SINTESIS KARBON AKTIF DARI LIMBAH KULIT

PISANG KEPOK (Musa Paradisiaca) MENGGUNAKAN

AKTIVATOR NaOH DAN APLIKASINYA SEBAGAI

ADSORBEN MALACHITE GREEN

Skripsi

diajukan sebagai salah satu persyaratan untuk memperoleh gelar

Sarjana Teknik Program Studi Teknik Kimia

Oleh

Mohamad Rohman NIM. 5213413021

Muhammad Fahmi Sihab NIM. 5213413077

TEKNIK KIMIA

JURUSAN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG

2017

i

ii

iii

PERNYATAAN KEASLIAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa:

1. Skripsi ini, adalah asli dan belum pernah diajukan untuk mendapatkan

gelar akademik sarjana, baik di Universitas Negeri Semarang (UNNES)

maupun di perguruan tinggi lain.

2. Karya tulis ini adalah murni gagasan, rumusan, dan penelitian saya sendiri,

tanpa bantuan pihak lain, kecuali arahan Pembimbing dan masukan Tim

Penguji.

3. Dalam karya tulis ini tidak terdapat karya atau pendapat yang telah ditulis

atau dipublikasikan orang lain, kecuali secara tertulis dengan jelas

dicantumkan sebagai acuan dalam naskah dengan disebutkan nama

pengarang dan dicantumkan dalam daftar pustaka.

4. Pernyataan ini saya buat dengan sesungguhnya dan apabila dikemudian

hari terdapat penyimpangan dan ketidakbenaran dalam pernyataan ini,

maka saya bersedia menerima sanksi lainnya sesuai dengan norma yang

berlaku di perguruan tinggi ini.

Semarang, 07 Agustus 2017

Yang membuat pernyataan.

Penulis I

Penulis II

Mohamad Rohman Muhammad Fahmi Sihab

NIM. 5213413021 NIM. 5213413077

iv

MOTTO DAN PERSEMBAHAN

MOTTO

“Sebaik-baik manusia adalah yang paling bermanfaat bagi orang lain”

(HR. Ahmad, Thabrani)

PERSEMBAHAN

1. Allah SWT.

2. Orang Tua

3. Kakak dan Adik

4. Saudaraku

5. Dosen-dosenku.

6. Sahabat-sahabatku.

7. Almamaterku.

v

ABSTRAK

Mohamad Rohman dan Muhammad Fahmi Sihab. 2017. Sintesis Karbon

Aktif dari Limbah Kulit Pisang Kepok (Musa Paradisiaca) Menggunakan

Aktivator NaOH dan Aplikasinya sebagai Adsorben Malachite Green. Skripsi.

Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Semarang.

Pembimbing Dr. Widi Astuti, S.T., M.T. dan Rr. Dewi Artanti P, S.T., M.T.

Salah satu zat warna yang sering digunakan dalam industri sutera, kulit,

wool, kapas dan kertas adalah malachite green. Limbah malachite green yang

dihasilkan dari industri ini pada umumnya dibuang begitu saja ke lingkungan

tanpa adanya proses pengolahan terlebih dahulu. Padahal limbah tersebut bersifat

karsinogenik bagi manusia. Fakta bahwa keberadaan zat warna di perairan

berbahaya bagi manusia serta lingkungan, mendorong untuk dikembangkannya

berbagai metode dalam mengatasi pencemaran tersebut, salah satunya dengan

metode adsorpsi menggunakan karbon aktif.

Karbon aktif pada penelitian ini menggunakan limbah kulit pisang sebagai

bahan baku utama. Limbah kulit pisang kepok dipilih karena ketersediaannya

melimpah,pemanfaatannya belum optimal serta limbah kulit pisang kepok

mengandung 7,9% lignin, 7,5% selulosa dan 74,9% hemiselulosa yang dapat

dikonversi menjadi karbon. Pada penelitian ini arang kulit pisang kepok diaktivasi

menggunakan NaOH dengan memanfaatkan radiasi gelombang mikro. Karbon

aktif yang dihasilkan kemudian dikarakterisasi menggunakan FTIR, SEM, dan

BET. Penelitian ini juga mempelajari kesetimbangan melalui pendekatan model

isoterm freundlich dan langmuir serta kinetika adsorpsi melalui model difusi

ekternal, difusi internal, dan reaksi permukaan (pseudo first order, pseudo second

order, dan elovich).

Pada percobaan ini akan diketahui faktor-faktor yang mempengaruhi

proses adsorpsi diantaranya yaitu pengaruh pH, konsentrasi awal dan waktu

optimum adsorpsi. pH optimum adsorbsi di peroleh pada pH 10 dan untuk waktu

kontak optimum adalah 120 menit dengan konsentrasi optimum 100 mg/L.

Jumlah malachite green yang dapat diadsorpsi oleh karbon aktif kulit pisang

kepok teraktivasi NaOH dengan pemanasan microwave adalah 247,864 mg/g

dengan luas permukaan karbon sebesar 187,664 m2/g. Model kesetimbangan yang

sesuai pada penelitian ini adalah isoterm freundlich dengan nilai kF sebesar 45,919

dan nilai n sebesar 1,0927 serta nilai R2 sebesar 0,965. Serta kinetika reaksi yang

paling sesuai adalah model reaksi permukaan pseudo second order dengan nilai

K2 0,0114 g mg-1

menit-1

dengan nilai R2 sebesar 1.

Kata kunci: Gelombang mikro,karbon aktif, kepok, malachite green, microwave ,

NaOH.

vi

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT yang telah

melimpahkan rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Skripsi yang

berjudul “Sintesis Karbon Aktif dari Limbah Kulit Pisang Kepok (Musa

Paradisiaca) Menggunakan Aktivator NaOH dan Aplikasinya sebagai Adsorben

Malachite Green”. Skripsi ini disususn sebagai salah satu persyaratan untuk

memperoleh gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Kimia Universitas Negeri

Semarang.

Penyelesaian karya tulis ini tidak lepas dari bantuan berbagai pihak, oleh

karena itu pada kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih

kepada :

1. Kedua orang tua dan keluarga yang telah memberi bantuan secara materil

maupun moril kepada penulis.

2. Bapak Dr. Nur Qudus, M.T., selaku Dekan Fakultas Teknik, Universitas

Negeri Semarang.

3. Ibu Dr. Wara Dyah Pita Rengga, S.T, M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik

Kimia yang telah berkenan memberikan masukan dan nasihat dalam

menyelesaikan Skripsi ini.

4. Ibu Dr. Widi Astuti, S.T, M.T., selaku Dosen Pembimbing (I) yang telah

berkenan meluangkan waktunya serta penuh kesabaran memberikan

bimbingan, motivasi, pengarahan dalam penyusunan Skripsi ini

5. Ibu Radenrara Dewi Artanti Putri, S.T., M.T., selaku Dosen Pembimbing (II)

yang telah berkenan meluangkan waktunya serta penuh kesabaran memberikan

bimbingan, motivasi, pengarahan dalam penyusunan Skripsi ini.

6. Ibu Ria Wulansarie, S.T., M.T. Dosen Penguji yang telah memberikan

masukan dan pengarahan dalam penyempurnaan Skripsi ini.

7. Seluruh dosen dan teman-teman mahasiswa Teknik Kimia Universitas Negeri

Semarang.

8. Berbagai pihak yang telah memberi bantuan untuk Skripsi ini yang tidak dapat

penulis sebutkan satu persatu.

vii

Penulis menyadari penyusunan Skripsi ini masih banyak kekurangan, oleh

karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun untuk

penyempurnaan Skripsi ini. Semoga skripsi ini dapat memberikan manfaat kepada

rekan-rekan mahasiswa maupun pembaca lainnya.

Semarang, 07 Agustus 2017

Penulis

viii

DAFTAR ISI

COVER

PERSETUJUAN PEMBIMBING .......................................................................i

PENGESAHAN ..................................................................................................ii

PERNYATAAN KEASLIAN .............................................................................iii

MOTTO DAN PERSEMBAHAN ......................................................................iv

ABSTRAK ..........................................................................................................v

KATA PENGANTAR ........................................................................................vi

DAFTAR ISI .......................................................................................................viii

DAFTAR GAMBAR ..........................................................................................x

DAFTAR TABEL ...............................................................................................xi

DAFTAR LAMPIRAN .......................................................................................xii

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang .............................................................................................1

1.2 Identifikasi Masalah .....................................................................................4

1.3 Batasan Masalah ..........................................................................................4

1.4 Rumusan Masalah ........................................................................................4

1.5 Tujuan Penelitian .........................................................................................5

1.6 Manfaat Penelitian .......................................................................................5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Kulit Pisang Kepok ......................................................................................6

2.2 Penelitian Terdahulu ...................................................................................6

2.3 Karbon Aktif ..............................................................................................8

2.3.1 Jenis Karbon Aktif ........................................................................8

2.3.2 Karakteristik Karbon Aktif ...........................................................9

2.3.3 Proses Pembuatan Karbon Aktif ...................................................10

2.4 NaOH ...........................................................................................................13

2.5 Malachite Green ...........................................................................................14

2.6 Adsorpsi .......................................................................................................14

2.7 Microwave ...................................................................................................16

2.8 Model Kestimbangan ...................................................................................16

2.8.1 Isoterm Langmuir ...........................................................................17

2.8.2 Isoterm Freundlich ........................................................................19

2.9 Model Kinetika ............................................................................................19

2.9.1 Difusi Molekul Adsorbat dari Fase Ruah ke Lapisan Film ...........20

2.9.2 Difusi Eksternal ...............................................................................20

2.9.3 Difusi Internal .................................................................................21

2.9.4 Reaksi Permukaan ...........................................................................22

ix

BAB III METODE PENELITIAN

3.1 Waktu dan Tempat Pelaksanaan .................................................................24

3.2 Variabel .......................................................................................................24

3.3 Alat ..............................................................................................................25

3.4 Bahan...........................................................................................................26

3.5 Prosedur Kerja .............................................................................................26

3.5.1 Pembuatan Karbon Aktif .............................................................26

3.5.2 Uji Adsorpsi ...................................................................................28

3.5.3 Karakterisasi Karbon Aktif ............................................................29

3.6 Diagram Alir Penelitian ..............................................................................29

3.6.1 Diagram Alir Pembuatan Karbon Aktif ........................................31

3.6.2 Diagram alir Uji Adsorpsi ..............................................................32

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Preparasi Kulit Pisang Kepok sebagai Karbon Aktif ..................................33

4.2 Karakterisasi Arang dan Karbon Aktif Kulit Pisang Kepok ........................35

4.2.1 Analisis Morfologi Permukaan ......................................................35

4.2.2 Analisis BET ..................................................................................39

4.2.3 Analisis Gugus Fungsi ...................................................................39

4.3 Uji Kemampuan Adsorpsi ............................................................................42

4.3.1 Panjang Gelombang Maksimum ....................................................42

4.3.2 Pembuatan Kurva Stabdart Malachite Green .................................43

4.3.3 Pengaruh pH Larutan .....................................................................45

4.3.4 Pengaruh Waktu kontak Adsorpsi .................................................46

4.3.5 Pengaruh konsentrasi Awal Larutan Malachite Green ..................48

4.4 Desorpsi .......................................................................................................49

4.5 Isoterm Adsorpsi ..........................................................................................50

4.5.1 Isoterm Langmuir ..........................................................................50

4.5.2 Isoterm Freundlich ........................................................................51

4.6 Kinetika Adsorpsi ........................................................................................54

4.6.1 Model Difusi Eksternal ..................................................................54

4.6.2 Model Difusi Internal .....................................................................55

4.6.3 Reaksi Permukaan ..........................................................................56

BAB V PENUTUP

5.1 Simpulan ......................................................................................................62

5.2 Saran ............................................................................................................62

x

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Proses Karbonisasi Selulosa menjadi Karbon .................................11

Gambar 2.2 Srtuktur Molekul Malachite Green ................................................14

Gambar 2.3 Mekanisme Sistem Adsorbsi ...........................................................20

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian ..................................................................31

Gambar 3.2 Diagram Alir Uji Adsorpsi ..............................................................32

Gambar 4.1 Kulit Pisang Kepok .........................................................................33

Gambar 4.2 Karbon Kulit Pisang Kepok ............................................................34

Gambar 4.3 Karakteristik Permukaan .................................................................36

Gambar 4.4 Karakteristik Permukaan Karbon Kulit Pisang Kepok ...................36

Gambar 4.5 Karakteristik Permukaan Karbon Kulit Pisang Kepok

Teraktivasi NaOH dan Furnace ..........................................................................38

Gambar 4.6 Karakteristik Permukaan Karbon Kulit Pisang Kepok

Teraktivasi NaOH dan Microwave ....................................................................38

Gambar 4.7 Kurva Spektrum FTIR .....................................................................40

Gambar 4.8 Kurva Spektrum FTIR Sebelum dan Sesudah Adsorpsi .................41

Gambar 4.9 Spektrum Absorbansi Zat Warna Malchite Green ..........................43

Gambar 4.10 Kurva Standart Zat Warna Malchite Green...................................44

Gambar 4.11 Pengaruh pH Larutan ....................................................................45

Gambar 4.12 Reaksi Malachite Green dengan OH- membentuk Senyawa

Kompleks Carbinol. ............................................................................................46

Gambar 4.13 Pengaruh Waktu Kontak ...............................................................47

Gambar 4.14 Pengaruh Konsentrasi Awal Larutan.............................................48

Gambar 4.15 Persentase Malachite green Terdesorpsi .......................................49

Gambar 4.16 Isoterm Langmuir ..........................................................................51

Gambar 4.17 Isoterm Freundlich ........................................................................51

Gambar 4.18 Permbandingan Model Isoterm Non-Linier ..................................53

Gambar 4.19 Model Difusi EkternSal .................................................................55

Gambar 4.20 Model Difusi Internal ....................................................................55

Gambar 4.21 Perbandingan Data Penelitian dan Perhitungan Jumlah

Malachite Green Teradsorpsi untuk Setiap Model Kinetika ..............................56

Gambar 4.22 Linieritas Psudo First Order ..........................................................56

Gambar 4.23 Linieritas Psudo Second Order ......................................................57

Gambar 4.24 Linieritas Elovich ..........................................................................58

Gambar 4.25 Perbandingan Model Kinetika Reaksi Permukaan

Adsorpsi Malachite Green oleh Karbon Aktif Terhadap Data Penelitian...........59

Gambar 4.26 Perbandingan model kinetika adsorpsi malachite green oleh

karbon aktif terhadap data penelitian .................................................................61

xi

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Komposisi Kimia Kulit Pisang Kepok ................................................6

Tabel 2.2 Perbandingan Kapasitas Adsorpsi dan Kandungan

Lignoselulosa Berbagai Jenis Karbon Aktif untuk Menjerap Malachite Green. 7

Tabel 4.1 Aorbansi Larutan Zat Warna Malachite Green berbagai

Konsentrasi ..........................................................................................................44

Tabel 4.2 Parameter Isoterm Adsorpsi Malachite Green oleh

Karbon Aktif .......................................................................................................52

Tabel 4.3 Analisis Kesalahan Model Isoterm .....................................................53

Tabel 4.4 Parameter Kinetika Adsorpsi Reaksi Permukaan ...............................58

Tabel 4.5 Analisis Kesalahan Model Kinetika Reaksi Pemukaan ......................59

Tabel 4.6 Parameter Kinetika Adsorpsi Malachite Green ..................................60

Tabel 4.7 Analisis Kesalahan Model Kinetika ....................................................60

xii

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1 Diagram Alir Pembuatan Karbon Aktif...........................................68

Lampiran 2 Diagram Alir Uji Adsorpsi ..............................................................69

Lampiran 3 Hasil Analisis Gugus Fungsi Kulit Pisang Kepok

Menggunakan FTIR ............................................................................................70

Lampiran 4 Hasil Analisis Gugus Fungsi Arang Kulit Pisang

Kepok Menggunakan FTIR.................................................................................72

Lampiran 5 Hasil Analisis Gugus Fungsi Arang Kulit Pisang Kepok

Teraktivasi NaOH Pemanasan Microwave Menggunakan FTIR........................74

Lampiran 6 Hasil Analisis Luas Permukaan Karbon Kulit Pisang

Kepok Teraktivasi NaOH Pemanasan Furnace Menggunakan BET .................76

Lampiran 7 Hasil Analisis Luas Permukaan Karbon Kulit Pisang

Kepok Teraktivasi NaOH Pemanasan Microwave Menggunakan BET .............79

Lampiran 8 Perhitungan Pembuatan Larutan Malachite Green untuk

Kurva Standar......................................................................................................82

Lampiran 9 Perhitungan Isoterm Langmuir dan Freundlich Linier....................85

Lampiran 10 Perhitungan Isoterm Langmuir dan Freundlich Non-Linier .........89

Lampiran 11 Perhitungan Kinetika Adsorpsi Reaksi Permukaan Linier ............93

Lampiran 12 Perhitungan Kinetika Adsorpsi Reaksi Permukaan

Non-Linier ...........................................................................................................97

Lampiran 13 Perhitungan Kinetika Adsorpsi Linier ...........................................100

Lampiran 14 Perhitungan Kinetika Adsorpsi Non-Linier ...................................106

Lampiran 15 Dokumentasi Penelitian .................................................................111

Lampiran 16 Perbandingan Penelitian dengan Penenlitian sebelumnya.............113