktu aktivasi terus bertambah. Daya serap iodium maksimum terjadi pada arang aktif serbuk gergaji dan Acacia mangium dengan waktu aktivasi 2 jam, sedangkan pada arang aktif tempurung kelapa nilai maksimum terjadi waktu aktivasi 3 jam.

75 Daya Serap Iodium (Y, %) 600 500 400 300 200 100 0 AM : y = -6.4x 3 + 23.825x 2-13.225x + 524.1 (R 2 = 0.9258) SG : y = -18.9x 3 + 70.6x 2-31.05x + 321.8 (R 2 = 0.998) TK : y = 15.367x 3-42.2x 2 + 9.9333x + 351.15 (R 2 = 0.9955) 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 Waktu Aktivasi (X, jam) Serbuk Gergaji (SG) Tempurung Kelapa (TK) Acacia mangium (AM) nilai dugaan SG nilai dugaan TK nilai dugaan AM Gambar 21. Pengaruh Perlakuan Terhadap Daya Serap Iodium Arang Aktif Daya Serap Metanol Daya serap metanol menunjukkan kemampuan arang aktif untuk menyerap gas yang berasal dari kelompok gugus alkohol dengan gugus fungsi hidroksil. Metanol atau metil alkohol merupakan salah satu alkohol rantai pendek yang larut dalam air atau biasa disebut dengan senyawa polar. Metanol biasa digunakan sebagai pelarut, antifreeze radiator mobil, sintesis formaldehid, metilamina, metilklorida, metilsalisilat dan lain-lain. Dari hasil percobaan didapatkan daya serap terhadap metanol berkisar antara 5,571 12,094 %, untuk data selengkapnya terdapat pada Lampiran 2. Untuk daya serap arang terhadap metanol berkisar antara 4,954 11,053 %. Daya serap metanol tertinggi dihasilkan oleh arang aktif yang berasal dari tempurung kelapa yang diaktivasi selama 1 jam selama waktu inkubasi 7 x 24 jam yaitu sebesar 12,094 %. Sedangkan daya serap metanol terendah pada arang aktif serbuk gergaji kayu campuran yang diaktivasi 1 jam selama waktu inkubasi 3 x 24 jam yaitu sebesar 5,571 %.

76 Berdasarkan analisis sidik ragam (Lampiran 12a), menunjukkan bahwa baik faktor bahan baku, waktu aktivasi maupun interaksi keduanya memberikan pengaruh yang sangat nyata terhadap daya serap metanol. Untuk melihat lebih jelas kemampuan arang aktif terhadap daya serap metanol selama 7 (tujuh) hari dibuat diagram seperti tercantum pada Gambar 22 di bawah ini. Pada arang aktif serbuk gergaji dan tempurung kelapa terjadi peningkatan dan penurunan nilai daya serap metanol jika waktu aktivasi terus ditambah. Sedangkan arang aktif Acacia mangium nilai daya serap terhadap metanol cenderung meningkat dan kemudian menurun seiring dengan penambahan waktu aktivasi. Daya Serap Metanol %) 14 12 10 8 6 4 2 0 1 2 3 4 5 6 7 Pengukuran Ke SG : Serbuk Gergaji, TK : Tempurung Kelapa, AM : Acacia mangium 0, 1, 2, 3 : Waktu Aktifasi (jam), H3PO4 : Asam Fosfat 5% Arang SG SG0 SG1 SG2 SG3 Arang TK TK0 TK1 TK2 TK3 Arang AM AM0 AM1 AM2 AM3 AMH3PO4-0 AMH3PO4-1 AMH3PO4-2 AMH3PO4-3 Gambar 22. Histogram Pengaruh Perlakuan Terhadap Daya Serap Metanol

77 Daya Serap Karbon Tetraklorida (CCl4) Daya serap arang terhadap CCl4 yang dihasilkan berkisar antara 3,808 8,565 %. Sedangkan daya serap arang aktif terhadap CCl4 berkisar antara 6,331 11,155 %, untuk data selengkapnya terdapat pada Lampiran 3. Angka ini tidak ada yang memenuhi standar Departemen Kesehatan (Sudrajat dan salim, 1994) dan standar Jepang (1967) karena daya serapnya kurang dari 40 % dan 60 %. Apabila hasil ini dibandingkan dengan daya serap arang aktif dari serbuk gergajian sengon skala laboratorium yang menghasilkan daya serap antara 19,21 51,74 % (Pari dkk, 1996) maka arang aktif hasil penelitian kualitasnya masih lebih rendah. Daya serap CCl4 tertinggi dihasilkan oleh arang aktif yang berasal dari serbuk gergaji kayu campuran yang diaktivasi 2 jam selama waktu inkubasi 5 x 24 jam yaitu sebesar 11,155 %, sedangkan daya serap terendah terdapat pada arang aktif tempurung kelapa yang diaktivasi 3 jam selama waktu inkubasi 24 jam yaitu sebesar 6,331 %. Berdasarkan analisis sidik ragam (Lampiran 12b), menunjukkan bahwa baik faktor bahan baku, waktu aktivasi maupun interaksi keduanya memberikan pengaruh yang sangat nyata terhadap daya serap CCl4. Untuk melihat lebih jelas kemampuan arang aktif terhadap daya serap CCl4 selama 7 (tujuh) hari dibuat diagram seperti tercantum pada Gambar 23. Pada arang aktif yang berasal dari Acacia mangium nilai daya serap CCl 4 cenderung menurun dari waktu ke waktu. Pada arang aktif tempurung kelapa nilai daya serap CCl 4 cenderung naik kemudian menurun jika waktu aktivasi terus

78 ditambah. Sedangkan pada arang aktif serbuk gergaji nilai daya serap CCl 4 cenderung bersifat fluktuatif (naik-turun) dengan penambahan waktu aktivasi. Daya Serap CCl4 (%) 12 10 8 6 4 2 0 1 2 3 4 5 6 7 Pengukuran ke SG : Serbuk Gergaji, TK : Tempurung Kelapa, AM : Acacia mangium 0, 1, 2, 3 : Waktu Aktifasi (jam) H3PO4 : Asam Fosfat 5% Arang SG SG0 SG1 SG2 SG3 Arang TK TK0 TK1 TK2 TK3 Arang AM AM0 AM1 AM2 AM3 AMH3PO4-0 AMH3PO4-1 AMH3PO4-2 AMH3PO4-3 Gambar 23. Histogram Pengaruh Perlakuan Terhadap Daya Serap CCl4 Daya Serap Kloroform (CHCl3) Kloroform merupakan senyawaan organohalogen yang bersifat racun dan harus digunakan secara hati-hati karena dapat menyebabkan kerusakan hati bila dihirup berlebihan. Daya serap kloroform memberikan indikasi kemampuan arang aktif dalam menyerap gas yang bersifat polar. Daya serap arang aktif terhadap kloroform hasil percobaan berkisar antara 9,389 16,832 %, untuk data selengkapnya terdapat pada Lampiran 4. Untuk daya serap arang berkisar antara 9,298 14,398 %. Angka ini tidak ada yang memenuhi standar Departemen Kesehatan (Sudrajat dan Salim, 1994) dan standar Jepang (1967) karena daya serapnya kurang dari 40 % dan 60 %. Rendahnya daya serap ini disebabkan karena terdapatnya gugus P2O5 hasil dekomposisi

79 H3PO4 yang menempel dan terikat pada permukaan arang aktif sehingga lebih bersifat polar. Apabila hasil ini dibandingkan dengan daya serap arang aktif dari serbuk gergajian sengon skala laboratorium yang menghasilkan daya serap antara 20,75 42,28 % (Pari dkk, 1996) maka arang aktif hasil penelitian kualitasnya masih lebih rendah. Besar kecilnya daya serap arang aktif terhadap kloroform dan karbon tetra klorida banyak dipengaruhi oleh tingkat kepolaran dari permukaan arang aktif seperti adanya senyawa fenol, aldehid dan karboksilat. Hasil penelitian menunjukkan bahwa daya serap arang aktif terhadap CHCl3 lebih besar dibandingkan dengan daya serap terhadap CCl4. Hal ini menunjukkan bahwa arang aktif yang dihasilkan permukaannya banyak mengandung senyawa yang bersifat polar seperti fenol, aldehid dan karboksilat. Daya serap kloroform tertinggi dihasilkan oleh arang aktif yang berasal dari tempurung kelapa yang diaktivasi 1 jam selama waktu inkubasi 2 x 24 jam yaitu sebesar 16,832 %. Sedangkan daya serap kloroform terendah pada arang aktif serbuk gergaji yang diaktivasi 1 jam selama waktu inkubasi 2 x 24 jam yaitu sebesar 16,832 %. Berdasarkan analisis sidik ragam (Lampiran 12c), menunjukkan bahwa baik faktor bahan baku, waktu aktivasi maupun interaksi keduanya memberikan pengaruh yang sangat nyata terhadap daya serap kloroform. Untuk melihat lebih jelas kemampuan arang aktif terhadap daya serap CHCl3 selama 7 (tujuh) hari dibuat diagram seperti tercantum pada Gambar 24. Pada arang aktif serbuk gergaji dan Acacia mangium nilai daya serap CHCl 3

80 mengalami fluktuatif (naik-turun) jika waktu aktivasi terus ditambah. Pada arang aktif tempurung kelapa nilai daya serap CHCl 3 cenderung meningkat kemudian menurun seiring dengan penambahan waktu aktivasi. Daya Srap CHCl3 (%) 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 1 2 3 4 5 6 7 Pengukuran Ke SG : Serbuk Gergaji, TK : Tempurung Kelapa, AM : Acacia mangium 0, 1, 2, 3 : Waktu Aktifasi (jam) H3PO4 : Asam Fosfat 5% Arang SG SG0 SG1 SG2 SG3 Arang TK TK0 TK1 TK2 TK3 Arang AM AM0 AM1 AM2 AM3 AMH3PO4-0 AMH3PO4-1 AMH3PO4-2 AMH3PO4-3 Gambar 24. Histogram Pengaruh Perlakuan Terhadap Daya Serap CHCl3 Daya Serap Formaldehida Daya serap formaldehida menunjukkan kemampuan arang aktif untuk menyerap gas.dari hasil percobaan didapatkan daya serap arang dan arang aktif terhadap formaldehida berkisar antara 6,511 13,689 % dan 7,966 17,420 %, untuk data selengkapnya terdapat pada Lampiran 5. Arang aktif hasil penelitian ini masih berbeda jauh dengan hasil penelitian yang dilakukan oleh Asano et al. (1999) yang menyimpulkan senyawa formaldehida yang dapat diserap oleh arang dapat mencapai 40 90 %. Perbedaan ini lebih disebabkan oleh proses pembuatan arangnya yang mencapai suhu 1000 ºC. Hasil ini menunjukkan bahwa permukaan

81 arang aktif bersifat polar sehingga dapat menarik polutan yang juga bersifat polar seperti aldehid. Dari hasil ini mengindikasikan juga arang aktif hasil penelitian dapat digunakan di dalam ruangan atau pabrik untuk mengadsorpsi polutan yang dikeluarkan di dalam ruangan. Daya serap formaldehida tertinggi dihasilkan oleh arang aktif yang berasal dari tempurung kelapa yang diaktivasi 2 jam selama waktu inkubasi 7 x 24 jam yaitu sebesar 17,420 %. Sedangkan daya serap formaldehida terendah pada arang aktif serbuk gergaji yang diaktivasi 2 jam selama waktu inkubasi 7 x 24 jam yaitu sebesar 7,966 %. Berdasarkan analisis sidik ragam (Lampiran 12d), menunjukkan bahwa baik faktor bahan baku, waktu aktivasi maupun interaksi keduanya memberikan pengaruh yang sangat nyata terhadap daya serap formaldehida. Untuk melihat lebih jelas kemampuan arang aktif terhadap daya serap formaldehida selama 7 (tujuh) hari dibuat diagram seperti tercantum pada Gambar 25. Pada arang aktif serbuk gergaji dan Acacia mangium nilai daya serap formaldehida mengalami fluktuatif (naik-turun) jika waktu aktivasi terus ditambah. Sedangkan pada arang aktif tempurung kelapa nilai daya serap formaldehida cenderung meningkat kemudian menurun seiring dengan penambahan waktu aktivasi.

82 Daya Serap Formaldehida (%) 20,000 18,000 16,000 14,000 12,000 10,000 8,000 6,000 4,000 2,000 0,000 1 2 3 4 5 6 7 Arang SG SG0 SG1 SG2 SG3 Arang TK TK0 TK1 TK2 TK3 Arang AM AM0 AM1 AM2 AM3 AMH3PO4-0 AMH3PO4-1 AMH3PO4-2 AMH3PO4-3 Pengukuran Ke SG : Serbuk Gergaji, TK : Tempurung Kelapa, AM : Acacia mangium 0, 1, 2, 3 : Waktu Aktifasi (jam) H3PO4 : Asam Fosfat 5% Gambar 25. Histogram Pengaruh Perlakuan Terhadap Daya Serap Formaldehida Daya Serap Benzena Benzena merupakan senyawa aromatis yang paling sederhana. Berasal dari batu bara dan minyak bumi. Sifat fisika senyawa tersebut yaitu titik didih cairan 80 ºC, tidak berwarna, tidak larut dalam air, larut dalam kebanyakan pelarut organik, mudah terbakar dengan nyala yang berjelaga dan berwarna (karena kadar C tinggi). Penetapan daya serap benzena memberikan indikasi kemampuan arang aktif dalam meneyerap gas yang bersifat non polar dengan ukuran molekul kurang dari 6 Aº. Dari hasil percobaan didapatkan daya serap arang dan arang aktif terhadap benzena berkisar antara 4,045 7,797 % dan 3,394 7,173 %, untuk data selengkapnya terdapat pada Lampiran 6. Daya serap arang aktif terhadap benzena yang dihasilkan ini belum memenuhi syarat Standar Nasional Indonesia (SNI, 1995) karena masih kurang dari 25 %. Rendahnya daya serap ini menunjukkan

83 bahwa masih terdapatnya senyawa non karbon yang menempel pada permukaan arang aktif terutama atom H dan O sehingga permukaan arang aktifnya lebih bersifat non polar. Apabila hasil ini dibandingkan dengan daya serap arang aktif dari kulit kayu mangium skala laboratorium yang menghasilkan daya serap antara 9,22 16,20 % (Pari dkk, 2006), maka arang aktif hasil penelitian masih lebih rendah. Dalam penelitian ini arang aktif yang dihasilkan mempunyai daya serap terhadap benzena lebih rendah bila dibandingkan terhadap CCl4. Hal ini mungkin disebabkan karena perbedaan tingkat kepolaran, dimana CCl4 lebih bersifat non polar dibandingkan dengan benzena selain itu rendahnya daya serap terhadap benzena ini disebabkan oleh strukturnya yang berbentuk aromatik. Daya serap benzena tertinggi dihasilkan oleh arang aktif yang berasal dari acacia mangium yang diaktivasi 2 jam selama waktu inkubasi 6 x 24 jam yaitu sebesar 7,173 %. Sedangkan daya serap benzena terendah pada arang aktif acacia mangium yang diaktivasi 3 jam selama waktu inkubasi 7 x 24 jam yaitu sebesar 3,394 %. Untuk melihat lebih jelas kemampuan arang aktif terhadap daya serap benzena selama 7 (tujuh) hari dibuat diagram seperti tercantum pada Gambar 26. Pada arang aktif yang berasal dari tempurung kelapa nilai daya serap benzena cenderung menurun dari waktu ke waktu, berbanding lurus dengan waktu aktivasi. Sedangkan pada arang aktif serbuk gergaji dan Acacia mangium nilai daya serap benzena ini turun naik.

84 Daya Serap Benzena (%) 9,000 8,000 7,000 6,000 5,000 4,000 3,000 2,000 1,000-1 2 3 4 5 6 7 Arang SG SG0 SG1 SG2 SG3 Arang TK TK0 TK1 TK2 TK3 Arang AM AM0 AM1 AM2 AM3 AMH3PO4-0 AMH3PO4-1 AMH3PO4-2 AMH3PO4-3 Pengukuran Ke SG : Serbuk Gergaji, TK : Tempurung Kelapa, AM : Acacia mangium 0, 1, 2, 3 : Waktu Aktifasi (jam) H3PO4 : Asam Fosfat 5% Gambar 26. Histogram Pengaruh Perlakuan Terhadap Daya Serap Benzena Peningkatan Mutu Arang Aktif Mengingat dalam skala komersial, konsumen cenderung memilih arang aktif dengan mutu yang memenuhi standar maksimum terutama untuk keperluan ekspor, maka dilakukan upaya untuk mencapai standar dimaksud. Sebagaimana dikemukakan di atas bahwa untuk mendapatkan kondisi optimum arang aktif dalam hal daya serap, derajat kristalinitas dan ukuran pori arang aktif yang memenuhi persyaratan Standar Nasional Indonesia (SNI), maka perlu dilakukan peningkatan mutu terhadap ketiga bahan baku arang aktif (serbuk gergaji, tempurung kelapa dan Acacia mangium) yang memiliki kualitas terbaik terutama dalam hal daya serap terhadap iodium karena merupakan indikator utama dalam menentukan kualitas arang aktif. Selanjutnya guna mencapai mutu arang aktif yang memenuhi SNI, maka arang aktif yang memiliki kualitas terbaik yaitu daya serap iodnya memenuhi standar American Water Works Association (AWWA,

85 1978) dilakukan aktivasi dengan cara kombinasi kimia dan fisika, yaitu menggunakan larutan H3PO4 5 % dengan waktu aktivasi 0, 1, 2 dan 3 jam. Dalam penelitian ini arang aktif yang berasal dari Acacia mangium yang akan dilakukan peningkatan mutu. Identifikasi Gugus Fungsi Arang Aktif Hasil identifikasi gugus fungsi dengan spektofotometri arang aktif Acacia mangium yang direndam dengan H3PO4 5 % menunjukkan adanya ikatan C-H dari senyawa aromatik yang ditunjukkan dengan adanya pita serapan di daerah bilangan gelombang 1537 cm -1. Disamping itu juga terdapat gugus C-O yang ditunjukkan dengan adanya pita serapan di daerah bilangan gelombang 1061 cm -1 dan serta terindikasi adanya struktur polisiklik pada pita serapan di daerah bilangan gelombang 873 cm -1. Adanya gugus C-O menyebabkan permukaan arang aktif lebih bersifat polar. Gambar 27. Spektrum Serapan IR Arang Aktif Acacia mangium yang Diaktivasi dengan H3PO4 5 %

86 Identifikasi Pola Struktur Kristalit Arang Aktif Hasil identifikasi pola struktur dengan XRD pada arang aktif Acacia mangium yang diaktivasi dengan H3PO4 5 % (Gambar 28) menunjukkan derajat kristalinitas lebih besar (58,23 %) bila dibandingkan dengan arang aktif yang diaktivasi dengan H2O (40,68 %) (Tabel 23). Akibat lain dari arang aktif yang diaktivasi dengan H3PO4 5 % adalah tinggi antar lapisan aromatik (Lc) menjadi lebih pendek, yang semula 4,0658 nm menjadi 4,0150 nm. Sedangkan jarak antar lapisan (d) lebih besar yang semula 0,2975 nm menjadi 0,2055 nm. Lebar (La) antar lapisan relatif tetap dan jumlah (N) lapisan aromatik lebih sedikit yaitu dari 13,67 menjadi 10,84. Dengan demikian dapat dikemukakan bahwa arang yang diaktivasi dengan H3PO4 5 % pada strukturnya lebih kristalin dibanding dengan aktivator H2O. 600 500 Intensitas 400 300 200 100 0 0 20 40 60 80 100 Sudut Difraksi (derajat) Gambar 28. Difraktogram XRD Arang Aktif Acacia mangium yang Diaktivasi dengan H3PO4 5 %

87 Identifikasi Topografi Permukaan Pori Arang Aktif Hasil analisis topografi permukaan arang aktif dengan SEM (Gambar 29) memperlihatkan bahwa ukuran diameter pori arang yang diaktivasi dengan H3PO4 5 % lebih besar (0,14 0,35 µm) bila dibandingkan dengan yang menggunakan aktivator H2O (0,07 µm) (Tabel 23). Gambar 29. Topografi Permukaan Arang Aktif yang Diaktivasi dengan H3PO4 5 % Mutu Arang Aktif Hasil analisis (Tabel 23) menunjukkan bahwa arang yang diaktivasi dengan H3PO4 5 % memiliki rendemen lebih rendah (40,54 %) bila dibandingkan dengan arang yang diaktivasi dengan H2O (63,10 %). Kadar air dari arang aktif yang diaktivasi dengan H3PO4 5 % lebih besar, peningkatan kadar air ini dapat terjadi karena adanya reaksi oksidasi dan reduksi antara bahan baku dengan asam fosfat dimana asam fosfat tereduksi menjadi fosfat anhidrida yang bersifat dapat menarik uap air dari udara. Sedangkan kadar abu dan kadar zat terbang dari arang aktif yang diaktivasi dengan H3PO4 5 % lebih rendah sehingga kadar karbon yang dihasilkan juga lebih besar. Rendahnya kadar zat terbang menunjukkan

88 bahwa residu-residu senyawa hidrokarbon yang menempel pada permukaan arang aktif terekstraksi dan pada waktu proses aktivasi dengan uap air terjadi, yang diikuti dengan pelepasan senyawa tersebut yang tereduksi oleh asam fosfat karena salah satu fungsi bahan pengaktif ini tidak menyebabkan residu hidrokarbon membentuk senyawa organik oksigen yang dapat bereaksi dengan kristalit karbon (Hassler, 1963 dalam Sudradjat dan Suryani, 2002). Hasil analisis daya serap arang aktif (Tabel 23) menunjukkan bahwa arang yang diaktivasi dengan H3PO4 5 % daya serap terhadap iodin untuk aktivasi 0 dan 1 jam lebih besar dibandingkan dengan yang diaktivasi dengan H2O. Besarnya daya serap ini menunjukkan bahwa proses oksidasi dan reduksi antara senyawa hidrokarbon dengan asam fosfat melalui efek interkalasi yaitu masuk atau terserapnya anion dari asam fosfat diantara pelat-pelat karbon heksagonal dalam struktur karbon sehingga terjadi pendesakan terhadap residu hidrokarbon yang berada diantara pelat-pelat karbon heksagonal dari kristalit yang dengan sendirinya akan meningkatkan pembentukan pori arang aktif. Daya serap yang dihasilkan belum memenuhi standar SNI karena masih kurang dari 750 mg/g, tetapi memenuhi standar Amerika (AWWA, 1978) hanya arang aktif yang diaktivasi 0 dan 1 jam. Sedangkan daya serap terhadap CCl4 dan formaldehida dari arang aktif yang diaktivasi dengan H3PO4 5 % lebih kecil kecuali yang diaktivasi 2 jam, daya serap terhadap CHCl3 juga lebih kecuali yang diaktivasi 3 jam. Untuk daya serap terhadap benzena arang aktif yang diaktivasi dengan H3PO4 5 % lebih besar karena asam fosfat mampu mengoksidasi senyawa deposit hidrokarbon yang

89 terdapat pada permukaan kristalit arang aktif sehingga mengurangi tingkat kepolaran pada atom karbon. Tabel 23. Perbandingan Mutu Arang Aktif Acacia mangium yang Diaktivasi dengan H2O dan H3PO4 5 % Sifat Bahan Waktu aktivasi (jam) pengaktif 0 1 2 3 Rendemen (%) Kadar air (%) Kadar abu (%) Kadar zat terbang (%) Kadar karbon terikat (%) Daya serap iodium (mg/g) Daya serap metanol (%) Daya serap CCl4 (%) Daya serap CHCl3 (%) Daya serap formaldehida (%) Daya serap benzena (%) Diameter pori (µm) Derajat kristalinitas (%) Tinggi lapisan aromatik (nm) Lebar lapisan aromatik (nm) Jumlah lapisan aromatik Jarak antar lapisan aromatik, nm (? 44) H2O H3PO4 5 % H2O 3,98 H3PO4 5 % 5,25 H2O 2,58 H3PO4 5 % 2,31 H2O 8,31 H3PO4 5 % 7,01 H2O 89,11 H3PO4 5 % 90,69 H2O 524,10 H3PO4 5 % 657,20 H2O 8,107 H3PO4 5 % 7,129 H2O 8,911 H3PO4 5 % 8,386 H2O 14,275 H3PO4 5 % 13,242 H2O 12,434 H3PO4 5 % 6,565 H2O 6,071 H3PO4 5 % 7,134 H2O - H3PO4 5 % 0,14-0,35 H2O - H3PO4 5 % 58,23 H2O H3PO4 5 % 4,0150 H2O H3PO4 5 % 4,22 H2O H3PO4 5 % 10,84 H2O H3PO4 5 % 0,2101 63,10 40,54 3,04 2,24 1,75 5,08 5,42 11,29 4,55 3,35 4,04 2,80 2,05 1,63 8,04 7,42 8,03 7,07 6,24 6,44 87,42 89,24 87,93 90,14 91,72 91,94 528,30 541,50 526,55 555,45 454,60 453,70 9,248 9,312 8,369 6,758 8,099 6,757 8,462 8,597 8,007 7,099 9,141 7,453 13,814 14,603 12,662 13,528 13,578 13,179 16,113 14,754 14,293 13,975 14,873 13,780 6,244 6,917 3,808 6,422 8,084 6,064-0,07 - - 40,68 - - 4,0658 - - 4,22 - - 13,67 - - 0,2975 -

90 Aplikasi Arang Aktif Sebagai Adsorben pada Air Limbah Sebagaimana dikemukakan sebelumnya bahwa mutu arang aktif dengan aktivator larutan H3PO4 5 % memenuhi standar Amerika terutama yang diaktivasi 0 dan 1 jam, maka arang aktif yang mempunyai daya serap terhadap yodium paling besar yang akan digunakan sebagai adsorben pada pengolahan air limbah. Dalam hal ini arang aktif yang dimaksud adalah arang aktif yang berasal dari Acacia mangium yang diaktivasi dengan larutan H3PO4 5 % tanpa diaktivasi dengan H 2 O. Permasalahan air bersih sebenarnya ada pada pembuangan limbah cair yang dilakukan secara sembarangan dari hasil kegiatan industri serta limbah domestik perkotaan. Ditambah lagi dengan kurangnya usaha untuk mengolah limbah cair secara benar. Berdasarkan hal itu, maka dilakukan penelitian aplikasi arang aktif dimana proses pembuatannya dicoba skala industri kecil dengan retort kapasitas produksi 100 kg sebagai adsorben pada pengolahan air limbah rumah tangga, limbah rumah sakit dan limbah industri pelapisan nikel. Limbah Rumah Tangga Limbah rumah tangga dalam penelitian ini berasal dari bekas hasil cucian pakaian yang menggunakan detergent sebagai pembersihnya. Perlakuan dengan arang aktif (Tabel 24) mampu menurunkan kadar Biological Oxygen Demand

91 (BOD), Total Suspended Solid (TSS) serta minyak dan lemak. Sedangkan nilai derajat keasaman (ph) naik. Tabel 24. Perubahan Kualitas Limbah Rumah Tangga Sebelum dan Sesudah Perlakuan Arang Aktif No Parameter analisis Kadar maksimum Hasil analisa sebelum diberi ar ang aktif Hasil analisa setelah diberi arang aktif 1 ph 6-9 8,07 1 % = 8,54 2 % = 8,50 3 % = 8,66 2 BOD (mg/l) 100 1186 1 % = 23,3 2 % = 26,7 3 % = 20 3 TSS (mg/l) 100 700 1 % = 16 2 % = 16 3 % = 17 4 Minyak dan lemak (mg/l) Derajat Keasaman (ph) 10 54,74 1 % = 12,11 2 % = 12,11 3 % = 13,68 Perlakuan arang aktif baik yang 1 %, 2 % maupun 3 % semuanya menyebabkan nilai ph naik tetapi nilainya masih di bawah kadar maksimum. Peningkatan nilai ph terbesar terdapat pada perlakuan arang aktif 3 % (mengalami kenaikan 7, 31 %) dan terendah pada perlakuan arang aktif 2 % (mengalami kenaikan 5, 33 %). Biological Oxygen Demand (BOD) Angka BOD adalah jumlah oksigen yang dibutuhkan oleh bakteri untuk menguraikan (mengoksidasikan) hampir semua zat organis yang terlarut dan sebagian zat-zat organik yang tersuspensi dalam air. Pemeriksaan BOD ini diperlukan untuk menentukan beban pencemaran air limbah yang disebabkan oleh senyawa organik yang dapat diuraikan oleh bakteri.

92 Semua perlakuan arang aktif mampu menurunkan kadar BOD, penurunan BOD terbesar terdapat pada perlakuan arang aktif 3 % sebesar 98,31 % dan terendah pada konsentrasi 2 % sebesar 97,75 %. Total Suspended Solid (TSS) TSS adalah zat padat total terdiri dari zat padat terlarut dan zat padat tersuspensi yang dapat bersifat organik dan anorganik. Semua perlakuan arang aktif mampu menurunkan kadar TSS, penurunan TSS terbesar terdapat pada perlakuan arang aktif 1 dan 2 % sebesar 97,71 % dan terendah pada konsentrasi 3 % sebesar 97,57 %. Hal ini menunjukkan arang aktif dapat menyerap zat-zat organik maupun anorganik yang terdapat dalam air limbah. Minyak dan Lemak Semua perlakuan arang aktif mampu menurunkan kadar minyak dan lemak meskipun masih di atas kadar maksimum, penurunan minyak dan lemak terbesar terdapat pada perlakuan arang aktif 1 dan 2 % sebesar 77,88 % dan terendah pada konsentrasi 3 % sebesar 75,01 %. (a) (b) (c) (d) Gambar 30. Perubahan Warna Air Limbah Rumah Tangga (a) Sebelum Perlakuan Arang Aktif, (b) Perlakuan Arang Aktif 1 %, (c) Perlakuan Arang Aktif 2 % dan (d) Perlakuan Arang Aktif 3 %