BAB I,II,III naek EDIT
-
Upload
yerina-pardosi -
Category
Documents
-
view
796 -
download
1
Transcript of BAB I,II,III naek EDIT
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Masalah air merupakan salah satu masalah yang menjadi pusat perhatian.
Hal ini terbukti dari persediaan air di bumi terutama air layak minum tidak lagi
memiliki kualitas yang sesuai untuk di konsumsi oleh masyarakat. Limbah cair
sebagai hasil samping dari aktivitas industri sering menimbulkan permasalahan
bagi lingkungan. Limbah cair tersebut mengandung zat-zat berbahaya dan beracun
seperti logam-logam berat yang berasal dari limbah industri maupun limbah
rumah tangga. Dimana zat pencemar air tersebut merupakan masalah yang lebih
serius dibandingkan dengan polutan organic karena ion-ion logam berat
merupakan racun bagi organisme serta sangat sulit diuraikan secara biologi
maupun kimia. Hal ini sangat berbahaya bagi kesehatan masyarakat terutama air
yang hendak dikonsumsi masyarakat.
Ampas tebu merupakan hasil samping dari proses ekstrasi (pemerahan)
cairan tebu. Potensi ampas tebu di Indonesia cukup besar, oleh karena itu
diperlukan proses lebih lanjut sehingga terjadi diversifikasi pemanfaatan limbah
ampas tebu. Pengarangan ampas tebu mudah dikerjakan oleh masyarakat
pedesaan sendiri, relatif murah, hasil penjernihan memenuhi syarat kesehatan, dan
ampas tebu mudah diperoleh di pedesaan. Ampas tebu ini dapat dikembangkan
kembali menjadi karbon aktif atau sering disebut sebagai arang aktif ampas tebu.
2
(Wira, 2007).Selain arang aktif ampas tebu, bahan yang dapat digunakan sebagai
bahan penjernih air adalah kaolin. Kaolin merupakan bahan galian non-logam
atau industri multi guna karena memiliki sifat-sifat fisika dan kimia yang unik
yaitu sebagai penyerap, penukar ion, penyaring molekul dan sebagai katalisator.
Pemanfaatan kaolin telah mengalami pengembangan sedemikian rupa
sehingga dapat digunakan untuk beberapa keperluan dalam industri dan pertanian,
juga bagi lingkungan, terutama untuk menghilangkan bau, karena kaolin dapat
menyerap molekul-molekul gas seperti CO, CO2, H2S dan lainnya.
Sesuai dengan struktur fisiknya kaolin memiliki sifat yang unik yaitu
memiliki pori-pori yang sangat banyak, sehingga dapat menyerap molekul yang
diameternya lebih kecil dari pori-pori kaolin. Kaolin juga memiliki pusat asam
sehingga kaolin juga dapat digunakan sebagai penukaran ion yang mempunyai
selektifitas yang tinggi yang sering digunakan untuk mengisolasi kation-kation
yang diikat secara selektif. Hal ini diakibatkan oleh sifat-sifat yang dimiliki oleh
kaolin itu sendiri yaitu kemampuan untuk menyerap molekul, menukar ion, dan
menjadi katalis. (Las, 2006)
Berdasarkan penelitian terdahulu, arang aktif dari limbah kayu mahoni
mampu menyerap kation dalam air yang memiliki daya serap iodium yang
tertinggi dan mampu menghasilkan penurunan kadar Fe sebesar 93.97%, kadar
Mn sebesar 75% dan kadar Zn mencapai 100% (Pujiarti, 2005), sedangkan
campuran zeolit dan kaolin memperoleh pH (7,42 ± 0,01), pH (7,52 ± 0,01) serta
pH (7,28 ± 0,01), yang sebelum penyaringan diperoleh pH (6.37 ± 0,01).
Artinya pH air sumur yang telah disaring masih berada pada pH 6,5 s/d 8,5
3
sehingga dapat dikatakan bahwa hasil pengujian mempunyai nilai pH normal
untuk air. (Lubis, 2009)
Berdasarkan penelitian yang ada, penulis mengambil kesimpulan bahwa
arang aktif yang dapat menyerap kation pada air dan kaolin yang dapat menyerap
molekul yang lebih kecil dari molekulnya serta memiliki pori-pori yang sangat
banyak, mampu digunakan sebagai bahan penjernih air dengan metode adsorpsi.
Sehingga penulis ingin lebih meneliti tentang material tersebut, untuk itu penulis
memilih judul : “ Preparasi Absorben Arang Aktif Ampas Tebu Dengan
Campuran Kaolin Sebagai Bahan Penjernih Air”.
1.2 Batasan Masalah
Untuk memberi ruang lingkup yang jelas penulis membatasi masalah
yakni pemanfaatan campuran arang aktif ampas tebu dan kaolin sebagai bahan
penjernih air dengan perbandingan (5:100; 7:80; 9:65;11:100;13:100)gr pada
tekanan tekanan 7 ton.
1.3. Rumusan Masalah
Berdasarkan batasan masalah di atas, maka masalah diatas dirumuskan sebagai
berikut :
1. Bagaimana cara membuat bahan penyerap air dengan menggunakan kaolin
dan arang aktif ampas tebu?
2. Bagaimana pengaruh kaolin dan campuran arang aktif ampas tebu terhadap
porositas kejernihan air?
4
1.4. Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari Penelitian ini adalah :
1. Menghasilkan bahan pengabsorbsi kandungan logam dalam air dengan
menggunakan kaolin dan campuran arang aktif ampas tebu.
2. Menentukan pengaruh kaolin dan campuran arang aktif ampas tebu terhadap
karakteristik kejernihan air.
1.5. Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah :
1. Dapat digunakan sebagai bahan penjernih air khususnya untuk industri dan
rumah tangga.
2. Untuk mendapatkan absorbsi air dari campuran kaolin dan arang aktif ampas
tebu.
3. Sebagai bahan referensi mengenai absorben air dari kaolin dan arang aktif
ampas tebu.
5
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Arang Aktif
2.1.1. Pengertian Arang Aktif
Arang merupakan suatu padatan berpori yang mengandung 85-95%
karbon, dihasilkan dari bahan-bahan yang mengandung karbon dengan pemanasan
pada suhu tinggi. Ketika pemanasan berlangsung, diusahakan agar tidak terjadi
kebocoran udara didalam ruangan pemanasan sehingga bahan yang mengandung
karbon tersebut hanya terkarbonisasi dan tidak teroksidasi. Arang juga dapat
digunakan sebagai adsorben (penyerap). Daya serap arang ditentukan oleh luas
permukaan partikel dan kemampuan ini dapat menjadi lebih tinggi jika terhadap
arang tersebut dilakukan aktifasi dengan aktifator bahan-bahan kimia ataupun
dengan pemanasan pada temperatur tinggi. Dengan demikian, arang akan
mengalami perubahan sifat-sifat fisika dan kimia. Arang yang demikian disebut
sebagai arang aktif.
Arang aktif merupakan senyawa karbon amorph, yang dapat dihasilkan
dari bahan-bahan yang mengandung karbon atau dari arang yang diperlakukan
dengan cara khusus untuk mendapatkan permukaan yang lebih luas. Luas
permukaan arang aktif ini berhubungan dengan struktur pori internal yang
menyebabkan arang aktif mempunyai sifat sebagai adsorben. Arang aktif dapat
mengadsorpsi gas dan senyawa-senyawa kimia tertentu atau sifat adsorpsinya
selektif, tergantung pada besar atau volume pori-pori dan luas permukaan. Daya
6
serap arang aktif sangat besar, yaitu 25 - 1000% terhadap berat arang aktif.
(Sembiring, 2003)
Cara kerja karbon aktif terutama daya (afinitas) daya tarik-menarik yang
selektif terhadap substansi tertentu. Substansi ini diadsorpsi pada permukaan
arang dan dapat diperluas dengan cara memperkecil ukuran partikel arang.
Keaktifan untuk menyerap dari arang aktif ini umumnya tergantung pada jumlah
senyawa karbon yang berkisar antara 85 – 95 % karbon bebas. (Suhardiono dalam
Sihite, 2003
2.1.2. Bahan Dasar Pembuatan Arang Aktif
Ada berbagai macam bahan dasar yang digunakan untuk menghasilkan
arang aktif. Bahan dasar arang aktif yang digunakan dapat dilihat pada tabel 2.1.
Tabel 2.1. Bahan Dasar Untuk Membuat Arang Aktif
Batu Bara Berbagai Jenis Kayu
biji buah-buahan Endapan minyak
Kulit buah kapas Fokas minyak
Kulit buah kopi Kulit kacang-kacangan
Lignin Serbuk gergajian kayu jati
Limbah pabrik PULP Limbah penyulingan
Sekam padi Residu-residu darah
Ampas tebu Cangkang kelapa sawit
Tongkol jagung Tulang
(Sumber : Balai Penelitian dan Pengembangan Industri Medan dalam Wahyuni,
2002)
7
Komposisi kimia karbon aktif / arang aktif adalah :
Tabel 2.2. Analisa Dari Beberapa Karbon Aktif
%
C H S. Organik S. Anorganik Abu
A
B
C
D
E
88,4
94,4
91,7
95,3
87,5
7,8
1,1
1,7
0,6
2,2
0,08
-
0,02
0,19
0,12
0,12
0,04
0,05
0,43
0,04
3,2
3,3
3,2
1,2
2,0
(Sumber : Sihite, 2003)
Dari tabel 2.2 dapat kita lihat bahwa kandungan atau komposisi kimia karbon
aktif terdiri dari 87,5 – 95,3 % karbon (C), 0,6 – 2,2 % hidrogen (H), 0,02 – 0,19
% senyawa organik, 0,04 – 0,43 % senyawa anorganik, dan 1,2 – 3,3 % abu.
(Sihite, 2003).
2.1.3. Penggunaan Arang Aktif
Hampir 60 % produksi arang aktif di dunia digunakan pada industri-
industri gula dan pembersih minyak dan lemak, kimia dan farmasi. Penggunaan
arang aktif secara umum dapat diuraikan sebagai berikut :
8
1. Industri Gula
Pemakaian arang aktif pada industri gula dimulai pada tahun 1974 di
Inggris. Selain itu menghilangkan zat-zat warna, arang aktif juga dapat menyerap
senyawa-senyawa nitrogen, sehingga proses penyaringan menjadi lebih sempurna.
Basa yang timbul pada proses penguapan akan berkurang serta akan mempercepat
proses kristalisasi. Pada industri gula bit dan glukosa, ternyata pemakaian arang
aktif memberikan hasil lebih memuaskan dan operasionalnya lebih fleksibel.
2. Industri Minyak dan Lemak
Pada pengolahan minyak nabati, hasil yang lebih ekonomis akan diperoleh
bila pada proses pemurniannya digunakan campuran arang aktif. Dalam hal ini
fungsi arang aktif adalah menghilangkan zat-zat warna dan feroksid. Untuk
minyak yang mengalami hidrolisa, pemakaian arang aktif berfungsi untuk
menghilangkan katalis yang masih tersisa pada minyak. Pada umumnya
pemurnian dengan arang aktif dilaksanakan pada temperatur 70 – 120 0C.
3. Industri Kimia dan Farmasi
Arang aktif digunakan untuk menyerap kotoran-kotoran yang tidak
diingikan yang berupa koloid, arang aktif dapat juga berfungsi sebagai filter
sehingga proses kristalisasi dapat dipercepat. Penggunaan karbon aktif dalam
industri kimia dan farmasi sering dijumpai dalam pembuatan kafein, asam sitrat,
gliserin, asam laktat, dan antibiotika penisilin dan streptomysin.
9
4. Penjernih Air
Pemakaian klorin sebagai disinfektan pada penjernih air akan
menimbulkan bau dan rasa yang tidak enak, ini ditimbulkan oleh reaksi antara
klorin dengan mikro organisme. Untuk mencegah hal ini maka pada tahapan
proses yang terakhir dapat digunakan karbon aktif sebagai adsorben dari reaksi
yang ditimbulkan klorin dengan mikro organisme. (Sihite, 2003)
2.1.4. Daya Serap Arang Aktif
Sifat yang paling utama dari karbon aktif adalah kemampuannya untuk
menyerap. Sifat ini didasari pada padatan sifat karbon aktif yang memiliki luas
permukaan atau pori-pori yang besar. Daya serap karbon aktif erat hubungannya
dengan sifat keaktifan karbon tersebut. Apabila suatu larutan terkontak dengan
butiran karbon aktif yang berpori, maka molekul-molekul zat terlarut tertarik pada
permukaan pori dan tertahan ditempat tersebut melalui gaya-gaya yang lemah.
Kemampuan karbon aktif untuk mengadsorpsi sejumlah besar adsorbat
adalah karena struktur pori yang sangat terkembang yang dimiliki karbon aktif.
Berdasarkan hasil percobaan terhadap larutan yang mengandung 80 ppm logam
Cu2+, karbon aktif memiliki ukuran besar butir -24 mesh, ternyata mampu
mengurangi konsentrasi ion logam Cu2+ hingga 31,31%.
Sifat dan daya serap karbon aktif terbagi atas dua bagian yaitu absorpsi
(gaya van der waals) tetapi dalam hal-hal tertentu dapat melibatkan adsorpsi kimia
(khemisorpsi). Keduanya didapat dari ada atau tidaknya perubahan kimia yang
terjadi antara zat yang dikumpulkan (absorban) dan zat mengumpulkan
10
(absorben). Adsorpsi fisik biasanya melibatkan perubahan energi yang lebih kecil
(ikatan lebih lemah) dari pada khemisorpsi. Contohnya dari adsorpsi N2 pada
karbon melepaskan energi kira-kira 5000 kalori per mol, sedangkan adsorpsi O2
pada 0 0C melepaskan energi lebih 100.000 kalori per mol. Hal ini terjadi karena
adsorpsi O2 pada karbon juga melibatkan khemisorspi yang ditunjukkan dengan
terbentuknya gas CO dan CO2 jika karbon dipanaskan. Pada karbon yang
mengadsorpsi N2 jika dipanaskan hanya dilepaskan gas N2. Beberapa teori yang
menerangkan gejala daya serap yang sebenarnya, belum cukup untuk
mengemukakan dengan daya serap tersebut adalah sebagai berikut :
a. Dengan adanya pori-pori mikro yang sangat banyak jumlahnya pada karbon
aktif ini, akan menimbulkan gejala kapiler yang menyebabkan adanya daya serap.
b. Permukaan yang luas 500 – 1000 m2/gr yang dimiliki karbon aktif dapat
menyebabkan timbulnya daya serap. (Sihite, 2003)
Pada kondisi yang bervariasi ternyata hanya sebagian permukaan yang
mempunyai daya serap. Hal ini terjadi karena permukaan dianggap heterogen,
sehingga hanya beberapa jenis zat yang diserap oleh sebagian permukaan yang
lebih aktif yang disebut “active center”. Karbon yang merupakan penyerap logam-
logam yang terdapat dalam alam, mempunyai absorpsi yang tinggi. Salah satu
reaksi karbon sebagai penyerap adalah :
ZnO(s) + C(s) Zn(s) + CO(g) (Sugiyarto, 2010)
11
2.1.5. Proses Pembuatan Arang Aktif
Metoda aktifasi yang umum digunakan dalam pembuatan arang aktif adalah:
a. Aktifasi Kimia : proses pemutusan rantai karbon dari senyawa organik dengan
pemakaian bahan-bahan kimia.
b. Aktifasi Fisika : proses pemutusan rantai karbon dari senyawa organik dengan
bantuan panas, uap dan CO2.Cheremisinoff dan AC. Moressi mengemukakan
bahwa proses pembuatan arang aktif terdiri dari tiga tahap yaitu:
a. Dehidrasi: proses penghilangan air. Bahan baku dipanaskan sampai
temperature 170 °C.
b. Karbonisasi: pemecahan bahan-bahan organik menjadi karbon. Temperatur
diatas 170 °C akan menghasilkan CO, CO dan asam asetat. Pada temperatur 275
°C, dekomposisi menghasilkan tar, metanol dan hasil sampingan lainnya.
Pembentukan karbon terjadi pada temperatur 400 – 6000C.
c. Aktifasi : dekomposisi tar dan perluasan pori-pori. Dapat dilakukan dengan uap
atau CO2 sebagai aktifator.
12
Menurut Standard Industri Indonesia (SlI No. 0258-79) persyaratan arang aktif
adalah sebagai berikut :
Tabel 2.3. Syarat mutu arang aktif
No Jenis Uji Satuan Persyaratan
1. Bagian yang hilang pada pemanasan 950°C % Maksimum 15
2. Air % Maksimum 10
3. Abu % Maksimum 2,5
4. Bagian yang tidak mengarang % Tidak ternyata
5. Daya serap terhadap larutan I2 % Maksimum 20
(Sumber : Sembiring, 2003)
2.2. Ampas Tebu
Ampas tebu (baggase) adalah campuran dari serat yang kuat dengan
jaringan yang lembut dan mempunyai tingkat higroskopis yang tinggi yang
dihasilkan melalui penggilingan tebu. Ampas tebu merupakan hasil samping dari
proses ekstrasi ( pemerahan ) cairan tebu. Dari suatu industri pengolahan tebu
akan dihasilkan gula 5 %, ampas tebu 90 % dan sisanya berupa tetes tebu (molase)
dan air. Diperkirakan setiap hektar (ha) tanaman tebu mampu menghasilkan 100
ton bagasse (ampas tebu). Maka potensi bagasse nasional yang dapat tersedia dari
total luas tanaman tebu mencapai 39.539.944 ton per tahun. Oleh karena itu
diperlukan proses lebih lanjut sehingga terjadi diversifikasi pemanfaatan limbah
ampas tebu.
13
Gambar 2.1. Ampas tebu
Struktur ampas tebu terdiri dari Selulosa, Hemiselulosa, Pentosa dan Lignin, yang
komposisinya dapat dilihat pada tabel 2.4 berikut.
Tabel 2.4. Komposisi ampas tebu
No Komponen % Berat Kering
1. Selulosa 28-43
2. Hemiselulosa 17-23
3. Pentosa 20-33
4. Lignin 13-22
(Sumber : Wira, 2003)
Hasil pembakaran ampas tebu dapat menghasilkan abu dan arang yang
dinamakan arang ampas tebu. Arang ampas tebu maupun ampas tebu dapat
dimanfaatkan untuk berbagai keperluan di antaranya:
a. Sebagai bahan baku pada industri kimia, terutama kandungan zat kimia yang
dapat digunakan sebagai bahan baku dalam berbagai industri kimia.
14
b. Sebagai bahan baku pada industri bahan bangunan, terutama kandungan silika
(SiO2) yang dapat digunakan untuk campuran pada pembuatan semen portland,
bahan isolasi, husk-board dan campuran pada industri bata merah.
c. Sebagai sumber energi panas pada berbagai keperluan manusia, kadar selulosa
yang cukup tinggi dapat memberikan pembakaran yang merata dan stabil.
d.Sebagai absorben logam-logam berat seperti Pb, Cd, Cr, Fe dan lain-lain.
Karbon aktif dan ampas tebu (bagasse) mempunyai kadar karbon yang
tinggi dan kadar abu yang rendah sehingga mempunyai kemampuan serap yang
cukup baik terhadap logam-logam berat. (Budiono, 2009)
2.3 Kaolin
Kaolin adalah mineral yang terdapat pada batuan sedimen dikenal dengan
nama batu lempung. Kaolin merupakan massa batuan yang tersusun dari material
lempung berkualitas tinggi dengan komposisi kimia hydrous alumunium silicate
(2H2O Al2O3 2SiO2) dan berwarna putih, abu-abu putih, kuning jingga, abu-abu
atau kemerahan. Kaolin ini mengandung butiran yang sangat halus, lunak dan
kurang plastis bila bercampur dengan air. Potensi dan cadangan kaolin yang besar
di Indonesia terdapat di Kalimantan Barat, Kalimantan Selatan, Pulau Bangka dan
Belitung, serta potensi lainnya tersebar di Pulau Sumatera khususnya Sumatera
Utara, Pulau Jawa, dan Sulawesi Utara (Distam, 2004).
15
Gambar 2.3. Kaolin
(Sumber : Silitonga, M., 2008)
2.3.1. Karakteristik Kaolin
Kaolin adalah batuan yang tersusun dari material lempung yang memiliki
kandungan besi rendah. Sebenarnya, kaolin adalah tanah liat yang mengandung
mineral kaolinit sebagai bagian yang terbesar dan termasuk jenis tanah liat primer.
Sifat-sifat kaolin antara lain:
1. Berbutir kasar, rapuh dan tidak plastis
2. Warnanya putih karena kandungan besinya paling rendah
3. Makin halus ukurannya, maka akan semakin plastis dan sebaliknya
4. Daya hantar listrik dan panas rendah
5. pH bervariasi
6. Titik lebur 1.850°C
7. Berat jenis antara 2,60 – 2,63 gr/cm
16
Karena jenis kaolin tidak plastis, maka taraf penyusutan dan kekuatan
keringnya pun lebih rendah dan sangat tahan api. Proses pembentukan kaolin
(kaolinisasi) dapat terjadi melalui proses pelapukan dan proses hidrotermal
alterasi pada batuan beku felspartik. Mineral yang termasuk dalam kelompok
kaolin adalah kaolinit, nakrit, dikrit, dan halloysit (Al2(OH)4SiO5) yang
mempunyai kandungan air lebih besar dan umumnya membentuk endapan
tersendiri.
Kaolin berwarna putih memiliki sifat gembur, mudah diremas,
mengandung oksida besi, pelapisan tidak jelas dan terbentuk akibat proses
hidrotermal. Karena mempunyai sifat daya hantar panas dan listrik yang rendah,
maka kaolin dapat digunakan untuk membuat peralatan atau barang-barang yang
tahan api dan digunakan sebagai penyekat serta sebagai bahan pemutih pada
industri gula, makanan dan obat-obatan. Sedangkan kaolin yang diadikan sebagai
bahan pembuatan keramik akan menghasilkan sifat-sifat yang sangat baik, seperti
kekerasan yang sangat baik, pemuaian yang sangat kecil dan banyak sifat lain
yang baik (Kosasih, K., 2009).
2.3.2. Komposisi Kaolin
Kandungan utama pada kaolin adalah kaolinit dan halloysit. Berdasarkan
hasil analisa kimia dan analisa sifat fisik, komposisi atau kandungan zat yang
terdapat pada kaolin sebagai berikut:
17
Tabel 2.3. Komposisi kaolin
No Komposisi Kaolinit (%) Halloysit (%)
1 SiO2 48,03 46,82
2 TiO2 0,78 0,08
3 Al2O3 35,30 36,20
4 Fe2O3 0,19 0,81
5 CaO 0,41 0,18
6 MgO 0,15 0,34
7 Na2O 0,67 1,06
8 K2O 0,43 0,97
9 LOI (runutan) 13,91 12,43
(Sumber : Hartaya, K., 2006)
2.3.3. Kegunaan Kaolin
Kaolin paling banyak digunakan untuk industri keramik (lebih dari 60 %
dari produksi kaolin dunia), kertas, cat, kosmetik, farmasi, karet, pestisida dan
lain-lain. Kaolin juga digunakan dalam produksi zeolit sintetik. Kegunaan kaolin
sangat tergantung pada karakteristiknya karena karakteristik berpengaruh terhadap
kualitasnya. Kualitas atau mutu kaolin terutama ditentukan oleh kemurnian
komposisi kimia, kecerahan (brightness), serta bentuk dan ukuran kristal (butiran)
juga besar butiran.
Kaolin sebagai bahan baku industri mempunyai kegunaan yang bervariasi sebagai
berikut:
18
1. Industri kertas, kaolin digunakan sebagai bahan pengisi ( filler material ) dan
sebagai bahan pelapis (coating material)
2. Industri keramik, kaolin digunakan sebagai bahan body maupun bahan glasir
untuk meningkatkan kualitas warna produk menjadi lebih cerah
3. Industri karet, kaolin digunakan sebagai bahan vulkanisir untuk
meningkatkan kekuatan dan ketahanan karet
4. Industri cat, kaolin digunakan sebagai bahan extender prduksi cat, substitusi
mewarnai cat dan untuk membuat cat berwarna cemerlang
5. Industri plastik, kaolin digunakan untuk membuat permukaan plastik menjadi
rata dan membuat plastik resisten terhadap serangan zat-zat kimia
6. Industri Fiberglass, kaolin digunakan sebagai penguat dalam fiberglass yaitu
untuk memperbaiki proses integrasi fiber terhadap produk yang penguatannya
menggunakan plastik
1. Industri lain seperti : bahan pemutih, tinta putih, lem perekat, obat-obatan,
semen, pupuk, , kosmetika, pasta gigi dan tekstil
2. Bahan tahan api, kaolin digunakan sebagai bahan utama pembuatan bata
tahan api
3. Bahan pembasmi hama, kaolin digunakan sebagai zat pengontrol hama pada
tanaman anggur
4. Bahan penjernih air, kaolin digunakan sebagai bahan campuran dalam
pembuatan bahan penjernih air.
19
2.4. Penjernih Air
2.4.1. Air
Sebuah molekul air terdiri dari sebuah atom oksigen yang berikatan
kovalen dengan dua atom hidrogen dengan rumus kimiawi H2O.
Tabel 2.6. Syarat Air Minum Berdasarkan Standart Internasional
Diperbolehkan Maksimum
Total Solid 500 mg/L 1500 mg/L
Warna 5 unit 50 unit
Turbiditi 5 unit 25 unit
Rasa Tidak berasa -
Bau Tidak berbau -
Besi (Fe) 0,3 mg/L 1,0 mg/L
Mangan (Mn) 1,0 mg/L 0,5 mg/L
Tembaga (Cu) 1,0 mg/L 1,5 mg/L
Zink (Zn) 5,0 mg/L 15 mg/L
Kalsium (Ca) 75 mg/L 200 mg/L
Magnesium (Mg) 50 mg/L 150 mg/L
Klorida (Cl) 200 mg/L 600 mg/L
Interval pH 7,0–8,5 < 6,5
Senyawa phenol 0,001 mg/L 0,002 mg/L
(Sumber : Winarno dalam Srihapsari, 2006)
20
2.4.2. Persyaratan Fisik Air
2.4.2.1. Kekeruhan
Kekeruhan air dapat ditimbulkan oleh adanya bahan-bahan organik dan
anorganik yang terkandung dalam air seperti lumpur dan bahan yang dihasilkan
oleh buangan industri.
2.4.2.2. Temperatur
Kenaikan temperatur air menyebabkan penurunan kadar oksigen terlarut.
Kadar oksigen terlarut yang terlalu rendah akan menimbulkan bau yang tidak
sedap akibat degradasi.
2.4.2.3. Warna
Warna air dapat ditimbulkan oleh kehadiran organisme. Bahan-bahan
tersuspensi yang berwarna dan oleh ekstrak senyawa-senyawa organik serta
tumbuh-tumbuhan.
2.4.2.4. Solid (Zat Padat)
Kandungan zat padat menimbulkan bau busuk, juga dapat menyebabkan
turunnya kadar oksigen terlarut. Zat padat dapat menghalangi penetrasi sinar
matahari kedalam air.
2.4.2.5. Bau dan Rasa
Bau dan rasa dapat dihasilkan oleh adanya organisme dalam air seperti
alga serta oleh adanya gas seperti H2S yang terbentuk dalam kondisi anaerobik
dan oleh adanya senyawa-senyawa organik tertentu. (Hanum dalam Barus, 2005)
21
2.4.3. Persyaratan Kimia Air
2.4.3.1. pH
pH adalah tingkatan asam basa suatu larutan yang diukur dengan skala
0s/d 14. Tinggi rendahnya pH air sangat dipengaruhi oleh kandungan mineral lain
yang terdapat dalam air.
pH air standar adalah 6,5 s/d 8,5. Semakin rendah (di bawah 6,5) disebut
asam dan di atas 8,5 disebut basa. Namun yang ideal adalah pH 7 yang disebut
netral. Air yang masih segar dari pegunungan biasanya mempunyai pH yang
tinggi. Makin lama pH air akan menurun menuju suasana asam. Hal ini
disebabkan pertambahan bahan-bahan organik yang kemudian membebaskan CO2
jika mengurai. Air .
Gambar 2.4. pH meter dan skala pH
(Sumber : http://futurederm.files.wordpress.com dalam Manalu, 2010)
22
2.4.3.2. Kebasaan Air
Kebasaan air adalah suatu kapasitas air untuk menetralkan asam hal ini
disebabkan ada basa atau garam basa yang terdapat dalam air misalnya NaOH,
Ca(OH)2.
2.4.3.3. Keasaman Air
Keasaman adalah kemampuan untuk menetralkan basa. (Barus, 2005)
2.4.3.4. Kesadahan Air
Kesadahan air disebabkan ion-ion magnesium atau kalsium. Air yang
dianggap bermutu tinggi mempunyai kesadahan yang rendah. Kalsium atau
Magnesium dalam air sadah dapat bereaksi dengan sabun sehingga sabun tidak
memberi busa.
Garam asam hidrogen karbonat larut dalam air tetapi jika dipanaskan akan
mengendap sebagai garam karbonat yang mengendap didasar ketel yang
meningkatkan ongkos pemasaran dan merugikan perindustrian. (Sastrawijaya,
1991)
2.4.3.5. BOD (Biological Oxygen Demand)
BOD adalah banyaknya oksigen yang dibutuhkan oleh mikroorganisme
untuk menguraikan bahan-bahan organik yang terdapat dalam air buangan secara
biologi.
Reaksi : zat organik + m.o + O2 CO2 + m.o + sisa material organik
23
2.4.3.6. DO (Dissolved Oxygen)
DO adalah jumlah oksigen terlarut dalam air yang berasal dari fotosintesis
dan absorpsi atmosfer atau udara. Semakin banyak jumlah DO maka kualitas air
akan semakin baik.
2.4.3.7. COD (Chemical Oxygen Demand)
COD adalah banyaknya oksigen yang dibutuhkan untuk mengoksidasi
bahan-bahan organik secara kimia. (Barus, 2005).
2.4.4. Penjernih Air Tradisional
Cara penjernihan air perlu diketahui karena semakin banyak sumber air
yang tercemar limbah. Cara-cara yang disajikan dapat digunakan di desa karena
alat dan bahannya mudah di dapat. Bahan-bahannya antara lain batu, pasir, kerikil,
arang tempurung kelapa, arang sekam padi, tanah liat, ijuk, kaporit, tawas, biji
kelor dan lain-lain. (Esti, 1991)
2.4.5. Penjernihan Air Menggunakan Arang Ampas Tebu
Kebutuhan air bersih di daerah pedesaan dan pinggiran kota untuk air
minum, memasak, mencuci dan untuk kebutuhan lainnya, harus diperhatikan
yakni dengan cara pemanfaatan bahan penjernihan air.
Cara penjernihan air perlu diketahui masyarakat karena banyaknya sumber
air yang tercemar limbah. Banyak cara sebenarnya untuk melakukan penjernihan
air. Cara ini dinamai penjernihan air ampas tebu karena memanfaatkan ampas
tebu. Bahan-bahan yang diperlukan untuk membuat alat penjernihan air ampas
tebu yakni arang ampas tebu, kayu bakar, sampah-sampah/tanah, pipa, kerikil,
24
kawat ram, dan drum yang berdiameter 40 cm dan tinggi 72 cm. Cara
pembuatannya pertama, dasar drum dibuat lubang-lubang kecil (diameter 22 mm)
dan 4 lubang dengan diameter 3,5 mm. Pada dinding drum diberi 6 lubang
berdiameter 3,5 mm. Jarak antara masing-masing lubang 10 cm. Bagian kiri dan
kanan drum dipasangi pipa yang panjangnya 15 cm. Pada bagian dasar dari drum
diberi kawat ram. Kedua, buat tungku pembakaran, yakni tungku rumah tangga
yang dimodifikasi untuk pengarangan kayu bakar. Langkah ketiga membuat alat
penjernihan air yang terdiri dari dua bagian, yaitu alat pengendapan yang terbuat
dari drum dan alat penyaringan yang dibuat dari gentong.
Pada dasar gentong diberi kerikil dan arang ampas tebu setebal 10 sampai
20 cm diatasnya. Di atas arang ampas tebu diberi ijuk. Langkah selanjutnya
membuat arang ampas tebu secara tradisional arang ampas tebu dibuat dalam
suatu lubang yang berukuran panjang 50 cm, tinggi 30 cm dan diameter 50 cm
dengan kapasitas 5 kg. Sekam dibakar di atas tungku singer. Ampas tebu yang
sudah terbakar ditutup tanah dan diatasnya diberi sampah. Pada salah satu sudut
lubang diberi pipa udara. Cara lainnya, yaitu dengan menggunakan drum sebagai
tungku pembakaran. Temperatur pada waktu pengarangan 400-600 0C dan lama
pengarangan 2,5 jam. Bahan bakar kayu yang digunakan 5 kg ampas tebu. Sedang
cara menggunakannya, pada proses penyaringan air, pertama lakukan
pengendapan, lalu penyaringan dengan arang kira-kira 10 cm tebalnya.
Proses penyaringan ini bekerja selama 6 jam/hari. Keuntungan penjernihan
air ampas tebu, dapat memenuhi kebutuhan air bersih untuk keperluan keluarga.
Selain itu, pengarangan ampas tebu mudah dikerjakan oleh masyarakat pedesaan
25
sendiri, relatif murah, hasil penjernihan memenuhi syarat kesehatan, dan ampas
tebu mudah diperoleh di pedesaan. (Esti, 1991)
2.5. Absorpsi
Absorpsi atau penyerapan adalah suatu fenomena fisik atau kimiawi atau
suatu proses sewaktu atom, molekul, atau ion memasuki suatu fase limbak (bulk)
lain yang bisa berupa gas, cairan ataupun padatan. Proses ini berbeda dengan
adsorpsi karena pengikatan molekul dilakukan melalui volume dan bukan
permukaan. Absorpsi merupakan salah satu operasi pemisahan dalam industry
kimia dimana suatu campuran gas dikontakkan dengan suatu cairan penyerap
yang sesuai, sehingga satu atau lebih komponen dalam campuran gas larut dalam
cairan penyerap. Absorpsi dapat berlangsung dalam dua macam proses, yaitu
absorpsi fisik atau absorpsi kimia.
Absorpsi fisik merupakan absorpsi dimana gas terlarut dalam cairan
penyerap tanpa disertai kimia. Absorpsi gas H2S dengan air, methanol, atau
propilen karbonat merupakan contoh yang baik untuk peristiwa ini yang sering
dijumpai di industri kimia. Penyerapan gas oleh pelarut terjadi karena adanya
interaksi fisik. Absorpsi kimia dalam fase cair sering digunakan untuk
mengeluarkan zat terlarut dengan lebih sempurna dari campuran gas nya.
Peristiwa absorpsi biasanya diikuti dengan peristiwa stripping untuk melepaskan
kembali gas yang terserap. Faktor absorpsi ditentukan oleh banyaknya volume
pori-pori dalam bahan sehingga demikian dapat terjadi penyerapan karena dengan
adanya halangan yang diakibatkan oleh partikel yang terjebak dan menutup
26
lubang pori semula,maka ukuran pori yang efektif yang berfungsi akan semakin
mengecil, sehingga partikel lebih kecil akan bisa tertangkap. (Manalu, 2010)
2.6. Pembakaran (Sintering)
Sintering adalah suatu pemanasan material yang halus tanpa pelelehan
untuk memperoleh material yang lebih besar ukurannya (Sugiyarto, 2010).
Sintering adalah proses pemanasan di bawah suhu leleh dan dalam bentuk padat
(Solid State) untuk membentuk fase tertentu dan mengompakkan komposisi fase
yang diinginkan. Sintering menyediakan energi panas untuk proses penyatuan
antar partikel. Suhu sintering sangat bergantung pada jenis bahan yang digunakan.
Faktor-faktor yang menentukan proses dan mekanisme sintering adalah jenis
bahan, komposisi, bahan pengotor, dan ukuran partikel. Proses sintering dapat
berlangsung bila (Reynen dalam Siregar J, 2008) :
a. Adanya transfer materi antara butiran yang disebut proses difusi.
b. Adanya sumber energi yang dapat mengaktifkan transfer materi untuk
menggerakkan butiran sehingga terjadi kontak dan ikatan yang kuat.
Proses pembakaran (sintering) dilakukan untuk menghilangkan air yang terikat
dalam molekul bahan dasar yang sudah dikeringkan. Melalui proses ini akan
terjadi perubahan struktur mikro bahan, seperti: bertambahnya kekuatan dari
massa bahan padat, terjadi pengurangan jumlah dan ukuran butir pori. Dalam
pembakaran ada beberapa prinsip yaitu:
a. Menurunkan energi permukaan dengan memperkecil permukaan akibat adanya
ikatan antar partikel
27
b. Memberikan tekanan untuk meningkatkan deformasi partikel, sehingga
terbentuk ikatan yang sempurna.
Proses sintering menyebabkan bersatunya partikel-partikel, sehingga akan
menyebabkan kepadatannya bertambah. Selama proses ini akan terbentuk batas-
batas butir yang merupakan tahap permulaan rekristalisasi. Selama proses
sintering terjadi perubahan dimensi baik berupa pemuaian maupun penyusutan,
bergantung pada bentuk dan distribusi ukuran partikel, komposisi serbuk,
prosedur sintering.
Gambar 2.6 menunjukkan adanya dua partikel yang saling mengikat hasil
proses sintering, dimulai dengan adanya titik kontak kemudian leher tumbuh dan
terciptanya batas butir partikel kontak. Jika waktu sintering efektif maka akan
terbentuk dua partikel bergabung menjadi satu partikel yang besar.
Gambar 2.5. Proses terjadinya kontak antar partikel (Sumber : Hutabarat,
2009)
28
Pada setiap proses penekanan pada metalurgi serbuk, partikel-partikel yang
berdekatan saling kontak. Dengan adanya pemanasan maka terjadi ikatan partikel
yang semakin lama daerah kontaknya semakin membesar dan partikel-partikelnya
akan bergabung, selanjutnya partikel tersebut akan bergabung membentuk batas
butir pada daerah kontak sehingga dengan adanya waktu sintering akan
menyebabkan dua partikel bersatu dalam daerah tunggal membentuk bulatan baru
dengan diameter akhir.
Langkah proses sintering dikategorikan dengan adanya pertumbuhan cepat
pada leher antar partikel. Jaringan pori-pori yang terbuka, menjadi geometris yang
tidak stabil saat pori-pori mengecil mendekati 8% (92% kepadatan teoritis).
Munculnya pori-pori yang terisolasi ini mengindikasikan langkah akhir proses
sintering dan memperlambat proses pemadatan. (Hutabarat, 2009)
2.7. Susut Bakar
Penggukuran susut bakar dilakukan pada sampel uji berbentuk persegi
panjang. Secara teoritis susut bakar dinyatakan dalam persamaan:
% Susut Bakar = (V 0−V c
V 0)×100
% ……………………….(2.1)
Dengan : Vo = volume sebelum pembakaran (cm3)
Vc = volume setelah pembakaran (cm3)
Temperatur pembakaran sangat berpengaruh terhadap penyusutan dimana
semakin tinggi temperaturnya maka pori-pori semakin tertutup oleh butiran bahan
29
yang melebur dan terjadi penyusutan adalah cara pembentukan , lama pembkaran
insentif, ukuran butiran dan komposisis bahan. (Manalu, 2010)
2.8. Mesh
Saringan adalah alat yang berfungsi untuk meloloskan suatu zat padat
yang memiliki satuan mesh. Mesh adalah satuan ukuran partikel zat padat. Mesh
100 berarti dalam sepanjang 1 inchi terdapat 100 lubang persegi, semakin besar
meshnya semakin banyak pula lubangnya artinya partikel yang masuk semakin
kecil-kecil.
Gambar 2.7. Ukuran 16 mesh
30
Berikut ini adalah tabel ukuran mesh :
Tabel 2.7. Ukuran mesh di konversikan dalam micron dan inches
(http://w ww.espi-metals.com/tech/mesh.htm )
2.9. Porositas
2.9.1. Pengertian Porositas
Porositas didefenisikan sebagai perbandingan volume pori-pori (yaitu
volume yang ditempati oleh fluida) yang dimiliki zat padat yang dinyatakan
dalam persen. Secara umum pada suhu yang tinggi pembakaran bahan akan
menghasilkan porositas bahan yang lebih besar, maka porositas yang lebih baik
akan dihasilkan pada suhu yang rendah. Ada dua jenis porositas yaitu porositas
antar butir dan porositas rekahan.
Secara matematis porositas dapat dirumuskan dalam persamaan:
31
% porositas = (mb−mk
ρair xV t)x 100%.................(2.2)
Dengan : mb= massa sampel basah (gram)
mk= massa smpel kering (gram)
Vt = volum total sampel kering (cm3)
ρair = massa jenis air (gram/cm3)
2.9.2. Hubungan Porositas dan Tekanan
Penggunaan mesin press adalah untuk mencetak bahan dari serbuk dengan
ukuran dan densitas yang telah ditentukan disesuaikan dengan jenis reaktor yang
digunakan. Kenaikan kerapatan kompakan dan pengisian pori-pori akan terjadi
pada pemakaian tekanan yang semakin besar. Hal ini akan berhubungan dengan
kompabilitas dan partikel.
Pemakaian tekanan semakin tinggi terjadi penurunan kerapatan bahan
serbuk hasil pengompakan. Hal ini disebabkan oleh terjadinya “blocking.
Blocking yaitu terperangkapnya sejumlah pori pada kompakan yang terlalu tinggi.
Apabila tekanan ditambah lagi akan terjadi “mechanical locking” antara
kompakan dengan dinding dies akan semakin tinggi. Hal ini menyebabkan gaya
pengeluaran bahan (ejection force) semakin tinggi. Ejection force yang terlalu
tinggi akan menyebabkan deliminasi atau retakan pada partikel serbuk sebagai
adanya perbedaan tegangan stress dan strain didalam suatu bahan.
32
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1. Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Fisika, Laboratorium Biologi
FMIPA Unimed dan Balai Teknik Kesehatan Lingkungan dan Pemberantasan
Penyakit Menular (BTKL & PPM) Medan.
3.2. Bahan dan Alat
1. Bahan
Kaolin
Arang aktif ampas tebu
Air sumur
Aquades
2. Alat
Adapun alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah seperti berikut:
Neraca analitis
Menimbang massa bahan yang digunakan.
Mortar
Tempat menghaluskan dan mencampurkan bahan.
Furnace
Alat membakar sampel.
Cawan Porselin
33
Tempat meletakkan sampel untuk pembakaran dalam furnace.
Gelas Ukur ukuran 200 dan 500 ml
Tempat aquades dan perendaman sampel.
Cetakan
Mencetak bahan yang akan digunakan.
Ayakan 100 mesh
Mengayak bahan dengan kehalusan 100 mesh.
Jangka sorong
Mengukur diameter dan tinggi/tebal sampel.
Hydrolic Machine
Menekan sampel dalam cetakan dengan tekanan 5 ton.
pH Meter
Menentukan pH air.
ICP (Inductively Couple Plasma)
Digunakan untuk mrngukur kosentrasi kimia dalam air.
Spektrofotometer
Digunakan untuk mengukur konsentrasi kimia dalam air.
3.3. Prosedur Penelitian
Adapun prosedur penelitian adalah sebagai berikut :
34
3.3.1. Pembuatan Arang Aktif Ampas Tebu
Adapun pembuatan arang aktif ampas tebu sebagai berikut :
1. Bahan dasar arang aktif di masukkan ke dalam tungku. Dimana tungku
terbuat dari drum yang terbuat dari plat besi, di bagian tengah drum diberi kayu
sehingga jika drum berisi penuh akan membentuk lubang nantinya digunakan
untuk pembakaran.
2. Kemudian pembakaran bahan dasar arang aktif dalam waktu 3-4 jam. Untuk
mempermudah pembakaran dapat digunakan bahan-bahan yang mudah terbakar
seperti kertas,daun-daun kering, dan percikan minyak tanah.
3. Pada saat pembakaran drum ditutup, sehingga hanya ventilasi yang terbuka
untuk jalan keluarnya asap.
4. Ventilasi ditutup dan dibiarkan selama kurang lebih 8 jam sampai tungku
dingin.
5. Setelah dingin, tungku dibuka dan selanjutnya dilakukan pemisahan arang
tersebut dari abu.
6. Kemudian arang ampas tebu dipanaskan pada furnace dengan suhu 6000C
untuk mengaktikan karbonnya. Kemudian didinginkan dalam furnace selama 24
jam.
7. Setelah itu, arang aktif diayak dengan menggunakan ayakan 100 mesh untuk
mendapatkan arang yang halus.
35
3.3.2. Pembuatan Sampel Kaolin
Kaolin yang berupa batuan atau padatan kemudian dihaluskan atau
digerus. Kemudian Kaolin yang telah halus disaring dengan menggunakan
saringan 100 mesh.
3.3.3. Pencampuran Arang Aktif Ampas Tebu dan Kaolin
Adapun pembuatan campuran arang aktif ampas tebu dan kaolin adalah :
1. Arang aktif ampas tebu dan kaolin dicampurkan menggunakan aquades. Hal
ini bertujuan agar arang aktif ampas tebu dan kaolin dapat bersatu secara
homogen.
2. Kemudian campuran bahan yang telah jadi ditekan dengan hydrolic machine
dengan tekanan 5 ton. Tekanan ini bertujuan agar bahan campuran menjadi padat
dan memiliki daya kekerasan yang tinggi
3. Bahan yang telah dipadatkan, dimasukkan ke furnace pada variasi suhu
7000C, 8000C dan 9000C untuk masing-masing campuran arang aktif ampass tebu
5%, 20% dan 35% dari kaolin selama 2 jam dengan kenaikan suhu yang bertahap.
4. Setelah dibakar dengan suhu yang ditentukan, bahan dikeluarkan dari furnace
setelah 24 jam.
36
Gambar 3.1. Hydroulic machine(Sumber : Universitas Negeri Medan, 2009)
3.4. Pengujian Sampel
3.4.1. Pengukuran Susut Bakar
Setiap bahan yang telah mengalami proses pembakaran akan mengalami
penyusutan, maka sebelum pembakaran terhadap sampel uji dilakukan
pengukuran tinggi atau tebal dan diameter dengan menggunakan jangka sorong.
Setelah dilakukan pembakaran, tebal dan diameter akhir di ukur kembali,
sehingga diperoleh volum sampel sebelum dan setelah pembakaran. Persentase
penyusutan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (2.1)
3.4.2. Pengukuran Porositas
Pengukuran porositas dilakukan sebagai berikut:
1. Berat kering sampel ditimbang di udara dengan menggunakan neraca analitis.
2. Merendam sampel dalam air setelah 5 jam sehingga tercapai berat jenuhnya.
37
3. Kemudian sampel dikeringkan sekedarnya dengan kain biasa, setelah itu
sampel ditimbang massa basahnya dan volumenya di ukur dengan menggunakan
jangka sorong sebagai volume total.
4. Hasil penimbangan akan memberikan harga porositas sampel dengan
menggunakan persamaan (2.2)
3.4.3. Pengukuran Sampel Air
Setelah sampel di uji porositasnya kemudian dilanjutkan dengan melihat
pH air dengan menggunakan pH meter. Contoh air yang mau di uji adalah air
keruh atau air sumur. Air keruh atau air sumur tersebut di saring melalui sampel
yang telah di jadi. Air yang sudah di saring kemudian di ukur dengan
menggunakan pH Meter. Selain pH, juga di ukur kandungan zat Fe, Mn dan Cl
serta sifat fisikanya yakni kekeruhan.
Persiapan Bahan
Pengujjian Sampel
Mulai
Amaps Tebu Kaolin
Arang
Arang Aktif
Campuran Arang Aktif dan Kaolin
Pencetakan Sampel
Pembakaran Sampel
Pengujjian Secara Fisis: Porositas Pengujian pH air kadar logam dalam air
Selesai
Hasil
Analisis Data
Data Pengujian Porositas, pH air, dan kadar logam dalam air
38
Diagram Alir Penelitian