DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL... i LEMBAR PENGESAHAN... ii TEAM PENGUJI SIDANG SKRIPSI... iii ABSTRAK... iv ABSTRACK... v KATA PENGANTAR... vi DAFTAR ISI... viii DAFTAR TABEL... x DAFTAR GAMBAR... xi DAFTAR LAMPIRAN... xii BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Rumusan Masalah... 4 1.3 Tujuan Penelitian... 4 1.4 Manfaat Penelitian... 5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 6 2.1 Tanaman Gumitir... 6 2.2 Arang Aktif... 8 2.3 Pembuatan Arang Aktif... 9 2.3.1 Proses Karbonisasi... 10 2.3.2 Aktivasi... 12 2.4 Adsorpsi... 15 2.5 Karakterisasi Arang Aktif... 19 2.6 Metilen Biru... 22 2.7 Spektrofotometri UV-VIS... 22 2.8 Spektrofotometer FTIR... 25 2.9 Kurva Kalibrasi... 26 BAB III METODE PENELITIAN... 28 3.1 Tempat Penelitian... 28 3.2 Alat dan Bahan... 28 3.2.1 Peralatan Penelitian... 28 3.2.2 Bahan Penelitian... 28 3.3 Prosedur Kerja... 29 3.3.1Penyiapan Bahan... 29 3.3.2 Pirolisis Batang Gumitir... 29 3.3.3Aktivasi Arang... 29 3.3.4 Karakterisasi Arang... 30 1
BAB IV BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Pembuatan Arang dari Batang Tanaman Gumitir... 33 4.2 Aktivasi Arang... 33 4.3 Karakterisasi Arang Aktif... 35 4.3.1 Kadar air... 35 4.3.2 Kadar zat mudah menguap... 37 4.3.3 Kadar abu total... 39 4.3.4 Kadar karbon... 41 4.3.5 Daya serap metilen biru... 43 4.3.6 Daya serap iodin... 46 4.3.7 Gugus fungsi... 49 SIMPULAN DAN SARAN 5.1 Simpulan... 53 5.2 Saran... 53 DAFTAR PUSTAKA... 54 LAMPIRAN... 57 2
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1 Standar Kualitas Arang Aktif Menurut SNI 06 3730 1995 dtrefsfsd tentang Arang Aktif Teknis... 15 Tabel 2.2 Perbedaan adsorpsi fisika dan adsorpsi kimia... 16 Tabel2.3 Warna komplementer spektrum sinar tampak... 23 Tabel 4.1Rendemen Hasil Aktivasi Arang Batang Gumitir Menggunakan berbagai Konsentrasi Natrium Hidroksida... 34 Tabel 4.2 Hasil Penentuan Kadar Air Arang Aktif... 36 Tabel 4.3 Hasil Penentuan Kadar Zat Mudah Menguap Arang Aktif... 38 Tabel 4.4 Kadar Abu Total Arang Aktif... 40 Tabel 4.5 Kadar Karbon Arang Aktif... 42 Tabel 4.6 Hasil Penentuan Daya Serap Metilen Biru... 45 Tabel 4.7 Hasil Penentuan Daya Serap Iodin... 48 Tabel 4.8 Data Spektrum Inframerah Arang... 51 3
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Bunga Gumitir (Tagetes erecta)... 7 Gambar 2.2 Skema Spektrofotometer UV-VIS... 24 Gambar 2.3 Kurva Kalibrasi... 27 Gambar 4.1 Hubungan Konsentrasi Natrium Hidroksida dan Rendemen Arang Aktif... 35 Gambar 4.2 Grafik Hubungan antara Konsentrasi Natrium Hidroksida dan Kadar Air Arang Aktif... 37 Gambar 4.3 Grafik Hubungan antara Konsentrasi Natrium Hidroksida dan Kadar Zat Mudah Menguap Arang Aktif... 39 Gambar 4.4 Grafik Hubungan antara Konsentrasi Natrium Hidroksida dan Kadar Abu Total Arang Aktif... 41 Gambar 4.5 Grafik Hubungan antara Konsentrasi Natrium Hidroksida dan Kadar Karbon Arang Aktif... 42 Gambar 4.6 Kurva Kalibrasi Larutan Standar Metilen Biru... 44 Gambar 4.7 Grafik Hubungan antara Konsentrasi Natrium Hidroksida dan Daya Serap Arang Aktif Terhadap Metilen Biru... 46 Gambar 4.8 Grafik Hubungan antara Konsentrasi Natrium Hidroksida dan Daya Serap Arang Aktif Terhadap Iodin... 49 Gambar 4.9 Spektra Inframerah Arang Aktif... 50 Gambar 4.10 Spektra Inframerah Arang... 51 4
DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran 1 Skema Kerja 1.1 Penyiapan Sampel... 57 1.2 Pirolisis Batang Gumitir (Tagetes erecta) Menjadi Arang... 57 1.3 Aktivasi Arang... 58 1.4 Karakterisasi Arang Aktif... 59 Lampiran 2 Pembuatan Larutan 2.1Pembuatan Larutan Natrium Hidroksida (NaOH)... 63 2.2 Pembuatan Larutan Iodium (I2) 0,125 N... 63 2.3 Pembuatan Larutan Natrium Tiosulfat (Na2S2O3) 0,1 N... 63 2.4 Pembuatan Larutan Kalium Dikromat (K2Cr2O7) 0,05 N... 63 2.5 Pembuatan Larutan Metilen Biru... 63 2.6 Pembuatan Indikator Amilum... 64 Lampiran 3 Pembuatan Dan Karakterisasi Arang Aktif 3.1 Pirolisis Batang Tanaman Gumitir Menjadi Arang... 64 3.2 Aktivasi Arang Dengan Konsentrasi Natrium Hidroksida... 64 3.3 Penentuan Kadar Air Arang Aktif... 65 3.4 Penentuan Kadar Zat Mudah Menguap Arang Aktif... 66 3.5 Penentuan Kadar Abu Total Arang Aktif... 67 3.6 Penentuan Kadar Karbon Arang Aktif... 68 3.7 Penentuan Daya Serap Arang Aktif Terhadap Metilen Biru... 69 3.8 Penentuan Daya Serap Arang Aktif Terhadap Iodin... 73 5
Lampiran 4 Dokumentasi 4.1 Preparasi Sampel... 78 4.2 Pirolisis Sampel... 78 4.3 Aktivasi Arang... 78 4.4 Karakterisasi Arang Aktif... 79 6
ABSTRAK Dalam penelitian ini dilakukan pembuatan dan karakterisasi arang aktif dari batang tanaman gumitir (tagetes erecta) dengan menggunakan aktivator NaOH. Penelitian ini bertujuan untuk membuat arang aktif dan menentukan konsentrasi NaOH optimum yang dibutuhkan untuk mendapatkan arang aktif dengan karakteristik yang baik ditinjau dari kadar air, kadar zat mudah menguap, kadar abu total, kadar karbon, daya serap terhadap metilen biru, dan daya serap terhadap iod. Hasil penelitian menunjukkan arang aktif yang diaktivasi dengan natrium hidroksida (NaOH) 2,5% menghasilkan arang aktif dengan karakteristik terbaik dan memenuhi standar mutu SNI 06 3730 1995 tentang arang aktif teknis. Arang aktif yang diperoleh dalam penelitian ini memiliki kadar air sebesar 1,25 ± 0,02%, kadar zat mudah menguap sebesar 12,00 ± 0%, kadar abu total sebesar 5,33 ± 0,41%, kadar karbon sebesar 81,41%, daya serap terhadap metilen biru sebesar 199,97 ± 0,07 mg/g, dan daya serap terhadap I2 sebesar 728,09 ± 2,16 mg/g. Hasil analisis dengan spektrofotometer FTIR menunjukkan bahwa arang aktif tersebut mempunyai gugus fungsi C-H alifatik, C=O, C=C aromatik, CH3-O, dan O-H ikatan hidrogen. Kata kunci: arang aktif, karakterisasi, tanamam gumitir, natrium hidroksida. 7
ABSTRACT This research investigated the manufacture and characterization of activated carbon from stem of marigold plant (Tagetes erecta) using NaOH as the chemical activator. The aim of this research was to make activated carbon and determe the optimum concentration of NaOH required for activating the carbon in order to obtain activated carbon with good characteristics, in terms of the levels of water, volatile substance, total ash, carbon, as well as the adsorptions of methylene blue and iodine. The result of this research showed that the activated carbon resulted in with the use of 2,5% NaOH gave the best characteristics that fulfilled the standard quality of SNI 06-3730-1995 about activated carbon, which were as follows: water level of 1,25 ± 0,02%, volatile substance level of 12,00 ± 0%, total ash level of 5,33 ± 0,41%, carbon level of 81,41%, methylene blue absorption of 199,97 ± 0,07 mg/g, and iodine absorption of 728,09 ± 2,16 mg/g. The FT-IR spectrum showed that the activated carbon contained some functional groups of C-H aliphatic, C=O, C=C aromatic, CH3-O, and O-H from hydrogen bonding. Keywords: activated carbon, characterization, marigold plant, sodium hydroxide 8
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Indonesia merupakan salah satu negara penghasil bunga gumitir (Tagetes erecta) atau bahasa Inggrisnya marigold yang cukup besar di dunia selain India. Hal ini disebabkan oleh kondisi iklim tropis dan tanahnya yang subur. Tanaman gumitir sering ditanam di halaman rumah dan taman-taman sebagai tanaman hias. Gumitir aslinya berasal dari Meksiko, menyukai tempat terbuka yang terkena matahari langsung dan udara lembap. Tanaman gumitir merupakan bahan alam yang murah dan mudah diperoleh. Bagian tanaman gumitir yang biasanya dimanfaatkan oleh masyarakat adalah bagian bunga dan daunnya karena berkhasiat sebagai obat yang digunakan untuk mengatasi radang mata, batuk rejan, radang saluran napas, radang tenggorok, sariawan, sakit gigi, perut kembung, mual, kejang panas pada anak, dan baunya yang tidak enak ternyata bisa juga digunakan untuk mengusir nyamuk (Deperindus, 1989). Adapun bagian lain dari tanaman gumitir seperti batangnya, sangat jarang digunakan oleh masyarakat. Hal ini mengakibatkan bertambahnya sampah atau limbah dari tanaman tersebut yang dapat mencemari lingkungan. Di Indonesia,khususnya di Bali tanaman gumitir dibudidayakan dengan sangat luas.limbah batang gumitir setelah masa produksi habis belum dimanfaatkan secara maksimal oleh masyarakat. Salah satu pemanfaatan biomassa seperti halnya batang gumitir ini dapat dimanfaatkan sebagai bahan untuk pembuatan arang aktif. 9
Arang merupakan produk dari proses karbonisasi kayu yang sebagian besar komponennya merupakan karbon, sedangkan arang aktif merupakan arang yang telah mengalami pemrosesan secara lanjut dengan pemanasan tinggi atau dengan menggunakan bahan-bahan kimia, sehingga pori-pori yang dimiliki arang menjadi terbuka dan mampu menjadi adsorben. Daya serap arang aktif terjadi karena adanya pori-pori berukuran mikro yang jumlahnya banyak (Yustinah, 2011). Arang aktif memiliki banyak manfaat, misalnya sebagai pembersih air, pemurnian gas, industri gula, pengolahan limbah cair dan sebagainya. Dalam dunia industri, arang aktif sangat diperlukan karena dapat mengabsorbsi bau, warna, gas, dan logam. Pada umumnya arang aktif dapat dipergunakan untuk berbagai industri, antara lain yaitu industri obat-obatan, makanan, minuman, pengolahan air (penjernihan air) dan lain-lain. Hampir 70% produk arang aktif digunakan untuk pemurnian dalam sektor minyak kelapa, farmasi dan kimia. Bahan baku yang dapat dibuat menjadi arang aktif adalah semua bahan yang mengandung karbon, baik yang berasal dari tumbuh-tumbuhan, binatang ataupun barang tambang. Bahan-bahan tersebut adalah berbagai jenis kayu, sekam padi, tulang binatang, batu-bara, tempurung kelapa, kulit biji kopi (Cooney, 1980). Pembuatan arang aktif dilakukan melalui proses karbonisasi yang dilanjutkan dengan proses aktivasi. Ada dua metode utama yang dapat digunakan untuk membuat arang aktif dari bahan dasar organik, yaitu cara aktivasi fisik (physical activation) dan cara aktivasi kimiawi (chemical activation). Aktivasi fisik biasanya terdiri dari dua tahap. Tahap pertama adalah karbonisasi bahan dasar dengan pemanasan pada suhu sekitar 700 0 C yang dilanjutkan dengan tahap 10
berikutnya, yaitu mengalirkan uap karbon dioksida, dan/atau pemanasan pada suhu 800-1000 0 C (Jamilatun et al., 2014), sedangkan aktivasi secara kimiawi umumnya dilakukan dengan menambahkan bahan-bahan kimia sebagai aktivator. Unsur-unsur mineral dari persenyawaan kimia yang ditambahkan tersebut akan meresap ke dalam arang dan membuka permukaan yang semula tertutup oleh komponen kimia sehingga volume dan diameter pori bertambah besar. Penambahan bahan kimia tersebut dilakukan dengan cara perendaman arang dalam larutan aktivator. Hasil penelitian menunjukkan bahwa ZnCl2, NaOH, dan H3PO4 merupakan bahan kimia yang cukup baik untuk digunakan dalam aktivasi arang. Lama perendaman sekitar 12-24 jam dan kemudian ditiriskan dengan meletakkan di tempat terbuka sehingga air permukaannya hilang (Sudradjat dan Pari, 2011). Perendaman dengan bahan aktivasi ini dimaksudkan untuk menghilangkan atau membatasi pembentukan lignin, karena adanya lignin dapat membentuk senyawa tar yang menutup pori sehingga mengurangi daya serap arang aktif. Berbagai keunggulan cara aktivasi kimiawi dibandingkan dengan aktivasi fisik diantaranya adalah (1) pada proses aktivasi kimiawi, aktivasi satu langkah (one-step activation) di dalam penyiapannya sudah terdapat zat kimia pengaktif sehingga proses karbonisasi sekaligus proses aktivasi karbon yang terbentuk, (2) aktivasi kimiawi biasanya terjadi pada suhu lebih rendah dari pada metode aktivasi fisik, (3) efek dehydrating agent dapat memperbaiki pengembangan pori di dalam struktur karbon, dan (4) produk dengan menggunakan metode ini lebih banyak jika dibandingkan dengan aktivasi secara fisik (Ioannidou dan Zabanitou, 2007). 11
Pemilihan jenis aktivator akan berpengaruh terhadap kualitas arang aktif. Masing-masing jenis aktifator akan memberikan efek/pengaruh yang berbedabeda terhadap luas permukaan maupun volume pori- pori arang aktif yang dihasilkan. Jenis bahan kimia yang dapat digunakan sebagai aktivator adalah hidroksida logam alkali garam-garam karbonat, klorida, sulfat, fosfat dari logam alkali tanah seperti ZnCl2, NaOH, H3PO4, KOH, H2SO4 dan uap air pada suhu tinggi. Dengan melihat banyaknya limbah tanaman gumitir di Bali, maka pada penelitian ini akan dilakukan pembuatan arang aktif dari batang tanaman gumitir dilanjutkan dengan karakterisasinya. Metode pembuatan arang aktif yang digunakan adalah metode aktivasi kimiawi dengan menggunakan aktivator NaOH. 1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang diatas, maka dapat dirumuskan beberapa permasalahan sebagai berikut : 1. Bagaimanakah pengaruh konsentrasi NaOH terhadap karakteristik arang aktif yang dihasilkan dari limbah batang tanaman gumitir (Tagetes erecta)? 2. Berapakah konsentrasi NaOH yang dibutuhkan untuk membuat arang aktif dengan karakteristik yang terbaik? 1.3 Tujuan Penelitian Adapun tujuan penelitian ini adalah sebagai berikut : 1. Mengetahui pengaruh konsentrasi NaOH terhadap karakteristik arang aktif yang dihasilkan dari limbah batang tanaman gumitir (Tagetes erecta). 12
2. Mengetahui konsentrasi NaOH yang dibutuhkan untuk membuat arang aktif dengan karakteristik yang baik. 1.4 Manfaat Penelitian Manfaat dari penelitian ini adalah dapat memanfaatkan limbah gumitir, khususnya batangnya untuk pembuatan arang aktif dengan aktivator NaOH sehingga diperoleh arang aktif dengan karakteristik yang baik. Dengan demikian, penelitian ini akan menjadi salah satu solusi untuk penanganan limbah pertanian dimana akan diperoleh suatu bahan yang lebih bermanfaat dan lebih bernilai ekonomis. 13