pemanfaatan arang ampas tebu sebagai ... arang ampas tebu sebagai adsorben ion logam cd, cr, cu dan...
Post on 02-May-2018
225 Views
Preview:
TRANSCRIPT
PEMANFAATAN ARANG AMPAS TEBU SEBAGAI ADSORBEN
ION LOGAM Cd, Cr, Cu DAN Pb
DALAM AIR LIMBAH
ADE APRILIANI
PROGRAM STUDI KIMIA
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH
JAKARTA
2010 M/ 1431 H
iv
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum Warahmatullahi Wabarakatuh
Segala puji bagi Allah SWT yang Maha Esa lagi Maha Perkasa yang
mengatur hidup dan kehidupan manusia dan para makhluk-Nya yang lain. Atas
berkat rahmat dan karunia serta ridho-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi
“Pemanfaatan Arang Ampas Tebu sebagai Adsorben Ion Logam Berat Cd, Cr,
Cu dan Pb dalam Air Limbah” Shalawat serta salam semoga tetap tercurah
kepada junjungan kita Rasulullah Muhammad SAW, kepada para keluarga dan
para sahabatnya serta termasuk kita pula selaku ummatnya. Amin.
Skripsi ini merupakan salah satu syarat menempuh ujian Sarjana Sains
pada Program Studi Kimia, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Islam
Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta.
Dalam penyusunan skripsi ini, penulis mendapat bimbingan dan
bantuan dari berbagai pihak, oleh karena itu pada kesempatan ini penulis
mengucapkan terima kasih kepada :
1. Dr. Syopiansyah Jaya Putra, M.Sis, selaku Dekan Fakultas Sains dan
Teknologi Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta.
2. Sri Yadial Chalid, M.Si, selaku Ketua Program Studi Kimia Fakultas Sains
dan Teknologi, Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta.
3. Nurhasni, M.Si, selaku Dosen Pembimbing I, yang telah membantu penulis
serta memberikan semangat dan motivasi serta masukan dalam menyelesaikan
penelitian dan skripsi
vi
4. Hendrawati, M.Si, selaku Kepala Laboratorium Kimia PLT UIN Syarif
Hidayatullah Jakarta sekaligus sebagai Dosen Pembimbing II yang telah
memberikan izin untuk melakukan penelitian di laboratorium kimia dan
memberikan nasihat serta bimbingannya kepada penulis dalam menyelesaikan
skripsi.
5. Dr. Mirzan T Razzak, M.Eng, APU selaku Kepala Pusat Laboratorium
Terpadu UIN Syarif Hidayatullah Jakarta sekaligus sebagai Dosen Penguji I
yang telah memberikan izin kepada penulis untuk melakukan penelitian serta
telah memberikan saran dan masukan yang sangat bermanfaat untuk perbaikan
skripsi ini.
6. Yusraini Dian Inayati Siregar, M.Si. selaku Dosen Penguji II yang telah
memberikan saran yang sangat bermanfaat untuk perbaikan skripsi ini.
7. Bapak (H. Dai Murdalih) dan Ibuku tersayang (Hj. Nuryani) serta kakak-
kakak tercinta (a iwan, a ita, a irfan, a irul, a indi, a memes, a dedy dan a
dukut) dan tiga keponakanku (daffa, danar dan akhdan) yag telah memberikan
cinta dan kasih sayangnya baik secara moril maupun materil dalam
pelaksanaan dan penyusunan skripsi.
8. Seluruh Dosen dan Karyawan Program Studi Kimia, terimakasih atas
pengajaran dan ilmunya yang bermanfaat bagi penulis.
9. Staf Laboran PLT UIN khususnya laboratorium kimia, pangan dan lingkungan
yang telah sangat membantu dalam penelitian.
vii
10. Nunu, yang sama-sama merasakan suka dan duka selama penelitian dan
berbagi ilmu kepada penulis.
11. Sahabat-sahabat terhebatku Ria, Fiqi, Wardah, Reska, Tika, Uchi dan Ndut
Aan terimaksih atas semua ketulusan, semangat dan perhatian yang kalian
berikan selama ini. Tetap semangat dalam kebersamaan.
12. Aji, yang selalu memberikan doa, semangat dan dukungan kepada penulis
dalam penyelesaian skripsi.
13. Teman-teman Kimia 2005 yang tidak bisa disebutkan satu persatu,
terimakasih atas dukungan kalian semua.
Akhir kata semoga skripsi ini bermanfaat bagi penulis khususnya dan
bagi pembaca umumnya. Dengan segenap kerendahan hati penulis menyadari
bahwa skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan. Saran dan kritik yang konstruktif
dari pembaca sangat penulis harapkan.
Wassalamu’alaikum Warahmatullahi Wabarakatuh
Jakarta, Maret 2010
Penulis
viii
ix
DAFTAR ISI
Halaman
KATA PENGANTAR ............................................................................. vi
DAFTAR ISI ............................................................................................ ix
DAFTAR GAMBAR ............................................................................... xii
DAFTAR TABEL .................................................................................. xiv
DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................... xv
ABSTRAK .................................................................................................. xvi
ABSTRACT .................................................................................... ........... xvii
BAB I PENDAHULUAN ........................................................................ 1
1.1. Latar Belakang.................................................................................... 1
1.2. Perumusan Masalah ........................................................................... 4
1.3. Hipotesa ............................................................................................. 4
1.4. Tujuan Penelitian ............................................................................... 4
1.5. Manfaat Penelitian ............................................................................. 5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA .............................................................. 6
2.1. Adsorpsi ............................................................................................ 6
2.1.1. Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Daya Adsorpsi ................. 9
2.1.2. Metode Sorpsi........................................................................... 10
2.2. Biosorpsi............................................................................................. 11
2.3. Isoterm Adsorpsi ................................................................................ 13
2.3.1. Isoterm Langmuir .................................................................... 14
2.3.2. Isoterm Freundlich ................................................................... 15
ix
2.4. Logam Berat ....................................................................................... 16
2.4.1. Timbal (Pb) .............................................................................. 17
2.4.2. Kadmium (Cd) .......................................................................... 19
2.4.3. Kromium (Cr) .......................................................................... 20
2.4.4. Tembaga (Cu) .......................................................................... 22
2.5. Tanaman Tebu .................................................................................... 23
2.5.1. Ampas Tebu ............................................................................ 25
2.6. Spektroskopi Serapan Atom (SSA) .................................................... 26
2.6.1. Prinsip Spektroskopi Serapan Atom ......................................... 27
BAB III METODE PENELITIAN ......................................................... 33
3.1. Waktu dan Tempat Penelitian ............................................................ 33
3.2. Alat dan Bahan .................................................................................. 33
3.2.1. Alat .......................................................................................... 33
3.2.2. Bahan ..................................................................................... 33
3.3. Rancangan Penelitian ............................................................................. 34
3.4. Prosedur Kerja ........................................................................ .............. 35
3.4.1. Pembuatan Arang Ampas Tebu ............................................... 35
3.4.2. Preparasi Limbah Simulasi ....................................................... 35
3.4.3. Penentuan Kondisi Optimum ................................................... 36
1).Penentuan Pengaruh Massa Arang Ampas Tebu terhadap Penyerapan Ion Logam Cd, Cr, Cu dan Pb ........................... 36
2). Penentuan Pengaruh pH Larutan Ion logam ........................ 36
3). Penentuan Pengaruh Konsentrasi Larutan Ion Logam ......... 37
4). Penentuan Pengaruh Lama Pemanasan ............................... 37
3.3.4. Penentuan Isoterm Adsorpsi ..................................................... .......... 38
x
3.3.5. Aplikasi Penggunaan Arang Ampas Tebu pada Limbah Simulasi .... 38
3.4.6. Aplikasi Penggunaan Arang Ampas Tebu pada Limbah Laboratorium 39
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ................................................. 40
4.1. Pengaruh Massa Arang Ampas Tebu .................................................. 40
4.2. Pengaruh pH Larutan Ion Logam ....................................................... 42
4.3. Pengaruh Konsentrasi Larutan Ion Logam .......................................... 43
4.4. Pengaruh Lama Pemanasan ................................................................ 45
4.5. Aplikasi pada Limbah Simulasi ......................................................... 48
4.6. Aplikasi pada Limbah Laboratorium Kimia Pusat Laboratorium Terpadu UIN Syarif Hidayatullah Jakarta. .......................................... 50
4.7. Isoterm Adsorpsi ................................................................................ 52
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ................................................... 57
5.1. Kesimpulan ........................................................................................ 57
5.2. Saran .................................................................................................. 58
DAFTAR PUSTAKA .............................................................................. 59
LAMPIRAN ............................................................................................ 63
xi
xii
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 1. Kurva Isoterm Langmuir .....................................................................15
Gambar 2. Kurva Isoterm Freundlich ...................................................................16
Gambar 3. (a) Batang Tebu dan (b) Tanaman Tebu .............................................24
Gambar 4. Skema Prinsip SSA .............................................................................28
Gambar 5. (a) Komponen-komponen utama SSA, (b) Sistem Instrumentasi SSA Single Beam dan (c) Double Beam .............................................29
Gambar 6. Lampu Katoda .....................................................................................30
Gambar 7. Gambar Nebulizer,Burner dan Spray Chamber ……………………..31
Gambar 8. Bagan Alir Penelitian ………………………………………………..34
Gambar 9. Pengaruh Massa Arang Ampas Tebu terhadap Penyerapan
Ion Logam Cd (II), Cr (VI), Cu(II) dan Pb(II) (volume 10ml, konsentrasi 20 mg/L dan lama pemanasan 2,5jam)...................40
Gambar 10.Pengaruh pH Ion Logam Cd(II), Cr(VI), Cu(II) dan Pb(II)
terhadap Efisiensi Penyerapan Arang Ampas Tebu(volume 10ml, konsentrasi 20 mg/L, Massa 0,5 g arang ampas tebu) ........................42
Gambar 11. Pengaruh Konsentrasi Ion Logam Cd(II), Cr(VI), Cu(II)
dan Pb(II) terhadap Efisiensi Penyerapan Ampas Tebu (volume 10 ml, konsentrasi 20 mg/L, massa 0,5 g ampas tebu).........44
Gambar 12.Pengaruh Lama Pemanasan Arang Ampas Tebu terhadap
Penyerapan Ion logam Cd(II), Cr(VI), Cu(II) dan Pb(II)(volume 10ml, konsentrasi 20mg/L, suhu 2500C, massa 0,5 g ampas tebu) ...46
Gambar 13.Pembentukan Senyawa Kompleks antara Ion Logam Pb
dengan Selulosa .................................................................................52
Gambar 14. (a) Isoterm Langmuir dan (b) Isoterm Freundlich adsorpsi ion logam Cd oleh ampas tebu ..........................................................53
Gambar 15. (a) Isoterm Langmuir dan (b) Isoterm Freundlich adsorpsi
ion logam Pb oleh ampas tebu..........................................................54
xii
Gambar 16. (a) Isoterm Langmuir dan (b) Isoterm Freundlich adsorpsi ion logam Cr oleh ampas tebu ..........................................................55
Gambar 17. (a) Isoterm Langmuir dan (b) Isoterm Freundlich adsorpsi
ion logam Cu oleh ampas tebu .........................................................56
xiii
xiv
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1. Komponen Penyusun Serat Ampas Tebu ................................................26
Tabel 2. Kapasitas Penyerapan Ion Logam pada Variasi Massa Arang Ampas Tebu ...........................................................................................41
Tabel 3. Kapasitas Penyerapan Ion Logam pada Variasi pH Larutan
Ion Logam ..............................................................................................43
Tabel 4. Kapasitas Penyerapan Ion Logam pada Variasi Konsentrasi Larutan Ion Logam .................................................................................45
Tabel 5. Kapasitas Penyerapan Ion Logam pada Variasi Lama Pemanasan .........47
Tabel 6. Aplikasi Penyerapan Ion Logam dalam Limbah Simulasi ……………..48
Tabel 7. Aplikasi Penyerapan Ion Logam dalam Limbah Laboratorium
Terpadu UIN Syarif Hidayatullah Jakarta ……………..……………….50
xiv
xv
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1. Data Penentuan Kondisi Optimum Penyerapan ...............................63
Lampiran 2. Contoh Perhitungan Efisiensi dan Kapasitas Penyerapan ................69
Lampiran 3. Isoterm Langmuir Adsorpsi Ion Logam oleh Ampas Tebu ..............70
Lampiran 4. Isoterm Freundlich Adsorpsi Ion Logam oleh Ampas Tebu ............72
Lampiran 5. Asam dan Basa Beberapa Senyawa dan dan Ion Menurut Prinsip HSAB dari Pearson ..........................................................................74
Lampiran 6. Pembuatan Larutan ..........................................................................75
Lampiran 7. Pembuatan Larutan Buffer ................................................................76
Lampiran 8. Gambar Alat, Bahan dan Hasil Penelitian ........................................77
xv
xvi
ABSTRAK
ADE APRILIANI. Pemanfaatan Arang Ampas Tebu sebagai Adsorben Ion Logam Cd, Cr, Cu dan Pb dalam Air Limbah. Di bawah bimbingan Nurhasni,
M.Si dan Hendrawati, M.Si.
Telah dilakukan penelitian terhadap kemampuan arang ampas tebu sebagai adsorben untuk menyerap ion logam Cd, Cr, Cu dan Pb dalam air limbah. Percobaan dilakukan dalam skala laboratorium menggunakan metode batch. Penentuan kondisi optimum meliputi massa adsorben, pH, konsentrasi ion logam dan lama pemanasan. Hasil analisis menggunakan Spektroskopi Serapan Atom (SSA) dalam air limbah simulasi menunjukkan efisiensi penyerapan tertinggi pada ion logam Pb sebesar 95,92 % dan kapasitas penyerapan 0,3940 mg/g. Sedangkan efisiensi penyerapan terendah pada ion logam Cd dengan nilai 59,98 % dan kapasitas penyerapan 0,4096 mg/g. Pada air limbah Laboratorium Kimia UIN Syarif Hidayatullah Jakarta, efisiensi penyerapan tertinggi pada ion logam Cu dengan efisiensi penyerapan sebesar 92,85 % dan kapasitas penyerapan 0,026 mg/g. Sedangkan efisiensi penyerapan terendah pada ion logam Cd, yaitu 62,33 % dengan kapasitas penyerapan 0,0374 mg/g.
Kata Kunci : Adsorpsi, Ampas tebu, metode batch, logam berat, SSA
xvi
xvii
ABSTRACT
ADE APRILIANI. The Used of Sugarcane Bagasse Charcoal as an Adsorbent of Metal Ions Cd, Cr, Cu and Pb in Wastewater. Advisor Nurhasni, M.Si and
Hendrawati, M.Si.
The ability of sugarcane bagasse charcoal as an adsorbent to adsorp metal ions of Cd, Cr, Cu and Pb from wastewater has been investigated. The experiment was done in laboratory scale by using batch method. The determination of optimum condition was include of adsorbent dosage, pH concentration of metal ions and duration of heating. The result was analyzed by using Atomic Absorption Spectroscopy (AAS) in simulation wastewater indicate the highest adsorption efficiency increase 95,92% for Pb metal ion and adsorption capacity 0,3941 mg/g. Meanwhile the lowest adsorption efficiency for Cd metal ion is 59,98% and adsorption capacity 0,4096 mg/g. In wastewater from Chemical Laboratory of UIN Syarif Hidayatullah Jakarta, the result indicate the highest adsorption efficiency increase 92,85% for Cu metal ion and adsorption capacity 0,026 mg/g. Meanwhile the lowest adsorption efficiency for Cd metal ion, that is 62,33% with adsoption capacity 0,0374 mg/g.
Keywords : Adsorption, Sugarcane bagasse, batch method, heavy metal, AAS
xvii
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Perkembangan industri yang ada saat ini telah mengalami kemajuan yang
sangat pesat. Akibat proses industrialisasi tersebut dihasilkan buangan limbah
industri berupa limbah cair, padat maupun gas yang dapat mengakibatkan
terjadinya pencemaran lingkungan. Limbah cair pada industri ini memberikan
kontribusi terhadap pelepasan logam berat beracun di dalam aliran air. Hal ini
akan berdampak negatif pada makhluk hidup di lingkungan sekitarnya.
Beberapa metode untuk menghilangkan logam berat dari air limbah telah
dilakukan dengan proses secara fisika dan kimia yang meliputi presipitasi,
koagulasi dan pertukaran ion. Tetapi metode-metode tersebut diatas masih mahal
terutama bagi negara-negara yang sedang berkembang. Proses adsorpsi
merupakan teknik pemurnian dan pemisahan yang efektif dipakai dalam industri
karena dianggap lebih ekonomis dalam pengolahan air dan limbah (Al-Asheh et
al., 2000) dan merupakan teknik yang sering digunakan untuk mengurangi ion
logam berat dalam air limbah (Selvi et al., 2001).
Pertimbangan biaya untuk pengolahan merupakan salah satu alternatif
yang perlu dipertimbangkan untuk memilih teknologi yang akan digunakan untuk
pengolahan senyawa logam berat tersebut. Senyawa alam yang banyak terdapat
dalam limbah pertanian atau buangan industri merupakan potensi adsorben murah.
Biaya pengolahan adalah parameter yang penting dalam memilih adsorben dan
biaya masing-masing adsorben sangat bervariasi, tergantung pada proses yang
1
diperlukan dan ketersediaan adsorben tersebut. Secara umum adsorben dapat
dikatakan murah apabila tidak memerlukan atau memerlukan sedikit proses,
bahannya banyak terdapat dan merupakan hasil samping atau limbah dari industri
(Arifin, 2003).
Pemanfaatan bahan alami atau biomaterial dari limbah pertanian sebagai
bahan pengganti karbon aktif ataupun resin penukar ion untuk menyerap senyawa-
senyawa beracun telah mulai diteliti. Penggunaan biomaterial dari limbah
pertanian atau industri dapat digunakan sebagai alternatif adsorben dengan biaya
rendah diantaranya adalah tongkol jagung, gabah padi, ampas kedelai, biji kapas,
jerami dan kulit kacang tanah (Marshall dan Mitchell, 1996). Dari penelitian yang
telah dilakukan memperlihatkan bahwa biomaterial mengandung gugus fungsi
antara lain karboksil, amino, sulfat, polisakarida, lignin dan sulfihidril mempunyai
kemampuan penyerapan yang baik (Volesky, 2004).
Ampas tebu adalah hasil limbah dari industri gula atau pembuatan
minuman dari air tebu yang belum termanfaatkan secara optimal sehingga
membawa masalah tersendiri bagi industri gula maupun lingkungan karena
dianggap sebagai limbah. Secara kimiawi, komponen utama penyusun ampas tebu
adalah serat yang didalamnya terkandung gugus selulosa, poliosa seperti
hemiselulosa, lignoselulosa dan lignin (Santosa dkk., 2003). Dari komponen
penyusun ampas tebu tersebut, peneliti ingin mengetahui kemampuan ampas tebu
dalam menyerap ion logam dalam air limbah karena ampas tebu memiliki serat
dan pori-pori yang cukup besar dalam menampung gula yang sebelumnya
terkandung dalam ampas tebu tersebut. Sehingga ion logam dapat terserap
menggantikan posisi gula. Penggunaan ampas tebu sebagai alternatif biomaterial
2
penyerap ion logam merupakan proses daur ulang yang sangat baik bagi
penghematan sumber daya alam dan merupakan salah satu cara bagi pengolahan
limbah, seperti yang dikemukakan oleh para pakar lingkungan bahwa sebaik-
baiknya pengolahan limbah adalah dengan cara daur ulang. Selain itu, karena
ampas tebu mudah didapatkan serta dapat diregenerasi kembali dan dari sisi
ekonomis harga ampas tebu yang murah dibanding penyerap sintetis lain, maka
hal ini menjadi keuntungan tersendiri dalam penggunaan ampas tebu sebagai
penyerap ion logam Cd, Cr, Cu dan Pb (Refilda dkk., 2001).
Pemanfaatan ampas tebu menjadi arang mempunyai prospek yang bagus
dan ekonomis untuk dikembangkan. Hasil pengarangan ampas tebu pada suhu
320oC akan mengakibatkan penguraian lignosellulose mejadi asam asetat,
metanol, gas CO, CH4, H2 dan CO2. Asam asetat umumnya berasal dari selulosa,
terutama hemiselolosa sedangkan metanol berasal dari lignin yang dapat larut.
Arang ampas tebu yang dibuat melalui tahap pirolisis (proses karbonisasi) pada
suhu tertentu dapat dijadikan alternatif adsorben untuk menyerap ion logam berat
beracun (Mukhlieshin, 1997).
Dalam penelitian ini akan diselidiki kemampuan arang ampas tebu dalam
menyerap ion logam, khususnya terhadap ion logam berat Cd, Cr, Cu dan Pb.
Keempat logam tersebut banyak digunakan dalam industri dan memiliki potensi
dampak pencemaran pada lingkungan. Dengan menggunakan metode statis
(batch) serta analisis penyerapan logam menggunakan Spektrofotometer Serapan
Atom (SSA), diharapkan penelitian ini dapat dijadikan sumbangan ilmu
pengetahuan dalam upaya pengelolaan limbah industri sehingga dapat mengurangi
3
terjadinya pencemaran lingkungan yang diakibatkan oleh adanya ion logam dan
senyawa beracun.
1.2. Perumusan Masalah
1. Apakah arang ampas tebu dapat menyerap ion logam Cd, Cr, Cu dan Pb
pada air limbah?
2. Berapa efisiensi dan kapasitas penyerapan arang ampas tebu sebagai
adsorben terhadap ion logam Cd, Cr, Cu dan Pb?
1.3. Hipotesa
1. Arang ampas tebu dapat menyerap ion logam Cd, Cr, Cu dan Pb pada air
limbah.
2. Efisiensi dan kapasitas penyerapan arang ampas tebu terhadap ion logam
Cd, Cr, Cu dan Pb dapat mencapai 100%.
1.4. Tujuan Penelitian
1. Menguji dan menganalisis kemampuan arang ampas tebu dalam menyerap
ion logam Cd, Cr, Cu dan Pb serta menentukan kondisi optimum terhadap
beberapa parameter yang digunakan antara lain massa adsorben,
konsentrasi ion logam, pH ion logam dan lama pemanasan.
2. Memanfaatkan penggunaan ampas tebu sebagai hasil limbah dari industri
gula maupun pembuatan minuman sari tebu dalam bentuk arang agar tidak
mencemari lingkungan.
4
1.5. Manfaat Penelitian
Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah dapat memberikan
informasi bahwa arang ampas tebu dapat digunakan sebagai alternatif biomaterial
penyerap ion logam sehingga dapat diaplikasikan penggunaannya dalam upaya
mengurangi pencemaran lingkungan, khususnya lingkungan perairan.
5
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Adsorpsi
Adsorpsi merupakan suatu proses penyerapan oleh padatan tertentu
terhadap zat tertentu yang terjadi pada permukaan zat padat karena adanya gaya
tarik atom atau molekul pada permukaan zat padat tanpa meresap ke dalam
(Atkins,1999).
Proses adsorpsi dapat terjadi karena adanya gaya tarik atom atau molekul
pada permukaan padatan yang tidak seimbang. Adanya gaya ini, padatan
cenderung menarik molekul-molekul yang lain yang bersentuhan dengan
permukaan padatan, baik fasa gas atau fasa larutan ke dalam permukaannya.
Akibatnya, konsentrasi molekul pada permukaan menjadi lebih besar dari pada
dalam fasa gas atau zat terlarut dalam larutan. Menurut Giles dalam Osipow
(1962), yang bertanggung jawab terhadap adsorpsi adalah gaya tarik van der
waals, pembentukan ikatan hidrogen, pertukaran ion dan pembentukan ikatan
kovalen.
Adsorpsi dapat terjadi pada antarfasa padat-cair, padat-gas atau gas-cair.
Molekul yang terikat pada bagian antarmuka disebut adsorbat, sedangkan
permukaan yang menyerap molekul-molekul adsorbat disebut adsorben. Pada
adsorpsi, interaksi antara adsorben dengan adsorbat hanya terjadi pada permukaan
adsorben. Adsorpsi adalah gejala pada permukaan, sehingga makin besar luas
permukaan, maka makin banyak zat yang teradsorpsi. Walaupun demikian,
adsorpsi masih bergantung pada sifat zat pengadsorpsi (Fatmawati, 2006).
6
Berdasarkan besarnya interaksi antara adsorben dan adsorbat, adsorpsi
dibedakan menjadi dua macam yaitu adsorpsi fisika dan adsorpsi kimia.
a. Adsorpsi Fisika
Dalam adsorpsi fisika, molekul-molekul teradsorpsi pada permukaan
adsorben dengan ikatan yang lemah. Adsorpsi fisika terjadi bila gaya
intermolekular lebih besar dari gaya tarik antar molekul atau gaya tarik menarik
yang relatif lemah antara adsorbat dengan permukaan adsorben, gaya ini disebut
gaya Van der Waals sehingga adsorbat dapat bergerak dari satu bagian permukaan
ke bagian permukaan lain dari adsorben. Adsorpsi ini berlangsung cepat, dapat
membentuk lapisan jamak (multilayer) dan dapat bereaksi balik (reversibel),
sehingga molekul-molekul yang teradsorpsi mudah dilepaskan kembali dengan
cara menurunkan tekanan gas atau konsentrasi zat terlarut.
Panas adsorpsi yang menyertai adsorpsi fisika yaitu berkisar 10 kJ/mol
(kira-kira mempunyai orde yang sama dengan kalor yang dilepaskan pada proses
kondensasi adsorbat) dan lebih panas dari adsorpsi kimia. Adsorpsi fisika
umumnya terjadi pada temperatur yang rendah dan jumlah zat yang teradsorpsi
akan semakin kecil dengan naiknya suhu. Banyaknya zat yang teradsorpsi dapat
beberapa lapisan monomolekuler, demikian juga kondisi kesetimbangan tercapai
segera setelah adsorben bersentuhan dengan adsorbat. Hal ini dikarenakan dalam
fisika tidak melibatkan energi aktivasi.
b. Adsorpsi Kimia
Pada adsorpsi kimia, molekul-molekul yang teradsorpsi pada permukaan
adsorben bereaksi secara kimia, karena adanya reaksi antara molekul-molekul
adsorbat dengan adsorben dimana terbentuk ikatan kovalen dengan ion, sehingga
7
terjadi pemutusan dan pembentukan ikatan (Reza, 2002). Oleh karena itu, panas
adsorpsinya mempunyai kisaran yang sama seperti reaksi kimia, yaitu berkisar
100 kJ/mol (mempunyai orde besaran yang sama dengan energi ikatan kimia).
Ikatan antara adsorben dengan adsorbat dapat cukup kuat sehingga spesies aslinya
tidak dapat ditemukan kembali. Adsorpsi ini bersifat irreversibel, hanya dapat
membentuk lapisan tunggal (monolayer) dan diperlukan energi yang banyak
untuk melepaskan kembali adsorbat (dalam proses adsorpsi). Pada umumnya,
dalam adsorpsi kimia jumlah (kapasitas) adsorpsi bertambah besar dengan
naiknya temperatur. Zat yang teradsorpsi membentuk satu lapisan monomolekuler
dan relatif lambat tercapai kesetimbangan karena dalam adsorpsi kimia
melibatkan energi aktivasi (Oscik, 1982).
Menurut Syahmani dan Sholahudin (2007), energi adsorpsi fisika adalah
42 kJ/mol sedangkan adsorpsi kimia berada dalam kisaran 42-420 kJ/mol. Secara
kualitatif perilaku adsorpsi dapat juga dipandang dari sifat polar ataupun nonpolar
antara zat padat (adsorben) dengan komponen larutan (adsorbat). Adsorben polar
akan cenderung mengadsorpsi kuat adsorbat polar dan lemah terhadap adsorbat
nonpolar, demikian juga sebaliknya. Adsorben polar akan mengadsorpsi kuat zat
terlarut polar dari pelarut nonpolar karena kelarutannya yang rendah dan
mengadsorpsi yang lemah dari pelarut polar karena kelarutannya yang tinggi,
demikian juga sebaliknya.
Menurut Hughes dan Poole (1984) proses adsorpsi melalui pertukaran ion
dan kompleksasi hanya berlangsung pada lapisan permukaan sel yang mempunyai
situs-situs yang bermuatan berlawanan dengan muatan ion logam sehingga
interaksinya merupakan interaksi pasif dan relatif cepat. Molekul adsorben secara
8
kimiawi dianggap mempunyai situs-situs aktif atau gugus fungsional yang mampu
berinteraksi dengan logam permukaan sel seperti posfat, karboksil, amina dan
amida. Jika proses adsorpsi melalui pertukaran ion, adsorpsi dipengaruhi oleh
banyak proton dalam larutan yang berkompetisi dengan ion logam pada
permukaan adsorben, sehingga pada pH yang rendah jumlah proton melimpah,
peluang terjadinya pengikatan logam oleh adsorben relatif kecil, sebaliknya pada
pH tinggi, jumlah proton relatif kecil menyebabkan peluang terjadinya pengikatan
logam menjadi besar.
2.1.1. Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Daya Adsorpsi
Menurut Gaol (2001), banyaknya adsorbat yang terserap pada permukaan
adsorben dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu :
1. Jenis Adsorbat, dapat ditinjau dari
a. Ukuran molekul adsorbat, rongga tempat terjadinya adsorpsi dapat dicapai
melalui ukuran yang sesuai, sehingga molekul-molekul yang bisa diadsorpsi
adalah molekul-molekul yang berdiameter sama atau lebih kecil dari
diameter pori adsorben.
b. Polaritas molekul adsorbat, apabila diameter sama, molekul-molekul polar
lebih kuat diadsorpsi daripada molekul-molekul yang kurang polar, sehingga
molekul-molekul yang lebih polar bisa menggantikan molekul-molekul yang
kurang polar yang telah diserap.
2. Sifat Adsorben, dapat ditinjau dari
a. Kemurnian adsorben, adsorben yang lebih murni memiliki daya serap yang
lebih baik
9
b. Luas Permukaan, semakin luas permukaan adsorben maka jumlah adsorbat
yang terserap akan semakin banyak pula.
c. Temperatur, adsorpsi merupakan proses eksotermis sehingga jumlah
adsorbat akan bertambah dengan berkurangnya temperatur adsorbat.
Adsorpsi fisika yang substansial biasa terjadi pada temperatur di bawah titik
didih adsorbat, terutama di bawah 50 oC. Sebaliknya pada adsorpsi kimia,
jumlah yang diadsorpsi berkurang dengan naiknya temperatur adsorbat.
d. Tekanan, untuk adsorpsi fisika, kenaikan tekanan adsorbat mengakibatkan
kenaikan jumlah zat yang diadsorpsi.
2.1.2. Metode Sorpsi
Metode sorpsi dapat dilakukan dengan dua cara yaitu statis (batch) dan
dinamis (kolom).
1. Cara statis yaitu ke dalam wadah yang berisi sorben dimasukkan larutan
yang mengandung komponen yang diinginkan, selanjutnya diaduk dalam
waktu tertentu, kemudian dipisahkan dengan cara penyaringan atau
dekantasi. Komponen yang telah terikat pada sorben dilepaskan kembali
dengan melarutkan sorben dalam pelarut tertentu dan volumenya lebih
kecil dari volume larutan mula-mula.
2. Cara dinamis (kolom) yaitu ke dalam kolom yang telah diisi dengan
sorben dilewatkan larutan yang mengandung komponen tertentu
selanjutnya komponen yang telah terserap dilepaskan kembali dengan
mengalirkan pelarut (eluen) sesuai yang volumenya lebih kecil.
10
Karena selektivitasnya yang tinggi, proses adsorpsi sangat sesuai untuk
memisahkan bahan dengan konsentrasi yang kecil dari campuran yang
mengandung bahan lain yang berkonsentrasi tinggi. Bentuk lain dari adsorpsi
adalah pertukaran ion (ion exchange).
Kecepatan adsorpsi tidak hanya bergantung pada perbedaan konsentrasi
dan luas permukaan adsorben, melainkan juga pada suhu, pH larutan, tekanan
(untuk gas), ukuran partikel, dan porositas adsorben tetapi juga bergantung pada
ukuran molekul bahan yang akan diadsorpsi dan viskositas campuran yang akan
dipisahkan (Hanjono, 1995).
2.2. Biosorpsi
Proses penyerapan yang menggunakan material biologi (biomaterial)
sebagai sorben disebut biosorpsi. Menurut Cossich et al., (2003), biosorpsi
didefinisikan sebagai proses pengunaan bahan alami untuk mengikat logam berat.
Proses ini terjadi ketika ion logam berat mengikat dinding sel dengan dua cara
yang berbeda, pertama pertukaran ion di mana ion monovalent dan divalent
seperti Na, Mg, dan Ca pada dinding sel digantikan oleh ion-ion logam berat; dan
kedua adalah pembentukan kompleks antara ion-ion logam berat dengan
fungsional grup seperti karbonil, amino, thiol, hidroksi, posfat, dan hidroksi-
karboksil yang berada pada dinding sel. Proses biosorpsi ini bersifat bolak balik
dan cepat. Proses bolak balik ikatan ion logam berat di permukaan sel ini dapat
terjadi pada sel mati dan sel hidup dari suatu biomass. Proses biosorpsi dapat lebih
efektif dengan kehadiran tertentu pH dan kehadiran ion-ion lainnya di media di
mana logam berat dapat terendapkan sebagai garam yang tidak terlarut. Pada saat
11
ion logam berat tersebar pada permukaan sel, ion akan mengikat pada bagian
permukaan sel berdasarkan kemampuan daya afinitasnya (Gadd dalam Sunarya,
1998).
Biomaterial yang digunakan sebagai penyerap disebut biosorben.
Biomaterial memiliki kemampuan penyerapan yang unik. Penyerapan dapat
melalui pengikatan aktif dan pasif. Pengikatan aktif melibatkan reaksi
metabolisme terjadi pada biomaterial yang hidup sedangkan pengikatan pasif
hanya terjadi pada biomaterial yang telah mati. Tidak seperti sorben sintetis
(resin, silica dan selulosa) yang hanya mengandung satu macam gugus fungsi,
biomaterial memiliki berbagai fungsi yang ditemukan dalam sel dan dinding
selnya. Gugus fungsi yang aktif dalam proses penyerapan diantaranya karboksil,
hidroksil, amino, posfat dan lain-lain.
Mekanisme penyerapan ion logam yang terjadi pada biomaterial telah
diusulkan oleh Tzesus dalam Guibal et al., (1992) yang berhubungan dengan
perpindahan ion logam melalui lapisan atau permukaan dinding.
Tahap perpindahan yang terjadi adalah :
1. Perpindahan ion logam dari bagian larutan ke film pembatas yang ada di
sekitar dinding sel
2. Perpindahan ion logam dari film pembatas ke permukaan sel
3. Perpindahan ion logam sel ke sisi aktif biomaterial
4. Fase penyerapan yang terdiri dari pengikatan, pengompleksan dan
pengendapan di dalam membran biomaterial.
Biomaterial menarik untuk dipelajari dalam proses penyerapan karena
banyak terdapat di alam, pengoperasiannya sederhana (relatif murah), memiliki
12
kemampuan penyerapan yang lebih dan ukuran partikelnya dapat dioptimumkan
(Fourest dan Roux, 1992).
Proses adsorpsi menggunakan produk limbah pertanian atau biosorpsi
menjadi alternatif baru untuk pengolahan air limbah. Menurut Kargi dan Cikla
(2006), proses biosorpsi lebih baik digunakan untuk metode kimia dan fisika
dikarenakan oleh faktor-faktor di bawah ini :
a. Tanaman dapat digunakan sebagai adsorben dari limbah berlebih yang
dihasilkan dari pengolahan air limbah
b. Biosorben murah, mudah didapatkan dan kemungkinan dapat digunakan
kembali
c. Penyerapan ion logam selektif dapat menggunakan biosorben
d. Proses biosorpsi dapat dilakukan secara luas pada beberapa kondisi
lingkungan seperti pH, kekuatan ion dan temperatur.
2.3. Isoterm Adsorpsi
Isoterm adsorpsi merupakan fungsi konsentrasi zat terlarut yang terserap
pada padatan terhadap konsentrasi larutan. Persamaan yang dapat digunakan
untuk menjelaskan data percobaan isoterm dikaji oleh Freundlich, Langmuir, serta
Brunauer, Emmet dan Teller (BET). Tipe isoterm adsorpsi dapat digunakan untuk
mempelajari mekanise adsorpsi adsorpsi fase cair-padat pada umumnya menganut
tipe isoterm Freundlich dan Langmuir (Atkins, 1999). Adsorben yang baik
memiliki kapasitas adsorpsi dan presentase penyerapan yang tinggi.
Kapasitas adsorspsi dapat dihitung dengan menggunakan rumus :
13
Sedangkan presentase adsorpsi (efisiensi adsorpsi) dapat dihitung dengan
menggunakan rumus :
Keterangan : Q = Kapasitas adsorpsi per bobot molekul (mg/g) C1 = Konsentrasi awal larutan (mg/L) C2 = Konsentrasi akhir larutan (mg/L) m = Massa adsorben (g) V = Volume larutan (mL) % E = Efisiensi adsorpsi
2.3.1. Isoterm Langmuir
Tipe isoterm Langmuir merupakan proses adsorpsi yang berlangsung
secara kimisorpsi satu lapisan. Kimisorpsi adalah adsorpsi yang terjadi melalui
ikatan kimia yang sangat kuat antara sisi aktif permukaan dengan molekul
adsorbat dan dipengaruhi oleh densitas elektron. Adsorpsi satu lapisan terjadi
karena ikatan kimia biasanya bersifat spesifik, sehingga permukaan adsorben
mampu mengikat adsorbat dengan ikatan kimia. Isoterm Langmuir diturunkan
berdasarkan teori dengan persamaan :
Isoterm Langmuir dipelajari untuk menggambarkan pembatasan sisi adsorpsi
dengan asumsi bahwa sejumlah tertentu sisi sentuh adsorben ada pada
permukaannya dan semua memiliki energi yang sama, serta adsorpsi bersifat balik
(Atkins, 1999). Konstanta α dan β dapat ditemukan dari kurva hubungan
14
terhadap c dengan persamaan :
Gambar 1. Kurva isoterm Langmuir
2.3.2. Isoterm Freundlich
Isoterm Freundlich merupakan isoterm yang paling umum digunakan dan
dapat mencirikan proses adsorpsi dengan lebih baik (Jason, 2004). Isoterm
Freundlich menggambarkan hubungan antara sejumlah komponen yang
teradsorpsi per unit adsorben dan konsentrasi komponen tersebut pada
kesetimbangan. Freundlich memformulasikan persamaan isotermnya sebagai
berikut :
Apabila dilogaritmakan, persamaan akan menjadi :
Keterangan :
x/m = jumlah adsorbat teradsorpsi perunit massa adsorben (mg/g) c = konsentrasi kesetimbangan adsorbat dalam larutan setelah diadsorpsi k,n = konstanta empiris
15
Isoterm Freundlich menganggap bahwa pada semua sisi permukan
adsorben akan terjadi proses adsorpsi di bawah kondisi yang diberikan. Isoterm
Freundlich tidak mampu memperkirakan adanya sisi-sisi pada permukaan yang
mampu mencegah adsorpsi pada saat kesetimbangan tercapai dan hanya ada
beberapa sisi aktif saja yang mampu mengadsorpsi molekul terlarut (Jason, 2004).
Gambar 2. Kurva isoterm Freundlich
2.4. Logam Berat
Berdasarkan daya hantar elektrik, semua unsur kimia yang terdapat dalam
sistem periodik dapat dibagi menjadi 2 golongan (Cotton dan Wilkinson, 1986),
yaitu logam dan non logam. Logam bersifat konduktor yaitu mempunyai daya
hantar panas dan elektrik yang tinggi, sedangkan non logam bersifat isolator.
Berdasarkan kerapatannya, logam dapat dibedakan atas 2 golongan, yaitu logam
ringan dan logam berat. Logam berat adalah semua jenis logam yang mempunyai
berat jenis lebih besar atau sama dengan 5 g/cm3, sedangkan logam yang
mempunyai berat jenis kurang dari 5 g/cm3 dikenal sebagai logam ringan.
Istilah logam berat secara khas mencirikan suatu unsur yang merupakan
konduktor yang baik, mudah ditempa, bersifat toksik dalam biologi, mempunyai
16
nomor atom 22-92 dan terletak pada periode III dan IV dalam sistem periodik
unsur kimia (Cotton dan Wilkinson,1986).
Logam berat adalah unsur-unsur yang umumnya digunakan dalam
industri, bersifat toksik bagi makhluk hidup dalam proses aerobik maupun
anaerobik. Berdasarkan sudut pandang toksikologi, logam berat ini dapat dibagi
dalam dua jenis yaitu logam berat esensial dan non esensial. Jenis pertama adalah
logam berat esensial, di mana keberadaannya dalam jumlah tertentu sangat
dibutuhkan oleh organisme hidup, namun dalam jumlah yang berlebihan dapat
menimbulkan efek racun. Contoh logam berat ini adalah Zn, Cu, Fe, Co, Mn dan
lain sebagainya. Sedangkan jenis kedua adalah logam berat tidak esensial atau
beracun, di mana keberadaannya dalam tubuh masih belum diketahui manfaatnya
atau bahkan dapat bersifat racun, seperti Hg, Cd, Pb, Cr dan lain-lain (Widowati
dkk., 2008).
Logam berat dapat menimbulkan efek gangguan terhadap kesehatan
manusia, tergantung pada bagian mana dari logam berat tersebut yang terikat
dalam tubuh serta besarnya dosis paparan. Efek toksik dari logam berat mampu
menghalangi kerja enzim sehingga mengganggu metabolisme tubuh,
menyebabkan alergi, bersifat mutagen, karsinogen bagi manusia ataupun hewan
(Widowati dkk., 2008).
2.4.1. Timbal (Pb)
Timbal atau plumbum dalam keseharian lebih dikenal dengan timah hitam
merupakan logam yang lunak dan tahan terhadap korosi atau karat sehingga
logam timbal sering digunakan sebagai bahan coating atau bahan pelapis. Pb dan
17
persenyawaannya dapat berada dalam badan perairan secara alamiah dan sebagai
dampak terhadap aktivitas manusia. Secara alamiah, Pb dapat masuk ke badan
perairan melalui pengkristalan Pb di udara dengan bantuan air hujan. Pb yang
masuk ke dalam badan perairan sebagai dampak aktivitas manusia diantaranya
adalah air buangan limbah dari industri yang berkaitan dengan Pb, misalnya dari
pertambangan bijih timah hitam dan buangan sisa industri baterai.
Senyawa Pb yang ada dalam badan perairan dapat ditemukan dalam
bentuk ion-ion divalent atau ion-ion tetravalen (Pb2+, Pb4+). Ion Pb tetravalen
mempunyai daya racun yang lebih tinggi bila dibandingkan dengan ion Pb
divalen. Timbal bersifat toksik bagi semua organisme hidup, bahkan juga sangat
berbahaya untuk manusia. Dalam badan perairan, konsentrasi Pb yang mencapai
188 mg/L dapat membunuh ikan-ikan. Keracunan timbal bersifat akut dan kronis.
Hal itu disebabkan senyawa-senyawa Pb dapat memberikan racun terhadap
banyak fungsi organ dan sistem saraf yang terdapat dalam tubuh (Palar, 1994).
Keracunan akut dapat terjadi jika Pb masuk ke dalam tubuh seseorang
melalui makanan atau menghirup gas Pb dalam waktu relatif pendek dengan dosis
atau kadar relatif tinggi. Pb bisa merusak jaringan saraf, fungsi ginjal, sistem
reproduksi, sistem endokrin dan jantung, serta gangguan pada otak sehingga anak
mengalami gangguan kecerdasan dan mental. Sedangkan paparan Pb secara kronis
bisa mengakibatkan kelelahan lesu, gangguan iritabilitas, kehilangan libido,
infertilitas pada laki-laki, gangguan menstruasi, depresi, sakit kepala, sulit
berkonsentrasi, daya ingat terganggu dan sulit tidur (Widowati dkk., 2008).
18
2.4.2. Kadmium (Cd)
Kadmium bersifat tahan panas sehingga sangat baik untuk campuran
pembuatan keramik. Kadmium merupakan logam yang sering digunakan dalam
lempengan elektroda, pengecatan, stabilizer dalam pabrik plastik dan baterai dan
sebagai campuran logam (alloy). Kadmium relatif aktif dalam lingkungan aquatik
dan garam-garamnya dapat larut dalam air.
Kadmium bersifat toksik bagi semua organisme hidup, bahkan juga sangat
berbahaya untuk manusia. Dalam badan perairan, kelarutan kadmium dalam
konsentrasi tertentu dapat membunuh biota perairan. Pada konsentrasi 200 µg/L
menyebabkan keracunan pada ikan (Greenberg dalam Nurhasni, 2002). Logam
kadmium juga mengalami proses biotransformasi dan bioakumulasi dalam
organisme hidup (tumbuhan, hewan dan manusia). Keracunan kadmium bersifat
akut dan kronis. Sistem tubuh yang dapat dirusaknya adalah ginjal, paru-paru,
kekurangan darah, kerapuhan tulang, mempengaruhi sistem reproduksi dan organ-
organnya serta logam kadmium diduga merupakan salah satu penyebab dari
timbulnya kanker pada manusia (Palar, 1994).
Keracunan akut muncul setelah 4-10 jam sejak penderita terpapar oleh Cd.
Keracunan Cd bisa menimbulkan penyakit paru-paru akut. Paparan Cd secara akut
dapat menyebabkan kehilangan nafsu makan, daya tahan tubuh lemah, kerusakan
hepar dan ginjal, kanker, sakit kepala, kedinginan hingga menggigil, nyeri otot
dan diare bahkan bisa menyebabkan kematian (Widowati dkk., 2008).
Kercunan kronis Cd bisa merusak sisitem fisiologis tubuh, antara lain
sistem urinaria, sistem respirasi (paru-paru), sistem sirkulasi (darah) dan jantung,
19
kerusakan sistem reproduksi, sistem saraf, bahkan dapat mengakibatkan
kerusakan tulang (Widowati dkk., 2008).
2.4.3. Kromium (Cr)
Berdasarkan pada sifat-sifat kimianya, logam Cr dalam persenyawaannya
mempunyai bilangan oksidasi +2, +3 dan +6. Sesuai dengan tingkat valensi yang
dimilikinya, logam atau ion-ion kromium yang telah membentuk senyawa,
mempunyai sifat-sifat yang berbeda-beda sesuai dengan tingkat ionitasnya.
Senyawa yang terbentuk dari ion logam Cr(II) akan bersifat basa, senyawa yang
terbentuk dari ion logam Cr(III) bersifat amfoter dan senyawa yang terbentuk dari
ion Cr (VI) akan bersifat asam (Palar, 2004).
Kromium banyak digunakan oleh bidang perindustrian. Kegunaan umum
yang dikenal dari senyawa-senyawa kromat dan dikromat ini adalah dalam
bidang-bidang seperti tekstil, penyamakan, pencelupan, fotografi, zat warna dan
masih banyak lagi kegunaan lainnya.
Dalam badan perairan Cr dapat masuk melalui dua cara, yaitu secara
alamiah dan non alamiah. Masuknya Cr secara alamiah dapat terjadi disebabkan
oleh beberapa faktor fisika, seperti erosi (pengikisan) yang terjadi pada batuan
mineral. Disamping itu debu-debu dan partikel-partikel Cr yang di udara akan
dibawa oleh air hujan. Masukkan Cr yang terjadi secara non alamiah lebih
merupakan dampak atau efek dari aktivitas yang dilakukan manusia. Sumber-
sumber Cr yang berkaitan dengan aktivitas manusia dapat berupa limbah atau
buangan industri sampai buangan rumah tangga. Dalam badan perairan, terjadi
macam-macam proses kimia, mulai dari proses pengompleksan sampai pada
20
reaksi redoks. Proses kimia tersebut juga terjadi pada logam kromium yang ada di
perairan. Proses kimia seperti pengompleksan dan sistem reaksi redoks, dapat
mengakibatkan terjadinya pengendapan atau sedimentasi logam Cr di dasar
perairan. Proses-proses kimiawi yang berlangsung dalam badan perairan juga
dapat mengakibatkan terjadinya peristiwa reduksi senyawa-senyawa Cr(VI) yang
sangat beracun menjadi Cr(III) yang kurang beracun. Peristiwa reduksi yang
terjadi atas senyawa Cr(VI) dan Cr(III), dapat berlangsung bila badan perairan
berada dan atau mempunyai lingkungan yang bersifat asam. Untuk perairan yang
berlingkungan basa, ion-ion Cr(III) akan diendapkan di dasar perairan (Palar,
2004).
Daya racun yag dimiliki oleh logam Cr di tentukan oleh valensi ion-nya.
Ion Cr(VI) merupakan bentuk logam Cr yang paling dipelajari sifat racunnya, bila
dibandingkan dengan ion-ion Cr(II) dan Cr(III). Sifat racun yang dibawa oleh
logam ini juga dapat mengakibatkan terjadinya keracunan akut dan keracunan
kronis.
Keracunan akut dapat mengakibatkan kanker pada alat pencernaan, iritasi
mata dan kulit, kanker paru-paru, pembengkakan dan kemerahan pada kulit.
Keracunan kronis akibat terpapar Cr antara lain dapat menyebabkan gangguan alat
pernafasan, bronkitis, penurunan fungsi paru-paru, asma, gangguan pada hati,
ginjal, alat pencernaan dan sistem imunitas (Widowati dkk., 2008).
21
2.4.4. Tembaga (Cu)
Unsur tembaga di alam, dapat ditemukan dalam bentuk logam bebas, akan
tetapi lebih banyak ditemukan dalan bentuk persenyawaan atau sebagai senyawa
padat dalam bentuk mineral.
Secara kimia, senyawa-senyawa dibentuk oleh logam Cu (tembaga)
mempunyai bilangan valensi +1 dan +2. Berdasarkan pada bilangan valensi yang
dibawanya logam Cu dinamakan juga cuppro untuk yang bervalensi +1 dan
cuppry untuk yang bervalensi +2. Kedua jenis ion Cu tersebut dapat membentuk
kompleks ion yang sangat stabil seperti Cu(NH3)6Cl2. Logam Cu dan beberapa
bentuk persenyawaannya seperti CuO, CuCO3, Cu(OH)2 dan Cu(CN)2 tidak dapat
larut dalam air dingin atau panas, tetapi mereka dapat dilarutkan dalam asam
seperti H2SO4 dalam larutan basa NH4OH.
Logam Cu merupakan jenis logam penghantar listrik terbaik setelah perak,
karena itu banyak digunakan dalam bidang elektronika atau perlistrikan. Cu juga
dapat membentuk alloy dengan berbagai macam logam lainnya seperti dengan
seng, timah atau timbal (Cu-Zn-Sn-Pb) dalam bentuk kuningan yang banyak
digunakan dalam peralatan rumah tangga. Senyawa Cu banyak digunakan dalam
industri cat sebagai antifoling, industri insektisida dan fungisida, sebagai katalis,
baterai, elektroda, penarik sulfur dan sebagai pigmen serta pencegah pertumbuhan
lumut.
Secara alamiah, Cu masuk ke dalam badan perairan sebagai akibat dari
peristiwa erosi atau pengikisan batuan mineral dan melalui persenyawaan Cu di
atmosfer yang dibawa oleh air hujan, serta berasal dari buangan industri,
pertambangan Cu dan lainnya. Hal tersebut dapat mempercepat terjadinya
22
peningkatan kelarutan Cu dalam badan perairan. Dalam kondisi normal,
keberadaan Cu dalam perairan ditemukan dalam bentuk senyawa CuCO3,
Cu(OH)2 dan lain-lain. Bila dalam badan perairan terjadi peningkatan kelarutan
Cu melebihi ambang batas yang seharusnya, maka akan terjadi peristiwa
biomagnifikasi terhadap biota-biota perairan.
Tembaga bersifat toksik bagi organisme. Bentuk tembaga yang paling
beracun adalah debu-debu Cu yang dapat mengakibatkan kematian pada dosis
3,5mg/kg. Pada manusia efek keracunan utama yang ditimbulkan akibat terpapar
oleh debu atau uap logam Cu adalah terjadinya gangguan pada jalur pernafasan
sebelah atas dan terjadinya kerusakan atropik pada selaput lendir yang
berhubungan dengan hidung (Palar, 2004).
2.5. Tanaman Tebu
Tanaman tebu atau Saccharum officinarum termasuk dalam famili
Graminease atau kelompok rumput-rumputan. Tanaman ini hanya dapat tumbuh
di daerah beriklim udara sedang sampai panas. Tebu cocok pada daerah yang
mempunyai ketinggian tanah 1 sampai 1300 meter di atas permukaan air laut.
Umur tanaman sejak ditanam sampai bisa dipanen mencapai kurang lebih 1 tahun.
Di Indonesia tebu banyak dibudidayakan di pulau Jawa dan Sumatra.
Secara morfologi, tanaman tebu dapat dibagi menjadi empat bagian, yaitu
batang, daun, akar dan bunga. Batang tebu memiliki sosok tinggi kurus, tidak
bercabang dan tumbuh tegak dan terdiri dari banyak ruas yang setiap ruasnya
dibatasi oleh buku-buku sebagai tempat duduknya daun. Tinggi batang tanaman
tebu pada umumnya bisa mencapai 5 meter atau lebih. Kulit batang tebu keras,
23
berwarna hijau, kuning, ungu, merah tua atau kombinasi dari warna-warna
tersebut. Batang tanaman tebu memiliki ruas-ruas yang panjangnya masing-
masing 10-30 cm. Bentuk daun tebu berwujud helaian dengan pelepah. Panjang
daun dapat mencapai 1-2 meter dan lebar 4-8 centimeter dengan permukaan kasar
dan berbulu. Bunga tebu berupa bunga majemuk yang berbentuk terurai di puncak
sebuah poros gelagah. Sedangkan akarnya berbentuk serabut (Anonim, 2002).
Kadar berat setiap komponen kimia penyusun batang tebu tidak tepat,
tergantung pada jenis tebu, kandungan hara dan cara pemeliharaan tebu. Kadar
komponen penyusun batang tebu antara lain sukrosa (dalam nira), monosakarida,
zat anorganik, zat organik, air nira dan serat (Subrata, 1993).
Apabila tebu dipotong, maka akan terlihat serat-serat dan didapatkan
cairan yang manis. Kandungan serat dan kulit yang biasanya disebut sabut
umumnya sekitar 12,5% dari bobot tebu keseluruhan. Sedangkan kandungan
terbesar dari tebu adalah cairan nira yang prosentasenya sebesar 87,5 % yang
terdiri atas air dan bahan kering. Bahan kering tersebut ada yang terlarut dan ada
yang tidak terlarut.
(a) (b)
Gambar 3. (a) batang tebu dan (b) tanaman tebu
24
Tebu dari perkebunan diolah menjadi gula di pabrik gula. Dalam proses
produksi gula, dari setiap tebu yang diproses dihasilkan ampas tebu sebesar 90 %,
gula yang dimanfaatkan hanya 5 % dan sisanya berupa tetes tebu (molases) dan
air (Witono, 2003).
2.5.1. Ampas Tebu
Ampas tebu atau lazimnya disebut bagas, merupakan limbah yang
dihasilkan dari proses pemerahan atau ekstraksi batang tebu. Dalam satu kali
proses ekstraksi dihasilkan ampas tebu sekitar 35 – 40 % dari berat tebu yang
digiling secara keseluruhan. Dari sekian banyak ampas tebu yang dihasilkan, baru
sekitar 50 % yang sudah dimanfaatkan misalnya sebagai bahan bakar dalam
proses produksi dan transportasi tebu dari lahan pertanian ke tempat pemerahan.
Namun selebihnya masih menjadi limbah yang perlu penanganan lebih serius
untuk diolah kembali. Di samping itu, ampas tebu dijual untuk dimanfaatkan
sebagai tambahan bahan baku pembuatan kertas (Birowo, 1992).
Ampas tebu umumnya digunakan sebagai bahan bakar utuk
menghasilkan energi yang diperlukan pada pembuatan gula. Selain itu, ampas
tebu dapat juga digunakan sebagai pakan ternak, bahan baku serat, papan plastik,
dan kertas (Witono, 2003). Kaur et al., (2008) mengemukakan bahwa ampas tebu
tanpa diarangkan dapat dimanfaatkan sebagai adsorben ion logam berat seperti
seng, kadmium, tembaga dan timbal dengan efisiensi berturut-turut sebesar 90, 70,
55 dan 80 %.
Ampas tebu memiliki sifat fisik yaitu bewarna kekuning-kuningan,
berserat (berserabut), lunak dan relatif membutuhkan tempat yang luas utuk
25
penyimpanan dalam jumlah berat tertentu dibandingkan dengan penyimpanan
dalam bentuk arang dengan jumlah yang sama. Ampas tebu yang dihasilkan dari
tanaman tebu tersusun atas penyusun-penyusunnya antara lain air (kadar air
44,5%), serat yang berupa zat padat (kadar serat 52,0 %) dan brix yaitu zat padat
yang dapat larut, termasuk gula yang larut (3,5 %).
Secara kimiawi, komponen utama penyusun ampas tebu adalah serat yang
didalamnya terkandung selulosa, poliosa seperti hemiselulosa dan lignin. Susunan
ketiga komponen tersebut dalam ampas tebu hampir sama dengan susunan yang
ada dalam tanaman monokotil berkayu lunak.
Tabel 1. Komponen Penyusun Serat Ampas Tebu Komponen Kandungan(%)
Selulosa Pentosan Lignin
Komponen Lainnya
45 32 18 5
Sumber : material handbook thirteenth edition, 1991
2.6. Spektroskopi Serapan Atom (SSA)
Pada tahun 1860 Kirchoff dan Bunsen menyatakan bahwa spektrum atom,
baik spektrum emisi maupun spektrum absorpsi dapat digunakan sebagai dasar
teknik analisis unsur selektif. Peristiwa serapan atom pertama kali diamati oleh
Fraunhofer, ketika menelaah garis-garis hitam pada spektrum matahari.
Sedangkan yang memanfaatkan prinsip serapan atom pada bidang analisis adalah
seorang Australia bernama Alan Walsh pada tahun 1955 (Khopkar, 2003).
Spektroskopi serapan atom (SSA) merupakan metode yang memanfaatkan
fenomena penyerapan energi sinar oleh atom netral dalam bentuk gas sebagai
dasar pengukuran dan sangat tepat digunakan untuk analisis zat pada konsentrasi
26
rendah. Atom-atom bebas bisa dihasilkan dengan cara menyemprotkan sampel
yang berupa larutan atau suspensi ke dalam nyala. Besarnya kepekatan analit
ditentukan dari besarnya penyerapan berkas sinar garis resonansi yang melewati
nyala.
Cara analisis ini selain atomisasi dengan nyala dapat pula dilakukan
dengan tanpa nyala (flameless atomizer), yaitu dengan menggunakan energi listrik
dengan batang karbon (CRA = Carbon Rod Atomizer) atau bahkan dengan uapnya
saja seperti pada analisis merkuri.
Dalam Spektrofotometer Serapan Atom (SSA) dengan nyala, biasanya
terdapat empat jenis nyala yang digunakan sebagai bahan bakar pada SSA, yaitu:
1. Acetylene – udara, campuran ini paling banyak digunakan dalam SSA
(= 35 unsur). Suhu yang dihasilkan oleh campuran ini adalah sekitar 2300-
2400 oC dengan burning velocity ± 160 cm/det.
2. Nitrous oksida – acetylene, campuran ini dapat menghasilkan nyala
dengan panas ± 3200 oC, tetapi burning velocyty nya cukup besar yaitu
± 220 cm. det.
3. Udara – hidrogen
4. Argon – udara – hidrogen (Suryana, 2001).
2.6.1. Prinsip Spektroskopi Serapan Atom (SSA)
Metode SSA berprinsip pada absorpsi cahaya oleh atom. Atom-atom
menyerap cahaya tersebut pada panjang gelombang tertentu, tergantung sifat
unsurnya. SSA adalah cara analitis yang berdasarkan pada proses penyerapan
energi radiasi gelombang elektromagnetik oleh populasi atom yang berbeda pada
27
tingkat energi yang lebih tinggi. Jika pada sejumlah populasi atom yang berada
pada tingkat energi dasar (Eo) dberikan seberkas radiasi gelombang
elektromagnetik dengan tingkat energi tertentu (sesuai dengan besarnya energi
untuk menaikkan tingkat energi atom dari Eo→ E1) maka sebagian dari energi
radiasi akan diserap oleh atom dan tingkat energi atom naik dari Eo→ E1.
Energi radiasi gelombang elektromagnetik yang tidak mengalami
penyerapan akan keluar dari populasi atom dan intensitasnya berkurang sesuai
dengan jumlah atom yang mengalami perpindahan tingkat energi. Dengan
demikian, pengurangan intensitas radiasi pada panjang gelombang yang sesuai
dapat diukur dan besarnya sebanding dengan populasi atom yang menyerap
radiasi tersebut. Dengan mengukur jumlah energi yang diserap, maka dapat
menentukan konsentrasi atom elemen yang diuji dalam contoh (Suryana, 2001).
Pengisapan Penguapan Disosiasi
M+ X- M+ X- MX MX M (gas) + X(gas)
Larutan Kabut Padatan Gas
M*(gas) Eksitasi
Ex Termal
Emisi hv nyala
Gambar 4. Skema Prinsip dari SSA
Penyerapan energi oleh sekumpulan populasi atom netral yang
menyebabkan berkurangnya intensitas radiasi. Berkurangnya intensitas radiasi ini
sebanding dengan jumlah atom yang menyerap energi radiasi tersebut. Energi
yang diserap berbanding lurus dengan energi yang diperlukan untuk eksitasi atom.
Ditunjukkan dengan persamaan Lambert – Beer dengan rumus sebagai berikut :
28
A = -log Ic/Io = Kv.d.c
Dimana :
A = Absorbansi Io = Intensitas cahaya awal (erg/detik) It = Intensitas cahaya setelah sebagian diabsorpsi oleh contoh (erg/detik) Kv = Absortivitas molar-konstan (mol/L.cm) d = Tebal media (cm) c = Konsentrasi atom analit dalam contoh (mol/L)
Secara sederhana skema alat Spektrofotometer Serapan Atom (SSA) ini
adalah sebagai berikut :
(a)
(b)
(c)
Gambar 5. (a) Komponen-komponen utama SSA, (b) Sistem Instrumentasi SSA Single Beam dan (c) Double Beam
29
1. Sumber Cahaya
Sumber cahaya yang banyak digunakan adalah lampu katoda berongga,
tabung yang bermuatan gas sumber radiasi yang baik adalah sumber radiasi yang
memenuhi syarat-syarat sebagai berikut :
1. Memancarkan intensitas sinar dengan pita radiasi yang sempit.
2. Tidak mengabsorbsi sendiri.
3. Tidak ada background yang kontinyu.
Gambar 6. Lampu katoda
2. Sistem Atomisasi
Sistem pengatoman dengan nyala terdiri dari pembakar (burner), pengabut
(nebulizer) dan pengatur aliran gas serta kapiler. Sedangkan sistem pengatoman
tanpa nyala yaitu pemanasan secara listrik oleh batang karbon dengan tahapan
pengeringan (drying), pengabuan (ashing) dan pengatoman (atomizing).
Sistem pengatoman dengan nyala berfungsi untuk mengubah populasi
unsur dalam larutan menjadi populasi atom dimana akan dilakukan pengukuran
absorbsi. Proses yang terjadi dalam atomisasi secara umum adalah :
1. Nebulasi yaitu pengubahan cairan ke dalam bentuk kabut aerosol
2. Pemisahan titik-titik kabut dengan sebaran ukuran yang benar
3. Pencampuran kabut dengan gas memasukannya ke dalam burner
Gas (biasanya oksigen untuk pembakar) dialirkan ke dalam spray chamber
melalui venturi akibatnya cairan sampel terisap ke atas dan dialirkan ke dalam
spray chamber. Titik air yang besar akan mengalir ke bawah sedangkan yang
30
halus terus masuk ke dalam pembakar, diameter dari partikel-partikel biasanya
lebih kecil dari 2 µm. Pada bagian spray chamber kabut sampel dicampur dengan
bahan bakar kemudian dimasukkan ke dalam pembakar. Campuran bahan bakar
dan oksigen harus diperhatikan dan disesuaikan dengan unsur yang dipakai.
Gambar 7. Gambar Nebulizer,Burner dan Spray Chamber
3. Sistem Monokromator
Sistem pemilih panjang gelombang berfungsi untuk memisahkan radiasi
yang tidak diserap oleh populasi atom (yang berasal dari lampu katoda cekung)
dari radiasi-radiasi lain yang tidak diperlukan dan akan mengganggu pengukuran
intensitas radiasi yang diperlukan. Sistem monokromator terdiri dari gabungan
cermin, lensa dan prisma atau kisi (grating). Sistem monokromator ini ada yang
menggunakan saluran tunggal (single beam) dan saluran ganda (double beam).
4. Detektor
Detektor pada SSA berfungsi untuk mengubah intensitas radiasi menjadi
arus atau sinyal listrik. Keluaran dari detektor diumpankan ke suatu sistem
pencatat yang sesuai. Alat pencatat ini digunakan untuk mengubah dan mencatat
sinyal-sinyal listrik yang berasal dari suatu detektor ke suatu bentuk yang mudah
dibaca oleh operator, misalnya dalam bentuk angka-angka digital sesuai dengan
hasil analisis. Detektor yang dipakai SSA pada umumnya adalah photomultiplier
31
tube. Photomultiplier tube menghasilkan sinyal listrik sebanding dengan intensitas
cahaya pada panjang gelombang yang telah dipisahkan oleh monokromator.
5. Sistem Pengolahan
Berfungsi untuk mengolah kuat arus yang dihasilkan oleh detektor
menjadi besaran daya serap atom transmisi yang selanjutnya diubah menjadi
besaran konsentrasi.
6. Pencatat (rekorder)
Berfungsi untuk mencatat hasil yang dikeluarkan oleh sistem pengolahan.
Keuntungan metode SSA adalah sebagai berikut :
a. Dari satu larutan yang sama, beberapa unsur yang berlainan dapat diukur.
b. Pengukuran dapat langsung dilakukan terhadap larutan contoh, jadi
berbeda dengan kolorimetri (yang membutuhkan pembentukan senyawa
berwarna), gravimetrik (endapan perlu dikeringkan terlebih dahulu), dan
sebagainya, preparasi contoh sebelum pengukuran cukup sederhana.
c. Output data (absorban) dapat langsung dibaca.
d. Dapat diaplikasikan kepada jenis unsur dalam banyak jenis.
32
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1. Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilakukan selama tiga bulan yang dilaksanakan dari bulan
Juli-September 2009. Tempat pelaksanaan penelitian ini adalah di Laboratorium
Penelitian Kimia, Pusat Laboratorium Terpadu (PLT) Universitas Islam Negeri
Syarif Hidayatullah Jakarta, dengan alamat di jalan Ir. H. Juanda No. 95, Ciputat,
15412.
3.2. Alat dan Bahan
3.2.1. Alat
Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah spektrofotometri serapan
atom Analyst 700 Perkin Elmer(SSA), shaking incubation (Heidolph Inkubator
1000), ayakan dengan ukuran partikel 212 µm Retsch, timbangan analitik, pH
meter, furnace, kertas saring whatman, blender, gelas beker, erlenmeyer, labu
ukur, pipet ukur, pipet volum dan corong gelas.
3.2.2. Bahan
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah ampas tebu (diambil
dari penjual minuman sari tebu di daerah Bintaro Regensi Tangerang) yang sudah
diberikan perlakuan sebelumnya, larutan simulasi limbah Pb(NO3)2, CdSO4.8H2O,
K2Cr2O7, CuSO4.5H2O, HNO3 0,1 N, HNO3 1 %, NaOH 10 %, aquadest, air
limbah dan larutan buffer pH 3, 4, 5, 6 dan 7.
33
3.3. Rancangan Penelitian
Ampas tebu Pencucian dengan air
Pengeringan di Bawah Sinar Matahari
Dipotong ± 1 cm, di haluskan dengan blender
Arang Ampas Tebu
Pengarangan pada suhu 250 oC selama 2,5 jam, kemudian diayak
Penentuan Kondisi Optimum Penyerapan tiap
Ion Logam
Massa Adsorben
pH Ion Logam
Konsentrasi Ion Logam
Lama Pemanasan
Kondisi Optimum Penyerapan dari Tiap Ion
Logam
Limbah Simulasi
Aplikasi terhadap Limbah
Limbah PLT
Analisis Konsentrasi Ion Logam dengan SSA
Gambar 8. Bagan Alir Penelitian
34
3.4. Prosedur Kerja
Penelitian ini dilaksanakan dalam tiga tahap. Pertama adalah pembuatan
adsorben dari arang ampas tebu. Kedua adalah penentuan kondisi optimum
penyerapan ion logam Cd, Cr, Cu, dan Pb oleh arang ampas tebu dengan variasi
massa arang ampas tebu, pH ion logam, konsentrasi larutan ion logam dan lama
pemanasan. Ketiga, setelah diketahui kondisi optimum dari masing-masing logam
yang akan di analisis, kemudian penggunaan arang ampas tebu tersebut
diaplikasikan ke dalam limbah, yaitu limbah simulasi dan limbah laboratorium.
Konsentrasi dari masing-masing ion logam dianalisis menggunakan Spektroskopi
Serapan Atom (SSA). Bagan alir penelitian ini ditunjukkan secara sistematis pada
Gambar 8.
3.4.1. Pembuatan Arang Ampas Tebu
Ampas tebu dicuci bersih dengan air yang mengalir, setelah itu
dikeringanginkan selama 1 minggu kemudian dipotong-potong dengan ukuran ± 1
cm, dihaluskan dengan blender, kemudian diarangkan pada suhu 250 oC hingga
menjadi serbuk arang selama 2,5 jam. Setelah itu, diayak dengan pengayak
menjadi ukuran partikel 212 µm.
3.4.2. Preparasi Limbah Simulasi
Dibuat larutan campuran dari Pb(NO3)2, CdSO4.8H2O, K2Cr2O7, dan
CuSO4.5H2O masing-masing dengan konsentrasi 100 mg/L yang disiapkan secara
simulasi masing-masing sebanyak 10 mL.
35
3.4.3. Penentuan Kondisi Optimum
1. Penentuan Pengaruh Massa Arang Ampas Tebu terhadap Penyerapan Ion Logam Cd, Cr (VI), Cu dan Pb
Adsorben dengan ukuran partikel 212 µm ditimbang masing-masing
dengan massa 0,5 ; 1 dan 1,5 gram, dimasukkan masing-masingnya ke dalam
erlenmeyer. Kemudian dimasukkan 10 mL larutan ion logam dengan konsentrasi
20 mg/L ke dalam erlenmeyer. Erlenmeyer diletakkan pada shaker incubation
dengan kecepatan pengadukan 180 rpm pada temperatur ruang (26 oC) selama 30
menit. Setelah itu campuran dipisahkan dengan cara disaring dengan
menggunakan kertas saring. Filtrat hasil saringan di tempatkan pada vial dan
ditepatkan volumenya 10 mL dengan akuades dan ditambah 1 tetes asam nitrat p.a
sebagai bahan pengawet agar tidak terjadi perubahan-perubahan pada komposisi
larutan dan selanjutnya konsentrasi ion logam diukur dengan SSA.
2. Penentuan Pengaruh pH Larutan Ion Logam
Adsorben dengan ukuran partikel 212 µm ditimbang masing-masing
dengan massa 0,5 gram, dimasukkan masing-masingnya ke dalam erlenmeyer
dengan larutan pH-nya samadengan pH larutan ion yang akan dimasukkan. pH
dipertahankan dengan menggunakan larutan buffer pH 3, 4, 5, 6 dan 7 dengan
perbandingan 10 : 1 (10 mL larutan ion logam : 1 mL larutan buffer). Dimasukkan
10 mL larutan ion logam dengan konsentrasi optimum dengan variasi pH 3, 4, 5, 6
dan 7 ke dalam erlenmeyer. Erlenmeyer diletakkan pada shaker dengan kecepatan
pengadukan 150-200 rpm pada temperatur ruang. Setelah itu campuran dipisahkan
dengan cara disaring dengan menggunakan kertas saring. Filtrat hasil saringan di
tempatkan pada vial dan ditepatkan volumenya 10 mL dengan akuades sesuai
36
dengan pH masing-masing larutan, ditambah 1 tetes asam nitrat p.a sebagai bahan
pengawet agar tidak terjadi perubahan-perubahan pada komposisi larutan dan
selanjutnya konsentrasi ion logam diukur dengan SSA.
3. Penentuan Pengaruh Konsentrasi Larutan Ion logam
Adsorben dengan ukuran partikel 212 µm ditimbang masing-masing
dengan massa 0,5 gram, dimasukkan masing-masingnya ke dalam erlenmeyer.
Dimasukkan 10 mL larutan ion logam dengan variasi konsentrasi 20, 40, 60, 80
dan 100 mg/L ke dalam erlenmeyer. Erlenmeyer diletakkan pada shaker dengan
kecepatan pengadukan 180 rpm pada temperatur ruang (26 oC) selama 30 menit.
Setelah itu campuran dipisahkan dengan cara disaring dengan menggunakan
kertas saring. Filtrat hasil saringan di tempatkan pada vial dan ditepatkan
volumenya 10 mL dengan akuades pH optimum, ditambah 1 tetes asam nitrat p.a
sebagai bahan pengawet agar tidak terjadi perubahan-perubahan pada komposisi
larutan dan selanjutnya konsentrasi ion logam diukur dengan SSA.
4. Penentuan Pengaruh Lama Pemanasan
Adsorben dengan ukuran partikel 212 µm masing-masing ditimbang
dengan massa 0,5 gram, lalu dipanaskan pada suhu 250 oC dengan variasi lama
pemanasan 1,5; 2; 2,5 dan 3 jam. Dimasukkan 10 mL larutan ion logam dengan
konsentrasi optimum, pH optimum ke dalam erlenmeyer yang telah berisi
adsorben. Erlenmeyer diletakkan pada shaker dengan kecepatan pengadukan 180
rpm pada temperatur ruang (26 oC) selama 30 menit. Setelah itu campuran
dipisahkan dengan cara disaring dengan menggunakan kertas saring. Filtrat hasil
37
saringan di tempatkan pada vial dan ditepatkan volumenya 10 mL dengan akuades
pH optimum, ditambah 1 tetes asam nitrat p.a sebagai bahan pengawet agar tidak
terjadi perubahan-perubahan pada komposisi larutan dan selanjutnya konsentrasi
ion logam diukur dengan SSA.
3.4.4. Penentuan Isoterm Adsorpsi
Sebanyak 0,5 g adsorben arang ampas tebu dimasukkan dalam 10 mL
larutan ion tunggal Cd, Cr, Cu dan Pb pada beberapa konsentrasi, yaitu 20, 40, 60,
80 dan 100 mg/L ke dalam erlenmeyer. Kemudian di di shaker selama 30 menit
dengan kecepatan 180 rpm pada temperatur ruang. Campuran disaring dengan
menggunakan kertas saring. Filtrat hasil saringan di tempatkan pada vial dan
ditepatkan volumenya 10 mL dengan akuades pH optimum, ditambah 1 tetes asam
nitrat p.a sebagai bahan pengawet agar tidak terjadi perubahan-perubahan pada
komposisi larutan dan selanjutnya konsentrasi ion logam diukur dengan SSA.
3.4.5. Aplikasi Penggunan Arang Ampas Tebu pada Limbah Simulasi
Dengan menggunakan kondisi optimum yang diperoleh (massa adsorben
dan lama pemanasan), arang ampas tebu dimasukkan ke dalam erlenmeyer
kemudian ditambahkan 10 mL larutan limbah simulasi (konsentrasi 100 mg/L dan
pH optimum). Erlenmeyer diletakkan pada shaker dengan kecepatan pengadukan
180 rpm pada temperatur ruang (26 oC) selama 30 menit. Campuran dipisahkan
disaring dengan menggunakan kertas saring. Filtrat di tempatkan pada vial dan
ditepatkan volumenya 10 mL dengan akuades pH optimum, ditambah 1 tetes asam
38
nitrat p.a sebagai bahan pengawet agar tidak terjadi perubahan-perubahan pada
komposisi larutan dan konsentrasi ion logam diukur dengan SSA.
3.4.6. Aplikasi Penggunaan Arang Ampas Tebu pada Limbah Laboratorium
Air limbah Laboratorium Kimia Pusat Laboratorium Terpadu UIN Syarif
Hidayatullah Jakarta diambil, kemudian disaring untuk memisahkan larutan dari
padatan yang tidak larut. Setelah itu diukur konsentrasi awal dari ion logam Cd,
Cr, Cu dan Pb sebelum dilakukan adsorpsi menggunakan arang ampas tebu.
Kemudian limbah yang telah diukur konsentrasi ion logam awal, diatur pH-nya
sesuai dengan pH optimum.
Dengan menggunakan kondisi optimum yang diperoleh, arang ampas tebu
dimasukkan dalam erlenmeyer, ditambahkan 10 mL air limbah. Diletakkan pada
shaker dengan kecepatan pengadukan 180 rpm pada temperatur ruang (26 oC)
selama 30 menit. Campuran disaring dengan menggunakan kertas saring. Filtrat di
tempatkan pada vial dan ditepatkan volumenya 10 mL dengan akuades pH
optimum, ditambah 1 tetes asam nitrat p.a sebagai bahan pengawet agar tidak
terjadi perubahan-perubahan pada komposisi larutan dan konsentrasi ion logam
akhir diukur dengan SSA.
39
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Pengaruh Massa Arang Ampas Tebu
Hasil pengukuran pengaruh massa arang ampas tebu terhadap efisiensi
penyerapan ion logam Cd, Cr, Cu dan Pb dapat dilihat pada Gambar 9. Dari
gambar tersebut terlihat bahwa semakin banyak massa arang ampas tebu yang
digunakan, maka semakin besar efisiensi penyerapannya terhadap ion logam.
Pada massa arang ampas tebu 0,5 g efisiensi penyerapan untuk logam Cd, Cr, Cu
dan Pb masing-masingnya adalah 37,22; 74,63; 44,05 dan 50,97 %. Ketika massa
arang ampas tebu dinaikkan menjadi 1,5 g efisiensi penyerapannya meningkat
menjadi 58,39; 86,95; 78,74 dan 83,18 %.
Gambar 9. Pengaruh Massa Arang Ampas Tebu terhadap Penyerapan Ion Logam Cd (II), Cr (VI), Cu(II) dan Pb(II) (volume 10mL, konsentrasi 20 mg/L dan lama pemanasan 2,5 jam)
Bertambahnya massa arang ampas tebu sebanding dengan bertambahnya
jumlah partikel dan luas permukaan arang ampas tebu sehingga menyebabkan
40
bertambahnya sisi aktif adsorpsi dan efisiensi penyerapannya pun meningkat
sedangkan kapasitas penyerapannya menurun dengan bertambahnya massa
adsorben (Lampiran 1). Hal ini diperkuat oleh Barros et al., (2003) yang
menyatakan bahwa pada saat ada peningkatan massa adsorben, maka ada
peningkatan presentase efisiensi penyerapan dan penurunan kapasitas penyerapan.
Kapasitas penyerapan pada massa arang ampas tebu 1,5 g pada ion logam Cd, Cr,
Cu dan Pb adalah 0,0767; 0,0642; 0,0913 dan 0,1071 mg/g (Tabel 2).
Tabel 2. Kapasitas Penyerapan Ion Logam pada Variasi Massa Arang Ampas Tebu
Kapasitas Penyerapan Arang Ampas Tebu (mg/g) Massa Arang
Ampas Tebu (g)
Cd
Cr
Cu
Pb
0,5 g 1,0 g 1,5 g
0,1468 0,0819 0,0767
0,1794 0,0886 0,0642
0,1533 0,1131 0,0913
0,1969 0,1345 0,1071
Menurut Hughes dan Poole (1984), proses adsorpsi berlangsung pada
lapisan permukaan sel yang mempunyai situs-situs yang bermuatan berlawanan
dengan muatan ion logam sehingga interaksi pasif dan relatif cepat. Partikel dari
adsorben memiliki sisi aktif dengan muatan negatif yang akan berinteraksi dengan
ion logam yang bermuatan positif (Mahvi et al., 2005). Dengan memperkecil
ukuran partikel dari adsorben, maka semakin luas sisi permukaan sehingga
efisiensi penyerapan meningkat.
4.2. Pengaruh pH Larutan Ion Logam
Nilai pH merupakan salah satu parameter terpenting dalam proses adsorpsi
dan dapat mempengaruhi kesetimbangan kimia pada adsorbat maupun pada
41
adsorben. Dalam variasi pH ini kemungkinan terjadi ikatan kimia antara adsorben
dengan adsorbat.
Gambar 10.Pengaruh pH Ion Logam Cd(II), Cr(VI), Cu(II) dan Pb(II) terhadap Efisiensi Penyerapan Arang Ampas Tebu (volume 10 mL, konsentrasi 20 mg/L, massa 0,5 g arang ampas tebu)
Dari Gambar 10 terlihat bahwa proses adsorpsi mengalami peningkatan
seiring dengan meningkatnya pH, tetapi mengalami penurunan setelah melewati
titik optimum yaang dicapai. Penyerapan optimum pada hampir semua ion logam
Cd, Cr dan Pb dengan massa adsorben 0,5 g adalah pada pH 5, kecuali untuk
logam Cu yaitu pada pH 6 dengan efisiensi penyerapannya berturut turut adalah
60,33; 89,52; 99,31 % dan untuk ion logam Cu 92,16 %. Sedangkan kapasitas
penyerapannya adalah 0,2357; 0,2109; 0,3360 dan logam Cu 0,3299 mg/g (Tabel
3). Pada pH di bawah pH 5 dan di atas pH 5 penyerapan menurun. Hal tersebut
disebabkan karena terjadinya pertukaran ion antara adsorben dengan adsorbat.
42
Tabel 3. Kapasitas Penyerapan Ion Logam pada Variasi pH Larutan Ion Logam
Kapasitas Penyerapan (mg/g) pH Larutan Ion Logam
(mg/L)
Cd
Cr
Cu
Pb
3 4 5 6 7
0,1504 0,1826 0,2357 0,1950 02110
0,1747 0,1821 0,2109 0,1784 0,2099
0,2359 0,2701 0,2837 0,3299 0,2648
0,3044 0,3124 0,3360 0,3348 0,3136
Molekul adsorben secara kimiawi dianggap mempunyai sisi aktif atau
gugus fungsional yang mampu berinteraksi dengan logam. 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 rendah (asam) yaitu di bawah pH 5, jumlah proton (H+) melimpah,
mengakibatkan peluang terjadinya pengikatan logam oleh adsorben relatif kecil
atau efisiensi penyerapannya menurun (Taty et al., 2003). Sedangkan pada pH
netral, ion-ion logam dapat mengalami reaksi hidrolisis dalam larutan sehingga
menjadi tidak stabil dalam bentuk ion logam semula, sehingga kemampuan
efisiensi penyerapannya pun menurun. Pada pH basa atau di atas pH 5, jumlah
proton (H+) relatif kecil dan menyebabkan peluang terjadinya pengikatan logam
menjadi besar, sehingga ion-ion logam dapat membentuk endapan hidroksida
sehingga efisiensi penyerapannya sukar di tentukan (Cordero et al., 2004).
4.3. Pengaruh Konsentrasi Larutan Ion Logam
Kemampuan penyerapan suatu adsorben dipengaruhi oleh konsentrasi dari
larutan ion logam tersebut. Gambar 11 menunjukkan pengaruh konsentrasi ion
logam terhadap efisiensi penyerapan arang ampas tebu. Kondisi optimum
43
penyerapan dicapai pada konsentrasi rendah yaitu konsentrasi 20 mg/L. Dari
gambar tesebut pada konsentrasi 20 mg/L, efisiensi penyerapan dari logam Cd,
Cr, Cu dan Pb masing-masing adalah 60,33; 89,52; 92,16 dan 99,31 % . Ion
logam diserap oleh arang ampas tebu pada konsentrasi rendah. Pada konsentrasi
rendah, perbandingan jumlah mol dari ion logam menyebabkan permukaan situs
menjadi lebih luas dan adsorpsi dipengaruhi oleh konsentrasi awal yang rendah
(Yu et al,. 2003).
Gambar 11. Pengaruh Konsentrasi Ion Logam Cd(II), Cr(VI), Cu(II) dan Pb(II) terhadap Efisiensi Penyerapan Arang Ampas Tebu (volume 10 mL, konsentrasi 20 mg/L, massa 0,5 g arang ampas tebu).
Dengan meningkatnya konsentrasi ion logam, maka efisiensi penyerapan
semakin berkurang. Hal ini disebabkan pada konsentrasi yang lebih tinggi, jumlah
ion logam dalam larutan tidak sebanding dengan jumlah partikel arang ampas tebu
yang tersedia sehingga permukaan arang ampas tebu akan mencapai titik jenuh
dan kemungkinan akan terjadi proses desorpsi atau pelepasan kembali antara
adsorben dengan adsorbat. Jika konsentrasi dinaikkan menyebabkan terjadinya
44
peningkatan jumlah ion yang terikat pada adsorben sehingga nilai kapasitas
penyerapannya meningkat.
Tabel 4. Kapasitas Penyerapan Ion Logam pada Variasi Konsentrasi Ion Logam
Kapasitas Penyerapan (mg/g) Konsentrasi
Larutan Ion
Logam (mg/L)
Cd
Cr
Cu
Pb
20 40 60 80
100
0,2357 0,3492 0,4610 0,5708 0,7318
0,2109 0,3686 0.5416 0,6058 0,7108
0,3299 0,6116 1,0280 0,9446 1,1630
0,3360 0,6921 1,0116 1,1009 1,6602
Pada Tabel 4 dapat dilihat kapasitas penyerapan ion logam Cd, Cr, Cu dan
Pb berturut-turut adalah 0,2357; 0,2109; 0,3299 dan 0,3360 mg/g. Hal serupa juga
dialami oleh penelitian yang dilakukan oleh Sulistyawati (2008) yang
menyebutkan bahwa kapasitas adsorpsi akan mengalami kenaikan seiring dengan
meningkatnya konsentrasi adsorbat.
4.4. Pengaruh Lama Pemanasan
Pada penelitian sebelumnya (Krishnani et al., 2004), ampas tebu yang
diarangkan pada suhu 250 oC dapat menurunkan kadar ion Cr (VI) selama 24 jam.
Namun, pada penelitian ini lama pemanasan dilakukan pada range waktu yang
lebih singkat yaitu 1,5; 2; 2,5 dan 3 jam.
45
Gambar 12.Pengaruh Lama Pemanasan Arang Ampas Tebu terhadap
Penyerapan Ion logam Cd(II), Cr(VI), Cu(II) dan Pb(II) (volume 10 mL, konsentrasi 20 mg/L, suhu 2500C, massa 0,5 g arang ampas tebu)
Dari Gambar 12 dapat dilihat kondisi optimum untuk lama pemanasan dari
arang ampas tebu. Kondisi optimum untuk logam Cd dan Pb berada pada lama
pemanasan 2,5 jam dengan suhu 250 oC dengan nilai efisiensi penyerapan sebesar
58,43 dan 98,14 % sedangkan kapasitas penyerapannya 0,2157 dan 0,3827 mg/g
(Tabel 5). Nilai efisiensi penyerapan untuk logam Cd dan Pb pada seluruh waktu
lama pemanasan tidak menunjukkan perbedaan nilai yang jauh. Pada lama
pemanasan 1,5 dan 2 jam nilai efisiensi penyerapan cenderung lebih kecil
dibandingkan dengan lama pemanasan 2,5 dan 3 jam. Hal ini karena pada lama
pemanasan tersebut pori-pori dari permukaan arang ampas tebu belum
sepenuhnya terbuka sehingga kemampuan daya serapnya belum optimum.
Sedangkan untuk logam Cr dan Cu, kondisi optimum yaitu pada lama
pemanasan 1,5 jam pada suhu yang sama. Dengan waktu lama pemanasan yang
lebih singkat, ampas tebu yang diarangkan pada lama pemanasan 1,5 jam dapat
mengadsorp ion logam Cr dan Cu sebesar 81,55 dan 92,13 % sedangkan kapasitas
46
penyerapan 0,1906 dan 0,2948 mg/g (Tabel 5). Logam Cr pada lama pemanasan
2 jam terjadi penurunan nilai efisiensi, namun efisiensinya kembali naik pada
lama pemanasan 2,5 jam dan kembali mengalami penurunan pada lama
pemanasan 3 jam. Hal ini disebabkan karena terjadinya perubahan struktur dari
ampas tebu sehingga dengan bertambah lama pemanasannya beberapa gugus
fungsi menjadi rusak (Refilda dkk., 2001).
Tabel 5. Kapasitas Penyerapan Ion Logam pada Variasi Lama Pemanasan
Kapasitas Penyerapan (mg/g) Lama Pemanasan
(jam)
Cd
Cr
Cu
Pb
1,5 2
2,5 3
0,2018 0,2055 0,2157 0,2147
0,1906 0,1618 0,1779 0,1740
0,2948 0,2486 0,2863 0,2862
0,3791 0,3691 0,3827 0,3795
Berdasarkan data yang diperoleh (Lampiran 1) dapat dilihat bahwa nilai
kapasitas adsorpsi tidak sejalan dengan nilai efisiensi adsorpsi. Sebagai contoh,
pada kondisi massa adsorben yang berbeda dan konsentrasi sama, kenaikan berat
adsorben menyebabkan penurunan kapasitas adsorpsi akan tetapi meningkatkan
efisiensi adsorpsi.
Kapasitas adsorpsi menunjukkan banyaknya adsorbat yang diadsorpsi per
massa adsorben, sehingga besarnya dipengaruhi besarnya massa adsorben. Jika
massa adsorben dinaikkan, terjadi peningkatan sisi aktif sehingga akan
meningkatkan penyebaran adsorbat. Sebaliknya, efisiensi adsorpsi menyatakan
banyaknya konsentrasi ion logam yang diadsorpsi oleh adsorben sehingga
nilainya ditentukan oleh perubahan konsentrasi ion logam setelah diadsorpsi oleh
adsorben. Semakin banyak adsorben yang digunakan, maka semakin banyak ion
logam yang yang diadsorpsi. Hal ini diperkuat oleh penelitian Barros et al., (2003)
47
yang menyatakan bahwa pada saat ada sebuah peningkatan adsorben, maka ada
penurunan kapasitas adsorpsi dan peningkatan efisensi adsorpsi.
4.5. Aplikasi dalam Limbah Simulasi
Limbah yang digunakan dibuat secara simulasi berdasarkan kondisi
optimum yang didapatkan dari data penentuan kondisi optimum sebelumnya dari
masing-masing ion logam. Limbah ini dibuat dengan mencampurkan larutan ion
logam Cd, Cu, Cr dan Pb dengan konsentrasi 100 mg/L dan pH nya diatur sesuai
dengan kondisi optimum dari masing-masing ion logam (Cd, Cr dan Pb pada pH
5, sedangkan ion logam Cu pada pH 6) masing-masing 10 mL.
Hasil analisa yang diperoleh dari pengukuran dengan SSA pada limbah
simulasi dapat dilihat pada tabel 6.
Tabel 6. Aplikasi Penyerapan Ion Logam dalam Limbah Simulasi
No. Ion Logam
Konsentrasi Awal
(mg/L)
Konsentrasi Akhir (mg/L)
Efisiensi Penyerapan
(%)
Kapasitas Penyerapan
(mg/g) 1 2 3 4
Cd Cr Cu Pb
34,14 15,58 20,4
20,54
13,66 5,819 6,545 0,836
59,98 62,65 67,91 95,92
0,4096 0,1952 0,2771 0,3941
Nilai kapasitas ion logam Cd lebih besar dibandingkan dengan ion logam
Pb karena konsentrasi awal dari ion logam Cd adalah 34,14 mg/L lebih besar di
bandingkan dengan ion logam Pb yaitu 20,54 mg/L. Jumlah ion Cd lebih banyak
dibandingkan dengan jumlah ion Pb. Hal ini sesuai dengan penelitian yang
dilakukan Sulistyawati (2008), semakin tinggi konsentrasi awal maka nilai
kapasitasnya semakin besar pula.
48
Dari besarnya nilai efisiensi penyerapan terhadap logam Pb, menunjukkan
bahwa arang ampas tebu dapat menyerap ion logam Pb dengan baik, tidak hanya
pada larutan tunggal tetapi baik juga pada campuran larutan ion logam (limbah
simulasi). Hal ini juga dapat disebabkan oleh beberapa faktor yang
mempengaruhi, diantaranya Pb(II) memiliki jari-jari atau ukuran ion yang lebih
besar dibandingkan dengan ion logam lainnya, yaitu sebesar 1,19 Å sedangkan
Cd(II) dan Cr(III) masing-masing memiliki jari-jari ion 0,97 Å dan 0,64 Å.
Polaritas ion logam Pb lebih besar di bandingkan dengan ion logam lain, sehingga
lebih mudah untuk melakukan ikatan dengan molekul pada adsorben yang bersifat
polar. Begitupula dengan kemampuan Pb untuk menarik elektron dari molekul
adsorben lebih besar dibanding dengan logam lain (Sunarya, 2006).
Selain itu, menurut prinsip HSAB (Hard and Soft Acid Base) yang
dikemukakan oleh Pearson dalam Amri (2004), asam keras akan berinteraksi
dengan basa keras untuk membentuk kompleks, begitu juga asam lemah dengan
basa lemah. Interaksi asam keras dengan basa keras merupakan interaksi ionik,
sedangkan interaksi asam lemah dengan basa lemah, interaksinya lebih bersifat
kovalen.
Ion logam Pb dan Cr merupakan kation yang bersifat asam keras dan ion
logam Cu bersifat asam madya (Lampiran 5), sehingga akan berinteraksi secara
kuat dengan anion-anion yang bersifat basa keras seperti dengan -OH. Ampas
tebu banyak mengandung selulosa yang mempunyai banyak gugus -OH, dengan
demikian selulosa akan mengikat ion Pb, Cr dan Cu secara kuat. Ikatan antara ion
Pb, Cr dan Cu dengan -OH pada selulosa melalui pembentukan ikatan koordinasi,
di mana pasangan elektron bebas dari O pada -OH akan menempati orbital kosong
49
yang dimiliki oleh ion logam tersebut,sehingga terbentuk kompleks terkoordinasi.
Sedangkan ion logam Cd bersifat asam lemah, sehingga ikatan yang terbentuk
relatif lemah.
4.6. Aplikasi Limbah Laboratorium Kimia Pusat Laboratorium Terpadu UIN Syarif Hidayatullah Jakarta
Limbah yang digunakan dalam aplikasi penyerapan arang ampas tebu
terhadap ion logam berasal dari limbah laboratorium kimia Pusat Laboratorium
Terpadu UIN Jakarta. Sebelum dilakukan pengukuran konsentrasi awal dari ion
logam yang akan diukur denga SSA, air limbah yang telah diambil terlebih dahulu
disaring dengan kertas saring untuk memisahkan residu pengotor dan di atur pH
nya sesuai dengan pH optimum dari masing-masing logam.
Hasil analisa yang diperoleh dari pengukuran dengan SSA pada limbah
laboratorium dapat dilihat pada tabel 4.
Tabel 7. Aplikasi Penyerapan Ion Logam dalam Limbah Laboratorium Terpadu UIN Syarif Hidayatullah Jakarta
No. Ion
Logam Konsentrasi Awal (mg/L)
Konsentrasi Akhir (mg/L)
Efisiensi Penyerapan
(%)
Kapasitas Penyerapan
(mg/g) 1 2 3 4
Cd Cr Cu Pb
3,0 8,5 1,4 ND
1,13 1,64 0,1 -
62,33 80,7
92,85 -
0,0374 0,1372 0.0260
-
Pada limbah laboratorium, arang ampas tebu dapat menyerap logam Cu
dengan baik, dengan nilai efisiensi terbesar dibanding dengan logam Cd dan Cr.
Hal ini dapat terjadi karena ion logam yang telah diserap oleh adsorben saling
berikatan dengan kuat sehingga terjadi pembentukan kompleks antara ion logam
dengan gugus-gugus fungsi pada dinding sel dari adsorben yang bertindak sebagai
50
ligan saat penyerapan berlangsung dan pembentukan kompleks tersebut relatif
stabil. Pengikatan ini melibatkan interaksi elektrostatik antara gugus bermuatan
negatif pada dinding sel dan kation logam (Baig et al., 1999).
Ampas tebu mengandung gugus fungsi seperti selulosa, hemiselulosa dan
lignin yang mengandung gugus OH yang terikat dan dapat berinteraksi dengan
komponen adsorbat. Adanya gugus OH pada selulosa [C6H10O5]n menyebabkan
terjadinya sifat polar pada adsorben tersebut. Dengan demikian selulosa lebih kuat
mengadsorpsi zat yang bersifat polar daripada zat yang kurang polar. Mekanisme
adsorpsi yang terjadi antara gugus OH yang terikat pada permukaan dengan ion
logam yang bermuatan positif (kation) adalah sebagai berikut :
—Y—OH + M+ —YO—M + H+
—Y—OH +M2+ —YO—M
M + 2H+
—YO—M
M+ dan M2+ adalah ion logam (Cd, Cr, Cu dan Pb), -OH adalah gugus
hidroksil dan Y adalah matriks tempat gugus –OH terikat. Interaksi antara gugus –
OH dengan ion logam juga memungkinkan melalui mekanisme pembentukan
kompleks koordinasi karena atom oksigen pada gugus –OH mempunyai pasangan
elektron bebas, sedangkan ion logam mempunyai orbital d kosong. Pasangan
elektron bebas tersebut akan menempati orbital kosong yang dimiliki oleh ion
logam, sehingga terbentuk suatu senyawa atau ion kompleks.
Pembentukan senyawa kompleks ini terjadi pada ion logam Cd, Cr, Cu
dan Pb. Keempat logam tersebut memiliki orbital d kosong yang akan diisi oleh
elektron bebas dari atom oksigen pada gugus –OH. Selulosa berperan sebagai
51
O
ligan yang dapat menyumbangkan sepasang elektron bebas pada ion logam,
sedangkan ion logam Cd, Cr, Cu dan Pb berperan sebagai atom pusat dalam
pembentukan senyawa kompleks. Pembentukan senyawa kompleks ion logam Pb
dengan selulosa [C6H10O5]n dapat dilihat pada Gambar 13.
H O C H 2
H O
O O H H
H O C H 2
H O
H O O H H
H O H O
P b P b
O C H 2
H O
O C H 2
H O
H H O O
O H H
H O H
O H H O H O H
Gambar 13. Pembentukan Senyawa Kompleks antara Ion Logam Pb dengan
Selulosa (Rajawane, 2008)
4.4. Isoterm Adsorpsi
Tipe isoterm adsorpsi dapat digunakan untuk mempelajari mekanisme
adsorpsi. Adsorpsi fase padat-cair pada umumnya menganut tipe isoterm
Freundlich dan Langmuir (Atkins, 1999). Ikatan yang terjadi antara molekul
adsorbat dengan permukaan adsorben dapat terjadi secara fisisorpsi dan
kimisorpsi.
Pada penentuan tipe isoterm ini digunakan adsorben pada kondisi
optimum. Isoterm adsorpsi arang ampas tebu tipe Langmuir dan Freundlich
52
diperlihatkan pada Gambar 14-17 untuk masing-masing logamnya. Pada adsorpsi
ampas tebu pada logam Cd (Gambar 14), isoterm Langmuir menunjukkan
linearitas yang lebih tinggi, yaitu 99,3 % dibandingkan dengan isoterm Freundlich
yaitu 97,2 %. Adsorpsi ion logam Cd oleh arang ampas tebu dianggap mengikuti
tipe isoterm Langmuir dan lebih tepat untuk mencirikan mekanisme adsorpsi Cd
oleh ampas tebu.
(a) (b)
Gambar 14. (a). Isoterm Langmuir dan (b) Isoterm Freundlich Adsorpsi Ion Logam Cd oleh Arang Ampas Tebu
Begitu pula pada adsorpsi logam Pb oleh arang ampas tebu memberikan
nilai linieritas untuk isoterm Langmuir sebesar 99,1 % dan 92,1 % untuk isoterm
Freundlich (Gambar 15). Hasil ini menunjukkan bahwa kedua tipe isoterm ini
terjadi pada proses adsorpsi ion logam Pb oleh arang ampas tebu. Hal ini sesuai
dengan Atkins (1999) bahwa adsorpsi ion logam Pb oleh arang ampas tebu
mengikuti tipe isoterm Langmuir karena linieritas untuk tipe isoterm ini lebih
besar.
53
(a) (b)
Gambar 15. (a) Isoterm Langmuir dan (b) Isoterm Freundlich Adsorpsi Ion
Logam Pb oleh Arang Ampas Tebu
Jika tipe isoterm yang dianut adalah isoterm Langmuir, maka adsorspsi
berlangsung secara kimisorpsi monolayer. Jika isoterm yang dianut adalah isoterm
Freundlich maka adsorpsi yang terjadi adalah fisisorpsi multilayer
(Anggraningrum, 1996). Adsorpsi monolayer terjadi karena ikatan kimia biasanya
spesifik, sehingga adsorben mampu mengikat logam dengan ikatan kimia antara
logam dengan permukaan adsorben.
Kedua adsorpsi untuk logam Cd dan Pb menunjukkan linieritas yang lebih
baik untuk isoterm Langmuir, meskipun pada prosesnya terjadi kejenuhan
adsorpsi. Mekanisme kemisorpsi sedikit lebih besar dibanding fisisorpsi untuk
adsorpsi kedua ion logam Cd dan Pb oleh adsorben arang ampas tebu. Energi
yang digunakan untuk berikatan secara kimia dapat diperoleh dari proses
pengadukan selama adsorpsi.
Penentuan tipe isoterm adsorpsi ion logam Cr oleh arang ampas tebu dapat
dilihat pada Gambar 16. Isoterm adsorpsi ion logam Cr oleh arang ampas tebu
54
menunjukkan nilai linieritas yang tinggi untuk kedua isoterm, yaitu 86,9 % untuk
isoterm Langmuir dan 97 % untuk isoterm Feundlich. Berdasarkan data tersebut
dapat disimpulkan bahwa pada proses adsorpsi ion logam Cr oleh arang ampas
tebu mengikuti tipe isoterm Freundlich. Hal ini disebabkan karena linieritas untuk
tipe isoterm Freundlich lebih tinggi dibandingkan dengan tipe isoterm Langmuir,
sehingga tipe isoterm Freundlich lebih tepat digunakan untuk mencirikan
mekanisme adsorpsi ion logam Cr oleh arang ampas tebu.
(a) (b)
Gambar 16. (a) Isoterm Langmuir dan (b) Isoterm Freundlich Adsorpsi Ion Logam Cr oleh Arang Ampas Tebu
Hasil yang sama diperoleh pada isoterm adsorpsi ion logam Cu oleh arang
ampas tebu (Gambar 17), linieritas kedua isoterm tersebut yaitu 62,8 % untuk tipe
isoterm Langmuir dan 83,5 % untuk isoterm Freundlich. Oleh karena itu adsorpsi
ion logam Cu oleh arang ampas tebu dianggap mengikuti tipe isoterm Freundlich,
karena linieritas untuk tipe Freundlich lebih besar dibandingkan dengan tipe
isoterm Langmuir.
55
(a) (b)
Gambar 17. (a) Isoterm Langmuir dan (b) Isoterm Freundlich Adsorpsi Ion
Logam Cu oleh Arang Ampas Tebu
Adsorpsi pada ion logam Cr dan Cu dianggap mengikuti tipe isoterm
Freundlich, sehingga tipe ini lebih tepat digunakan untuk mencirikan mekanisme
adsorpsi ion logam Cr dan Cu oleh arang ampas tebu. Jika adsorpsi mengikuti tipe
isoterm Freundlich maka adorpsi berlangsung secara fisisorpsi multilayer.
Mekanisme fisisorpsi memungkinkan terjadinya ikatan antar ion logam
yang terdapat dalam larutan maupun limbah, selain ikatannya dengan adsorben.
Kedua ikatan tersebut hanya terikat oleh gaya van der Waals sehingga ikatan
antara adsorbat dengan adsorben bersifat lemah. Hal ini memungkinkan adsorbat
leluasa bergerak hingga akhirnya berlangsung proses adsorpsi banyak lapisan.
56
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
Dari hasil penelitian yang dilakukan dengan menggunakan arang ampas
tebu sebagai adsorben untuk ion logam, maka dapat diambil kesimpulan sebagai
berikut.
1. Kondisi optimum untuk ion logam Cd, Cr, Cu dan Pb adalah dengan berat
ampas tebu 1,5 g, konsentrasi ion logam 20 mg/L, pada pH ion logam 5
(ion logam Cd, Cr dan Pb), pH 6 untuk ion logam Cu dan lama
pemanasan 2,5 jam (ion logam Cd dan Pb) serta lama pemanasan 1,5 jam
(ion logam Cr dan Cu).
2. Pada limbah simulasi, nilai efisiensi penyerapan tertinggi adalah untuk
logam Pb sebesar 95,92 % dan kapasitas penyerapan sebesar 0,3941 mg/g,
sedangkan pada limbah laboratorium kimia UIN Syarif Hidayatullah
Jakarta, tidak terdeteksi adanya ion logam Pb dan nilai efisiensi
penyerapan tertinggi adalah untuk ion logam Cu sebesar 92,85 % dan
kapasitas penyerapan sebesar 0,026 mg/g.
3. Adsorpsi terhadap ion logam Cd, Cr, Cu dan Pb berlangsung secara
kimisorpsi maupun fisisorpsi, dengan linieritas diatas 60 % untuk kedua
tipe isoterm, Langmuir dan Freundlich.
57
5.2. Saran
Sesuai dengan hasil penelitian yang telah dilakukan, penggunaan arang
ampas tebu sebagai adsorben dapat dijadikan alternatif biomaterial dalam
mengurangi konsentrasi ion logam, khususnya ion logam berat pada air limbah.
Pada penelitian selanjutnya, perlu diuji coba aplikasi penggunaan arang ampas
tebu pada air limbah industri lainnya seperti industri tekstil atau industri lainnya
yang menggunakan ion logam Cd, Cr, Cu dan Pb.
58
DAFTAR PUSTAKA
Al-Asheh, S., F. Banat., R. Al Omari and Z.Duvnjak. 2000. Prediction of Binary Sorption Isotherm for The Sorption of Heavy Metal by Pine bark Using Single Isotherm Data. Chemosphore. Vol 41 : 659-665.
Amri, A., Supranto dan Fahrurozi, M. 2004. Kesetimbangan Adsorpsi Optional
Campuran Biner Cd(II) dan Cr(III) dengan Zeolit Alam Terimpregnasi 2- merkaptobenzotiazol. Jurnal Natur Indonesia Vol 6(2) : 111-117.
Anggranigrum, I.T. 1996. Model Adsorpsi Ion Kompleks Koordinasi Nikel (II)
Pada Permukaan Alumina. Tesis. Jakarta : Magister Sains Ilmu Kimia Universitas Indonesia.
Anonim. 2002.Tanaman Obat Indonesia (Tebu). BPPT.
Arifin, B. 2003. Suatu Tinjauan Adsorben Murahan Untuk menghilangkan Logam
Berat. Prosiding Seminar National Teknik Kimia. Hal: 38-44.
Atkins, P.W. 1999. Kimia Fisika 2. Jakarta : Erlangga.
Baig, T.H., Garcia A.E., Tieman K.J. and Gardea-Torresdey. 1999. Adsorption of Haevy Metal Ions by Biomass of Solanum elaeagnifolrum (Silverleaf nightshade). Proceedings of the Conference on Hazardous Waste
Research.
Barros, J.L.M., Maedo G.R., Duarte M.M.L., Silva E.P and Lobato. 2003. Biosorption Cadmium Using The Fungus Asprgillus niger. Braz J Chem 20 : 1-17.
Birowo, A.T. 1992. Seri Manajemen Usaha Perkebunan Gula, Edisi Pertama.
Jogyakarta : LPP.
Brown, R.C. 2003. Biorenewable Resources : Engineering Products from Agriculture, US: Lowa State Press. dalam e-book google.
Cotton, F.A and G. Wilkinson. 1986. Kimia Dasar Anorganik. Jakarta : UI-Press.
Cordero, B., Loidero P Herrero R., and Vicente. 2004. Biosorption of Cadmium by Fucus spiralis. Journal Environ Chem I : 180-187.
Cossich, E.S., Teveres C.R.G and Ravagnani. 2003. Colombo: Departemento de
Engenharia Qumica.
Fatmawati. 2006. Kajian Adsorpsi Cd(II) Oleh Biomassa Potamogeton (Rumput
naga) Yang Terimobilkan Pada Silica Gel. Banjarbaru : FMIPA Universitas Lambung Mangkurat.
59
and
Fourest, E and J.C. Roux. 1992. Heavy Metals Biosorption by Fungal Mycelial by-Product : Mechanism and Influence of pH. Appl. Microbiol Biotechnol. 37 : 467-478.
Gadd, G.M. 1998. Biotechnology vol 6. pp: 401-433.
Gaol, L.D.L. 2001. Studi Awal Pemanfaatan Beberapa Jenis Karbon Aktif
Sebagai Adsorben. Seminar. Depok : FTUI
Greenberg, A.E. 1992. Standar Methods for the Examination of Water Wastewater. 18th ed, American Public Health Association. Washington.29- 30.
Guibal, E., C. Roulph and P. Le Cloiree. 1992. Uranium Biosorption by A
Fillamentous Fungus mucor michei : pH Effect on Mechanisms and Performance of Uptake. Water. Env. Research. 8 : 1139-1145.
Hanjono, L. 1995. Teknologi Kimia. Jakarta : PT Pradnya Paramita.
Hughes, M.N dan Poole, R.K., 1984, Metals and Microorganism. London :
Chapman and Hall.
Jason, P.P. 2004. Activated Carbon and Some Aplication for The Remediation of Soil and Groundwater Pollution. http://www.cee.vt.edu/program_areas. (9 Agustus 2009).
Khopkar, S.M. 2003. Konsep Dasar Kimia Analitik. Jakarta : UI Press.
Krishnani, Kishore K., Parimala V and Xiaoguang M. 2004. Detoxification of
Chromium (VI) in Coastal Water Using Lignocellulosic Agricultural Waste. Water SA Vol 30. No.4 : 541-545.
Kargi, F and S. Cikla. 2006. Biosorption of Zinc (II) ions onto Powdered Waste
Sludge (PWS) : Kinetics and Isotherm. Enzyme and Microbial, Technol, 38 : 43-53.
Kaur S., Walia T.P.S, and Mahajan R.K. 2008. Comparative Studies of Zink,
Cadmium, Lead and Copper on Economically Viable Adsorbents. Journal
Environ Eng Sci 7: 1-8.
Mahvi, A., Dariush Naghipour., Forugh Vaezi and Shahrokh Nazmara. 2005. Teawaste as An Adsorbent for Heavy Metal Removal from Industrial Wastewater. American Journal of Applied Science 2(1) : 372-375.
Marshall,W.E. and Mitchell M.J. 1996. Agriculture by-product As Metal
Adsorbent : Sorption Propeties and Resistence to Mechanical Abrasion. Journal Chemistry Technology Biotechnol 66 : 92-198.
60
Material Handbook Thirteenth Edition, 1991.
Mukhlieshien. 1997. Pembuatan Arang dari Ampas Tebu Secara Pirolisis. Laporan Penelitian. Aceh : Universitas Syiah Kuala Darussalam Aceh.
Nurhasni. 2002. Penggunaan Genjer (Limnocharis flava) untuk Menyerap Ion
Kadmium, Kromium dan Tembaga Dalam air Limbah. Tesis. Padang : Universitas Andalas.
Oscik, J. 1982. Adsorption. New York : John Wiley and Sons.
Osipow, L.S. 1962. Surface Chemistry : Theory and Industrial Applications.
Reinhold Publishing Coorporation. New York.
Palar, H. 1994. Pencemaran dan Toksikologi Logam Berat. Jakarta : Rineka Cipta.
Pearson, R.G. 1963. Hard and Soft Acids and Bases. J. Am. Soc. 85: 3533-3539.
Rajawane, A. 2008. Biosorpsi Logam Berat Pb (II) Menggunakan Kulit Buah Kakao. Skripsi. Bogor : Departemen Kimia Fakultas MIPA IPB.
Refilda, M.S., Zein R dan Munaf, E. 2001. Pemanfaatan Ampas Tebu sebagai
Bahan Alternatif Pengganti Penyerap Sintetik Logam-logam Berat pada
Air Limbah. Padang : FMIPA UNAND.
Reza, E. 2002. Studi Literatur Perancangan Awal Alat Adsorpsi Regenerasi Karbon Aktif. Seminar. Depok : FTUI
Santosa, S.J., Jumina dan Sri S. 2003. Sintesis Membran Bio Urai Selulosa Asetat
dan Adsorben Super Karboksimetilselulosa dari Selulosa Ampas Tebu
Limbah Pabrik Gula. Jogyakarta : FMIPA UGM.
Selvi, K., Pattabhi S and Kardivelu K. 2001. Removal of Cr(VI) from Aqueous Solution by Adsorption Onto Activated Carbon. Bioresour Technol. Vol 80 : 87-89.
Subrata, J. 1993. Daur Ulang Kapur dalam Blontong pada Pabrik Gula. Skripsi.
Jogyakarta : Kimia FMIPA UGM.
Sulistyawati, S. 2008. Modifikasi Tongkol Jagung sebagai Adsorben Logam Berat Pb(II). Skripsi. Bogor : FMIPA IPB.
Sunarya, A.I. 2006. Biosorpsi Cd(II) dan Pb(II) Menggunakan Kulit Jeruk Siam
(Citrus reticulata). Skripsi. Bogor : Departemen Kimia Fakultas MIPA IPB.
61
Suryana, N. 2001. Teori Intrumentasi dan Tekik Analisa AAS. Jakarta : Pusat Pengujian Mutu Barang.
Syahmani dan Sholahudin, A. 2007. Laporan Penelitian Dosen Muda : Reduksi
Fe, Mn dan Padatan Terlarut dalam Air Hitam dengan Kitin dan Kitosan Isolat Limbah Kulit Udang melalui Sistem Kolom. Banjarmasin : FKIP UNLAM.
Taty C., VC, H.Fauduet., C. Porte and A. Delacrix. 2003. Removal of Cd(II) and
Pb(II) Ions from Aqueous Solution by Adsorption onto Swadust of Pinus
sylvestris. J. Hazard Mater pp: 121-142.
Villacarias, F et al., 2005. Adsorption of Simple Aromatic Compounds on Activated Carbon. Journal of Colloid and Interface Science. 293:128-136.
Volesky B. Biosorption of Heavy Metal. http://lifebiosorption.co.uk (18 Agustus
2009)
Witono, J.A. 2003. Produksi Furfural dan Turunannya : Alternatif Peningkatan
Nilai Tambah Ampas Tebu Indonesia. http:/www.chem-is- try.org/?sect=focus&ext=15. (20 Agustus 2009).
Widowati, W., Sastiono, A dan Yusuf, R. 2008. Efek Toksik Logam. Yogyakarta :
Andi.
Yu,LJ., Dorris KL., Shukla A and Margrave JL. 2003. Adsorption of Chromium from Aqueous Solutions by Maple Dust. J. Hazard Materials. Vol 100 : 53-63.
62
Lampiran 1. Data Penentuan Kondisi Optimum
Tabel 5. Data Pengaruh Massa Ampas Tebu Terhadap Penyerapan Cd(II)
No.
Massa Ampas Tebu
(g)
Konsentrasi Awal (mg/L)
Konsentrasi Akhir (mg/L)
Efisiensi Penyerapan (%)
Kapasitas Penyerapan
(mg/g)
1.
2.
3.
0,5
1,0
1,5
19,72
19,72
19,72
12,38
11,53
8,205
37,22
41,53
58,39
0,1468
0,0819
0,0767
Tabel 6. Data Pengaruh pH Ion Logam Terhadap Penyerapan Cd(II)
No.
pH
Konsentrasi Awal (mg/L)
Konsentrasi Akhir (mg/L)
Efisiensi Penyerapan (%)
Kapasitas Penyerapan
(mg/g)
1.
2.
3.
4.
5.
3
4
5
6
7
19,32
19,24
19,54
19,07
19,27
11,80
10,11
7,751
9,320
8,709
38,92
47,45
60,33
51,13
54,81
0,1504
0,1826
0,2357
0.1950
0,2112
Tabel 7. Data Pengaruh Konsentrasi Ion Logam Terhadap Penyerapan Cd(II).
No.
Konsentrasi (mg/L)
Konsentrasi Awal (mg/L)
Konsentrasi Akhir (mg/L)
Efisiensi Penyerapan(%)
Kapasitas Penyerapan
(mg/g)
1.
2.
3.
4.
5.
20
40
60
80
100
19,54
37,74
57,48
70,25
90,12
7,751
20,28
32,43
41,71
53,53
60,33
46,26
43,58
40,63
40,60
0,2357
0,3492
0,4610
0,5708
0,7318
63
Tabel 8. Data Pengaruh Lama Pemanasan Ampas Tebu Terhadap Penyerapan Cd(II)
No.
Lama Pema-
nasan (jam) Konsentrasi Awal (mg/L)
Konsentrasi Akhir (mg/L)
Efisiensi Penyerapan
(%)
Kapasitas Penyerapan
(mg/g)
1.
2.
3.
4.
1,5
2,0
2,5
3,0
18,46
18,46
18,46
18,46
8,368
8,183
7,674
7,725
54,67
55,67
58,43
58,15
0,2018
0,2055
0,2157
0,2147
Tabel 9. Data Pengaruh Massa Ampas Tebu Terhadap Penyerapan Cr(VI)
No.
Massa Ampas Tebu
(g)
Konsentrasi Awal (mg/L)
Konsentrasi Akhir (mg/L)
Efisiensi Penyerapan (%)
Kapasitas Penyerapan
(mg/g)
1.
2.
3.
0,5
1,0
1,5
11,08
11,08
11,08
2,811
2,214
1,446
74,63
80,02
86,95
0,1794
0,0886
0,0642
Tabel 10. Data Pengaruh pH Ion Logam Terhadap Penyerapan Cr(VI)
No.
pH
Konsentrasi Awal (mg/L)
Konsentrasi Akhir (mg/L)
Efisiensi Penyerapan (%)
Kapasitas Penyerapan
(mg/g)
1.
2.
3.
4.
5.
3
4
5
6
7
12,23
11,95
11,78
11,62
12,06
3,493
2,845
1,235
2,697
1,563
71,44
76,19
89,52
76,79
87,04
0,1747
0,1821
0,2109
0,1784
0,2099
64
Tabel 11. Data Pengaruh Konsentrasi Ion Logam Terhadap Penyerapan Cr(VI)
No.
Konsentrasi (mg/L)
Konsentrasi Awal (mg/L)
Konsentrasi Akhir (mg/L)
Efisiensi Penyerapan
(%)
Kapasitas Penyerapan
(mg/g)
1.
2.
3.
4.
5.
20
40
60
80
100
11,78
26,20
38,98
55,54
72,14
1,235
7,767
11,90
25,25
36,60
89,52
70,35
69,47
54,54
49,27
0,2109
0,3686
0,5416
0,6058
0,7108
Tabel 12. Data Pengaruh Lama Pemanasan Ampas Tebu Terhadap Penyerapan Cr(VI)
No.
Lama Pema-
nasan (jam) Konsentrasi Awal (mg/L)
Konsentrasi Akhir (mg/L)
Efisiensi Penyerapan
(%)
Kapasitas Penyerapan
(mg/g)
1.
2.
3.
4.
1,5
2,0
2,5
3,0
11,69
11,69
11,69
11,69
2,157
3,596
2,794
2,989
81,55
69,24
76,10
74,43
0,1906
0,1618
0,1779
0,1740
Tabel 13. Data Pengaruh Massa Ampas Tebu Terhadap Penyerapan Cu(II)
No.
Massa Ampas Tebu
(g)
Konsentrasi Awal (mg/L)
Konsentrasi Akhir (mg/L)
Efisiensi Penyerapan (%)
Kapasitas Penyerapan
(mg/g)
1.
2.
3.
0,5
1,0
1,5
17,40
17,40
17,40
9,735
6,090
3,700
44,05
65,00
78,74
0,1533
0,1131
0,0913
65
Tabel 14. Data Pengaruh pH Ion Logam Terhadap Penyerapan Cu(II)
No.
pH
Konsentrasi Awal (mg/L)
Konsentrasi Akhir (mg/L)
Efisiensi Penyerapan (%)
Kapasitas Penyerapan
(mg/g)
1.
2.
3.
4.
5.
3
4
5
6
7
17,08
17,13
17,00
17,90
16,10
5,283
3,625
2,815
1,403
2,86
69,07
78,84
83,44
92,16
82,24
0,2359
0,2701
0,2837
0,3299
0,2648
Tabel 15. Data Pengaruh Konsentrasi Ion Logam Terhadap Penyerapan Cu(II)
No.
Konsentrasi (mg/L)
Konsentrasi Awal (mg/L)
Konsentrasi Akhir (mg/L)
Efisiensi Penyerapan(%)
Kapasitas Penyerapan
(mg/g)
1.
2.
3.
4.
5.
20
40
60
80
100
17,90
34,28
59,40
71,63
90,35
1,403
3,700
8,000
24,40
32,20
92,16
89,21
86,53
65,94
64,36
0,3299
0,6116
1,0280
0,9446
1,1630
Tabel 16. Data Pengaruh Lama Pemanasan Ampas Tebu Terhadap Penyerapan Cu(II)
No.
Lama Pema-
nasan (jam) Konsentrasi Awal (mg/L)
Konsentrasi Akhir (mg/L)
Efisiensi Penyerapan
(%)
Kapasitas Penyerapan
(mg/g)
1.
2.
3.
4.
1,5
2,0
2,5
3,0
16,00
16,00
16,00
16,00
1,260
3,570
1,685
1,690
92,13
77,69
89,47
89,44
0,2948
0,2486
0,2863
0,2862
66
Tabel 17. Data Pengaruh Massa Ampas Tebu Terhadap Penyerapan Pb(II)
No.
Massa Ampas Tebu
(g)
Konsentrasi Awal (mg/L)
Konsentrasi Akhir (mg/L)
Efisiensi Penyerapan (%)
Kapasitas Penyerapan
(mg/g)
1.
2.
3.
0,5
1,0
1,5
19,32
19,32
19,32
9,473
5,895
3,250
50,97
69,49
83,18
0,1969
0,1345
0,1071
Tabel 18. Data Pengaruh pH Ion Logam Terhadap Penyerapan Pb(II)
No.
pH
Konsentrasi Awal (mg/L)
Konsentrasi Akhir (mg/L)
Efisiensi Penyerapan (%)
Kapasitas Penyerapan
(mg/g)
1.
2.
3.
4.
5.
3
4
5
6
7
17,24
16,27
16,92
17,11
16,15
2,016
0,648
0,117
0,367
0,468
88,31
96,01
99,31
97,86
97,10
0,3044
0,3124
0,3360
0,3348
0,3136
Tabel 19. Data Pengaruh Konsentrasi Ion Logam Terhadap Penyerapan Pb(II)
No.
Konsentrasi (mg/L)
Konsentrasi Awal (mg/L)
Konsentrasi Akhir (mg/L)
Efisiensi Penyerapan (%)
Kapasitas Penyerapan
(mg/g)
1.
2.
3.
4.
5.
20
40
60
80
100
16,92
37,18
55,32
61,10
92,14
0,117
2,571
4,740
6,052
9,128
99,31
93,08
91,43
90,09
90,09
0,3360
0,6922
1,0116
1,1009
1,6602
67
Tabel 20. Data Pengaruh Lama Pemanasan Ampas Tebu Terhadap Penyerapan Pb(II)
No.
Lama Pema-
nasan (jam) Konsentrasi Awal (mg/L)
Konsentrasi Akhir (mg/L)
Efisiensi Penyerapan
(%)
Kapasitas Penyerapan
(mg/g)
1.
2.
3.
4.
1,5
2,0
2,5
3,0
19,50
19,50
19,50
19,50
0,5460
1,043
0,3620
0,5235
97,20
94,65
98,14
97,32
0,3791
0,3691
0,3827
0,3795
68
Lampiran 2. Contoh Perhitungan Efisiensi dan Kapasitas Penyerapan
1. Efisiensi penyerapan ion logam Cd pada limbah multikomponen
Keterangan
C1 = konsentrasi awal larutan (mg/L)
C2 = Konsentrasi akhir larutan (mg/L)
% E = efisiensi adsorpsi
2. Kapasitas penyerapan ion logam Cd pada limbah multikomponen
Keterangan :
Q = Kapasitas adsorpsi per bobot molekul (mg/g)
C1 = konsentrasi awal larutan (mg/L)
C2 = Konsentrasi akhir larutan (mg/L)
m = massa adsorben (g)
V = volume larutan (mL)
69
Lampiran 3. Isoterm Langmuir Adsorpsi Ion Logam oleh Ampas Tebu
1. Isoterm Langmuir untuk Adsorpsi Ion Logam Cd oleh Ampas Tebu
isoterm Langmuir konsentrasi awal (mg/L)
berat adsorben (g) [m]*
konsentrasi akhir (mg/L)[c*]
c
X
x/m
19.54 0.5002 7.751 7.751 11.789 23.56857 37.74 0.5008 20.28 20.28 17.46 34.86422 57.48 0.5005 32.43 32.43 25.05 50.04995 70.25 0.501 41.71 41.71 28.54 56.96607 90.12 0.5001 53.53 53.53 36.59 73.16537
*[m] = digunakan sebagai variabel m pada rumus isoterm adsorpsi
*[c] = digunakan sebagai variabel c pada rumus isoterm adsorpsi
Persamaan garis isotherm Langmuir untuk yang diperoleh y = 1,074x + 14,26 dengan nilai r2
= 0.993 maka dari persamaan
, diperoleh nilai α = 0,931 dan β = 0,0753
Dengan energi adsorpsi E = -RT ln β = - 8,314 J.K-1.mol-1.2990K ln 0,0753 = 6429,185 J/mol = 6,429 kJ/mol
2. Isoterm Langmuir untuk Adsorpsi Ion Logam Cr oleh Ampas Tebu
isoterm Langmuir konsentrasi awal
(mg/L)
berat adsorben (g)
[m]*
konsentrasi akhir
(mg/L) [c]* C X x/m
11.78 0.5004 1.235 1.235 10.545 21.07314 26.2 0.5009 7.767 7.767 18.433 36.79976 38.98 0.501 11.9 11.9 27.08 54.0519 55.54 0.5005 25.25 25.25 30.29 60.51948 72.14 0.5007 36.6 36.6 35.54 70.98063
*[m] = digunakan sebagai variabel m pada rumus isoterm adsorpsi *[c] = digunakan sebagai variabel c pada rumus isoterm adsorpsi
Persamaan garis isotherm Langmuir untuk yang diperoleh y = 1,297x + 27,21 dengan nilai r2
= 0,869 maka dari persamaan
, diperoleh nilai α = 0,771 dan β = 1,682
Dengan energi adsorpsi E = -RT ln β = - 8,314 J.K-1.mol-1.2990K ln 1,682 = - 1292,62 J/mol = 1,2926 kJ/mol
70
3. Isoterm Langmuir untuk Adsorpsi Ion Logam Cu oleh Ampas Tebu
isoterm Langmuir
konsentrasi awal (mg/L)
berat adsorben (g) [m]*
konsentrasi akhir (mg/L) [c]*
C X x/m 17.9 0.5004 1.403 1.403 16.497 32.96763 34.28 0.5009 3.7 3.7 30.58 61.05011 59.4 0.5013 8 8 51.4 102.5334 71.63 0.5012 24.4 24.4 47.23 94.23384 90.35 0.5 32.2 32.2 58.15 116.3
*[m] = digunakan sebagai variabel m pada rumus isoterm adsorpsi
*[c] = digunakan sebagai variabel c pada rumus isoterm adsorpsi
Persamaan garis isotherm Langmuir untuk yang diperoleh y = 1,974x + 53,88 dengan nilai r2
= 0,628 maka dari persamaan
, diperoleh nilai α = 0,506 dan β = 0,036
Dengan energi adsorpsi E = -RT ln β = - 8,314 .J.K-1.mol-1.2990K ln 0,036 = 8263,67 J/mol = 8,2636 kJ/mol
4. Isoterm Langmuir untuk Adsorpsi Ion Logam Pb oleh Ampas Tebu
isoterm Langmuir konsentrasi awal (mg/L)
berat adsorben (g) [m]*
konsentrasi akhir (mg/L) [c]*
C
x
x/m 16.92 0.5007 0.117 0.117 16.803 33.55902 37.18 0.5001 2.571 2.571 34.609 69.20416 55.32 0.5005 4.74 4.74 50.58 101.0589 61.1 0.501 6.052 6.052 55.048 109.8762 92.14 0.5008 9.128 9.128 83.012 165.7588
*[m] = digunakan sebagai variabel m pada rumus isoterm adsorpsi *[c] = digunakan sebagai variabel c pada rumus isoterm adsorpsi
Persamaan garis isotherm Langmuir untuk yang diperoleh y = 14,33x + 31,08 dengan nilai r2
= 0,991 maka dari persamaan
, diperoleh nilai α = 0,069 dan β = 0,461
Dengan energi adsorpsi E = -RT ln β = - 8,314 J.K-1.mol-1.299 0K ln 0,461 = 1924,96 J/mol = 1,9249 kJ/mol
71
Lampiran 4. Isoterm Freundlich untuk Adsorpsi Ion Logam oleh Ampas Tebu
1. Isoterm Freundlich untuk Adsorpsi Ion Logam Cd oleh Ampas Tebu
isoterm Freundlich konsentrasi awal (mg/L)
berat adsorben (g)[m]*
konsentrasi akhir (mg/L) [c]*
log c
x/m log x/m
19.54 0.5002 7.751 0.8894 23.569 1.3723 37.74 0.5008 20.28 1.3071 34.864 1.5424 57.48 0.5005 32.43 1.5109 50.05 1.6994 70.25 0.501 41.71 1.6202 56.966 1.7556 90.12 0.5001 53.53 1.7286 73.165 1.8643
*[m] = digunakan sebagai variabel m pada rumus isoterm adsorpsi
*[c] = digunakan sebagai variabel c pada rumus isoterm adsorpsi
Persamaan garis isotherm Freundlich untuk yang diperoleh y = 0,573x + 0,836 dengan nilai
r2 = 0,972 maka dari persamaan diperoleh nilai n = 1,745 dan nilai k = 6,854
2. Isoterm Freundlich untuk Adsorpsi Ion Logam Cr oleh Ampas Tebu
isoterm Freundlich
konsentrasi awal (mg/L)
berat adsorben (g) [m]*
konsentrasi akhir (mg/L) [c]*
log c
x/m
log x/m
11.78 0.5004 1.235 0.0917 21.073 1.3237 26.2 0.5009 7.767 0.8903 36.8 1.5658 38.98 0.501 11.9 1.0755 54.052 1.7328 55.54 0.5005 25.25 1.4023 60.519 1.7819 72.14 0.5007 36.6 1.5635 70.981 1.8511
*[m] = digunakan sebagai variabel m pada rumus isoterm adsorpsi
*[c] = digunakan sebagai variabel c pada rumus isoterm adsorpsi
Persamaan garis isotherm Freundlich untuk yang diperoleh y = 0,361x + 1,287 dengan nilai
r2 = 0,97 maka dari persamaan
diperoleh nilai n = 2,770 dan nilai k = 19,364
72
3. Isoterm Freundlich untuk Adsorpsi Ion Logam Cu oleh Ampas Tebu
isoterm Freundlich konsentrasi awal (mg/L)
berat adsorben (g) [m]*
konsentrasi akhir (mg/L) [c]*
log c
x/m log x/m
17.9 0.5004 1.403 0.1471 32.968 1.5181 34.28 0.5009 3.7 0.5682 61.05 1.7857 59.4 0.5013 8 0.9031 102.53 2.0109 71.63 0.5012 24.4 1.3874 94.234 1.9742 90.35 0.5 32.2 1.5079 116.3 2.0656
*[m] = digunakan sebagai variabel m pada rumus isoterm adsorpsi *[c] = digunakan sebagai variabel c pada rumus isoterm adsorpsi
Persamaan garis isotherm Freundlich untuk yang diperoleh y = 0,360x + 1,545 dengan nilai
r2 = 0,835 maka dari persamaan
diperoleh nilai n = 2,777 dan nilai k = 35,075
4. Isoterm Freundlich untuk Adsorpsi Ion Logam Pb oleh Ampas Tebu
isoterm Freundlich konsentrasi awal (mg/L)
berat adsorben (g) [m]*
konsentrasi akhir (mg/L) [c]*
log c
x/m log x/m
16.92 0.5007 0.117 -0.932 33.559 1.5258 37.18 0.5001 2.571 0.4101 69.204 1.8401 55.32 0.5005 4.74 0.6758 101.06 2.0046 61.1 0.501 6.052 0.7819 109.88 2.0409 92.14 0.5008 9.128 0.9604 165.76 2.2195
*[m] = digunakan sebagai variabel m pada rumus isoterm adsorpsi *[c] = digunakan sebagai variabel c pada rumus isoterm adsorpsi
Persamaan garis isotherm Freundlich untuk yang diperoleh y = 0,330x + 1,8 dengan nilai r2
= 0,921 maka dari persamaan
diperoleh nilai n = 3,030 dan nilai k = 63,095
73
Lampiran 5. Asam dan Basa Beberapa Senyawa dan Ion Menurut Prinsip HSAB dari Pearson
74
Lampiran 6. Pembuatan Larutan
1. Larutan HNO3 1 %
Diambil 10 mL larutan HNO3 pekat dengan pipet volumetri, kemudian dilarutkan
dengan aquades dalam labu ukur 1000 mL.
2. Larutan Induk Pb 1000 mg/L
Ditimbang sebanyak 0,3996 g Pb(NO3)2, kemudian dilarutkan dengan menggunakan
HNO3 1 %, dimasukkan ke dalam labu ukur dan ditepatkan volumenya pada labu ukur 250
mL.
3. Larutan Induk Cd 1000 mg/L
Ditimbang sebanyak 0,7838 g CdSO4.8H2O, kemudian dilarutkan dengan
menggunakan HNO3 1 %, dimasukkan ke dalam labu ukur dan ditepatkan volumenya pada
labu ukur 250 mL.
4. Larutan Induk Cr 1000 mg/L
Ditimbang sebanyak 0,7115 g K2Cr2O7, kemudian dilarutkan dengan menggunakan
HNO3 1 %, dimasukkan ke dalam labu ukur dan ditepatkan volumenya pada labu ukur 250
mL.
5. Larutan Induk Cu 1000 mg/L
Ditimbang sebanyak 0,9823 g CuSO4.5H2O, kemudian dilarutkan dengan
menggunakan HNO3 1 %, dimasukkan ke dalam labu ukur dan ditepatkan volumenya pada
labu ukur 250 mL.
75
Lampiran 7. Pembuatan Larutan Buffer
1. Buffer Sitrat (pH 3, 4 dan 5)
Larutan Stok A : 0,1 M larutan asam sitrat (21,01 g dalam 1000 ml)
B : 0,1 M larutan natrium sitrat (29,41 g C6H5O7Na.2H2O)
x ml A + y ml B, dilarutkan menjadi 100 ml :
pH X Y
3 46,5 3,5
4 33 17
5 20,5 29,5
2. Buffer Posfat (pH 6 dan 7)
Larutan stok A : 0,2 M larutan monobasic natrium posphat (27,8 g dalam 1000 ml)
B : 0,2 M larutan dibasic natrium posphat (53,65 g Na2HPO4.7H2O
atau 71,7 g Na2HPO4.12H2O dalam 1000 ml)
x ml A + y ml B, dilarutkan menjadi 200 ml :
pH X Y
6 87,7 12,3
7 39 61
76
Lampiran 8. Alat, Bahan dan Hasil Penelitian
Instrumen SSA Furnace
Proses batch menggunakan Shaking Incubation Ayakan 212µm Retsch
Ampas tebu ukuran ± 1 cm Ampas tebu setelah diarangkan pada suhu 2500C
dengan ukuran 212µm
77
Larutan ion logam Cr sebelum proses batch Ampas tebu dan Larutan ion logam sebelum
proses batch
Limbah Simulasi Limbah Laboratorium
Limbah lab dan simulasi setelah Larutan ion logam setelah dilakukan proses batch proses batch
78
top related