## ISOTERM ADSORPSI TOLUENA PADA ARANG AKTIF STROBILUS PINUS ( Pinus merkusii )
Andre G. Kalensun 1 , Audy D. Wuntu 1 dan Vanda S. Kamu 1
1 Program Studi Kimia FMIPA Universitas Sam Ratulangi Jl. Kampus Unsrat Manado, 95115 e-mail: andre_geovanny@ymail.com;  wuntudenny@unsrat.ac.id; vandakamu@yahoo.com

## ABSTRAK
Adsorpsi senyawa organik volatil toluena pada arang aktif yang dibuat dari  strobilus pinus telah diteliti.  Dalam  penelitian  ini  arang  aktif  strobilus  pinus  dikarbonisasi  pada  suhu  400 0 C  dan diaktivasi  dengan  larutan  ZnCl 2 .  Eksperimen  adsorpsi  selama  24  jam  dalam  wadah  tertutup berukuran  6.5  L  yang  berisi  gas  toluena  0.4;  0.8;  1.2;  1.6  dan  2  mL.  Data  yang  diperoleh  diuji dengan  model  isoterm  adsorpsi  Dubinin-Raduskevich.  Untuk  kapasitas  dan  energi  adsorpsi toluena dihitung dengan persamaan Dubinin-Raduskevich. Hasil eksperimen menunjukkan bahwa kapasitas  adsorpsi  (W 0 )  arang  aktif  strobilus  pinus  yang  teraktivasi  adalah  0,1027  cm 3 /g  dan energi  adsorpsi  (E 0 )  adalah  13,286  kJ/mol.  Sedangkan  kapasitas  adsorpsi  (W 0 )  arang  strobilus pinus tanpa pengaktivasi adalah 0,0267 cm 3 /g dan energi adsorpsi (E 0 ) adalah  5,941 kJ/mol.
Kata kunci : arang aktif, strobilus pinus ( Pinus merkusii ), adsorpsi

## ISOTHERM ADSORPTION OF TOLUENE ONTO ACTIVATED CARBON
MADE FROM STROBILUS PINE ( Pinus merkusii )

## ABSTRACT
The adsorption isotherm of toluene, an organic volatile compound, onto activated carbon prepared from  strobilus  pine  was  investigated.  In  this  research,  the  carbon  was  carbonized  at  400 o C  and activated by ZnCl 2 . The adsorption isotherm experiment was conducted for 24 hours in six 6.5 L- closed  chambers,  each  was  filled  with  0.4;  0.8;  1.2;  1.6  and  2.0  mL  of  toluene.  The  data  were fitted  to  Dubinin-Raduskevich  adsorption  isotherm  model  in  order  to  measure  the  adsorption capacity  and  the  adsorption  energy.  The  results  showed  that  the  adsorption  capacity  and  the adsorption  energy  for  the  activated  strobilus  pine  were  0.1027  cm 3 /g  and  13.286  kJ/mol respectively,  while  for  the  unactivated  strobilus  pine  were  0.0267  cm 3 /g  and  5.941  kJ/mol respectively.
Key word : activated carbon, strobilus pine ( Pinus merkusii ), adsorption.

## PENDAHULUAN
Indonesia  merupakan  negara  yang memiliki  iklim  tropis  dan  hampir  seluruh wilayahnya  mendapat  sinar  matahari  yang terik  dalam  intensitas  besar  disetiap  harinya. Negara  berkembang  ini  juga  memiliki mobilitas  masyarakat  harian  yang  sangat bervariasi apalagi bagi mereka yang bermukim  didaerah  perkotaan.  Hal  ini  sering memicu kecenderungan peningkatan penggunaaan pendingin udara dalam ruangan. Pemakaian peralatan seperti ini mensyaratkan
ruangan  tertutup  dengan  laju  pertukaran udara yang sekecil mungkin antara udara luar maupun dalam ruangan. Dengan laju pertukaran udara yang kecil dapat mempertahankan  suhu  ruangan  sehingga tidak  berubah-ubah  (isoterm).  Kondisi  yang seperti  ini  dapat  menurunkan  kualitas  udara dalam ruangan karena memungkinkan terjadinya  peningkatan  konsentrasi  partikel, CO 2 ,  CO,  bakteri,  dan  senyawa  organik volatil.
Toluena merupakan senyawa
aromatik  (turunan  benzena)  yang  digunakan
sebagai  bahan  bakar  pesawat  terbang  dan juga  pelarut  cat,  dengan  sifat  karsinogenik dan  mutagenik  (Ham,  2005).  Toluena  dapat ditemukan  dalam  kehidupan  manusia  seperti pada  produk  parfum,  pewarna,  plastik,  dan obat-obatan (Warsito, 2007).
Berbagai metode telah dikembangkan untuk  meningkatkan  kualitas  udara  dalam ruangan  tertutup,  diantaranya  adalah  filtrasi, pembentukan ion,
dan presipitasi
elektrostatik. Meskipun metode filtrasi cukup efektif untuk menyingkirkan partikel tersuspensi  tetapi  metode  ini  tidak  mampu menghilangkan  senyawa  organik  volatil  dari udara  (Anonim,  2006).  Metode  lain  yang dapat  digabungkan  dengan  metode  filtrasi adalah  metode  adsorpsi  melalui  penggunaan adsorben yang mampu mengadsorpsi senyawa organik volatil seperti arang aktif.
Arang  aktif  adalah  arang  yang  telah diaktivasi  sehingga  pori-porinya  terbuka  dan memiliki  daya jerap  yang  tinggi.  Arang  aktif merupakan  adsorben  yang  baik  dan  dapat digunakan  untuk  pemurnian,  menghilangkan warna  dan  bau,  deklorinasi,  detoksifikasi, penyaringan, pemisahan, dan dapat dipergunakan  sebagai  katalis  (Bansal et  al ., 1988).
Tanaman Pinus adalah tanaman yang tumbuh  subur  di  berbagai  jenis  kondisi  dan dapat  menutupi  lokasi-lokasi  yang  terjal, jurang  ataupun  gunung-gunung  yang  tinggi. Tanaman  ini  memiliki  alat  reproduksi  jantan dan  betina  yang  sering  disebut  dengan strobilus.  Kebanyakan  masyarakat  awam mengenal  strobilus  dengan  sebutan  buah pinus,  namun  para  ahli  biologi  tidak mengklasifikasikan  strobilus  sebagai  buah karena  tidak  memenuhi  syarat  sebagai  buah melainkan  sifatnya  yang  lebih  menyerupai bunga.  Pemanfaatan  strobilus  pinus  masih sangat  terbatas  dengan  hanya  dijadikan sebagai hiasan dan berakhir sebagai limbah.
Arang aktif dalam pemurnian air dan limbah memang telah lama diaplikasikan oleh banyak  pihak,  namun  belum  ada  informasi tentang penelitian yang mengevaluasi penggunaan arang aktif strobilus pinus untuk mengurangi  senyawa  organik  volatil  dari lingkungan  ruangan  tertutup.  Penelitian  ini diharapkan  akan  memberi  nilai  tambah  bagi pemanfaatan  strobilus  pinus  yang  masih kurang daya gunanya.

## METODOLOGI PENELITIAN

## Waktu dan Tempat
Penelitian  dilakukan  selama  dua bulan,  (Juni  -  Juli  2012),  di  Laboratorium Advance  Fakultas  Matematika  dan  Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sam Ratulangi Manado. Bahan dan Alat Bahan yang digunakan dalam penelitian  ini  adalah  strobilus  pinus  yang diambil  di  KotaTomohon,  Sulawesi  Utara. Bahan–bahan  kimia  yang  digunakan  yaitu toluene  pekat,  larutan  ZnCl 2 10%,  akuades, dan alumunium foil.
Alat  yang  digunakan  yaitu:  tanur, oven,  desikator,  cawan  porselin,  penjepit cawan,  peralatan  gelas,  gelas  wol,  dan rangkaian alat adsopsi.

## Metode Penelitian
Penelitian  dilakukan  dalam  dua tahap,  yaitu  pertama  pembuatan  dan  uji kualitas  arang  aktif  strobilus  pinus  dan  yang kedua  adalah  percobaan  adsorpsi  toluena pada arang aktif strobilus pinus dalam model ruangan tertutup.
a.  Pembuatan dan uji kualitas arang aktif strobilus pinus -  Pembuatan Arang Aktif  Strobilus

## Pinus
Strobilus  pinus  yang  dimasukkan  ke dalam  cawan  porselin  dan  dikarbonisasi dalam  tanur  pada  suhu  400 o C.  Arang  yang dihasilkan kemudian diaktivasi dengan larutan  ZnCl 2 10%  selama  24  jam.  Arang yang  telah  diaktivasi  dimasukkan  ke  dalam cawan  porselin  dan  dipanaskan  kembali menggunakan tanur pada suhu 500 o C selama 2  jam.  Setelah  dipanaskan,  arang  aktif  yang diperoleh  kemudian  dicuci  dengan  akuades hingga  mencapai  pH  netral.  Selanjutnya arang  aktif  yang  diperoleh  dalam  oven selama  3  jam  pada  suhu  110 o C.  Kemudian arang  aktif  siap  untuk  proses  analisis selanjutnya.

## 2 Uji kualitas arang aktif - Uji Kadar Air
Sebanyak  dua  gram  sampel  arang aktif ditempatkan dalam cawan porselin yang telah  diketahui  berat  keringnya. Cawan porselin  yang  telah  berisi  sampel  dipanaskan
dalam  oven  pada  suhu  105 0 C  selama  tiga jam. Didinginkan  dalam  desikator  selama satu jam, kemudian ditimbang. Kadar air dihitung dengan persamaan:
Kadar air (%) = b b a x 100 %
dengan: a = berat sampel sebelum pemanasan b = berat sampel sesudah pemanasan
- Uji Kadar Abu
Sebanyak  dua  gram  sampel  arang aktif ditempatkan dalam cawan porselin yang telah diketahui berat keringnya.Cawan porselin  yang  telah  berisi  sampel  dipanaskan dalam  tanur  pada  suhu  750 0 C  selama  enam jam.  Didinginkan  dalam  desikator  selama satu jam kemudian ditimbang.
Kadar abu (%) = b a x 100 %
dengan a = berat sisa sampel b = berat awal sampel
-  Uji kadar zat mudah menguap
Sebanyak  dua  gram  sampel  arang aktif  dimasukkan  ke  dalam  cawan  porselin yang  diketahui  berat  keringnya.  Sampel dipanaskan  dalam  tanur  pada  suhu  950 0 C selama  10  menit  (cawan    ditutup  serapat mungkin).  Didinginkan  dalam  desikator selama satu jam kemudian ditimbang.
Kadar zat mudah menguap (%) = b b a x 100%
dengan, a = berat awal sampel
b = berat setelah pemanasan

## -  Penentuan Kadar karbon Terikat
Karbon  dalam  arang  adalah  zat  yang terdapat  pada  fraksi  hasil  pirolisis  selain  abu (zat  organik)  dan  zat-zat  atsiri  yang  masih terdapat  pada  pori-pori  arang.  Kadar  karbon terikat  dihitung  dari  nilai  kadar  zat  mudah menguap dan kadar abu dengan menggunakan persamaan:
Kadar karbon terikat (%) = 100% - (b+c) Dimana, b = kadar zat mudah menguap (%) c = kadar abu (%)

## c.    Eksperimen  Adsorpsi  Toluena  pada Arang Aktif Strobilus Pinus
Sebanyak 10 gram arang aktif strobilus pinus  ditempatkan  ke  dalam  cawan  porselin, kemudian  dipanaskan  dalam  oven  pada  suhu 110 o C  selama  3  jam.  Selanjutnya  sampel
didinginkan dalam desikator selama satu jam. Arang  aktif  selanjutnya  ditempatkan  di  atas gelas arloji yang telah diketahui beratnya dan terbuka  pada  kedua  ujungnya.Kemudian dimasukkan ke dalam wadah plastik berukuran 6.5 L yang telah di desain. Setelah itu  wadah  plastik  tersebut  dimasukkan  0.4 mL toluena tanpa menyentuh arang aktif, dan segera  mungkin  wadah  plastik  ditutup  dan kipas  dihidupkan.  Toluena  akan  menguap dalam  wadah  plastik  dan  uap  toluena  akan diadsorpsi  oleh  arang  aktif  hingga  tercapai kesetimbangan.  Proses  ini  akan  berlangsung dalam  24  jam  dan  selanjutnya  berat  arang aktif  ditimbang.  Prosedur  ini  kemudian diulangi untuk volume toluena pada 0.8: 1.2: 1.6: dan 2 mL

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## 1. Pembuatan Arang Aktif Strobilus Pinus
Bahan  utama  yang  dijadikan  arang aktif yaitu strobilus pinus. Untuk mendapatkan  arang  aktif  yang  diinginkan, terlebih  dahulu  harus  melalui  dua  tahap pengolahan yaitu tahap karbonisasi dan tahap aktivasi. Arang aktif yang dihasilkan berbentuk  granular  dan  kondisi  fisiknya berwarna hitam pekat.

## 2. Uji Kualitas Arang Aktif Strobilus Pinus
Hasil uji kualitas arang aktif strobilus pinus  dapat  dilihat  pada  Tabel  1.  Analisis arang  aktif  meliputi  kadar  air,  kadar  zat mudah  menguap,  kadar  abu,  dan  kadar karbon terikat.
Tabel 1: Kualitas arang aktif strobilus pinus
Uji Kualitas Hasil Eksperimen SNI Kadar Air 2.046 % Maks. 4.4 % Kadar Abu 2.448 % Maks. 2.5 % Zat Mudah Menguap 6.089 % Maks. 15 % Kadar Karbon Terikat 91.462 % Min. 80 %

## Kadar Air
Kadar  air  menunjukkan  jumlah  air yang  teradsorpsi  pada  arang  aktif.  Air  dapat teradsorpsi pada karbon melalui pembentukan  ikatan  hidrogen  dengan  gugus gugus  karboksil  (-COOH)  dan  hidroksil  (- OH)  di  permukaan  karbon.    Kadar  air  yang terukur  pada  eksperimen  ini  adalah  2.046%.
Nilai  kadar  air  arang  aktif  strobilus  pinus lebih  kecil  dari  nilai  standar  yang  ditetapkan dalam  syarat  mutu  arang  aktif  serbuk  teknis (SNI)  No.  06-3730-1995  yaitu  15%.  Hal  ini disebabkan  oleh  kandungan  air  dari  karbon aktif  telah  menguap  pada  saat  proses karbonisasi  dan  pemanasan  dalam  oven sebelum dilakukan uji arang aktif.

## Kadar Abu
Kadar  abu  adalah  persentase  berat oksida-oksida  mineral  dalam  karbon  seperti silikon,  sulfur,  dan  kalsium.  Kadar  abu  yang terukur  dalam  arang  aktif  setelah  diuji  yaitu 2.448%. Nilai kadar abu arang aktif strobilus pinus lebih rendah dibandingkan dengan nilai maksimum  yang  ditetapkan  dalam  syarat mutu  arang  aktif  teknis  (SNI)  No.  06-3730- 1995 yaitu 2.5%.

## Kadar Zat Mudah Menguap
Penetapan kadar zat mudah menguap bertujuan  mengetahui  jumlah  zat  atau senyawa  yang  belum  menguap  pada  proses karbonisasi  dan  aktivasi.  Besarnya  kadar  zat mudah menguap mengarah kepada kemampuan daya jerap arang aktif. Kadar zat mudah menguap yang tinggi akan mengurangi  daya  jerap  arang  aktif  tersebut.
Kadar  zat  mudah  menguap  arang  aktif  yang dibuat  telah  memenuhi  Standar  Nasional Indonesia (SNI) 06-3730-1995 yaitu maksimum  15%.  Dalam  penelitian  ini  kadar zat mudah menguap terukur adalah 6.089%.

## Kadar Karbon Terikat
Penentuan  kadar  karbon  terikat bertujuan  untuk  mengetahui  kandungan karbon  setelah  proses  karbonisasi  dan aktivasi (Suryani, 2009). Kadar karbon terikat yang  terukur  pada  penelitian  ini  adalah 91.462%.  Nilai  kadar  karbon  terikat  dari arang  aktif  strobilus  pinus  lebih  tinggi  dari nilai  minimum  yang  ditetapkan  dalam  syarat mutu  arang  aktif  teknis  (SNI)  06-3730-1995 yaitu 80%.

## 3. Kapasitas adsorpsi dan Energi Adsorpsi Arang Aktif Strobilus Pinus
Kapasitas  adsorpsi  menggambarkan jumlah  maksimum  adsorbat  yang  dapat diadsorpsi  oleh  adsorben.  Saat  ini  telah  ada berbagai  model  isoterm  adsorpsi  yang  telah dikemukakan  oleh  beberapa  ahli  misalnya model isoterm adsorpsi Dubinin-
Raduskevich,  isoterm  adsorpsi  Freundlich, isoterm  Langmuir,  dan  BET  (Brunauer, Emmett,  dan  Teller).  Namun  untuk  adsorpsi senyawa  toluena  dikuantitaskan  dengan parameter Dubinin-Raduskevich.
Tabel  2:  Kapasitas  Adsorpsi  dan  Energi Adsorpsi  toluena  menurut  model  isoterm adsorpsi Dubinin-Raduskevich Adsorben Kapasitas Adsorpsi (W0) ( cm 3 /g) Energi Adsorpsi (E0) ( kJ/mol) Arang Strobilus Pinus 0.0267 5.941 Arang Aktif Strobilus Pinus 0.1027 13.268 Arang Aktif Serbuk Gergajian kayu jati* 0.0620 8.2923 Arang Aktif Tongkol Jagung** 0.0554 7.5822 Arang Aktif Tempurung Kelapa*** 0.0686 9.2908 *       Yadnyana (2011) **     Wijaya (2011)
***   Poha (2011)
Berdasarkan  data  pada  Tabel  2, terlihat  bahwa  arang  aktif  yang  terbuat  dari strobilus  pinus  memiliki  kapasitas  adsorpsi yang  cukup  besar  untuk  digunakan  sebagai adsorben dibandingkan dengan arang strobilus  maupun  arang  aktif  yang  lain.  Hal ini  dikarenakan  oleh  kapasitas  adsorpsi  dari suatu  arang  aktif  didasarkan  pada  besarnya pori  dari  suatu  arang  aktif,  sedangkan besarnya  pori  dari  suatu  arang  aktif dipengaruhi oleh jenis pengaktivasi (Pari dan Sailah,  2001).  Pada  penelitian  ini  arang  aktif strobilus pinus diaktivasi dengan menggunakan  ZnCl 2 sedangkan  untuk  arang aktif  serbuk  gergajian  kayu  jati,  tongkol jagung,  dan  tempurung  kelapa  diaktivasi dengan  menggunakan  NaCl.  Menurut  Bansal dan  Goyal  (2005),  zat  pengaktivasi  yang berbeda  dan  bahan  mentah  yang  berbeda akan  menghasilkan  arang  aktif  dengan  sifat- sifat yang berbeda pula.
Energi  adsorpsi  adalah  kemampuan untuk  melepas  ikatan  antara  adsorben  (arang aktif)  dengan  adsorbat  (toluena).  Hampir sama  seperti  kapasitas  adsorpsi,  data  pada Tabel  2  menunjukkan  bahwa  arang  yang diaktivasi dengan aktivator ZnCl 2 mempunyai
energi adsorpsi yang lebih besar dibandingkan dengan arang tanpa
pengaktivasi  maupun  arang  aktif  lain  yang menggunakan pengaktivasi NaCl.
Pengotor  dapat  menyebabkan  luas permukaan  arang  menjadi  rendah,  menutupi pori  dalam  struktur  arang,  dan  menghalangi interaksi  antara  arang  aktif  dan  toluena. Dengan tersingkirnya pengotor dari permukaan arang maka luas permukaan arang menjadi  lebih  besar, pori-pori  dalam  struktur arang terbuka, dan interaksi antara arang aktif dan  toluena  menjadi  lebih  kuat.  Interaksi antara  adsorben  dengan  adsorbat  yang  kuat akan  menghasilkan  energi  adsorpsi  yang lebih besar.
Gambaran  energi  adsorpsi dari  arang aktif strobilus pinus dapat diperoleh dari nilai kadar  zat  mudah  menguap.  Semakin  tinggi kadar  zat  mudah  menguap  maka  energi adsorpsi  dari  karbon  aktif  semakin  rendah. Hal  ini  karena  kadar  zat  mudah  menguap merupakan  jumlah  dari  zat  yang  belum menguap  pada  saat  proses  karbonisasi  dan aktivasi,  sehingga  mempengaruhi  energi adsorpsi dari arang aktif (Suryani, 2009).

## KESIMPULAN DAN SARAN

## Kesimpulan
Dari  penelitian  ini  ditemukan  bahwa aktivasi  arang  strobilus  pinus  dengan  ZnCl 2 dapat  meningkatkan  kapasitas  adsorpsi  dan energi  adsorpsi  untuk  adsorbat  toluena. Kapasitas  adsorpsi  dan  energi  adsorpsi toluena  pada  arang  aktif  strobilus  pinus berturut-turut  sebesar  0.1027  cm 3 /g  dan 13.286  kJ/mol.  Dan  untuk  arang  strobilus tanpa  pengaktivasi  berturut-turut  sebesar 0.0267  cm 3 /g dan 5.941   kJ/mol.

## Saran
Perlu  dilakukan  penelitian  lebih lanjut mengenai kapasitas dan energi adsorpsi pada  arang  aktif  strobilus  pinus  dengan senyawa  volatil  yang  berbeda  pada  kondisi dinamis.

## DAFTAR PUSTAKA
Anonim.    2006. Energy  Efficiency  and Indoor  Air  Quality.  Energy  Services, Western  Area  Power  Administration . Lakewood, USA.
Bansal,  C.R.,  Donnet,  J.B.,  Stoekli,  F.  1988. Active  Carbon. Marcel  Dekker  Inc., New York.
Bansal,C.R  dan  Goyal,  M.  2005. Activate Carbon  Adsorption .  CRC  Press.  Boca Raton
Ham, M. 2005. Kamus Kimia. Bumi Aksara, Jakarta.
Pari,  G.  dan  I.  Sailah,  2001.  Pembuatan Arang  Aktif  Dari  Sabut  Kelapa  Sawit Dengan  Bahan  Pengaktif  NH 4 HCO 3 dan  (NH 4 ) 2 CO 3 Dosis  Rendah.  Buletin Penelitian Hasil Hutan, Bogor.
Poha,  L  2011. Isoterm  Adsorpsi  Toluena Pada Karbon Aktif Tempurung Kelapa [skripsi] . FMIPA UNSRAT, Manado
[SNI]  Standar  Nasional  Indonesia  [Dalam Suryani  2009].  1995.  SNI  06-3730- 1995:  Arang  Aktif  Teknis.  Jakarta.
Dewan Standarisasi Nasional.
Suryani  A.  M.  2009.  Pemanfaatan  Tongkol Jagung  Untuk  Pembuatan  Arang  Aktif Sebagai  Adsorben  Pemurnian  Minyak Goreng  Bekas  [skripsi].  FMIPA  IPB, Bogor.
Warsito,  A.  2007.  Analisis  Pemajanan Toluena  Terhadap  Prifil  Darah  Pada Pekerja  Sektor  Industri  Penyulingan Minyak  Bumi [Tesis].  Universitas Diponegoro, Semarang.
Wijaya,  I  G  Putra,  2011. Isoterm  Adsorpsi Toluena Pada  Karbon  Aktif  Tongkol Jagung  [Skripsi] . FMIPA  UNSRAT, Manado.
Yadnyana, I. P. 2011. Adsorpsi Toluena Pada Arang  Aktif  Serbuk  Gergajian  Kayu jati (Tectona grandis) [skripsi]. FMIPA UNSRAT, Manado.