PENURUNAN KADAR PHENOL DENGAN MEMANFAATKAN BAGASSE FLY ASH DAN CHITIN SEBAGAI ADSORBEN Anggit Restu Prabowo 2307 100 603 Hendik Wijayanto 2307 100 604 Pembimbing : Ir. Farid Effendi, M.Eng Pembimbing : Ir. Sri Murwanti, MT JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2010
PENDAHULUAN
LATAR BELAKANG LIMBAH PADAT INDUSTRI LIMBAH CAIR Phenol LIMBAH GAS Phenol limbah cair berbahaya bersifat beracun, sulit didegradasi mikroorganisme pengurai, iritasi pada kulit dan mengganggu pernafasan manusia Adsorbsi merupakan proses yang efisien dalam removal phenol Adsorben : 1. Bagasse Fly Ash 2. Chitin
PERUMUSAN MASALAH Penurunan kadar phenol pada limbah industri dengan menggunakan methode adsorpsi Pemanfaatan Bagasse Fly Ash dan Chitin dari kerang sebagai adsorben
BATASAN MASALAH Percobaan dilakukan dalam skala laboratorium Bagasse Fly ash yang digunakan dalam penelitian berasal dari industri gula dengan proses aktivasi Chitin yang digunakan dalam penelitian berasal dari kerang dengan proses aktivasi Proses adsorpsi dilakukan secara batch dengan alat jar test Limbah yang digunakan adalah limbah sintetis yang mengandung phenol
TUJUAN PENELITIAN Mengetahui penurunan kadar phenol dengan cara adsorpsi Menentukan besarnya konstanta kesetimbangan adsorpsi dengan persamaan Langmuir dan Freundlich
MANFAAT PENELITIAN Pemanfaatan bagasse fly ash dan chitin sebagai adsorben Solusi penanganan limbah cair pada industri yang mengandung phenol
TINJAUAN PUSTAKA
ADSORPSI Adsorpsi Pemisahan komponen tertentu dari suatu fluida yang berpindah ke permukaan adsorben. Faktor-faktor yang mempengaruhi Adsorpsi: - Luas Permukaan adsorben - karakteristik adsorben dan adsorbat - ph - Pengadukan - Waktu kontak adsorben dengan adsorbat
JENIS-JENIS ADSORPSI 1. Adsorpsi Kimia : Adsorpsi karena adanya reaksi kimia antara adsorbat dengan adsorben 2. Adsorpsi Fisika : Adsorpsi yang tidak disertai reaksi kimia antara adsorbat dengan adsorben Model matematik yang digunakan untuk penelitian ini adalah 1. Model Isothermal Langmuir 2. Model Isothermal Freundlich
Model Isothermal Langmuir Dimana: C = konsentrasi adsorbat dalam larutan x/m = konsentrasi adsorbat yang terserap per gram adsorben k = konstanta adsorpsi (x/m) maks = kapasitasadsorpsimaksimumdariadsorpsi dari adsorben C x m = ( x ) ( x ) k m 1 maks + 1 m maks C
Kurva Isotherm Langmuir
Model Isothermal Freundlich Dimana: x/m = konsentrasiadsorbatyang terserap per gram adsorben n = koefisien adsorpsi freundlich k = konstanta adsorbsi C = konsentrasi adsorbat dalam larutan
Kurva Isotherm Freundlich
PHENOL (C 6 H 5 OH) Phenol merupakan limbah cair yang sangat berbahaya bagi lingkungan WHO : Air minum Air limbah 0,001 ppm 0,3 ppm Ukuran molekul phenol = 6 Å
Tabel 2.1 Sifat-sifat fisik phenol Property Berat Molekul TitikBeku, o C Titik Didih (pada0,101 MPa), o C SuhuKritis, o C Tekanan Kritis, Mpa Spesifik Heat, J/(g.K) Pada22,7 o C(solid) Pada70 74 o C(liquid) Viskositas, mm 2 /s Pada60 o C Panas Pembentukan, J/g Panas Penguapan pada titik didih, J/g Panas Pembakaran, J/g Nilai 94,144 40,91 181,84 419 6,11 1,41 2,22 2,47 122,2 487,9-32,428
ADSORBEN 1. Bagasse Fly Ash (BFA) Bagasse Fly Ash merupakan limbah hasil pembakaran dari boiler di Pabrik Gula yang dikumpulkan oleh suatu alat khusus yang bernama Dust Collector Tabel 2.3 Karakteristik Fisika dari BFA Karakter Fisika Luas permukaan (m 2 /g) Volume Pori (cm 3 /g) Rata-rata diameter pori (Å) Bulk density (kg/m 3 ) 168,39 0,1067 25,54 270,50
Tabel 2.5 Komposisi BFA Analisis Kimia Kadar (%) SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 CaO MgO 51,05 10,75 3,45 6,04 1,10 Sumber: Vimal C.dkk, 2005
2. Chitin (C 8 H 13 NO 5 )n Chitin yang digunakan berasal dari kerang Tabel 2.6. Komposisi dari cangkang kerang Analisis Kimia Kadar (%) CaCO 3 Ca 3 (PO 4 ) 2 (C 8 H 13 NO 5 )n Protein FeO 60,5 10 22.46 6,04 1,00 Sumber : Vimal C.dkk, 2005
Tabel 2.5 spesifikasi Chitin Spesifikasi Kadar air Nitrogen Derajat deasetilasi Abu pada 900 o C Berat Molekul Konstanta Disosiasi Asam amino Diskripsi 2-10 % 6-7% 10% Kurang dari 1.0 % 1-510 (Chitin comersial) 6-7 Glisin, serin dan aspartat Sumber : Vimal C.dkk, 2005
PENELITIAN TERDAHULU No Nama Peneliti Judul Penelitian Hasil 1 Vimal C, dkk 2 Somnath Mukheerjee, dkk 3 Md. Ahmaruzzaman 4 Yustinah Adsorptive removal of phenol by bagassefly ash andactivated carbon:equilibrium,kineticand thermodynamics Removal of phenol from water environment by activated carbon,bagasseash and wood charcoal charcoal 90%. Adsorption of phenolic compounds on low-cost adsorbents PengaruhMassa AdsorbenChitin Pada Penurunan Kadar Asam Lemak Bebas, Bilangan Peroksida dan Warna Gelap Minyak Goreng Bekas. mampu menurunkan kadar phenol sampaikonsentrasi50 mg/l dari konsentrasi awal effesiensi penurunan kadar phenol dengankarbonaktif= 98% danbagassefly ash = 90%. bagasse fly ash mampu menurunkankadarphenol dengankapasitas0,47 0,66 mg/g adsorben adsorben Chitin mampu meningkatkan kualitas minyak goreng bekas ditinjau dari kadar FFA, bilangan peroksida dan warna minyak.
METODE PENELITIAN Variable yang digunakan: - Kondisi operasi : Kecepatan pengadukan = 100 rpm ph = 6 6,5 Suhu = 28 30 o C Ukuran adsorben: 1. BFA = 80-100 mesh 2. Chitin = 80-100 mesh - Variable : Konsentrasi phenol = (20, 50 dan 80) mg/l Massa adsorben = 5, 10 dan 15 gram BFA : Chitin = 1 : 1, 1 : 2, 2 : 1 massa 10 gr Waktu Pengadukan = ( 0,5 ; 1; 1,5; 3; 4 dan 5 ) jam.
SKEMA PERALATAN Keterangan gambar : 1. On/Off 2. Pengatur Kecepatan 3. Screneer 4. Beaker Glass 5. Impeler (Turbin)
DIAGRAM ALIR PENELITIAN
A. Pretreatment Adsorben Aktivasi Bagasse fly ash
Aktivasi Chitin
B. Proses Adsorbsi
HasilPercobaandanPembahasan 40 35 30 % adsorpsi 25 20 15 10 5 massa 5 gr massa 10 gr massa 15 gr 0 0 1 2 3 4 5 6 waktu (jam) Gambar 4.3 Pengaruh massa adsorben Bagasse Fly Ash dan waktu pengadukan terhadap% adsorbsi pada konsentrasi awal 20 mg/l
12 10 % adsorpsi 8 6 4 2 massa 5 gr massa 10 gr massa 15 gr 0 0 1 2 3 4 5 6 waktu (jam) Gambar 4.5 Pengaruh massa adsorben Bagasse Fly Ash dan waktu pengadukan terhadap % adsorbsi pada konsentrasi awal 80 mg/l
100 80 % Adsorbsi 60 40 20 massa 5 gr massa 10 gr massa 15 gr 0 0 1 2 3 4 5 6 waktu (jam) Gambar 4.6 Pengaruh massa adsorben kitin dan waktu pengadukan terhadap % adsorbsi pada konsentrasi awal 20 mg/l
40 30 % adsorbsi 20 10 massa 5 gr massa 10 gr massa 15 gr 0 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 waktu (jam) Gambar 4.7 Pengaruh massa adsorben kitin dan waktu pengadukan terhadap % adsorbsi pada konsentrasi awal 50 mg/l
25 20 % Adsorbsi 15 10 massa 5 gr massa 10 gr massa 15 gr 5 0 0 1 2 3 4 5 6 waktu (jam) Gambar 4.8 Pengaruh massa adsorben kitin dan waktu pengadukan terhadap % adsorbsi pada konsentrasi awal 80 mg/l
0.60 ko onsentrasi terserap (mg/g) 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 konsentrasi 20 mg/l konsentrasi 50 mg/l konsentrasi 80 mg/l 0.00 0 1 2 3 4 5 6 waktu (jam) Gambar 4.9 Pengaruh konsentrasi awal fenol dan waktu pengadukan terhadap konsentrasi yang teradsorb pada adsorben Bagasse Fly Ash 5 gram
0.60 Konsentras terserap i(mg/g) 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 konsentrasi 20 mg/l konsentrasi 50 mg/l konsentrasi 80 mg/l 0.00 0 1 2 3 4 5 6 waktu (jam) Gambar 4.10 Pengaruh konsentrasi awal fenol dan waktu pengadukan terhadap konsentrasi yang teradsorb pada adsorben Bagasse Fly Ash 10 gram
0.60 Konsen ntrasi terserap (mg/g) 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 konsentrasi 20 mg/l konsentrasi 50 mg/l konsentrasi 80 mg/l 0.00 0 1 2 3 4 5 6 waktu (jam) Gambar 4.11 Pengaruh konsentrasi awal fenol dan waktu pengadukan terhadap konsentrasi yang teradsorb pada adsorben Bagasse Fly Ash 15 gram
1.4 Ko onsentrasi tererap (mg/g) 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 konsentrasi 20 mg/l konsentrasi 50 mg/l konsentrasi 80 mg/l 0.0 0 1 2 3 4 5 6 waktu (jam) Gambar 4.12 Pengaruh konsentrasi awal fenol dan waktu pengadukan terhadap konsentrasi yang teradsorb pada adsorben kitin 5 gram
1.4 Kon nsentrasi terserap (mg/g) 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 konsentrasi 20 mg/l konsentrasi 50 mg/l konsentrasi 80 mg/l 0.0 0 1 2 3 4 5 6 waktu (jam) Gambar 4.13 Pengaruh konsentrasi awal fenol dan waktu pengadukan terhadap konsentrasi yang teradsorb pada adsorben kitin 10 gram
1.4 Kons sentrasi terserap(mg/g) 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 konsentrasi 20 mg/l konsentrasi 50 mg /L konsentrasi 80 mg/l 0.0 0 1 2 3 4 5 6 waktu (jam) Gambar 4.14 Pengaruh konsentrasi awal fenol dan waktu pengadukan terhadap konsentrasi yang teradsorb pada adsorben kitin 15 gram
Ko onsentrasi terserap (mg/g) 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 konsentrasi 80 mg/l konsentrasi 50 mg/l konsentrasi 20 mg/l 0.0 0 1 2 3 4 5 6 waktu (jam) Gambar 4.15 Pengaruh konsentrasi awal fenol dan waktu pengadukan terhadap konsentrasi yang teradsorb pada adsorben BFA:kitin (1:1) massa 10 gram
1.2 Ko onsentrasi terserap (mg/g) 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 konsentrasi 80 mg/l konsentrasi 50 mg/l konsentrasi 20 mg/l 0.0 0 1 2 3 4 5 6 waktu (jam) Gambar 4.16 Pengaruh konsentrasi awal fenol dan waktu pengadukan terhadap konsentrasi yang teradsorb pada adsorben BFA:kitin (1:2) massa 10 gram
0.7 0.6 Kon nsentrasi terserap (mg/g) 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 konsentrasi 20 mg/l konsentrasi 50 mg/l konsentrasi 80 mg/l 0.0 0 1 2 3 4 5 6 waktu (jam) Gambar 4.17 Pengaruh konsentrasi awal fenol dan waktu pengadukan terhadap konsentrasi yang teradsorb pada adsorben BFA:kitin (2:1) massa 10 gram
GRAFIK LANGMUIR DAN GRAFIK FREUNDLICH
0.00-0.05 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0-0.10 log (x/m) -0.15-0.20-0.25 y = 0.042x -0.376 R² = 0.922-0.30-0.35 log C Gambar 4.18 Grafik Freundlich untuk adsorben Bagasse Fly Ash 10 gram dengan konsentrasi fenol (20, 50, dan 80) mg/l Persamaan Freundlich adalah :
160 140 120 y = 1.967x + 2.105 R² = 0.999 C / (x/m) 100 80 60 40 20 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 C (mg/l) Gambar 4.19 Grafik Langmuir untuk adsorben Kitin10 gram dengan konsentrasi fenol (20, 50, dan 80) mg/l Persamaan Langmuir adalah
0.10 0.09 0.08 0.07 y = 0.047x -0.005 R² = 0.929 log (x/m) 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0.00 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 log C Gambar 4.20 Grafik Langmuir untuk adsorben Bagasse Fly Ash 10 gram dengan konsentrasi fenol (20, 50, dan 80) mg/l Persamaan Freundlich adalah :
60 y = 0.808x + 1.294 R² = 0.998 45 C / (x/m) 30 15 0 0 20 40 60 80 C (mg/l) Gambar 4.21 Grafik Langmuir untuk adsorben kitin 10 gram dengan konsentrasi fenol (20, 50, dan 80) mg/l Persamaan Langmuir adalah
Kesimpulan 1) Adsorbsi fenol dengan menggunakan adsorben Bagasse Fly Ash, dengan mengikuti persamaan freundlich diperoleh k = 0,4207 dan persamaan langmuir diperoleh k = 0,9344. Kemampuan adsorbsi = 0,4731 mg/g. 2) Adsorbsi fenol dengan menggunakan adsorben Kitin, dengan mengikuti persamaan freundlich diperoleh k = 0,9886 dan persamaan langmuir diperoleh k = 0,6242. Kemampuan adsorbsi = 1,0341 mg/g. 3) Adsorbsi fenol dengan menggunakan adsorben Bagasse Fly Ash dan Kitin (1:1), dengan mengikuti persamaan freundlich diperoleh k = 0,7096 dan persamaan langmuir diperoleh k = 0,9026. Kemampuan adsorbsi = 0,7794 mg/g.
4) Adsorbsi fenol dengan menggunakan adsorben Bagasse Fly Ash dan Kitin (1:2), dengan mengikuti persamaan freundlich diperoleh k = 0,8453 dan persamaan langmuir diperoleh k = 0,4511. Kemampuan adsorbsi = 0,9488 mg/g. 5) Adsorbsi fenol dengan menggunakan adsorben Bagasse Fly Ash dan Kitin (2:1), dengan mengikuti persamaan freundlich diperoleh k = 0,514 dan persamaan langmuir diperoleh k = 0,6093. Kemampuan adsorbsi = 0,5741 mg/g. 6) Dalam penelitian ini adsorben yang paling baik adalah Kitin, untuk proses adsorbsi fenol dapat mengikuti model Langmuir Isotherm dengan nilai R 2.= 0.999
Grafik Freundlich Larutan Phenol 80 mg/l, kitin aktivasi dengan massa 10 gram Chart Title 0.15 0.1 0.05 log (x/m m) 0 1.825-0.05 1.83 1.835 1.84 1.845 1.85 1.855 1.86 1.865 1.87 1.875 1.88-0.1-0.15-0.2-0.25-0.3-0.35 log (C) y = -8.334x + 15.33 R² = 0.982
Grafik Langmuir dengan larutan Phenol 80 mg/l, BFA aktivasi dengan massa 10 gram 0-0.1 1.872 1.874 1.876 1.878 1.88 1.882 1.884 1.886 1.888 1.89 1.892-0.2 log (x/m) -0.3-0.4-0.5-0.6-0.7 log C y = -21.73x + 40.42 R² = 0.987
Grafik Langmuir dengan larutan Phenol 80 mg/l, BFA aktivasi dengan massa 10 gram 400 350 y = 68.98x -5010. R² = 0.955 300 250 C / (x/m) 200 150 100 50 0 75 75 76 76 77 77 78 78 C (mg/l)
Grafik Langmuir dengan larutan Phenol 80 mg/l, dengan kitin aktivasi dengan massa 10 gram 160 140 y = 11.82x -746.0 R² = 0.941 120 100 C / (x/m) 80 60 40 20 0 66 68 70 72 74 76 C (mg/l)