Analisis Pengaruh Waktu Aktivasi dan Adsorpsi dalam Pemanfaatan Karbon Aktif dari Serutan Kayu menjadi Adsorben Limbah Cair
Vibianti Dwi Pratiwi, Netty Kamal, Suparman Juhanda Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Industri ITENAS, Bandung Email: vibiantidwi@itenas.ac.id

## ABSTRAK
Industri  pemanfaatan  kayu  cukup  sering  ditemukan  di  Indonesia,  namun  limbah  yang  dihasilkan  tidak diolah  dan  hanya  dibuang  ke  lingkungan.  Limbah  serutan  kayu  yang  mengandung  rantai  karbon  dapat dimanfaatkan menjadi karbon aktif. Pengaruh kualitas karbon aktif dari serutan kayu ini diuji berdasarkan waktu aktivasi dan daya adsorpsi limbah cair. Karbon aktif dibuat melalui pirolisis hingga mencapai suhu 500 0 C dengan ukuran 100-150 mesh dan diaktivasi dengan H 3 PO 4 10% selama 6 jam, 12 jam, dan 18 jam. Karbon aktif yang dihasilkan digunakan sebagai adsorben dan diujikan pada limbah cair zat warna tekstil Sumikaron  Yellow  Brown  S-2RL.  Adsorpsi  dilakukan  dengan  variasi  waktu  1  jam,  2  jam  dan  3  jam. Selanjutnya  larutan  zat  warna  yang  telah  dijerap  oleh  karbon  aktif  dianalisa  menggunakan spektrofotometer  dengan  panjang  gelombang  480nm.  Berdasarkan  absorbansi  atau  konsentrasi  (%) pengurangan warna yang dihitung menggunakan anova dengan software Minitab 17, pengaruh yang lebih signifikan dalam pemanfaatan karbon aktif dari serutan kayu  yaitu pada waktu aktivasi 12 jam dan waktu adsorpsi 3 jam. Karbon aktif dari limbah serutan kayu mampu mengurangi limbah cair zat warna sebesar 98,2519%. Hasil uji pendahuluan dengan menghitung bilangan iod dari adsorben karbon aktif yang telah diaktivasi selama 12 jam menjadi kondisi terbaik dengan menjerap iod sebanyak 144,8961 mg/g.
Kata Kunci : limbah cair, karbon aktif, serutan kayu, Minitab

## ABSTRACT
The wood utilization industry is quite often found in Indonesia, but the waste produced is not processed and  is  only  disposed  of  into  the  environment.  Wood  shavings  containing  carbon  chains  can  be  used  as activated carbon. The effect of the quality of activated carbon from wood shavings was tested based on the activation time and adsorption liquid waste’s capacity. Activated carbon is made through pyrolysis to reach a temperature of 500 0 C with a size of 100-150 mesh and activated with 10% H3PO4 for 6 hours, 12 hours, and 18 hours. The activated carbon produced was used as an adsorbent and tested on the liquid waste of textile dye Sumikaron Yellow Brown S-2RL. Adsorption is carried out with variations of 1 hour, 2 hours and 3 hours. Furthermore, the dye solution that has been absorbed by activated carbon is analyzed using a spectrophotometer with a wavelength of 480nm. Based on the absorbance or concentration (%) of color reduction calculated using anova with Minitab 17 software, a more significant effect on the utilization of activated carbon from wood shavings is the activation time of 12 hours and the adsorption time of 3 hours. Activated carbon from wood shavings waste is able to reduce dye wastewater by 98.2519%. The results of the preliminary test by calculating iodine number from the adsorbent of activated carbon which has been activated for 12 hours are the best conditions by absorbing iodine is 144.8961 mg/g.
Keywords : liquid waste, activated carbon, wood shavings, Minitab

## 1. PENDAHULUAN
Jumlah industri menghasilkan berbagai macam produk guna memenuhi kebutuhan manusia pada saat ini semakin meningkat. Selain memberi dampak positif bagi pembangunan ekonomi, kegiatan industri juga  memiliki  dampak  negatif.  Kegiatan  produksi  akan  menghasilkan  limbah  yang  akan  dibuang  ke lingkungan. Limbah adalah sisa suatu hasil usaha atau kegiatan yang dibuang ke lingkungan dan sering kali  dapat  menurunkan  kualitas  lingkungan  [1].  Salah  satu  limbah  yang  masih  sering  dibuang  ke lingkungan adalah limbah serutan kayu.
Industri  pemanfaatan  kayu  merupakan  industri  yang  cukup  banyak  ditemukan  di  Indonesia.  Namun limbah dari industri kayu berupa serutan kayu masih sering ditemukan di lingkungan sekitar. Salah satu kebijakan Departemen Kehutanan adalah memanfaatkan kayu seoptimal mungkin yang berarti bahwa semua industri pengolahan kayu berupaya untuk meminimalisir limbah kayu hasil produksi. Rendemen industri  penggergajian  kayu  masih  berkisar  dari  50-60%,  sebanyak  15-20%  terdiri  dari  serutan  kayu gergajian. Diperkirakan jumlah serutan kayu gergajian di Indonesia sebanyak 0,78 ton m 3 /tahun [2].
Limbah serutan kayu yang dihasilkan dapat merusak lingkungan bila tidak dimanfaatkan dengan baik. Pada  industri  besar,  limbah  serutan  kayu  gergajian  dimanfaatkan  sebagai  briketarang  dan  dijual komersial.  Namun  untuk  industri  kecil  yang  jumlahnya  ribuan  unit  dan  tersebar  di  pedesaan,  limbah serutan kayu masih belum dimanfaatkan secara optimal. Ditinjau dari komponen penyusunnya limbah serutan  kayu  dapat  dimanfaatkan  seperti  bahan  bakar  dan  arang  aktif.  Komponen  primer  dari  kayu adalah  selulosa  (40-50%),  hemiselulosa  (15-34%)  dan  lignin  (17-35%)  sedangkan  sisanya  adalah komponen  sekunder  dari  kayu  yang  terdiri  dari  ekstraktif  (1-10%) dan  abu  (  <  1%)  [1],  seperti  yang ditunjukkan pada Tabel 1.
Gambar 1. Prosentase Komponen Primer dan Sekunder pada Kayu
Kandungan  organik  seperti  rantai  karbon  panjang  sangat  berguna  baik  untuk  bahan  bakar  maupun adsorben. Karbon aktif merupakan bahan adsorpsi dengan permukaan lapisan yang luas dengan bentuk butiran  (granular)  atau  serbuk  (powder).  Dalam  pengolahan  air,  karbon  aktif  digunakan  sebagai adsorben untuk menghilangkan rasa, bau, dan warna yang disebabkan kandungan bahan organik dalam air. Senyawa yang mudah terjerap oleh karbon aktif umumnya memiliki nilai kelarutan dan ukuran pori- pori yang kecil dari karbon aktif [3].
Dasar pembuatan karbon aktif cukup berpengaruh dalam menentukan kualitasnya. Pembuatan karbon aktif  berlangsung  dengan  4  tahap  yaitu  dehidrasi  untuk  menghilangkan  kandungan  air,  pirolisis mengubah  kayu  menjadi  arang,  karbonisasi  membentuk  karbon  dari  arang  sehingga  memiliki permukaan  yang  kecil  dan  spesifik,  tahap  terakhir  aktivasi  untuk  menghilangkan  hidrokarbon  dari permukaan arang [3]. Pada penelitian ini menggunakan H 3 PO 4 10% untuk mengaktifkan arang menjadi karbon aktif dan pirolisis pada suhu 500 0 C.

## 2. METODOLOGI PENELITIAN
Metode  percobaan  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini  adalah  eksperimental.  Limbah  serutan  kayu dibuat menjadi karbon aktif yang akan menjerap limbah cair zat warna tekstil Sumikaron Yellow Brown S-2RL.  Tahap  pertama  adalah  dehidrasi  menggunakan  oven  pada  suhu  105 0 C  selama  15  menit. Selanjutnya  dipirolisis  hingga  mencapai  suhu  500 0 C  ke  dalam  reaktor fixed  bed .  Arang  yang  telah dipirolisis diayak hingga mendapatkan ukuran yang seragam yaitu 100-150 mesh kemudian diaktivasi secara kimia. Arang direndam dalam H 3 PO 4 10% selama 6 jam, 12 jam dan 18 jam sebagai variasi waktu aktivasi. Kemudian dikeringkan dalam oven pada suhu 180 0 C selama 2 jam.
Arang  aktif  atau  karbon  aktif  yang  telah  siap  dianalisa,  diuji  bilangan  iod  sebagai  uji  pendahuluan. Selanjutnya analisa kemampuan adsorben dari serutan kayu dengan memasukkan ke dalam wadah berisi limbah zat cair zat warna tekstil. Selain waktu aktivasi, variabel bebas pada penelitian ini adalah waktu adsorpsi karbon aktif terhadap zat warna. Variasi waktu adsorpsi adalah 1 jam, 2 jam, 3 jam dan 0 jam untuk  blanko  (pembanding).  Setelah  waktu  adsorpsi  selesai  maka  limbah  cair  zat  warna  diukur menggunakan spektrofotometer dan didapatkan % pengurangan warnanya.
Pengukuran  limbah  zat  cair  menggunakan  spektrofotometer  pada  puncak  tertinggi  dari  panjang gelombang  daerah  sinar  tampak.    Selanjutnya  hasil  yang  didapatkan  dihitung  menggunakan  anova dengan  software  Minitab  17  untuk  melihat  perngaruh  yang  signfikan  dari  variabel  bebas  yang  telah diteliti.  Software  Minitab  17  mengikuti  persamaan  dasar  anova  dngan  tiga  faktor  pada  eksperimen seperti pada persamaan berikut [4];
𝑆𝑆𝐴 = 𝑏 ∑ 𝑎 𝑖=1 (𝑦 𝑖 − 𝑦 ) 2 𝑆𝑆𝐵 = 𝑎 ∑ 𝑏 𝑗=1 (𝑦 𝑗 − 𝑦 ) 2 𝑆𝑆𝐸 = ∑ 𝑎 𝑖=1 ∑ 𝑏 𝑗=1 (𝑦 𝑖𝑗 − 𝑦 𝑖 − 𝑦 𝑗 + 𝑦 ) 2 𝑆𝑆𝑇 = ∑ 𝑎 𝑖=1 ∑ 𝑏 𝑗=1 (𝑦 𝑖𝑗 − 𝑦 ) 2
Penelitian ini seluruhnya dilaksanakan di lingkungan kampus Itenas Bandung.

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Kayu  adalah  bagian  batang  atau  cabang  serta  ranting  tumbuhan  yang  mengeras  karena  mengalami lignifikasi (pengayuan). Kandungan organik terbesar pada kayu adalah selulosa dan lignin yang berguna sebagai  pengikat  bahan  organik.  Kayu  sering  digunakan  untuk  berbagai  keperluan  seperti  perabotan rumah  tangga,  kantor  bahkan  bahan  kertas  [1].  Kebutuhan  akan  kayu  meningkatkan  industri  besar maupun kecil untuk  memproduksi kebutuhan  manusia. Limbah kayu sisa produksi dari industri kayu akan  menimbulkan  kerusakan  lingkungan.  Limbah  utama  dari  industri  kayu  adalah  berupa  potongan atau  serpihan  kayu  hasil  penggergajian  serta  debu  dan  serutan  gergaji.  Sebagian  limbah  kayu dimanfaatkan oleh masyarakat untuk bahan bakar industri kecil seperti batu bata, keramik atau dapur rumah tangga [5].
Pada penelitian Analisis Pengaruh Waktu Aktivasi dan Adsorpsi dalam Pemanfaatan Karbon Aktif dari Serutan Kayu menjadi Adsorben Limbah Cair bertujuan untuk meningkatkan nilai ekonomi dari limbah kayu.  Limbah  kayu  yang  mengandung  karbon  cukup  tinggi  dapat  digunakan  menjadi  karbon  aktif dengan melalui beberapa proses. Pada tahap pertama limbah kayu yang telah ditimbang dimasukkan ke dalam oven untuk proses dehidrasi pada suhu 105 0 C selama 15 menit. Pada proses dehidrasi ini, kadar air pada limbah serutan kayu akan berkurang bahkan menghilang. Tahap kedua adalah proses pirolisis untuk mendekomposisi secara kimia dan termal sehingga membentuk molekul yang lebih kecil. Pada proses pirolisis, rantai karbon yang panjang akan dipecah sehingga membentuk beberapa unsur karbon. Proses pirolisis dapat dilakukan pada beberapa suhu, waktu reaksi, tekanan, adanya gas dan keterlibatan katalis. Suhu yang umum digunakan dalam proses pirolisis hemiselulosa dan lignin sekitar 400-450 0 C. Namun dengan kadar selulosa pada kayu yang terlampau tinggi maka digunakan proses flash pyrolisis pada suhu sekitar 400-600 0 C [6].
Arang atau karbon yang didapatkan dari hasil pirolisis digiling dan diayak hingga ukuran seragam sekitar 100-150  mesh. Tahap selanjutnya adalah proses aktivasi karbon atau arang dari serutan kayu. Proses aktivasi adalah suatu perubahan fisika dimana permukaan karbon aktif menjadi jauh lebih banyak karena hidrokarbon yang terkandung dalam karbon disingkirkan baik secara fisika maupun dengan cara kimia [3]. Pada umumnya secara kimia lebih mudah daripada fisika karena hanya membutuhkan bahan kimia sebagai activating agent . Aktivating agent yang digunakan pada penelitian ini adalah H 3 PO 4 10%. Arang atau  karbon  yang  telah  dipirolisis  direndam  dengan  H 3 PO 4 10%  selama  6  jam,  12  jam  dan  18  jam. Setelah  direndam  dengan  beberapa  variasi  waktu  aktivasi,  arang  atau  karbon  dari  serutan  kayu  ini dikeringkan dengan oven pada suhu 180 0 C selama 2 jam.
Karbon aktif yang dihasilkan dari proses aktivasi digunakan sebagai adsorben dalam pengolahan limbah cair zat warna. Sebelumnya, karbon aktif yang dihasilkan perlu diuji daya adsorpsi terhadap bilangan iod  pada  uji  pendahuluan.  Bilangan  iod  dengan  metode  sentrifugal  dan  titrasi  menggunakan  natrium tiosulfat 0,1 N untuk setiap variasi waktu.

## Gambar 2. Kurva Bilangan Iod terhadap Waktu Aktivasi
Berdasarkan kurva bilangan iod terhadap waktu aktivasi yang ditunjukkan pada Gambar 2, daya adsorpsi yang  paling  baik  pada  karbon  aktif  yang  diaktivasi  selama  12  jam.  Pada  karbon  aktif  dengan  waktu aktivasi 12 jam mampu mengadsorpsi iod sebanyak 144,8961 mg/g. Daya adsorpsi karbon aktif terhadap iod memiliki korelasi dengan luas permukaan dari karbon aktif. Peningkatan bilangan iod terjadi sebagai akibat  semakin  banyak  pengotor  yang  terlepas  dari  permukaan  karbon  aktif  yang  semula  menutupi permukaan karbon aktif. Semakin besar luas permukaan karbon aktif maka semakin besar kemampuan adsorpsi karbon aktif tersebut [7]. Namun pada perolehan data penelitian, pada waktu aktivasi 18 jam, karbon aktif mulai jenuh sehingga penjerapan iodium tidak sesuai dengan teori. Oleh karena itu, daya adsorpsi terbaik pada penelitian ini adalah karbon aktif dengan waktu aktivasi 12 jam.
Analisis Pengaruh Waktu Aktivasi dan Adsorpsi dalam Pemanfaatan Karbon Aktif dari Serutan Kayu menjadi Adsorben Limbah Cair zat warna tekstil Sumikaron Yellow Brown S-2RL dilakukan setelah adsorben diuji daya adsorpsinya. Larutan zat warna tekstil yang telah disiapkan diberi beberapa adsorben dengan  variasi  waktu  aktivasi  yang  berbeda.  Perendaman  adsorben  dalam  zat  warna  tekstil  selama  1 jam, 2 jam dan 3 jam. Selanjutnya diukur absorbansi pada spektrofotometer pada panjang gelombang 480nm  dan  didapatkan  %  pengurangan  warna.  Pengukuran  absorbansi  pada  spektrofotometer  setiap larutan zat warna dengan variasi waktu adsorpsi dan pada blanko zat warna yaitu saat 0 jam atau larutan zat  warna  tanpa  penambahan  adsorben.  Hasil  yang  didapatkan  dari  pengukuran  spektrofotometer ditunjukkan pada tabel 1 berikut;
Tabel 1. Pengaruh Waktu Aktivasi dan Adsorpsi terhadap Pengurangan Zat warna
Waktu Aktivasi Waktu Adsorpsi Absorbansi % Pengurangan warna 0 jam 0 jam 2,517 - 6 jam 1 jam 2,167 13,9054 2 jam 1,411 43,9412 3 jam 0,130 94,5697 12 jam 1 jam 0,2625 87,5709 2 jam 0,094 96,2654 3 jam 0,044 98,2519 18 jam 1 jam 0,1285 94,8497 2 jam 0,136 94,5967 3 jam 0,056 97,7751
Berdasarkan hasil yang ditunjukkan pada tabel 1, adsorben karbon aktif dari serutan kayu paling baik yang diaktivasi selama 12 jam dengan lama adsorpsi 3 jam. Nilai absorbansi berbanding lurus dengan konsentrasi zat warna yang terdapat dalam larutan. Hasil absorbansi paling rendah menunjukkan bahwa zat warna tekstil makin banyak terjerap oleh karbon aktif sehingga % pengurangan warna menjadi besar. Oleh karena itu penurunan absorbansi menandakan adanya pengurangan konsentrasi zat warna di dalam limbah  cair.  Semakin  lama  waktu  adsorpsi  limbah  zat  cair  warna,  semakin  kecil  perolehan  nilai absorbansinya [7].
Kemampuan karbon aktif dalam menjerap zat warna tekstil sebanding dengan uji pendahuluan. Karbon aktif yang diaktivasi selama 12 jam memiliki daya adsorpsi terbaik dibandingkan dengan kedua variasi waktu  aktivasi  lainnya.  Begitu  pula  dengan  proses  adsorpsi  zat  warna  tekstil  yang  paling  besar  daya adsorpsi pada waktu aktivasi 12 jam dengan waktu adsorpsi selama 3 jam. Pada waktu aktivasi 6 jam dan 18 jam, kemampuan adsorben dalam mengadsorpsi zat warna selama 1 jam, 2 jam dan 3 jam sesuai teori. Dimana semakin lama waktu adsorpsi, maka semakin banyak zat warna yang akan terjerap pada permukaan adsorben [7].
Analisis Pemanfaatan Karbon Aktif dari Serutan Kayu menjadi Adsorben Limbah Cair zat warna tekstil Sumikaron  Yellow  Brown  S-2RL  dihitung  menggunakan  anova  dengan  software  Minitab  17  untuk melihat  pengaruh  yang  signifikan  antara  waktu  aktivasi  dan  waktu  adsorpsi.  Persentase pengurangan warna yang telah didapatkan dari penelitian diinputkan ke dalam software Minitab 17. Hasil perhitungan anova menggunakan software Minitab 17 dapat dilihat pada Tabel 2 berikut;
Tabel 2. Perhitungan Anova dari % Pengurangan Zat Warna Tekstil
Source of Varians Degree of Freedom Sum of Square Mean of Square F statistic Aktivasi 2 3891,8 1945,9 4,10 Adsorpsi 2 1496,5 748,2 1,58 Error 4 1898,3 474,6 Total 8 7286,5
F hitung (F statistic) pada Tabel 2 dibandingkan dengan F tabel dengan derajat kepercayaan 75% yang bernilai 2,00. Jika F hitung lebih besar daripada F tabel maka variabel bebas percobaan diterima dan ada pengaruh yang signifikan terhadap penelitian [8]. Hasil perhitungan anova menunjukkan waktu aktivasi karbon  aktif  lebih  berpengaruh  terhadap  persentase  pengurangan  warna  pada  zat  warna  tekstil dibandingkan waktu adsorpsi. Hal tersebut juga ditunjukkan dari persamaan regresi dibawah ini;
Gambar 2. Persamaan Garis Linear % Pengurangan warna dengan Variasi Penelitian
Y = 36,1 + 45,2 Aktivasi_12 + 43,0 Aktivasi_18 + 12,8 Adsorpsi_2 + 31,4 Adsorpsi_3
Pada persamaan regresi di atas memperjelas dari variabel yang signifikan atau mempengaruhi penelitian ini. Waktu aktivasi selama 12 jam yang lebih berpengaruh yang menunjukkan koefisien terbesar pada persamaan garis. Sedangkan waktu adsorpsi berpengaruh namun tidak sebesar pengaruh waktu aktivasi dengan waktu adsorpsi selama 3 jam paling berpengaruh dibandingkan dengan variasi yang lain. Hal ini ditunjukkan dengan persentase penghilangan warna tertinggi pada hasil penelitian yaitu 98,2519% untuk adsorben yang diaktivasi selama 12 jam dengan proses adsorpsi 3 jam.

## 4. KESIMPULAN
Pada penelitian melihat Pengaruh Waktu Aktivasi dan Adsorpsi dalam Pemanfaatan Karbon Aktif dari Serutan Kayu menjadi Adsorben Limbah Cair zat warna tekstil Sumikaron Yellow Brown S-2RL yang dihitung  menggunakan  anova  ( analysis  of  variance )  dengan  software  Minitab  17  didapatkan  % persentase  pengurangan  sebesar  98,2519%.  Persentase  pengurangan  warna  terbesar  terdapat  pada adsorben  yang  diaktivasi  selama  12  jam  dengan  proses  adsorpsi  3  jam.  Sehingga  dapat  disimpulkan bahwa % pengurangan warna pada penelitian ini lebih dipengaruhi oleh waktu aktivasi daripada waktu adsorpsi.

## 5. DAFTAR PUSTAKA
[1] Chandra, T. C., Mirna, M. M., Sunarso, J., Sudaryanto, Y., & Ismadji, S. (2009, July). Activated Carbon from Durian Shell: Preparation and Characterization. Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers, 40 (4), 457-462.
[2] Hatmanto, B. P., & Dwi, J. (2006). Ananlisis Teknologi Pengolahan Limbah Cair pada Industri Tekstil. Surakarta: PT. Iskandar Indah Printing Textile.
[3] Halim, Mirah, & dkk. (2008). Pembuatan Karbon Aktif dari Pelepah Kelapa (Cocus Nucifera). Teknik KImia. Palembang: Universitas Sriwijaya.
[4] Walpole, R. E., Myers, R. H., Myers, S. L., & Ye, K. (2012). Probability & Statistics for Engineers & Scientists nineth edition. Boston: Pearson Education, Inc.
[5] Andromeda, R. (2009). Makalah Limbah: Pemanfaatan Limbah Kayu untuk Pembuatan Briket Arang. Diambil kembali dari Academia.Edu:
http://www.academia.edu/6360138/Makalah_limbah
[6] Miranti, S. T. (2012). Pembuatan Karbon Aktif dari Bambu dengan Metode Aktivasi Terkontrol menggunakan Activating Agent H3PO4 dan KOH. Teknik Kimia. Depok: Universitas Indonesia.
[7] Chandra, B. D., Muhara, I., Kamal, N., & Juhanda, S. (2016). Pemanfaatan Karbon Aktif dari Serutan Kayu menjadi Adsorben dalam Pengolahan Limbah Cair. Teknik Kimia. Bandung: Institut Teknologi Nasional.
[8] Montgomery, D. C., & Runger, G. C. (2003). Applied Statistic and Probability for Engineers Third Edition. New York: John Wiley & Sons, Inc.