Pemodelan Dan Optimasi Peran Sari Jeruk Nipis Dalam Meningkatkan Kinerja Karbon Aktif Dalam Mengurangi Sulfat Pada Bahan Baku Garam Laut

Ekawati, Yurida and Prof. Ir. I.N.G. Wardana,, M.Eng., Ph.D. and Dr. Ir. Putu Hadi Setyarini,, S.T., M.T. and Ir. Oyong Novareza,, S.T., M.T., Ph.D (2023) Pemodelan Dan Optimasi Peran Sari Jeruk Nipis Dalam Meningkatkan Kinerja Karbon Aktif Dalam Mengurangi Sulfat Pada Bahan Baku Garam Laut. Doktor thesis, Universitas Brawijaya.

Abstract

Garam dibutuhkan baik untuk konsumsi maupun industri. Salah satu faktor penentu kualitas garam laut adalah tingkat kemurnian garam. Metode untuk memurnikan garam laut biasanya dilakukan setelah kristal garam terbentuk. Metode ini memerlukan biaya yang lebih besar daripada proses produksi garam itu sendiri. Pemurnian garam juga bisa dilakukan dengan memperbaiki proses atau meningkatkan kualitas bahan bakunya yaitu air laut. Air laut, sebagai bahan baku produksi garam laut, mengandung ion-ion yang menjadi sumber pengotor pada garam. Kandungan sulfat pada air laut relatif tinggi, dimana ion sulfat akan membentuk garam magnesium sulfat dan kalsium sulfat sebagai pengotor pada garam laut. Pengurangan ion sulfat dari air laut sangat penting dalam meminimalkan pengotor sebelum proses kristalisasi garam. Beberapa penelitian menunjukkan bahwa pengurangan sulfat pada air laut dapat dilakukan dengan menggunakan teknologi cukup rumit dan berbiaya tinggi. Sebagai alternatif pengurangan pengotor pada garam melalui peningkatan kualitas bahan bakunya maka bahan-bahan ramah lingkungan dan berbiaya rendah dipilih. Sulfat pada larutan dapat dikurangi dengan menggunakan karbon aktif melalui proses adsorpsi. Penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa kinerja karbon aktif meningkat dengan penurunan pH larutan. Untuk menurunkan pH larutan dipilih untuk menggunakan bahan alam yang mudah didapatkan yaitu jeruk nipis. Jeruk nipis mengandung asam sitrat, asam organik lemah yang mampu menurunkan pH larutan. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk meneliti pemanfaatan sari jeruk nipis dalam meningkatkan kinerja karbon aktif, yang diproduksi secara komersial dari tempurung kelapa, untuk menurunkan kandungan ion sulfat dalam air laut. Penelitian ini menggunakan dua jenis karbon aktif yaitu karbon aktif tanpa perlakuan lebih lanjut (ACB) dan karbon aktif yang dicuci dengan asam (ACA). Tujuannya adalah untuk mengeksplorasi mekanisme adsorpsi ion sulfat ketika sari jeruk nipis ditambahkan ke air laut. Eksperimen pendahuluan dilakukan untruk mendapatkan waktu dan dosis karbon aktif optimum. Empat dosis karbon aktif yaitu 30, 40, 50 dan 60 mg dan empat waktu pengadukan yaitu 5 menit, 1 jam, 5 jam dan 24 jam digunakan untuk eksperimen adsorpsi ACA dan ACB. Hasilnya adalah dosis dan waktu optimum untuk ACA adalah 40 mg dan 1 jam, sedangkan untuk ACB adalah 50 mg dan 1 jam. Dosis karbon aktif 40 dan 50 mg dan waktu pengadukan 1 jam tersebut digunakan untuk eksperimen adsorpsi sulfat pada air laut menggunakan karbon aktif dan jeruk nipis untuk kedua jenis karbon aktif. Dosis 60 mg ditambahkan pada eksperimen untuk meninjau pengaruh kenaikan dosis karbon aktif. Dosis sari jeruk nipis yang digunakan adalah 0, 20, 30, 40, 50, 60, 75 dan 100 μl. Hasilnya menunjukkan bahwa ACB menunjukkan kapasitas adsorpsi ion sulfat yang lebih tinggi (320 mg SO4 2-g-1) dibandingkan dengan ACA (298 mg SO4 2-g-1). Berdasarkan pengujian SEM EDX, BET dan BJH serta FTIR terhadap kedua jenis karbon aktif tersebut menunjukkan bahwa karbon aktif ACA menunjukkan karakteristik fisik dan kimia yang lebih baik daripada ACB, namun ACB menunjukkan kinerja adsorpsi sulfat di air laut yang lebih baik. Berdasarkan eksperimen didapatkan bahwa adsorpsi sulfat dari air laut tanpa sari jeruk nipis sangat rendah. Walaupun rasio hidrasi ion sulfat lebih rendah daripada ion-ion lain di air laut namun karena pH air laut relatif tinggi sehingga tidak mendukung adsorpsi anion seperti sulfat, ion sulfat juga harus bersaing dengan ion-ion lain untuk adsorpsi pada karbon aktif. Penambahan sari jeruk nipis menyebabkan penurunan pH larutan dan peningkatan adsorpsi ion sulfat. Hal ini mengindikasikan bahwa sari jeruk nipis meningkatkan kapasitas daerah basa yang ada di permukaan karbon aktif. Daerah basa pada karbon aktif terletak pada gugus fungsional bersifat basa dan elektron membentuk ikatan π yang terdelokalisasi di carbon basal planes. Analisis terhadap karakteristik fisik dan kimia karbon aktif menunjukkan bahwa ACB memiliki gugus fungsional yang lebih rendah sehingga memiliki daerah basa di carbon basal planes yang lebih tinggi. Penambahan sari jeruk nipis meningkatkan ion hidronium (H3O+) di dalam larutan. Basal planes di permukaan karbon aktif yang bermuatan negatif berinteraksi dengan ion hidronium melalui interaksi kation-π yang mampu menarik anion sulfat. Model yang diusulkan untuk adsorpsi ion sulfat menyatakan bahwa ion sulfat tertarik ke gugus fungsional dan selanjutnya ke daerah basa di carbon basal planes, dimediasi oleh ion hidronium. Desain eksperimen full factorial digunakan untuk mengoptimalkan taraf faktor jenis karbon aktif, dosis karbon aktif, dan dosis sari jeruk nipis sebagai respon terhadap persentase penurunan konsentrasi sulfat. Taraf faktor jenis karbon aktif adalah karbon aktif ACA dan ACB. Taraf dosis karbon aktif adalah 40, 50, dan 60 mg. Taraf faktor dosis sari jeruk nipis adalah 0, 20, 30, 40, 50, 60, 75 dan 100 μl. Pengaruh utama dan pengaruh interaksi dianalisis menggunakan analysis of variance (ANOVA) untuk menentukan pengaruh variabel yang mempengaruhi adsorpsi ion sulfat. Adsorpsi ion sulfat dalam air laut dipengaruhi oleh dosis sari jeruk nipis dan interaksi antara jenis karbon aktif dengan dosis karbon aktif. Berdasarkan analisis statistik terhadap interaksi jenis karbon aktif dengan dosis karbon aktif didapatkan bahwa apabila karbon aktif ACA digunakan untuk adsorpsi sulfat dari air laut dengan tambahan sari jeruk nipis maka dosis yang dipilih adalah 40 mg. Sedangkan apabila ACB yang digunakan maka dosis karbon aktif adalah 50 mg. Faktor sari jeruk nipis secara signifikan meningkatkan kinerja karbon aktif untuk mengadsorpsi ion sulfat dalam air laut, dan kontribusi faktor tersebut adalah 58,2%. Penurunan ion sulfat dari air laut yang optimum dicapai pada taraf faktor karbon aktif ACB, dosis karbon aktif 50 mg, dan dosis sari jeruk nipis 50 μl. ACA adalah karbon aktif yang dicuci dengan asam sehingga harganya lebih tinggi dibandingkan dengan ACB. Oleh karena itu penggunaan karbon aktif ACB dan jeruk nipis yang relatif murah menjadi alternatif peningkatan kualitas garam air laut melalui peningkatan kualitas bahan bakunya dengan menggunakan bahan alam yang mudah didapat.

English Abstract

Salt is needed both for consumption and industry. One of the determining factors for the quality of sea salt is the purity of the salt. The method for refining sea salt is usually carried out after the salt crystals have formed. This method requires a higher cost than the salt production itself. Salt refining can also be done by improving the process or increasing the quality of seawater as the raw material. Seawater, as a raw material for the production of sea salt, contains ions which are a source of impurities in the salt. The sulfate content in seawater is relatively high, where sulfate ions will form magnesium sulfate and calcium sulfate salts as impurities in sea salt. Reduction of sulfate ions from seawater is very important in minimizing impurities before the salt crystallization process. Several studies have shown that sulfate removal in seawater can be carried out using quite complex and highcost technologies. As an alternative to reducing impurities in seasalt through improving the quality of raw materials, environmentally friendly and low-cost materials are chosen. Sulfate in solution can be reduced using activated carbon through an adsorption process. Previous studies have shown that the performance of activated carbon increased with a decrease in the pH of the solution. To lower the pH of the solution, it was chosen to use natural resources that are easily available, namely limes. Limes contains citric acid, a weak organic acid that can lower the pH of the solution. The purpose of this study is to examine the use of lime juice in increasing the performance of activated carbon, which is produced commercially from coconut shells, to reduce the content of sulfate ions in seawater. This study used two types of activated carbon: activated carbon without further treatment (ACB) and acid-washed activated carbon (ACA). The aim is to explore the adsorption mechanism of sulfate ions when lime juice is added to seawater. Preliminary experiments were carried out to obtain the optimum time and dosage of activated carbon. Four dosages of activated carbon of 30, 40, 50 and 60 mg and four stirring times of 5 minutes, 1 hour, 5 hours and 24 hours were used for the ACA and ACB adsorption experiments. The result is that the optimum dosage and time for ACA is 40 mg and 1 hour, while for ACB it is 50 mg and 1 hour. The dosage of activated carbon of 40 and 50 mg and a stirring time of 1 hour were used for sulfate adsorption experiments in seawater using activated carbon and lime for both types of activated carbon. A dosage of 60 mg was added to the experiment to examine the effect of increasing the dosage of activated carbon. The concentration of lime juice used were 0, 20, 30, 40, 50, 60, 75 and 100 μl. The results showed that ACB showed a higher adsorption capacity of sulfate ions (320 mg SO42-g-1) compared to ACA (298 mg SO42-g-1). Based on the EDX, BET and BJH SEM tests as well as FTIR on the two types of activated carbon, it was shown that ACA activated carbon showed better physical and chemical characteristics than ACB, but ACB showed better sulfate adsorption performance in seawater. Based on the experiment, it was found that the adsorption of sulfate ion in seawater without lime juice was very low. Although the hydration ratio of sulfate ions is lower than other ions in seawater, due to the relatively high pH of seawater, it does not support the adsorption of anions such as sulfate, sulfate ions must also compete with other ions for adsorption on activated carbon. The addition of lime juice causes a decrease in the pH of the solution and increases the adsorption of sulfate ions. This indicates that the lime juice increases the capacity of the basic sites on the surface of the activated carbon. The basic sites of the activated carbon lies in the basic functional groups and the electrons form π bonds which are delocalized in the carbon basal planes. Analysis of the physical and chemical characteristics of activated carbon shows that ACB has a lower functional group so that it has higher basic sites in the carbon basal planes. The addition of lime juice increases hydronium ions (H3O+) in the solution. Basal planes on the surface of activated carbon which are negatively charged interact with hydronium ions through cation-π interactions which are capable of attracting sulfate anions. The proposed model for sulfate ion adsorption posits that the ions are attracted to the functional groups and subsequently to the basic sites in the carbon basal planes, mediated by hydronium ions. The full factorial experimental design was used to optimize the factor levels of activated carbon types, activated carbon dosages, and lime juice concentration in response to the percentage decrease in sulfate concentration. The factor levels of activated carbon types were ACA and ACB. The dosage levels of activated carbon were 40, 50 and 60 mg. The concentration factor levels of lime juice were 0, 20, 30, 40, 50, 60, 75 and 100 μl. The main effect and the interaction effect were analyzed using analysis of variance (ANOVA) to determine the effect of the variables that affect the adsorption of sulfate ions. Adsorption of sulfate ions in seawater is influenced by the concentration of lime juice and the interaction between the type of activated carbon and the dosase of activated carbon. Based on statistical analysis of the interaction between the type of activated carbon and the dosage of activated carbon, it was found that if ACA is used for sulfate adsorption from seawater with the addition of lime juice, the dosage chosen is 40 mg. Meanwhile, if ACB is used, the dosage of activated carbon is 50 mg. The lime juice factor significantly increases the performance of activated carbon to adsorb sulfate ions in seawater, and the contribution of this factor is 58.2%. The optimum reduction of sulfate ions from seawater was achieved at the factor level of activated carbon ACB, the dosage of activated carbon 50 mg, and the concentration of lime juice 50 μl. ACA is acid-washed activated carbon, so the price is higher than ACB. Therefore, the use of natural resources such as activated carbon and lime juice is an alternative to improving the quality of sea salt by improving the quality of the raw materials.

Item Type:	Thesis (Doktor)
Identification Number:	062307
Uncontrolled Keywords:	sulfat, air laut, sari jeruk nipis, karbon aktif, fungsionalitas basa
Divisions:	S2/S3 > Doktor Teknik Sipil, Fakultas Teknik
Depositing User:	Unnamed user with username nova
Date Deposited:	23 Jan 2024 03:36
Last Modified:	23 Jan 2024 03:36
URI:	http://repository.ub.ac.id/id/eprint/213316

Text (DALAM MASA EMBARGO) Yurida Ekawati.pdf Restricted to Registered users only Download (7MB)

Actions (login required)

View Item