KEMAMPUAN ADSORPSI LOGAM BERAT KADMIUM (Cd ...

KEMAMPUAN ADSORPSI LOGAM BERAT KADMIUM

(Cd) DENGAN MENGGUNAKAN PASIR HITAM

SKRIPSI

Oleh

FRANSISCUS RAYMOND BUTARBUTAR

110405047

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

SEPTEMBER 2016

Universitas Sumatera Utara

KEMAMPUAN ADSORPSI LOGAM BERAT KADMIUM

(Cd) DENGAN MENGGUNAKAN PASIR HITAM

SKRIPSI

Oleh

FRANSISCUS RAYMOND BUTARBUTAR

110405047

SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN

PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

SEPTEMBER 2016


i

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI

Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul :

KEMAMPUAN ADSORPSI LOGAM BERAT KADMIUM (Cd) DENGAN

MENGGUNAKAN PASIR HITAM

dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada

Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi

ini adalah hasil karya saya kecuali kutipan-kutipan yang telah saya sebutkan

sumbernya. Demikian pernyataan ini diperbuat, apabila di kemudian hari terbukti

bahwa ini bukan karya saya atau merupakan hasil jiplakan maka saya bersedia

menerima sanksi sesuai dengan aturan yang berlaku.

Medan, September 2016

Fransiscus Raymond B.

NIM. 110405047


ii

PENGESAHAN

Skripsi dengan judul:

Kemampuan Adsorpsi Logam Berat Kadmium

(Cd) dengan Menggunakan Pasir Hitam

dibuat untuk melengkapi persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen

Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini telah

diujikan pada sidang ujian skripsi pada 1 September 2016 dan dinyatakan

memenuhi syarat/sah sebagai skripsi pada Departemen Teknik Kimia Fakultas

Teknik Universitas Sumatera Utara.

Mengetahui, Medan, September 2016

Koordinator Penelitian, Dosen Pembimbing,

Ir. Renita Manurung, M.T Bode Haryanto, S.T M.T Ph.D

NIP : 19681214 199702 2 002 NIP : 19710130 199903 1 001

Dosen Penguji I, Dosen Penguji II,

Prof. Dr. Ir. Muhammad Turmuzi, MS Dr. Ir. Taslim, MSi

NIP : 19611225 1989031 003 NIP : 19650115 199003 1 002


http://dirdosen.usu.ac.id/dosen/detail/1439.html

iii

PRAKATA

Puji syukur saya panjatkan kehadirat Allah Yang Maha Esa atas berkat dan

rahmat yang telah dilimpahkan kepada kita semua, sehingga penulis dapat

menyelesaikan skripsi ini yang berjudul ”Kemampuan Adsorpsi Logam Berat

Kadmium (Cd) dengan Menggunakan Pasir Hitam” sesuai dengan waktu yang

telah ditetapkan.

Hasil penelitian bermanfaat untuk mengatasi permasalahan tentang

pencemaran logam berat yang sering terdapat pada badan air. Solusi yang

ditawarkan juga dinilai ekonomis, karena pasir hitam dapat dengan mudah

diperoleh.

Dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada :

1. Dosen pembimbing penelitian ini, Bapak Bode Haryanto, S.T, M.T., Ph.D.

2. Dosen penguji penelitian, Bapak Prof. Dr. Ir., M. Turmuzi, MS dan Bapak

Dr. Ir., Taslim, M.Si.

3. Koordinator Penelitian, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik,

Universitas Sumatera Utara, Ibu Ir., Renita Maurung, M.T.

4. Ketua Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera

Utara, Bapak Dr. Eng. Ir., Irvan, M.Si.

Penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini masih jauh dari sempurna

untuk itu adanya kritik serta saran yang membangun sangat diperlukan untuk

penyempurnaan skripsi ini. Akhirnya penulis berharap semoga skripsi ini ada

manfaatnya bagi penulis dan para pembaca.

Medan, September 2016

Penulis

Fransiscus Raymond B.


iv

DEDIKASI

Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada:

1. Kedua orangtua saya yaitu Ayahku Ir. Drs. T. Butarbutar dan Ibuku Dra. D.

Gultom yang selalu sabar dan tabah mendidik dan membimbing penulis

hingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini. Budi baik Ayah dan Ibu

akan selalu penulis kenang sampai akhir hayat penulis.

2. Kedua saudara saya, yaitu Franstein Kevin Juniansen Butarbutar dan

Fransthony Gilbert Butarbutar, yang telah memberikan motivasi dan doa

dalam menyelesaikan studi. Doa penulis selalu beserta kalian semua.

3. Bapak dan Ibu dosen Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik,

Universitas Sumatera Utara, yang juga telah memberikan banyak ilmu selama

penulis kuliah.

4. Para pegawai administrasi Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas

Sumatera Utara.

5. Partner penelitian, Michael Joy Cristian, yang telah bekerja sama di dalam

penyelesaian penelitian dan skripsi ini.

6. Sahabat-sahabat penulis, yaitu teman-teman mahasiswa Teknik Kimia

terutama angkatan 2011 dan adik-adik mahasiswa Teknik Kimia USU lainnya

yang tidak dapat saya ucapkan satu persatu, terima kasih atas dukungan moril

yang diberikan sehingga penulisan skripsi ini dapat selesai dengan baik.


v

RIWAYAT HIDUP PENULIS

Nama: Fransiscus Raymond Butarbutar

NIM : 110405047

Tempat/Tanggal Lahir: Medan, 27 September 1993

Nama Orangtua: Ir. Drs. T. Butarbutar dan Dra. D.Gultom

Alamat Orangtua : Jl. Pintu Air No.38, Simpang Limun, Medan

Asal Sekolah

TK Santo Yoseph Medan tahun 1998-1999

SD Santo Yoseph I Medan tahun 1999-2005

SMP Swasta Santo Thomas I Medan tahun 2005-2008

SMA Sutomo I Medan tahun 2008-2011

Beasiswa yang pernah diperoleh:

1. Beasiswa Sayap Garuda tahun 2006-2008

Pengalaman Organisasi/Kerja:

1. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) periode 2011-2016,

sebagai anggota

2. Kerja Praktek di PT. Perkebunan Nusantara IV Unit Usaha Pabatu

3. Seksi Dana Natal Teknik Kimia USU tahun 2014

Artikel yang telah dipublikasikan dalam Jurnal/Pertemuan Ilmiah:

1. Sand Adsorption Ability in Removing Metal Ion Dissolved in Solution with

Batch Operation System, International Conference ESTIC, Bung Hatta

University, West Sumatera, Padang, 2016.

2. A Study on the Potential Black Sand to Adsorb Cd2+ Metal Ion in Solution

with Batch Operation System, Seminar Dies Natalis USU 64, 18-19 Agustus

2016.


vi

ABSTRAK

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kemampuan adsorpsi pasir

hitam dalam menyerap ion logam kadmium (Cd2+) pada larutan dengan pH 4,5.

Dimana terdapat tiga variabel pada penelitian ini yaitu variasi ukuran pasir,

kecepatan pengadukan dan konsentrasi awal adsorbat ion logam pada larutan.

Variasi ukuran pasir hitam yang digunakan yaitu 10 mesh, 20 mesh, dan 40

mesh. Variasi kecepatan pengadukan yaitu 100, 150, dan 200 rpm. Dan variasi

konsentrasi awal yaitu 30 ppm, 50 ppm dan 70 ppm. Penelitian ini terbagi

menjadi 2 tahap, yaitu perlakuan awal dan pengukuran potensi kapasitas

adsorpsi dengan system batch adsorption dan pemodelan kinetika adsorpsi.

Kemampuan adsorpsi terbaik pada variasi ukuran diperoleh sebesar 0,1182

mg/g pada saat ukuran 40 mesh. Kemampuan adsorpsi terbaik pada variasi

kecepatan pengadukan diperoleh sebesar 0,1720 mg/g pada saat kecepatan 200

rpm dan pada variasi konsentrasi diperoleh sebesar 0,1718 mg/g pada saat

konsentrasi 70 ppm. Interaksi di permukaan pasir dengan ion logam dilengkapi

dengan analisa menggunakan FTIR. Model kinetika digunakan untuk

mengidentifikasi jenis interaksi yan terjadi, diperoleh hasil dimana adsorpsi

terjadi secara kimia dan fisika. Model kinetika difusi cenderung menunjukkan

difusi sampai ke inter-partikel adsorben.

Kata kunci: adsorpsi, pasir hitam, ion kadmium (Cd2+), kapasitas adsorpsi


vii

ABSTRACT

The idea of this research is to investigate adsorption capacity of black sand

to adsorp cadmium ion (Cd2+) dissolving in the solution on pH 4,5. There are

three variables in this study such as the variations of size of sand, rotation

speed, and initial concentration of adsorbate metal ion in solution. The black

sand variation sizes are 10 mesh, 20 mesh and 40 mesh. Variation of rotation

speeds are 100, 150, and 200 rpm. And variation of initial concentrations are

30 ppm, 50 ppm and 70 ppm. This research consist of two main steps such as,

pre-treatment and batch adsorption to determine adsorption capacity and

modeling of adsorption kinetic. For the size variation, the best adsorption

ability was obtained for 40 mesh with the adsorption capacity 0,1182 mg/g.

The variation of rotation speed, the best result was 0,1720 mg/g at 200 rpm and

for concentration variation was 0,1718 mg/g at 70 ppm. The interaction on

sand surface with metal ions was confirmed with FTIR. Model kinetics was

used to identify the interaction type with the result that as chemist-sorption and

physic-sorption was occurred. Adsorption was tend to diffuse on inter particle

porous area of the adsorbent.

Keyword: adsorption, black sand, cadmium ion (Cd2+), adsorption capacity


viii

DAFTAR ISI

Halaman

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI i

PENGESAHAN ii

PRAKATA iii

DEDIKASI iv

RIWAYAT HIDUP PENULIS v

ABSTRAK vi

ABSTRACT vii

DAFTAR ISI viii

DAFTAR GAMBAR x

DAFTAR TABEL xii

DAFTAR LAMPIRAN xiii

DAFTAR SINGKATAN xiv

DAFTAR SIMBOL xv

BAB I PENDAHULUAN 1

1.1 Latar Belakang 1

1.2 Perumusan Masalah 4

1.3 Tujuan Penelitian 4

1.4 Manfaat Penelitian 5

1.5 Ruang Lingkup Penelitian 5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 7

2.1 Logam Berat 7

2.2 Logam Kadmium (Cd) 8

2.3 Adsorpsi 9

2.4 Mekanisme Adsorpsi 10

2.5 Pasir 10

2.6 Kinetika Adsorpsi 12

2.7 Atomic Adsorption Spectrofotometry (AAS) 12

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 14

3.1 Lokasi dan Waktu Penelitian 14


ix

3.2 Bahan dan Peralatan Penelitian 14

3.2.1 Bahan 14

3.2.2 Peralatan 14

3.3 Prosedur Penelitian 14

3.3.1 Prosedur Preparasi Pasir Hitam (Adsorben) 14

3.3.2 Prosedur Pembuatan Larutan 16

3.3.3 Prosedur Batch Adsorpsi 20

3.3.4 Prosedur Kinetika Adsorpsi 26

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 28

4.1 Preparasi Adsorben 28

4.2 Penentuan Kapasitas Adsorpsi 28

4.2.1 Pengaruh Ukuran Adsorben Terhadap Jumlah Konsentrasi

Terjerap (mg/g) 29

4.2.2 Pengaruh Kecepatan Pengadukan Terhadap Jumlah

Konsentrasi Terjerap (mg/g) 30

4.2.3 Pengaruh Variasi Konsentrasi Terhadap Jumlah Konsentrasi

Terjerap (mg/g) 31

4.3 Penentuan Waktu Kontak Optimum dan Kinetika Adsorpsi 33

4.4 Penentuan Kinetika Difusi 37

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 41

5.1 Kesimpulan 41

5.2 Saran 41

DAFTAR PUSTAKA 43


x

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Pasir Hitam 11

Gambar 2.2 Diagram skematik yang menunjukkan persyaratan penting

untuk Atomic Adsorption Spectrofotometry (AAS) 13

Gambar 3.1 Flowchart Persiapan Adsorben Pasir Hitam 15

Gambar 3.2 Flowchart Pengeringan Adsorben Pasir Hitam 16

Gambar 3.3 Flowchart Pembuatan Larutan HCl 0,1 M 17

Gambar 3.4 Flowchart Pembuatan Larutan NaOH 0,1 M 17

Gambar 3.5 Flowchart Pembuatan Larutan Pelarut 18

Gambar 3.6 Flowchart Pembuatan Larutan Standar Cd2+ (30 ppm) 18



Gambar 3.9 Flowchart Mengukur Pengaruh Ukuran Adsorben Terhadap

Kemampuan Adsorpsi 21

Gambar 3.10 Flowchart Mengukur Pengaruh Kecepatan Pengadukan

Terhadap Kemampuan Adsorpsi 23

Gambar 3.11 Flowchart Mengukur Pengaruh Konsentrasi Ion Logam

Terhadap Kemampuan Adsorpsi 25

Gambar 3.12 Flowchart Mengukur Kinetika Adsorpsi Ion Logam 27

Gambar 4.1 Nilai Kapasitas Adsorpsi dengan Variasi Ukuran Adsorben

Pasir Hitam pada Kecepatan Pengadukan 150 rpm dan

Konsentrasi Cd2+ 50 ppm 29

Gambar 4.2 Nilai Kapasitas Adsorpsi dengan Variasi Kecepatan

Pengadukan pada Konsentrasi Cd2+ 50 ppm dan Ukuran

Adsorben 40 mesh 30

Gambar 4.3 Nilai Kapasitas Adsorpsi dengan Variasi Konsentrasi pada

Kecepatan Pengadukan 150 rpm dan Ukuran Adsorben 40

mesh 32

Gambar 4.4 Persentase Adsorpsi dengan Konsentrasi Larutan 50 ppm

pada Ukuran Adsorben 40 mesh serta Kecepatan Pengadukan

150 rpm 33


xi

Gambar 4.5 Pemodelan Pseudo Orde Satu pada Konsentrasi logam Cd2+

50 ppm dan Kecepatan Pengadukan 150 rpm 35

Gambar 4.6 Pemodelan Pseudo Orde Dua pada Konsentrasi logam Cd2+

50 ppm dan Kecepatan Pengadukan 150 rpm 35

Gambar 4.7 Hasil Analisa FTIR pada Pasir Hitam Sebelum dan Setelah

Proses Adsorpsi 36

Gambar 4.8 Pemodelan Kinetika Difusi Eksternal pada Konsentrasi

logam Cd2+ 50 ppm dan Kecepatan Pengadukan 150 rpm 39

Gambar 4.9 Pemodelan Kinetika Difusi Internal pada Konsentrasi logam

Cd2+ 50 ppm dan Kecepatan Pengadukan 150 rpm 39

Gambar C.1 Pasir Hitam yang Akan Dijadikan Adsorben 52

Gambar C.2 Pencucian Pasir Hitam 52

Gambar C.3 Pengeringan Pasir Hitam 53

Gambar C.4 Pasir Hitam yang Siap Digunakan Sebagai Adsorben 53

Gambar C.5 Material Logam Berat (Cd(CH3COO)2.2H2O) yang

Digunakan 53

Gambar C.6 Wadah Penyimpanan Stock Solution Larutan Cd2+ 54

Gambar C.7 Pengatur Keasaman NaOH (0,1 M) dan HCl (0,1 M) 54

Gambar C.8 Botol Sampel untuk Uji di Alat AAS 55

Gambar C.9 Peak Untuk Ion Logam Cd2+ 56

Gambar C.10 Adsorbansi Ion Logam Cd2+ 57

Gambar C.11 Konsentrasi Ion Logam Cd2+ 50 ppm 58


xii

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1 Data Beberapa Hasil Penelitian Yang Memanfaatkan Pasir

Sebagai Adsorben 2

Tabel 2.1 Ambang Batas Racun Yang Ditoleransi / Asupan Aman Logam

Berat 8

Tabel 4.1 Pemodelan Pseudo Orde Satu dan Pseudo Orde Dua Kinetika

Adsorpsi Cd2+ pada Adsorben Pasir Hitam 35

Tabel 4.2 Hasil Analisa FTIR Sebelum Adsorpsi 37

Tabel 4.3 Hasil Analisa FTIR Setelah Adsorpsi 37

Tabel 4.4 Pemodelan Kinetika Difusi Eksternal dan Kinetika Difusi Internal

Adsorpsi Logam Berat Cd2+ pada Adsorben Pasir Hitam 39

Tabel A.1 Data Kalibrasi Larutan Standar 46

Tabel A.2 Data Hasil Pencucian dari Adsorben Pasir Hitam 46

Tabel A.3 Hubungan Kapasitas Adsorpsi Terhadap Variasi Ukuran

Adsorben Pasir Hitam pada Kecepatan Pengadukan 150 rpm

dengan Konsentrasi Tetap Cd2+ 50 ppm 48

Tabel A.4 Hubungan Kapasitas Adsorpsi dengan Menggunakan Adsorben

Pasir Hitam Ukuran 40 mesh Terhadap Variasi Kecepatan

Pengadukan dan Variasi Konsentrasi Larutan Awal 48


xiii

DAFTAR LAMPIRAN

LAMPIRAN A DATA BAHAN BAKU 46

A.1 Data Kalibrasi Larutan Standar Hasil Analisis AAS 46

A.2 Hasil Pencucian Adsorben Pasir Hitam 46

A.3 Hasil Pengeringan Adsorben Pasir Hitam 47

A.4 Data Hasil Penentuan Ukuran Adsorben Optimum 48

A.5 Data Hasil Kapasitas Adsorpsi 48

LAMPIRAN B CONTOH PERHITUNGAN 50

B.1 Pembuatan Larutan (Stock Solution) 50

B.2 Perhitungan Kapasitas Adsorpsi 51

LAMPIRAN C DOKUMENTASI PERCOBAAN 52

C.1 Bahan Baku 52

C.2 Eksperimen 53

C.3 Hasil Analisa Menggunakan Atomic Adsorption Spectroscopy

(AAS) 56


xiv

DAFTAR SINGKATAN

AAS Atomic Adsorption Spectroscopic

EDX Energy Dispersive X-ray Spectroscopy

FTIR Fourier Transform Infra-Red

pH Power of Hydrogen

ppm Part Per Million


xv

DAFTAR SIMBOL

Simbol Keterangan Dimensi

Cd(CH3COO)2.2H2O Kadmium Asetat Dihidrat mg

C Karbon

O Oksigen

% Persen

HCl Asam klorida ml

NaOH Natrium Hidroksida gr

H2O Air ml

H+ Ion hydrogen

Q Berat Cd yang terjerap oleh satu gram

sampel mg/g

w Berat sampel yang digunakan gr

C0 Konsentrasi larutan Cd awal ppm

Ct Konsentrasi larutan Cd pada waktu t ppm

t Waktu menit/ jam

V Volume larutan Cd yang digunakan ml

y Absorbansi

x Konsentrasi larutan ppm


KEMAMPUAN ADSORPSI LOGAM BERAT KADMIUM (Cd ...

Documents

Transcript of KEMAMPUAN ADSORPSI LOGAM BERAT KADMIUM (Cd ...