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