Pembuatan Arang Aktif dari Limbah kulitCoklat ( Theobroma cacao L ) denganAktivator HCl dan NaOH

Dosen Pembimbing:

Ir. Elly Agustiani, M.Eng

1. Ongki Stevani 2311 030 010

2. Aprilia Sulistya Prawesti 2311 030 072

LATAR BELAKANG

Arang Aktif

Industri Obat dan Makanan

Minuman Keras dan Ringan

Kimia Perminyakan

Pengolahan pupuk

Katalisator

Pemurnian Air

Pemurnian Gas

Desulfurisasi,

menghilangkan gas

Beracun, bau busuk ( Azhary H.Surest )

Latar BelakangKarbon aktif dibuat dari bahan – bahan

- Cangkang kelapa sawit – H3PO4 ( Elly Kurniati, 2008 )

- Biji kapuk – HCl ( Taroci Nailasa, 2013 )

- Cangkang biji ketapang – HCl, NaOH dan CaCl2 ( Anzhary H. Surest )

- Tempurung lontar – H2SO4 ( Yandres S. Nafie, 2013 )

- Tempurung Kelapa – ZnCl2, Na2CO3 ( Gilar S, 2013 )

- Tempurung Kelapa – H2SO4, H3PO4 ( Ari Budiono, dkk )

- Jarak Pagar – H3PO4 ( R. Sudradjat, 2005 )

LATAR BELAKANG

KOMPOSISI TEMPURUNG KAKAO JUMLAH (%)

LIGNIN 20,11

SELULOSA 14,58

HEMISELULOSA 48,64

( Susilowati, vol 2 )

Hasil Analisis Bahan Arang dariLimbah Pertanian

( NL. Nurida)

Latar Belakang

Buah kakao dalam persen kering terdiri dari: 47,2 % kulit; 2 % placenta; dan 5,8 % biji

( Nasrullah, 1993 )

Latar Belakang

( Dinas Perkebunan Jatim, 2012 )

LATAR BELAKANG

( Dinas Perkebunan Jatim, 2012 )

LATAR BELAKANG

Pakan Ternak

Nilai ekonomis( Nasrullah, 1993 )

LATAR BELAKANGLUAS AREAL

PRODUKSI Produksi kakao 779,5 ribu ton cacao

Limbah Kulit Kakao( ±70 % total buah basah) 584,6 ribu ton kulit

cacao/tahun(Ashadi, 1988)

Data Impor Arang Aktif

TAHUN BERAT (KG) NILAI (USD)

2007 3.474.254 4.743.225

2008 3.528.208 6.152.310

2009 4.846.055 6.744.325

2010 5.777. 557 9.289.954

2011 5.444.834 10.487.547( Gandhi Kurnia, 2012 )

T Rumusan Masalah :

- bagaimana cara membuat arang aktif yang sesuai dengan SII 0258-79

- Bagaimana mengetahui daya serap arang aktif yang dibuatuntuk mengadsorbsi zat warna dengan perbandingan arang aktif di pasaran.

Batasan masalah :

menggunakan bahan baku kulit coklat, dan dengan proses aktifasi kimia menggunakan aktivator HCl dan NaOH

Tujuan inovasi :

- untuk mengetahui pembuatan arang aktif yang sesuai dengan SII0258-79

- Untuk mengetahui daya serap arang aktif yang dibuat untuk mengadsorbsi zat warna dengan perbandingan arang aktif di pasaran

Manfaat inovasi produk:

- Dapat menghasilkan arang aktif yang sesuai dengan SII 0258-79 dandapat diaplikasikan untuk mengadsorbsi zat warna.

T

TINJAUAN PUSTAKA

KARBON AKTIF

Merupakan senyawa karbon, yang dapatdihasilkan dari bahan - bahan yangmengandung karbon atau dari arang yangdiperlakukan dengan cara khusus untukmendapatkan permukaan yang lebih luas.

( M. Kholis Madji, 2012 )

T - Tulungagung

- Kediri

- Madiun

- Jombang

- Jember

- Banyuwangi

Lokasi Perkebunan Cokelat di Jawa Timur

( PBS Jawa Timur )

KARBON AKTIF BERDASARKAN SIFAT FISIKNYA

1. KARBON AKTIF SERBUK

(POWDERED ACTIVATED CARBON)

Digunakan sebagai pemucat dan berfungsi

memindahkan zat pengganggu yang

menyebabkan warna dan bau yang tidak diharapkan. Umumnya digunakan pada

industri kimia ( M. Kholis Madji, 2012 )

KARBON AKTIF BERDASARKAN SIFAT FISIKNYA

Digunakan sebagai penyerap uap pada proses pemurnian gas

( M. Kholis Madji, 2012 )

2. Karbon aktif granular

(Granular activated carbon)

KARBON AKTIF BERDASARKAN BENTUKNYA

3. KARBON AKTIF PELET(PELLETED ACTIVATED CARBON) Digunakan untuk

aplikasi dalam fase gas karena memiliki

kandungan debu yang rendah

( Sukimim, 2008 )

Kegunaan Karbon Aktif

1. Arang aktif sebagai pemucat◦ Berfungsi untuk memindahkan zat-zat

penganggu yang menyebabkan warna dan bauyang tidak diharapkan.

◦ Arang aktif ini diperoleh dari serbuk – serbukgergaji, ampas pembuatan kertas atau daribahan baku yang mempunyai densitas kecil danmempunyai struktur yang lemah ( Aryafatta, 2008 )

Kegunaan Karbon Aktif2. Arang aktif sebagai penyerap uap.

◦Tipe porinya lebih halus◦digunakan dalam fase gas yang berfungsi untukmemperoleh kembali pelarut atau katalis padapemisahan dan pemurnian gas.◦ Umumnya arang ini dapat diperoleh daritempurung kelapa, tulang, batu bata atau bahanbaku yang mempunyai struktur keras

( Aryafatta, 2008 )

T

Karbon aktif dibuat untuk adsorben maka perlu diperhatikan faktor – faktor sebagai berikut:

-Temperatur

-pH

-Luas permukaan karbon aktif( Aryafatta, 2008 )

Aplikasi Karbon Aktif

( Azhary H.Surest )

Aplikasi Karbon Aktif

( Azhary H.Surest )

Proses pembuatan Arang Aktif1. Dehidrasi

proses penghilangan air dimana bahan baku dipanaskan

sampai temperatur 170 °C ( Sukimim, 2008 )

2. Karbonisasi

proses pengarangan dalam ruangan tanpa adanya oksigen dan

bahan kimia lainnya ( Jankowska et al. 1991 )

Proses pembuatan Arang Aktif

3. Aktifasi

perubahan fisik berupa peningkatan luas permukaan karbon aktif denganpenghilangan hidrokarbon.

- Aktifasi Kimia.

merendam karbon dalam H3PO4, ZnCl2, NH4Cl, HCl, NaOH dan

AlCl3

- Aktifasi Fisika.

aktivasi fisika menggunakan gas pengoksidasi seperti udara, uapair atau CO2 ( Sukimim, 2008 )

Metodologi Pembuatan produk

Bahan Baku:Tempurung

Coklat

Proses KarbonisasiT = 350oC

Proses Pengeringan bahan Baku

Proses pengecilanukuran Arang

(80-100 mesh )A Proses

Pengayakan

Recycle

Metodologi Pembuatan produkHCl/NaOH

Arang Aktif

Proses AktivasiArang

Proses Pengeringan Arang, A

Proses Pencucian Bahan

Proses AnalisaProses Analisa Arang aktif meliputi :

a. Penyerap Zat Warna

b. Kadar Air

c. Kadar Abu

d. Kadar zat Terbang

e. Daya Serap terhadap Iod.

Proses Analisa (kadar Air)1. Menimbang 5 gram arang aktif yang telah dihaluskan

2. Mengeringkan dengan memasukkan kedalam oven pada suhu105oC selama 1 jam.

3. Mendinginkan arang aktif ke dalam desikator selama 15 menit

4. Menimbang berat arang aktif.

5. Melakukan kembali tahap 2-4 hingga bobot arang aktif konstan.

Proses Analisa ( Kadar Abu)1. Menimbang arang aktif sebanyak 5 gram

2. Memasukkan ke dalam furnace dan diabukan pada suhu500 oC selama 1 jam sampai terbentuk abu putih

3. Mendiamkan arang aktif sampai asap berhenti mengepul

4. Menimbang berat arang aktif

5. Melakukan kembali tahap 2-4 hingga bobot abu konstan

Proses Analisa ( Kadar Zat Terbang)

1. Menimbang arang aktif sebanyak 5 gram .

2. Memasukkan ke dalam furnace dan diabukan pada suhu700 oC selama 1 jam sampai terbentuk abu putih.

3. Mendiamkan arang aktif sampai asap berhenti mengepul

4. Menimbang berat arang aktif.

5. Melakukan kembali tahap 2-4 hingga bobot abu konstan.

Proses Analisa ( Daya serap terhadap Iod)

1. Memasukkan sampel sebnyak 1 gram ke dalam erlenmeyer

2. Menambahakan 25 ml larutan I2 0,1 N

3. Mengocok selalma 15 menit dan kemudian disaring

4. Hasil filtrat diambil sebnyak 10 ml dan dititrasi dengan 0,1 N

larutan thiosulfat.

5. Menambahkan indikator amilum 1 % sampai warna biru

6. Kemudian dititrasi kembali sampai warna biru hilang.

Standar kualitasarang aktif menurut SII. 0258-79

Hasil Percobaan

Aktivator VariabelWaktu

Perendaman

Kadar Air

(%)

Kadar Abu

(%)

Zat yang

mudah

menguap

Daya serap

terhadap I2

(mg/g)

HCl

1N

24 jam

1.48 1.86 8.194022 1150

0,7N 1.92 2.2 8.071572 1124

0,5N 3.42 2.1 6.778062 1098

0,3N 5.81 2.14 5.402334 1072

0,1N 12.48 2.42 3.985245 979

HCl

1N

48 jam

1.28 0.44 10.33088 1203

0,7N 1.78 1.8 6.526571 1137

0,5N 7.26 2.48 5.760086 1098

0,3N 12.3 11.16 4.47477 1085

0,1N 14.9 14 2.897266 1072

Aktivator VariabelWaktu

Perendaman

Kadar Air

(%)

Kadar Abu

(%)

Zat yang

mudah

menguap

Daya serap

terhadap I2

(mg/g)

NaOH

1N

24 jam

4.42 1.04 10.2988 1137

0,7N 5.54 1.408 9.984248 1137

0,5N 6.28 1.46 7.795065 1085

0,3N 8.66 1.52 5.365935 1072

0,1N 9.22 2.284 3.156404 1045

NaOH

1N

48 jam

1.62 1.66 10.51104 1200

0,7N 1.66 1.76 8.46858 1177

0,5N 2.1 1.8 6.918052 1150

0,3N 2.56 1.822 4.857242 1098

0,1N 2.66 2.4 3.38789 1006

Hasil Percobaan (kadar air)

SII. 0258-79 = max 10%

12,48%

14,9%

12,3%

Hasil Percobaan (kadar air)

- semakin lama perendaman arang kadar air semakin tinggi.

- kadar air akan menurun pada konsentrasi aktifator yang lebih besar karena karbon tersebuttidak mengandung bahan yang menyerap air. ( Irham Rasjiddin,2006 )

- Syarat mutu karbon aktif untuk kadar air adalah maksimal 10% (SII. 0258-79)

- Kadar air yang dikehendaki harus bernilai sekecil-kecilnya karena kadar air yang besar akanmempengaruhi daya serap arang aktif terhadap gas ataupun cairan (Pari, 1996).

Nilai terendah terdapat pada HCL 1 N dengan waktu perendaman 48 jam yaitu sebesar 1,28%

nilai tertinggi terdapat pada HCL 0,1 N dengan waktu perendaman 48 jam yaitu sebsar 14,9%.

Hasil Percobaan (kadar abu)

SII. 0258-79 = max 2,5%

14 %

11,16%

semakin lama perendaman kadar abu semakin meningkat, namun akan turun ketikakonsentrasi aktifator meningkat. ( Irham Rasjiddin,2006 )

Syarat mutu karbon aktif untuk kadar abu adalah maksimal 2,5 % (SII. 0258-79),sedangkan hasil analisa kadar abu karbon aktif dari tempurung cokelat(kakao) berkisarantara 0,4% - 11 %.

Nilai terendah terdapat pada HCL 1 N dengan waktu perendaman 48 jam yaitu sebesar 0,44%

nilai tertinggi terdapat pada HCL 0,1 N dengan waktu perendaman 48 jam yaitu sebsar11,16 %.

Hasil Percobaan(kadar zat terbang)

SII. 0258-79 = max 15%

semakin lama perendaman semakin meningkat volatile matternya, begitu juga dengankonsentrasi aktifator. Semakin tinggi aktivator semakin meningkat pula volatile matternya.( Irham Rasjiddin,2006 )

Syarat mutu karbon aktif untuk volatile matter (bagian yang hilang pada pemanasan 950 o C)adalah maksimal 15% (SII. 0258-79), hasil analisa kadar air karbon aktif tempurung cokelat(kakao), berkisar antara 2,8 % - 11 %

Nilai kadar zat terbang terendah terdapat pada HCl 0,1 N dengan waktu perendaman 48 jamyaitu sebesar 2,89 %

nilai tertinggi terdapat pada HCl 1N 48 jam yaitu sebesar 10,51 %.

Hasil Percobaan(daya serap terhadap iod)

SII. 0258-79 = min 800 mg/g

mengetahui kemampuan arang aktif untuk menyeraplarutan berwarna.

Nilai daya serap iod yang diperoleh pada penelitianini berkisar antara 979 - 1203 mg/g. Daya serap iodyang diperoleh pada penelitian ini ada yangmemenuhi standar SII. 0258-79

Proses Analisa ( Daya serap warna)

Proses Analisa ( Daya serap warna)

Proses Analisa ( Daya serap warna)

NERACA MASSA (FURNACE)

NERACA MASSA (FURNACE)

Masuk Massa ( gr ) Keluar Massa ( gr )

Tempurung kakao

Selulosa

Hemiselulosa

Lignin

Air

Abu

Zat Ekstraktif

14.580

48.640

20.110

10.350

2.800

3.520

Arang

Selulosa

Hemiselulosa

Lignin

Abu ( Tar )

Volatile Matter

Air ( moisture )

14.580

48.640

20.110

83.330

10.350

2.800

3.520

Jumlah 100.000 Jumlah 100.000

NERACA MASSA (CRUSHER)

CrusherMasuk Massa ( gr ) Keluar Massa ( gr )

Arang Aktif

Selulosa

Hemiselulosa

Lignin

H2O

Over Size

14.580

48.640

20.110

2,5

6.666,4

Arang Aktif

Selulosa

Hemiselulosa

Lignin

H2O

15.747,1

52.532,4

21.716,7

2,7

Jumlah 89.998,9 Jumlah 89.998,9

Masuk Massa ( gr ) Keluar Massa ( gr )

Arang kakao

Selulosa

Hemiselulosa

Lignin

H2O

15.747,1

52.532,4

21.716,7

2,7

Arang serbuk

Selulosa

Hemiselulosa

Lignin

H2O

Over Size

14.487,32

48.329,8

19.979,4

2,48

82.799

7.199,9

Jumlah 89.998,9 Jumlah 89.998,9

Screener

NERACA MASSA (AKTIVASI)

Masuk Massa ( gr ) Keluar Massa ( gr )

Arang serbuk

Selulosa

Hemiselulosa

Lignin

Larutan NaOH

NaOH

H2O

14.487,32

48.329,8

19.979,4

4.000

96.000

Arang Aktif wet

Selulosa

Hemiselulosa

Lignin

H2O

NaOH

H2O vapour

14.487,32

48.329,8

19.979,4

24.850

4.000

71.150

Jumlah 182.796,52 Jumlah 182.796,52

NERACA MASSA (PENCUCIAN)

Masuk Massa ( gr ) Keluar Massa ( gr )

Arang serbuk

Selulosa

Hemiselulosa

Lignin

NaOH

H2O

H2O pencuci

14.487,32

48.329,8

19.979,4

4.000

24.850

1.000.000

Arang Aktif wet

Selulosa

Hemiselulosa

Lignin

H2O

Larutan NaOH

14.487,32

48.329,8

19.979,4

5.000

1.023.850

Jumlah 1.111.646,52 Jumlah 1.111.646,52

NERACA MASSA (OVEN)

Masuk Massa ( gr ) Keluar Massa ( gr )

Arang aktif wet

Selulosa

Hemiselulosa

Lignin

H2O

14.487,32

48.329,8

19.979,4

5.000

Arang aktif dry

Selulosa

Hemiselulosa

Lignin

H2O

H2O teruapkan

14.487,32

48.329,8

19.979,4

1.988,5

84.785,02

3.011,5

Jumlah 87.796,52 Jumlah 87.796,52

NERACA PANAS (FURNACE)Panas masuk

Tin = 29oC

Tref = 25oC

Panas keluar

Tout = 350oC

Tref = 25oC

Komponen Masuk (Kcal) Keluar (Kcal)

Selulosa

Hemiselulosa

Lignin

Air

Abu

Zat ekstraktif

QSupply

Qloss

18,6624

109,0314

47,5883

41,3461

7,28

23,1616

21148,59484

-

1516,32

8858,8032

3895,9605

3593,7712

591,5

1881,88

-

1057,429742

total 21148,59484 21395,66464

NERACA PANAS (OVEN)Panas masuk

Tin = 29oC

Tref = 25oC

Panas keluar

Tout = 105oC

Tref = 25oC

Komponen Masuk (Kcal) Keluar (Kcal)

Selulosa

Hemiselulosa

Lignin

H air

H uap

QSupply

Qloss

18,6624

109,0314

47,5883

19,974

-

5.619,50357

-

373,248

2180,62848

959,00568

158,713404

1862,227278

-

280,9751785

Q total 5.814,75967 5.814,75967

ESTIMASI BIAYA

NamaBarang Jumlah HargaSatuan(Rp) JumlahHarga (Rp)

Tempurungcokelat 100 kg 500 50.000

HCl 5 lt 15.000 75.000

Aquadest 10 dm3 1.500/lt 150.000

Listrik Oven: 1,4 kwhx24

jam = 33,6 kwh

490 16.464

TenagaKerja 4 orang 25.000 100.000

JumlahHarga 391.464

•Variabel Cost (VC)/hari

NamaBarang Jumlah HargaSatuan (Rp) JumlahHarga(Rp)

Drum Karbonasi 2 buah 50.000 100.000

Drum aktivasi 2 buah 50.000 100.000

Alu&Lumpang 2 set 50.000 100.000

Ayakan 100 mesh 1 buah 10.000 10.000

Bakpenampung 2 buah 20.000 40.000

Timbangan 1 buah 25.000 25.000

KertasSaring 2 buah 5.000 10.000

PengadukKayu 2buah 50.000 100.000

Oven 1 buah 3.000.000 2.000.000

JumlahHarga 2.485.000

•Fixed Cost (FC)

BEP unit= 199,84

BEP rupiah= 2.997.587,455

Keterangan: BT : Fixed Cost

TBV : Total variabel cost

TP : Total penjualan

TB : Total biaya

BEP : Break Even Point

Arang aktif dari bahan tempurung cokelat dengan proses aktivasimenggunakan HCl dan NaOH dengan variabel konsentrasi 0,1 N; 0,3 N; 0,5 N; 0,7 N; 1 N dan waku 24 jam, 48 jam. Didapatkanhasil analisa kadar air, kadar abu, kadar zat mudah terbang dandaya serap terhadap iod yaitu memenuhi standard SII. 0258-79, kecuali pada sampel HCl 0,1N 48 jam (kadar air = 12,48%), HCl0,3N 24 jam (kadar air = 12,3%; kadar abu = 11,16%), dan HCl0,1N 24 jam (kadar air = 14,9%)

KESIMPULAN

TERIMA KASIH