Pengaruh Karbon Aktif dari Ampas Kopi untuk Adsorpsi Metilen Biru Haryudini Arsa Putri, Fransisca C K, Linda W O Departemen Kimia, Fakultas Ilmu Pengetahuan Alam (FIA) Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Surabaya Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia AB STR AK -Ampas
kopi merupakan limbah hasil penyeduhan minuman kopi. Limbah ampas kopi ini bisa dimanfaatkan menjadi produk karbon aktif. Pembuatan karbon aktif dilakukan dengan proses dehidrasi, karbonisasi dan dilanjutkan dengan proses aktivasi. Percobaan Percobaan ini dilakukan untuk mempelajari pengaruh daya serap karbon aktif ampas kopi dengan activating agent HCl 0,1 M terhadap metilen blue dengan variasi konsentrasi 10 ppm; 20 ppm; 30 ppm; 40 ppm; dan 50 ppm. Dari hasil percobaan didapatkan bahwa karbon aktif dari ampas kopi lebih mengikuti pola grafik isotermal Freudlich dengan regresi sebesar 1 dibandingkan dengan pola grafik grafik isotermal isotermal Langmuir dengan regresi sebesar 0,9988. Kata Kunci: Kunci : Activating Agent, Aktivasi, Dehidrasi, Karbon Aktif, Karbonisasi, Ampas Kopi
I.
PENDAHULUAN Perkembangan industri di Indonesia khususnya industri tekstil berkembang sangat pesat. Perkembangan yang pesat ini menimbulkan berbagai masalah bagi lingkungan terutama masalah yang diakibatkan oleh limbah cair pewarnaan. Limbah cair tersebut mengandung bahan bahan yang beracun dan berbahaya. Keberadaan limbah cair dalam perairan dapat menghalangi sinar matahari menembus lingkungan akuatik, sehingga mengganggu proses biologis biologis yang yang terjadi di dalamnya dalamnya (Krim (Krim dkk., 2006). Zat warna yang digunakan dalam perindustrian salah satunya adalah metilen biru. Metilen biru dapat menyebabkan iritasi
pada saluran pencernaan jika tertelan, menimbulkan sianosis jika terhirup, dan iritasi pada kulit jika tersentuh oleh kulit (Hamdaoui dan Chiha, 2006). Berdasarkan bahaya yang ditimbulkan maka metilen biru yang diperbolehkan di lingkungan relatif rendah. Menurut Keputusan Menteri Lingkungan Hidup yaitu Kep- 51/MENLH/10/1995 tentang baku mutu limbah cair,konsentrasi maksimum metilen biru yang diperbolehkan yaitu 5-10 mg/L. Salah satu metode yang dapat dilakukan untuk mengatasi bahaya dari limbah zat warna adalah dengan adsorpsi. Adsorpsi merupakan metode yang banyak digunakan dalam pengolahan limbah cair (Kartika dkk., 2009). Adsorpsi dengan adsorben merupakan metode efisien dan banyak dikembangkan. dikembangkan. Bahan yang digunakan digunakan untuk mengolah limbah diharapkan murah dan mudah diperoleh (Munawaroh, 2012). Dengan permintaan yang semakin meningkat maka mendorong banyak peneliti untuk mensintesis karbon aktif dari berbagai bahan. Sumber yang pernah dilakukan peneliti adalah arang aktif dan berbagai sumber dari alam seperti kulit kacang, kulit almond, ampas kopi dan lain lain. (Rao,et al, 2006) Ampas kopi merupakan salah satu bahan yang digunakan sebagai adsorben diamana kandungan hidrokarbon dalam biji kopi cukup tinggi yaitu 19,9 % ( Wrigleg, G., 1998). Kandungan hidrokarbon yang cukup tinggi dapat menghasilkan karbon ketika biji kopi disangrai atau dipanaskan, oleh karena itu ampas kopi bubuk yang sudah diseduh dapat dimanfaatkan sebagai arang aktif. Arang aktif dapat digunakan sebagai adsorben karena arang aktif bersifat sangat aktif terhadap
partikel-partikel yang kontak dengan arang aktif tersebut (Sembiring, 2003). Kapasitas adsorpsi arang aktif ampas kopi dapat ditingkatkan dengan aktivasi. Aktivasi dapat dilakukan dengan pemanasan menggunakan temperatur tinggi dan dengan penambahan larutan kimia (Sembiring dan Sinaga, 2003). Penelitian terdahulu yang dilakukan oleh Nafie dkk., (2013), menunjukkan bahwa arang aktif dari tempurung lontar yang diaktivasi oleh larutan kimia memiliki kadar air, kadar abu, luas permukaan, keasaman permukaan dan kemampuan adsorpsi lebih baik dibandingkan arang aktif yang tidak diaktivasi. Oleh karena itu, penelitian ini akan dilakukan pembuatan dan karakterisasi arang aktif dari ampas kopi sebagai adsorben metilen biru. Adapun aktivator yang digunakan adalah HCl 0,1 M. Parameter yang diamati pada penelitian ini adalah waktu kontak, kecepatan pengadukan dan kosentrasi. II. PROSEDUR PENELITIAN 2.1 Alat dan Bahan 2.1.1 Alat Alat yang digunakan pada percobaan ini yaitu gelas beaker, labu ukur, spatula, bola hisap, pipet tetes, pipet ukur, corong, kuvet, botol semprot, botol vial, mortar dan alu, ayakan 100 mesh, oven, Hot Plate, Magnetic Stirrer , neraca analitik, furnace, spektrofotometer Genesys 10S UV-Vis. 2.1.2 Bahan Bahan yang digunakan pada percobaan ini yaitu ampas kopi, HCl, metilen biru, aquades, dan kertas saring Whatmann. 2.1.3 Preparasi Arang Aktif Ampas Kopi Bubuk kopi diseduh dengan air panas selama 10 menit dan disaring. Selanjutnya, dikeringkan dalam oven pada suhu 1050C selama 5 jam dan sebanyak 25 gram dikarbonisasi pada suhu 3750C selama 4 jam. Ampas kopi didinginkan dan diayak dengan ukuran 100 mesh 2.1.4 Aktivasi Arang Ampas Kopi
Ampas kopi sebanyak 9 gr direndam dengan larutan aktivator HCl 0,1 M sebanyak 50 mL selama 48 jam dan disaring. Kemudian dicuci menggunakan air demineral hingga netral dan dioven pada suhu 1100C selama 3 jam. 2.1.5 Penentuan Kadar Air Kurs porselin dipanaskan pada suhu 0 140 C selama 60 menit dan didinginkan dalam desikator selama 30 menit. Selanjutnya ditimbang dan prosedur tersebut dilakukan berulang-ulang dengan selang waktu yang sama hingga tercapai berat konstan. Langkah selanjutnya 1 gram arang aktif dimasukkan dalam kurs porselin yang telah diketahui beratnya. Selanjutnya dipanaskan dalam oven pada suhu 1400C selama 60 menit dan didinginkan dalam desikator selama 30 menit, kemudian ditimbang. Prosedur tersebut dilakukan berulang-ulang dengan selang waktu yang sama hingga tercapai berat yang konstan. Penentuan kadar air dilakukan dua kali pengulangan dan dihitung menggunakan persamaan berikut : (%) =
− ℎ 100 %
2.1.6 Pembuatan Kurva Kalibrasi Metilen biru Dibuat variasi konsentrasi metilen biru 0 ppm; 1 ppm; 2 ppm; 3 ppm; 4 ppm; dan 5 ppm. Kemudian, diukur absorbansi masingmasing larutan menggunakan UV-Vis pada panjang gelombang 665 nm. 2.1.7 Penentuan waktu kontak optimum adsorpsi Metilen Biru Arang aktif ampas kopi sebanyak 0,1 gram dimasukkan kedalam larutan sampel Metilen biru dengan konsentrasi 50 ppm. Kemudian diaduk dengan magnetic stirrer dengan kecepatan 400 rpm. Variasi waktu kontak yang digunakan adalah 15, 30, 45 menit. Selanjutnya, larutan didiamkan selama 15 menit dan disaring. Hasil penyaringan di UV-Vis pada panjang gelombang 665 nm dan
arang aktif pada kondisi optimum waktu kontak di karakterisasi FTIR. 2.1.8 Uji Daya Serap Karbon Aktif dengan Metilen biru Sebanyak 0,1 gram ampas kopi dicampur dengan 20 mL larutan metilen biru 10 ppm; 20 ppm; 30 ppm; 40 ppm; 50 ppm dan diaduk selama 30 menit. Campuran disaring dan filtrat diukur absorbansinya dengan menggunakan spektrofotometer UV-Vis pada panjang gelombang maksimum metilen biru yaitu 665 nm. Dan residu dikarakterisasi menggunakan FTIR. III. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1 Preparasi Arang Aktif Ampas Kopi Bubuk kopi produk “Kapal Api” diseduh dengan akuades yang telah dididihkan untuk melarutkan bubuk kopi sehingga dihasilkan ampas kopi yang akan digunakan sebagai bahan baku arang aktif. Selanjutnya didiamkan selama 10 menit dan disaring untuk memisahkan filtrat dan ampas kopi. Ampas kopi yang diperoleh dikeringkan dalam oven selama 5 jam pada suhu 105 0C untuk menguapkan air yang terkandung didalamnya. Selanjutnya ampas kopi dikarbonisasi pada suhu 375 0C selama 4 jam yang bertujuan untuk dekomposisi material dan menghasilkan material yang memiliki daya serap dan s truktur yang rapi (Atmoko dkk., 2012). Arang ampas kopi digerus dan diayak dengan ukuran 100 mesh untuk memperoleh bentuk yang seragam. Menurut penelitian Wardhana dkk., (2009), arang dari plastik dengan ukuran 100-200 mesh memiliki luas permukaan yang lebih besar dibandingkan dengan ukuran 30-60 mesh. Selanjutnya dilakukan aktivasi secara kimia yang bertujuan untuk membuka pori-pori arang yang tertutupi saat karbonisasi dan mengurangi air yang terjebak dalam pori-pori sehingga daya adsorpsi semakin meningkat (Atmoko, 2012; Alfiany dkk., 2013). Aktivasi dilakukan dengan perendaman dengan variasi larutan aktivator yaitu HCl 0,1 M. Pemilihan aktivator
HCl berdasarkan penelitian Alfiany dkk., (2013) menunjukan arang aktif yang diaktivasi oleh HCl memiliki daya serap lebih tinggi dibandingkan H2SO4 dan HNO3. Arang aktif ampas selanjutnya dicuci dengan air demineral yang bertujuan untuk menghilangkan sisa HCl yang masih terkandung didalam arang aktif ampas kopi. Selanjutnya dikeringkan dalam oven pada temperatur 110 0C selama 3 jam untuk menghilangkan kadar air yang terkandung dalam arang aktif ampas kopi. 3.2 Kadar Air Tinggi rendahnya kadar air menunjukkan banyak sedikitnya air yang menutupi pori-pori arang aktif. Semakin rendah kadar air maka semakin banyak tempat dalam pori yang dapat ditempati oleh adsorbat sehingga adsorpsi berlangsung secara optimal (Mu’jizah, 2010). Hasil penentuan kadar air arang aktif ampas kopi teraktivasi HCl disajikan pada Table 1. Hasil Penentuan Kadar Air Jenis Arang aktif Arang aktif teraktivasi HCl
Kadar air (%) 0,111
SII* (%) 15
*SII : Standar Industri Indonesia Kadar air suatu arang aktif tergantung dari aktivator yang digunakan. Aktivator yang dapat mengikat air dalam arang aktif dengan baik akan memiliki kadar air yang rendah (Budiono dkk., 2006). Kadar air kedua arang aktif tersebut telah memenuhi standar maksimum yang ditetapkan Standar Industri Indonesia sebesar 15% sehingga arang aktif ampas kopi layak digunakan sebagai adsorben (Mu’jizah, 2010). 3.3 Daya Serap Metilen Biru Penetapan daya serap metilen biru bertujuan untuk mengetahui kemampuan arang aktif dalam mengadsorpsi zat-zat yang berukuran besar bekisar 15-25 Angstrom atau 1,5-2,5 nm (Pari, 2004 dalam Achmad, 2011). Pada percobaan karbon aktif dari ampas kopi dengan menggunakan aktivasi HCl,
didapatkan kurva kalibrasi dari variasi konsentrasi metilen bliru sebagai berikut : Tabel 2. Data Kurva Kalibrasi Konsentrasi 0 1 2 3 4 5
Absorbansi 0 0.219 0.407 0.577 0.775 0.948
Kurva Kalibrasi 1.5 y = 0.1879x + 0.0178 R² = 0.9987
1 0.5 0 0
2
4
6
Gambar 1. Grafik Kurva Kalibrasi Waktu kontak antara adsorben dan adsorbat juga mempengaruhi tinggi rendahnya adsorpsi yang terjadi. Adapun tujuan penentuan waktu kontak adalah mengetahui lamanya waktu yang dibutuhkan arang aktif dalam mengadsorpsi metilen biru dengan maksimal. Penentuan waktu kontak dilakukan dengan variasi 15, 30, 45 menit. Pengaruh waktu kontak terhadap kapasitas adsorpsi ditunjukan pada gambar 2.
Waktu Maksimum 5.400 5.300 e Q5.200
5.100 5.000 0
10
20
30
40
50
Waktu (menit)
Gambar 2. Grafik Waktu Maksimum Berdasarkan hasil percobaan didapatkan waktu yang optimum yaitu pada 30 menit. Selanjutnya, diuji adsorpsi karbon aktif menggunakan metilen blue dengan variasi konsentrasi 10 ppm; 20 ppm; 30 ppm; 40 ppm; dan 50 ppm. Didapatkan data absorbansi sebagai berikut setelah metilen blue dicampurkan dengan karbon aktif:
Tabel 3. Data Adsorbsi Variasi Konsentrasi Metilen Blue Kosentrasi Absorbansi 10 0.388 20 1.000 30 2.330 40 2.856 50 4.683 Untuk mengetahui adsorpsi dari karbon aktif dengan menggunakan ampas kopi didapatkan data kapasitas adsorpsi sebagai berikut : Tabel 4. Data Kapasitas Adsorpsi Variasi Konsentrasi Metilen Blue Kapasitas Kosentrasi Adsorpsi [Qe] (mg/g) 10 1.582 20 2.905 30 3.476 40 4.881 50 4.936 Untuk mengetahui pola karbon aktif dengan ampas kopi maka dibuat uji adsorpsi dengan isotermal Langmuir ataupun Freudlich. Uji adsorpsi dengan Langmuir mengikuti persamaan sebagai berikut : 1 1 = + .
Dari persamaan diatas dapat diplot grafik dengan sumbu X nilai konsentrasi adsorbat pada saat kesetimbangan (Ce) serta sumbu Y konsentrasi adsorbat saat kesetimbangan per banyaknya zat yang terserap per satuan berat adsorben (Ce/Qe). Tabel 5. Data Isoterma Lagmuir Konsentrasi Ce Ce/Qe Awal 10 8.03 5.075 20 14.773 5.085 30 17.695 5.09 40 24.895 5.1 50 25.172 5.1
Isotermal Langmuir 5.11 y = 0.0015x + 5.0634 R² = 0.9988
e 5.1 Q / 5.09 e C 5.08
5.07 0.000
10.000
20.000
30.000
Ce
Gambar 3. Grafik Isotermal Langmuir Berdasarkan grafik Isotermal Langmuir didapatkan Konsentrasi yang optimum terjadi pada 40 ppm. Sedangkan, untuk uji adsorpsi dengan Freundlich mengikuti persamaan sebagai berikut: 1 log Qe = log Kf + log Ce n Dari persamaan diatas dapat di plot grafik dengan sumbu x adalah log Ce dan sumbu y adalah log Qe. Tabel 6. Data Isotermal Freudlich Konsentrasi Log Ce Log Qe Awal 10 0.904 0.199 20 1.169 0.463 30 1.247 0.541 40 1.396 0.688 50 1.400 0.693
mengikuti pola grafik isothermal Freudlich dengan regresi sebesar 1 dibandingkan dengan pola grafik isotermal Langmuir dengan regresi sebesar 0,9988. Hal ini menunjukkan bahwa pori-pori yang terbetuk pada arang aktif bersifat heterogen sehingga metilen blue yang teradsorpsi membentul lapisan multilayer pada permukaan arang aktif. Adsorpsi yang mengikuti isotherm model Freudlich ini, zat yang teradsorpsinya relatif bertambah dengan cepat seiring dengan bertambahnya kosentrasi dan kemudian menjadi lambat jika permukaan arang aktif telah tertutp oleh adsorbat. IV. ANALISA FTIR Analisa FTIR pada percobaan ini digunakan untuk melihat adanya serapanserapan karakteristik dari karbon aktif yang dihasilkan, sehingga dapat diprediksi jenis gugus fungsi yang terdapat pada permukaan pelat-pelat karbon aktif tersebut. Disamping itu, tidak tertutup kemungkinan akan adanya serapan lain yang disebabkan oleh adanya zatzat lain yang tergabung membentuk campuran dengan karbon aktif. Spektrum IR dari ampas kopi yang telah diolah menjadi karbon aktif hasil aktivasi dengan larutan HCl dapat dilihat pada gambar 5.
Isotermal Freudlich 1 e Q g 0.5 o L
y = 0.9949x - 0.7002 R² = 1
0 0
0.5
1
1.5
Log Ce
Gambar 4. Grafik Isotermal Freudlich Tinggi rendahnya daya serap arang aktif terhadap metilen biru menunjukkan ukuran pori-pori yang terbentuk (Achmad, 2011). Hasil penetapan daya serap terhadap metilen biru menunjukan bahwa pori-pori yang terbentuk pada kedua arang aktif kurang efektif jika digunakan untuk menyerap molekul berukurang 15 Angstrom atau 1,5 nm. Dari data tersebut didapatkan bahwa adsorpsi karbon aktif dengan ampas kopi lebih
Gambar 5. spectra FTIR Karbon Aktif Sebelum Adsorpsi
Berdasarkan uji karakterisasi FTIR, karbon hasil karbonisasi ampas kopi sebelum adsorpsi memiliki serapan karakterisitik pada 3309,96 cm-1 ( stretch O-H ikatan hydrogen), 2920,32 ( stretch C-H), 1687,77 ( stretch C=O),
Commented [lp1]: Tolong di update dari ppt yang baru
1599,04 ( stretch C=C) dan 1219,05 ( stretch C-C). Setelah dilakukan pengaktifan arang aktif dari ampas kopi di lakukan uji karakterisasi FTIR pada arang aktif setelah digunakan sebagai adsorben pada metilen biru. Pada Gambar 6. Berdasarkan uji karakterisasi FTIR, karbon hasil karbonisasi ampas kopi sebelum adsorpsi memiliki serapan karakterisitik pada 3365,06 cm-1 ( stretch O-H ikatan hydrogen), 2920,32 dan 2852,81 ( stretch C-H), 1593,25 ( stretch C=C), 1425,44 ( stretch N-H) dan 1174,69 ( stretch C=O) dan 883,43 ( stretch CC)
Gambar 5. spectra FTIR Karbon Aktif Sesudah Adsorpsi
Berdasarkan uji karakterisasi FTIR, karbon hasil karbonisasi ampas kopi memiliki serapan serapan karakterisitik pada …… V. KESIMPULAN Adsorpsi metilen blue dengan karbon aktif kulit singkong mengikuti pola grafik isotermal Langmuir freudlich karena memiliki regresi yang lebih besar dibandingkan dengan grafik isotermal langmuir, yaitu sebesar 1. DAFTAR PUSTAKA Wrigleg, G.. 1988. Coffee. Longman Scientific and Technologi Copublished in The United State with John Wiley and Sons, Inc. New York. Krim, L., Salmoune, N., and Goma, B., 2006, Kinetics of Cloromium Sorption on Biomass Fungi from Aqueous Solution, American
Journal of Environmental Science, 2(1): 3136. Hamdaoui, O., and Chiha, M., 2006, Removal Of Methylene Blue From Aqueous Solution By Wheat Bran, Acta Chimica Slovenia, 54(2), 407-418. Kartika, S., Pujirahayu, A., dan Widodo, H.,2009, Modifikasi Limbah Fly Ash Sebagai Adsorben Zat Warna Tekstil Congo Red Yang Ramah Lingkungan Dalam Upaya Mengatasi Pencemaran Industri Batik, Proposal Lolos PKM Dikti, Surakarta: Universitas Sebelas maret. Munawaroh, L., 2012, Pemanfaatan Bonggol Jagung Sebagai Adsorben Rhodamin B dan Metanil Yellow, Skripsi, Yogyakarta: Fakultas Sains dan Teknologi UIN Sunan Kalijaga. Rao M.Madhava, Rao Chandra G.P, Seshaiah K, Choudary N.V, Wang M.C, 2008 Activated carbon from Ceiba pentandra hulls, an agricultural waste,as an adsorbent in the removal of lead and zinc from aqueous solutions, Waste Management 28 (2008) 849 – 858 Sembiring, S. 2003. Karbon Aktif (Pengenalan dan Proses Pembuatannya). Jurusan Teknik Industri, Fakultas Teknik. Universitas sumatra Utara.
Commented [lp2]: Tolong di update dari ppt yang baru
