LAPORAN LAPORAN KERJA MANDIRI TERPANTAU TE RPANTAU Sintesis Karbon Karbon Aktif Berbahan Dasar Dasa r Ampas Ampas Ku Kulit lit Nanas
Ana (A nana nass C omosus) Loka Pe Pe nelitian Teknologi Be rsih (LPTB) (LPTB) Lembaga Lembaga Ilmu Pengetahu Penge tahuan an Indonesia
Jl. Sangkurian Sangkuriang g / Cisitu Kom Ko mpleks LIPI LIP I Gedung 60 Bandung Bandung 40135, 401 35, Tlp. (022) 2503052, Fax. (022) 2503052
Oleh: Vera Kamila Nur Sidqa 1137030074
JURUSAN FISIKA FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERS UNIVERSITAS ITAS ISLAM ISLAM NEGERI NE GERI SUNA S UNAN N GUNUNG DJATI DJ ATI BANDUNG 2016
LAPORAN LAPORAN KERJA MANDIRI TERPANTAU TE RPANTAU
(A nana nass Sintesis Karbon Karbon Aktif Berbahan Dasar Dasa r Ampas Ampas Ku Kulit lit Nanas Ana Comosus) Loka Pe Pe nelitian Teknologi Be rsih (LPTB) (LPTB) Lembaga Lembaga Ilmu Pengetahu Penge tahuan an Indonesia
Jl. Jl. Sangkuria Sangkuria ng / Cisitu Cisitu Kom Ko mpleks LIPI Gedung Gedung 60 Bandung Bandung 40135, 401 35, Tlp. (022) 2503052, Fax. (022) 2503052
Oleh: Vera Kamila Nur Sidqa 1137030074
JURUSAN FISIKA FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERS UNIVERSITAS ITAS ISLAM ISLAM NEGERI NE GERI SUNA S UNAN N GUNUNG DJATI DJ ATI BANDUNG 2016 i
LEMBAR PENGESAHAN LAPORAN LAPORAN KERJA MANDIRI TERPANTAU TE RPANTAU SINTESIS SINTES IS KARBON AKTIF BERBAH BERB AHAN AN DASAR AMPAS
(A NA NA S COM C OMOSU OSUS S) NANAS ANA Oleh: Vera Kamila Nur Sidqa 1137030074
Disetujui Disetujui dan da n disahkan Pada tang tangg gal ........................................ Dosen Dose n Pembi Pe mbimbin mbing g
Pembi Pe mbimbin mbing g Lapangan Lapa ngan
Dr. Hj. Hasniah Aliah, Aliah, M.Si M.S i
Elsy Elsy Rahimi Rahimi Chaldun, M.T
NIP. 197806132005012014
NIP. 197310102007012003
Mengetahui, Ketua Ke tua Jurusan Fisi F isika ka
Dr. Yudha Satya Perkasa, M.Si NIP. 197911172011011005 ii
RINGKASAN Karbon aktif merupakan karbon yang telah diaktivasi sehingga terjadi pengembangan pori yang bergantung pada metode aktivasi yang digunakan. Karbon aktif memiliki banyak fungsi. Misalnya pada proses pengolahan air, karbon aktif berfungsi untuk menghilangkan polutan seperti seng, timbal, kuprum, krom, besi, dan uap ammonia (Shofa, 2012). Karbon aktif dapat terbuat dari material yang mengandung lignin. Salah satu bahan yang mengandung lignin adalah ampas nanas yang memiliki kandungan lignin sebanyak 10% (Casselis dkk., 2013). Selain itu, peneletian ini menggunakan bahan dasar ampas kulit nanas karena ketersediaan nanas yang sangat banyak di Indonesia dan sebagai salah satu pemanfaatan limbah yang dihasilkan dari nanas. Pada proses aktivasi digunakannya KOH sebagai activating agent untuk membentuk pori pada ampas. Selain itu, digunakannya FeCl3.6H2 O sebagai katalis yang berfungsi untuk meningkatkan laju dan kualitas proses penggrafitan (Vohler dkk, 1986). Proses selanjutnya adalah proses pembakaran dengan metode pirolisis. Pada metode ini digunakannya gas nitrogen sebagai atmosfer. Tujuan dari penggunaan gas nitrogen ialah agar tidak terjadi proses oksidasi, dimana jika hal itu terjadi maka hasil yang terbentuk dapat berupa abu. Hasil dari pirolisis didapatkan rata-rata karbon sebesar 35% dari massa awal ampas kulit nanas.
Kata Kunci: Karbon aktif, ampas kulit nanas, activating agent , katalis, pirolisis.
iii
KATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat Allah SWT. yang telah memberikan petunjuk dan karunia-Nya kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan yang berjudul “Sintesis Karbon Aktif Berbahan Dasar Ampas Nanas ( Ananas
Comosus)”. Penulisan laporan ini merupakan salah satu syarat untuk memenuhi tugas mata kuliah Kerja Mandiri Terpantau (KMT) di jurusan Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi, UIN Sunan Gunung Djati Bandung. Penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada pihak-pihak yang membantu dalam menyelesaikan penelitian ini, khususnya kepada: 1.
Orang tua dan keluarga yang memberi dukungan secara moril dan materil;
2.
Elsy Rahimi Chaldun, M.T., selaku dosen pembimbing lapangan yang telah memberikan motivasi dan ilmu selama mengikuti kegiatan Kerja Mandiri Terpantau;
3.
Andri Hardiansyah, Ph.D., yang telah memberikan arahannya selama penelitian berlangsung;
4.
Dr. Hj. Hasniah Aliah, M.Si., selaku pembimbing Kerja Mandiri Terpantau yang telah memberikan dukungan atas langkah yang saya tempu;
5.
Dr. Yudha Satya Perkasa, selaku ketua Jurusan Fisika Fakultas Sains dan Teknologi UIN Sunan Gunung Djati Bandung;
6.
Rekan-rekan
fisika
angkatan
2013
yang
sedang
bersama-sama
berjuang
menyelesaikan S-1; 7.
Para staff Loka Penelitian Teknologi Bersih
(LPTB) gedung 60 dan rekan –
rekan laboran di laboratorium gedung 60 yang telah membantu selama kegiatan kerja mandiri terpantau. iv
Penulis menyadari, penulisan laporan ini masih banyak kekurangan baik teknik penulisan maupun materi. Untuk itu kritik dan saran dari semua pihak sangat diharapkan demi penyempurnaan laporan ini.
Bandung, 1 September 2016
Penulis
v
DAFTAR ISI
LAPORAN KERJA MANDIRI TERPANTAU............................................................... i LEMBAR PENGESAHAN ...................................... ................................................. ..... ii RINGKASAN ............................................. ................................................ .................. iii KATA PENGANTAR ........................................ ............................................... ............ iv DAFTAR ISI................................................. .............................................. .................. vi DAFTAR GAMBAR ....................................................................... ............................ viii DAFTAR TABEL ....................................................... ......................................... ......... ix BAB I........................................... ................................................ .................................. 1 PENDAHULUAN .............................................. ................................................ ............ 1
1.1 Latar Belakang ........................................ ............................................... .................... 1 1.2 Maksud dan Tujuan ......................................... ............................................... ............ 2 1.3 Batasan Masalah......................................................................................................... 2 1.4 Rumusan Masalah ...................................................................................................... 2 1.5 Metode Pengumpulan Data ............................................. ............................................ 2 1.5.1 Studi Literatur ............................................... ................................................ ... 2 1.5.2 Eksperimen ........................................... ............................................... ............ 2 1.6 Sistematika Penulisan .............................................. ............................................... .... 3 1.7 Jadwal dan Lokasi Penelitian ...................................................................................... 3 BAB II.......................................... .............................................. .................................... 4 TINJAUAN PUSTAKA ............................................. ............................................... ..... 4
2.1 Karbon Aktif ........................................... ............................................... .................... 4 2.2 Nanas ………………………………………………………………………………………… ... ……………………………… 5 2.3 FTIR ( Fourier Transform Infra Red ) ........................................................................... 7 BAB III ........................................ ............................................... ................................... 9 METODOLOGI PENELITIAN........... .............................................. ............................ 9
3.1 Alat dan Bahan........................................................................................................... 9 3.1.1 Alat ................................................................................................................. 9 3.2.2 Bahan ........................................... ............................................... .................... 9 vi
3.2 Prosedur Percobaan ......................................... ............................................... ............ 9 BAB IV ........................................ ............................................... ................................. 12 HASIL DAN PEMBAHASAN................................................................................. ..... 12
4.1 Aktivasi Karbon ....................................................................................................... 12 4.2 Karakterisasi FTIR ................................................................................................... 15 4.2.1 Ampas nanas tanpa treatment ................................................ .......................... 16 4.2.2 Karbon aktif (1:1) ........................................................................................... 16 4.2.3 Karbon aktif (1:2) .......................................... .............................................. ... 17 BAB V.......................................... .............................................. .................................. 18 PENUTUP........................................... ............................................... .......................... 18
5.1 Kesimpulan.............................................................................................................. 18 5.2 Saran ………………………………………………………………………………………………………………………… .. 18 DAFTAR PUSTAKA ......................................... ............................................... ........... 19 LAMPIRAN........................................ ............................................... .......................... 21 IDENTITAS INSTANSI ............................................ .............................................. .... 24 IDENTITAS MAHASISWA .............................................. .......................................... 25
vii
DAFTAR GAMBAR Gambar 4.1 Kandungan buah nanas dalam total gula 100 g/L……………………. 12 Gambar 4.2 (a) Ampas nanas, (b) Karbon aktif hasil pirolisis…………………….. 6
viii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Kandungan buah nanas dalam total gula 100 g/L……………………….. 6 Tabel 4.1 Hasil pembakaran dengan metode pirolisis ………………..…………... 15
ix
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Buah nanas ( Ananas comosus L. Merr) merupakan salah satu jenis buah yang terdapat di Indonesia, mempunyai penyebaran yang merata. Selain dikonsumsi sebagai buah segar, nanas juga banyak digunakan sebagai bahan baku industri pertanian. Dari berbagai macam pengolahana nanas seperti selai, manisan, sirup, dan lain-lain maka akan didapatkan kulit yang cukup banyak sebagai hasil buangan atau limbah (Rosyidah, 2010). Industri pengolahan nanas ini tiap jam dapat mengolah buah nanas segar sebanyak 30 ton, dan menghasilkan limbah sebanyak 50-65 % atau sebesar 15-19,5 ton limbah. Dengan hasil limbah yang banyak maka harus ada pemanfaatan yang tepat karena jika tidak dimanfaatkan dengan baik maka hasil limbah tersebut dapat mencemari lingkungan. Mengingat jumlah kandungan karbon dalam nanas cukup banyak maka nanas dapat dimanfaatkan menjadi salah satu sumber pembuatan karbon. Karbon aktif pada saat ini telah dimanfaatkan dalam berbagai bidang seperti, pengolahan air, pemurnian gas, pembersih udara, dan digunakan pada bidang medis sebagai penyerap zat bercaun karena sifat karbon aktif adalah sebagai absorben yang memiliki tingkat adsorbsi yang tinggi dan luas permukaan yang lebih baik dibandingkan adsorben lainnya (Walas, 1990). Karbon aktif dapat dibuat dengan menggunakan batu bara dan material yang mengandung lignoselulosa sebagai bahan baku (Garcia-Garcia dkk., 2002). Salah satu
material
yang
mengandung
lignoselulosa
adalah
ampas
kulit
nanas.
Lignoselulosa ampas kulit nanas berjumlah 10% (Casselis dkk., 2013). Selain itu nanas memiliki kandungan karbohidrat sebesar 17,53% (Wijana dkk., 1991).
1
Oleh karena itu, pada penelitian ini akan dilakukan pembuatan karbon aktif berbahan dasar ampas kulit nanas, dengan penambahan KOH sebagai activating agent dan FeCl3 .6H2O sebagai katalis kemudian dilakukannya metode pirolisis untuk menghasilkan karbon. 1.2 Maksud dan Tujuan
Maksud dan tujuan dari penelitian ini, yaitu: 1. Membuat karbon aktif berbahan dasar ampas kulit nanas. 2. Mengetahui struktur molekul berbahan dasar ampas kulit nanas.
1.3 Batasan Masalah
Dalam penelitian ini dilakukan beberapa pembatasan yaitu: 1. Menggunakan KOH sebagai activating agent. 2. Menggunakan FeCl3.6H2O sebagai katalis. 3. Gas inert yang dipakai pada metode pirolisis adalah Nitrogen. 1.4 Rumusan Masalah
Adapun rumusan masalah dari penelitian ini, yaitu: 1. Bagaimana proses pembuatan karbon aktif berbahan dasar ampas kulit nanas? 2. Bagaimana struktur molekul berbahan dasar ampas kulit nanas? 1.5 Me tode Pengumpulan Data 1.5.1 Studi Literatur Studi literatur dilakukan sebagai referensi atau tinjauan pustaka yang
diambil dari berbagai sumber seperti jurnal ilmiah baik jurnal nasional dan internasional, laporan, dan buku-buku yang berkaitan dengan topik penelitian. 1.5.2 Eksperimen Eksperimen dilakukan untuk memperoleh data selama proses pembuatan
karbon aktif yang berasal dari kulit nanas dengan aktivasi KOH dan proses pyrolysis. 2
1.6 Sistematika Penulisan Pembahasan pokok dari penelitian ini untuk setiap bab diuraikan secara singkat.
BAB I Pendahuluan. Mendeskripsikan mengenai latar belakang penelitian, tujuan, ruang lingkup, rumusan masalah, metode pengumpulan data, sistematika penulisan serta jadwal dan lokasi penelitian. BAB
II
Tinjauan
Pustaka.
Berisi
tentang
konsep
dasar
penelitian
dan
perkembangan penelitian yang telah dilakukan sebelumnya. BAB III Metode Penelitian. Berisi tentang proses penelitian pembuatan karbon aktif yang berasal dari kulit nanas. BAB IV Hasil dan Pembahasan. Berisi tentang hasil dari eksperimen pembuatan karbon aktif yang berasal dari kulit nanas berikut dengan pembahasan dan analisanya. BAB V Penutup. Berisi tentang kesimpulan dari hasil penelitian beserta saran untuk pengembangan selanjutnya. 1.7 Jadwal dan Lokasi Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan pada tanggal 1 Juni sampai 31 Agustus 2016 bertempat di Laboratorium Pusat Penelitian Fisika LIPI, Jalan Sangkuriang Kompleks LIPI Gedung 60, Bandung.
3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Karbon Aktif
Karbon aktif adalah material berpori dengan kandungan karbon 87%-97% dan sisanya berupa hydrogen, oksigen, sulfur, dan material lain. Karbon aktif merupakan karbon yang telah diaktivasi sehingga terjadi pengembangan pori yang bergantung pada metode aktivasi yang digunakan. Struktur pori menyebabkan ukuran molekul teradsorpsi terbatas, sedangkan bila ukuran partikel tidak masalah, kuantitas bahan yang diserap dibatasi oleh permukaan karbon aktif (Austin, 1996). Karbon aktif memiliki banyak fungsi. Misalnya pada proses pengolahan air, karbon aktif berfungsi untuk menghilangkan polutan seperti seng, timbal, kuprum, krom, besi, dan uap ammonia (Shofa, 2012). Karbon aktif juga berfungsi dalam pemurnian gas seperti dengan cara desulfurisasi dan menyerap gas beracun dan bau busuk. Struktur dasar karbon aktif berupa struktur kristalin yang sangat kecil (mikrokristalin). Karbon aktif memiliki bentuk amorf yang tersusun atas lapisan bidang datar dimana atom-atom karbon tersusun dan terikat secara kovalen dalam tatanan atom-atom heksagonal (Sudibrandiyo, 2003). Pada umumnya karbon aktif berbentuk granular (butiran) dan serbuk. Karbon aktif berbentuk serbuk halus memiliki distribusi ukuran partikel 5-10 µm. Sedangkan karbon aktif berbentuk granular memiliki ukuran 0,8-1,2 mm. Porositas karbon aktif terbentuk pada saat proses karbonisasi. Pada karbon aktif terdapat 3 ukuran pori (Marsh, 2006), yaitu: 1. Mikropori memiliki ukuran pori <2 nm 2. Mesopori memiliki ukuran pori 2-50 nm 3. Makropori memiliki ukuran pori >50 nm 4
Proses pembuatan karbon aktif terdiri dari 3 tahap, yaitu: 1. Dehidrasi Dehidrasi adalah proses penghilangan kandungan air yang terdapat dalam bahan baku karbon aktif dengan tujuan untuk menyempurnakan proses karbonisasi. 2. Karbonisasi Karbonisasi adalah proses pembakaran material organik pada bahan baku. Karbonisasi akan menyebabkan terjadinya dekomposisi material organik bahan baku dan pengeluaran pengotor. Sehingga unsur non-karbon akan hilang pada tahap ini dan menyebabkan struktur pori mulai terbentuk. 3. Aktivasi Proses aktivasi bertujuan untuk meningkatkan luas permukaan dan daya adsorpsi karbon aktif. Pada proses ini terjadi pelepasan hidrokarbon, tar, dan senyawa organik yang melekat pada karbon tersebut. Terdapat 2 jenis proses aktivasi yaitu aktivasi fisika dan aktivasi kimia. Secara fisika, karbon diberikan gas pengoksidasi seperti CO 2, air atau oksigen kemudian dipanaskan pada suhu sekitar 800-900oC. Gas pengoksidasi akan bereaksi dengan karbon dan melepaskan karbon monoksida dan hydrogen untuk gas pengoksidasi berupa uap air. Senyawa-senyawa produk samping pun akan terlepas pada proses ini sehingga akan memperlebar ukuran pori dan meningkatkan daya adsorpsi. Secara kimia, karbon dicampur dengan larutan yang berperan sebagai activating agent . Larutan yang digunakan biasanya adalah garam dari logam alkali dan alkali tanah serta zat asam seperti KOH, NaOH, ZnCl2, H3PO 4 dan H2SO4. 2.2 Nanas Buah nanas ( Ananas comosus L. Merr) merupakan salah satu jenis buah yang
terdapat
di
Indonesia,
mempunyai
penyebaran
yang
merata.
Kulit
nanas
mengandung 81,72 % air, 20,87 % serat kasar, 17,53 % karbohidrat, 4,41 % 5
protein, 0,02 % lemak, 0,48 % abu, 1,66 % serat basah, dan 13,65 % gula reduksi (Wijana dkk., 1991). Pada limbah kulit nanas diduga terdapat senyawa alkaloid , yaitu sebuah golongan senyawa basa bernitrogen yang kebanyakan heterosiklik dan terdapat di tetumbuhan. Fungsi alkaloid sendiri dalam tumbuhan sejauh ini belum diketahui secara pasti, beberapa ahli pernah mengungkapkan bahwa alkaloid diperkirakan sebagai pelindung tumbuhan dari serangan hama dan penyakit, pengatur tumbuh, atau sebagai basa mineral untuk mempertahankan keseimbangan ion. Tabel 2.1 Kandungan buah nanas dalam total gula 100 g/L (Andriani, dkk., 2013) Parameter
Hasil Penelitian
Kandungan Gula (g/L) Sukrosa Glukosa Fruktosa Asam Organik (mM)
23.58±0.36 39.14±0.60 36.86±0.57
Asam sitrat
21.70±0.00 51.00±10.75 8.50±0.56 6.45±1.63 2751.30±533.58 -
Asam Asam Asam Asam Asam
propionate butirat Iso-butirat asetat malat
Kandungan Karbon (% w/w) Kadar abu Total karbon Bahan organik Kandungan Nitrogen (% w/w) Nitrogegn (TKN)
2.95±0.05 53.92±0.03 97.05±0.05 0.36±0.005 2.27±0.03
Protein (Nx2)
Tabel di atas menunjukkan bahwa limbah buah nanas mengandung total karbon, abu dan bahan organik yang masing-masing sebesar 53.92; 2.95 dan 97.05%.
6
2.3 FTIR (F ouri er Transform I nfra R ed )
Spektroskopi FTIR adalah teknik pengukuran untuk mengumpulkan spektrum inframerah. Energi yang diserap sampel pada berbagai frekuensi sinar inframerah direkam, kemudian diteruskan ke interferometer. Sinar pengukuran sampel diubah menjadi interferogram. Hampir setiap senyawa yang memiliki ikatan kovalen, apakah senyawa organik atau anorganik, akan menyerap berbagai frekensi radiasi elektromagnetik dengan panjang gelombang ( ) 0,5 – 1000 . Spektrofotometri merupakan alat rutin dalam penemuan gugus fungsional, pengenalan senyawa, dan analisa campuran. Kebanyakan gugus, seperti C-H, O-H, C=N, dan C=N, menyebabkan pita absorpsi infra-merah, yang berbeda hanya sedikit dari satu molekul ke yang lain tergantung pada substituen yang lain ( Day dan Underwood, 1990 ). Daerah inframerah pada spektrum gelombang elektromagnetik mencakup bilangan gelombang 14.000 cm-1 hingga 10 cm-1 . Daerah inframerah sedang (4000400 cm-1 ) berkaitan dengan transisi energy vibrasi dari molekul yang memberikan informasi
mengenai
gugus-gugus
inframerah jauh (400-10cm-1 )
fungsi
dalam
bermanfaat
untuk
molekul
tersebut.
menganalisis
molekul
Daerah yang
mengandung atom-atom berat seperti senyawa organik, namun membutuhkan teknik khusus yang lebih baik. Daerah inframerah dekat (12.500-4000cm-1 ) yang peka terhadap vibrasi overtune (Schechter,1997). Mekanisme yang terjadi pada alat FTIR dapat dijelaskan sebagai berikut. Sinar yang dating dari sumber sinar akan diterukan, dan kemudian akan dipecah oleh pemech sinar menjadi dua bagian sinar yang saling tegak lurus. Sinar ini kemudian dipantulkan oleh dua cermin yaitu cermin diam dan cermin bergerak. Sinar hasil pantulan kedua cermin akan dipantulkan kembali menuju pemecah sinar untuk saling berinteraksi. Dari pemecah sinar, sebagian sinar akan diarahkan menuju 7
cuplikan dan sebagian menuju sumber. Gerakan cermin yang maju mundur akan menyebabkan sinar yang sampai pada detektor akan berfluktuasi. Sinar akan saling menguatkan ketika kedua cermin memiliki jarak yang sama terhadap detektor, dan akan saling melemahkan jika kedua cermin memiliki jarak yang berbeda. Fluktuasi sinar yang sampai pada detektor ini akan menghasilkan sinyal pada detector yang disebut interferogram. Interferogram ini akan diubah menjadi spektra IR, dengan bantuan komputer berdasarkan operasi matematika (Tahid,1994).
8
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Alat dan Bahan 3.1.1 Alat 1. Gelas Ukur
2. Gelas Beker 3. PH indikator 4. Spatula 5. Timbangan 6. Ultrasonik 7. Oven 8. Seperangkat alat pirolisis 3.2.2 Bahan 1. Ampas nanas
2. Aquades
200 ml
3. FeCl3.6H2O
8,64 gr
4. KOH
3.2 Prosedur Percobaan Pertama ampas kulit nanas dioven selama 24 jam pada suhu 105oC.
Pada penelitian ini terdapat dua perbedaan perlakuan pada ampas, yang pertama ampas langsung diaktivasi (tanpa treatment ) dengan suhu 700 oC selama 60 menit, ampas yang kedua kemudian dilakukan hidrolisis dengan penambahan larutan KOH (1 gr) dan aquades (100 ml) kemudian dipanaskan selama 40 menit, setelah itu ampas dibilas dengan aquades hingga PH air saringan sama dengan PH aquades. Ampas kemudian dikeringkan dalam oven selama 24 jam. Setelah
itu,
pembuatan
larutan
katalis
dimana,
larutan
katalis
tersebut
menggunakan FeCl3.6H2 O 0,16M dilarutkan dengan aquades (100 ml) kemudian disonikasi selama 30 menit dan setelah itu ampas dimasukan dalam 9
larutan katalis dan direndam selama 1 jam kemudian disonikasi selama 30 menit. Setelah itu dikeringkan dalam oven gear selama beberapa hari. Untuk mengurangi kadar air yang terkandung dalam ampas kemudian dilakukan vakum selama 4 jam dengan pengambilan data setiap satu jam. Ampas nanas setelah itu dibakar dengan suhu 700oC sehingga ampas nanas menjadi sebuah karbon. Kemudian seluruh sample dikarakterisasi menggunakan FTIR.
10
Ampas kulit nanas
Dioven selama 24 jam pada suhu 105o C
Hidrolisis
Aktivasi (suhu 700oC; waktu 60 menit)
- Pencampuran dengan KOH - Pengadukan dan pemanasan selama 40 menit - Pencucian
Dioven selama 24 jam pada suhu 105oC + Katalis
Ampas direndam dalam larutan katalis
Dioven beberapa hari pada suhu 40oC
Divakum selama 4 jam
Aktivasi (suhu 700 oC; waktu 60 menit
Karakterisasi FTIR
11
- FeCl3 .6H2O 0,16 M + Aquades (100 ml) kemudian disonikasi - Perbandingan massa ampas dan katalis (1:1 dan 1:2)
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Aktivasi Karbon
Pembuatan karbon berbahan dasar nanas dilakukan melalui beberapa tahap. Tahap pertama adalah penambahan KOH berbentuk padatan sebagai activating agent. KOH dilarutkan dalam 100 mL air dan kemudian ampas dimasukan dalam larutan KOH tersebut dan dipanaskan dengan pengadukan secara kontinu pada suhu 70oC. Pengadukan dan pemanasan ini bertujuan agar karbon terimpregnasi oleh activating agent KOH dan kandungan air pada larutan KOH dapat bereaksi dengan karbon dan pori-pori dapat terbentuk. Hasil dari proses tersebut berupa ampas berubah warna menjadi sangat pekat. Kemudian ampas dicuci dengan aquades hingga PH air bilasan sama dengan PH air aquades..
Gambar 4.1 Ampas nanas setelah penambahan KOH dan pencucian
Perlakuan panas pada KOH dan karbon membentuk gas berupa karbon dioksida (CO2) dan uap air. Gas CO2 terbentuk akibat adanya karbon yang berikatan dengan oksigen sehingga menyebabkan adanya porositas pada struktur karbon (Apriani dkk. 2013). Sementara itu, uap air terbentuk karena KOH yang memiliki sifat hidrasi sehingga mudah menyerap air (Erlina, Umiatin, and Budi 2015).
12
Setelah
penambahan
KOH
sebagai
activating
agent
kemudian
tahap
selanjutnya ialah penambahan katalis. Katalis yang digunakan berupa padatan FeCl3.6H2O yang memiliki warna kuning. Penambahan katalis merupakan tahap dari grafitisasi karbon. Grafitisasi karbon merupakan sebuah proses untuk membuat struktur grafit. Grafitisasi pada suhu rendah dimungkinkan dapat dilakukan dengan menggunakan penambahan unsur-unsur pembentuk karbida yang mempunyai fungsi sebagai katalis dan penambahan katalis pada proses tersebut bertujuan untuk meningkatkan laju dan kualitas proses penggrafitan (Vohler dkk, 1986). Pada proses ini terdapat dua perbandingan massa ampas dan massa katalis, yaitu 1:1 (ampas 4,32 gram dan katalis 4,32 gram) dan 1:2 (ampas 8,64 gram dan katalis 4,32 gram). Dari perbedaan massa ampas dan katalis tersebut maka akan mempengaruhi terhadap hasil karbon yang dihasilka n. Tahap selanjutnya adalah proses karbonisasi dengan metode pirolisis. Proses ini bertujuan untuk menghasilkan karbon dan menghilangkan zat-zat lain selain karbon yang terkandung pada ampas nanas. Penggunaan metode pirolisis agar karbon tidak mudah teroksidasi, karena atmosfer yang digunakan pada proses pembakaran ini adalah gas inert yaitu nitrogen. Digunakannya nitrogen sebagai sumber gas untuk tidak terjadinya oksidasi selama proses pembakaran, karena jika digunakan oksigen sebagai sumber gas sesuai dengan sifatnya yang oksidatif maka akan menyebabkan oksidasi dan hal itu akan membakar atau mengikis karbon sampai habis atau tidak terkontrol, sehingga struktur pori-pori karbon akan rusak dan karbon dapat hilang dan kemudian hasil yang didapat hanya berupa abu.
13
b
a
Gambar 4.2 (a) Ampas nanas, (b) Karbon aktif hasil pirolisis
Proses ini dilakukan pada suhu 700oC selama satu jam. Karena terjadinya pengikisan karbon maka massa dari karbon setelah pembakaran akan berkurang. Sebelum pembakaran ampas ditimbang terlebih dahulu kemudian setelah proses pembakaran ampas ditimbang kembali, maka akan didapatkan yield dari karbon. Tabel dibawah ini menunjukan massa ampas sebelum dilakukannya pembakaran dan setelah pembakaran, serta jumlah karbon yang dihasilkan.
14
Tabel 4.2 Hasil pembakaran dengan metode pirolisis
Massa Ampas Nanas (gr)
Massa Karbon (gr)
Massa yang hilang (gr)
% yang hilang
% Yield karbon
Ampas nanas tanpa treatment
0.751
0.157
0.594
79.09
20.91
0.862
0.29
0.572
66.36
33.64
Karbon aktif (1:1)
0.702
0.255
0.447
63.68
36.32
1.296 0.642 0.766
0.33
0.966
74.54
25.46
0.376 0.2728
0.266 0.4932
41.43 64.39
58.57 35.61
Ampas
Karbon aktif (1:2)
Dari data pengukuran massa di atas hasil rata-rata dari karbon yang didapat adalah sebesar 35,085% dari massa awal ampas nanas yang digunakan untuk karbonisasi. Hal tersebut sedikit berbeda dengan literatur pada tabel 2.1 yang menunjukka n bahwa total karbon dari nanas mencapai 53, 92%.
4.2 Karakterisasi FTIR
Karakterisasi FTIR dilakukan bertujuan untuk mengetahui senyawa kimia yang berada pada ampas nanas dan struktur molekul senyawa tersebut. Ketiga sampel yaitu ampas tanpa treatment , karbon teraktivasi dengan perbandingan massa 1:1, dan karbon teraktivasi dengan perbandingan massa 1:2 memiliki hasil FTIR sebagai berikut;
15
Ampas nanas tanpa treatment
4.2.1
1.06
Karbon Aktif Murni 1.04
1.02
1.00
6 0 1 . 8 9 3 3
0.98
0.96
e c n a t t i m s n a r T %
5 5 6 . 7 8 2 3
0.94
5 5 9 . 1 4 4 2
9 5 6 . 1 5 8 2
4 4 9 . 1 6 9 2
3 2 9 . 1 7 2 2
0.92
0.90
5 5 0 . 9 8 3 1
0.88
8 9 1 . 7 5 1 1
0.86
0.84
3 3 7 . 4 0 0 1
3 9 1 8 . 6 9 4 . 2 7 9 9 8
4 2 0 . 5 7 6
8 6 9 . 5 4 8
0 0 2 . 4 . 7 1 4 6 9 . 7 1 3 9 5 7 . 3 0 5
0.82
3800
3600
3400
3200
3000
2800
2600
2400
2200
2000
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
Wavenumber
Gambar 4.2 Hasil FTIR ampas nanas
Dari hasil FTIR untuk ampas nanas terdapat dua gugus fungsi utama yaitu gugus fungsi C-H pada 2851 cm-1 dan gugus fungsi O-H pada 3398 cm-1 . Gugus fungsi C-H dan O-H pada ampas nanas masih tinggi karena tidak dilakukannya treatment apapun. 4.2.2 Karbon aktif (1:1) 1.55
karbon aktif 1:1
1.50
1.45
e c n a t t i m s n a r T %
1.40
1.35
9 7 3 . 1 7 7
1.30
1.25
9 4 2 . 6 9 8 3
1 3 4 . 6 2 7 3
1.20
3800
0 4 8 . 8 5 2 3
8 8 5 . 9 0 6 3
3600
3400
3200
3 3 0 . 2 2 9 2
3000
9 6 0 . 3 3 7 2
2800
1 0 0 . 2 3 5 2
2600
8 9 9 . 8 5 2 2
2400
8 6 6 . 6 7 9 1
2200
2000
3 2 4 . 4 4 6 1
1800
4 4 1 . 2 4 5 1
1600
1400
Wavenumber
Gambar 4.3 Hasil FTIR karbon aktif (1:1) 16
0 4 7 . 2 1 9
9 7 5 . 1 3 2 1
1200
6 1 6 . 8 8 6
7 2 8 1 9 . 5 . 5 3 4 0 5 5 2 3 4 . 4 6 4
.
1000
800
600
Hasil FTIR pada karbon aktif (1:1) terdapat tiga gugus fungsi utama yaitu gugus fungsi C-H pada 2922 cm-1 , gugus fungsi O-H pada 3258 cm-1 , dan terdapat gugus fungsi C=C pada 1644 cm-1 . Gugus fungsi C-H dan gugus fungsi O-H pada karbon aktif 1:1 menunjukan puncak yang lemah karena proses pirolisis yang dilakukan akan menghilangkan gugus-gugus organik dari ampas nanas dan akan menghasilkan karbon. 4.2.3
1.18
Karbon aktif (1:2)
KArbon Aktif 1 : 2
1.16 1.14 1.12 1.10 1.08
e c n a t t i m s n a r T %
1.06 1.04 1.02 1.00 5 0 5 . 5 4 5
0.98 0.96 0.94
4 1 4 . 6 9 7 3
0.92
6 9 5 . 5 0 7 3
9 2 9 . 0 2 6 3
2 9 9 . 8 7 4 3
9 7 7 . 9 3 9 2
0.90
3800
3600
3400
3200
3000
0 1 2 . 4 7 8 1
4 1 9 . 8 4 8 2
2800
2600
2400
2200
2000
2 9 5 . 1 9 7 1
1800
6 7 7 . 0 3 7 1
3 7 9 . 6 3 5 1
1600
7 6 7 . 8 9 3 1
1400
2 9 2 . 9 3 2 1
1200
1 7 0 . 5 6 0 1
3 8 2 . 4 0 0 1
1000
7 9 5 5 7 . 4 3 5 . 8 2 9 8
800
0 8 1 . 8 4 7
4 8 6 . 7 9 6
.
7 9 1 . 0 0 5
600
Wavenumber
Gambar 4.4 Hasil FTIR karbon aktif (1:2)
Hasil FTIR pada karbon aktif (1:2) terdapat dua gugus fungsi utama yaitu gugus fungsi C-H pada 2939 cm-1 dan gugus fungsi C- O pada 1730 cm-1 .
17
BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan
Berdasarkan hasil penelitian dan pembahasan, maka dapat disimpulkan bahwa: 1. Ampas nanas dapat dijadikan sebagai karbon aktif. 2. Rata-rata jumlah karbon yang didapat dari massa awal adalah sebesar 35%. 3. Pada ketiga sampel yaitu ampas nanas tanpa treatment, karbon aktif (1:1), dan karbon aktif (1:2) ditemukannya gugus fungsi yaitu C-H, O-H, dan CC. 5.2 Saran
Dari penelitian yang telah dilakukan, saran untuk penelitian selanjutnya agar menghasilka n bioplastik yang lebih baik yaitu: 1. Melakukan uji analisis struktur permukaan dengan SEM agar perubahan struktur pori-pori dari ampas nanas, dan karbon aktif dapat diketahui. 2. Melakukan uji metode BET agar luas permukaan karbon aktif dapat diketahui.
18
DAFTAR PUSTAKA
Andriani Ria D., Akeprathumchai S., Laoteng K., Poomputsa K., Mekvichitsaeng P. 2013. Pemanfaat
Limbah Buah Nanas Sebagai Media Pertumbuhan
Xanthophyllomyces dendrorhous Untuk Produksi LIPID. Jurnal Teknologi Pertanian Vol. 14 No. 3 [Desember 2013] 193-200. Apriani, Ririn et al. 2013. Pengaruh Konsentrasi Aktivat or Kalium Hidroksida (KOH) Terhadap Kualitas Karbon Ak tif Kulit Durian Sebagai Adsorben Logam Fe Pada Air Gambut. I(2): 82-86. Austin, G.T. 1996. Industri Proses Kimia. Jakarta: Erlangga. Casselis Maria E., Pardo Maria., Lopez Marlon R. 2013. Sturctural, Physicochemical and Functional Properties of Industrial Residues of Pineapple (Anananas comosus). Cellulose Chemistry and Technology, 48 (7-8), 633-641 (2014). Day, R. A. and A. L. Underwood. 1993. Analisis Kimia Kuantitatif. Edisi Keempat. Penerbit Erlangga. Jakarta. Erlina, Umiatin, and Esmar Budi. 2015. Pengaruh Konsentrasi Larutan KOH Pada Karbon Aktif Tempurung Kelapa Untuk Adsorpsi Logam Cu. SNF2015-VII-55 IV: 55-60. Garcia-Garcia, A., Gregorio, A. Boavida, D., Gulyurtlu, I. 2002. Production and Characterization of Activated Carbon from Pine Wastes Gasified in A pilot Reactor, National Institute of Engineering and Industrial Technology, Estrada do Paco do Lumiar, 22, Edif J, 1649- 038, Lisbon, Portugal. Marsh, H., Rodriguez-Reinoso, F., 2006. Activated Carbon. Netherlands: Elsevier Science & Technology Books. Schecter, I., Barzilai, I., and Bulatov. 1997. Online Remote Prediction of Gasoline Properties by Combined Optical Method. Ana Chim Acta, 339, p.193-199. Sudibandriyo, M. 2003. Ph. Dissertation: A Generalized Ono-KondoLattice Model for High Pressure on Carbon Adsorben. Oklahoma: Oklahoma State University. 19
Tahid. 1994. Spektroskopi Inframerah Transformasi Fourier. No. II Th. VIII. Warta Kimia Analitis. Bandung. Vohler, O., Sturm, F.V., Wege, E., Artificial Graphite, Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, Volume A5, UCH Verlagsgesell Schaft, Weinheim, 1986, p.98-115. Wijana, S., Kumalaningsih, A., Setyowati, U. 1991. Optimalisasi Penambahan Tepung Kulit Nanas dan Proses Fermentasi pada Pakan Ternak terhadap Peningkatan Kualitas Nutrisi. ARMP (Deptan). Universitas Brawijaya. Malang
. .
20
LAMPIRAN
Gambar 1. Neraca digital.
Gambar 2. Oven gear.
Gambar 3. Proses pencucian ampas nanas dari larutan KOH.
21
Gambar 4. Larutan katalis.
Gambar 5. Perendaman ampas dalam larutan katalis.
Gambar 7. Ampas dalam larutan katalis yang akan dipanaskan dalam oven gear.
Gambar 6. Proses sonikasi.
22
Gambar 8. Seperangkat alat pirolisis
Gambar 9. FTIR (Fourier Transform Infra Red )
23
IDENTITAS INSTANSI
Instansi
: Loka Penelitian Teknologi Bersih (LPTB) Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI)
Alamat
: Jl. Sangkuriang/Cisitu No. 21/154D Bandung 40135
Telepon/Fax.
: Tlp. (022) 2503052 / Fax. (022) 2503052
Bidang Usaha
: Loka Penelitian Teknologi Bersih
Kompetensi yang diberikan
: Sintesis bioplastik berbasis pati ganyong (Canna edulis) menggunakan metode pemanasan microwave
Nama Pembimbing
: 1. Dr. Hj. Hasniah Aliah, M.Si 1. Elsy Rahimi Chaldun, M.T
24
