ISSN: 1410-8917
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi 14 (3) (2011) : 72 – 76

## Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi
Journal of Scientific and Applied Chemistry
Journal homepage: http://ejournal.undip.ac.id/index.php/ksa
Sintesis Arang Aktif dari Tempurung Kelapa dan Aplikasinya untuk Adsorpsi Asap Cair
Feti Dwi Kurniati a , Pardoyo a , Suhartana a* ,
a Inorganic Chemistry Laboratory, Chemistry Department, Faculty of Sciences and Mathematics, Diponegoro University, Jalan Prof. Soedarto, Tembalang, Semarang
* Corresponding author: suhartana@live.undip.ac.id
Art ic le   Info Ab s t rac t
Keywords: activated charcoal, liquid smoke, adsorption, phenolic compounds, acids, phosphoric acid, sodium chloride The synthesis of activated charcoal using coconut shell base material has been conducted. This study aims were to synthesize activated charcoal from coconut shell, using activated charcoal to adsorb liquid smoke and determining the optimum  adsorption conditions based on color, odor  and quantity of phenolic and acid compounds.  Activation of coconut shell charcoal  was performed  using  phosphic  acid  and  sodium  chloride  with  a  soaking  time  of  24  hours. Characterization of functional groups was performed using FTIR. Adsorption of liquid smoke was carried out with contact time of  7, 30 and 60 minutes. The  analysis of the  liquid smoke compound was carried out using GC-MS. The total content of phenol was analysed using UV- Vis spectrophotometer with Follin Ciocalteau method, while total acid content was analysed by titrimetric method. The results showed that activated charcoal was able to adsorb colour, odour and decreased the amount of phenolic and acid compounds. The best result for adsorption of liquid smoke  was obtained from activated charcoal  3F (activated charcoal activated by H 3 PO 4 with adsorption for 60 minutes). Liquid smoke after adsorption was clear and had a stench that did  not  sting.  The  functional  group  analysis  showed  the  presence  of  hydroxyl  and  carboxyl groups.  GC-MS  analysis  displayed  the  loss  of  a  number  of  compounds  in  liquid  smoke  after adsorption.  The  missing  compounds  were  generally  dominated  by  phenolic  and  acidic compounds. The highest decrease of phenolic compounds was 76.6% and the highest decrease was 58.2%.

## Ab s t rak
Kata kunci: arang aktif, asap cair, adsorpsi, senyawa fenolat, asam, asam phospat, natrium klorida Sintesis arang aktif menggunakan bahan dasar tempurung kelapa telah dilakukan. Penelitian ini bertujuan mensintesis arang aktif dari tempurung kelapa, menggunakan arang aktif untuk mengadsorpsi asap cair serta menentukan kondisi adsorpsi optimum berdasarkan warna, bau dan  kuantitas  senyawa  fenolat  dan  asam.  Aktivasi  arang  tempurung  kelapa  dilakukan menggunakan  asam  phospat  dan  natrium  klorida  dengan  waktu  perendaman  24  jam. Karakterisasi gugus fungsi dilakukan menggunakan FTIR. Adsorpsi asap cair dilakukan dengan waktu kontak 7, 30 dan 60 menit. Analisis senyawa penyusun asap cair dilakukan menggunakan GC-MS.  Kadar  total  fenol  dianalisis  menggunakan  spektrofotometer  UV-Vis  dengan  metode Follin Ciocalteau, sedangkan analisis kadar total asam menggunakan metode titrimetrik. Hasil penelitian menunjukkan bahwa arang aktif mampu mengadsorpsi warna, bau dan menurunkan jumlah  senyawa  fenolat dan  asam. Dan  hasil terbaik  untuk adsorpsi  asap cair diperoleh dari arang aktif 3F (arang aktif yang diaktivasi oleh H 3 PO 4 dengan adsorpsi selama 60 menit). Asap cair setelah adsorpsi berwarna jernih dan mempunyai bau yang tidak menyengat. Analisis gugus fungsi  menunjukkan  adanya  gugus  hidroksil  dan  karboksil.  Analisis  GC-MS  menunjukkan kehilangan sejumlah senyawa pada asap cair setelah diadsorpsi. Senyawa-senyawa yang hilang umumnya didominasi oleh senyawa fenolat dan asam. Penurunan tertinggi terhadap senyawa fenolat sebesar 76,6% dan penurunan tertinggi terhadap asam sebesar 58,2%.
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi 14 (3) (2011) : 72 – 76 73

## 1. Pendahuluan
Produksi  buah  kelapa  Indonesia  rata-rata  15,5 milyar  butir/tahun  atau  setara  dengan  3,02  juta  ton kopra, 3,75 juta ton air, 0,75 juta ton tempurung kelapa, 1,8  juta  ton  serat  sabut  dan  3,3  juta  ton  debu  sabut. Tempurung  kelapa  potensi  sebagai  bahan  baku  dari arang  aktif,  di  mana  mempunyai  daya  adsorpsi  yang tinggi terhadap bahan yang berbentuk larutan atau uap.
Arang  aktif  dapat  dibuat  melalui  dua  tahap,  yaitu tahap  karbonasi  dan  aktivasi.  Karbonasi  merupakan proses  pengarangan  dalam  ruangan  tanpa  adanya oksigen  dan  bahan  kimia  lainnya,  sedangkan  aktivasi diperlukan  untuk  mengubah  hasil  karbonisasi  menjadi adsorben yang memiliki luas permukaan yang besar [1]. Aktivasi adalah perlakuan terhadap arang yang bertujuan untuk memperbesar pori yaitu dengan cara memecahkan ikatan  hidrokarbon  atau  mengoksidasi  molekul permukaan sehingga arang mengalami perubahan sifat, baik  fisika  atau  kimia,  yaitu  luas  permukaannya bertambah  besar  dan  berpengaruh  terhadap  daya adsorpsi.
Aktivasi dibagi menjadi dua yaitu aktivasi fisika dan aktivasi kimia. Aktivasi fisika dapat didefinisikan sebagai proses memperluas pori dari arang aktif dengan bantuan panas,  uap  dan  gas  CO2.  Sedangkan  aktivasi  kimia merupakan aktivasi dengan pemakaian bahan kimia yang dinamakan  aktivator.  Aktivator  yang  sering  digunakan adalah hidroksida logam alkali, klorida, sulfat, fosfat dari logam  alkali  tanah  dan  khususnya  ZnCl2,  asam-asam anorganik seperti H 2 SO 4 dan H 3 PO 4 .
Pengasapan  merupakan  salah  satu  teknik  proses pengolahan  bahan  makanan  yang  telah  dikenal  secara luas sejak zaman dahulu. Penggunaan asap pada proses pengasapan  produk  kemudian  beralih  pada  asap  cair ( liquid  smoke )  yang  dibuat  dengan  mengkondensasikan asap. Penggunaan asap cair dapat memberikan efek yang sama  dengan  proses  pengasapan  secara  tradisional karena  pada  asap  cair  juga  terkandung  komponen- komponen  yang  memiliki  sifat  fungsional  sebagai pembentuk  cita  rasa,  antimikrobia,  dan  antioksidan seperti yang terkandung dalam asap [2].
Menurut  Pszczola  [3],  penggunaan  asap  cair memiliki  beberapa  keuntungan  dibandingkan  dengan pengasapan  tradisional,  antara  lain  flavor  yang dihasilkan lebih konsisten dan dapat diatur intensitasnya sesuai  yang  diinginkan,  dapat  digunakan  secara  luas pada  bahan  pangan,  dapat  difraksionasi  untuk memperoleh  flavor  asap  yang  lebih  intensif  dan menghilangkan  senyawa-senyawa  yang  berbahaya  bagi kesehatan  seperti  benzopiren,  serta  mengurangi  polusi udara.
Namun,  asap  cair  masih  mempunyai  penampilan yang  belum  jernih  dan  warna  coklat  yang  masih  pekat. Pada  aplikasi  terhadap  produk  tertentu  diinginkan  asap cair  yang  jernih  sehingga  tidak  mempengaruhi  warna produk.  Oleh  karena  itu,  perlu  dilakukan  penjernihan dengan  cara  adsorpsi.  Proses  adsorpsi  ini  dimaksudkan untuk  memucatkan  warna,  mengurangi  intensitas  bau, serta meningkatkan kejernihan.
Pada  penelitian  ini  dilakukan  sintesis  arang  aktif dari  tempurung  kelapa  dan  aplikasinya  dalam mengadsorpsi  asap  cair.  Penelitian  ini  bertujuan  untuk mensintesis  arang  aktif  dari  tempurung  kelapa, menentukan  aplikasi  arang  aktif  untuk  mengadsorpsi asap  cair, dan  untuk  menentukan  optimasi  adsorpsinya berdasarkan  warna,  bau  dan  kuantitas  senyawa  fenolat dan  asam.  Arang  aktif  hasil  sintesis  digunakan  untuk mengadsorpsi asap cair dan proses adsorpsi menggunakan  waktu  kontak  7  menit,  30  menit  dan  60 menit.Untuk karakterisasi arang aktif dilakukan dengan spektrofotometer FTIR dengan tujuan untuk menganalisis gugus fungsi yang ada. Dan untuk analisis senyawa yang ada pada asap cair baik sebelum diadsorpsi ataupun setelah diadsorpsi dianalisis dengan menggunakn  GC-MS.  Sedangkan  untuk  mengetahui kadar total fenol digunakan analisis dengan spektrofotometer  UV-Vis  dengan  metode  Follin Ciocalteau,  dan  untuk  kadar  total  asam  menggunakan metode titrimetrik.

## 2. Metodologi

## Pembuatan Asap Cair
Asap cair tempurung kelapa diperoleh dari pirolisis tempurung  kelapa  pada  suhu  400 ° C  [4].  Redistilat  asap cair diperoleh dari destilasi asap cair pada suhu 98 ° C.

## Pembuatan Arang Aktif
Sebanyak  50  gram  arang  tempurung  yang  lolos  60 mesh masing-masing direndam dalam 100 mL H 3 PO 4 4% dan  NaCl  4%  selama  24  jam.  Kemudian  campuran tersebut disaring dan dicuci dengan akuades. Kemudian dikeringkan dalam oven pada suhu sekitar 110 o C selama 2 jam.  Setelah  itu  didinginkan  dalam  desikator.  Lalu difurnace selama 2,5 jam pada suhu 400 o C.

## Adsorpsi Redistilat Asap Cair
Redistilat  asap  cair  tempurung  kelapa  dilewatkan melalui  adsorben  arang  aktif  dalam  kolom.  Adsorben dikemas dalam masing-masing kolom sebanyak 5 gram. Redistilat  asap  cair  dilewatkan  setetes  demi  setetes  ke adsorben  dengan  laju  alir  3  ml/menit  dengan pemvariasian  waktu  kontak  7,  30  dan  60  menit.  Hasil adsorpsi  ditampung  dalam  botol  vial.  Perlakuan  ini dilakukan baik untuk arang aktif yang diaktivasi dengan NaCl ataupun H 3 PO 4.
Asap cair hasil adsorpsi dari masing-masing kolom kemudian  dilakukan  beberapa  pengujian,  di  antaranya: (i) analisis Fenol dengan Metode Follin (ii) analisis asam dengan  Metode  Titrimetrik  (SNI  06-2422-1991)  (iii) analisis oleh GC-MS

## Operasi Gas Kromatografi Spektrofometri Massa
Dalam  penelitian  ini  kolom  yang  digunakan  adalah HP 5 (5% phenyl methyl silicone) dengan panjang kolom 30  m  dengan  diameter  0,25  mm  dan  suhu  awal  kolom 70 ° C  dan  kenaikan  suhunya  5 ° C  sampai  suhu  akhir mencapai  290 ° C.  Sampel  (asap  cair)  diinjeksikan sebanyak  1μL  pada  suhu  injektor  290 ° C,  setelah senyawa-  senyawa  dalam  sampel  menguap  maka  akan
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi 14 (3) (2011) : 72 – 76 74
dibawa oleh gas helium dan akan dideteksi oleh detektor dengan jenis detektor MS.

## 3. Hasil dan Pembahasan

## Tahap Aktivasi Arang Tempurung Kelapa
Proses  aktivasi  merupakan  hal  yang  penting  dalam pembuatan  arang  aktif.  melalui  proses  aktivasi  arang akan  memiliki  daya  adsorpsi  yang  semakin  meningkat, karena  arang  hasil  karbonasi  biasanya  masih mengandung  zat  yang  masih  menutupi  pori-pori permukaan  arang.  Zat  yang  menutupi  pori  dihilangkan menggunakan  aktivator  NaCl  dan  H 3 PO 4 .  Pada  saat perendaman  larutan  NaCl  dan  H 3 PO 4 akan  teradsorpsi oleh  arang  yang  akan  melarutkan  tar  dan  mineral anorganik. Hilangnya zat tersebut dari permukaan arang aktif  akan  menyebabkan  semakin  besar  pori  dari  arang aktif  [5].  Besarnya  pori  arang  aktif  berakibat meningkatnya luas permukaan arang aktif. Hal ini akan meningkatkan kemampuan adsorpsi dari arang aktif.

## Karakterisasi Arang Tempurung Kelapa
Arang  tempurung  kelapa  sebelum  dan  sesudah diaktivasi dikarakterisasi menggunakan spektrofotometer  FTIR.  Karakterisasai  ini  bertujuan untuk  menganalisis  gugus  fungsi  yang  ada  pada  arang tempering kelapa sebelum dan sesudah aktivasi.
Gambar 1. Spektra FTIR Arang Tempurung Kelapa
Gambar 2. Spektra FTIR Arang Tempurung Kelapa

## Aktivasi Asam Phospat
Dari  spektra  FTIR  arang  tempurung  kelapa menginformasikan  adanya  pita  serapan  pada  bilangan gelombang 3425,58 cm -1 muncul vibrasi ulur pada gugus
O-H. Vibrasi ini didukung pada serapan 1157,29 – 1111,00 cm -1 yang  merupakan  vibrasi  C-O.  Pada  bilangan gelombang  1589,34  cm -1 terdapat  vibrasi  C=C.  Pada Gambar  IV.2  spektra  arang  tempurung  kelapa  aktivasi H 3 PO 4 muncul serapan pada bilangan gelombang 1211,30 cm -1 yang  merupakan  vibrasi  dari  fospat.  Selain  gugus hidroksil pada spektra ini muncul gugus karboksil yaitu munculnya  serapan  C=O  (karbonil)  pada  bilangan gelombang 1705,07 cm -1 yang diperkuat oleh vibrasi ulur pada  gugus  O-H  di  bilangan  gelombang  3425,58 – 3384,72  cm -1 .  Gugus  yang  aktif  pada  arang  tempurung kelapa  yang  sudah  diaktivasi  yaitu  gugus  hidroksil  dan gugus  karboksil  yang  akan  berpengaruh  pada  adsorben arang aktif ini ketika digunakan untuk proses adsorpsi.

## Perbandingan Total Fenol Redistilat Asap Cair dengan Sisa Adsorpsi Menggunakan Metode Kolom
Pengujian  kadar  total  fenol  pada  setiap  hasil  sisa adsorpsi  dilakukan  menggunakan Spektofometer  UV-Vis pada  panjang  gelombang  maksimum  753  nm.  Di  bawah ini  pada  Tabel  IV.1  bisa  dipaparkan  kadar  total  fenol untuk  redistilat  asap  cair  sebelum  diadsorpsi  ataupun setelah  diadsorpsi  menggunakan  arang  aktif  yang diaktivasi oleh H 3 PO 4 dengan variasi waktu kontak.
Tabel 1: Pengaruh Arang Aktif yang Diaktivasi oleh H 3 PO 4 denganVariasi Waktu Kontak Terhadap Kadar
Total Fenol pada Asap Cair Nama Sampel Waktu Kontak Kadar Total Fenol (ppm) OF Awal (sebelum diadsorpsi) 31,10 1F 7 menit 12,69 2F 30 menit 8,89 3F 60 menit 7,27 Tabel 2: Pengaruh Arang Aktif yang Diaktivasi oleh NaCl dengan Variasi Waktu Kontak Terhadap Kadar Total Fenol pada Asap Cair Nama Sampel Waktu Kontak Kadar Total Fenol (ppm) OF Awal (sebelum diadsorpsi) 31,10 AF 7 menit 14,39 BF 30 menit 12,90 CF 60 menit 11,69
Perlakuan  yang  sama  juga  untuk  arang  aktif  yang diaktivasi oleh NaCl. Juga dibandingkan kadar total fenol antara redistilat asap cair yang belum diadsorpsi dengan hasil sisa adsorpsi, akan dipaparkan pada Tabel 2.
Hasil  penelitian  menunjukkan  adanya  penurunan kadar  fenol  pada  redistilat  asap  cair  sisa  adsorpsi,  baik yang  diapsorpsi  dengan  arang  aktif  yang  diaktivasi dengan H 3 PO 4 ataupun yang diadsorpsi dengan NaCl. Dari hasil penelitian dapat diketahui bahwa kadar total fenol terendah  terdapat  pada  redistilat  asap  cair  yang diadsorpsi  dengan  arang  aktif  yang  diaktivasi  dengan H 3 PO 4 dengan  waktu  kontak  60  menit  arang  aktif  (3F). Hasil  ini  sesuai  dengan  warna  yang  dihasilkan  warna yang  dihasilkan  semakin  bening  ketika  diadsorpsi
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi 14 (3) (2011) : 72 – 76
dengan  arang  aktif  (3F).  Adanya  penurunan  kadar  total fenol pada asap cair yang dimurnikan oleh arang aktif 10 – 90%.  Arang  aktif  memiliki  gugus  fungsional  pada permukaannya  yaitu  gugus  hidroksil  dan  gugus karboksil.  Proses  adsorspsi  senyawa  fenol  dalam  asap cair oleh arang aktif terjadi melalui adsorpsi fisika. Gugus hidroksil  fenol  pada  asap  cair  akan  bereaksi  atau membentuk  ikatan  dengan  gugus  karboksil  pada permukaan  arang  aktif  membentuk  ikatan  hidrogen  [6] yang  ditunjukkan  pada  Gambar  3.  Interaksi  ini  yang menyebabkan  arang  mampu  mengadsorsi  komponen senyawa fenol dalam asap cair.

## Gambar 3. Pembentukan Ikatan Hidrogen Pada Adsorpsi Fenol
Kemampuan arang aktif tempurung kelapa ini dalam mengadsorpsi  komponen  senyawa-  senyawa  fenol  juga didukung dari pH asap cair yang cenderung rendah. Fenol merupakan  senyawa  yang  mempunyai  gugus  hidroksil yang  menempel  pada  cincin  aromatik,  dikenal  juga sebagai asam karbolik yang merupakan asam lemah.

## Perbandingan Total Asam Redistilat Asap Cair dengan Sisa Adsorpsi dengan Metode Kolom
Pengujian  total  asam  dilakukan  dengan  metode titrimetrik. Di bawah ini adalah tabel total asam redistilat asap cair dan hasil sisa adsorpsi.
Tabel 3: Pengaruh Arang Aktif yang Diaktivasi oleh H 3 PO 4 denganVariasi Waktu Kontak Terhadap Kadar Total Asam pada Asap Cair
Nama Sampel Waktu Kontak Kadar Total Asam (ppm)
OF
Awal (sebelum diadsorpsi) 66.886 1F 7 menit 63.176 2F 30 menit 40.081,2 3F 60 menit 42.062,40
Tabel 4: Pengaruh Arang Aktif yang Diaktivasi oleh NaCl denganVariasi Waktu Kontak Terhadap Kadar Total Asam pada Asap Cair Nama Sampel Waktu Kontak Kadar Total Asam (ppm) OF Awal (sebelum diadsorpsi) 66.886 AF 7 menit 29.565,60 BF 30 menit 27.957,60 CF 60 menit 31.006,8
Dari  hasil  penelitian  di  atas  diketahui  bahwa adsorben arang aktif mampu mengadsorpsi asam dalam redistilat  asap  cair.  Asam  memiliki  kandungan  gugus karboksil  yang  bersifat  polar,  gugus  inilah  yang  akan berikatan dengan gugus fungsional pada arang aktif yang
bersifat  polar.  Dan  arang  aktif  sendiri  memiliki permukaan yang basa sehingga akan lebih efektif dalam mengikat  asam.  Penurunan  kadar  asam  pada  asap  cair juga  dipengaruhi  oleh  terjadinya  reaksi-  reaksi  dalam senyawa  lain  selama  penyimpanan.  Dalam  asap  cair terkandung  metil  alkohol  yang  dapat  bereaksi  dengan asam  asetat  membentuk  metil  asetat  sehingga menyebabkan penurunan kadar asam dalam asap cair.
Hasil Kromatogram Gas Cromatography dari Adsorpsi Fraksi- fraksi Asap Cair Menggunakan Adsorben Arang Aktif Tempurung Kelapa
Gambar 4. Kromatogram GC dari Redistilat Asap Cair sebelum Diadsorpsi
Gambar 5. Kromatogram GC Resditilat 1F
Gambar 6. Kromatogram GC Redistilat Asap Cair 2F
Gambar 7. Kromatogram GC Redistilat Asap Cair 3F
Gambar 8. Kromatogram GC Redistilat Asap Cair AF
Gambar 9. Kromatogram GC Redistilat Asap Cair BF
Gambar 10. Kromatogram GC redistilat Asap Cair CF
Dari  hasil  kromatogram Gas  Cromatography  Mass Spectrometry terhadap  redistilat  asap  cair  sebelum diadsorpsi dibandingkan dengan redistilat asap cair sisa adsorpsi  memiliki  penurunan  peak  yang  berarti penurunan  atau  hilangnya  beberapa  senyawa.  Sehingga
secara  keseluruhan  pada  penelitian  ini  arang  aktif  baik yang  diaktivasi  oleh  H 3 PO 4 ataupun  NaCl  mampu mengadsorpsi senyawa-senyawa yang ada pada asap cair khususnya senyawa fenolat dan senyawa asam sehingga mampu  memucatkan  warna  dan  mengurangi  bau  yang menyengat  pada  asap  cair.  Sehingga  asap  cair  sisa adsorpsi  lebih  cocok  digunakan  sebagai  pengawet  pada bahan  makanan  dengan  flavor  asap  yang  tidak menyengat dan warna yang lebih cerah.

## 4. Kesimpulan
Arang  aktif  yang  dihasilkan  mampu  menurunkan senyawa fenolat dan asam. Optimasi adsorpsi oleh arang aktif  didapat  hasil  kadar  total  fenol  terjadi  penurunan sebesar  76,6%  dari  hasil  adsoprsi  menggunakan  arang yang  diaktivasi  oleh  H 3 PO 4 dengan  waktu  kontak  60 menit  dan  untuk  total  asam  terjadi  penurunan  sebesar 58,2%  dari  hasil  adsorpsi  menggunakan  arang  yang diaktivasi  oleh  NaCl  dengan  waktu  kontak  30  menit. Semakin  rendah  kadar  total  fenol  maka  warna  yang dihasilkan pada asap cair semakin bening.

## 5. Daftar Pustaka
[1] Helena  Jankowska,  Andrzej  Świątkowski,  Jerzy Choma, Active carbon, Ellins Horwood, 1991.
[2]  María  D  Guillén,  María  L  Ibargoitia,  Volatile Components  of  Aqueous  Liquid  Smokes  from  Vitis viniferaL Shoots and Fagus sylvaticaL Wood, Journal of  the  Science  of  Food  and  Agriculture ,  72,  1,  (1996) 104-110
[3]  Donald  E  Pszczola,  Tour  highlights  production  and uses of smoke-based flavors, Food Technology , 49, 1,
(1995) 70-74
[4]  Juni  Prananta,  Pemanfaatan  sabut  dan  tempurung kelapa serta cangkang sawit untuk pembuatan asap cair sebagai pengawet makanan alami, Teknik Kimia Universitas Malikussaleh. Lhoksumawe , (2007)
[5]  Indah  Subadra,  Pembuatan  Karbon  Aktif  dari Tempurung Kelapa dengan Aktivator (NH 4 )HCO 3 dan Aplikasinya  sebagai  Adsorben  dalam  Proses Penjernihan  Virgin  Coconut  Oil,  skripsi,  Jurusan Kimia, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta
[6]  Ralph J Fessenden, Joan S Fessenden, Fundamentals of organic chemistry, Harper & Row, 1990.