## Kesetimbangan Adsorpsi Zat Warna Methyl Violet Oleh Karbon Aktif Berbasis Limbah Daun Nanas ( Ananas comosus L)
Lanjar, Fatma Indah Riayanti dan Widi Astuti*
Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Semarang Kampus Sekaran Gunungpati, Semarang, 50229 Indonesia Email : widi_astuti@mail.unnes.ac.id

## Abstrak
Industri  tekstil  semakin  berkembang  seiring  dengan  pertumbuhan  penduduk  di  Indonesia.  Selain memberikan  manfaat,  industri  tekstil    memberikan  dampak  negatif  bagi  lingkungan  akibat  penggunaan  zat warna  sintetis,  salah  satunya  yaitu  methyl  violet.  Apabila  limbah  tersebut  dibuang  ke  perairan  akan menyebabkan rusaknya ekologi lingkungan dan ancaman bagi kesehatan manusia, karena sebagian besar zat warna  bersifat  sukar  terurai  (non-bidegradable)  dan  karsinogenik  (Brono,  2010).  Salah  satu  metode  yang terbukti efektif untuk menghilangkan zat warna adalah adsorpsi  menggunakan karbon aktif. Pada penelitian ini  karbon  aktif  dibuat  dari  limbah  daun  nanas  dengan  aktivator  ZnCl 2 dan  pemanasan  gelombang  mikro. Selanjutnya,  karbon  aktif  tersebut  dikarakteriasi  morfologi  permukaan  menggunakan  Scanning  Electron Microscopy  (SEM),  luas  permukaan  menggunakan  Surface  Area  Analyzer,  dan  analisis  gugus  fungsi menggunakan Fourier Transform Infrared (FTIR) spectrometer, dan digunakan untuk menjerap methyl violet di larutan.  Hasil  penelitian  menunjukkan  bahwa  karbon  aktif  dari  limbah  daun  nanas  yang  teraktivasi  ZnCl 2 menghasilkan pori yang lebih besar dibandingkan dengan karbon tanpa aktivasi serta memiliki gugus fungsi yang dapat menjerap methyl violet. Kondisi optimum untuk adsorpsi adalah pH 5, waktu kontak 90 menit, dan konsentrasi awal 500 mg/L. Model kesetimbangan yang sesuai yaitu menggunakan model isotherm freundlich.
Kata kunci : karbon akti; daun nanas; ZnCl 2 ; microwave; methyl violet

## PENDAHULUAN
Pertumbuhan  penduduk  di  Indonesia setiap  tahunnya  mengalami  peningkatan  yang cukup  besar.  Hal  ini  mendorong  berkembangnya industri  tekstil.  Selain  memberikan  banyak manfaat  untuk  memenuhi  kebutuhan  sandang  di Indonesia, ternyata industri tekstil juga memberikan  dampak  negatif  yaitu  pencemaran lingkungan,  yang  berasal  dari  penggunaan  zat warna  sintetis.  Salah  satu  zat  warna  yang  sering digunakan  pada  industri  tekstil  adalah methyl violet (Astuti dan Fatin, 2017). Pada umumnya zat warna tersebut tidak seluruhnya dapat terserap ke dalam bahan yang diwarnai dan terbuang sebagai limbah  cair.  Limbah  tersebut  jika  dibuang  di lingkungan perairan akan menyebabkan rusaknya ekologi  lingkungan  dan  ancaman  bagi  kesehatan manusia.  Hal  ini  dikarenakan  sebagian  besar  zat warna  bersifat  sukar  terurai  ( non-biodegradable ) dan karsinogenik (Brono, 2010).
Berbagai  metode  dalam  pengolahan limbah  mengandung  zat  warna  telah  banyak dilakukan,  diantaranya  koagulasi  (Yulianto,  2009), penukar ion (Kundari, 2008), dan fotokatalitis TiO 2 (Hardeli et  al. ,  2014) . Namun  metode  tersebut memerlukan biaya tinggi sehingga sulit diterapkan di industri kecil dan menengah.
Adsorpsi  menggunakan  karbon  aktif merupakan  metode  yang  paling  banyak digunakan,  karena  metode  ini  dinilai  efektif  dan memberikan  hasil  yang  cukup  baik  (Astuti et  al ., 2017  &  Astuti et  al .,  2016).  Dewasa  ini,  limbah biomassa  telah  digunakan  sebagai  prekursor dalam  pembuatan  karbon  aktif  untuk  menekan biaya.  Daun  nanas  mengandung  selulosa  yang cukup  tinggi  sebesar  69,5-71,5%  (Hidayat,  2008). Dengan  pertimbangan  selulosa  tinggi  yang dimiliki,  maka  daun  nanas  dapat  digunakan sebagai prekursor pada pembuatan karbon aktif.
Pada  penelitian  ini  dipilih  ZnCl 2 sebagai aktivator  kimia  karena  memiliki  banyak  kelebihan
dibandingan  dengan  aktivator  yang  lain. Diantaranya  menghasilkan  surface  area  dan volume  pori  lebih  besar,  kadar  abu  yang dihasilkan  lebih  rendah,  dan  lebih  mudah  larut dalam  air  pada  tahap  pencucian  (Tzong, et  al ., 2010., T.H. Liou, et al ., 2009). Dalam hal ini, jumlah konsentrasi ZnCl 2 , waktu dan suhu proses aktivasi diduga  berpengaruh  terhadap  kemampuan adsorpsi.  Hal  ini  dipelajari  lebih  lanjut  dalam penelitian ini. Selain itu, teknik pemanasan diduga berpengaruh terhadap karakater karbon aktif yang dihasilkan.  Dalam  beberapa  tahun  terakhir, penggunaan  gelombang  mikro dianggap sebagai metode  alternatif  yang  lebih  menjanjikan  pada proses  pemanasan  material.  Waktu  proses menjadi lebih  pendek  dibandingkan  jika menggunakan furnace sehingga  energi  yang dibutuhkan  juga  lebih  kecil  (  Liu et  al .,  2016).
Pengaruh teknik
pemanasan terhadap karakteristik  dan  kemampuan  karbon  aktif  dalam menjerap methyl violet akan dipelajari lebih lanjut dalam  penelitian.  Selain  itu,  kesetimbangan adsorpsi  juga  dipelajari  untuk  memperoleh parameter-parameter  yang  diperlukan  pada perancangan proses adsorpsi.

## METODOLOGI
Bahan  baku  yang  digunakan  dalam penelitian ini yaitu limbah daun nanas, ZnCl 2 , HCl, NaOH,  dan  aquades.  Sementara  alat  yang digunakan yaitu seperangkan alat microwave.
Daun nanas dicuci dengan air dan dipotong kecil  –  kecil,  lalu  dikeringkan  dibawah  sinar matahari  dan  dioven  pada  suhu  110 0 C  hingga beratnya  konstan.  Proses  karbonisasi  dilakukan menggunakan  selama  1  jam  pada  suhu  500 0 C. Proses  aktivasi  dilakukan  menggunakan  ZnCl 2 dengan  perbandingan  ZnCl2  :  karbon  (g/g) sebesar  1:1,  2:1,  dan  3:1  selanjutnya  dipanaskan menggunakan  radiasi  gelombang  mikro  dengan daya input 600 watt selama 6 menit. Karbon aktif yang  sudah  diaktivasi  kemudian  dicuci  dengan HCl dan dibilas dengan aquades hingga pH netral, selanjutnya  dikeringkan  dalam  oven  pada  suhu 1100C hingga beratnya konstan. Karbon aktif yang telah disintesis kemudian dikarakterisasi morfologi permukaan  menggunakan Scanning  Electron Microscope (SEM) dan gugus fungsi menggunakan Fourier Transform Infrared (FTIR) Spectrometer.
Proses adsorpsi dilakukan dengan berbagai variasi  ph  (3,  5,  7,  9,  dan  11),  konsentrasi  awal methyl violet (10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 200, 300, 400, dan 500) ppm.

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Karakterisasi  Karbon  dan  Karbon  Aktif  Daun Nanas
Berdasarkan  Gambar  1a  terlihat  bahwa karbon  tanpa  aktivasi  telah  memiliki  pori,  namun ukuran  pori  yang  dimiliki  masih  kecil  dan kedalaman pori yang masih rendah. Selain itu, pori –  pori  masih  tertutupi  oleh  senyawa  pengotor akibat proses  karbonisasi   menggunakan furnace . Sementara,    karbon  aktif  dari  limbah  daun  nanas pada Gambar 1b memiliki ukuran pori yang lebih besar dan lebih banyak pori yang terbentuk. Pori – pori  yang  terbentuk  merupakan  hasil  dari penguapan  ZnCl 2 selama  proses  pemanasan menggunakan microwave (Mohanty et  al ,  2005). ZnCl 2 terevaporasi  dan  terdekomposisi  menjadi zink dan chlorine ,  dimana  kondisi  tersebut menyebabkan  proses  pembentukan  pori  dan perbesaran  ukuran  pori  (Zhang et  al ,  2009). Mekanisme  perbesaran  ukuran  pori  yaitu  dengan cara  ZnCl 2 meninggalkan  ruangan  yang sebelumnya  telah  terisi  olehnya  sehingga terbentuk pori pada karbon aktif yang lebih besar (Mohanty et  al ,  2005).  Proses  pemanasan  juga lebih merata sehingga ukuran pori lebih seragam. Proses aktvasi menggunakan microwave dialiri gas N 2 untuk menghilangkan zat pengotor yang masih menempel pada permukaan pori karbon aktif.
Analisis  gugus  fungsi  dilakukan  untuk mengetahui  ketersediaan  gugus  fungsi,  yang dilakukan  pada  panjang  gelombang  4000  –  370 cm -1 . Hasil analisis tersji pada Gambar 2. Data pada Gambar 2a menunjukkan adanya puncak  serapan  pada  bilangan  gelombang 3787.97  cm -1 ,  3700,11  cm -1 ,  dan  3407.11  cm -1 pada karbon tanpa aktivasi yang mengindikasikan adanya  gugus  OH.  Sementara,  pada  karbon teraktivasi  ZnCl 2 Gambar  2b  terlihat  adanya puncak  serapan  pada  bilangan  gelombang 3785.34  cm -1 ,  3704.19  cm -1 ,  3661.87  cm -1 dan 3431.48  cm -1 yang  mengindikasikan  adanya penambahan gugus O-H. Gambar 2c
menunjukkan  adanya  puncak  serapan  pada bilangan  gelombang  3784.0  cm -1 ,  3697.29  cm -1 ,
3661.42  cm -1 ,  dan  3430.34  cm -1 yang  menujukkan adanya  gugus  O-H  namun  nilainya  menurun  dan terlihat pada gambar semakin dangkal, ini berarti gugus  O-H  semakin  berkurang  setelah  adsorpsi karena  terisi  oleh  gugus  methyl  violet.  Hal tersebut ditandai dengan adanya gugus CH 3 pada puncak serapan 1369.98 cm -1 . Pita  serapan  1582.96  cm -1 pada  karbon sebelum  aktivasi  menujukkan  adanya  gugus aromatik  dan pada karbon setelah aktivasi gugus aromatik  mengalami  penambahan  jumlah  pada puncak  serapan  1598.15  cm -1 dan  1437  cm -1 .  Hal tersebut  terjadi  karena  adanya  pembentukan struktur  pembentukan  aromatik  baru    pada karbon. Sedangkan pada  karbon setelah adsorpsi puncak  serapan  1589.94  cm -1 yang  menujukkan adanya  gugus  aromatik  namun  mengalami penurunan  dikarenakan  adanya  adsorpsi  methyl
violet.  Gugus  aromatik  merupakan  karakteristik selulosa dan hemiselulosa.

## Adsorpsi Methyl Violet

## Pengaruh pH Larutan
Kondisi  pH  optimum  adalah  kondisi  pH dimana  pada  pH  tersebut  jumlah methyl  violet yang  terjerap  adsorben  mencapai  nilai  maksimal. Untuk  mengetahui  pH  optimum  dilakukan adsorpsi oleh karbon dengan variasi pH 1, 3, 5, 7, 9,  dan  11  dengan  variasi  konsentrasi  ZnCl 2 10%, 20%,  dan  30%.  Grafik  pengaruh  pH  adsorpsi methyl violet dapat dilihat pada Gambar 3.
Data  pada  Gambar  3  menujukkan  bahwa pada  pH  1  hingga  pH  5  jumlah  zat  warna  yang teradsorpsi mengalami peningkatan, namun pada
(a) (b) Gambar 1. SEM (a) Karbon tanpa aktivasi dan (b) Karbon teraktivasi ZnCl 2
pH  5  hingga  pH  11  mengalami  penurunan., dengan  jumlah methyl  violet tertinggi  pH  5 sebesar 99,45 % pada karbon aktif teraktivasi 30% ZnCl 2 . Dari Gambar 4.4 terlihat bahwa karbon aktif teraktivasi  30%  ZnCl 2 dapat  menjerap methyl violet lebih tinggi daripada karbon aktif teraktivasi 10%  ZnCl 2 dan  20%  ZnCl 2 .  Hal  ini  dapat disimpulkan  bahwa  penggunaan  ZnCl 2 dengan konsentrasi  30%  memeberikan  hasil  yang  paling optimum.
Pengaruh  Konsentrasi  Awal  Larutan  Zat  Warna Methyl Violet
Pengaruh  konsentrasi  awal  larutan dipelajari  pada  variasi  konsentrasi  10,  20,  30,  40,
50,  60,  70,  80,  90,  100,  200,  300,  400,  dan  500 mg/L yang hasilnya tersaji pada Gambar 4.
Gambar  4  menunjukkan  jumlah  methyl violet  teradsorpsi  oleh  karbon  daun  nanas teraktivasi  10%,  20%,  dan  30%  ZnCl 2 .  Pada konsentrasi awal 10 mg/L hingga 700 mg/L jumlah methyl  violet  teradsorpsi  cenderung  mengalami peningkatan  sebanding  dengan  meningkatnya konsentrasi awal larutan, hingga pada konsentrasi awal  500  mg/L  terjadi  kesetimbangan.  Kenaikan konsentrasi  awal  larutan  memberikan  jumlah methyl  violet teradsorpsi  juga  semakin  besar.  Hal ini karena semakin tinggi konsentrasi awal larutan maka  kekuatan  gaya  dorong  ( driving  force )  juga semakin  besar.  Jumlah mehyl  violet teradsorpsi
Gambar 3 . Pengaruh pH terhadap persentase methyl violet teradsorpsi
Gambar 4. Pengaruh Konsentrasi Awal Methyl Violet terhadap Jumlah Methyl Violet Teradsorpsi
70 72 74 76 78 80 82 84 86 88 90 92 94 96 98 100 1 3 5 7 9 11 Te radsor ps i (%) pH Konsentrasi 10% Konsentrasi 20% Konsentrasi 30% 0 10 20 30 40 50 60 70 80 0 200 400 600 800 Cµ (m g/ g) Konsentrasi Awal (Ppm) Konsentrasi 10 Konsentrasi 20
Konsentrasi 30
oleh  karbon  aktif  daun  nanas  teraktivasi  30% ZnCl 2 dengan  konsentrasi  awal  larutan  700  mg/L sebesar 73,5563 mg/g.

## Isoterm Adsorpsi
Isotherm  adsorpsi  diperlukan  untuk mengetahui  kapasitas  adsorpsi  yang  sangat penting  dalam  perancangan  suatu  proses adsorpsi.  Model  isotherm  adsorpsi  diperoleh  dari pengolahan  data  variasi  konsentrasi  awal  larutan methyl  violet  yang  diadsorpsi  menggunakan karbon  aktif.  Isotherm  adsorpsi  yang  digunakan untuk  menggambarkan  proses  adsorpsi  fase  cair adalah  persamaan  Langmuir  dan  persamaan Freundlich.

## Isoterm Langmuir
Persamaan isoterm langmur :
Persamaan tersebut secara linier : (2)
Persamaan  Isotherm  Langmuir  dapat dicari  dengan  membuat  grafik  hubungan  Ce versus Ce/Cµ diperoleh garis lurus dengan tangen arah dan  titik  potong  pada  sumbu  y  dengan ordinat Kurva  linier  persamaan  Langmuir
membentuk persamaan garis y = 4,854x + 0,2407 dengan  R 2 =  0,967  yang  terlihat  pada  Gambar  5. Dari persamaan tersebut diperoleh Cµm =  0,2060 mmol/g dan K L = 20,1661 L/mmol.

## Isoterm Freundlich
Persamaan isoterm Freundlich untuk cairan dapat dituliskan sebagai berikut:
(3)
Konstanta Freunlich dapat diperoleh secara linear:
(4)
Gambar 5 . Isoterm Langmuir Adsorpsi Methyl Violet
Gambar 6 . Isoterm Freundlich Adsorpsi Methyl Violet y = 4,854x + 0,2407 R² = 0,967 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 0 0,2 0,4 0,6 0,8 Ce / C µ Ce y = 0,5968x - 0,3201 R² = 0,7424 -3 -2,5 -2 -1,5 -1 -0,5 0 -3 -2 -1 0 Lo g Cµ Log Ce
Persamaan  Isoterm  Freundlich  dapat dicari  dengan  membuat  grafik  hubungan  antara log  Ce  dan  log  Cµ  diperoleh  garis  lurus  dengan tangen  arah dan  titik  potong  pada  sumbu  y dengan  ordinat  log  k F sehingga  nilai  k F dan  n dapat  ditentukan.  Kurva  linier  persamaan Freundlich  membentuk  persamaan  garis  y  = 0,5968x – 0,3201 dengan R 2 = 0,7424 yang terlihat pada  Gambar  6.  Dari  persamaan  garis  tersebut didapat  tetapan  K F =  0,1809  dan  n  =1,6756. Berdasarkan  grafik  pada  Gambar  5  dan  6  terlihat bahwa  isoterm  langmuir  memiliki  korelasi  (R 2 ) yang lebih besar dibandingkan isoterm freundlich. Maka  dari  itu  dapat  disimpulkan  bahwa  model isotherm  langmuir  lebih  cocok  digunakan  untuk sistem adsorpsi methyl violet oleh karbon aktif.

## KESIMPULAN
Penelitian  ini  memanfaatkan  limbah  daun nanas  sebagai  adsorben  dengan  penambahan ZnCl 2 sebagai activator. Kondisi optimum adsorpsi methyl  violet yaitu  pH  5,  waktu  optimum  pada kontak  90  menit  dan  memenuhi  isotherm Langmuir.

## DAFTAR PUSTAKA
Astuti,  W.,  &  Fatin,  D.M.  2017.  Adsorption  of Methyl  Violet  Dye  by  Thermally  Modified Ceiba  Pentandra  Sawdust. J.  Bahan  Alam Terbarukan. 6(2):183 – 189.
Astuti, W., Sulistyaningsih, T. & Maksiola, M. 2016. Chemically  Modified  Kapok  Sawdust  as
Adsorbent  of  Methyl  Violet  Dye  from Aqueous Solution . J. Teknologi . 78(9): 35–42. Astuti, W., Sulistyaningsih, T., & Maksiola, M. 2017. Equilibrium  and  Kinetics  of  Adsorption  of Methyl  Violet  from  Aqueous  Solutions  using Modified  Ceiba  Pentandra  Sawdust .  Asian  J.
Chem. 29(1):133–138. Brono,  H.  2010. Mewarnai  Batik  Dengan Indigofera. Jakarta: Universitas Indonesia.
Hardeli,  Ramadhani,  A.,  Kurniawati,  D.,  Andriko,
N.  &  Sanjaya,  H. 2014. Degradasi  Methyl Violet  dan  Methylen  Blue  Oleh  Fookatalis TiO 2 . Eksakta. 1:107-114 Hidayat,  P.  2008.  Teknologi  Pemanfaatan  Serat Daun  Nanas  sebagai  Alternatif  Bahan  Baku Tekstil. Teknoin. 13:31-35. Kundari,  N.  &  Wiyunati,  S.  2008 . Tinjauan Kesetimbangan  Adsorpsi  Tembaga  dalam Limbah  Pencuci  PCB  dengan  Zeolit . Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-Batan. Liou.  T.H.  2004 . Kinetics  Study  of  Thermal Decomposition  of  Electronic  Packaging Material. Chem. Eng. J. 98(1-2):39–51. Liou,  T.H.  2010.  Development  of  Mesoporous
Structure  and  High  Adsorption  Capacity  of Biomass-Based Activated Carbon by Phosphoric Acid and Zinc Chloride Activation.
Chem. Eng. J. 158(2):129-142.
Yulianto,  A.,  Hakim,  L.,  Purwaningsih,  I.  & Pravitasari,  V.A.,  2009.  Pengolahan  limbah cair  industri  batik  pada  skala  laboratorium dengan menggunakan metode
elektrokoagulasi. J. Teknol. Ling. Univ. Trisakti ,
5 (1):6-11.