Stannum : Jurnal Sains dan Terapan Kimia, 2 (2) (2020) 57-67
Stannum : Jurnal Sains dan Terapan Kimia
Website: https://journal.ubb.ac.id/index.php/stannum doi: 10.33019/jstk.v2i2.1877 Research paper
Activated Carbon from Sugarcane ( Saccharum officinarum L.) Bagasse for Removal Ca 2+ and Mg 2+ Ions from Well Water
Karbon Aktif dari Ampas Tebu ( Saccharum officinarum L.) untuk Menghilangkan Ion Ca 2+ dan Mg 2+ dari Air Sumur
Ira Tyas Kurniasari 1 , Cucun Alep Riyanto 1,* , dan Yohanes Martono
1) Department of Chemistry, Universitas Kristen Satya Wacana Jalan Diponegoro No. 52-60 Salatiga 50711 Jawa Tengah-Indonesia
* Corresponding author: cucun.riyanto@uksw.edu

## ABSTRACT
Humans  need  water  with  good  quality  to  fulfill  their  needs.  Water  with  high  hardness content  will  have  a  bad  impact  if  consumed  continuously,  so  the  adsorption  method  is carried out to reduce the concentration of Ca 2+ and Mg 2+ ions. The adsorption process uses sugarcane bagasse activated carbon (SBAC) and the tested water sample is well water in District Jati, Kudus. Synthesis of  SBAC was conducted with H 3 PO 4 30% as an activator at an impregnation ratio of 1:5 (w/w) at temperature 700°C. The FTIR result showed that SBAC contains O-H, C- H, C=C, C≡C, and C-O as functional groups. Analysis result with the XRD instrument showed that the microstructure of SBAC that is formed is turbostatic structure and amorphous. Modeling isotherm suitable for SBAC adsorption on Ca 2+ ions is Langmuir isotherm  where  the  R 2 value  is  0.9134  which  shows  that  the  adsorption  process  occurs chemically and monolayer. Modeling isotherm suitable for SBAC adsorption on Mg 2+ ions is Elovich isotherm where the R 2 value is 0.8638 which means that the adsorption process is multilayer  and  adsorption  in  non-ideal  conditions.  Modeling  kinetics  suitable  for  SBAC adsorption on  Ca 2+ and Mg 2+ ions is Pseudo Orde 2 where the R 2 value is 0.9395 and 0.7274. Percent efficiency value of sugarcane activated carbon adsorption of Ca 2+ dan Mg 2+ ions on District Jati, Kudus well water is 14.44% and 8.94% and 40 minutes stirring time.
Key words : activated carbon, hardness, sugarcane bagasse.

## PENDAHULUAN
Air  merupakan  kebutuhan  vital  bagi kelangsungan  hidup  manusia.  Air  yang  layak untuk dikonsumsi harus memenuhi syarat fisik, kimia,  dan  biologis.  Salah  satu  syarat  kimia untuk  kualitas  air  minum  adalah  kandungan unsur  Ca  dan  Mg  dalam  air  yang  biasanya disebut  dengan  kesadahan  air.  Air  dengan tingkat kesadahan yang tinggi akan membentuk endapan kapur dan memberikan dampak yang
buruk  jika  digunakan  secara  terus-menerus. Sebagai  contoh,  timbulnya  kerak  pada  panci yang  digunakan  untuk  merebus  air.  Selain  itu, masalah kesehatan yang juga ditimbulkan dari kesadahan  air  yang  tinggi  yaitu  dapat menyebabkan  penyumbatan  pembuluh  darah jantung ( cardiovascular desease ) dan batu ginjal ( urolithiasis ) (Dinora & Purnomo, 2013). Hanya saja,  banyak  masyarakat  Kudus  masih
menggantungkan  rebusan  air  sumur  sebagai sumber air minum.
Mengingat  bahaya  yang  ditimbulkan,  maka diperlukan metode untuk menurunkan kandungan  zat  kapur  dalam  air  sumur.  Salah satu  metode  yang  dapat  digunakan  adalah adsorpsi  dengan  menggunakan  karbon  aktif. Adsorpsi dipilih karena metodenya yang relatif sederhana  dan  bahan  yang  digunakan  bisa didapat  dari  sisa – sisa  biomassa  yang  tidak terpakai. Penelitian dari  Firdiyono dkk (2012) menunjukkan bahwa jika dibandingkan dengan karbon aktif, zeolit tidak efektif untuk menjerap ion  Ca 2+ dan  Mg 2+ karena  zeolit  mengandung senyawa MgO dan CaO, yang ditunjukan dengan data  konsentrasi  ion  Mg 2+ awal  0,0324  ppm menjadi  0,0606  ppm  dan  konsentrasi  ion  Ca 2+ awal  0,1960  ppm  menjadi  1,4480  ppm.  Selain itu  Nurhayati,  Sutrisno,  &  Zainudin  (2018) berhasil membuat karbon aktif dari ampas tebu dengan karakteristik daya serap I 2 sebesar 46%, kadar  air  1%,  dan  kadar  abu  7%,  dan  sudah sesuai  SNI  06-3730-1995.  Salah  satu  bahan yang  dapat  digunakan  adalah  ampas  tebu, karena  ampas  tebu  merupakan  biomassa lignoselulosa yang memiliki kadar karbon tinggi (Hidayati  dkk,  2016).  Mulai  dari  konsentrasi Cu(II)  88-500  ppm,  penyerapan  optimum karbon  aktif  ampas  tebu  terjadi  pada konsentrasi 360 yaitu sebesar 60% (Nurhayati & Sutrisno, 2014)
Dalam  sintesis  karbon  aktif,  dilakukan aktivasi  karbon  melalui  aktivasi  fisika  dan aktivasi  kimia.  Pemilihan  jenis  aktivator  akan berpengaruh  terhadap  kualitas  karbon  aktif. Menurut  Nurbaeti,  Prasetya,  &  Kusumastuti (2018),  proses  aktivasi  bertujuan  untuk memperbesar  kemampuan  adsorpsi  dengan mekanisme  penghilangan  senyawa  pengotor yang melekat pada permukaan dan pori – pori karbon. Penelitian tentang aktivasi karbon aktif menggunakan  H 3 PO 4 pernah  dilakukan  oleh Adib  et  al.,  (2016)  yang  berhasil  membuat karbon  aktif  dari  ampas  tebu  dengan  serapan iodin  tertinggi  sebanyak  974,96  mg/g  pada konsentrasi aktivator 30%.
Berdasarkan penelitian-penelitian sebelumnya,  belum  dilakukan  kajian  tentang adsorpsi  ion  Ca 2+ dan  Mg 2+ menggunakan karbon aktif ampas tebu pada air sumur.  Oleh karena itu, dalam penelitian ini akan dilakukan sintesis  karbon  aktif  dari  ampas  tebu menggunakan  aktivator  H 3 PO 4 ,  menentukan pemodelan isoterm dan kinetika adsorpsi pada ion Ca 2+ dan Mg 2+ , dan menentukan % efisiensi
adsorpsi  ion  Ca 2+ dan  Mg 2+ pada  air  sumur  di kecamatan Jati Kudus.

## METODOLOGI

## Bahan
Ampas  tebu  ( Saccharum  officinarum L.),  air sumur yang diperoleh dari Kudus, kertas saring (Whatman  no  91),  H 3 PO 4 (E-Merck  Germany), NaOH (Merck, in North America). Bahan kimia yang digunakan untuk titrasi meliputi Akuades, karbon aktif standard (Merck),a NH 4 OH, NH 4 Cl, NaCl, indikator EBT dan Murexid, MgCl 2 , CaCl 2 dan  EDTA  yang  masing-masing  berderajat teknis diperoleh dari Laboratorium Kimia FSM UKSW.

## Alat
Grinder ,  ayakan  30  mesh,  oven,  furnace, vakum  Buchner,  pH  meter,  buret  dan  klem, erlenmeyer,  labu  ukur,  gelas  ukur,  pipet  ukur dan volume, gelas beaker .
Instrumen Instrumen yang digunakan adalah Spektrofotometer Inframerah (FT-IR, Shimadzu Prestige  21,  Universitas  Gadjah  Mada)  dan Difraktometer Sinar- X (XRD, PANalytical X’Pert Pro, Universitas Negeri Malang)

## Prosedur Sintesis Karbon Aktif Ampas Tebu (AT)
Sebelum digunakan, ampas tebu dibersihkan dari  debu  dan  kerikil  menggunakan  air  dan dikeringkan  di  bawah  sinar  matahari  hingga mengering.  Ampas  tebu  yang  telah  kering dihaluskan dengan menggunakan grinder dan di saring  pada  saringan  30  mesh.  Serbuk  ampas tebu  yang  berukuran  30  mesh  dikarbonisasi pada  suhu  400°C  selama  1  jam.  Selanjutnya karbon ampas tebu diimpregnasi dengan H 3 PO 4 30%  dengan  rasio  1:5  (b/b,  karbon:H 3 PO 4 ) selama  24  jam.  Kemudian  sampel  dikeringkan dalam oven pada suhu 110°C. Sampel yang telah kering diaktivasi pada suhu 700°C selama 1 jam. Selanjutnya  karbon  aktif  ampas  tebu  (AT) dinetralkan menggunakan NaOH 1% hingga pH 7  dan  dibilas  menggunakan  akuades  untuk menghilangkan garam yang terbentuk. Karbon aktif  AT  yang  telah  netral  di  keringkan menggunakan oven pada suhu 110°C selama 24 jam.

## Karakterisasi Karbon aktif
Gugus  fungsional  karbon  aktif  ampas  tebu dapat diamati menggunakan Spektrofotometer FT-IR pada bilangan gelombang 4000-400 cm -1 .
Analisis  sifat  kristal  karbon  aktif  ampas  tebu diuji dengan Difraktometer Sinar-X (XRD).
Titrasi  EDTA (SNI  06-6989.12-2004,  2004 yang dimodifikasi)
a. Kesadahan Total Disiapkan  larutan buffer pH  10  dengan menggenapkan  1,69  g  NH 4 Cl  dan  28,6  mL NH 4 OH  dalam  labu  50  mL.  Selanjutnya, sejumlah 15 mL sampel dicampur dengan 2 mL buffer pH 10, dan 30 mg indikator EBT. Larutan sampel tersebut kemudian dititrasi dengan menggunakan larutan EDTA 0,01 M hingga terjadi perubahan warna dari ungu menjadi  biru.  Kesadahan  total  di  hitung menggunakan rumus sebagai berikut:
𝐾𝑒𝑠𝑎𝑑𝑎ℎ𝑎𝑛 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 1000 𝑉𝑐𝑢 𝑥𝑉 (𝑎) 𝑥𝑀 𝐸𝐷𝑇𝐴 𝑥100 (1)
Keterangan: V cu : volume larutan contoh uji (mL) V (a) :  volume  rata-rata  larutan  baku Na 2 EDTA untuk titrasi kesadahan total (mL) M EDTA :  molaritas  larutan  baku  Na 2 EDTA untuk titrasi (mmol/mL)
b. Kadar ion Ca 2+
Sejumlah  15  mL  sampel  diatur  pH  nya menggunakan  NaOH  hingga  mencapai  pH 12  dan  ditambahkan  seujung  spatula indikator murexid. Larutan sampel tersebut kemudian  dititrasi  menggunakan  larutan EDTA  0,01  M  hingga  terjadi  perubahan warna  dari  merah  muda  menjadi  ungu. Kadar  ion  Ca 2+ dihitung  menggunakan rumus sebagai berikut :
𝐾𝑎𝑑𝑎𝑟 𝐶𝑎 = 1000 𝑉 𝑐𝑢 𝑥𝑉 (𝑏) 𝑥𝑀 𝐸𝐷𝑇𝐴 𝑥40 (2)
Keterangan: V cu : volume larutan contoh uji (mL) V (b) :  volume  rata-rata  larutan  baku Na 2 EDTA untuk titrasi kalsium (mL) M EDTA :  molaritas  larutan  baku  Na 2 EDTA untuk titrasi (mmol/mL)
c. Kadar ion Mg 2+ Kadar  ion  Mg 2+ dihitung  menggunakan rumus sebagai berikut:
𝐾𝑎𝑑𝑎𝑟 𝑀𝑔 = 1000 𝑉𝑐𝑢 𝑥[𝑉 (𝑎)− 𝑉 (𝑏) ]𝑥𝑀 𝐸𝐷𝑇𝐴 𝑥24,3 (3) Keterangan: V cu : volume larutan contoh uji (mL) V (a) :  volume  rata-rata  larutan  baku Na 2 EDTA untuk titrasi kesadahan total (mL) V (b) :  volume  rata-rata  larutan  baku Na 2 EDTA untuk titrasi kalsium (mL) M EDTA :  molaritas  larutan  baku  Na 2 EDTA untuk titrasi (mmol/mL)
Isoterm Adsorpsi (Rolence, Machunda, & Njau, 2014 yang dimodifikasi)
Adsorbat  yang  digunakan  untuk  penentuan pemodelan  adalah  air  sadah  sintetis  100  ppm yang dibuat dengan melarutkan 0,0979 g CaCl 2 dan  0,0823  g  MgCl 2 dalam  1  L  akuades. Pemodelan isoterm dilakukan dengan membuat 7 variasi konsentrasi air sadah sintetis yaitu 30, 40,  50,  60,  70,  80,  dan  90  ppm.  Selanjutnya, sejumlah  25  mL  masing-masing  variasi dicampurkan dengan 10 mg karbon aktif AT dan diaduk  selama  45  menit  menggunakan stirrer . Adsorbat  yang  telah  teradsorpsi  oleh  karbon aktif AT diukur konsentrasinya dengan metode titrasi  EDTA.  Data  yang  diperoleh  selanjutnya dianalisis  menggunakan  persamaan  Langmuir, Elovich,  Redlich  Peterson,  dan  Freundlich. Bentuk persamaan pemodelan isoterm Langmuir adalah sebagai berikut:
𝐶 𝑒 𝑞 𝑒 = 1 𝑞 𝑚 𝐾 𝐿 + 𝐶 𝑒 𝑞 𝑚 (4)
Dimana  C e adalah  konsentrasi  adsorbat (mg/g),  K L adalah  konstanta  Langmuir  yang berhubungan  dengan  kapasitas  adsorpsi (mg/g) (Ayawei, Ebelegi, & Wankasi, 2017).
Bentuk  persamaan  pemodelan  isoterm Elovich adalah sebagai berikut:
𝑙𝑛 𝑞 𝑒 𝐶 𝑒 = 𝑙𝑛𝐾 𝐸 𝑞 𝑚− 𝑞 𝑒 𝑞 𝑚 (5)
Kapasitas adsorpsi maksimum Elovich dapat dihitung  dari slope dan intercept antara ln(q e /C e ) versus q e (Ayawei et al., 2017). Bentuk  persamaan  pemodelan  Redlich- Peterson adalah sebagai berikut:
𝑙𝑛 𝐶 𝑒 𝑞 𝑒 = 𝛽𝑙𝑛𝐶 𝑒 − 𝑙𝑛𝐴 (6)
Dimana 𝛽 adalah slope dan A adalah intercept (Ayawei et al., 2017) .
Bentuk  persamaan  pemodelan  Freundlich adalah sebagai berikut:
log 𝑞 𝑒 = 𝑙𝑜𝑔𝐾 𝐹 + 1 𝑛 𝑙𝑜𝑔𝐶 𝑒 (7)
Dimana K F adalah kapasitas adsorpsi (L/mg) dan 1/n adalah intensitas adsorpsi  (Ayawei et al., 2017).
Kinetika  Adsorpsi (Maulana,  Iryani,  & Nashrianto, 2017 yang dimodifikasi) Adsorbat  yang  digunakan  untuk  penentuan pemodelan  kinetika  adalah  air  sadah  sintetis dengan konsentrasi 70 ppm yang dikontakkan dengan karbon aktif AT seberat 10 mg dalam 25 mL  larutan  uji  dengan  variasi  waktu pengadukan yaitu 10, 20, 30, 40, 50, 60, dan 70 menit. Adsorbat yang telah teradsorpsi diukur konsentrasinya  dengan  metode  titrasi  EDTA. Data  yang  diperoleh  selanjutnya  dianalisis menggunakan  persamaan  Pseudo  Orde  2  dan Elovich. Bentuk persamaan pemodelan kinetika Pseudo Orde 2 adalah sebagai berikut:
𝑡 𝑞 𝑡 = 1 𝑘 2 𝑞 𝑒 2 + 1 𝑞 𝑒 𝑡 (8)
Dimana V 0 adalah laju adsorpsi awal dan q e adalah jumlah adsorbat teradsorpsi pada waktu t (Jeyakumar & Chandrasekaran, 2014).
Bentuk  persamaan  pemodelan  Elovich adalah sebagai berikut:
𝑞 𝑡 = 1 𝛽 ln(𝛼𝛽) + 1 𝛽 ln 𝑡 (9)
Dimana  q t adalah  jumlah  gas  yang teradsorpsi  pada  waktu  t, 𝛼 adalah  kontanta desorpsi, dan 𝛽 adalah laju adsorpsi awal (Holle, Wuntu, & Sangi, 2013). Bentuk persamaan pemodelan Weber Moris adalah sebagai berikut:
log 𝑞 𝑡 = log 𝐾 𝑖𝑛𝑡 + 1 2 log 𝑡 (10) Dimana  K int adalah  konstanta  laju Difusi Intrapartikel diffusion , q t adalah kapasitas pada waktu t, t adalah waktu dan 1/2 adalah gradien plot linear (Kurniawati dkk, 2013).
Bentuk  persamaan  difusi  intrapartikel adalah sebagai berikut:
𝑞 𝑡 = 𝐾 𝑑 𝑡 1 2 + 𝐶 (11) Dimana  q t adalah  kapasitas  adsorpsi  pada waktu  t,  K d merupakan  tetapan  laju  difusi (mg/g.min 1/2 ) dan C merupakan intercept yang menggambarkan  ketebalan  lapisan  batas ( boundary  layer )  (Zulfikar,  Widiansyah,  & Setiyanto, 2016)
Efisiensi Adsorpsi Ion Ca 2+ dan Mg 2+ Adsorbat yang digunakan adalah sampel air sumur  yang  diperoleh  di  Kecamatan  Kudus. Disiapkan  25  mL  sampel  air  kemudian ditambahkan karbon aktif AT sebanyak 10 mg dan di aduk selama 40 menit (dilakukan secara triplo).  Sampel  yang  telah  teradsorpsi selanjutnya diukur konsentrasinya menggunakan metode titrasi EDTA.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil Analisis Gugus Fungsional (FT-IR) Hasil karakterisasi FT-IR karbon aktif ampas tebu (AT) dengan rasio impregnasi asam fosfat 30%  1:5 b/b yang diaktivasi pada suhu  700°C dan  karbon  aktif  standard  dapat  dilihat  pada Gambar 1.
Pada  Gambar  1a  menunjukkan  beberapa serapan  yang  muncul  pada  karbon  aktif standard. Pita serapan lebar yang muncul pada bilangan  gelombang  3510,45  cm -1 merupakan gugus fungsi OH, yang diperkuat dengan adanya pita  serapan  pada  1126,43  cm -1 yang menunjukkan  adanya  vibrasi  C-O  dari  OH sekunder  (Wibowo,  Syafi,  &  Pari,  2011). Serapan    pada    bilangan    gelombang    2931,80
cm -1 menunjukkan adanya gugus C-H stretching vibration yang masuk dalam kelompok metilen (=CH 2 ) dan metil (-CH 3 ) (Yorgun & Yıldız, 2015) . Terlihat  pula  pita  serapan  pada  bilangan gelombang 1635,64-1573,91 cm -1 yang menunjukkan  adanya  ikatan  C=C  (aromatik). Puncak  pada  bilangan  gelombang  2337,72- 2291,43 cm -1 yang menunjukkan adanya gugus a setilen (C≡C) (Wijaya et al. , 2018).
Gambar  1. Spektra  FT-IR  (a)  karbon standard/komersial  dan  (b)  karbon  aktif  AT pada  rasio  impregnasi  1:5  b/b  dan  diaktivasi suhu 700°C.
Pengaruh  rasio  impregnasi  1:5  b/b  dan aktivasi pada suhu 700°C karbon aktif AT dapat dilihat  pada  Gambar  1b.  Hasil  menunjukkan bahwa perlakuan karbon aktif AT memberikan pengaruh  terhadap  terbentuknya  beberapa gugus  baru  dan  perbedaan  intensitas  pada bilangan gelombang tertentu. Vibrasi C-O pada karbon  aktif  AT  yang  muncul  pada  panjang gelombang  1172,72-1126,43  cm -1 dapat diindikasikan sebagai ikatan C-O-P yang terjadi akibat proses aktivasi oleh H 3 PO 4 . Hal ini serupa dengan penelitian yang telah dilakukan Hadoun et  al. ,  (2013)  bahwa  vibrasi  C-O  yang  muncul pada 1160 cm -1 diindikasikan sebagai ikatan C- O-P.  Kemudian  muncul  puncak  kecil  pada bilangan gelombang 1041,56 cm -1 yang diduga merupakan  vibrasi  dari  P-O  pada  gugus  P-OH. Adanya  gugus  tersebut  diduga  akibat  aktivasi menggunakan asam fosfat (Sahara, Sulihingtyas, &  Mahardika,  2012).  Hasil  identifikasi  gugus fungsi karbon aktif AT dengan instrumen FTIR mengandung gugus fungsi O-H, C- H, C=C, C≡C, dan  C-O.  Dengan  adanya  gugus  O-H  dan  C-O, karbon  ampas  tebu  yang  teraktivasi  lebih bersifat  polar,  sehingga  dapat  digunakan sebagai  adsorben  untuk  zat  yang  cenderung polar (Wijaya et al ., 2018).

## Hasil Analisis Kristalinitas (XRD)
Pola  XRD  yang  dihasilkan  sampel  karbon aktif  AT  dibandingkan  dengan  karbon  aktif standard yang dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar 2. Pola difraksi sinar-X (a) karbon aktif standard dan (b) karbon aktif AT optimal.
Hasil  analisis  menunjukkan  bahwa  pola difraksi  karbon  aktif  AT  sangat  mirip  dengan pola difraksi karbon aktif standard yaitu puncak yang tajam pada sudut 2θ di sekitar 23 ,61° dan
43,59°.  Perbedaan  hanya  pada  intensitas difraksi  karbon  aktif  AT  yang  relatif  lebih rendah  dibanding  dengan  karbon  aktif standard.  Struktur  mikro  karbon  aktif  yang terbentuk  adalah  struktur  turbostratik  yang ditandai  dengan  puncak  mayor  dan  minor masing-masing pada orientasi bidang (002) dan (100) pada sudut 2θ sekitar 22 -25° dan 43-45° (Hutapea dkk, 2017). Nilai hkl (002) dan (100) yang  muncul  pada  sampel  karbon  aktif  AT membentuk  jangkauan  sudut  yang  lebar  dan puncak yang landai, hal ini menunjukkan bahwa sampel karbon aktif bersifat amorf . Puncak yang muncul  pada  nilai  hkl  tersebut  (sudut  23,61° dan  43,59°)  merupakan  penciri  grafit  pada bidang  datar  (plannar,  L)  (Darmawan  dkk, 2015).

## Isoterm Adsorpsi
Empat pemodelan digunakan untuk menentukan mekanisme adsorpsi diantaranya, Langmuir,  Elovich,  Redlich  Peterson,  dan Freundlich.  Model  isoterm  adsorpsi  pada  ion Ca 2+ dan  Mg 2+ dapat  dilihat  pada  Tabel  1  dan Gambar 3.
Tabel 1 . Data parameter pemodelan isoterm adsorpsi karbon aktif AT Model Isoterm Parameter Sampel Uji Ca 2+ Mg 2+ Langmuir Persamaan y = 0,0817x + 0,2441 y = 2,5444x - 6,2365 R 2 0,9134 0,4903 q m 12,2399 0,3930 K L 0,3346 -0,4080 R L 0,4045 0,5765 Elovich Persamaan y = -0,1165x +1,0639 y = 0,9374x - 3,0794 R 2 0,2478 0,8638 q m -8,5836 1,0667 K E -0,3369 -7,8472 Redlich-Peterson Persamaan y = 0,7042x - 1,5492 y = 1,5201x - 1,2587 R 2 0,8897 0,8405 β 0,7042 1,5201 A -4,2111 -3,4215 Freundlich Persamaan y = 0,2958x + 0,6728 y = -0,5201x + 0,5466 R 2 0,5872 0,3815 n 3,3806 -1,9227 K F 0,0190 0,0023
Gambar 3. Grafik persamaan linier isoterm adsorpsi karbon aktif AT terhadap ion Ca 2+ dan Mg 2+ .
Proses  adsorpsi  karbon  aktif  AT  pada  ion Ca 2+ lebih  mengikuti  pemodelan  Langmuir (Gambar 3) dengan nilai koefisien korelasi (R 2 ) sebesar 0,9134. Penentuan pemodelan adsorpsi terbaik dilihat dari nilai koefisien korelasi (R 2 )
yang hampir mendekati 1 (Nababan, Irianty, & Yelmida,
2017). Pemodelan
Langmuir mengartikan  bahwa  proses  adsorpsi  terjadi secara  kimia  dan  adsorpsi  bersifat monolayer atau hanya berlangsung satu lapis dan masing- masing situs permukaannya hanya mengadsorpsi satu molekul (bersifat homogen). Berdasarkan analisis dari persamaan Langmuir yang  dapat  dilihat  pada  Tabel  1,  nilai  q m menunjukkan  kapasitas  adsorpsi  maksimal, yaitu  sebesar  12,2399  mg/g;  nilai  K L menunjukkan  kekuatan  interaksi  antara  ion Ca 2+ dengan  karbon  aktif  AT,  yaitu  sebesar 0,3346  mg/g;  dan  parameter  R L yang  didapat adalah  sebesar  0,4045.  Nilai  R L yang  berada pada kisaran 0 < R L < 1 artinya adsorpsi bersifat favorable (Sepehr et al ., 2013). Berbeda dengan penelitian yang dilakukan oleh Maulana, Iryani, &  Nashrianto  (2017)  tentang  pemanfaatan ampas  teh  sebagai  adsorben  kesadahan  air, pemodelan isoterm adsorpsi pada ion Ca 2+ lebih mengikuti  isoterm  Freundlich  dengan  nilai koefisien  korelasi  0,9822.  Perbedaan  ini dikarenakan  sampel  ampas  tebu  memiliki kandungan  selulosa  yang  lebih  tinggi  jika
dibandingkan  dengan  ampas  teh,  sehingga gugus OH dari selulosa ampas tebu lebih banyak mengikat Ca 2+
(bersifat homogen)
(Fithriatusshalihah, 2016).
Proses  adsorpsi  karbon  aktif  AT  pada  ion Mg 2+ mengikuti pemodelan Elovich (Gambar 3) dengan nilai koefisien korelasi yang mendekati 1,  yaitu  0,8638.  Untuk  pemodelan  Elovich mendeskripsikan  bahwa  adsorpsi  bersifat multilayer dan  adsorpsi  dalam  keadaan  yang tidak ideal (Ayawei et al ., 2017). Parameter q m menunjukkan  kapasitas  adsorpsi  maksimum sebesar  1,0667  mg/g  dan  K E merupakan parameter Elovich. Hasil penelitian ini berbeda dengan  hasil  penelitian  yang  dilakukan  oleh Sepehr et  al .,  (2013)  tentang  adsorpsi kesadahan  pada  air  minum  menggunakan penjerap batu apung yang dimodifikasi dengan hasil bahwa pemodelan isoterm adsorpsi pada ion  Mg 2+ lebih  mengikuti  pemodelan  isoterm Freundlich. Hal ini dikarenakan aktivator yang digunakan  pada  masing-masing  adsorben berbeda  sehingga  menyebabkan  interaksi permukaan adsorben dengan adsorbat berbeda.

## Kinetika Adsorpsi
Data adsorpsi diplot-kan pada empat model kinetika,  yaitu  Pseudo  Orde  2,  Weber  Morris, Difusi  Intrapartikel  dan  Elovich  yang  dapat dilihat pada Tabel 2 dan Gambar 4.
Tabel 2. Data parameter pemodelan kinetika adsorpsi karbon aktif AT Model Kinetika Parameter Sampel Uji Ca 2+ Mg 2+ Pseudo Orde 2 Persamaan y = 0,1468x + 0,0942 y = 0,3894x + 2,359 R 2 0,9395 0,7274 K 2 0,2287 0,0642 Weber Moris Persamaan y = 0,1603x + 0,5679 y = 0,2815x - 0,0968 R 2 0,48 0,3294 K int 0,0034 7,22 x 10 -11 Difusi Intrapartikel Persamaan y = 0,3217x + 4,6128 y = 0,172x +1,2093 R 2 0,3415 0,2073 K d 0,3217 0,172 C 4,6128 1,2093 Elovich Persamaan y = 0,9837x + 3,1085 y = 0,5237x +0,4128 R 2 0,4381 0,2637 α 8,4497 1,1221 β 1,0165 1,9094
Gambar 4. Grafik persamaan linier kinetika adsorpsi karbon aktif AT terhadap ion Ca 2+ dan Mg 2+ . Kinetika  adsorpsi  karbon  aktif  AT  ion  Ca 2+ dan  Mg 2+ lebih  mengikuti  pemodelan  Pseudo Orde  2  (Gambar  4)  jika  dibandingkan  dengan pemodelan  Elovich,  Weber  Moris  dan  difusi intrapartikel. Nilai R 2 pada pemodelan kinetika adsorpsi karbon aktif AT terhadap ion Ca 2+ dan Mg 2+ pada  pemodelan  Pseudo  Orde  2  yaitu 0,9395  dan  0,7274,  berturut-turut.  Model Pseudo  Orde  2  mengasumsikan  bahwa kapasitas  adsorpsi  proporsional  terhadap jumlah  situs  aktif  (Nadeem,  2016).  Menurut Holle et  al .,  (2013), model  ini  mengasumsikan
bahwa ion-ion logam divalen teradsorpsi secara kimia melalui pertukaran ion logam. Parameter- parameter dalam model kinetika Pseudo Orde 2 ditunjukkan  pada  Tabel  2.  Parameter  k 2 menunjukkan konstanta laju adsorpsi (m/M.min). Nilai K 2 pada ion Ca 2+ senilai 0,2287 m/M.min,  nilai  tersebut  lebih  besar  jika dibandingkan  dengan  nilai  k 2 pada  ion  Mg 2+ yaitu  0,0642  m/M.min,  artinya  laju  adsorpsi karbon  aktif  AT  berlangsung  lebih  cepat  pada ion  Ca 2+ .  Pernyataan  ini  sesuai  dengan penelitian  Heidarpour,  Mousavi,  &  Majid,
(2014)  pada  analisis  kinetika  Pseudo  Orde  2 menggunakan  adsorben  limbah  pertanian bahwa  laju  adsorpsi  ion  Ca 2+ lebih  besar dibanding ion Mg 2+ . Efisiensi Penurunan Kadar Ion Ca 2+ dan Mg 2+
Hasil analisis efisiensi penurunan kadar ion Ca 2+ dan Mg 2+ disajikan pada Tabel 3 dan grafik efisiensi  penurunan  kadar  ion  Ca 2+ dan  Mg 2+ dapat dilihat pada Gambar 5.
Tabel 3. Data efisiensi penurunan kadar ion Ca 2+ dan Mg 2+ t (menit) Kesadahan Total (ppm) Efisiensi (%) Ion Ca 2+ (ppm) Efisiensi (%) Ion Mg 2+ (ppm) Efisiensi (%) C 0 C e C 0 -C e C 0 C e C 0 -C e C 0 C e C 0 -C e 10 72 65 7 9,72 16,4  14,4 2 12,20 7,53  7,05 0,49 6,45 20 72  62,5 9,5 13,19 16,4 14 2,4 14,63 7,53  6,68 0,85 11,29 30 72  60,5 11,5 15,97 16,4  13,8 2,6 15,85 7,53  6,32 1,22 16,13 40 72 60 12 16,67 16,4  13,4 3 18,29 7,53  6,44 1,09 14,52 50 72 61 11 15,28 16,4  13,2 3,2 19,51 7,53  6,80 0,73 9,68 60 72 62 10 13,89 16,4  13,6 2,8 17,07 7,53  6,80 0,73 9,68 70 72 61 11 15,28 16,4 14 2,4 14,63 7,53  6,32 1,22 16,13
Gambar 5. Grafik efisiensi penurunan kadar ion Ca 2+ dan Mg 2+ .
Tabel 3 dan Gambar 5 menunjukkan bahwa peningkatan  daya  penjerapan  karbon  aktif  AT terhadap ion Ca 2+ terjadi pada menit 10 sampai 50  kemudian  terjadi  penurunan  pada  menit berikutnya.  Pada  menit  ke-50  didapatkan efisiensi  tertinggi  yaitu  19,51%  pada  adsorpsi ion  Ca 2+ .  Naik  turunnya  persen  efisiensi  dapat disebabkan  oleh  pH  larutan,  karena  ketika  pH larutan yang digunakan bersifat asam maka ion H + akan  berkompetisi  dengan  ion  Ca 2+ .  Jika proses  adsorpsi  melalui  pertukaran  ion,  maka adsorpsi dipengaruhi oleh banyak proton dalam larutan  yang  berkompetisi  dengan  ion  logam pada permukaan adsorben, sehingga pada pH ≤ 5  jumlah  H + yang  meningkat  menyebabkan peluang  terjadinya  pengikatan  logam  oleh adsorben  relatif  kecil  (Maulana  dkk,  2017). Berbeda dengan ion Mg 2+ , data yang dihasilkan pada  ion  Mg 2+ cukup  fluktuatif  dan  didapat efisiensi penjerapan pada menit ke 30 sebesar 16,13%.  Kenaikan  dan  penurunan  grafik tersebut juga dapat disebabkan oleh pH larutan yang  terlalu  asam  atau  pun  terlalu  basa
sehingga ion Mg 2+ berkompetisi dengan ikatan hidroksil Mg(OH) 2 , Mg(OH) + , Ca(OH) 2 , Ca(OH) + , dan  ion  Ca 2+ .  Sepehr et  al .,  (2013)  telah melakukan  penelitian  tentang  pengaruh  pH larutan  terhadap  penjerapan  ion  Ca 2+ dan  ion Mg 2+ ,  dan  kapasitas  adsorpsi  optimal  berada pada pH 6.
Pemilihan waktu optimal dilihat dari persen efisiensi  tertinggi  pada  kesadahan  total  yaitu pada menit ke-40 yang dapat dilihat pada Tabel 3. Hasil efisiensi penjerapan pada sampel dapat dilihat pada Tabel 4.
Data  pada  Tabel  4  menunjukkan  bahwa  % efisiensi  pada  sampel  lebih  rendah  jika  di bandingkan dengan teoritis (hasil optimal pada air  sadah  sintetis).  Hal  ini  dapat  dikarenakan kompetisi adsorpsi yang terjadi pada sampel air sumur lebih banyak jika dibandingkan dengan air  sadah  sintetis.  Dalam  air  sumur  terdapat berbagai macam kandungan mineral dan logam yang  dapat  mempengaruhi  proses  penjerapan ion  Ca 2+ dan  Mg 2+ (Dinora  &  Purnomo,  2013). Hasil  analisis  kandungan  senyawa/ion  dalam
0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 10 20 30 40 50 60 70 % E fi si e n si t (menit) Grafik Penurunan Ion Kalsium Grafik Penurunan Ion Magnesium
air  sumur  sampel  yang  digunakan  disajikan pada Tabel 5.
Tabel 4. Data rekapitulasi % efisiensi. Perlakuan Kesadahan Total (ppm) Ion Ca 2+ (ppm) Ion Mg 2+ (ppm) C 0 C e C 0 -C e C 0 C e C 0 -C e C 0 C e C 0 -C e I 71 64 7 12 10,4 1,6 9,96 9,23 0,73 II 71 61 10 12 10 2 9,96 8,75 1,22 III 71 64 7 12 10,4 1,6 9,96 9,23 0,73 Rata-rata (ppm) 8 1,73 0,89 % efisiensi sampel 11,27 14,44 8,94 % efisiensi teoritis 16,67 19,51 16,13 Tabel 5. Hasil analisis Kandungan senyawa/ion dalam air sumur di Kecamatan Jati, Kudus.
Senyawa/Ion Konsentrasi (mg/L) Fe 2+ 0,29 Mn 2- 3,6 Cu 2+ 0,05 Amonia 0,26 Nitrat 7,7 Ca 2+ 200 Mg 2+ 150

## KESIMPULAN
Hasil  identifikasi  gugus  fungsi  karbon  aktif AT dengan instrumen FT-IR mengandung gugus fungsi O-H, C- H, C=C, C≡C, dan C -O. Berdasarkan identifikasi  instrumen  XRD,  struktur  mikro karbon aktif AT yang terbentuk adalah struktur turbostatik  dan  bersifat amorf .  Pemodelan isoterm yang sesuai untuk adsorpsi karbon aktif AT pada ion Ca 2+ adalah Langmuir dengan nilai R 2 adalah  0,9134  yang  menunjukkan  bahwa proses  adsorpsi  terjadi  secara  kimia  dan bersifat monolayer .  Pemodelan  isoterm  yang sesuai untuk adsorpsi karbon  aktif AT pada ion Mg 2+ adalah  Elovich  dengan  nilai  R 2 adalah 0,8638  yang  artinya  proses  adsorpsi  bersifat multilayer , serta adsorpsi dalam keadaan tidak ideal.  Pemodelan  kinetika  yang  sesuai  untuk adsorpsi karbon aktif AT terhadap ion Ca 2+ dan Mg 2+ adalah  Pseudo  Orde  2  dengan  nilai  R 2 sebesar  0,9395  dan  0,7274.  Nilai  %  efisiensi adsorpsi karbon aktif AT terhadap ion Ca 2+ dan Mg 2+ pada air sumur di Kecamatan Jati, Kudus adalah  sebesar  14,44%  dan  8,94%  dengan waktu pengadukan optimal 40 menit.
UCAPAN TERIMA KASIH
Peneliti  mengucapkan  terima  kasih  kepada Universitas Kristen Satya Wacana Salatiga atas dukungan  dana  untuk  analisis  FTIR  melalui Skema  Hibah  Penelitian  Internal  Skim Penelitian  Perseorangan/Kelompok  Wajib Tahun  Anggaran  2019/2020  Periode  Juli- Desember 2019.

## REFERENSI
Adib, M. R. M., Suraya, W. M. S. W., Rafidah, H., Amirza,  A.  R.  M.,  Attahirah,  M.  H.  M.  N., Hanil,  M.  S.  N.  Q.,  &  Adnan,  M.  S.  (2016).
Effect of Phosphoric Acid Concentration on the  Characteristics  of  Sugarcane  Bagasse Activated Carbon. IOP Conference . https://doi.org/10.1088/1757- 899X/136/1/012061 Ayawei, N., Ebelegi, A. N., & Wankasi, D. (2017). Modelling and Interpretation of Adsorption Isotherms. Journal of Chemistry , 2017 , 11. https://doi.org/10.1155/2017/3039817
Darmawan, S., Syafii, W., Wistara, N. J., Maddu, A., & Pari, G. (2015). Kajian Struktur Arang- Pirolisis,  Arang-Hidro  dan  Karbon  Aktif dari  Kayu  Acacia  mangium  Willd. Menggunakan  Difraksi  Sinar-X. Jurnal Penelitian Hasil Hutan , 33 (2), 81 – 92. Dinora, G. Q., & Purnomo, A. (2013). Penurunan Kandungan  Zat  Kapur  dalam  Air  Tanah dengan  Menggunakan  Media  Zeolit  Alam dan  Karbon  Aktif  Menjadi  Air  Bersih. Jurnal Teknik POMITS , 2 (2).
Firdiyono,  F.,  Handayani,  M.,  Sulistiyono,  E.,  &
Antoro, I. D. (2012). Percobaan
Pendahuluan  Perbandingan  Daya  Serap Unsur  Minor  Dalam  Larutan  Natrium Silikat. Majalah Metalurgi , 27 , 15 – 26. Fithriatusshalihah,  R.  (2016). Pengaruh
Penambahan  Serat  Ampas  Tebu  ( Saccharum  officinarum  L.)  Terhadap Kekuatan  Tekan  Resin  Komposit  Nanofil . Universitas Muhammadiyah Surakarta. Hadoun, H., Sadaoui, Z., Souami, N., Sahel, D., & Toumert,  I.  (2013).  Characterization  of mesoporous  carbon  prepared  from  date stems  by  H3PO4  chemical  activation. Applied Surface Science . https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2013.04 .054 Heidarpour, M., Mousavi, S., & Majid, A. (2014). Removal  of  calcium  and  magnesium  by activated carbons produced from agricultural  wastes. ResearchGate ,  (July), 202 – 208. Retrieved from https://www.researchgate.net/publicatio n/288465572 Hidayati, A. S. D. S. N., Kurniawan, S., Restu, N.
W., & Ismuyanto, B. (2016). Potensi Ampas Tebu  Sebagai  Alternatif  Bahan  Baku Pembuatan  Karbon  Aktif. NATURAL  B ,
3 (4). Holle, R. B., Wuntu, A. D., & Sangi, M. S. (2013). Kinetika  Adsorpsi  Gas  Benzena  Pada Karbon  Aktif  Tempurung  Kelapa. JURNAL MIPA UNSRAT ONLINE , 2 (2), 100 – 104. Hutapea, E. M., Iwantono, Farma, R., Saktioto, &
Awitdrus. (2017). Pembuatan dan Karakterisasi  Karbon  aktif  dari  Bambu
Betung  (Dendrocalamus  asper)  dengan Aktivasi  KOH  Berbantuan  Gelombang Mikro. Jurnal Komunikasi Fisika Indonesia ,
14 (October).
Jeyakumar,  R.  P.  S.,  &  Chandrasekaran,  V.
(2014).  Adsorption  of  Lead  (II)  Ions  by Activated  Carbons  Prepared  from  Marine Green  Algae:  Equilibrium  and  Kinetics Studies. Int  J  Ind  Chem , 5 (10). https://doi.org/10.1007/s40090-014-
0010-z
Kurniawati, P., Wiyantoko, B., Kurniawan, A., & Purbaningtias,  T.  E.  (2013).  Kinetic  study of  Cr  (VI)  Adsorption  on  Hydrotalcite Mg/Al with Molar Ratio 2:1. ResearchGate , 13 (July 2016). https://doi.org/10.20885/eksakta.vol13.i ss1-2.art2 Maulana, I., Iryani, A., & Nashrianto, H. (2017). Pemanfaatan Ampas Teh Sebagai Adsorben  Ion  Kalsium  (Ca  2+)  dan  Ion Magnesium  (Mg  2+)  Dalam  Air  Sadah.
ResearchGate , (June), 1 – 7. Nababan, C. M., Irianty, R. S., & Yelmida. (2017). Model Kesetimbangan Adsorpsi Zat Warna
Direct Brown menggunakan Limbah Padat Pulp  dan  Kertas  (Dregs)  dengan  Proses Batch. Jom FTEKNIK , 4 , 1 – 7. Nadeem,  U.  (2016).  Chromium  Adsorption Kinetics  from  Aqueous  Solutions  Using Chitosan. ResearchGate , (February).
Nurbaeti,  L.,  Prasetya,  A.  T.,  &  Kusumastuti,  E.
(2018).  Arang  Ampas  Tebu  (Bagasse) Teraktivasi Asam Klorida sebagai Penurun Kadar  Ion  H2  PO4-. Indonesian  Journal  of Chemical Science , 7 (2).
Nurhayati, I., & Sutrisno, J. (2014). Pemanfaatan Limbah  Ampas  Tebu  Sebagai  Penyerap Logam Berat Cu. WAHANA , 63 . Nurhayati,  I.,  Sutrisno,  J.,  &  Zainudin,  M.  S. (2018). Pengaruh Konsentrasi dan Waktu Aktivasi  Terhadap  Karakteristik  Karbon Aktif Ampas Tebu dan Fungsinya Sebagai Adsorben pada Limbah Cair Laboratorium. Jurnal Teknik WAKTU , 16 , 62 – 71. Rolence, C., Machunda, R. L., & Njau, K. N. (2014). Water Hardness Removal by Coconut Shell Activated  Carbon. East  Asian  Science Technology  and  Society  an  International Journal , (August). https://doi.org/10.11648/j.ijsts.2014020 5.11
Sahara, E., Sulihingtyas, W. D., & Mahardika, I. P. A. S. (2012). Pembuatan dan Karakterisasi Arang Aktif dari Batang Tanaman Gumitir (Tageter  erecta)  yang  Diaktivasi  dengan H3PO4, 1 – 9.
Sepehr, M. N., Zarrabi, M., Kazemian, H., Amrane, A., Yaghmaian, K., & Ghaffari, H. R. (2013). Removal of Hardness Agents, Calcium and Magnesium,  by  Natural  and  Alkaline Modified  Pumice  Stones  in  Single  and Binary Systems. HAL . SNI. (2004). SNI 06-6989.12-2004 . Indonesia. Wibowo,  S.,  Syafi,  W.,  &  Pari,  G.  (2011). Karakterisasi  Permukaan  Arang  Aktif Tempurung  Biji  Nyamplung. MAKARA , 15 (1), 17 – 24.
Wijaya,  D.  R.  P.,  Martono,  Y.,  &  Riyanto,  C.  A.
(2018). Synthesis and Characterization of Nano  Activated  Carbon  Tea  Waste  ( Camellia  sinensis  L  .)  Viewed  from  the Content  and  Ratio  of  Orthophosphoric Acid. Indonesian  Journal  of  Chemical
Research , 3 (2), 12 – 21.
https://doi.org/10.20885/ijcr.vol3.iss2.ar t2
Yorgun, S., & Yıldız, D. (2015). Preparation and characterization of activated carbons from Paulownia  wood  by  chemical  activation
with H3PO4. Journal of the Taiwan Institute of  Chemical  Engineers , 53 ,  122 – 131. https://doi.org/10.1016/j.jtice.2015.02.0 32 Zulfikar,  M.  A.,  Widiansyah,  T.,  &  Setiyanto,  H. (2016).  Studi  Kinetika  Adsorpsi  Asam Humus  dari  Air  Gambut  Menggunakan Selulosa Jerami Padi. In Prosiding SNSTL I 2014 .