Disetujui: 11 Februari 2019 Universitas Internasional Semen Indonesia, Gresik, Indonesia © 2019 Politeknik Negeri Malang
E-mail: yuni.kurniati@uisi.ac.id

## Studi Kinetika Adsorpsi Metil Biru Menggunakan Karbon Aktif Limbah Kulit Pisang

## Yuni Kurniati*, Okky Putri Prastuti, Eka Lutfi Septiani
Jurusan Teknik Kimia, Universitas Internasional Semen Indonesia, Kompleks PT. Semen Indonesia (Persero) Tbk. Jl. Veteran, Gresik 61122, Indonesia
*E-mail: yuni.kurniati@uisi.ac.id

## ABSTRAK
Indonesia  adalah  negara  berkembang  dengan  ribuan  perusahaan  di  sektor  industri  yang  menghasilkan  limbah. Pisang adalah produk umum yang paling dikenal di masyarakat. Bagian pisang seperti kulitnya belum digunakan secara optimal namun dapat dikembangkan menjadi karbon aktif. Penelitian ini bertujuan memanfaatkan limbah kulit  pisang  sebagai  adsorben  untuk  menghilangkan  limbah  pewarna  metil  biru  pada  industri  tekstil.  Pada umumnya  limbah  industri  tekstil  saat  ini  banyak  mengandung  pewarna.  Adsorben  yang  digunakan  untuk mengurangi  kadar  pewarna  dalam  limbah  perlu  dikembangkan.  Kapasitas  adsorpsi  limbah  kulit  pisang  dalam penelitian diamati, termasuk jumlah adsorben yang harus ditentukan dan konsentrasi limbah untuk menghilangkan pewarna  tekstil.  Sebelum  digunakan  sebagai  adsorben,  karbon  aktif    limbah  kulit  pisang  harus  diaktivasi menggunakan  0,1  N  dan  0,5  N  larutan  NaOH.  Larutan  metil  biru  dibuat  dalam  berbagai  konsentrasi  untuk menentukan kurva kalibrasi standar menggunakan spektrofotometer UV-Vis. Karakterisasi yang dilakukan dalam penelitian  ini adalah Scanning  Electron Microscopy (SEM) untuk mengetahui  morfologi partikel karbon aktif. Hasilnya menunjukkan bahwa karbon aktif limbah kulit pisang akan menjadi alternatif untuk menghilangkan metil biru dengan proses adsorpsi dengan  memiliki daya adsorbsi  rata-rata sebesar 14,12 %.   Kinetika adsorpsi dari penelitian  ini  menggunakan  model  pseudo orde satu yaitu  persamaan  Lagergren dan pseudo-orde ke  dua  yang dikembangkan oleh Ho dan McKay yang menghasilkan konstanta adsorpsi k 1 dari pseudo-ordesatu dalam larutan limbah tekstil dengan perbandingan konsentrasi antara limbah tekstil dengan aquades sebesar 3 : 7  (v/v) dengan aktivasi larutan 0,1 dan 0,5 N larutan NaOH adalah 0,0066 dan 0,0033 min -1 sedangkan untuk model hasil pseudo- orde ke dua k 2 dengan aktivasi larutan 0,1 dan 0,5 N larutan NaOH adalah 1,8172 dan 1,2539 min -1 .
Kata kunci : adsorben, kinetika, kulit pisang, SEM, spektrofotometer

## ABSTRACT
Indonesia is a developing country that has thousands of companies in the industrial sector that generally produce waste.  Banana  is  the  general  product that  mostly  known  in  society.  The  other  part of  banana  only  as  a  waste product,  such  as  banana  peel  that  have  not  used optimally  yet  meanwhile  it  can  be  developed  to be  activated carbon. This research aims to use banana peels as an adsorbent for removing methylene blue.  In general, textile industry waste currently contains many dyes. Adsorbents used to reduce dye levels in waste need to be developed. The  adsorption  capacity  of  banana  peel  adsorption  is  observed,  including  the  dose  of  adsorbent  that  must  be applied  and  the  concentration  of  waste  for  removal  of  textile  dyes.  Before  being  used  as  an  adosorbent,  the activated carbon of banana peel must be activated by using 0.1 N and 0.5 NaOH solution. Methyl blue solutions were made in various concentrations to determine standard calibration curves using a UV-Vis spectrophotometer. The characterization was used to support this study such as Scanning Electron Microscopy (SEM) analysis to find out the morphology of activated carbon particles. The result indicate that the banana peel activated carbon would be an alternative for the removal of methylene blue by adsorption process with  adsorption capacity as 14.12%. The adsorption kinetics of this study used model of pseudo-first order by Lagergren equation and pseudo-second order developed by Ho and Mc. Kay that result adsorption constant k 1 of pseudo-first order in 3:7  (v/v) textile waste and aquadest by activation in 0.1 and 0.5 NaOH solution were 0.0066 dan 0,0033 min -1 , while the model of pseudo-second order results k 2 by activation in 0.1 and 0.5 NaOH solution were 1.8172 dan 1.2539 min -1 .
Keywords : adsorbent, banana peel, kinetic, SEM, spectrophotometer

## 1.  PENDAHULUAN
Air merupakan bahan utama yang diperlukan oleh mahkluk hidup. Namun tidak banyak air bersih  yang  bisa  dikonsumsi  oleh  makhluk hidup.  Hal  ini  dikarenakan  kondisi  limbah industri  banyak  mencemari  air  permukaan. Limbah  yang  terkandung  di  dalam  air merupakan  bahan  berbahaya  dan  beracun (B3) dimana limbah tersebut perlu dilakukan pengolahan terlebih dahulu sebelum dibuang ke air permukaan. Salah satu ekosistem yang bisa  punah  adalah  kehidupan  di  air  yang tercemari  oleh  limbah  B3.  Banyak  industri yang  berkembang  di  Indonesia  kurang menyadari  bahwa  limbah  yang  dihasilkan dapat  merusak  lingkungan  hidup  tanpa pengolahan [1].
Hasil  kontaminan  dari  limbah industri  salah satunya adalah pewarna. Pewarna digolongkan  dalam  salah  satu  limbah  B3. Limbah  pewarna  ini  berasal  dari  berbagai macam  industri  seperti  tekstil,  makanan, kertas, plastik, dan kosmetik. Adanya limbah yang  mengandung  pewarna  ini  dapat menyebabkan  pencemaran  lingkungan  dan menghalangi proses fotosintesis di kehidupan air.  Pewarna  yang  sering  digunakan  dalam industri pembuatan kain adalah metilen biru. Metilen  biru  mempunyai  dampak  negatif apabila  terkena  kontak  dengan  manusia  dan lingkungan  sehingga  diperlukan  sebuah teknik  untuk  menghilangkan  kandungan metilen biru dari limbah industri [2].
Beberapa  teknik  yang  telah  diaplikasikan dalam  dunia  industri  adalah  pengendapan, elektroplating, separasi membran, evaporasi, dan pertukaran ion. Namun metode tersebut memerlukan  biaya  besar  dan  tidak  efektif dalam  proses  pengurangan  konsentrasi polutan. Proses adsorpsi menjadi pertimbangan  alternatif  metode  yang  dapat dibilang  cukup  mudah  untuk  diterapkan dalam  proses  pemurnian  air  limbah.  Media yang digunakan dalam proses adsorbsi yaitu sebuah  adsorben.  Dimana  adsorben  tersebut akan  menyerap  senyawa  pewarna  yang
terkandung  di  dalam  limbah  industri. Adsorben  yang  biasa  digunakan  adalah karbon  aktif.  Namun  karena  biaya  yang dikeluarkan  cukup  besar  maka  perlu  dikaji lagi  alternatif  adsorben  dengan  biaya  lebih murah dan ramah lingkungan [3].
Dalam  dunia  agroindustri  banyak  sekali limbah  buah  dan  sayur  yang  dibuang  dan tidak  dikelola  dengan  baik.  Salah  satunya adalah  limbah  kulit  pisang.  Indonesia memiliki  iklim  tropis  dimana  pisang  adalah salah  satu  buah  yang  dapat  tumbuh disepanjang  masa.  Limbah  kulit  pisang berpotensi  menjadi  bahan  kompos  hingga berpotensi menjadi sebuah adsorben. Dengan harga  yang  rendah  dan  ketersediaan  sangat banyak, limbah kulit pisang dapat dimanfaatkan  sebagai  bio-material  adsorben dalam menghilangkan kandungan zat pewarna pada proses penjernihan air di dalam limbah industri [4].
Limbah  kulit  pisang  yang  diperoleh  perlu dilakukan pre-treatment dengan cara diaktivasi oleh larutan alkali sehingga dapat dijadikan  suatu  karbon  aktif.  Namun  masih belum  diketahui  kemampuan  maksimal karbon  aktif  limbah  kulit  pisang  yang berperan sebagai adsorben dalam mereduksi zat  pewarna  [5].  Sehingga  penelitian  ini bertujuan untuk melakukan studi kinetika dan efisiensi  proses  adsorpsi  dalam  penggunaan limbah  kulit  pisang  sebagai  adsorben  dalam limbah  industri  yang  mengandung  zat pewarna  metilen  biru  ditinjau  dari  jumlah konsentrasi  yang  tereduksi  dan  lama  waktu kontak adsorbsi. Sedangkan kinetika adsorbsi akan  dianalisa  menggunakan  reaksi  orde pertama dan juga reaksi orde kedua.

## 2.  METODE PENELITIAN
Penelitian  ini  dilakukan  secara  eksperimen yang  hasilnya  akan  dianalisa  mengenai pengaruh  kadar  kontaminan  (pewarna), waktu  kontak,  kadar  adsorben,  dan  ukuran partikel  adsorben  terhadap  daya  serap adsorben. Karakterisasi material, dan kinetika  adsorpsi  akan  dilakukan  untuk
mengetahui  efisiensi  adsorbsi  dari  limbah kulit pisang.

## 2.1. BAHAN DAN ALAT
Bahan  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini adalah  limbah  kulit  pisang,  HCl,  NaOH, limbah industri tekstil, metil biru. Sedangkan alat  yang  digunakan  yaitu oven untuk mengeringkan limbah kulit pisang, v ibrating screen untuk  mengklasifikasikan  ukuran partikel  kulitt  pisang, furnace untuk  proses karbonisasi, beaker  glass sebagai  kolom adsorpsi dan magnetic stirrer untuk memperbesar  kontak  adsorbs,  dan UV-Vis Spectrophotometer yang  berfungsi  untuk menentukan  kadar  ion  logam  dan  pewarna tekstil.

## 2.2.  PERSIAPAN BAHAN
Kulit pisang yang dapat diperoleh dari pasar local  kota  Gresik,  Jawa  Timur,  Indonesia, dipisahkan  secara  perlahan  dari  buahnya. Kemudian  dicuci  menggunakan  aquadest untuk menghindari kontaminan. Limbah kulit pisang  yang  bersih  dikeringkan  di  bawah terik  sinar  matahari  selama  2  hari  berturut- turut  dan  dilanjutkan  dengan  pengeringan didalam oven pada suhu 80 o C selama 18 jam hingga  benar-benar  kering  seluruhnya. Setelah  itu  limbah  kulit  pisang  kering dihaluskan  dan  diklasifikasikan  ukurannya menggunakan vibrating  screen dengan ukuran mesh terbesar 300 µm.

## 2.3. SINTESIS
LIMBAH KULIT

## PISANG MENJADI KARBON
AKTIF Limbah  kulit  pisang  kering  yang  berbentuk serbuk selanjutnya dikarbonisasi
menggunakan tube furnace pada suhu 300 o C selama  2  jam  sehingga  limbah  kulit  pisang menjadi  karbon.  Setelah  itu,  karbon  yang telah terbentuk jadi diaktivasi menggunakan larutan  NaOH  dengan  dua  variabel,  0,1  dan 0,5  N,  selama  24  jam.  Karbon  yang  telah teraktivasi  dicuci  dengan  aquades  hingga mecapai  ph  netral  kemudian  dilanjutkan dengan pengeringan pada suhu 80 o C selama
24  jam.  Karbon  aktif  yang  telah  terbentuk disimpan kedalam desikator.
.

## 2.4. SKEMA  EKSPERIMEN  ADSORPSI ISOTERMIS
Mekanisme eksperimen yang dilakukan ialah mengkontakkan  0.6  gram  material  karbon aktif  di  dalam  larutan  limbah  tekstil  dengan perbandingan  konsentrasi  antara  limbah tekstil  dengan  aquades  sebesar  3  :  7    (v/v) dalam  volume  campuran  50  mL.  Waktu kontak dilakukan selama 120 menit, dengan pengamatan  konsentrasi    limbah  tekstil  di dalam larutan setiap 20 menit menggunakan analisa  spektrofotometri  UV-Vis.  Dalam percobaan ini menggunakan metode adsorpsi isothermis  sehingga  tidak  ada  perubahan suhu pada kondisi operasi.

## 3.  HASIL DAN PEMBAHASAN
Pembuatan  karbon  aktif  dari  limbah  kulit pisang  atau  yang  disebut Banana  Peel Activated Carbon (BPAC) dilakukan dengan metode karbonisasi. Setelah dilakukan proses pembuatan  karbon  aktif,  pada  penelitian  ini dilakukan  proses  yaitu  metode  aktivasi dengan  cara  kimia,  yaitu  mengontakkan karbon aktif dengan larutan kimia (activator) pada  rentang  waktu  tertentu.  Zat  aktivator yang digunakan ialah larutan NaOH dengan konsentrasi 0,1 dan 0,5 N
Sebelum  diaplikasikan  pada  limbah  tekstil, karbon  aktif  kulit  pisang  diujikan  pada pewarna  metil  biru  dengan  waktu  kontak selama 120 menit. Larutan metil biru dibuat dalam berbagai konsentrasi untuk menentukan kurva kalibrasi standar.
Pada  Gambar  1,  terlihat  bahwa  semakin tinggi  konsentrasi  larutan  meti  biru  maka semakin  tinggi  nilai  absorbansi  yang dihasilkan dengan menggunakan alat UV-Vis spektrofotometer untuk pengujian. Kurva ini digunakan  sebagai  acuan  hasil  penelitian limbah  teksil  yang  mengandung  pewarna metil  biru  diadsorbsi  oleh  karbon  aktif limbah kulit pisang.
Gambar 1. Kurva kalibrasi larutan pewarna metil biru
Selanjutnya, karbon aktif limbah kulit pisang diaplikasikan  sebagai  adsorben  pada  limbah tekstil  dengan  perbandingan  konsentrasi antara limbah tekstil dengan aquades sebesar 3 : 7  (v/v) dalam volume campuran 10 mL. Tabel 1. merupakan hasil analisa adsorbansi menggunakan alat UV-Vis spektrofotometer dengan  panjang  gelombang  maksimum  663 nm.
Hasil analisa menggunakan 0,6 gram Banana Peel  Activated  Carbon (BPAC)  memiliki daya  adsorbsi  rata-rata  sebesar  14,12  %. Semakin  tinggi  konsentrasi  dari  larutan aktivasi  NaOH  maka  semakin  tinggi  pula daya  adsorbsi  yang  dihasilkan  seperti  yang ditunjukkan dalam Tabel 1.
Tabel  1. Hasil  analisa  adsorbansi  larutan limbah tekstil
Waktu (menit) Adsorbansi dengan Aktivator Larutan NaOH 0,1 N Larutan NaOH 0,5 N 0 1.997 3.065 20 1.913 2.893 40 1.897 2.792 60 1.875 2.687 80 1.861 2.629 100 1.821 2.528 120 1.797 2.506 % Teradsorb 10,01 18,23 Rata-rata 14,12%
Studi  kinetika  adsorbsi  diperlukan  untuk menentukan nilai dari konstanta laju adsorbsi
yang  ditunjukkan  dengan  nilai  k.  Analisa kinetika  didasarkan  pada  kinetika  reaksi dengan nilai k 1 merupakan data kinetika yang dianalisa dalam pseudo orde satu sedangkan k 2 merupakan  data  kinetika  dalam  pseudo orde  dua.  Pseudo  orde  satu  menggunakan persamaan Lagregen [6] yaitu:
(1)
Sedangkan pseudo orde dua yang dikembangkan Ho dan McKay [7] menggunakan persamaan :
(2)
Tabel  2. Hasil  Perhitungan  Kinetika

## Adsorpsi
Pseudo first order Aktivasi alkali NaOH 0,1 N Aktivasi alkali NaOH 0,5 N 3 : 7 (v/v) 3 : 7 (v/v) q e (mg/g) 0,0033 0,0093 k 1 (1/min) 0,0066 0,0166 Pseudo second order Aktivasi alkali NaOH 0,1 N Aktivasi alkali NaOH 0,5 N 3 : 7 (v/v) 3 : 7 (v/v) q e (mg/g) 0,0033 0,0093 k 2 (g min/mg) 1,8172 1,2539 Model kinetika adsorpsi
Lagergren digunakan untuk sistem 2 fase yang berbeda yaitu  berbentuk  sistem  cair-padat.  Sampel yang digunakan adalah adsorpsi metilen biru pada limbah tekstil sebagau fasa cair (liquid) dengan  karbon  aktif  sebagai  adsorben padatnya. Model ini telah banyak diaplikasikan  untuk  adsorpsi  polutan  pada sistem  larutan.  Model  kinetika  adsorpsi pseudo orde dua yang dikembangkan oleh Ho juga  dilakukan  pada  penelitian  ini.  Hasil persamaan kinetika adsorpsi BPAC terhadap metilen  biru  dalam  limbah  tekstil  dengan pseudo  orde  satu  dan  pseudo  orde  dua ditunjukkan pada Tabel 2.
0 1 2 3 4 5 0 50 100 150 200 250 Abs or b an si
Konsentrasi Larutan Metil Biru (ppm)
  t k e t e q q 1 1    t q k t q k q e e t 2 2 2 2 1  

## 4.  KESIMPULAN
Banana  Peel  Activated  Carbon (BPAC) dapat diaplikasikan sebagai adsorben pewarna  dalam  limbah  tekstil,  dengan  daya adsorbsi  pada  larutan  limbah  tekstil  untuk penghilangan pewarna sebesar 14,12 %.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis  mengucapkan  terima  kasih  kepada Hibah DIKTI Penelitian Dosen Pemula yang telah  memberi  dukungan  finansial  terhadap penelitian  ini,  LPPM  (Lembaga  Penelitian dan Pengabdian Masyarakat) UISI yang telah mendukung  fasilitas  di  universitas,  dan perguruan  tinggi  mitra  Institut  Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya jurusan Teknik Kimia yang telah mendukung dalam fasilitas pengujian analisa bahan dan laboratorium.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Sumisih,  Studi  Tentang  Pengelolaan Limbah Bahan Berbahaya Dan Beracun  (B3)  Di  Rumah  Sakit  Islam Sultan  Agung  Semarang,  skripsi, Departemen Ilmu Kesehatan Masyarakat, Universitas Negeri Semarang, 2010.
[2] S.  Shakoor,  A.  Nasar,  Removal  of methylene  blue  dye  from  artificially contaminated water using citrus limetta peel waste as a very low cost adsorbent, J Taiwan Inst Chem E., vol.1,  no. 10 , hal. 1-10, 2016.
[3] N.  A.  Rohaizar,  Removal  of  Cu(II) from  water  by  adsorption  on  chicken eggshell, International  Journal  of Engineering & Technology , vol.13, no.
1, hal. 40-45, 2013.
[4]   M.  A.  Hossain,  Removal  of  copper from water by adsorption onto banana peel as bioadsorbent, Int J. of Geomate , vol. 2, no. 2, hal 227-234, 2012.
[5]   A. Bhatnagar, Agricultural waste peels as versatile biomass for water purification, Chem Eng J. , vol. 174, no.
6, hal.1 – 82, 2015.
[6] D.  L.  Postai,  dkk.,  Adsorption  of rhodamine B and methylene blue dyes using  waste  of  seeds  of Aleurites Moluccana ,  a  low  cost  adsorbent,
Alexandria Eng. J. , vol. 55, hal. 1713- 1723, 2016.
[7] Y.S.  Ho,  G.  Mckay,  Pseudo-second order  model  for  sorption  processes, Process  Biochem ,  vol.  34,  hal.  451– 465, 1999.