Pencil Kelompok 06 [PDF]

Citation preview

PRAKTIKUM LABORATORIUM REKAYASA HAYATI-II Hidrodinamika Kolom Berjejal Menggunakan Arang Aktif Berbasis Ampas Kopi untuk Adsorpsi Pewarna Tekstil Oleh: Kelompok 06 Ketua Kelompok : Chrisvivi Martha Stefani



11216017



Anggota Kelompok : M. Arifuddin Bara



11216007



Sofhaya Yosa Safhira



11216020



Marcelino Putra Perdana



11216021



Lela Wahyu Anggraeni



11216035



Dosen



: Dr. Muhammad Yusuf Abduh Neil Priharto, S.Si., MT. Khairul Hadi.B, S.T., MT.



Asisten



: Monica Viola Br Purba



Tanggal Percobaan



: 04 April 2019-18 April 2019



Tanggal Pengumpulan : 23 April 2019



LABORATORIUM REKAYASA HAYATI PROGRAM STUDI REKAYASA HAYATI SEKOLAH ILMU DAN TEKNOLOGI HAYATI INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2019



LEMBAR PENILAIAN DAN PENGESAHAN Komponen BAB I BAB II BAB III BAB IV BAB V Format Total



Nilai Maksimal 10 20 10 40 10 10 100



Nilai



Laporan Penelitian Kecil Hidrodinamika Kolom Berjejal Menggunakan Arang Aktif Berbasis Ampas Kopi untuk Adsorpsi Pewarna Tekstil sebagai syarat untuk memenuhi rangkaian Praktikum Laboratorium Rekayasa Hayati-II dalam menempuh studi tingkat sarjana di Program Studi Rekayasa Hayati Institut Teknologi Bandung Jatinangor, 23 April 2019 Diperiksa oleh, Asisten Praktikum



Monica Viola Br Purba NIM. 11215032 Mengetahui dan menyetujui, Dosen Pengampu



Dosen Pengampu



Neil Priharto, S.Si., MT.



Khairul Hadi.B, S.T., M.T.



NIP. 198601052014041001



Nopeg. 118110064 Dosen Pengampu



Dr. Muhammad Yusuf Abduh NIP. 198307252010121003



DAFTAR ISI DAFTAR ISI ............................................................................................................ i DAFTAR GAMBAR ............................................................................................. iii DAFTAR TABEL .................................................................................................. iv DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................... v RINGKASAN ........................................................................................................ vi BAB I PENDAHULUAN ...................................................................................... 1 1.1 Latar Belakang ................................................................................... 1 1.2 Tujuan ................................................................................................ 2 1.3 Ruang Lingkup .................................................................................. 2 BAB II TINJAUAN PUSTAKA............................................................................. 3 2.1 Adsorpsi ............................................................................................. 3 2.2 Adsorben ............................................................................................ 4 2.3 Ampas Kopi ....................................................................................... 4 2.4 Arang Aktif ........................................................................................ 6 2.5 Hidrodinamika ................................................................................... 7 2.6 Pewarna Tekstil.................................................................................. 8 2.7 Kolom Berjejal ................................................................................... 9 2.8 Metode Pengujian Sampel ............................................................... 10 2.9 Proses Penyiapan Arang Aktif ......................................................... 10 2.10 State-of-the-art ................................................................................. 11 BAB III METODOLOGI ...................................................................................... 15 3.1 Alat dan Bahan................................................................................. 15 3.2 Langkah Kerja.................................................................................. 17 3.2.1 Persiapan Karbon Aktif dan Inaktif Berbasis Ampas Kopi ... 17 3.2.2 Persiapan Larutan Pewarna Tekstil ........................................ 18 3.2.3 Pembuatan Kurva Baku Konsentrasi Pewarna Tekstil ........... 18 3.2.4 Penentuan Viskositas Larutan Pewarna Tekstil ..................... 18 3.2.5 Perhitungan Densitas Pewarna Tekstil ................................... 19 3.2.6 Penentuan Nilai Beda Tekan pada Kolom Berjejal ................ 19 3.2.7 Penentuan Konsentrasi Hasil Adsorpsi oleh Adsorben .......... 20 i



3.2.8 Penentuan Konstanta Geometri (KG)...................................... 20 3.2.9 Analisis Kurva Breakthrough ................................................. 21 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................. 22 4.1 Karakteristik Arang Berbasis Ampas Kopi ..................................... 22 4.2 Analisis Neraca Massa Arang Aktif Berbasis Ampas Kopi ............ 22 4.3 Penentuan Parameter Konstanta Geometri (KG) .............................. 25 4.4 Analisis Kurva Breakthrough dalam Proses Adsorpsi Menggunakan Arang Aktif dan Inaktif Berbasis Ampas Kopi........ 26 BAB V PENUTUP ................................................................................................ 29 5.1 Kesimpulan ...................................................................................... 29 5.2 Saran ................................................................................................ 29 DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 30 LAMPIRAN .......................................................................................................... 35



ii



DAFTAR GAMBAR



Gambar 2.1 Ampas penyeduhan kopi .................................................................... 6 Gambar 2.2 Diagram skematik arang aktif ............................................................ 7 Gambar 3.1 Rangkaian alat percobaan hidrodinamika kolom berjejal menggunakan arang aktif berbasis ampas kopi................................ 16 Gambar 3.2 Contoh kurva breakthrough .............................................................. 21 Gambar 4.1 Neraca massa pengeringan ampas kopi basah ................................. 23 Gambar 4.2 Neraca massa pengeringan arang teraktivasi ................................... 23 Gambar 4.3 Skema adsorpsi dalam kolom........................................................... 24 Gambar 4.4 Nilai konstanta geometri terhadap ukuran partikel .......................... 25 Gambar 4.5 Kurva breakthrough pada proses adsorpsi pewarna tekstil remazol yellow menggunakan arang ampas kopi (a) tanpa aktivasi dengan ZnCl2 dan (b) dengan aktivasi ZnCl2 ............................................... 26



iii



DAFTAR TABEL



Tabel 2.1 Komposisi ampas kopi .......................................................................... 5 Tabel 2.2 Tipe-tipe pewarna tekstil ....................................................................... 9 Tabel 2.3 State-of-the-art preparasi karbon aktif ................................................ 11 Tabel 2.4 State-of-the-art bahan karbon aktif ..................................................... 13 Tabel 2.5 State-of-the-art ukuran partikel karbon aktif ...................................... 14 Tabel 2.6 State-of-the-art adsorpsi pewarna tekstil dengan adsorben berbasis ampas kopi .......................................................................................... 14 Tabel 3.1 Alat dan bahan pada penelitian kecil .................................................. 15



iv



DAFTAR LAMPIRAN Lampiran A Cara Pengolahan Data ...................................................................... 36 Lampiran B Data Mentah ...................................................................................... 44 Lampiran C Dokumentasi ..................................................................................... 47



v



RINGKASAN



Industri tekstil di Indonesia masih memiliki sistem pengolahan limbah yang sangat buruk, terutama dalam bentuk limbah pewarna tekstil. Di sisi lain, 91% dari kopi bubuk setelah diseduh berubah menjadi limbah ampas kopi yang masih mengandung manfaat. Oleh karena itu, ampas kopi tersebut dapat divalorisasi untuk dijadikan salah satu alternatif pengolahan limbah tekstil dengan dijadikan sebagai adsorben berupa arang aktif. Pada penelitian ini, ingin ditentukan performa adsorpsi pewarna tekstil remazol yellow dengan adsorben arang aktif menggunakan kolom berjejal. Efektivitas adsorpsi pewarna tekstil dapat ditentukan dari parameter konstanta geometri (KG) dengan variasi diameter partikel mesh 60 dan mesh 120, serta pengaruh aktivasi karbon menggunakan aktivator kimia ZnCl2 25%. Hasil penelitian menunjukkan bahwa arang berbasis ampas kopi tanpa aktivasi kimia dengan ZnCl2 25% memiliki waktu breakthrough yang lebih singkat (< 20 detik) serta kapasitas adsorpsi maksimum yang lebih rendah dibandingkan arang ampas kopi dengan aktivasi ZnCl2 25%, sehingga arang aktif berbasis ampas kopi yang diaktivasi dengan ZnCl2 25% memiliki performa adsorpsi pewarna tekstil yang lebih baik (waktu breakthrough 20 detik). Selain itu, berdasarkan perhitungan nilai konstanta geometri, diperoleh bahwa nilai KG pada mesh 120 adalah 0,0013, sedangkan nilai KG pada mesh 60 adalah 0,0054. Dengan kata lain, diameter partikel arang berbasis ampas kopi berbanding lurus terhadap nilai konstanta geometri (KG). Semakin kecil nilai konstanta geometri, semakin tinggi pula efisiensi penyerapan adsorben.



vi



BAB I PENDAHULUAN



1.1



Latar Belakang Indonesia merupakan negara yang kaya akan budaya dan keanekaragaman



seni kerajinannya, salah satunya batik dan tekstil. Batik dan industri tekstil di Indonesia merupakan industri yang tergolong sangat besar dan menguntungkan. Kekurangan terbesar dari industri tekstil di Indonesia adalah pengolahan proses dan pengolahan limbah yang sangat buruk. Kontaminan limbah tekstil terbesar pada dasarnya berasal dari pewarna. Pewarna sangat stabil secara kimia sehingga sulit untuk cepat terdegradasi secara biodegradasi maupun degradasi ultraviolet. Namun, ada beberapa cara yang dapat diterapkan dalam pengolahan limbah tekstil. Salah satu alternatif pengolahan limbah tekstil adalah dengan metode adsorpsi pada kolom berjejal. Adsorpsi adalah proses dimana satu atau lebih unsurunsur pokok dari suatu larutan fluida akan lebih terkonsentrasi pada permukaan suatu padatan tertentu (adsorben) (Scott & Huges, 1996). Adsorpsi dapat memisahkan komponen-komponen dari suatu larutan, baik itu dari larutan gas maupun cairan. Salah satu adsorben yang biasa digunakan adalah arang aktif. Arang aktif adalah suatu padatan berpori yang dihasilkan dari bahan yang mengandung karbon dengan pemanasan suhu tinggi. Ampas kopi adalah bahan yang murah dan mudah didapatkan dan termasuk dalam bahan organik yang dapat dibuat menjadi arang aktif untuk digunakan sebagai adsorben atau bahan penyerap. Peningkatan yang signifikan disebabkan akibat kenaikan produksi dan konsumsi kopi. Sebanyak 91% kopi bubuk berubah menjadi ampas kopi ketika diseduh (Franca et al., 2009). Oleh karena itu, rute alternatif diperlukan untuk pengelolaan limbah ini, mengembangkan strategi pengolahan atau valorisasi baru yang harus layak baik secara teknis maupun ekonomis salah satunya sebagai arang aktif. Efektifitas penyerapan arang aktif dari ampas kopi terhadap limbah tekstil akan ditentukan melalui penelitian hidrodinamika kolom berjejal menggunakan arang aktif berbasis ampas kopi untuk adsorpsi pewarna tekstil. Salah satu aplikasi



1



penelitian ini dalam bioindustri adalah pengolahan limbah dan pemisahan bioproduk.



1.2



Tujuan Adapun tujuan dari penelitian hidrodinamika kolom berjejal menggunakan



arang aktif berbasis ampas kopi untuk Adsorpsi Pewarna Tekstil sebagai berikut. 1.



Menentukan pengaruh diameter partikel arang aktif berbasis ampas kopi terhadap nilai konstanta geometri dengan variasi mesh 60 dan mesh 120 dalam proses adsorpsi pewarna tekstil remazol yellow.



2.



Menentukan pengaruh aktivasi karbon pada arang aktif berbasis ampas kopi terhadap efisiensi penyerapan dalam proses adsorpsi pewarna tekstil remazol yellow.



1.3



Ruang Lingkup Penelitian yang berjudul Hidrodinamika Kolom Berjejal Menggunakan



Arang Aktif Berbasis Ampas Kopi untuk Adsorpsi Pewarna Tekstil dilakukan di Laboratorium Instruksional I Labtek 1A, Institut Teknologi Bandung Kampus Jatinangor. Penelitian dilakukan pada tanggal 28 Maret, 4 April dan 11 April 2019. Praktikum berlangsung saat kondisi ruangan dengan suhu 25,7°C–27,7°C, kelembapan ruangan 33%–87%, dan tekanan 1 atm. Parameter yang diukur pada percobaan ini yaitu absorbansi, waktu setiap penurunan ketinggian cairan, massa pewarna tekstil dan diameter bola. Selain itu, parameter yang dihitung konsentrasi, beda tekan dan konstanta geometri. Beberapa asumsi digunakan pada percobaan ini sebagai berikut. 1.



Sistem kolom beroperasi dalam keadaan isotermal.



2.



Sistem kolom tidak ada kebocoran.



3.



Ukuran pelet arang aktif homogen.



4.



Densitas fluida sama setiap titik dan konstan.



2



BAB II TINJAUAN PUSTAKA



2.1



Adsorpsi Adsorpsi adalah proses penempelan zat terlarut dalam suatu larutan pada



sebuah adsorben. Adsorpsi memerlukan adsorben yang merupakan padatan yang dapat mengikat zat terlarut secara reversibel (Belter et al., 1920). Adsorpsi merupakan suatu fenomena permukaan yang dapat didefinisikan sebagai unit operasi yang melibatkan penggunaan gaya permukaan serta konsentrasi material di permukaan suatu padatan. Definisi ini merujuk kepada suatu proses partisi antara fasa curah (bulk phase) dan antarmuka (interface) atau akumulasi substansi pada suatu permukaan. Adsorpsi dapat terjadi di antarmuka padatan-gas, padatan- cairan, maupun padatan-padatan (Bajpai & Rajpoot, 1999). Adosorpsi merupakan salah teknik pemisahan produk dalam aliran (effluent) yang efektif dan ekonomis sehingga banyak digunakan dalam industri maupun instalasi pengolahan limbah. Adsorpsi dapat terjadi jika suatu permukaan padatan dan molekul-molekul gas atau cair mengalami kontak, sehingga gaya kohesif berkerja diantara molekul seluruh material. Berdasarkan jenis interaksi yang terjadi, adsorpsi dapat dibedakan menjadi adsorpsi fisika dan adsoprsi kimia. Adsorpsi fisika melibatkan gaya Van der Waals, ikatan hidrogen, dan proses pertukaran ion. Sementara itu, gaya elektrostatik, ikatan kovalen dan co-ordinate displacement merupakan faktor utama terjadinya adsorpsi kimia (Dabrowski, 2001). Pada proses adsorpsi, sebagian besar zat terlarut diadsorpsi sehingga konsentrasi dalam efluen rendah. Saat adsorpsi berlanjut, konsentrasi efluen meningkat pelan-pelan kemudian meningkat secara mendadak. Keadaan tersebut adalah breakthrough. Kurva breakthrough dapat digunakan untuk menentukan performa dari adsorpsi pada kolom berjejal (Belter et al., 1920).



3



2.2



Adsorben Adsorben adalah zat yang memiliki kemampuan untuk mengikat dan



mempertahankan cairan atau gas didalamnya. Adsorben dapat dikelompokkan berdasarkan struktur pembangunnya, yakni adsorben berpori (porous adsorbent) dan adsorben tidak berpori (non-porous adsorbent). Selain itu, adsorben dapat dikelompokkan berdasarkan kemampuannya dalam menyerap zat tertentu, yaitu kelompok adsorben polar, adsorben non-polar, dan adsorben basa. Adsorben polar, disebut pula adsorben hidrofilik, adalah kelompok adsorben yang mampu menyerap senyawa dalam adsorbat air dengan baik. Senyawa yang tergolong dalam kelompok adsorben polar antara lain silika gel, alumina aktif, dan zeolit. Adsorben non polar adalah kelompok adsorben yang mampu menyerap adsorbat selain air dengan baik. Beberapa contoh adsorben kelompok non polar adalah polimer adsorben dan karbon aktif. Adsorben basa adalah adsorben yang mempunyai daya adsorpsi yang besar terhadap senyawa asam, contohnya adsorben berupa magnesia (Sinnot & Towler, 2013). Kemampuan adsorben dalam melakukan penyerapan dipengaruhi oleh kemurnian adsorben. Keberadaan pengotor pada permukaan adsoben dapat menghalangi adsorbat masuk ke dalam adsorben. Kurangnya interaksi antra adsorbat dan adsorben akan memperkecil efeisiensi penyerapan. Selain kemurnian adsorben, luas permukaan dan volume mikropori adsorben dapat memengaruhi kemampuan adsorben. Jumlah molekul adosrbat yang teradsorpsi meningkat sebanding dengan bertambahnya luas permukaan dan volume pori adsorben. Keberadaan gugus atau jenisdan keberadaan jenis atau gugus fungsi atom pada permukaan adsorben juga turut memengaruhi adsorpsi. Hal ini bergantung pada adsorbat yang digunakan dalam proses (Do, 2008).



2.3



Ampas Kopi Kopi (Coffea canephora) merupakan tanaman yang tumbuh melimpah dan



tersebar luas di Indonesia. Tanaman dari suku perdu (Rubiaceae) ini dibudidayakan sebagai bahan baku pembuatan minuman kopi (Abdullah, 2002). Dalam pembuatan minuman kopi, bubuk kopi diseduh dengan air panas dan menyisakan ampas yang 4



dibuang. Limbah ampas kopi yang dibuang dapat bersifat racun bagi lingkungan karena adanya kandungan kafein, tanin, dan polifenol di dalamnya. Selain itu, untuk mendegradasi limbah ampas kopi dibutuhkan oksigen dalam jumlah besar. Komposisi ampas kopi sangat kompleks karena terdapat beragam senyawa kimia, menunjukkan bahwa residu ini dapat digunakan untuk berbagai aplikasi. Menurut Caetano (2012), kandungan ampas kopi meliputi total karbon sebesar 47,8–58,9%, total nitrogen sebesar 1,9–2,3%, abu (ash) sebesar 0,43–1,6%, dan selulosa 8,6%. Kehadiran nitrogen memungkinkannya untuk langsung digunakan sebagai pupuk atau sebagai penyempurnaan tanah (atau kompos) (Kondamudi et al., 2008). Kandungan lignoselulosa yang tinggi menyebabkan rute valorisasi lain yang memungkinkan adalah produksi gula untuk difermentasi untuk bioetanol yang dapat digunakan sebagai bahan bakar atau untuk tujuan lain. Di sisi lain, ampas kopi masih memiliki kandungan minyak di urutan 10– 20% berat yang dapat diperoleh kembali dan digunakan untuk biodiesel. Bioetanol dapat digunakan bersama dengan fraksi lipid yang diekstraksi dari kopi untuk menghasilkan biodiesel melalui reaksi transesterifikasi (Caetano, 2011). Komposisi ampas kopi disajikan pada Tabel 2.1.



Tabel 2.1 Komposisi ampas kopi (Mariana et al., 2018) Komposisi Ekstrak eter Crude fiber Raw protein Abu Nitrogen bebas Tanin Peptic Non producing sugar Low sugar Asam klorogenik Kafein Total caffeine acid



Persentase 0,48 21,40 10,10 1,50 31,30 7,80 6,50 2,00 12,40 2,60 2,30 1,60



Ampas kopi dapat diolah menjadi bio-sorben karena memiliki kandungan karbon sebesar 50,6% yang potensial untuk penyerapan logam berat. Bio-sorben 5



dari ampas kopi telah terbukti efektif untuk menurunkan kandungan ion besi pada air hingga 99,99%. Selain itu, bio-sorben ampas kopi juga telah digunakan untuk mengadsorpsi logam berat merkuri sehingga konsentrasinya berkurang sampai 99% (Clarke & Macrae, 1987).



Gambar 2.1 Ampas penyeduhan kopi (Sumber: American Chemical Society, 2015)



2.4



Arang Aktif Berbagai industri manufaktur seperti industri tekstil, percetakan, makanan,



kosmetik, karet, cat, dan lain-lain menggunakan pewarna dalam beberapa langkah proses. Pewarna ini kerap mengandung beberapa zat anorganik yang sulit dipisahkan secara biologis sehingga menimbulkan masalah lingkungan yang serius. Salah satu cara treatment limbah ini adalah dengan adsorpsi menggunakan adsorbent berupa arang aktif (karbon aktif) (Brum et al., 2008). Arang aktif adalah padatan berpori yang dihasilkan dari bahan berkarbon dengan memanaskan pada suhu tinggi. Proses ini bertujuan untuk menghilangkan hidrogen, gas-gas dan air sehingga terjadi perubahan fisik pada permukaan karbon. Kemampuan serap karbon aktif dapat ditingkatkan dengan penambahan senyawa kimia untuk aktivasi. Terdapat dua metode yang dapat digunakan dalam aktivasi, yaitu aktivasi kimia dan aktivasi dengan uap. Aktivasi kimia berlangsung karena terbentukanya gugus aktif akibat adanya interaksi radikal bebas pada permukaan karbon dengan atom-atom, seperti oksigen dan nitrogen. Aktivasi juga bertujuan untuk meningkatkan ukuran serta jumlah pori-pori pada permukaan karbon. Dengan luas permukaan karbon aktif semakin tinggi, maka kapasitas adsorpsi akan semakin tinggi pula (Mariana et al., 2017). Arang aktif memiliki porositas yang tinggi dengan lapisan hydrophobic graphene serta gugus fungsi hidrofilik pada 6



permukaan sehingga banyak digunakan dalam industri yang melibatkan adsorpsi dan pada instalasi pengolahan limbah cair. Keuntungan penggunaan arang aktif sebagai adsorben adalah memiliki performa penyerapan polutan yang tinggi, proses desain dan pembuatan yang sederhana, serta maintenance yang mudah. Selain itu, arang aktif tahan terhadap korosi (asam dan basa) dan lingkungan beracun (Patel, 2018). Arang aktif banyak digunakan karena luas permukaan spesifiknya tinggi dan porositasnya yang terbentuk dengan baik. Karbon aktif terdiri dari 87-97% karbon dan sisanya berupa hydrogen, oksigen, sulfur, dan nitrogen serta senyawa lain yang terbentuk selama pembuatan (Wallas, 1990). Nilai luas permukaan spesifik biasanya dari 500 m2/g hingga 3000 m2/g dan dapat dijelaskan oleh struktur mikropori. Karakterisasi arang aktif dapat dilihat dari dari aktivitas dan sifat fisiknya Properti aktivitas meliputi distribusi ukuran pori yang menentukan volume pori karbon yang tersedia di atas tiga wilayah ukuran pori: mikropori (kurang dari 2 nm), mesopori (antara 2 nm–50 nm), dan daerah makropori (lebih besar dari 50 nm). Sifat fisik meliputi luas permukaan, kerapatan produk, dan kadar abu (Alnassar, 2015).



Gambar 2.2 Diagram skematik arang aktif (Sumber: Patel, 2018) 2.5



Hidrodinamika Hidrodinamika merupakan cabang ilmu pengetahuan tentang mekanika



fluida yaitu dengan mempelajari gerakan pada fluida. Fenomena hidrodinamika terjadi dianalisis berdasarkan asumsi bahwa fluida bersifat incompressible dan inviscid (zero viscosity). Analisis hidrodinamika dapat digunakan untuk menggambarkan bentuk dari suatu aliran beradasarkan kondisi batas yang diterapkan pada sistem fluida bergerak yang ditinjau. Satuan yang kerap digunakan 7



dalam analisis hidrodinamika adalah panjang, massa, waktu, temperatur, kecepatan, percepatan, tekanan, dan gaya. Perhitungan matematis satuan tersebut dapat dilakukan pada suatu besaran yang memiliki nilai dan berarah (Munson et al., 2004). Karakteristik hidrodinamika kolom berjejal perlu dianalisis untuk dapat mengoptimasi performa kolom berjejal untuk tujuan tertentu.



2.6



Pewarna Tekstil Industri tekstil terdapat lebih dari 100.000 jenis pewarna yang tersedia



secara komersial dengan lebih dari 0,7 juta ton pewarna diproduksi setiap tahun (Deniz & Karaman, 2011). Sekitar 15% dari pewarna-pewarna tersebut dilaporkan terbawa dengan limbah. Sebagian besar pewarna tersebut bersifat toksik dan karsinogenik. Limbah pewarna dari industri tekstil juga menyebabkan masalah lingkungan yang serius. Limbah pewarna tekstil dapat mempengaruhi kehidupan tumbuhan yang dapat berakibat pada seluruh ekosistem. Sebagian besar pewarna tekstil memiliki struktur aromatik kompleks yang resisten terhadap cahaya, aktivitas biologi, ozon, cahaya matahari, air, sabun, dan parameter lainnya (Patel, 2018). Patel (2018) menyebutkan bahwa pewarna tekstil terdiri dari beberapa tipe dan disajikan pada Tabel 2.2. Dari tipe-tipe zat pewarna tersebut, tipe pewarna azo adalah tipe pewarna yang paling toksik (Patel, 2018). Di pasar, kebanyakan pewarna tekstil dijual tanpa mencantumkan tipe zat kimia, seperti pada Tabel 2.2, digunakan melainkan dengan nama komersial. Contoh zat pewarna yang banyak terdapat di pasar adalah Rhodamin B, Toluidine Blue, dan Lanasol Yellow 2R.



8



Tabel 2.2 Tipe-tipe pewarna tekstil (Patel, 2018) Tipe Pewarna



Substrat



Tipe Zat Kimia anthraquinone, triphenylmethane, azine, xanthene, nitro and nitroso Diazacarbocyanine,cyanine Azo



Reaktif



Nilon, wol, sutra, kertas, tinta, dan kulit Kertas, polyacryonitrile Katun, rayon, selulosa, asetat, dan poliester Katun, rayon, kertas, kulit, dan nilon Poliester, poliamida, asetat, akirilik, dan plastik Katun, wol, sutra, dan nilon



Belerang Vat



Katun dan rayon Katun, rayon, dan wol



Asam Basa Azo Direct Disperse



2.7



Azo, phthalocyanine,stilbene, dan oxazine Azo, anthraquinone,styryl, nitro, andbenzodifuranone Azo,anthraquinone,phthalocyanine, formazan, oxazine,and basic Aromaticintermediatecompounds Anthraquinone (termasuk polycyclicquinones) dan indigoids



Kolom Berjejal Kolom berjejal merupakan tabung atau pipa berisi unggun (packing) yang



merupakan sarana pengontakan gas-cair (Subramanian, 2004). Aparatus ini biasa digunakan dalam proses pemisahan dan juga berfungsi sebagai sistem pengendali panas dalam proses kimia. Terdapat 3 bagian pada kolom, yaitu kolom unggun serta kolom di atas dan bawah kolom unggun sebagai tempat masukan fluida (Schultes, 2003). Cairan didistribusikan serata mungkin dari bagian atas kolom dan mengalir ke bawah dan membasahi unggun. Aliran gas masuk dari bagian bawah dan kemudian mengalir ke atas sehingga mengalami kontak dengan cairan dan partikel unggun (Abbas, 2009). Keuntungan dari penggunaan packed bed column adalah tingginya luasan kontak efektif antara fasa gas dan cairan, laju perpindahan massa dan energi yang tinggi, mudah dalam pengoperasian, waktu tinggal (residence time) dapat divariasikan, biaya operasional yang murah, dan meminimalkan bagian yang bergerak sehingga meminimalkan shear stress dan penggunaan energi. Namun, penggunaan kolom berjejal juga memiliki kekurangan, salah satunya adalah fenomena backmixing antara fasa gas dan cair (Abraham & Sawant, 1990).



9



2.8



Metode Pengujian Sampel Terdapat empat metode pengukuran penyerapan adsorpsi yang telah diakui



secara internasional, yaitu metode carrier gas, metode volumetrik, metode gravimetrik dan metode kolorimetrik (Keller et al., 2002). Metode carrier gas, volumetrik, dan gravimetrik adalah metode yang umum digunakan pada senyawa gas biner, sedangkan metode kolorimetri adalah metode yang digunakan pada senyawa fasa cair. Metode analisis spektrofotometri sinar tampak atau dikenal juga dengan kolorimetri adalah pengukuran serapan radiasi elektromagnetik pada panjang gelombang tertentu yang sempit, mendekati monokromatis yang diserap zat dan dilakukan pengukuran pada panjang gelombang antara 380–780 nm (Sandel, 1973). Metode kolorimetri merupakan cara penetapan kadar didasarkan pada pembentukan senyawa berwarna memberikan serapan terhadapa sinar tampak (Skoog, 1980). Pengukuran jumlah zat dilakukan dengan cara melewarkan spektrum warna tertentu pada pelarutnya. Jika sinar mengenai suatu zat atau media maka intensitas sinar akan berkurang. Hal ini disebabkan karena sebagian cahaya tersebut diserap oleh media perantaranya dan sebagian kecil dipantulkan kembali dan/atau dihamburkan (Underwood, 1994). Pada umumnya, zat pembentuk warna yang ditangkap adalah hasil dari reaksi yang membentuk ion kompleks yang tidak berpasangan. Konsentrasi warna dapat diperkirakan secara visual dengan bantuan kurva baku (Khopkar, 2002).



2.9



Proses Penyiapan Arang Aktif Produksi arang aktif melibatkan dua tahap, yaitu karbonisasi dan aktivasi



(Giraldo & Moreno-Pirajan, 2012). Karbonisasi terdiri dari proses dekomposisi termal pada bahan mentah yang mengandung karbon, eliminasi substansi nonkarbon, dan produksi massa karbon dengan struktur pori yang belum sempurna. Tahap karbonisasi dilakukan pada atmosfer inert. Tahap selanjutnya adalah aktivasi yang dapat dilakukan secara fisika (hidrotermal) dan kimiawi (Lamine et al., 2014). Aktivasi dilakukan untuk memperbesar dan menyempurnakan porositas karbon.



10



Aktivasi secara fisik umumnya dilakukan dengan temperatur uap yang tinggi dalam rentang 800°C hingga 1100°C (Giraldo & Moreno-Pirajan, 2012). Uap yang digunakan pada aktivasi secara fisik biasanya adalah H2O atau CO2. Pada aktivasi kimiawi, prekursor diimpregnasi dengan reagen basa seperti KOH dan NaOH atau dengan reagen asam seperti ZnCl2, H3PO4, dan HCl (Giraldo & Moreno-Pirajan, 2012). Aktivasi kimiawi dilakukan pada rentang temperatur yang lebih rendah yaitu 300°C hingga 700°C (Giraldo & Moreno-Pirajan, 2012). Khenniche & Aissani (2010) menyatakan bahwa reagen kimia yang digunakan mempengaruhi porositas dari karbon aktif. KOH cenderung membentuk mikropori, ZnCl2 membentuk mikropori dan mesopori, sedangkan H3PO4 mampu membentuk makropori (Khenniche & Aissani, 2010). Meskipun begitu, tahap karbonisasi dan aktivasi sering digabungkan menjadi satu tahap dengan melakukan dekomposisi termal bahan mentah yang telah diimpregnasi dengan reagen kimia (Lamine et al., 2014).



2.10



State-of-the-art Penelitian ini mengacu pada beberapa jurnal internasional yang terkait



dengan hidrodinamika kolom berjejal menggunakan arang aktif berbasis ampas kopi untuk adsorpsi pewarna tekstil. Penelitian sebelumnya berfungsi sebagai acuan dasar dalam persiapan karbon aktif, karakteristik karbon aktif (sumber material dan ukuran partikel), dan kemampuan adsorpsi beberapa jenis pewarna tekstil oleh adsorben berbasis ampas kopi, serta untuk memperkaya pembahasan terkait penelitian yang telah dilakukan. Beberapa jurnal internasional terkait penelitian sebelumnya dalam preparasi karbon aktif dapat dilihat pada Tabel 2.3. Tabel 2.3 State-of-the-art preparasi karbon aktif Perlakuan Aktivasi secara kimia dan fisika



Metode



Hasil



Referensi



Karbonisasi: ampas



Volume total:



Boonamnuayvitaya



kopi dibilas dengan



Impregnasi+pyrolisis =



et al. (2005)



air dan dikeringkan



0,454 ± 0,003 cm3/g



pada suhu 110°C selama 24 jam 11



variasi aktivasi:



Impregnasi + pyrolisis



50% hasil



+ aktivasi uap = 0,275



karbonisasi



± 0,004 cm3/g



diimpregnasi dengan



Impregnasi+pyrolisis+



ZnCl2 selama 12



aktivasi CO2 = 1,010 ±



jam, hasil



0,003 cm3/g



karbonisasi yang



Pyrolisis+aktivasi uap



diimpregnasi dan



= 0,362 ± 0,002 cm3/g



tidak diimpregnasi



Pyrolisis + aktivasi



diberi perlakuan:



CO2 = 0,015 ± 0,005



1. Pyrolisis dengan



cm3/g



N2



Pyrolisis = 0,018 ±



2. Pyrolisis dengan



0,003 cm3/g



N2 kemudian diaktivasi dengan CO2 3. pyrolisis dengan N2 kemudian diaktivasi dengan uap. 1. Ampas kopi dicuci



Volume total:



Kenniche & Aissani



dan dikeringkan



0% = 0,177 cm3/g



(2010)



Aktivasi



2.



Ampas



kopi



25% = 0,279 cm3/g



secara



diaktivasi



dengan



50% = 0,326 cm3/g



kimia



ZnCl2 dengan variasi



75% = 0,374 cm3/g



0%, 25%, 50%, 75%,



100% = 0,484 cm3/g



100% Aktivasi



1. Karbonisasi



Volume total:



Giraldo & Moreno-



secara



2. Hasil karbonisasi



ZnCl2 2:1 = 0,80 cm3/g



Pirajan (2012)



kimia



dibagi dua



ZnCl2 3:1 = 0,92 cm3/g



12



3. Salah satu bagian



KOH 2:1 = 1,02 cm3/g



diimpregnasi



KOH 3:1 = 1,23 cm3/g



dengan KOH dengan perbandingan KOH dengan ampas adalah 2:1 dan 3:1 4. Bagian yang lainnya diimpregnasi dengan ZnCl2 dengan perbandingan ZnCl2 dengan ampas adalah 2:1 dan 3:1



Jurnal-jurnal internasional terkait penelitian sebelumnya tentang bahan karbon aktif dapat dilihat pada Tabel 2.4. Tabel 2.4 State-of-the-art bahan karbon aktif Material Sabut kelapa



Pewarna



Kapasitas Adsorpsi maksimum (mg/g)



Methylene blue 405,00



Cangkang telur Acid



Orange 71,94



Referensi Tan et al. (2008) Tsai et al. (2008)



51 Kulit jeruk



Direct blue 86



37,33



Bambu



Methylene blue 420,00



Hameed et al. (2007)



Ampas kopi



Toluidine blue



Lafi et al. (2014)



142,50



El Nemr et al. (2008)



13



Jurnal-jurnal internasional terkait penelitian sebelumnya tentang ukuran partikel dari karbon aktif dapat dilihat pada Tabel 2.5. Tabel 2.5 State-of-the-art ukuran partikel karbon aktif Material Activated



carbon



(Jacobi company) Activated



carbon



(Jacobi company) Activated



carbon



(Jacobi company)



Ukuran



Adsorption



partikel (µm)



capability (mg/cm2)



50



201,570



90



205,129



150



201,161



Referensi Saedi



&



Lotfollahi (2015) Saedi



&



Lotfollahi (2015) Saedi



&



Lotfollahi (2015)



Beberapa jurnal internasional terkait penelitian sebelumnya yang membahas tentang kemampuan adsorpsi pewarna tekstil menggunakan adsorben berbasis ampas kopi dapat dilihat pada Tabel 2.6. Tabel 2.6 State-of-the-art adsorpsi pewarna tekstil dengan adsorben berbasis ampas kopi Adsorben



Zat pewarna



Kapasitas adsorpsi maksimum (mg/g)



Referensi



Ampas kopi



Toluidine blue



145,5



Lafi et al. (2014)



Ampas kopi



Crystal violet



125



Lafi et al. (2014)



Ampas kopi



Methyl orange



658



Ampas kopi



Methylene blue



104,5



Rattanapan et al. (2017) Kopsidas (2017)



14



BAB III METODOLOGI



3.1



Alat dan Bahan Daftar alat dan bahan yang digunakan selama pelaksanaan penelitian kecil



ini disajikan dalam Tabel 3.1. Tabel 3.1 Alat dan bahan pada penelitian kecil Alat



Bahan



Kolom kromatografi (2)



Akuades (2 L)



Klem + statif (2)



Ampas kopi (2 kg)



Botol semprot (1)



ZnCl2 (60 gram)



Gelas kimia 1 L (1)



Remazol yellow (25 gram)



Gelas kimia 500 mL (1)



Tip mikropipet (15 buah)



Gelas ukur 250 mL (1)



Aluminium foil (1 gulung)



Gelas ukur 10 mL (2)



Kertas Whatmann no.1 (3 lembar)



Gelas ukur 1 L (1)



Kapas (1 bungkus)



Corong (1)



Label (1 lembar)



Bola besi pejal (1) Tabung reaksi (16) Rak tabung reaksi (1) Spektrofotometer (1) Batang pengaduk (1) Kuvet (2) Oven (1) Desikator (1) Timbangan analitik (1) Vortex (1) Pipet Tetes (2) Penggaris (2) Piknometer (1) (Dilanjutkan) 15



(Lanjutan) Spatula (1) Jangka sorong (1) Pompa (1) Set penyaring Buchner (1) Kaleng bekas (8) Thinwall (1) Saringan mesh 60 (1) Saringan mesh 120 (1) Mikropipet (1) Loyang (2) Falcon tube (50) Baki (2) Furnace (1)



Rangkaian alat yang digunakan selama pelaksanaan penelitian kecil ini ditunjukkan pada Gambar 3.1.



Gambar 3.1 Rangkaian alat percobaan hidrodinamika kolom berjejal menggunakan arang aktif berbasis ampas kopi



16



Keterangan: 1.



Klem



2.



Pewarna tekstil



3.



Statif



4.



Arang aktif dari ampas kopi



5.



Kolom kromatografi



6.



Gelas kimia



3.2



Langkah Kerja



3.2.1 Persiapan Karbon Aktif dan Inaktif Berbasis Ampas Kopi Pertama, ampas kopi dipisahkan dan dibersihkan dari material lain, lalu gumpalan-gumpalan kopi dihancurkan dengan tangan agar padatan ampas kopi terpisah. Ampas kopi ini kemudian dikeringkan dengan oven pada suhu 105°C selama 1 jam dengan pengecekan setiap 30 menit. Pemanasan bisa dilanjutkan setiap 30 menit apabila ampas kopi belum kering. Ampas kopi yang telah dikeringkan kemudian dimasukkan pada plastic zip lalu dimasukkan ke desikator dengan posisi zip terbuka selama 30 menit. Sebanyak 5 gram ampas kopi kering disisihkan untuk dilakukan uji moisture content. Ampas kopi yang telah kering kemudian dimasukkan ke dalam kaleng bekas dari alumunium foil sebanyak ½ bagian kaleng. Kaleng yang telah diisikan ampas kopi ditutup dengan penutup dari alumunium foil. Kaleng berisi ampas kopi ini dimasukkan dalam furnace pada suhu 300°C selama 3 jam sehingga dihasilkan arang inaktif. Arang inaktif disaring pada saringan berukuran 60 mesh. Arang inaktif yang lolos dari saringan 60 mesh (ukuran partikel 𝑥 ≥ 60 𝑚𝑒𝑠ℎ) selanjutnya disaring menggunakan saringan berukuran 120 mesh. Partikel arang inaktif yang tertahan pada saringan 120 mesh merupakan partikel arang inaktif dengan ukuran 60 ≤ 𝑥 < 120 mesh sementara yang melewati saringan 120 mesh merupakan arang aktif dengan ukuran 𝑥 ≥ 120 mesh. Arang inaktif dengan dua variasi ukuran ini kemudian dimasukkan dalam plastic zip berbeda kemudian diberi label yang sesuai. Padatan ZnCl2 sebanyak 12,5 gram ditimbang dengan neraca analitik dan dilarutkan dalam 50 mL air panas dengan suhu 85°C. Sebanyak 40 gram ampas 17



kopi berukuran 60 ≤ 𝑥 < 120 mesh direndam dalam larutan ZnCl2 selama 12 jam. Setelah 12 jam, ampas kopi dicuci dengan air bersih dan disaring untuk memisahkan cairan dengan ampas kopi. Arang aktif yang diperoleh lalu dikeringkan dalam oven dengan temperatur 105ºC selama 1 jam. Arang aktif yang telah kering kemudian dimasukkan dalam plastic zip berlabel sesuai dan dimasukkan pada desikator dengan posisi penutup zip terbuka. Arang aktif telah siap digunakan pada percobaan selanjutnya. 3.2.2 Persiapan Larutan Pewarna Tekstil Padatan Remazol Yellow sebanyak 1 gram dilarutkan dalam 1L air akuades yang telah dipanaskan untuk membuat larutan pewarna tekstil dengan konsentrasi 1000 ppm. Larutan pewarna tekstil ini kemudian digunakan untuk menguji efektivitas adsorpsi oleh adsorben karbon berbasis ampas kopi pada langkah selanjutnya.



3.2.3 Pembuatan Kurva Baku Konsentrasi Pewarna Tekstil Dilakukan pengenceran berseri (serial dilution) pada pewarna tekstil dengan konsentrasi 500 ppm, 250 ppm, 125 ppm, 62,5 ppm, 31,25 ppm, dan 0 ppm dari larutan stok pewarna tekstil 1000 ppm. Kemudian, dilakukan pengukuran absorbansi dengan spektrofotometer UV-Vis pada panjang gelombang 422 nm. Data absorbansi kemudian diplotkan terhadap konsentrasi pewarna tekstil Remazol Yellow, sehingga diperoleh kurva baku pewarna tekstil tersebut. 3.2.4 Penentuan Viskositas Larutan Pewarna Tekstil Massa bola pejal dan gelas ukur kosong diukur dengan neraca analitik. Pengukuran massa diulang sebanyak 3 kali. Diamater bola pejal ditentukan dengan jengka sorong. Diamater bola pejal dimasukkan dalam persamaan volume untuk mendapatkan volume bola pejal. Massa jenis bola pejal diperoleh dengan membagi massa dengan volume. Larutan pewarna dimasukkan dalam gelas ukur. Volume fluida yang dimasukkan dalam gelas ukur dicatat. Gelas ukur berisi larutan pewarna ditimbang 18



menggunakan neraca analitik dengan pengulangan masing-masing sebanyak 3 kali. Massa larutan pewarna yang diperoleh dengan mengurangkan massa akhir gelas ditambah fluida terhadap massa awal gelas ukur kosong. Gelas ukur berisi larutan pewarna ditentukan batas atas dan batas bawahnya. Bola pejal dimasukkan dalam gelas ukur berisi larutan pewarna dan dicatat waktu tempuh bola pejal dari batas atas menuju batas bawah. Kecepatan tempuh bola pejal dalam larutan diperoleh dengan membagi jarak tempuh terhadap waktu tempuh bagi bola pejal dari batas atas ke bawah bawah. Paramater yang didapat massa jenis fluida dan bola serta kecepatan tempuh bola pejal dalam fluida disubstitusikan pada persamaan viskositas untuk mendapatkan viskositas larutan pewarna.



3.2.5 Perhitungan Densitas Pewarna Tekstil Piknometer dipastikan kering dengan cara dioven pada 105°C sampai kering selama 5 menit. Setelah kering, piknometer diletakkan pada desikator selama 5 menit. Kemudian, piknometer kosong ditimbang pada neraca analitik. Piknometer kemudian diisi dengan akuades dan massa piknometer dengan akuades diukur. Setelah itu piknometer yang kering diisi dengan larutan pewarna dan massa piknometer dengan pewarna tekstil diukur. Massa larutan pewarna tekstil ditentukan dengan mengurangkan massa piknometer berisi larutan pewarna dengan piknometer kosong. Volume piknometer ditentukan dari massa akuades dibagi dengan massa jenis akuades. Densitas larutan pewarna ditentukan dengan cara membagi massa larutan pewarna dengan volume piknometer. Penentuan densitas dilakukan dengan pengulangan sebanyak 3 kali. 3.2.6 Penentuan Nilai Beda Tekan pada Kolom Berjejal Karbon aktif dimasukkan dalam kolom dengan ketinggian 8 cm (1,5 gram) dan dipastikan jenuh oleh air. Kolom diberi tanda batas atas unggun dan batas bawah unggun. Bagian atas batas atas diberi 0,5 gram kapas yang telah dijenuhkan oleh air. Katup kolom diatur dalam posisi tertutup. Sebanyak 12 ml pewarna tekstil dimasukkan pada kolom yang sudah diberi arang ampas kopi dan kapas kemudian ditandai batas atas cairan. Katup dibuka dan pada saat yang bersamaan stopwatch 19



dinyalakan. Waktu dicatat setiap penurunan pewarna tekstil pada kolom sebesar 2 cm. Ketinggian cairan pewarna dalam kolom dijaga pada batas atas dengan penambahan larutan pewarna dalam kolom menggunakan pipet tetes. Nilai beda tekan dihitung dari rumus ∆𝑃 = 𝜌𝑔ℎ dengan h adalah ketinggian dari batas atas unggun hingga batas atas cairan. Penentuan beda tekan dilakukan pada keadaan katup kolom tertutup. Penentuan beda tekan dilakukan dengan pegulangan sebanyak 3 kali. Percobaan diulangi untuk karbon inaktif berukuran 60 ≤ 𝑥 < 120 mesh dan 𝑥 ≥ 120 mesh.



3.2.7 Penentuan Konsentrasi Hasil Adsorpsi oleh Adsorben Rangkaian alat disiapkan dan dipastikan katup dalam keadaan tertutup sebelum percobaan dilakukan. Arang inaktif berbasis ampas kopi 60 ≤ 𝑥 < 120 mesh dimasukkan ke dalam kolom hingga ketinggian unggun 8 cm (1,5 gram) dan diberi air hingga arang mencapai keadaan jenuh. Kolom berisi unggun berupa arang inaktif tanpa aktivasi ZnCl2 berukuran 60 ≤ 𝑥 < 120 mesh diberi tanda batas atas dan batas bawah. Larutan pewarna tekstil sebanyak 12 ml dimasukkan ke dalam sistem kolom berjejal untuk diadsorpsi. Katup dibuka dan larutan yang teradsorpsi ditampung setiap 20 detik pada menit pertama dan tiap 1 menit setelahnya hingga 10 menit pengamatan pada tabung falcon berbeda yang telah diberi nama. Larutan yang tertampung tiap 1 menit diukur absorbansinya pada panjang gelombang 422 nm. Percobaan yang sama diulang sebanyak 3 kali (triplo). Langkah percobaan yang sama diulang untuk arang inaktif tanpa aktivasi ZnCl 2 berukuran 𝑥 ≥ 120 mesh serta arang aktif teraktivasi ZnCl2 berukuran 𝑥 ≥ 120 mesh. Konsentrasi sampel tiap titik waktu ditentukan dengan memasukkan nilai absorbansi yang terukur pada setiap sampel pada persamaan regresi kurva baku.



3.2.8 Penentuan Konstanta Geometri (KG) Pertama-tama, dihitung nilai konstanta geometri (KG) menggunakan persamaan berikut. ∆𝑝 𝐿



=



𝜇∙ 𝑑𝑝2



. 𝐾𝐺



(3.1)



20



Dengan ∆𝑝 adalah beda tekan (Pa), L adalah tinggi unggun pada kolom (m), μ adalah viskositas dinamis (kg/m.s), dp adalah diameter partikel arang (m), dan adalah laju alir volumetrik atau laju penurunan ketinggian dari larutan pewarna pada kolom (m/s).



3.2.9 Analisis Kurva Breakthrough Konsentrasi effluent tiap waktu dibagi konsentrasi awal (konsentrasi influent) dialurkan sebagai sumbu-y terhadap waktu sebagai sumbu-x. Titik waktu ketika konsentrasi effluent mencapai 5% dari konsentrasi awal merupakan waktu breakthrough.



Gambar 3.2 Contoh kurva breakthrough (Sumber: Seader et al., 1998)



21



BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN



4.1



Karakteristik Arang Berbasis Ampas Kopi Perolehan arang dapat ditentukan dari massa arang yang diperoleh terhadap



ampas kopi yang digunakan. Ampas kopi yang digunakan untuk membuat arang kali ini adalah 350 gram. Setelah diolah, didapatkan arang sebesar 159,24 gram. Berdasarkan data tersebut maka perolehan arang adalah 0,455 gram arang/gram ampas kopi. Perolehan arang tersebut sesuai dengan penelitian yang dilakukan oleh Aznar (2011) dengan perolehan arang 12–60,59%. Aznar (2011) menyatakan bahwa perolehan arang dapat dipengaruhi oleh jenis perlakuan aktivasi dan pengeringan yang dilakukan. Aktivasi dengan zat kimia akan menghasilkan perolehan yang lebih tinggi daripada aktivasi secara fisik (Aznar, 2011). Hal ini dapat disebabkan karena terjadi pengurangan (losses) yang cukup tinggi dengan aktivasi fisik yang menggunakan suhu yang sangat tinggi. Selain itu, penelitian yang dilakukan oleh Reffas et al. (2009) menunjukkan bahwa kondisi impregnasi zat kimia juga mempengaruhi perolehan arang. Semakin tinggi zat kimia yang digunakan untuk impregnasi, maka perolehan semakin rendah. Hal ini disebabkan karena porositas arang meningkat seiring meningkatnya konsentrasi aktivator. Perolehan arang juga dipengaruhi oleh kelembaban dari ampas kopi. Ampas kopi yang digunakan untuk membuat arang kali ini memiliki kelembaban sebesar 56,39% dan menjadi 8,36% setelah dikeringkan. Hal ini tentu saja juga turut menentukan perolehan akibat massa ampas kopi yang berkurang karena sebagian besar air yang terkandung telah menguap.



4.2



Analisis Neraca Massa Arang Aktif Berbasis Ampas Kopi Pembuatan sistem adsorpsi menggunakan kolom berjejal dimulai dengan



pembuatan arang aktif berbasis ampas kopi.



22



Gambar 4.1 Neraca massa pengeringan ampas kopi basah



Sebanyak 350 gram ampas kopi basah dikeringkan dengan menggunakan oven selama 1 jam dengan suhu 70ºC. Setelah pengeringan, ampas kopi dimasukkan ke dalam desikator selama 30 menit untuk menjaga kandungan air tetap konstan. Ampas kopi kering kemudian ditimbang dan diperoleh massa ampas kopi menyusut menjadi 154,29 gram dengan moisture content senilai 54,5%. Ampas kopi kering kemudian melewati proses karbonisasi selama 3 jam dengan suhu 300ºC. Karbonisasi dilakukan di dalam sistem minim udara. Karbon inaktif, disebut pula karbon dengan aktivasi fisik, yang diperoleh melalui karbonisasi kemudian dimasukkan ke dalam desikator selama 30 menit. Arang inaktif kemudian ditimbang dan diperoleh karbon inaktif dengan massa 67,59 gram. Nilai ini mengindikasikan karbonisasi dapat mengilangkan 86,7 gram air dalam ampas kering. Dengan kata lain, karbon inaktif yang diperoleh memiliki kadar air senilai 3%. Nilai ini memenuhi persyaratan SNI (1995), yaitu kadar air karbon aktif kurang dari 15%.



Gambar 4.2 Neraca massa pengeringan arang teraktivasi



Karbon inaktif kemudian diimpregnasi dalam larutan ZnCl2 25%(w/w) untuk meningkatkan porositas permukaan karbon (Pari, 1996). Prosedur dilakukan selama 17 jam dalam suhu ruang. Arang kemudian dipisahkan dari larutan ZnCl2 dengan menggunakan saringan Buchner dan diperoleh bubur arang basah dengan 23



massa 72,46 gram. Arang basah kemudian dikeringkan dengan oven 70ºC selama 12 jam. Melalui proses pengeringan, karbon teraktivasi diperoleh sebanyak 72,46 gram dengan kadar air 2,59%. Nilai ini masih memenuhi syarat SNI (1995) yang menganjurkan kadar air karbon aktif dibawah 15%. Sistem adsorpsi dengan menggunakan kolom berjejal ditinjau dengan analisis neraca massa sebagai berikut. 𝐼𝑛𝑝𝑢𝑡 𝑓𝑙𝑜𝑤 = 𝑜𝑢𝑡𝑝𝑢𝑡 𝑓𝑙𝑜𝑤 + laju aliran unggun + materi yang teradsorpsi arang



𝑄𝑣 𝐶0 = 𝑄𝑣 𝐶 + 𝑉𝑝



𝑑𝐶 𝑑𝑞 1 +𝑚 dengan Vp = 𝑉 𝑑𝑡 𝑑𝑡 1− 𝜀 𝑎



Gambar 4.3 Skema adsorpsi dalam kolom Dengan 𝑄𝑣 adalah laju volumetrik (cm/s), 𝐶0 dan 𝐶 masing-masing adalah konsentrasi masukan dan keluaran (g/cm3), 𝑉𝑝 adalah volume porositas (cm3), 𝑉𝑎 adalah volume unggun (cm3), 𝜀 adalah porositas, m adalah massa arang (g), dan



𝑑𝑞 𝑑𝑡



adalah laju adsorpsi. Pada sistem berlaku laju volumetrik masuk senilai dengan laju volumetrik keluar. Percobaan dilakukan dengan menggunakan 1,5 gram karbon dengan unggun setinggi 8 cm. Nilai Qv dapat diperoleh melaui perubahan ketinggian terhadap waktu yang dikalikan dengan luas penampang, sedangkan nilai 𝑑𝐶 𝑑𝑡



dapat diperoleh selama percobaan. Dengan nilai 𝜀=0,6 (Burevski, 1982), maka



nilai laju adsorbsi dapat diperoleh adalah senilai 0,408 gram/menit.



24



4.3



Penentuan Parameter Konstanta Geometri (KG) Pada percobaan kolom berjejal ini dilakukan analisis hidrodinamika dengan



parameter konstanta geometri (KG). Pada percobaan ini dilakukan variasi ukuran partikel dengan mesh 60 dan 120. Berikut dibawah ini hasil perhitungan konstanta geometri pada variasi ukuran partikel yang berbeda. 0,0060



0,0054



0,0050



KG



0,0040 0,0030 0,0020



0,0013



0,0010 0,0000 120 mesh 60 mesh Ukuran mesh partikel Gambar 4.4 Nilai konstanta geometri terhadap ukuran partikel



Berdasarkan Gambar 4.4 terdapat perbedaan nilai konstanta geometri pada variasi mesh 60 dan mesh 120. Nilai konstanta geometri pada mesh 120 adalah 0,0013 dan nilai konstanta geometri pada mesh 60 adalah 0,0054. Dapat disimpulkan bahwa nilai konstanta geometri pada mesh 120 lebih kecil dari pada nilai konstanta geometri pada mesh 60. Hal ini karena konstanta geometri berbanding lurus dengan diameter partikel. Karena ukuran mesh 120 memiliki diameter yang lebih kecil daripada mesh 60 sehingga nilai konstanta geometri mesh 120 lebih kecil dari pada nilai konstanta geometri mesh 60. Menurut Keyser et al. (2006) untuk nilai diameter partikel unggun yang kecil maka beda tekannya besar dan efisiensinya semakin besar. Diameter partikel yang kecil membuat luas permukaan adsorben semakin besar sehingga kontak antara permukaan adsorben dan pewarna tekstil semakin besar (Majors, 1973). Hal ini juga membuat efisiensi penyerapan pewarna tekstil oleh arang semakin besar. Diameter partikel yang kecil memilki nilai konstanta geometri yang kecil. Semakin kecil nilai konstanta greometri, semakin tinggi pula efisiensi penyerapan adsorben. 25



4.4



Analisis Kurva Breakthrough dalam Proses Adsorpsi Menggunakan Arang Aktif dan Inaktif Berbasis Ampas Kopi Analisis kurva breakthrough menunjukkan profil konsentrasi adsorbat



dalam cairan yang telah diadsorpsi melalui unggun dalam kolom sebagai fungsi waktu. Pada penelitian ini, dilakukan analisis kurva breakthrough pada proses adsorpsi pewarna tekstil remazol yellow menggunakan arang dari ampas kopi tanpa dan dengan aktivasi menggunakan ZnCl2 yang diilustrasikan pada Gambar 4.5. 1,200 0,917 0,959



1,000



C/C0



0,800



1,008 0,993 1,002 0,980 1,005 1,0000,9970,999



0,883



0,600



0,478



0,400 0,200 0,000 0,000 0



100



200



300 400 Waktu (s)



500



600



700



(a) 1,200



0,957 0,974 1,009



1,000



1,0381,033 0,9870,9870,9900,991



0,822



C/C0



0,800 0,540



0,600 0,400 0,200



0,068



0,000



0,000 0



100



200



300 400 Waktu (s)



500



600



700



(b) Gambar 4.5 Kurva breakthrough pada proses adsorpsi pewarna tekstil remazol yellow menggunakan arang ampas kopi (a) tanpa aktivasi dengan ZnCl2 dan (b) dengan aktivasi ZnCl2



Performa adsorpsi pada kolom dengan jenis unggun yang berbeda dievaluasi berdasarkan waktu breakthrough dan bentuk kurva breakthrough. 26



Evaluasi ini menjadi langkah karakterisasi operasi dan respon dinamik selama proses adsorpsi berlangsung (Poursaeidesfahani et al., 2018). Berdasarkan kurva breakthrough yang ditampilkan pada Gambar 4.5, terlihat bahwa arang ampas kopi tanpa diaktivasi dengan ZnCl2 mengalami titik kejenuhan yang lebih cepat dibandingkan dengan arang ampas kopi yang tidak diaktivasi. Hal ini ditunjukkan dengan semakin curamnya kurva breakthrough yang dibentuk pada proses adsorpsi tanpa aktivasi. Titik jenuh ini ditinjau saat konsentrasi effluent hasil adsorpsi (C) telah mencapai 5% dari konsentrasi awal (C0) dengan titik waktu yang disebut waktu breakthrough (Azouaou et al., 2014). Oleh karenya, dapat dilihat bahwa pada proses adsorpsi dengan arang aktif tanpa diaktivasi memiliki waktu breakthrough lebih cepat dibandingkan pada proses adsorpsi dengan arang aktif yang diaktivasi. Hasil ini mengindikasikan bahwa pada karbon tanpa aktivasi memiliki lebih banyak binding sites untuk mengikat adsorbat sehingga semakin banyak fraksi adsorbat tertempel dalam waktu yang relatif lebih singkat (waktu saturasi lebih cepat). Sementara itu, pada karbon yang diaktivasi dengan aktivator kimia ZnCl 2, memiliki waktu breakthrough yang lebih cepat seperti digambarkan pada Gambar 4.5 (b) dengan kemiringan kurva yang lebih landai. Waktu breakthrough yang lebih lama ini mengindikasikan bahwa semakin lama kontak antara adsorbat dengan adsorben sehingga loading adsorbat pada adsorben menjadi lebih besar. Hal ini memungkinkan lebih banyak volume larutan pewarna yang dapat diadsorpsi oleh adsorben arang ampas kopi yang diaktivasi. Oleh karena itu, orang teraktivasi ZnCl2 menunjukkan performa adsorpsi yang lebih baik karena mampu mengadsorpsi pewarna dengan volume yang lebih besar dan waktu tercapainya saturasi yang lebih lambat. Hasil penelitian ini sesuai dengan literatur pada Davilla-Guzman et al. (2016) bahwa arang dari ampas kopi dengan aktivasi secara kimia menunjukkan kemampuan adsorpsi ion logam berat pada air limbah yang lebih baik dibanding arang tanpa aktivasi. Hasil penelitian ini juga didukung studi oleh Liu et al. (2018) tentang pemanfaatan arang dari granular kelapa. Dalam studinya ini, Liu et al. (2018) memperoleh hasil bahwa dengan waktu kontak yang sama (2 jam), arang 27



dari granular kelapa yang diaktivasi ZnCl2 mampu mengadsorpsi 10,2 mg/g adsorbat nitrat dari larutan limbah dibandingkan dengan arang tanpa aktivasi yang hanya mampu mengadsorpsi 1,7 mg/g nitrat dalam waktu yang sama. Selain itu, penelitian ini juga sejalan dengan hasil studi oleh Trakal et al. (2014), yaitu biochoar yang diaktivasi secara kimia dengan perendalam dalam KOH secara signifikan meningkatkan volume total biochar dan meningkatkan luasan kontak dengan adsorbat yang terkandung dalam larutan yang diadsorpsi. Hasilnya menunjukkan bahwa karbon yang diaktivasi secara kimia memiliki efisiensi adsorpsi 17,45% lebih tinggi dibandingkan arang tanpa aktivasi secara kimia.



28



BAB V PENUTUP



5.1



Kesimpulan Berdasarkan hasil penelitian kecil, dapat ditarik beberapa kesimpulan



sebagai berikut. 1.



Arang berbasis ampas kopi tanpa aktivasi kimia dengan ZnCl2 memiliki waktu breakthrough yang lebih singkat (< 20 detik) serta kapasitas adsorpsi maksimum yang lebih rendah dibandingkan arang ampas kopi dengan aktivasi ZnCl2, sehingga arang ampas kopi dengan aktivasi ZnCl2 memiliki performa adsorpsi pewarna tekstil yang lebih baik (waktu breakthrough 20 detik)..



2.



Diameter partikel arang ampas kopi berbanding lurus terhadap nilai konstanta geometri (KG). Semakin kecil nilai konstanta geometri, semakin tinggi pula efisiensi penyerapan adsorben. Nilai KG pada mesh 120 adalah 0,0013, sedangkan nilai KG pada mesh 60 adalah 0,0054.



5.2



Saran Saran yang dapat diterapkan agar penelitian terkait hidrodinamika kolom



berjejal menggunakan arang aktif berbasis ampas kopi untuk adsorpsi pewarna tekstil adalah sebagai berikut. 1.



Kapas yang digunakan pada kolom berjejal sebaiknya memiliki massa yang sama.



2.



Ketinggian cairan dalam kolom untuk pengambilan data kurva breakthrough dipastikan tetap sama.



3.



Pengambilan sampel pada pengaruh aktivasi arang aktif terhadap absorbansi perlu diperbanyak sebelum menit pertama.



29



DAFTAR PUSTAKA



Abdullah, K. (2002). Biomass Energy Potential and Utilization in Indonesia. Bogor: Institut Pertanian Bogor. Abraham, M. & Sawant, S. B. (1990). Hydrodynamics and Mass Transfer Characteristics of Packed Bubble Columns. The Chemical Engineering Journal, 43(3), 95–105. Aznar, J. S. (2011). Characterization of Activated Carbon Produced from Coffee Residues by Chemical and Physical Activation (Master Thesis). Stockholm: KTH Chemical Science and Engineering. Azouaou, N., Sadaoui, Z., & Mokaddem, H. (2014). Removal of Lead from Aqueous onto Untreated Coffee Grounds: A Fixed-bed Column Study. Chemical Engineering Transactions, 38, 151-156. Bajpai, A. K. & Rajpoot, M. (1999). Adsorption Techniques-A Review. Journal of Scientific & Industrial Research, 58(1), 844-860. Belter, P. A., Cussler, E. L., & Hu, W. S. (1920). Bioseparations Downstream Processing for Biotechnology. New York: John Wiley & Sons. Boonamnuayvitaya, V., Sae-ung, S., & Tanthapanichakoon, W. (2005). Preparation of Activated Carbon from Coffee Residue for the Adsorption of Formaldehyde. Separation and Purification Technology, 42(2), 159-168. Burevski, D. (1982). The Application of the Dubinin-Astakhov Equation to the Characterization of Microporous Carbons. Colloid and Polymer Science, 260(6), 623-627. Caetano, N. (2012).Valorization of Coffee Grounds for Biodiesel Production. Chemical Engineering Transactions Journal, 26 (3), 1974-9791. Clarke, R. J. & Macrae, R. (1987). Coffee Technology. New York: Elsevier Applied Science. Dabrowski, A. (2001). Adsorption from Theory to Practice. Advances in Colloid and Interface Science, 93(1), 135-224. Davila-Guzman, N. E., Cerino-Córdova, F. J., Loredo-Cancino, M., RangelMendez, J. R., Gómez-González, R., & Soto-Regalado, E. (2016). Studies of 30



Adsorption of Heavy Metals onto Spent Coffee Ground: Equilibrium, Regeneration,



and



Dynamic



Performance



in



a



Fixed-Bed



Column. International Journal of Chemical Engineering, 2016, 1-11. Deniz, F. & Karaman, S. (2011). Removal of An Azo-Metal Complex Textile Dye from Colored Aqueous Solutions Using an Agro-Residue. Microchemical Journal, 99(1), 296-302. Do, D. D. (2008). Adsorption Analysis: Equilibria and Kinetics. London: Imperial College Press. El-Nemr, A., Abdelwahab, O., El-Sikaily, A., & Khaled, A. (2008). Removal of Direct Blue 86 from Aqueous Solution by New Activated Carbon Developed from Orange Peel. Journal of Hazardous Materials, 161(1), 102-110. Franca, S. F., Oliveira, L. S., & Ferreira, M. E. (2009). Kinetics and Equilibrium Studies of Methylene Blue Adsorption By Spent Coffee Grounds. Desalination, 249, 267-272. Giraldo, L. & Moreno-Pirajan, J. C. (2012). Synthesis of Activated Carbon Mesoporous from Coffee Waste and Its Application in Adsorption Zinc and Mercury Ions from Aqueous Solution. E-Journal of Chemistry, 9(2), 938-948. Hameed, B. H., Din, A. T. M., & Ahmad, A. L. (2007). Adsorption of Methylene Blue onto Bamboo-Based Activated Carbon: Kinetics and Equilibrium Studies. Journal of Hazardous Materials, 141(3), 819-825. Keyser, M., Conradie, M., Coertzen, M., & Vandyk, J. (2006). Effect of Coal Particle Size Distribution on Packed Bed Pressure Drop and Gas Flow Distribution. Fuel Journal, 85(11), 1439-1445. Khenniche, L. & Aissani, F. (2010). Preparation and Characterization of Carbons from Coffee Residue: Adsorption of Salicylic Acid on the Prepared Carbons. Journal of Chemical & Engineering Data, 55(2), 728–734. Kondamudi N., Mohapatra S.K.,& Misra M. (2008). Spent Coffee Grounds as a Versatile Source of Green Energy. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 56 (24), 11757-11760.



31



Kopsidas, O. (2017). Batch Studies for Methylene Blue Removal and Recovery by Untreated Coffee Residues. Journal of Environmental Science and Engineering, 6(1), 487-495. Lafi, R., Fradj, A. B., Hafiane, A., & Hameed, B. H. (2014). Coffee Waste as Potential Adsorbent for the Removal of Basic Dyes From Aqueous Solution. Korean Journal of Chemical Engineering, 31(12), 1-9. Lamine, S. M., Ridha, C., Mahfoud, H. M., Mouad, D., Lotfi, B., & Al-Dujaili, A. H. (2014). Chemical Activation of An Activated Carbon Prepared from Coffee Residue. Energy Procedia, 50(1), 393-400. Liu, L., Ji, M., & Wang, F. (2018). Adsorption of Nitrate onto ZnCl2-Modified Coconut Granular Activated Carbon: Kinetics, Characteristics, and Adsorption



Dynamics. Advances



in



Materials



Science



and



Engineering, 2018, 1-12. Majors, R. E. (1973). Effect of Particle Size on Column Efficiency in Liquid-Solid Chromatography. Journal of Chromatographic Science, 11(2), 88-95. Mariana, Marwan, Mulana, F., Yunardi, Ismail, T. A., & Hafdiansyah, M. F. (2018). Activation and Characterization of Waste Coffee Grounds as BioSorbent. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 334, 012029. Munson, B. R., Young, D. F., & Okiishi, T. H. (2004). Mekanika Fluida. Jakarta: Erlangga. Pari, G. (1996). Pembuatan Arang Aktif Dari Serbuk Gergajian Sengon Dengan Cara Kimia. Jurnal Penelitian Hasil Hutan, 29(3), 278-294. Patel, H. (2018). Charcoal as an Adsorbent for Textile Wastewater Treatment. Separation Science and Technology, 1–16. Poursaeidesfahani, A., Andres-Garcia, E., de Lange, M., Torres-Knoop, A., Rigutto, M., Nair, N., … Vlugt, T. J. H. (2018). Prediction of Adsorption Isotherms from Breakthrough Curves. Microporous and Mesoporous Materials, 277, 237-244. Rattanapan, S., Srikram, J., & Kongsune, P. (2017). Adsorption of Methyl Orange on Coffee Grounds Activated Carbon. Energy Procedia, 138(1), 949-954. 32



Reffas, A., Bernaet, V., David, B., Reinert, L., Lehocine, M. B., Dubois, M., Batisse, N., & DUclaux, L. (2009). Carbons Prepared From Coffee Grounds by H3PO4 Activation: Characterization and Adsorption of Methylene Blue and Nylosan Red N-2RBL. Journal of Hazardous Material, 175(1), 779-788. Saedi, N. & Lotfollahi, M. N. (2015). Effects of Powder Activated Carbon Particle Size on Adsorption Capacity and Mechanical Properties of the Semi Activated Carbon Fiber. Fibers and Polymers, 6(13), 543-549. Sandel, E.B. (1973). Photometric Determination of Traces of Metals; General Aspects; Vol. 3; Part 1: Colorimetric Determination of Traces of Metals. New York: John Wiley & Sons. Schultes, M. (2003). Raschig Super-Ring: A New Fourth Generation Packing Offers New Advantages. Chemical Engineering Research and Design, 81(1), 48-57. Scott, K. & Huges, R. (1996). Industrial Membrane Separation Technology. London: Blackie Academic and Professional. Seader, J. D., Henley, E. J., & Roper, D. K. (1998). Separation Process Principles (2nd ed.). New York: John Wiley & Sons. Sinnott, R. K. & Towler, G. P. (2013). Chemical Engineering Design: Principles, Practice and Economics of Plant and Process Design. Oxford: ButterworthHeinemann. Standar Nasional Indonesia. (1995). SNI 06-3730-1995. Arang Aktif Teknis. Jakarta: Dewan Standarisasi Nasional. Subramanian, R. S. (2004). Flow Through Packed Beds and Fluidized Beds. New York: Clarkson University. Tan, I. A. W., Ahmad, A. L., & Hameed, B. H. (2008). Adsorption of Basic Dye on High-Surface-Area Activated Carbon Prepared from Coconut Husk: Equilibrium, Kinetic and Thermodynamic Studies. Journal of Hazardous Materials, 154(1-3), 337-346. Trakal, L., Šigut, R., Šillerová, H., Faturíková, D., & Komárek, M. (2014). Copper Removal from Aqueous Solution Using Biochar: Effect of Chemical Activation. Arabian Journal of Chemistry, 7(1), 43-52. 33



Tsai, W. T., Hsein, K. J., Hsu, H. C., Lin, C. M., & Chiu, C. H. (2008). Utilization of Ground Eggshell Waste as an Adsorbent for the Removal of Dyes from Aqueous Solution. Boiresource Technology, 99(6), 1632-1629. Underwood, A. L. (1994). Analisa Kimia Kuantitatif. Jakarta: Erlangga. Walas, S. M. (1990). Chemical Process Equipment: Selection and Design. Amsterdam: Butterworth-Heinemann.



34



LAMPIRAN



35



Lampiran A Cara Pengolahan Data



A.1



Penentuan Viskositas Larutan Pewarna Tekstil Viskositas dinamis larutan pewarna tekstil ditentukan dengan persamaan



A.1 dengan g adalah percepatan gravitasi, r adalah jari-jari bola, dan v adalah kecepatan jatuh bola. 𝜇𝑑𝑖𝑛𝑎𝑚𝑖𝑠 =



2𝑔(𝜌𝑏𝑜𝑙𝑎 −𝜌𝑙𝑎𝑟𝑢𝑡𝑎𝑛 𝑝𝑒𝑤𝑎𝑟𝑛𝑎 )𝑟 2



(A.1)



9𝑣



Data pada Tabel A.1 digunakan pada persamaan A.1 untuk menentukan viskositas larutan zat pewarna. Tabel A.1 Data penentuan viskositas Massa bola (gr)



2,965



Diameter bola (mm)



9,05



Volume bola (mm3)



388,101



Ρ bola (g/mL)



7,640



Pengulangan Massa Aquades (gr) 1



10.247



2



10.278



3



10.268



Massa



Massa



Aquades



Pewarna



rata-rata



rata-rata



(mL)



(gr)



V



ρ



fluida



fluida



(mL)



(g/mL)



Waktu (s)



Waktu



Kece-



rata-rata



patan



(s)



(cm/s)



0.396



83.404



0.375 10.264



10.431



10.264



1.016



0.354 0.458



Berdasarkan Tabel A.1 viskositas dinamis zat pewarna sebagai berikut. 𝜇𝑑𝑖𝑛𝑎𝑚𝑖𝑠



2 × 980𝑐𝑚/𝑠 2 (7,640 𝑔/𝑚𝐿 − 1,016𝑔/𝑚𝐿)0,4532 = 83,404𝑐𝑚 9( ) 𝑠 𝑔 𝜇𝑑𝑖𝑛𝑎𝑚𝑖𝑠 = 3,549 𝑐𝑚. 𝑠



Viskositas kinematik diperoleh dari persamaan A.2. 𝜇𝑘𝑖𝑛𝑒𝑚𝑎𝑡𝑖𝑘 =



𝜇𝑑𝑖𝑛𝑎𝑚𝑖𝑠 ρ𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑎



(A.2) 36



Berdasarkan persamaan A.2 diperoleh viskositas kinematik sebagai berikut. 𝑔 3,549 𝑐𝑚. 𝑠 𝜇𝑘𝑖𝑛𝑒𝑚𝑎𝑡𝑖𝑘 = 1,016𝑔/𝑚𝐿 𝜇𝑘𝑖𝑛𝑒𝑚𝑎𝑡𝑖𝑘 = 3,492 𝑐𝑚2 /𝑠 A.2



Penentuan Perolehan Arang Aktif Perolehan arang aktif ditentukan dari massa arang yang diperoleh dibagi



dengan ampas kopi yang digunakan untuk memperoleh arang tersebut. Perolehan arang aktif dideskripsikan oleh persamaan A.3. 𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑎𝑟𝑎𝑛𝑔



𝑃𝑒𝑟𝑜𝑙𝑒ℎ𝑎𝑛 = 𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑎𝑚𝑝𝑎𝑠 𝑘𝑜𝑝𝑖



(A.3)



Berdasarkan percobaan diperoleh 159,24 gram arang dari 350 gram ampas kopi maka perolehan arang sebagai berikut. 𝑃𝑒𝑟𝑜𝑙𝑒ℎ𝑎𝑛 =



159,24 𝑔𝑟𝑎𝑚 350 𝑔𝑟𝑎𝑚



𝑃𝑒𝑟𝑜𝑙𝑒ℎ𝑎𝑛 = 0,455 𝑔𝑟𝑎𝑚 𝑎𝑟𝑎𝑛𝑔 /𝑔𝑟𝑎𝑚 𝑎𝑚𝑝𝑎𝑠



A.3



Penentuan Kurva Baku Absorbansi Larutan Pewarna Tekstil Data pada Tabel A.2 dialurkan menjadi grafik konsentrasi larutan pewarna



terhadap absorbansi. Tabel A.2 Data absorbansi larutan pewarna Konsentrasi (ppm)



Absorbansi



31.25



0.04



62.5



0.0858



125



0.146



250



0.2493



500



0.4606



1000



0.7651



Kurva baku yang diperoleh ditunjukkan pada Gambar A.1. 37



1200



Konsentrasi (ppm)



1000 800 600 400 y = 1335,6x - 60,722 R² = 0,9904



200 0



-200



0



0,2



0,4 0,6 Absorbansi



0,8



1



Gambar A.1 Kurva baku larutan pewarna tekstil



Persamaan regresi ditunjukkan pada persamaan A.4. 𝑦 = 𝐴𝑥 + 𝐵



(A.4)



Persamaan regresi yang diperoleh dari kurva pada Gambar A.1 sebagai berikut. 𝑦 = 1335,6𝑥 − 60,722



A.4



Penentuan Beda Tekan dan KG Beda tekan (ΔP) dapat ditentukan dengan persamaan A.5. ∆𝑃 = 𝜌𝑔ℎ



(A.5)



Data yang digunakan untuk menentukan beda tekan disajikan pada Tabel A.3 dan Tabel A.4.



38



Tabel A.3 Data penentuan beda tekan pada arang aktif 60 mesh Visko Waktu (s) Massa h(cm)



jenis



Pengulangan



(g/cm3)



sitas dh/dt



dinam



(m/s)



is



Standar



(g/cm.



Deviasi



s)



1



2



3



Rata2



0



16.07



15.4



21.2



17.557



2.5907



1



15.08



14.1



19.24



16.140



2.2282



2



13.49



12.51



17.33



14.443



2.0800



3



12.31



11.35



15.38



13.013



1.7188



4



11.24



10.2



14.07



11.837



1.6353



5



10.1



9.11



12.25



10.487



1.3107



6



9



8.05



10.58



9.210



1.0435



7



7.53



7



9.51



8.013



1.0802



8



6.49



6.14



8.27



6.967



0.9326



9



5.56



5.06



6.5



5.707



0.5970



10



4.56



4.1



5.41



4.690



0.5426



Diame ter



ΔP



partik



(dP/dt)



el



(Pa)



(mm)



0.006



0.000



0 0.006



9.967



4 0.006



19.934



9 0.007



29.901



3 0.007



39.868



6 1.016



0.008



3.549



0.125



0



0



0



49.835



0.008



59.802



3 0.008



69.769



7 0.009



79.736



0 0.009



89.703



3 0.009



99.670



6



39



11



4.1



3.17



4.47



3.913



0.5469



12



3.13



2.26



3.17



2.853



0.4199



13



2.13



1.34



2.15



1.873



0.3772



14



0.59



0.46



0.59



0.547



0.0613



15



0



0



0



0



0



0.009



109.63



8



7



0.010



119.60



1



4



0.010



129.57



4



0



0.010



139.53



7



7



0.010



149.50



9



4



Tabel A.3 Data penentuan beda tekan pada arang aktif 120 mesh Visko Waktu (s) h(cm)



Diame



dh/dt



dinam



ter



(m/s)



is



partike



Standar



(g/cm



l (mm)



Deviasi



.s)



jenis



Pengulangan 1



0



sitas



Massa



137



2



3



Rata2



(g/cm3)



ΔP (dP/dt) (Pa)



96.2 206.8 146.667 45.6667



0.0008



0.000



1



122.9 87.1 186.8 132.267 41.2377



0.0008



9.967



2



111.7 78.9 166.6 119.067 36.1803



0.0009



19.934



3



101.4 71.3 149.9 107.533 32.3801



0.0009



29.901



4



91.1



64.3 133.7



96.367



28.5761



0.0010



5



80.7



57.9 118.7



85.767



25.0787



6



70.1



51.6 102.5



74.733



21.0365



0.0011



7



61.7



45.2



89.4



65.433



18.2367



0.0011



69.769



8



52



38.7



74.7



55.133



14.8630



0.0011



79.736



9



42.8



33.6



61.7



46.033



11.6974



0.0012



89.703



10



35.5



27.9



49.3



37.567



8.8579



0.0012



99.670



1.016



0.0010



3.549 0



39.868 0.2500



49.835 59.802



40



11



28



22



37.3



29.1



6.2944



0.0012



12



20.8



15.9



26.9



21.2



4.4996



0.0013



13



13.3



10.4



15.6



13.1



2.1276



0.0013



14



6



4.9



5.9



5.6



0.4967



0.0013



15



0



0



0



0



0



0



109.63 7 119.60 4 129.57 0 139.53 7 149.50 4



Data-data pada Tabel A.4 dan A.5 dialurkan menjadi grafik ΔP terhadap dh/dt. Penentuan dh/dt untuk arang 120 mesh menggunakan persamaan A.6 sedangkan untuk 60 mesh menggunakan persamaan A.7. Kemudian diregresikan dan KG dapat ditentukan menggunakan persamaan regresi yang diperoleh. 𝑑ℎ 𝑑𝑡



𝑑ℎ 𝑑𝑡



=−



=−



0,0139×2×𝑤𝑎𝑘𝑡𝑢 𝑟𝑎𝑡𝑎 𝑟𝑎𝑡𝑎−1,0894 100



0,0002×2×𝑤𝑎𝑘𝑡𝑢 𝑟𝑎𝑡𝑎 𝑟𝑎𝑡𝑎−0,1359 100



(A.6)



(A.7)



Contoh perhitungan: 𝑑ℎ 0,0139 × 2 × 146,667 − 1,0894 =− 𝑑𝑡 100 𝑑ℎ = 0,0008 𝑑𝑡 Data yang telah dialurkan ditentukan persamaan regresinya. Persamaan regresi untuk arang 120 mesh dan 60 mesh berturut-turut ditunjukkan pada persamaan A.8 dan A.9. 𝑦 = 1517𝑥 − 51,346



(A.8)



𝑦 = 248987𝑥 − 199,85



(A.9)



Kemudian KG dapat ditentukan dari persamaan A.10. ∆𝑃 𝐿



=



𝜇 𝑑𝑝2



∙ 𝐾𝐺



(A.10)



41



KG untuk arang 120 mesh dan 60 mesh berturut-turut sebagai berikut. (30581*(H47/1000000))/(H46/10)



A.5



𝐾𝐺 =



30581(0,0156/1000000) = 0,0013 3,549/10



𝐾𝐺 =



30581(0,0625/1000000) = 0,0054 3,549/10



Penentuan Kurva Breakthrough Kurva ditentukan dengan mengalurkan konsentrasi hasil adsorbsi (C) dibagi



dengan konsentrasi awal (C0) terhadap waktu (t). Konsentrasi (C) ditentutan dari kurva baku yang telah dibuat sebelumnya menggunakan persamaan regresi pada persamaan sebagai berikut. 𝑦 = 1335,6𝑥 − 60,722 Konsentrasi serapan ditunjukkan pada persamaan A.11. 𝐾𝑜𝑛𝑠𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑠𝑖 𝑠𝑒𝑟𝑎𝑝𝑎𝑛 = 𝐶0 − 𝐶



(A.11)



Data yang digunakan untuk menentukan kurva breakthrough disajikan pada Tabel A.6 dan A.7. Tabel A.6 Data serapan arang inaktif Absorbansi



Waktu (s)



Konsentrasi Standar



awal



Deviasi



(C0)(ppm)



Konsentrasi (C)(ppm)



Konsentrasi serapan



C/C0



1



2



3



Rata2



0



0



0



0.0000



0.0000



0.000



1000.0000



0.000



20



0.4035 0.4803 0.3267 0.4035



0.0627



478.193



521.8074



0.478



40



0.6179 0.7665 0.7345 0.7063



0.0639



882.612



117.3877



0.883



60



0.732



0.7736 0.6903 0.7320



0.0340



916.893



83.1073



0.917



120



0.7689 0.7853 0.7363 0.7635



0.0204



959.009



40.9914



0.959



180



0.7927



0.7612 0.8003



0.0354



1008.159



-8.1587



1.008



240



0.7714 0.8182 0.7778 0.7891



0.0207



993.244



6.7555



0.993



300



0.7881 0.8247 0.7746 0.7958



0.0212



1002.148



-2.1485



1.002



360



0.7651 0.7987 0.7739 0.7792



0.0142



980.022



19.9780



0.980



420



0.7993 0.8226 0.7727 0.7982



0.0204



1005.354



-5.3539



1.005



0



0.847



1000.0000



arang (ppm)



42



480



0.7621 0.8402 0.7792 0.7938



0.0335



999.522



0.4782



1.000



540



0.7627 0.8269 0.7858 0.7918



0.0266



996.806



3.1939



0.997



600



0.7894 0.8042 0.7877 0.7938



0.0074



999.433



0.5672



0.999



Tabel A.7 Data serapan arang aktif Absorbansi



Waktu (s)



Konsentrasi Standar



awal



Deviasi



(C0)(ppm)



Konsentrasi (C)(ppm)



Konsentrasi serapan



C/C0



1



2



3



Rata2



0



0



0



0



0.0000



0.0000



0.000



1000.000



0.000



20



0.1686



0.109



0.0126 0.0967



0.0643



68.475



931.525



0.068



40



0.6865 0.5905 0.0723 0.4498



0.2698



539.986



460.014



0.540



60



0.7076 0.7393 0.5354 0.6608



0.0896



821.798



178.202



0.822



120



0.7761 0.7605 0.7483 0.7616



0.0114



956.515



43.485



0.957



180



0.7408 0.8116 0.7717 0.7747



0.0290



973.967



26.033



0.974



240



0.7722



0.8187 0.8006



0.0203



1008.604



-8.604



1.009



300



0.8094 0.8096 0.8488 0.8226



0.0185



1037.943



-37.943



1.038



360



0.7656 0.8428 0.8488 0.8191



0.0379



1033.223



-33.223



1.033



420



0.7402 0.7906



0.823



0.7846



0.0341



987.190



12.810



0.987



480



0.7689 0.7966



0.788



0.7845



0.0116



987.056



12.944



0.987



540



0.7617 0.7899 0.8096 0.7871



0.0197



990.484



9.516



0.990



600



0.7722 0.7966 0.7932 0.7873



0.0108



990.840



9.160



0.991



0.811



1000.0000



arang (ppm)



43



Lampiran B Data Mentah B.1



Data Mentah Penentuan Viskositas Massa bola



2,65



g



Diameter bola



9,05



mm



Massa



Massa Pikno



Massa Pikno



Pikno



dengan



dengan Warna



Jarak



Aquades (gr)



(gr)



(cm)



Pengulangan Kosong (gr)



B.2



B.3



1



17.016



27.263



27.449



0.375



2



17.018



27.296



27.448



0.354



3



17.019



27.287



27.448



33



0.458



Data Mentah Penentuan Perolehan dan Moisture Content Arang Aktif Massa awal



350 gram



Massa akhir



159,24 gram



Perlakuan



Moisture content (%)



Sebelum oven



56,39



Setelah oven



8,63



Setelah furnace



3



Setelah aktivasi dan dikeringkan



9,62



Data Mentah Penentuan Beda Tekan dan KG Waktu (s)



Ketinggian (cm)



Waktu (s)



120 mesh



60 mesh



1



2



3



1



2



3



0



16.07



15.4



21.2



137



96.2



206.8



1



15.08



14.1



19.24



122.9



87.1



186.8



2



13.49



12.51



17.33



111.7



78.9



166.6



3



12.31



11.35



15.38



101.4



71.3



149.9



4



11.24



10.2



14.07



91.1



64.3



133.7



5



10.1



9.11



12.25



80.7



57.9



118.7 44



6



9



8.05



10.58



70.1



51.6



102.5



7



7.53



7



9.51



61.7



45.2



89.4



8



6.49



6.14



8.27



52



38.7



74.7



9



5.56



5.06



6.5



42.8



33.6



61.7



10



4.56



4.1



5.41



35.5



27.9



49.3



11



4.1



3.17



4.47



28



22



37.3



12



3.13



2.26



3.17



20.8



15.9



26.9



13



2.13



1.34



2.15



13.3



10.4



15.6



14



0.59



0.46



0.59



6



4.9



5.9



15



0



0



0



0



0



0



B.4



B.5



Data Mentah Penentuan Kurva Baku Pewarna Tekstil Konsentrasi (ppm)



Absorbansi



31.25



0.04



62.5



0.0858



125



0.146



250



0.2493



500



0.4606



1000



0.7651



Data Mentah Penentuan Adsorbansi Arang Aktif Absorbansi sampel sesuai jenis karbon dan pengulangan



Waktu



Karbon aktif



(s) 1



2



Karbon inaktif 3



1



2



3



0



0



0



0



0



0



0



20



0.1686



0.109



0.0126



0.4035



0.4803



0.3267



40



0.6865



0.5905



0.0723



0.6179



0.7665



0.7345



60



0.7076



0.7393



0.5354



0.732



0.7736



0.6903



120



0.7761



0.7605



0.7483



0.7689



0.7853



0.7363



180



0.7408



0.8116



0.7717



0.7927



0.847



0.7612 45



240



0.7722



0.811



0.8187



0.7714



0.8182



0.7778



300



0.8094



0.8096



0.8488



0.7881



0.8247



0.7746



360



0.7656



0.8428



0.8488



0.7651



0.7987



0.7739



420



0.7402



0.7906



0.823



0.7993



0.8226



0.7727



480



0.7689



0.7966



0.788



0.7621



0.8402



0.7792



540



0.7617



0.7899



0.8096



0.7627



0.8269



0.7858



600



0.7722



0.7966



0.7932



0.7894



0.8042



0.7877



46



Lampiran C Dokumentasi



Gambar C.1 Ampas kopi setelah dikeringkan



Gambar C.2 Ampas kopi yang akan di-furnace



47



Gambar C.3 Larutan standar pewarna tekstil yang akan diukur absorbansinya



Gambar C.4 Proses pengambilan data untuk adsorpsi pewarna tekstil menggunakan arang aktif berbasis ampas kopi pada kolom berjejal



48