pengaruh adsorben dalam adsorpsi gas co2 pada …

i

PENGARUH ADSORBEN DALAM ADSORPSI

GAS CO2 PADA KOLOM UNGGUN TETAP

SECARA KONTINU

Laporan Penelitian

Disusun untuk memenuhi tugas akhir guna mencapai gelar sarjana

di bidang ilmu Teknik Kimia

Oleh :

Made Rara Intan Nareswari (2013620077)

Pembimbing :

Arenst Andreas, S.T., S.Si., M.Sc., Ph.D.

Katherine, S.T., Ph.D.

JURUSAN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

UNIVERSITAS KATOLIK PARAHYANGAN

BANDUNG

2018

ii

LEMBAR PENGESAHAN

JUDUL : PENGARUH ADSORBEN DALAM ADSORPSI GAS CO2 PADA

KOLOM UNGGUN TETAP SECARA KONTINU

CATATAN :

Telah diperiksa dan disetujui oleh :

Bandung, 3 Januari 2018

Pembimbing Pertama Pembimbing Kedua

Arenst Andreas, S.T, S.Si,M.Sc.,Ph.D Katherine, S.T., Ph.D

iii

LEMBAR REVISI

JUDUL : PENGARUH ADSORBEN DALAM ADSORPSI GAS CO2 PADA

KOLOM UNGGUN TETAP SECARA KONTINU

CATATAN :

Telah diperiksa dan disetujui oleh :

Bandung, Januari 2018

Penguji Penguji

Hans Kristianto, S.T., M.T. Kevin Cleary Wanta, S.T., M.Eng.

iv

Jurusan Teknik Kimia

Fakultas Teknologi Industri

Universitas Katolik Parahyangan Bandung

SURAT PERNYATAAN

Saya yang bertanda tangan di bawah ini :

Nama : Made Rara Intan Nareswari

NRP : 6213077

dengan ini menyatakan bahwa laporan penelitian dengan judul :

“PENGARUH ADSORBEN DALAM ADSORPSI GAS CO2 PADA KOLOM

UNGGUN TETAP SECARA KONTINU”

adalah hasil pekerjaan saya, dan seluruh ide, pendapat, atau materi dari sumber lain telah

dikutip dengan cara penulisan referensi yang sesuai.

Pernyataan ini saya buat dengan sebenar – benarnya dan jika pernyataan ini tidak sesuai

dengan kenyataan, maka saya bersedia menanggung sanksi dari peraturan yang berlaku.


Made Rara Intan Nareswari

(6213077)

v

KATA PENGANTAR

Segala puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa karena anugerah-Nya

yang luar biasa telah mengijinkan penulis menyelesaikan laporan penelitian ini. Penelitian

berjudul “PENGARUH ADSORBEN DALAM ADSORPSI GAS CO2 PADA KOLOM

UNGGUN TETAP SECARA KONTINU” ini disusun sebagai salah satu bentuk prasyarat

kelulusan Jurusan Proses Kimia, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Katolik

Parahyangan. Penulis menyadari tanpa orang-orang yang berada di samping penulis,

penelitian ini tidak dapat terselesaikan dengan baik. Oleh karena itu, penulis ingin

mengucapkan terima kasih kepada:

1. Arenst Andreas Arie, ST., SSi., MSc., Ph.D. selaku dosen pembimbing yang telah

memberikan bimbingan, pengarahan, dukungan dan saran selama penyusunan

laporan.

2. Katherine, ST., PhD selaku dosen pembimbing yang telah memberikan bimbingan,

pengarahan, dukungan dan saran selama penyusunan laporan.

3. Orang tua, saudara, dan seluruh keluarga yang telah mendukung dan memberi

perhatian.

4. Teman-teman yang telah memberi dukungan dan semangat.

5. Semua pihak yang ikut membantu penulis dalam proses penyusunan proposal

penelitian.

Penulis menyadari bahwa penelitian ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu

penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun demi kesempurnaan

proposal ini.

Akhir kata, penulis mengharapkan melalui penelitian ini dapat membantu

memperluasan pengetahuan para pembaca.


Penulis

vi

DAFTAR ISI

LEMBAR PENGESAHAN .................................................................................................... ii

LEMBAR REVISI ................................................................................................................. iii

SURAT PERNYATAAN ...................................................................................................... iv

KATA PENGANTAR ............................................................................................................ v

DAFTAR ISI .......................................................................................................................... vi

DAFTAR GAMBAR ............................................................................................................. ix

DAFTAR TABEL ................................................................................................................ xiii

DAFTAR SIMBOL .............................................................................................................. xvi

INTISARI ............................................................................................................................ xvii

ABSTRACT ....................................................................................................................... xviii

BAB I PENDAHULUAN ..................................................................................................... 1

1.1 Latar Belakang Masalah ............................................................................................. 1

1.2 Tema Sentral Masalah ................................................................................................ 4

1.3 Identifikasi Masalah ................................................................................................... 4

1.4 Premis ......................................................................................................................... 4

1.5 Hipotesis ..................................................................................................................... 5

1.6 Tujuan Penelitian ........................................................................................................ 5

1.7 Manfaat Penelitian ...................................................................................................... 5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ............................................................................................ 6

2.1 Karbon Dioksida (CO2) .............................................................................................. 6

2.2 Metode Pemisahan CO2 .............................................................................................. 6

2.3 Adsorpsi ...................................................................................................................... 8

2.3.1 Mekanisme Adsorpsi ........................................................................................... 8

2.3.2 Tipe – Tipe Adsorpsi ........................................................................................... 9

2.3.3 Faktor – Faktor yang Mempengaruhi Adsorpsi ................................................ 10

2.4 Karbon Aktif ............................................................................................................. 11

2.5 Daun teh .................................................................................................................... 12

2.6 Adsorpsi Unggun Tetap (Fixed Bed) ........................................................................ 13

2.7 Parameter Proses Unggun Tetap .............................................................................. 15

2.8 Model Kurva Breakthrough ..................................................................................... 16

vii

2.8.1 Model Thomas................................................................................................... 16

2.8.2 Model Adams-Bohart ........................................................................................ 16

2.8.3 Model Yoon-Nelson .......................................................................................... 17

2.9 Metode Pengukuran Gas Hasil Adsorpsi .................................................................. 17

2.9.1 Exhaust Gas Analyzer ....................................................................................... 17

2.9.2 Titrasi ................................................................................................................ 18

2.9.3 Perbandingan Laju Alir Masuk dan Keluar....................................................... 20

2.10 Penelitian Terkini .................................................................................................. 20

BAB III BAHAN DAN METODE PENELITIAN .............................................................. 22

3.1 Tahap – Tahap Penelitian ......................................................................................... 22

3.2 Alat dan Bahan ......................................................................................................... 22

3.2.1 Alat Gelas dan Alat Pendukung ........................................................................ 22

3.2.2 Instrumen ........................................................................................................... 22

3.2.3 Bahan ................................................................................................................. 22

3.3 Rangkaian Alat Adsorpsi .......................................................................................... 24

3.4 Metode Analisa ......................................................................................................... 24

3.5 Variasi Percobaan ..................................................................................................... 25

3.6 Prosedur Percobaan .................................................................................................. 26

3.6.1 Pre-treatment Karbon Aktif .............................................................................. 26

3.6.2 Standardisasi Larutan NaOH dengan Larutan H2C2O4 ..................................... 26

3.6.3 Standardisasi Larutan HCl Dengan Larutan NaOH .......................................... 27

3.6.4 Uji Adsorpsi Gas CO2 Blanko ........................................................................... 27

3.6.5 Uji Adsorpsi Gas CO2 Pada Adsorben .............................................................. 28

3.7 Pengolahan Data ....................................................................................................... 29

3.7.1 Pembuatan Kurva Breakthrough ....................................................................... 29

3.7.2 Penentuan nilai kapasitas rata – rata (qeq) ......................................................... 29

3.8 Analisis Model Kurva Breakthrough ....................................................................... 30

3.9 Lokasi dan Pelaksanaan Penelitian ........................................................................... 30

BAB IV PEMBAHASAN .................................................................................................... 32

4.1 Adsorpsi Gas CO2 dengan Menggunakan Adsorben Karbon Aktif ......................... 32

4.1.1 Karbon Aktif Kering ......................................................................................... 33

4.1.2 Karbon Aktif Basah ........................................................................................... 38

4.2 Adsorpsi Gas CO2 dengan Menggunakan Adsorben Daun Teh ............................... 42

viii

4.2.1 Adsorpsi Gas CO2 dengan Variasi Laju Alir .................................................... 42

4.2.2 Adsorpsi Gas CO2 dengan Variasi Tinggi Unggun ........................................... 44

4.3 Perbandingan Hasil Adsorpsi ................................................................................... 46

4.3.1 Perbandingan Antara Adsorben Karbon Aktif Kering dan Karbon Aktif

Basah .......................................................................................................................... 46

4.3.2 Perbandingan Antara Adsorben Karbon Aktif Kering dan Karbon Aktif Basah

dan Daun Teh ............................................................................................................... 47

4.4 Model Kurva Breakthrough ..................................................................................... 48

4.4.1 Model Adam-Bohart ......................................................................................... 48

4.4.2 Model Yoon-Nelson .......................................................................................... 49

4.4.3 Model Thomas................................................................................................... 51

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................................... 54

5.1 Kesimpulan ............................................................................................................... 54

5.2 Saran ......................................................................................................................... 54

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................................... 55

LAMPIRAN A MATERIAL SAFETY DATA SHEET .......................................................... 58

LAMPIRAN B DATA PENGAMATAN DAN HASIL ANTARA .................................... 63

LAMPIRAN C GRAFIK ..................................................................................................... 98

LAMPIRAN D CONTOH PERHITUNGAN .................................................................... 122

ix

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1. 1 Emisi Gas Rumah Kaca …………………………………………………….. 2

Gambar 1. 2 Sumber Emisi Gas Rumah Kaca .................................................................... 3

Gambar 2. 1 Struktur CO2 ..................................................................................................... 6

Gambar 2. 2 Profil Konsentrasi Adsorbat pada kolom dan kurva breakthrough .............. 14

Gambar 3. 1 Rangkaian Alat……………………………………………………………... 24

Gambar 3. 2 Skema Alat ..................................................................................................... 24

Gambar 3. 3 Pre-treatment karbon aktif ............................................................................. 26

Gambar 3. 4 Prosedur Standarisasi Larutan NaOH dengan H2C2O4 ................................... 27

Gambar 3. 5 Prosedur Standardisasi Larutan HCl dengan Larutan NaOH ......................... 27

Gambar 3. 6 Prosedur Uji Adsorpsi Gas CO2 Blanko ......................................................... 28

Gambar 3. 7 Prosedur Uji Adsorpsi Gas CO2 Pada Adsorben ............................................ 28

Gambar 4. 1 Perbandingan Pengaruh Laju Alir pada h=5cm……………………………..34

Gambar 4. 2 Perbandingan Pengaruh Laju Alir pada h=10cm ............................................ 34

Gambar 4. 3 Perbandingan Pengaruh Laju Alir pada h=15cm ............................................ 34

Gambar 4. 4 Pengaruh Laju Alir Terhadap Kapasitas Adsorben ........................................ 35

Gambar 4. 5 Perbandingan Pengaruh Tinggi Unggun Pada Q=240 mL/min ...................... 36



Gambar 4. 8 Pengaruh Tinggi Unggun Terhadap Kapasitas Adsorben .............................. 37

Gambar 4. 9 Perbandingan Pengaruh Laju Alir Pada Tinggi Unggun 5 cm ....................... 38

Gambar 4. 10 Perbandingan Pengaruh Laju Alir Pada Tinggi Unggun 10 cm ................... 39

Gambar 4. 11 Perbandingan Pengaruh Laju Alir Pada Tinggi Unggun 15 cm ................... 39

Gambar 4. 12 Pengaruh Laju Alir Terhadap Kapasitas Adsorben ...................................... 40

Gambar 4. 13 Perbandingan Pengaruh Tinggi Unggun Pada Q = 240 mL/min .................. 40



Gambar 4. 16 Pengaruh Tinggi Unggun Terhadap Kapasitas Adsorben ............................ 41

Gambar 4. 17 Perbandingan Pengaruh Laju ........................................................................ 43

Gambar 4. 18 Perbandingan Pengaruh Laju Alir pada h=10cm .......................................... 43

Gambar 4. 19 Perbandingan Pengaruh Laju Alir pada h=15cm .......................................... 43

Gambar 4. 20 Pengaruh Laju Alir Terhadap Kapasitas Adsorben ...................................... 44

Gambar 4. 21 Pengaruh Tinggi Unggun Pada Q=240 mL/min ........................................... 45



Gambar 4. 24 Perbandingan Adsorben Karbon Aktif Basah dan Kering ............................ 46

Gambar 4. 25 Perbandingan Kurva Breakthrough antar Adsorben pada Q=240 mL/min

dan h=15cm ................................................................................................. 47

Gambar 4. 26 Perbandingan Nilai qeq antar Adsorben pada h=15 cm ............................... 47

Gambar 4. 27 Perbandingan Nilai kAB Terhadap Variasi Tinggi Unggun Dan Laju Alir ... 49

Gambar 4. 28 Perbandingan Nilai N0 Terhadap Variasi Tinggi Unggun Dan Laju Alir .... 49

x

Gambar 4. 29 Perbandingan Nilai kYN Terhadap Variasi Tinggi Unggun Dan Laju Alir ... 51

Gambar 4. 30 Perbandingan Nilai τ Terhadap Variasi Tinggi Unggun Dan Laju Alir ....... 51

Gambar 4. 31 Perbandingan Nilai kTHTerhadap Variasi Tinggi Unggun Dan Laju Alir .... 52

Gambar 4. 32 Perbandingan Nilai q0 Terhadap Variasi Tinggi Unggun Dan Laju Alir ..... 53

Gambar C. 1 Kurva Breakthrough Karbon Aktif Kering pada Laju 240 mL/min dan Tinggi

Unggun 5 cm ……………………………………………………………. 98


Unggun 5 cm ................................................................................................ 98


Unggun 5 cm ................................................................................................ 99


Unggun 10 cm .............................................................................................. 99


Unggun 10 cm .............................................................................................. 99


Unggun 10 cm ............................................................................................ 100


Unggun 15 cm ............................................................................................ 100


Unggun 15 cm ............................................................................................ 100


Unggun 15 cm ............................................................................................ 101

Gambar C. 10 Kurva Breakthrough Karbon Aktif Basah pada Laju 240 mL/min dan Tinggi

Unggun 5 cm .............................................................................................. 101


Unggun 5 cm .............................................................................................. 101


Unggun 5 cm .............................................................................................. 102


Unggun 10 cm ............................................................................................ 102


Unggun 10 cm ............................................................................................ 102


Unggun 10 cm ............................................................................................ 103


Unggun 15 cm ............................................................................................ 103


Unggun 15 cm ............................................................................................ 103


Unggun 15 cm ............................................................................................ 104

Gambar C. 19 Kurva Breakthrough Daun Teh pada Laju 240 mL/min dan Tinggi Unggun 5

cm ............................................................................................................... 104

xi


cm ............................................................................................................... 104


cm ............................................................................................................... 105


cm ............................................................................................................... 105


cm ............................................................................................................... 105


cm ............................................................................................................... 106


cm ............................................................................................................... 106


cm ............................................................................................................... 106


cm ............................................................................................................... 107

Gambar C. 28 Model Adam-Bohart Pada Laju Alir 240 mL/min dan Tinggi Unggun 5 cm

.................................................................................................................... 107

Gambar C. 29 Model Yoon-Nelson Pada Laju Alir 240 mL/min dan Tinggi Unggun 5 cm

.................................................................................................................... 107

Gambar C. 30 Model Thomas Pada Laju Alir 240 mL/min dan Tinggi Unggun 5 cm ..... 108


.................................................................................................................... 108


.................................................................................................................... 108



.................................................................................................................... 109


.................................................................................................................... 109



.................................................................................................................... 110


.................................................................................................................... 110

Gambar C. 39 Model Thomas Pada Laju Alir 240 mL/min dan Tinggi Unggun 10 cm ... 111


.................................................................................................................... 111


.................................................................................................................... 112



.................................................................................................................... 113

xii


.................................................................................................................... 113



.................................................................................................................... 114


.................................................................................................................... 115



.................................................................................................................... 116


.................................................................................................................... 116



.................................................................................................................... 117


.................................................................................................................... 118


Gambar C. 55 Perbandingan Nilai kAB Pada Variasi Laju Alir dan Tinggi Unggun ......... 119

Gambar C. 56 Perbandingan Nilai No Pada Variasi Laju Alir dan Tinggi Unggun .......... 119

Gambar C. 57 Perbandingan Nilai kYN Pada Variasi Laju Alir dan Tinggi Unggun ......... 120

Gambar C. 58 Perbandingan Nilai τ Pada Variasi Laju Alir dan Tinggi Unggun ............. 120

Gambar C. 59 Perbandingan Nilai kTH Pada Variasi Laju Alir dan Tinggi Unggun ......... 121

Gambar C. 60 Perbandingan Nilai q0 Pada Variasi Laju Alir dan Tinggi Unggun ........... 121

xiii

DAFTAR TABEL

Tabel 1. 1 Sumber Emisi Gas Rumah Kaca dan Kekuatan Daya Rusak ………………….. 1

Tabel 2. 1 Sifat Fisik CO2 ..................................................................................................... 6

Tabel 2. 2 Perbandingan adsorpsi fisika dan adsorpsi kimia ................................................ 9

Tabel 3. 1 Variasi Percobaan ................................................................................................ 25

Tabel 3. 2 Matriks Percobaan Adsorpsi ............................................................................... 25

Tabel 3. 4 Contoh Pengolahan Data Kurva Breakthrough ................................................... 29

Tabel 3. 5 Jadwal Pelaksanaan Penelitian ............................................................................ 31

Tabel 4. 1 Perbandingan Nilai qeq (mg/g)………………………………………………… 35

Tabel 4. 2 Nilai qeq pada Variasi Laju Alir ........................................................................... 40

Tabel 4. 3 Perbandingan Nilai qeq (mg/g)............................................................................. 44

Tabel 4. 4 Perbandingan Nilai qeq (mg/g) ........................................................................... 46

Tabel 4. 5 Parameter Model Adam-Bohart .......................................................................... 48

Tabel 4. 6 Parameter Model Yoon-Nelson ........................................................................... 50

Tabel 4. 7 Parameter Model Thomas ................................................................................... 52

Tabel B.1 Hasil Antara Adsorpsi Karbon Aktif Kering pada Tinggi Unggun 5 cm dan Laju

Alir 240 mL/min……………………………………………………………… 63


Alir 384 mL/min ................................................................................................. 64


Alir 480 mL/min ................................................................................................. 65


Alir 240 mL/min ................................................................................................. 65


Alir 240 mL/min (Lanjutan) ............................................................................... 66


Alir 384 mL/min ................................................................................................. 66


Alir 480 mL/min ................................................................................................. 68


Alir 240 mL/min ................................................................................................. 68






Alir 384 mL/min ................................................................................................. 70




Alir 480 mL/min ................................................................................................. 71

xiv



Tabel B.15 Hasil Antara Adsorpsi Karbon Aktif Basah pada Tinggi Unggun 5 cm dan Laju

Alir 240 mL/min ................................................................................................. 72




Alir 384 mL/min ................................................................................................. 73




Alir 480 mL/min ................................................................................................. 74


Alir 240 mL/min ................................................................................................. 74


Alir 384 mL/min ................................................................................................. 75


Alir 480 mL/min ................................................................................................. 76


Alir 240 mL/min ................................................................................................. 77




Alir 384 mL/min ................................................................................................. 78


Alir 480 mL/min ................................................................................................. 79

Tabel B.27 Hasil Antara Adsorpsi Daun Teh pada Tinggi Unggun 5 cm dan Laju Alir 240

mL/min ................................................................................................................ 80


mL/min (Lanjutan) .............................................................................................. 81


mL/min ................................................................................................................ 81


mL/min (Lanjutan) .............................................................................................. 82


mL/min ................................................................................................................ 83


mL/min (Lanjutan) .............................................................................................. 83


mL/min ................................................................................................................ 83


mL/min (Lanjutan) .............................................................................................. 84

xv


mL/min (Lanjutan) .............................................................................................. 85


mL/min ................................................................................................................ 85


mL/min (Lanjutan) .............................................................................................. 86


mL/min ................................................................................................................ 86


mL/min ................................................................................................................ 87


mL/min (Lanjutan) .............................................................................................. 88


mL/min ................................................................................................................ 89


mL/min (Lanjutan) .............................................................................................. 90


mL/min ................................................................................................................ 91


mL/min (Lanjutan) .............................................................................................. 91

Tabel B. 45 Hasil Antara Model Kurva Breakthrough Pada Laju Alir 240 mL/min dan Tinggi

Unggun 5 cm ....................................................................................................... 92


Unggun 5 cm ....................................................................................................... 93


Unggun 5 cm ....................................................................................................... 93


Unggun 10 cm ..................................................................................................... 93


Unggun 10 cm ..................................................................................................... 94


Unggun 10 cm ..................................................................................................... 94


Unggun 15 cm ..................................................................................................... 95


Unggun 15 cm ..................................................................................................... 95


Unggun 15 cm ..................................................................................................... 96

xvi

DAFTAR SIMBOL

C0 konsentrasi awal/konsentrasi saat t=0 (ppm)

Cad konsentrasi gas CO2 yang terserap

Ce konsentrasi saat setimbang (ppm)

F rasio laju alir dan area kolom

kAB konstanta model Adams-Bohart (ml/(min.mg))

kTh konstanta model Thomas (ml/(min.mg))

kYN konstanta model Yoon-Nelson (menit-1)

m massa adsorben (g)

N0 konsentrasi jenuh/ maksimum model Adams-Bohart (mg/L)

Q laju aliran (ml/min)

q0 kapasitas adsorpsi model Thomas (mg/g)

qeq kapasitas maksimum kolom (mg/g)

qtotal total kuantitas adsorbat yang terserap (mg)

t waktu (menit)

τ waktu yang diperlukan untuk breakthrough 50% (menit)

V volume larutan (ml)

Z ketinggian unggun (cm)

xvii

INTISARI

Peningkatan kadar gas rumah kaca di atmosfer merupakan permasalahan yang serius

karena dapat mengganggu kelangsungan kehidupan mahkluk hidup. Terdapat tujuh jenis gas

rumah kaca yaitu CO2, CH4, N2O, HFCs, PFCs , dan SF6. Dari tujuh jenis gas tersebut, gas

CO2 memiliki kadar yang paling tinggi di atmosfer. Sebagian besar gas CO2 ini dihasilkan

oleh sektor energi dan industri. Metode pengolahan gas buang dari industri yang saat ini

sedang dikembangkan adalah metode adsorpsi. Adsorpsi dilakukan pada sistem kontinu agar

adsorben selalu dikontakan dengan gas CO2 sehingga adsorben dapat mengadsorp secara

optimal. Adsorben yang digunakan dalam penelitian dan mempunyai kemampuan adsorpsi

yang baik adalah karbon aktif dan daun teh. Karbon aktif dan daun teh ini dimasukkan ke

dalam kolom unggun tetap.

Penelitian ini bertujuan untuk menentukan kinerja kolom adsorpsi, mengetahui

kapasitas adsorben dan pengaruh laju alir dan tinggi unggun terhadap kinerja kolom, serta

pengaruh keberadaan air dalam karbon aktif terhadap proses adsorpsi, dan juga pengaruh

jenis adsorben. Penelitian dilakukan dengan memvariasikan laju alir (240 mL/min, 384

mL/min, 480 mL/min) dan tinggi unggun (5 cm, 10 cm, 15 cm), dan juga adsorben (karbon

aktif kering, karbon aktif basah, dan daun teh) pada kolom unggun tetap. Metode analisis

yang digunakan pada penelitian ini merupakan metode titrasi. Dari penelitian ini dapat

diperoleh jumlah mol CO2 yang dapat teradsorp oleh adsorben(qeq mg/g) dengan

mengalurkan kurva breakthrough. Analisis kurva breakthrough dilakukan dengan

menggunakan model Adam-Bohart, model Yoon-Nelson, dan model Thomas.

Berdasarkan hasil penelitian, nilai kapasitas adsorpsi paling tinggi dengan

menggunakan adsorben karbon aktif kering diperoleh pada tinggi unggun 15 cm dan laju alir

240 mL/min, dengan kapasitas adsorpsi rata – rata (qeq) 0,0851 mg/g. Nilai kapasitas

adsorpsi paling tinggi dengan menggunakan adsorben karbon aktif basah diperoleh pada

tinggi unggun 15 cm dan laju alir 240 mL/min, dengan kapasitas adsorpsi rata – rata (qeq)

0,0526 mg/g. Nilai kapasitas adsorpsi paling tinggi dengan menggunakan adsorben daun teh

diperoleh pada tinggi unggun 15 cm dan laju alir 240 mL/min, dengan kapasitas adsorpsi

rata – rata (qeq) 0,0292 mg/g. Adsorben yang memberikan hasil paling baik adalah adsorben

karbon aktif kering. Dari model kurva breakthrough yang dianalisis tidak terdapat model

yang dapat mewakili data penelitian yang diperoleh.

Kata kunci: gas CO2, karbon aktif, daun teh, adsorpsi, kolom unggun tetap dan kurva

breakthrough

xviii

ABSTRACT

Increasing levels of greenhouse gases in the atmosphere is a serious problem because

it can interfere with the survival of living beings. There are seven types of greenhouse gases:

CO2, CH4, N2O, HFCs, PFCs, and SF6. Of the seven types of gas, CO2 gas has the highest

levels in the atmosphere. Most of the CO2 gas is produced by energy and industry sectors.

The exhaust gas processing method of the industry currently being developed is the

adsorption method. Adsorption is carried out on a continuous system so that the adsorbent

is always contacted with CO2 gas so that the adsorbent can optimally adsorb. Adsorbents

used in the study and have a good adsorption ability are activated carbon and tea leaves.

Activated carbon and tea leaves are inserted into fixed bed columns.

This study aimed to determine the performance of the adsorption column, to know the

adsorbent capacity and the effect of the flow rate and the height of the bed on the

performance of the column, as well as the effect of water in the activated carbon on the

adsorption process, as well as the influence of the adsorbent type. Research was conducted

by varying the flow rate (240 mL / min, 384 mL / min, 480 mL / min) and bed height (5 cm,

10 cm, 15 cm), and also adsorbent (dry activated carbon, wet activated carbon, tea leaves)

in the fixed bed column. The analytical method used in this study was titration method. From

this research can be obtained the number of moles of CO2 that can be adsorbed by

adsorbent(qeq) by passing the breakthrough curve. Breakthrough curve analysis was

performed using Adam-Bohart model, Yoon-Nelson model, and Thomas model.

Based on the result of research, the highest adsorption capacity value by using dry

activated carbon adsorbent was obtained at bed height 15 cm and flow rate 240 mL / min,

with average adsorption capacity (qeq) 0.0851 mg / g. The highest adsorption capacity value

by using wet activated carbon adsorbent was obtained at a bed height of 15 cm and a flow

rate of 240 mL / min, with an average adsorption capacity (qeq) of 0.0526 mg / g. The highest

adsorption capacity value by using a tea leaf adsorbent was obtained at a bed height of 15

cm and a flow rate of 240 mL / min, with an average adsorption capacity (qeq) of 0.0292 mg

/ g. The adsorbent which gave the best result was dry activated carbon adsorbent. There is

no breakthrough curve that can represent the researched data.

Keywords: CO2 gases, activated carbon, tea leaves, adsorption, fixed bed column, and

breakthrough curve

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Perubahan iklim merupakan fenomena yang mendapatkan perhatian penuh dunia

karena efeknya yang dapat menggangu kelangsungan kehidupan manusia. Peningkatan

kadar konsentrasi gas rumah kaca atau greenhouse gases merupakan salah satu penyebab

terjadinya pemanasan global. Peningkatan konsentrasi gas rumah kaca memicu kenaikan

temperatur pada permukaan bumi, karena gas rumah kaca memiliki sifat menyerap energi

panas dari matahari, sehingga dapat menimbulkan efek rumah kaca (Kementrian ESDM,

2012).

Terdapat tujuh jenis gas rumah kaca yang didefinisikan oleh UNFCCC (United

Nations Frameworks Convention on Climate Change) yaitu, CO2 (karbon dioksida), CH4

(metana), N2O (nitrous oxide), HFCs (hidrofluorokarbon), PFCs (perfluorokarbon), dan SF6

(sulfur heksafluorida). Kekuatan daya rusak untuk setiap gas dan sumber emisinya

ditunjukkan pada Tabel 1.1.

Tabel 1.1 Sumber Emisi Gas Rumah Kaca dan Kekuatan Daya Rusak

Jenis Kekuatan Sumber Emisi

CO2 1 1. Pembakaran bahan bakar fosil untuk pembangkit

energi.

2. Pembuatan batu kapur, semen.

CH4 21 1. Fermentasi anaerobik di TPA sampah.

2. Pengolahan anaerobik limbah organik cair, kotoran

ternak, dll.

N2O 310 1. Industri asam nitrat.

2. Proses pencernaan kotoran ternak.

HFCs 140 - 11.700 1. Produksi HCFC-22.

2. Kebocoran dari media pendingin pada kulkas dan AC.

PFCs 6.500 – 9.200 1. Penggunaan bahan etching dalam proses produksi

semi konduktor.

2

Tabel 1.1 Sumber Emisi Gas Rumah Kaca dan Kekuatan Daya Rusak (Lanjutan)

PFCs 6.500 – 9.200 2. Penggunaan bahan fluxing pada proses pembersihan

metal.

SF6 23.900 1. Penggunaan penutup gas dalam proses pencairan

magnesium.

2. Penggunaan dalam proses produksi bahan semi

konduktor

Emisi CO2 merupakan bagian terbesar dari emisi gas rumah kaca yang ada (Kementrian

ESDM, 2012). Dari Gambar 1.1. dapat dilihat bahwa gas CO2 merupakan penyumbang

emisi gas rumah kaca terbesar dibandingkan gas lainnya.

Gambar 1.1 Emisi Gas Rumah Kaca

(https://www3.epa.gov/climatechange/pdfs/CI-greenhouse-gases-2012.pdf)

Sejak pertama kali diamati pada tahun 1958 sampai dengan tahun 2009, konsentrasi

CO2 di atmosfer telah meningkat dari 315 ppm menjadi 385 ppm. Peningkatan ini

diperkirakan akan terus terjadi dan meningkat sebanyak 1.8 ppmv per tahun (Watson, et al.,

1990). Seperti yang terlihat pada Gambar 1.2, saat ini sektor energi dan industri merupakan

penyumbang terbesar terhadap emisi gas CO2, sekitar 29.5% dan 20.6% dari total emisi CO2.

https://www3.epa.gov/climatechange/pdfs/CI-greenhouse-gases-2012.pdf

3

Gambar 1.2. Sumber Emisi Gas Rumah Kaca

(https://www3.epa.gov/climatechange/pdfs/CI-greenhouse-gases-2012.pdf)

Terdapat beberapa cara untuk mengurangi kadar CO2 di atmosfer, diantaranya : (1)

meningkatkan efisiensi penggunaan energi, (2) mengurangi emisi CO2 dengan

mengembangkan bahan bakar non-fosil seperti hidrogen dan energi terbarukan, (3)

menangkap CO2 yang dihasilkan oleh gas buang dari industri (Xu, et al., 2008).

Salah satu proses yang paling umum digunakan di industri untuk memisahkan CO2

dari gas buangnya saat ini adalah absorpsi gas CO2 dengan menggunakan pelarut

alkanolamin. Tetapi proses absorpsi menggunakan pelarut alkanolamin ini memiliki

kelemahan seperti dapat menyebabkan korosi pada peralatan, kapasitas penyerapan CO2

yang rendah, dan penggunaan energi yang tinggi pada proses regenerasinya (Murshid, et al.,

2011). Proses lain yang saat ini sedang dikembangkan adalah proses adsorpsi. Proses

adsorpsi dapat mengurangi biaya pemisahan CO2, meningkatkan kapasitas penyerapan CO2,

mengurangi energi yang dibutuhkan untuk proses regenerasi, dan memberikan pressure drop

yang rendah. Dalam studi sebelumnya, banyak adsorben telah ditemukan seperti karbon

nanotube, karbon aktif, abu, zeolit, oksida logam, chitosan dan produk samping pertanian.

Karbon aktif adalah adsorben yang paling efektif dan banyak digunakan karena memiliki

kemampuan adsorpsi yang sangat baik (Sircar, et al., 1996).

Indonesia merupakan penghasil teh kelima terbesar di dunia, dengan produksi

mencapai 150.000 ton/tahun (Nugroho, 2013).. Pemanfaatan teh dalam pembuatan kompos

(Soilfoodweb, 2001) dan tambahan dalam pakan ternak (Fiberti, 2002). Saat ini mulai

banyak penelitian yang mengkaji kemampuan ampas teh sebagai bahan baku adsorben

https://www3.epa.gov/climatechange/pdfs/CI-greenhouse-gases-2012.pdf

4

alternatif. Studi mengenai ampas teh sebagai bahan baku adsorben alternatif memberikan

hasil bahwa ampas teh dapat digunakan untuk menyerap ion logam dengan keefektifan

sampai 100% (Mahvi, et al., 2005). Pada penelitian ini akan dilihat kemampuan daun teh

dalam menyerap gas CO2.

Pada penelitian ini, digunakan karbon aktif dan daun teh sebagai adsorben untuk

adsorpsi CO2 dengan sistem kontinu pada kolom unggun tetap. Variasi yang dilakukan

adalah variasi laju alir dan tinggi unggun. Selain itu dilakukan analisis untuk mengetahui

kapasitas adsorpsi dan pengaruh laju alir serta tinggi unggun terhadap kapasitas adsorpsinya.

1.2 Tema Sentral Masalah

Analisis kinerja kolom adsorpsi kontinu dengan menggunakan adsorben karbon aktif

granular dan daun teh untuk mengetahui kapasitas adsorpsi, serta melihat pengaruh variasi

laju alir dan tinggi unggun terhadap kinerja kolom adsorpsi gas CO2.

1.3 Identifikasi Masalah

1. Bagaimana pengaruh laju alir terhadap kinerja kolom adsorpsi (kapasitas dan

waktu breakthrough)?

2. Bagaimana pengaruh tinggi adsorben terhadap kinerja kolom adsorpsi (kapasitas

dan waktu breakthrough)?

3. Bagaimana pengaruh keberadaan air dalam adsorben karbon aktif pada proses

adsorpsi kontinu?

4. Apakah daun teh dapat dijadikan sebagai adsorben untuk menyerap gas CO2?

5. Adsorben mana yang memberikan hasil adsorpsi paling baik?

6. Model kurva breakthrough mana yang paling cocok digunakan untuk mewakili

proses adsorpsi kontinu pada percobaan?

1.4 Premis

1. Laju alir gas CO2 adalah 5 mL/min, 19 mL/min (Siriwardane, et al., 2002); 30

mL/min (Dantas, et al., 2011); 50 mL/min (Rashidi, et al., 2013); 10 mL/min,

15mL/min.

2. Massa adsorben adalah 0,5 g dan 0,73 g (Siriwardane, et al., 2002); 5 – 10 mg

(Rashidi, et al., 2013); 100-300 g (Apriyanti, 2011); 15 g (Balsamo, et al., 2013);

20 g (Hauchhum & Mahanta, 2014).

5

1.5 Hipotesis

1. Semakin besar laju alir umpan maka waktu tinggal gas dalam kolom akan

semakin cepat, sehingga kurva breakthrough akan semakin ke kiri, yang artinya

kapasitas adsorpsinya semakin menurun.

2. Semakin tinggi unggun maka waktu breakthrough akan semakin panjang

sehingga efisiensi penyerapan adsorbat akan semakin tinggi.

3. Keberadaan air dalam karbon aktif akan menghambat penyerapan gas CO2.

1.6 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah :

1. Menganalisis pengaruh laju alir terhadap kinerja (kapasitas adsorpsi dan waktu

breakthrough) proses adsorpsi kontinu untuk gas CO2.

2. Menganalisis pengaruh tinggi unggun terhadap kinerja (kapasitas adsorpsi dan

waktu breakthrough) proses adsorpsi kontinu untuk gas CO2.

3. Menganalisis pengaruh kandungan air terhadap kinerja (kapasitas adsorpsi dan


4. Menganalisis pengaruh jenis adsorben terhadap kinerja (kapasitas adsorpsi dan


5. Menganalisis model kurva breakthrough yang paling cocok digunakan untuk

mewakili proses adsorpsi kontinu pada percobaan.

1.7 Manfaat Penelitian

Manfaat yang diperoleh dari penelitian ini adalah:

1. Bagi peneliti dan mahasiswa

Menambah pengetahuan mengenai pengaruh laju alir dan tinggi unggun terhadap

kapasitas adsorpsi pada pengolahan gas CO2

2. Bagi industri

Membantu industri – industri yang menghasilkan gas CO2 dalam gas buangnya

agar dapat diolah sehingga tidak mencemari lingkungan

3. Bagi pemerintah

Menambah wawasan dan pengetahuan untuk pengolahan gas buang industri

agar tidak mencemari lingkungan.

pengaruh adsorben dalam adsorpsi gas co2 pada …

Documents