## Article
Pengaruh Konsentrasi Aktivator Asam Fosfat (H 3 PO 4 ) pada Pembuatan Karbon Aktif dari Sabut Kelapa terhadap Adsorpsi Logam Kromium
Hamida Ishmatu Sholikhah 1,a , Hartika Rahma Putri 1,a , Inayati 1,b,*
1 Program Studi Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret Surakarta Jalan Ir. Sutami No. 36, Jebres, Surakarta 57126, Jawa Tengah E-mail: a hamida_ishmatu@student.uns.ac.id , b inayati@staff.uns.ac.id (Corresponding author)
Abstract. Chromium is one of the hazardous heavy metal contained in the industrial wastewater. It can be reduced by various methods, such as adsorption. The purpose of this study was initialized an activated carbon from coconut fiber by various phosphoric acid (H 3 PO 4 ) activator concentration (0,1M; 0,5M; 1M; 1,5M; 2M) and variation of contact time (30; 60; 90; 120; 150; 180 minutes) to obtain optimum adsorption capacity of chromium. Analysis of the activated coconut fiber carbon by SAA obtained a surface area of 53,39 m 2 /g. The potassium chromate (K 2 CrO 4 ) solution was adsorbed by the adsorbent and then analyzed by a UV-VIS Spectrophotometer to measure the chromium content. This study proved that chromium adsorption by activated coconut fiber carbon was increased by the time until reaching optimum condition. Enhancement of adsorption capacity was directly proportional as the more concentrated phosphoric acid activator. Maximum adsorption capacity obtained was 3,464 mg/g and the optimum condition was at contact time of 150 minutes with the phosphoric acid activator concentration of 2M.
Keywords: Activated carbon; Coconut Fiber; Adsorption; Chromium; Phosphoric Acid.

## EQUILIBRIUM Volume
5 No. 1 July 20 21 Online at http://equilibrium.ft.uns.ac.id

## 1. Pendahuluan
Logam kromium merupakan bahan yang berbahaya dalam limbah batik. Logam ini memiliki bilangan oksidasi +2, +3, dan +6. Senyawa kromium pada bilangan oksidasi +6 merupakan oksidan yang kuat dan paling beracun dibanding oksidan kromium yang lain. Bahaya terpapar kromium dapat menimbulkan iritasi hidung dan paru, iritasi mata, dan iritasi kulit [1]. Metode adsorpsi (adsorben karbon aktif) merupakan salah satu metode yang paling efektif dan potensial untuk menghilangkan warna, bau, minyak, dan polutan toksik dari proses pengolahan limbah karena kemampuan adsorpsinya yang baik [2]. Penggunaan adsorben dari bahan organik akhir-akhir ini sangat banyak dikembangkan. Kandungan utama suatu adsorben yang berasal dari bahan alam yaitu selulosa, hemiselulosa, dan lignin. Salah satu bahan alam yang banyak mengandung selulosa yaitu sabut kelapa. Sabut merupakan bagian mesokarp (selimut) yang berupa serat-serat kasar kelapa [3]. Sesuai dengan teori yang dikemukakan [4] dalam pembuatan karbon aktif dengan aktivasi kimia, aktivator yang lebih baik digunakan untuk material lignoselulosa, seperti pelepah kelapa sawit, ialah aktivator yang bersifat asam, seperti Asam Fosfat (H 3 PO 4 ), dibandingkan dengan aktivator yang bersifat basa, seperti Kalium Hidroksida (KOH). Hal ini dikarenakan aktivator asam mampu membuka pori karbon yang lebih besar dibandingkan dengan aktivator basa yang hanya mampu membuka pori karbon yang kecil sehingga daya serap dengan menggunakan aktivator asam lebih besar dengan menggunakan aktivator basa [5].
Tujuan utama dari penelitian ini adalah untuk mengetahui kemampuan adsorpsi karbon aktif dari limbah sabut kelapa untuk penurunan kadar kromium (Cr +6 ) pada limbah cair dengan aktivator Asam Fosfat (H 3 PO 4 ). Penelitian dilakukan dengan sistem batch menggunakan variasi konsentrasi larutan aktivator.

## 2. Metode Penelitian
2.1. Bahan Penelitian
a. Sabut kelapa sebagai bahan dasar pembuatan arang aktif. Sebelum diproses, sabut kelapa dicuci dengan air hingga bersih dan dikeringkan dengan sinar matahari hingga kering. b. Kalium kromat (K 2 CrO 4 ) sebagai bahan pembuatan larutan limbah artificial untuk menguji daya adsorbansi dari adsorben sabut kelapa. c. Asam fosfat (H 3 PO 4 ) sebagai larutan aktivator adsorben sabut kelapa dengan berbagai variasi konsentrasi.
2.2. Alat
a. Erlenmeyer Erlenmeyer digunakan untuk melakukan percobaan secara batch dengan cara memasukkan larutan logam kromium ke dalam erlenmeyer yang sudah diisi dengan adsorben teraktivasi. b. Oven
Oven digunakan untuk mengurangi kandungan air pada sabut kelapa sebelum digunakan sebagai arang aktif. c. Ayakan
Ayakan digunakan untuk  menyamakan ukuran partikel dari karbon aktif. Ayakan yang digunakan adalah ayakan berukuran 100 mesh.
d. Spektrofotometer Sinar Tampak (UV-Vis) Spektrofotometer digunakan untuk mengukur kandungan logam kromium sebelum dan sesudah diadsorpsi dengan panjang gelombang 360 nm.

## 2.3. Cara Kerja
a. Pembuatan karbon sabut kelapa Sabut kelapa yang telah dikeringkan di bawah sinar matahari diarangkan dengan menggunakan furnace pada suhu operasi  suhu 300 o C selama 3,5 jam. Arang yang dihasilkan kemudian diayak menggunakan ayakan berukuran  100 mesh . Selanjutnya,  serbuk arang  ditimbang untuk menentukan rendemen karbon yang terbentuk.
b. Pembuatan karbon aktif dengan berbagai konsentrasi larutan aktivator Sebanyak 2 gram karbon serbuk arang dimasukan ke dalam 6 buah erlenmeyer, kemudian ke dalam masing- masing erlenmeyer ditambahkan larutan asam fosfat (H 3 PO 4 ) sebanyak 25 ml dengan variasi konsentrasi
Hamida Ishmatu Sholikhah, Hartika Rahma Putri , Inayati
sebesar 0,1 M; 0,5 M; 1 M; 1,5 M; 2 M dan dilakukan perendaman selama 24 jam. Hasil dari perendaman tersebut kemudian disaring dan residunya dicuci dengan akuades hingga pH netral (pH 7). Setelah itu, karbon yang telah dicuci  dikeringkan dalam oven pada suhu 105 o C selama 1 jam,  kemudian didinginkan dalam desikator.
c. Pengujian karbon aktif Karbon aktif diuji dengan Surface Area Analyzer (SAA) atau pengujian BET untuk mengetahui besarnya luas permukaan aktif yang terdapat pada karbon aktif tersebut. d. Pengujian pengaruh konsentrasi larutan aktivator terhadap daya jerap karbon aktif Sebanyak 0,5 gram karbon yang telah diaktivasi dengan konsentrasi 0,1 M dimasukkan ke dalam 5 buah erlenmeyer. Larutan kromium sebanyak 25 ml dengan konsenntrasi 200 ppm dituangkan dalam erlenmeyer yang berisi karbon aktif, kemudian diaduk menggunakan magnetic stirrer . Masing – masing campuran diaduk dengan waktu yang bervariasi yaitu 0,5 jam; 1 jam; 1,5 jam; dan 2 jam. Hasil larutan tersebut disaring dan filtratnya dianalisis dengan UV-Vis pada panjang gelombang 360 nm. Langkah ini dilakukan kembali dengan menggunakan karbon aktif yang telah diaktivasi dengan konsentrasi aktivator 0,1 M; 0,5 M; 1 M; 1,5 M; 2 M.

## 3. Hasil dan Pembahasan

## 3.1. Penentuan Kondisi Optimum Adsorben Sabut Kelapa
Gambar 1 menunjukan pengaruh konsentrasi aktivator terhadap daja jerap adsorben. Dari gambar 1 dapat dilihat bahwa semakin tinggi konsentrasi aktivator maka kemampuan adsorben untuk menjerap logam kromium semakin besar. Larutan aktivator yang menghasilkan daya jerap tertinggi adalah pada konsentrasi 2 M.

## Gambar 1. Daya Jerap vs Waktu Kontak pada berbagai Konsentrasi Aktivator
Pada saat pengaktifan adsorben, pori-pori adsorben akan terbuka karena hilangnya hidrokarbon pada permukaan adsorben, sehingga daya jerap nya lebih besar dari karbon biasa [6]. Berdasarkan hasil penelitian, pada konsentrasi aktivator 2 M, daya jerap pada masing-masing waktu kontak memiliki nilai yang paling tinggi dibandingkan dengan adsorben dengan konsentrasi aktivator lainnya. Proses aktivasi menggunakan asam fosfat (H 3 PO 4 ) bertujuan untuk memperbesar pori sehingga luas permukaannya bertambah besar seiring dengan meningkatnya konsentrasi asam fosfat (H 3 PO 4 ) yang digunakan [7]. Dari hasil uji Surface Area Analyzer (SAA), karbon aktif sabut kelapa ini memiliki luas permukaan sebesar 53,39 m 2 /gram, total volume pori sebesar 0,04011 cc/gram, dan diameter pori rata-rata sebesar 2,85 nm.
Jumlah logam kromium yang dijerap (adsorbat) oleh adsorben berbanding lurus dengan meningkatnya waktu kontak. Semakin lama waktu kontak antara larutan sampel dengan adsorben, semakin banyak adsorbat yang terjerap. Pada kisaran waktu 30 - 180 menit jumlah adsorbat yang terjerap oleh adsorben semakin banyak, berlaku untuk semua jenis adsorben.  Namun, ketika waktu kontak menunjukkan lebih dari 180 menit, kemampuan daya jerap adsorben mulai menurun dan kurva mulai landai. Berdasarkan hasil tersebut, diperoleh waktu kontak optimal dari adsorben dengan larutan sampel berada pada waktu kontak 150 menit karena pada waktu kontak sekitar 150 menit, adsorben mengalami kejenuhan akibat pori-pori dari adsorben sudah tertutup kromium. Kemampuan adsorben dalam menjerap kromium kemudian menurun dan grafik mulai landai setelah mencapai titik jenuhnya.
Dari data yang diperoleh, dapat disimpulkan bahwa dalam penelitian ini kondisi optimum proses adsorpsi kromium dengan adsorben sabut kelapa diperoleh pada saat adsorben diaktivasi dengan aktivator ssam Fosfat (H 3 PO 4 ) 2 M selama 24 jam dan waktu kontak antara larutan sampel dengan adsorben selama 150 menit dengan nilai daya jerap optimum yang diperoleh sebesar 3,464 mg/g.

## 3.2. Penentuan Jenis Isoterm Adsorpsi
Pada penelitian ini digunakan dua jenis penentuan proses adsorpsi yang berlangsung yaitu isoterm Langmuir dan isoterm Freundlich. Menurut isoterm Langmuir, pada permukaan adsorben terdapat situs-situs aktif bersifat homogen yang proporsional dengan luas permukaan. Masing-masing situs aktif hanya dapat mengadsorpsi satu molekul adsorbat saja sehingga adsorpsi hanya akan terbatas pada pembentukan lapisan tunggal (monolayer), sedangkan isoterm Freundlich merupakan proses adsorpsi yang terjadi secara fisisorpsi banyak lapisan [8].
Jenis isotherm adsorpsi dilakukan dengan mencari hubungan antara jumlah kromium yang terjerap per satuan berat adsorben dengan konsentrasi kromium di dalam larutan. Isoterm yang diuji dalam penelitian ini adalah isoterm Freundlich dan isoterm Langmuir, yang dinyatakan dalam persamaan berikut:
Isoterm Freundlich :    x/m = Ce 1/n . K   ....................................................................................... (1)
Isoterm Langmuir  :    x/m = (1 + a.Ce) ......................................................................... ………(2)
Dimana nilai n,K, dan a adalah konstanta yang nilainya dicari menggunakan pada Tabel. Penentuan jenis isoterm yang sesuai dilihat dari nilai koefisien determinannya (R 2 ).
Tabel 1. Daya Jerap Adsorben sebagai Fungsi konsentrasi Larutan Kromium
Konsentrasi Aktivator Konsentrasi Akhir Larutan, Ce (ppm) Daya Jerap [x/m] (mg/g) 0,1 M 77,885 0 77,885 0 65,639 0,612 40,175 1,885 31,467 2,321 16,850 3,052 15,606 3,114 0,5 M 77,885 0 77,885 0 59,224 0,933 36,793 2,055 26,413 2,574 16,694 3,060 14,867 3,151 1 M 77,885 0 77,885 0 56,542 1,067 32,011 2,294 22,409 2,774 1,5 M 77,885 0
Pengaruh Konsentrasi Aktivator Asam Fosfat (H 3 PO 4 ) pada Pembuatan Karbon Aktif dari Sabut Kelapa terhadap Adsorpsi Logam Kromium 49 Hamida Ishmatu Sholikhah, Hartika Rahma Putri , Inayati 77,885 0 48,495 1,470 25,558 2,616 19,299 2,929 12,807 3,254 10,707 3,359 2 M 77,885 0 73,842 0,202 36,171 2,086 22,214 2,784 17,005 3,044 8,608 3,464 6,975 3,545

## Tabel 2. Persamaan Isoterm Freundlich
Konsentrasi Aktivator Persamaan Freundlich R 2 0,1 M Log (x/m) = -0,8236 x log Ce + 1,6993 0,8330 0,5 M Log (x/m) = -1,0697 x log Ce + 1,7898 0,8813 1 M Log (x/m) = -1,2389 x log Ce + 1,8331 0,8853 1,5 M Log (x/m) = -1,6867 x log Ce + 2,0083 0,9031 2 M Log (x/m) = -3,088 x log Ce + 2,5888 0,9060 Tabel 3. Persamaan Isoterm Langmuir Konsentrasi Aktivator Persamaan Langmuir R 2 0,1 M 𝐶𝐶𝐶𝐶 ( 𝑥𝑥 𝑚𝑚 ) = 1,9726. 𝐶𝐶𝐶𝐶 – 36.445 0,8674 0,5 M 𝐶𝐶𝐶𝐶 ( 𝑥𝑥 𝑚𝑚 ) = 1,3029. 𝐶𝐶𝐶𝐶 – 19,764 0,9179 1 M 𝐶𝐶𝐶𝐶 ( 𝑥𝑥 𝑚𝑚 ) = 1,1235. 𝐶𝐶𝐶𝐶 – 14,387 0,9399 1,5 M 𝐶𝐶𝐶𝐶 ( 𝑥𝑥 𝑚𝑚 ) = 0,8021. 𝐶𝐶𝐶𝐶 – 7,4511
0,9664
2 M 𝐶𝐶𝐶𝐶 ( 𝑥𝑥 𝑚𝑚 ) = 0,5216. 𝐶𝐶𝐶𝐶 – 2,4171 0,9763
Berdasarkan data pada Tabel 3 dan Tabel 4, terlihat bahwa proses adsorpsi logam kromium menggunakan adsorben sabut kelapa dengan aktivator asam fosfat (H 3 PO 4 ) cenderung mengikuti isoterm Langmuir. Hal ini dikarenakan harga koefisien determinan (R 2 ) lebih tinggi, dimana untuk isoterm Langmuir R 2 = 0,9763 sedangkan untuk isoterm Freundlich R 2 = 0,9060.
Tabel 4. Nilai Konstanta Isoterm Langmuir dan Konstanta Freundlich
Isoterm Konstanta Nilai Langmuir A 1,9172 B 0,2158 Freundlich k 387,97 n 0,3324

## 4. Kesimpulan
Kondisi optimum proses adsorpsi logam kromium (Cr +6 ) dari larutannya dengan adsorben sabut kelapa terjadi saat adsorben diaktivasi dengan aktivator larutan Asam Fosfat (H 3 PO 4 ) 2 M selama 24 jam dan waktu kontak antara adsorben dan larutan sampel selama 150 menit. Nilai daya jerap optimum yang diperoleh sebesar 3,464 mg/g. Proses adsorpsi logam kromium menggunakan adsorben sabut kelapa merupakan proses adsorpsi secara fisika yang mengikuti persamaan isoterm Langmuir dengan nilai R 2 = 0,9763.

## Referensi
[1] K. Zarkasi, A. Dewi Moelyaningrum , P. Trirahayu Ningrum, “Penggunaan Arang Aktif Kulit Durian ( Durio Zibethinus Murr ) terhadap Tingkat Adsorpsi Kromium (Cr 6+ ) pada Limbah Batik,” 5 67–73 (2018).
[2] D. Herawati, S.D. Santoso, I. Amalina, “Kondisi Optimum Adsorpsi-Fluidisasi Zat Warna Limbah Tekstil Menggunakan Adsorben Jantung Pisang,” J. Sain Heal. 2 1–7 (2018).
[3] K. Kardiman, L.I. La Ifa, R. Rasyid, “Pembuatan  Adsorben  dari  Sabut  Kelapa sebagai Penyerap  Logam  Berat  Pb(II),” ILTEK  J. Teknol. 14 2083–2087 (2020). https://doi.org/10.47398/iltek.v14i2.421.
[4] L.Y. Hsu, H. Teng, “Influence of Different  Chemical  Reagents on the Preparation of Activated  Carbons from Bituminous  Coal,” Fuel Process. Technol. 64 155–166 (2000). https://doi.org/10.1016/S0378-3820(00)00071-0.
[5] H.S.J.K.A.D. Wuntu, “Pengaktif Pada Arang Aktif Limbah Gergajian Kayu Meranti,” 1 43– 46 (2008).
[6] Erika Mulyana Gultom, M. Turmuzi Lubis, “Aplikasi Karbon Aktif dari Cangkang Kelapa Sawit dengan Aktivator H 3 PO 4 untuk Penyerapan Logam Berat Cd dan Pb,” J. Tek. Kim. USU . 3 5–10 (2014). https://doi.org/10.32734/jtk.v3i1.1493.
[7] Darmayanti Darmayanti, Nurdin Rahman, Supriadi Supriadi, “Adsorpsi Timbal  (Pb)  dan Zink (Zn) dari Larutannya Menggunakan Arang Hayati (Biocharcoal) Kulit Pisang Kepok Berdasarkan Variasi pH,” J. Akad. Kim. 1 159–165 (2012).
[8] A. Amri, Supranto, M. Fahrurozi, “Kesetimbangan Adsorpsi Optional Campuran Biner Cd ( II ) dan Cr ( III ) dengan Zeolit Alam Terimpregnasi 2-merkaptobenzotiazol,” J. Natur Indonesa . 6 111–117 (2004).