ADSORPSI ION LOGAM Pb2+

MENGGUNAKAN

LIMBAH SERBUK GERGAJI KAYU MAHONI

Skripsi

disajikan sebagai salah satu syarat

untuk memperoleh gelar Sarjana Sains

Program Studi Kimia

oleh

Vinny Rochmah

4311411050

JURUSAN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG

2016

i

ADSORPSI ION LOGAM Pb2+

MENGGUNAKAN

LIMBAH SERBUK GERGAJI KAYU MAHONI

Skripsi

disajikan sebagai salah satu syarat

untuk memperoleh gelar Sarjana Sains

Program Studi Kimia

oleh

Vinny Rochmah

4311411050

JURUSAN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG

2016

ii

iii

iv

v

MOTTO DAN PERSEMBAHAN

Motto :

1. Masalah adalah sesuatu yang harus dihadapi. Jangan pernah lari dari masalah.

2. Kesempatan tidak datang dua kali. Gunakanlah kesempatan sebaik-baiknya.

3. Jadilah pejuang dalam hidupmu. Perjuangkan mimpi-mimpimu selagi masih

muda.

4. Selalu sertakan Allah SWT dalam setiap langkahmu.

5. Sayangilah orang tuamu seperti mereka menyayangimu.

6. Tidak ada masalah yang tidak dapat diselesaikan. Semua masalah pasti ada

solusinya. Teruslah berusaha dan berdoa.

Persembahan :

Skripsi ini untuk

1. Keluargaku tercinta, Ayah, Ibu, dan Adikku atas doa,

kasih sayang, finansial, dukungan, dan motivasi yang

tiada henti dalam setiap langkahku, semoga Allah

SWT mengasihi kalian seperti kalian mengasihiku.

2. Seseorang istimewa dalam hidupku yang selalu sabar

menemani, menyemangati, dan mendoakanku setiap

saat, semoga engkau selalu dalam lindungan Allah

SWT dan impian kita bersama terwujud.

3. Sahabatku-sahabatku tersayang, atas kebersamaan dan

bantuannya, semoga Allah SWT melancarkan segala

urusan kalian dan mewujudkan mimpi-mimpi kalian.

vi

PRAKATA

Alhamdulillah, segala puji syukur terpanjatkan kepada Allah SWT

karena berkat rahmat, kuasa dan nikmat-Nya, penulis dapat menyelesaikan Skripsi

yang berjudul “Adsorpsi Ion Logam Pb2+

menggunakan Limbah Serbuk Gergaji

Kayu Mahoni”. Penulis menyadari sepenuhnya bahwa skripsi ini selesai berkat

bantuan, petunjuk, saran, bimbingan dan dukungan dari berbagai pihak.

Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih

kepada :

1. Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri

Semarang

2. Ketua Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Negeri Semarang.

3. Agung Tri Prasetya, S.Si, M.Si selaku dosen pembimbing I yang telah banyak

memberikan bimbingan, nasihat, dan motivasi dalam penyusunan skripsi.

4. Dr. Triastuti Sulistyaningsih, M.Si selaku dosen pembimbing II yang telah

banyak memberikan bimbingan, nasihat, dan motivasi dalam penyusunan

skripsi ini.

5. Drs. Eko Budi Susatyo, M.Si selaku dosen penguji skripsi, yang telah

meluangkan waktunya untuk menguji skripsi ini, dan memberikan masukan

untuk kesempurnaan skripsi ini.

6. Bapak dan Ibu Dosen Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu

Pengetahuan Alam Universitas Negeri Semarang yang telah memberikan

bekal ilmu kepada penulis.

vii

7. Segenap staff dan asisten laboratorium Kimia Jurusan Kimia Fakultas

Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Semarang yang

telah membantu penulis selama penelitian.

8. Keluargaku tercinta, Ayah, Ibu, dan Adikku yang telah memberikan doa,

kasih sayang, finansial, dukungan, dan motivasi dalam penyusunan skripsi

ini.

9. Sahabatku tersayang, Qori, Luluk, dan Doni yang telah membantu,

menyemangati, dan menemaniku berjuang dalam penyusunan skripsi ini.

10. Seseorang istimewa dalam hidupku yang selalu sabar menemani,

menyemangati, dan mendoakanku setiap saat.

11. Teman-teman Kimia angkatan 2011 yang telah memberikan motivasi dan

membantu dalam penyelesaian skripsi.

12. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu yang telah

membantu dalam penyusunan skripsi ini.

Demikian ucapan terimakasih dari penulis. Penulis berharap semoga

amal ibadah kalian mendapatkan balasan dari Allah SWT dan semoga skripsi ini

bermanfaat bagi pembaca dan perkembangan ilmu pendidikan.

Semarang, Juli 2016

Penulis

viii

ABSTRAK

Rochmah, Vinny. 2016. Adsorpsi Ion Logam Pb2+

menggunakan Limbah Serbuk

Gergaji Kayu Mahoni. Skripsi, Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu

Pengetahuan Alam, Univeristas Negeri Semarang. Pembimbing Utama Agung Tri

Prasetya, S.Si., M.Si dan Pembimbing Pendamping Dr. Triastuti Sulistyaningsih,

M.Si.

Kata kunci : Adsorpsi, Isoterm, Ion Logam Pb2+

, Serbuk Gergaji Kayu Mahoni

Pembuangan limbah industri yang mengandung logam berat dapat mencemari

lingkungan perairan. Pengolahan limbah logam berat dapat dilakukan dengan

metode adsorpsi. Penelitian ini bertujuan untuk memanfaatan limbah serbuk

gergaji kayu mahoni untuk adsorpsi ion logam Pb2+

. Serbuk gergaji kayu mahoni

dihaluskan sampai lolos ayakan 100 mesh, lalu dicuci dan dikeringkan.

Karakterisasi serbuk gergaji kayu mahoni menggunakan FT-IR. Proses adsorpsi

dilakukan dengan variasi pH, waktu kontak, konsentrasi larutan, kapasitas

adsorpsi, dan adsorpsi pada kondisi optimum. Hasil karakterisasi FT-IR

menunjukkan adanya pita serapan melebar pada bilangan gelombang 3454 cm-1

yang diinterpretasikan sebagai vibrasi ulur untuk gugus –OH. Adsorpsi ini

melibatkan gugus hidroksi yang terkandung di dalamnya, sehingga terjadi

interaksi kimia antara adsorben dengan ion logam Pb2+

. Berdasarkan penelitian,

diperoleh kondisi optimum pada pH 6, waktu kontak 30 menit, konsentrasi 300

mg/L, dan kapasitas maksimum adsorpsi sebesar 111,9709 mg/g dengan

mengikuti model Isoterm Langmuir.

ix

ABSTRACT

Rochmah, Vinny. 2016. Adsorption of Metal Ions Pb2+

using Mahogany Wood

Waste Sawdust. Thesis, Department of Chemistry, Faculty of Mathematics and

Natural Sciences, State University of Semarang. First Advisors Agung Tri

Prasetya, S.Si, M.Si and Second Advisors Dr. Triastuti Sulistyaningsih, M.Si.

Keywords : Adsorption, Isotherms, Metal Ions Pb2+

, Sawdust Mahogany

Disposal of industrial waste containing heavy metals can pollute the water

environment. Processing of heavy metal waste can be achieved by adsorption.

This research aims to utilize of mahogany wood waste sawdust to adsorption of

metal ions Pb2+

. Sawdust mahogany grinded until it passes a 100 mesh sieve, then

washed and dried. Characterization of sawdust mahogany using FT-IR. The

adsorption process is done with the variation of pH, contact time, solution

concentration, adsorption capacity, and adsorption at the optimum condition. FT-

IR characterization results indicate a wide absorption band at wavenumber 3454

cm-1

are interpreted as for the -OH stretching vibration. This adsorption involving

hydroxy groups contained therein, resulting in a chemical interaction between the

adsorbent with a metal ion Pb2+

. Based on the research, obtained optimum at pH

6, the contact time of 30 minutes, a concentration of 300 mg/L, and the maximum

adsorption capacity of 111.9709 mg/g following the model isotherms Langmuir.

x

DAFTAR ISI

Halaman

JUDUL ............................................................................................................ i

PERSETUJUAN PEMBIMBING .................................................................. ii

PERNYATAAN KEASLIAN TULISAN .................................................... iii

PENGESAHAN ............................................................................................ iv

MOTTO DAN PERSEMBAHAN ................................................................. v

PRAKATA .................................................................................................... vi

ABSTRAK .................................................................................................. viii

ABSTRACT .................................................................................................. ix

DAFTAR ISI .................................................................................................. x

DAFTAR GAMBAR ................................................................................... xii

DAFTAR TABEL ....................................................................................... xiii

DAFTAR LAMPIRAN ............................................................................... xiv

BAB I PENDAHULUAN .............................................................................. 1

1.1 Latar Belakang ............................................................................. 1

1.2 Rumusan Masalah ........................................................................ 4

1.3 Tujuan Penelitian .......................................................................... 5

1.4 Manfaat Penelitian ........................................................................ 5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA .................................................................... 6

2.1 Ion Logam Pb2+

.......................................................................... 6

2.2 Lignin pada Kayu ....................................................................... 8

2.3 Adsorpsi ................................................................................... 15

xi

2.4 Isoterm Adsorpsi Langmuir dan Freundlich............................ 17

2.5 Jurnal Terkait ........................................................................... 18

BAB III METODE PENELITIAN............................................................... 21

3.1 Lokasi Penelitian ...................................................................... 21

3.2 Populasi dan Sampel ................................................................ 21

3.3 Variabel Penelitian ................................................................... 21

3.4 Alat dan Bahan ......................................................................... 22

3.4.1 Alat ................................................................................. 22

3.4.1 Bahan ............................................................................. 23

3.5 Prosedur Penelitian .................................................................. 23

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ..................................................... 25

4.1 Pembuatan dan Identifikasi Gugus Fungsional Adsorben ....... 27

4.2 Optimasi pH ............................................................................. 30

4.3 Optimasi Waktu Kontak .......................................................... 32

4.4 Optimasi Konsentrasi ............................................................... 34

4.5 Isoterm Adsorpsi Ion Logam Pb2 ............................................. 35

4.6 Optimasi Kapasitas Adsorspi .................................................. 37

4.7 Adsorpsi Ion Logam Pb2+

pada kondisi Optimum ................... 38

BAB V SIMPULAN DAN SARAN ............................................................ 40

DAFTAR PUSTAKA .................................................................................. 41

LAMPIRAN ................................................................................................. 44

xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar Halaman

2.1 Bentuk umum lignin ............................................................................... 10

2.2 Unit-unit penyusun lignin ...................................................................... 11

2.3 Struktur kima (rumus bangun) lignin yang terdiri dari 16 unit fenil-

Propana ................................................................................................... 11

2.4 Spektra IR lignin .................................................................................... 14

2.5 Spektrum FTIR lignin isolat pada serbuk kayu mahoni....................... 20

4.1. a. Spektrum FT-IR lignin isolat pada serbuk kayu mahoni,

b. Spektra gugus fungsi serbuk gergaji kayu mahoni ........................... 28

4.2 Reaksi antara lignin dalam serbuk kayu gergaji dan ion logam Pb2+

.... 30

4.3 Hubungan antara pH dan jumlah Pb2+

teradsorpsi (mg/g) ..................... 31

4.4 Hubungan antara waktu kontak (menit) dan jumlah Pb2+

teradsorpsi (mg/g) ................................................................................. 33

4.5 Hubungan antara konsentrasi (mg/L) dan jumlah Pb2+

teradsorpsi (mg/g) .................................................................................. 34

4.6 Isoterm Langmuir ................................................................................... 36

4.7 Isoterm Freundlich ................................................................................. 36

4.8 Pengaruh konsentrasi larutan Pb2+

(mg/L) terhadap jumlah Pb2+

teradsorpsi ............................................................................................. 38

xiii

DAFTAR TABEL

Tabel Halaman

2.1 Komposisi unsur kayu .............................................................................. 8

2.2 Unsur-unsur organik kayu ........................................................................ 9

4.1 Hasil perhitungan kapasitas adsorpsi .................................................... 37

xiv

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran Halaman

1. Pembuatan Larutan dan Perhitungannya .................................................. 44

2. Skema Kerja ........................................................................................... 46

3. Hasil Analisis IR .................................................................................... 51

4. Optimasi pH ............................................................................................. 52

5. Optimasi Waktu Kontak ........................................................................... 54

6. Optimasi Konsentrasi ............................................................................... 56

7. Optimasi Kapasitas Adsorpsi ................................................................... 61

8. Adsorpsi pada Kondisi Optimum ............................................................. 63

9. Foto Penelitian ......................................................................................... 65

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG

Pertumbuhan penduduk dunia yang sangat cepat dan perkembangan

industri yang makin pesat menyebabkan makin banyak bahan buangan yang

bersifat racun yang di buang ke lingkungan. Bahan-bahan buangan ini yang

nantinya menjadi limbah dan mencemari lingkungan dalam jumlah yang sulit di

kontrol secara tepat. Limbah merupakan materi yang mengandung bahan

pencemar dan bersifat racun serta berbahaya. Bahan ini dirumuskan sebagai bahan

dalam jumlah relatif sedikit tapi mempunyai potensi mencemarkan/merusak

lingkungan kehidupan dan sumber daya. Di Indonesia, sumber pencemar dapat

berasal dari limbah rumah tangga, perusahaan, pertambangan, industri dan lain-

lain. Zat-zat pencemar lebih didominasi oleh bahan buangan logam berat salah

satunya adalah timbal (Pb) (Tangio, 2013).

Keberadaan logam-logam berat di lingkungan merupakan masalah

lingkungan yang perlu mendapat perhatian serius. Adanya ion-ion logam berat

dalam limbah industri telah lama menjadi objek dalam bidang kimia analitik dan

kimia lingkungan. Limbah yang mengandung logam berat perlu mendapat

perhatian khusus, mengingat dalam konsentrasi tertentu dapat memberikan efek

toksik yang berbahaya bagi kehidupan manusia dan lingkungan di sekitarnya

(Lelifajri, 2010).

2

Keberadaan timbal di lingkungan umumnya berasal dari polusi

kendaraan bermotor, tambang timah, pabrik plastik, pabrik cat, percetakan, dan

peleburan timah. Adanya ion logam Pb di perairan merupakan suatu masalah yang

perlu mendapat perhatian khusus, karena logam berat ini dapat berpengaruh buruk

terhadap seluruh organisme yang ada di perairan dan dapat terakumulasi dalam

rantai makanan (Tangio, 2013).

Banyak metode yang telah dikembangkan untuk menurunkan kadar

logam berat dari badan perairan, misalnya metode pengendapan, evaporasi,

elektrokimia, dan dengan cara penyerapan bahan pencemar oleh adsorben baik

berupa resin sintetik maupun karbon aktif. Metode tersebut dianggap kurang

efektif karena membutuhkan biaya yang relatif tinggi. Untuk itu perlu dicari

metode penyerapan dengan menggunakan bahan yang relatif murah, bisa didapat

dengan mudah dan mempunyai daya serap tinggi (Lopes, 1997; Giequel et al.,

1997).

Dewasa ini telah dikembangkan metode adsorpsi dengan menggunakan

biomassa tumbuhan yang dikenal dengan fitofiltrasi. Dasar pemikiran dari

fitofiltrasi adalah dengan mengunakan biomassa tumbuhan yang telah mati

sebagai pengikat ion logam. Metode adsorpsi merupakan salah satu metoda yang

sangat efisien untuk menurunkan kandungan logam berat. Proses penyerapan ion

logam oleh organisme hidup dipercayai terjadi melalui proses metabolisme dalam

proses penyerapan unsur hara untuk tanaman. Sementara penyerapan ion logam

oleh organisme mati dipercayai terjadi melalui proses adsorpsi yang melibatkan

gugus fungsi yang berhubungan dengan protein, polisakarida, karboksilat,

3

hidroksil, gugus sulfhidril dan biopolimer lain yang terdapat pada sel atau dinding

sel (Lelifajri, 2010).

Dermibas (2007) telah memanfaatkan lignin dari kayu Ailanthus

altissima sebagai penyerap logam Co dan Hg, sementara Celik dan Dermibas

(2005) melaporkan limbah pulp sebagai adsorben logam Pb, Cd, Zn dan logam

Cu. Lelifajri (2010) juga melaporkan lignin dari limbah serbuk kayu gergaji

sebagai adsorben logam Cu.

Pada tahun 1994, telah dilakukan penelitian mengenai adsorpsi ion logam

Pb2+

menggunakan lignin yang diekstraksi dari lindi hitam. Kapasitas adsorpsi

yang dilaporkan sebesar 1865 mg/g. Hasilnya mengindikasikan bahwa kapasitas

adsorpsi yang tinggi disebabkan karena kehadiran gugus polihidroksil fenol yang

terdapat di permukaan lignin. Bila dibandingkan dengan arang aktif yang hanya

mempunyai kapasitas adsorpsi sebesar 30 mg/g, lignin dianggap sebagai adsorben

terbaik dengan biaya yang murah untuk adsorpsi ion logam Pb2+

(Babel dan

Kurniawan, 2003).

Srivastava et al. (1994) memperoleh kapasitas adsorpsi yang sangat

tinggi pada ion logam Pb2+

sebesar 1587 mg/g dan 73 mg/g untuk ion logam Zn2+

menggunakan lignin yang diekstrak dari lindi hitam. Penyerapan timbal

ditemukan lebih besar dari penyerapan seng, dan kapasitas penyerapan meningkat

dengan peningkatan pH. Beberapa fenol polihidrat dan substituen lainnya

mungkin terlibat dalam penyerapan ion logam. Demirbas (2004) melaporkan

kapasitas adsorpsi maksimum 8,2-9,0 mg/g untuk ion logam Pb2+

4

dan 6,7-7,5 mg/g untuk Cd2+

pada lignin dari beech dan kayu poplar

modifikasi oleh delignifikasi gliserol basa.

Lignin adalah amorf silang resin alami yang memiliki tiga dimensi

struktur polimer aromatik yang mengandung sejumlah kelompok fungsional

seperti fenolik, hidroksil, karboksil, benzil alkohol, methoksil, dan kelompok

aldehida, sehingga berpotensi berguna sebagai bahan adsorben untuk

menghilangkan logam berat dari air limbah (Sarkanen dan Ludwig, 1971).

Berdasarkan uraian di atas, perlu dilakukan penelitian mengenai adsorpsi

ion logam Pb2+

menggunakan limbah serbuk kayu gergaji. Pada penelitian ini

akan dipelajari kemampuan lignin hasil modifikasi dari limbah serbuk gergaji

kayu mahoni sebagai material penyerap ion logam Pb2+

.

1.2 RUMUSAN MASALAH

Berdasarkan latar belakang di atas, diambil rumusan masalah sebagai

berikut :

1. Berapa pH optimum penyerapan ion logam Pb2+

oleh serbuk kayu mahoni?

2. Berapa waktu kontak optimum penyerapan ion logam Pb2+

oleh serbuk kayu

mahoni?

3. Berapa konsentrasi optimum penyerapan ion logam Pb2+

oleh serbuk kayu

mahoni?

4. Berapa kapasitas adsorpsi ion logam Pb2+

oleh serbuk kayu mahoni?

5

1.3 TUJUAN PENELITIAN

Berdasarkan rumusan masalah di atas, tujuan penelitian ini antara lain :

1. Mengetahui pH optimum penyerapan ion logam Pb2+

oleh serbuk kayu

mahoni.

2. Mengetahui waktu kontak optimum penyerapan ion logam Pb2+

oleh serbuk

kayu mahoni.

3. Mengetahui konsentrasi optimum penyerapan ion logam Pb2+

oleh serbuk

kayu mahoni.

4. Mengetahui kapasitas adsorpsi ion logam Pb2+

oleh serbuk kayu mahoni.

1.4 MANFAAT PENELITIAN

Manfaat yang diharapkan dari hasil penelitian ini antara lain:

1. Memberikan kontribusi dalam meningkatkan pengetahuan mengenai

penanganan limbah cair yang mengandung ion logam Pb2+

.

2. Memberikan informasi tentang pemanfaatan limbah serbuk gergaji kayu

mahoni sebagai adsorben ion logam Pb2+

.