## PENGGUNAAN KARBON AKTIF DARI AMPAS TEBU SEBAGAI ADSORBEN ZAT WARNA PROCION MERAH LIMBAH CAIR INDUSTRI SONGKET
Melyza Fitri Permanda Sari a , Puji Loekitowati b , Risfidian Mohadi b
a Program Pengelolaan Lingkungan, Pascasarjana Universitas Sriwijaya, Jl. Padang Selasa 524, Bukit Besar,
Palembang 30139  melyzafitrips@gmail.com b Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sriwijaya, Palembang 30128
Abstract.  Telah  dilakukan  penelitian  penggunaan  karbon  aktif  dari  ampas  tebu  untuk  menyerap  zat  warna  procion  merah  dari limbahindustri songket. Pembuatan karbon aktif dilakukan dengan proses karbonisasi pada temperatur 450 0 C selama 2 jam. Karbon aktif  yang  dihasilkan  dilakukan  karakterisasi  FTIR  untuk  mengetahui  gugus  fungsinya  serta  karakterisasi  BET  untuk  mengetahui luas permukan. Kondisi optimum adsorpsi karbon aktif dari ampas tebu terhadap procion merah dilakukan dengan variabel waktu kontak, berat karbon aktif, dan pH. Hasil karakterisasi FTIR pada karbon aktif dari ampas tebu memiliki gugus fungsi -CO- dan – OH,  sedangkan  karakterisasi  BET  karbon  aktif  dari  ampas  tebu  sebesar  29,2  m 2 /g.  Kondisi  optimum  adsorpsi  karbon  aktif  dari ampas tebu diperoleh pada waktu kontak 90 menit dengan berat karbon aktif 0,1 g dan pH optimum 5 pada 50 mL zat warna procion merah  berkonsentrasi 20  mg/L.  Adsorpsi isotermal  Langmuir  menunjukkan  serapan  maksisum  0,45  mg/g dan  energi sebesar  4,35 kJ/mol  Efektifitas penyerapan zat warna procion merah dari limbah cair industri songket oleh karbon aktif dari ampas tebu dalam kondisi optimum, sebesar 76,3%.
Keywords : karbon aktif, ampas tebu, procion merah, songket Palembang, adsorpsi isotermal
(Diterima: 10-06-2016; Disetujui: 29-12-2016

## 1. Pendahuluan
Songket  merupakan  kain  khas  Sumatera  Selatan, Dinas  Perindustrian,  Perdagangan  dan  Korperasi  Kota Palembang  mencatat,  pada  tahun  2011  sekitar  150 pemilik  usaha  kerajinan  songket  dan  pada  tahun  2013 tercatat  sebanyak  230  orang  memiliki  usaha  kerajinan kain  songket  (Hariani,  2013).  Pencelupan  benang kedalam zat warna sintetis merupakan salah satu proses pembuatan  kain  songket.  Pewarna  sintetik  digunakan untuk  menambah  tampilan  pada  kain  songket.  Zat warna  sintetis  memiliki  struktur  kimia  yang  sulit terurai  (Utomo et  al., 2015),  oleh  karena  itu    apabila dibuang  ke  perairan  menyebabkan  karsinogenik, dermatis,  alergika,  iritasi  kulit,  umumnya  memiliki LD50  sebesar  200-500  mg/L  per  berat  badan  mencit (Hariani,  2013).  Purwaningrum et  al .,  (2013)  dalam penelitiannya mengatakan bahwa kandungan zat warna procion  dalam  limbah  cair  industri  songket  sebesar 1928,31  mg/L  dan  dari  hasil  analisis  tehadap  limbah industri  songket  yang  ada  di  palembang  menunjukkan kandungan  COD  antara  2960-4066  mg/L,  sementara Said (2008) mendapati  nilai COD limbah cair yang di hasilkan  pada  salah  satu  industri  songket  adalah sebesar 4993,8 mg/L sedangkan BOD antara 885-1275 mg/L (Hariani, 2013).
Industri songket umumnya merupakan industri kecil ( home  industry )  sehingga  tidak  memiliki  sistem pengolahan  limbah,  oleh  karena  itu  diperlukan  cara untuk  menangani  limbah  cair  dari  industri  agar  tak berdampak terhadap lingkungan. Adsorpsi menggunakan karbon aktif adalah salah satu cara yang potensial dalam  mengatasi  limbah cair oleh zat warna.
Bahan  dasar  karbon  aktif  adalah  material  organik dengan  kandungan  karbon  yang  tinggi,  seperti  ampas tebu  yang  memiliki  kandungan  selulosa  lebih  dari 30%.Ampas  tebu  merupakan  limbah  bagi  pabrik  gula yang dapat digunakan sebagai penjernih perairan  yang kotor  (Kusharharyati et  al .,  2012).Karbon  aktif  ampas tebu  digunakan  sebagai  penyerap  zat  warna  untuk Congo  Red  (Yoseva et  al .,  2015)  zat  warna  metilen biru  (Utomo et  al .,  2015),  kation  basa  zat  warna (Farahani et  al., 2011).  Penelitian  ini  bertujuan  untuk (1)  mendapatkan  informasi  mengenai  karakteristik karbon  aktif  meliputi  gugus  fungsional  menggunakan FTIR (Fourier  Transform  Infra  Red) dan  luas permukaan  dengan  menggunakan    BET (Brunauer- Emmett-Teller), (2)  menetukan  kondisi  optimum karbon aktif dengan dengan variabel  waktu, berat, dan pH,  dan  (3)  mengetahui  karakteristik  adsorpsi isothermal  Langmuir  yang  terjadi  dan  efektifitas penyerapan  karbon  aktif  dari  ampas  tebu  terhadap  zat warna procion merah.

## 2. Metode
Ampas  tebu  sebanyak  500  g  dibersihkan  dan dirajang kecil-kecil, lalu direndam kedalam NaOH 6% selama  24  jam.Hasil  rendaman  kemudian  dicuci dengan  air  hingga  mencapai  pH  netral  (6-7),  lalu dikeringkan dengan menggunakan oven pada temperatur  100˚-110˚C  selama  24  jam.  Ampas  tebu yang  telah  kering  digiling  dengan  menggunakan penggilingan  lalu  dikarbonisasi  pada  suhu  450˚C selama  2  jam,  sehingga  diperoleh  karbon  aktif  dari
ampas tebu sebanyak 72,55 g. Karbon yang dihasilkan kemudian dilakukan karakterisasi FTIR di Laboratorium  Kimia  Organik  FMIPA  Universitas Gajah  Mada  dan  BET  di  Laboratorium  Kimia Instrumen  Universitas  Negeri  Semarang.  Pencarian panjang  gelombang  maksimum  untuk  pengukuran  zat warna  procion  merah  oleh  spektrofotometer  UV-Vis dilakukan  pada  larutan  standar  berkonsentrasi  7  mg/L pada  panjang  gelombang  500-550  nm.  Panjang gelombang  yang  memberikan  serapan  maksimum diperoleh  sebesar  542  nm.  Panjang  gelombang maksimum  ini  selanjutnyadigunakan  ketika  mengukur absorbansi  larutan  standar  procion  merah  (0,  5,  7,  10, 15, dan 20 mg/L) dan larutan dari berbagai perlakukan penelitian.

## 2.1. Perlakuan Waktu Kontak
Karbon aktif yang terbuat dari ampas tebu sebanyak 0,1  g  dimasukan  kedalam  erlenmeyer  yang  berisi  50 mL  larutan  standar  procion  merah  berkonsentrasi  20 mg/L.  Terdapat  lima  waktu  kontak  yang  diteliti, sehingga  dengan  tiga  ulangan  terdapat  total  15  satuan percobaan.  Campuran  diaduk  dengan  menggunakan shaker berkecepatan 150 rpm dengan variasi waktu  30, 60,  90,  120,  dan  150  menit,  lalu  campuran  didiamkan selama  15  menit  selanjutnya  disaring  menggunakan kertas saring. Filtrat yang diperoleh diukur absorbansinya  dengan  menggunakan  spektrofotometer UV  Vis  untuk  kemudian  dianalisis  untuk  memperoleh waktu kontak optimum.

## 2.2. Perlakuan Berat Karbon Aktif
Lima buah Erlenmeyer berisi 50 mL larutan standar procion  merah  konsentrasi  20  mg/L  ditambahkan karbon  aktif  dari  ampas  tebu  dengan  variasi  berat  0,1, 0,2,  ,  0,3,  0,4,  dan  0,5  g.  Dengan  tiga  ulangan  maka terdapat  15  satuan  percobaan.  Campuran  diaduk dengan  shaker  berkecepatan  150  rpm  selama  waktu optimum  yang  diperoleh  sebelumnya,  campuran didiamkan selama 15 menit kemudian disaring dengan kertas saring.Filtrat yang diperoleh diukur absorbansinya  dengan  menggunakan  spektrofotometer UV  Vis  sehingga  diperoleh  berat  optimum  karbon aktif.

## 2.3. Perlakuan pH
Karbon  aktif  dari  ampas  tebu  dengan  berat optimum  sebagaimana  hasil  penelitian perlakuan  berat karbon  aktif  dimasukan  kedalam  erlenmeyer  yang berisi  50  mL  larutan  standar  procion  merah berkonsentrasi  20  mg/L.  Campuran  ditetesi  HCl  1  M atapun NaOH 1 M agar diperoleh pH 4, 5, 6, 7, 8, dan 9.Dengan  tiga  ulangan,  maka  terdapat  18  satuan percobaan. Campuran diaduk dengan shaker berkecepatan  150  rpm  selama  waktu  kontak  yang dihasilkan  pada  proses  sebelumnya,  lalu  didiamkan selama  15  menit  dan  disaring.  Filtrat  yang  diperoleh diukur absorbansinya dengan menggunakan spektrofotometer  UV  Vis  sehingga  diperoleh  pH optimum karbon aktif.

## 2.4. Penentuan Kapasitas Adsorpsi
Karbon  aktif  dari  ampas  tebu  sebanyak  0,1  g dikontakan  dengan  50  mL  variasi  larutan  zat  warna procion  merah  berkonsentrasi  100  mg/L;  200  mg/L; 300  mg/L; 400  mg/L; 500  mg/L. Campuran kemudian diaduk  dengan  menggunakan  shaker  berekecapan  150 rpm  selama  waktu  kontak  optimum,  lalu  didiamkan selama  15  menit  dan  disaring.  Filtrat  yang  diperoleh diukur absorbansinya dengan menggunakan spektrofotometer  UV  Vis.  Penentuan  kapasitas adsorpsi karbon aktif dari ampas tebu terhadap larutan zat warna procion merah dilakukan dengan menggunakan model adsorpsi isotermal Langmuir.

## 2.5. Aplikasi  Karbon  Aktif    Terhadap  Limbah  Cair Industri Songket Pada Kondisi Optimum
Limbah  cair  industri  songket  sebanyak  5  mL diencerkan  dengan  menambahkan  HCl  1  M  ataupun NaOH  1  M  hingga  pH  optimum  pada  labu  takar  50 mL. Larutan ini kemudian masing-masing ditambahkan karbon  ampas  tebu  sebanyak  berat  optimum.Masing- masing  campuran  dicampur  dengan  menggunakan shaker  selama  waktu  optimum,  kemudian  disaring dengan menggunakan kertas saring sehingga diperoleh filtrat  kemudian  dilakukan  pengukuran  adsorbansinya dengan spektrofotometer UV-Vis.

## 3. Hasil dan Pembahasan

## 3.1. Hasil  Karakterisasi  Karbon  Aktif  Ampas  Tebu dengan Menggunakan FTIR
Ampas  tebu  memiliki  komposisi  kimia  yang didominasi  oleh  selulosa  yaitu  sekitar  46%  (Fabon et al. 2013).Selulosa  yang  terkandung  dalam  ampas  tebu menentukan  kapasitas  adsorpsi,  dimana  pada  selulosa terkandung  gugus  karboksil  (-COO-)  dan  hidroksil  (- OH)  (Li et  al. 2016).  Sebagaimana  disajikan  pada Gambar  1,  karbon  aktif  ampas  tebu  memiliki    gugus fungsi  -CO-  pada  daerah  serapan  1705,07  cm -1 dan gugus fungsi –OH pada daerah serapan 3410,15 cm -1 .
Gambar 1. Spektrum serapan gugus fungsional pada karbon aktif  dari ampas tebu.
3.2. Hasil  Karakterisasi  Karbon  Aktif  Ampas  Tebu dengan BET
Permukaan  karbon  memiliki  karakter  yang  unik, yaitu  struktur  penyerap  yang  menentukan  daya serapnya  (Bansal  dan  Golan,  2005).  Karbon  aktif  dari ampas  tebu  memiliki  luas  permukaan  29,21  m 2 /g  dan diameter  pori  30,17  Å.  Ukuran  pori  ini  tergolong mesopori.  Karbon  aktif  dengan  dominasi  mesopori umumnya  digunakan  sebagai  penyerap  molekul- molekul  besar  seperti  zat  warna  (Setianingsih et  al ., 2008).

## 3.3. Pengaruh  Waktu  Kontak  Karbon  Aktif  Terhadap Penyerapan Zat Warna Procion Merah
Waktu  kontak  merupakan  salah  satu  variabel kondisi  optimum  adsorpsi  yang  dicapai  oleh  karbon aktif, waktu kontak optimum dicapai ketika kesetimbangan  adsorben  tidak  mampu  lagi  menyerap adsorbat.  Pada  Gambar  2  menunjukkan  bahwa  karbon aktif dari ampas tebu memiliki waktu kontak 90 menit dengan daya serapnya sebesar 6,90 mg/g dan efesiensi penyerapan  sebesar  69,04%.  Setelah  90  menit  waktu kontak, daya serap relative tidak meningkat lagi.
Gambar 2. Grafik pengaruh waktu kontak terhadap daya serap oleh karbon aktif dari ampas tebu.
Hal  ini  menunjukkan  1g  karbon  aktif  ampas  tebu mampu mengadsorpsi 6,9 mg zat warna procion merah dengan persentase penurunan konsentrasi sebesar 69% dari konsentrasi awal zat warna.
3.4. Pengaruh Berat Karbon Aktif terhadap Penyerapan Zat Warna Procion Merah
Efisiensi penyerapan dipengaruhi oleh perbandingan adsorben terhadap adsorbat. Oleh karena  itu dilakukan penentuan berat optimum dari karbon aktif ampas tebu dengan  memvariasikan  berat  yakni  0,1;  0,2;  0,3;  04; dan  0,5  gram.  Hasil  yang  didapat,  sebagaimana disajikan  pada  Gambar  3  bahwa  diperoleh  berat optimum  karbon  aktif  0,1  g  dengan  daya  serap  6,88 mg/g
Jumlah  adsorben  yang  ditambahkan  mempengaruhi efisiensi penyerapan, dimana hal ini sebanding dengan jumlah  partikel  dan  luas  permukaan  karbon  aktif sehingga menyebabkan sisi aktif adsorpsi dan efisiensi penyerapan  meningkat  sementara  daya  serap  menurun dengan  bertambahnya  penambahan  karbon  aktif.
Efisiensi  serapan  penyerapan  sebesar  68,84%  seperti pada Gambar 4.
Gambar 3. Grafik pengaruh berat karbon aktif terhadap daya serap oleh karbon aktif dari ampas Tebu.
Gambar 4. Efisiensi serapan karbon aktif dari ampas tebu.
Ada  kemungkinan  daya  serap  meningkat  dan belummencapai  kondisi  optimum,  dikarenakan  adanya kemungkinan tumbukan antar muka serbuk yang belum intensif sehingga menyebabkan semakin besar kesempatan  serbuk  berinteraksi  dengan  zat  warna apabila adsoben ditambahkan lebih sedikit.

## 3.5. Pengaruh  pH  Larutan  terhadap  Penyerapan  Zat Warna Procion Merah
Nilai  pH  optimum  adalah  pH  dimana  adsoben memiliki kemampuan menyerap adsorbat tertinggi, pH awal larutan sebelum ditambahkan NaOH ataupun HCl adalah  sebesar  5,37.  Pada  Gambar  5  menunjukkan bahwa  karbon  aktif  dari  ampas  tebu  memiliki  serapan optimum  pada  pH  5  dengan  daya  serap  sebesar  7,66 mg/g serta efisiensi serapan 76%. pH memainkan peran penting  pada  proses  penyerapan  khususnya  pada kapasitas  adsorpsi,  dimana  akan  terjadi  proses pertukaran  ion  yang  berasal  dari  gugus  reaktif  zat warna  dengan  luas  permukaan  adsorben.  Interaksi antara  adsorben  dan  zat  warna  dapat  terjadi  karena ikatan hidrogen yang berperan pada proses adsorpsi.
Penurunan  daya  serap  disebabkan  oleh  adanya pertukaran  antara  adsorben  dan  adsorbat,  luas permukaan adsorben dan interaksi antara adsorben dan zat  warna  merupakan  faktor  dalam  menentukan  daya serap.
0 2 4 6 8 30 60 90 120 150 D ay a S er ap ( m g/ g) Waktu (menit ) 0 2 4 6 8 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 D a y a Sera p (m g /g ) Berat Karbon Aktif (g) 0 20 40 60 80 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 E fi si en si S er ap an (% ) Berat Karbon Aktif  (g)
Gambar 5. Grafik pengaruh pH larutan terhadap daya serap karbon aktif dari ampas tebu.

## 3.6. Penentuan Adsorpsi Isotermal Langmuir
Adsorpsi isotermal memberikan informasi menganai adsorbat, adsorben dan proses penyerapan yang terjadi. Model adsorpsi isotermal digunakan untuk menentukan daya  serap  dan  menunjukkan  adanya  korelasi  antara aktivitas  adsorbat  dengan  jumlah  zat  teradsorpsi  pada temperatur konstan. Grafik Isoterm Langmuir (Gambar 6)  dibuat  dengan  memplotkan  C  sebagai  sumbu  X dengan  C/Q  sebagai  sumbu  Y  dimana  serapan maksimum  sebesar 0,45 mg/g  dan energi serapan 4,35 kJ/mol
Gambar 6. Grarik isoterm adsorpsi langmuir karbon aktif dari ampas tebu.
Adsorpsi  isotermal  Langmuir  memiliki  asumsi dimana adsorben mempunyai permukaan yang homogen  dan  hanya  dapat  menyerap  satu  molekul untuk  tiap  molekul  adsobennya,  sehingga  setiap  area permukaan memiliki energi ikatan yang sama.

## 3.7. Aplikasi  Karbon  Aktif  Dari  Ampas  Tebu  dan Eceng Gondok Pada Limbah Cair Industri Songket
Kondisi  optimum  penyerapan  diperlukan  untuk mengetahui  daya  serap  limbah  cair  dari  industri songket oleh karbon aktif dari ampas tebu. Konsentrasi zat  warna  procion  merah  limbah  cair  dari  industri songket sebesar 969,28 mg/L, namun ketika ditambahkan  karbon  aktif  pada  kondisi  waktu  kontak 90  menit,  berat  karbon  aktif  0,1  g,  dan  pH  5  terjadi penurunan konsentrasi 229,87  mg/L  dengan efektifitas penyerapan sebesar 76,3%.

## 4. Kesimpulan
Karbon  aktif  dari  ampas  tebu  memiliki  gugus fungsional  -CO-  dan  -OH  dan  termasuk  karbon  aktif mesopori.  Adsorpsi  zat  warna  procion  merah  oleh karbon  aktif  dari  ampas  tebu  memiliki  kondisi optimum    waktu  kontak  ke  90  menit,  berat  adsorben sebesar  0,1  g,  pH  optimum  5.  Serapan  isotermal Langmuir menunjukkan serapan maksimum 0,45 mg/g dan  energi  serapan  4,35  kJ/mol.  Penelitian  ini menunjukkan  karbon  aktif  dari  ampas  tebu  dapat digunakan  untuk  mengurangikadar  zat  warna  procion merah dalam limbah cair industri songket.

## 5. Saran
Efisiensi  penyerapan  yang  dilakukan  oleh  karbon aktif  terhadap  larutan  zat  warna  procion  merah  dapat ditingkatkan dengan melakukan perbandingan adsorben terhadap adsorbat yang lebih tinggi.

## Daftar Pustaka
[1] Bansal,  C.  R.,  dan  M.  Goyal,  2005.  Activated  Carbon Adsorption. CRC Press, Boca Raton.
[2] Fabon,  M.  B.,  G.  J.  Legaspi,  K.  Leyesa,  M.  C.  Macawile, 2013.  Removal  of  Basic  Dye  in  Water  Matrix  Using  Actived Carbon From Sugarcane Bagasse. International Conference on Innovations in Engineering and Technology, pp. 198-201.
[3] Farahani,  M.,  S.  R.  S.  Abdullah,  S.  Hosseini,  S.  Shojaeipour, M. Kashisaz, 2011.  Adsorption-based Cationic Dyes using the Carbon  Active  Sugarcane  Bagasse.  Procedia  Environmental Sciences 10, pp. 203 – 208.
[4] Hariani,  P.  L., 2013.  Pengolahan limbah  cair industri songket menggunakan  komposit  Fe 3 0 4 karbon  aktif  dari  cangkang kelapa  sawit.Disertasi.  Program  Pascasarjana,  Universitas Sriwijaya, Palembang.
[5] Kusharharyati,  T  Y.,  K.  W.  Deddy,  A.  Fahmi,  2012. Pengolahan  Limbah  Pewarnaan  Konveksi  dengan  Bantuan Adsorben  Ampas  Tebu  dan  Activated  Sludge.  Simposium Nasional RAPI XI FT UMS, pp. 51-54.
[6] Li, F., K. Shen, X. Long, J. Wen, X. Xie., X. Zeng, Y. Liang, Y.  Wei,  Z.  Lin,  Huang,  R.  Zhong,  2016.  Preparation  and Characterization  of  Biochars  from  Eichornia  crassipes  for Cadmium Removal in Aqueous Solutions. Journalpone, pp. 1- 13.
[7] Purwaningrum,  W.,  L.  H.  Poedji,  N.  T.  Khanizar,  2013. Adsorpsi Zat Warna procion Merah Pada Limbah Cair Industri Songket  Menggunakan  Kitin  dan  Kitosan.  Prosiding  Seminar FMIPA Universitas Lampung, pp. 423-427.
[8] Said,  M.,  2008.  Pengolahan  Limbah  Cair  Hasil  Pencelupan Benang Songket dengan Metode Filtrasi dan Adsoprsi.  Jurnal Penelitian Sains 11, pp. 479-480.
[9] Setianingsih,  T., Hasanah, U.,  Darjito, 2008. Kajian Pengaruh Temperatur  Aktivasi  dengan  NaOH  Terhadap  Karakter Karbon  Aktif  Mesopori  Berbahan  Dasar  Limbah  Kompleks Lumpur Industri Tekstil Indo. J. Chem 8, pp. 348-352.
[10] Utomo,  H. D., R. Y. N. Phoon, Z. Shen,  L.  H. Ng, Z. B  Lim, 2015.  Removal  of  Methylen  Blue  Using  Chemical  Modified Sugarcane Bagasse. Natural Resources 20, pp. 209-220.
[11] Yoseva,  P.  L.,  M.  Akmal,  S.  Halida,  2015.  Pemanfaatan Limbah  Ampas  Tebu  Sebagai  Adsorben  untuk  Peningkatan Kualitas Air Gambu. JOM FMIPA 2: 56-63.
0 4 8 12 4 5 6 7 8 9 D a y a Sera p (m g /g ) pH -2 0 2 4 6 8 10 12 6.0798 6.438 7.595 9.1515 10.157 C /Q C (mg/L)