II Tinjauan Pustaka

2.1 Karbon aktif

Penggunaan karbon telah dilakukan sejak penemuan api. Pada masa lampau bangsa Hindu

menggunakan arang dalam penyaringan air. Scheele menemukan karbon aktif pada tahun

1773 setelah memperhatikan bahwa jenis-jenis arang tertentu mempunyai kapasitas adsorpsi

yang lebih tinggi. Dampak negatif dari zat warna pada perairan maupun kesesuaian karbon

aktif dalam pengolahannya sudah banyak dibahas pada berbagai literatur (Babu, 2006)

Karbon aktif dikenal mempunyai daya adsorpsi fisik terkuat tertinggi dari seluruh materi

yang dikenal manusia. Berbeda dengan karbon yang dibuat untuk keperluan menulis pada

pensil dimana karbon dibuat sepadat mungkin, karbon aktif dibuat supaya mempunyai pori-

pori yang sebesar dan sebanyak mungkin. Bahkan satu gram karbon aktif mempunyai luas

permukaan yang hampir sama dengan luas 2 lapangan tenis. Adapun berbagai kegunaan

berhubungan dengan pemurnian pada industri pakaian, tekstil dan perawatan pribadi.

Gambar 2.1 Foto karbon aktif menggunakan alat SEM pada pembesaran 4000x

Karbon aktif mempunyai keunggulan dalam efektivitas serta efisiensi dalam penghilangan

polutan terutama dari air limbah (Babu, 2006). Zat penghilang warna, rasa dan bau; pemurni

4

pada pengolahan makanan, kosmetik, dan farmasi. Karbon aktif mempunyai kemampuan

adsorpsi yang lebih tinggi daripada pengadsorpsi lain seperti resin.

2.1.1 Jenis karbon aktif

2.1.1.1 Berdasarkan bentuk fisik

Berdasarkan ukuran partikelnya ada dua jenis karbon aktif yang utama, karbon aktif granular

dan karbon aktif serbuk. Karbon aktif granular merupakan partikel dengan bentuk yang tidak

seragam berukuran 0,2 - 5 mm. Karbon aktif granular dapat digunakan pada pengolahan

limbah cair maupun gas. Sedangkan karbon aktif serbuk jauh lebih kecil dengan ukuran

kurang dari 0,18mm. Karbon aktif serbuk biasanya digunakan pada pengolahan limbah cair.

Pada percobaan ini digunakan karbon aktif granular karena jenis ini yang dengan mudah

didapatkan di pasaran dan biasa digunakan pada industri.

Gambar 2.2 Karbon aktif granular

Gambar 2.3 Karbon aktif serbuk

2.1.1.2 Bahan dasar pembuatan karbon aktif

Hampir semua sumber karbon dapat dibuat menjadi karbon aktif. Indeks Merck membagikan

karbon aktif kedalam 4 bentuk dasar: Animal charcoal- diambil dari pengarangan tulang,

daging, darah dll. Gas black – didapatkan dari pembakaran gas alam. Lamp black –

didapatkan dengan cara membakar berbagai lemak, minyak resin dll. Tempurung kelapa

termasuk sumber karbon aktif yang paling efektif.

5

2.1.2 Proses pembuatan karbon aktif

Struktur pori-pori yang halus terbentuk pada proses aktivasi. Pada aktivasi dengan gas, gas

pengoksidasi seperti CO2 digunakan pada temperatur tinggi untuk mengikis pori-pori pada

arang. Pada aktivasi dengan bahan kimia, arang diimpregnasi dengan suatu bahan kimia

kemudian dipanaskan pada temperatur-temperatur tinggi. (sekitar 800-1000°C). Bahan kimia

pengaktif ini yang membentuk struktur berpori. Aktivasi kimia juga merubah permukaan

karbon. Bahan kimia pengaktivasi antara lain (asam fosfat, asam sulfat atau KOH). Setelah

proses aktivasi, bahan kimia dicuci untuk penggunaan kembali. Struktur pori akhir

bergantung pada bahan yang digunakan untuk membuat karbon aktif dan proses aktivasi.

Bahan dengan struktur pori seperti kayu membutuhkan lebih sedikit perlakuan dibandingkan

bahan isotropis seperti batubara. Jumlah pengotor biasanya lebih tinggi pada bahan dengan

kadar karbon yang lebih rendah.

2.1.3 Dampak terhadap lingkungan

Karbon aktif tidak berbahaya bagi manusia (Preethi, 2006). Karbon aktif tidak akan

mengalami interaksi kimia dengan bahan lain dan tidak dapat menyebabkan kontaminasi

lingkungan. Bahkan proses pembuatan serta penggunaan karbon aktif lebih ramah

lingkungan dibandingkan dengan adsorben lain.

2.2 Zat Warna

Zat warna sintesis pertama, mauveine, ditemukan oleh William Henry Perkin pada tahun

1856. Sebelumnya digunakan zat pewarna yang dibuat dari tanaman serta zat organik lain.

Penelitian menemukan bahwa pewarnaan tekstil telah dilakukan sejak 5000 tahun yang lalu

terutama oleh bangsa India. Hingga kini penggunaan zat warna organik telah sangat

berkurang karena industri tekstil cenderung menggunakan zat warna sintesis yang terbukti

lebih unggul antara lain variasi yang lebih banyak, mudah dalam pemakaiannya dan relatif

lebih murah.

2.2.1 Klasifikasi Zat Warna

Berdasarkan metode pewarnaan zat warna dapat digolongkan sebagai berikut:

a. Zat warna basa (disebut juga zat warna kation) karena selalu terionkan di dalam

mediumnya dengan gugus pembawa warna yang bersifat kation. Biasanya digunakan

untuk mencelup serat-serat binatang, poliamida (nilon) dan beberapa serat poliakrilat

berdasarkan ikatan elektrokovalen.

6

b. Zat warna asam, yang mengandung asam-asam mineral atau asam organik dan

dibuat dalam bentuk garam-garam natrium, dari asam organik dimana gugus anion

merupakan gugus pembawa warna yang aktif.

c. Zat warna direct, dikenal dengan zat warna substantif, memiliki daya afinitas

yang besar terhadap serat selulosa. Berapa diantaranya dapat mencelup serat

binatang berdasarkan binatang berdasarkan ikatan hidrogen.

d. Zat warna mordan, yang bergabung dengan oksida logam membentuk zat warna

yang tidak larut. Biasa digunakan untuk mencelup serat binatang, poliamida dan

serat selulosa.

e. Zat warna azoat, yang mengandung pigmen azo yang dapat mengendap di dalam

serat. Terutama digunakan untuk mencelup serat selulosa.

f. Zat warna belerang yang memiliki rantai belerang pada setiap struktur molekulnya.

Sifatnya tidak larut di dalam air, tetapi dapat larut dalam larutan sulfida.

g. Zat warna bejana, yang mengandung gugus karbonil dan memiliki sifat tidak larut

dalam air.

h. Zat warna dispersi, yaitu zat warna non-ion yang terdiri dari inti kromofor azo dan

antrakinon. Biasanya digunakan untuk mencelup serat selulosa asetat, serat poliester.

i. Zat warna reaktif, yang dapat mencelup serat dalam kondisi tertentu dan

membentuk reaksi kovalen dengan serat. Biasanya mencelup serat selulosa , serat

wol, sutera dan poliamida buatan berdasarkan reaksi kondensasi dengan gugus

amina dari serat-serat hewani atau poliamida. Salah satu contoh zat warna reaktif

adalah cibacron red yang digunakan pada penelitian ini.

2.2.2 Zat warna reaktif

Zat warna reaktif ditemukan pada tahun 1954 oleh Lee dan Stevens. Zat warna golongan ini

digunakan untuk pewarnaan serat selulosa. Zat warna reaktif memiliki gugus reaktif, antara

haloheterosiklik atau gugus ikatan ganda teraktivasi yang ketika diaplikasikan kepada serat

membentuk ikatan dengan gugus hidroksil dari serat selulosa. Zat warna reaktif dapat pula

diaplikasikan pada wol dan nilon. Kini zat warna reaktif merupakan metode terpenting dalam

pewarnaan serat selulosa. Keunggulan dari zat warna reaktif ini antara lain merupakan zat

warna yang paling permanen, dapat diaplikasikan pada suhu kamar serta mempunyai gugus

teraktifkan yang bereaksi langsung dengan serat. Pada zat warna reaktif terjadi ikatan antara

gugus yang sesuai pada zat warna dengan gugus hidroksil dari serat selulosa (Matyjas,

2003).

7

Sifat-sifat khas dari zat warna reaktif adalah:

Sistem reaktif, sehingga zat pewarna dapat membentuk ikatan kovalen antara zat perwarna

dengan substrat.

Gugus kromofor, yang memberi warna kepada selulosa

Gugus penyambung yang menghubungkan system reaktif dengan kromofor.

2.2.3 Zat warna cibacron red

Rumus kimia C46H38C12N14O19S6-xNa

Nama dagang Cibacron Red W-B 150%

Red Ren 363

Berat molekul 1522 g/mol

Bentuk pada suhu ruang Serbuk berwarna merah tua tak berbau

Titik Leleh > 400°C

Kelarutan dalam air > 400 g/L

Kereaktifan Stabil

Range ( μ m ) Mass (%) Ukuran Partikel < 0.36

0.36-0.76 0.76-1.56 1.56-3.11 3.11-6.24 6.24-12.12 12.12-24.85 24.85-63 63-100 100-200 >200

0.06 0.20 0.40 0.71 1.74 4.56 12.25 29.50 30.22 20.21 0.15

Gambar 2.4 Struktur zat warna cibacron red

8

2.2.4 Dampak zat warna terhadap lingkungan hidup

Penggunaan zat warna reaktif semakin banyak digunakan disebabkan kenaikan penggunaan

serat selulosa dan juga keterbatasan ekonomis dan teknis dari zat pewarma lain. Perhatian

mengenai isu lingkungan hidup telah mendorong industri tekstil untuk mencari teknologi

ramah lingkungan yang sesuai. Produksi zat warna diperkirakan mencapai 450 ton per tahun.

Fakta yang mengkhawatirkan adalah dari jumlah besar ini 9 % terbuang dalam limbah

industri tekstil. Kekhawatiran utama pada penggunaan zat warna adalah sifatnya yang dapat

menyerap sinar matahari yang mengganggu pertumbuhan bakteri hingga menyebabkan

degradasi zat pengotor tidak dapat terjadi lagi.

Gabungan air limbah pabrik tekstil di Indonesia rata-rata mengandung 750 mg/l padatan

tersuspensi dan 500 mg/l BOD. Perbandingan COD : BOD adalah dalam kisaran 1,5 : 1

sampai 3 : 1. Pabrik serat alam menghasilkan beban yang lebih besar. Beban tiap ton produk

lebih besar untuk operasi kecil dibandingkan dengan operasi modern yang besar, berkisar

dari 25 kg BOD/ton produk sampai 100 kg BOD/ton. Informasi tentang banyaknya limbah

produksi kecil batik tradisional belum ditemukan.

Larutan penghilang kanji biasanya langsung dibuang dan ini mengandung zat kimia

pengkanji dan penghilang kanji pati, PVA, CMC, enzim, asam. Penghilangan kanji biasanya

memberi kan BOD paling banyak dibanding dengan proses-proses lain. Pemasakan dan

merserisasi kapas serta pemucatan semua kain adalah sumber limbah cair yang penting, yang

menghasilkan asam, basa, COD, BOD, padatan tersuspensi dan zat-zat kimia. Proses-proses

ini menghasilkan limbah cair dengan volume besar, pH yang sangat bervariasi dan beban

pencemaran yang tergantung pada proses dan zat kimia yang digunakan. Pewarnaan dan

pembilasan menghasilkan air limbah yang berwarna dengan COD tinggi dan bahan-bahan

lain dari zat warna yang dipakai, seperti fenol dan logam. Di Indonesia zat warna berdasar

logam (krom) tidak banyak dipakai. Proses pencetakan menghasilkan limbah yang lebih

sedikit daripada pewarnaan.

Jenis limbah antar lain sebagai berikut:

1. Logam berat terutama As, Cd, Cr, Pb, Cu, Zn.

2. Hidrokarbon terhalogenasi (dari proses dressing dan finishing)

3. Pigmen, zat warna dan pelarut organic

4. Tensioactive (surfactant)

9

2.2.5 Proses produksi tekstil

Proses produksi tekstil berdasarkan literatur yang didapat terjadi dalam beberapa langkah

berikut:

a. Pengkanjian

Pada tahap ini digunakan kanji supaya kekuatan dan ketahanan serat semakin

meningkat. Pemberian kanji dilakukan pada saat ditenun. Adapun berbagai jenis

kanji yang digunakan: kanji alam (kanji tapioka dan kanji jagung), kanji semi-

buatan (CMC) dan kanji buatan (kanji polivinil alkohol dll). Biasanya untuk serat

alam cukup digunakan kanji alami akan tetapi untuk serat sintetis diperlukan kanji

sintetis juga.

b. Penghilangan kanji

Pada proses ini serat sintetis dicuci dengan air panas dan serat alami dalam suatu

larutan enzimatis. Tahap ini sangat penting karena kanji yang tidak dihilangkan

dapat bereaksi dan menyebabkan perubahan warna.

c. Pemasakan (scouring)

Pemasakan dilakukan untuk menghilangkan zat-zat pengotor pada bahan. Zat

pengotor seperti lubrikan, tanah, surfaktan, malam, lilin, pektin, lemak dihilangkan

menggunakan larutan alkali, biasanya sodium hydroxide pada temperatur tinggi

untuk menghancurkan atau mengemulsi pengotor. Proses pemasakan berbeda-beda

tergantung pada jenis bahan.

d. Pengelantangan (Bleaching)

Tahap ini dilakukan untuk menghilangkan zat warna yang tidak diinginkan pada

serat tekstil dan biasanya menggunakan tiga zat pengelantang umum: hydrogen

peroxide, sodium hypochlorit atau, sodium chlorite. Proses pengelantangan terjadi

dalam tiga tahap berikut: 1. perendaman bahan dalam larutan zat pengelantang dan

bahan kimia lain sesuai keperluan. 2. temperatur dinaikkan hingga temperatur yang

sesuai dengan bahan yang digunakan 3. bahan dicuci bersih kemudian dikeringkan.

e. Merserisasi (Mercerizing)

Merserisasi merupakan suatu proses kimia yang digunakan untuk meningkatkan

kemudahan dalam pewarnaan, kekuatan dan tampilan bahan kapas atau campuran

kapas/poliester. Zat yang digunakan pada proses ini antara lain amonia dan larutan

NaOH.

f. Pencelupan

10

Pencelupan dilakukan untuk menambah warna pada kain. Zat warna yang digunakan

tergantung pada jenis kain dan hasil yang diinginkan. Jenis-jenis zat warna sudah

diterangkan sebelumnya.

11

Gambar 2.5 Diagram alir produksi industri tekstil

12

2.3 Metode Spektrofotometri UV-Vis

2.3.1 Spektroskopi

Di masa lalu istilah spektroskopi merujuk kepada cabang ilmu pengetahuan dimana cahaya

dipisahkan kedalam komponen-komponen panjang gelombang menghasilkan spektrum yang

membentuk suatu fungsi panjang gelombang atau frekuensi. Kemudian arti spektroskopi

diperluas sehingga tidak hanya mencakup radiasi tampak tapi juga radiasi elektromagnetik

seperti sinar-X, ultra violet, infra merah, microwave, dan radiasi frekuensi radio. Kini,

spektroskopi bahkan digunakan dalam menjelaskan interaksi benda dengan bentuk energi

yang lain termasuk interaksi dengan gelombang akustik serta ion dan elektron. Metode-

metode spektroskopi yang paling banyak digunakan berdasar kepada radiasi

elektromagnetik yang telah disebutkan di atas.

2.3.1.1 Absorbsi radiasi pada spektroskopi

Ketika foton dari cahaya melewati suatu medium padatan, cair atau gas, sebagian foton-

foton akan diserap oleh atom, ion maupun molekul yang membentuk medium dalam suatu

proses yang disebut absorbsi. Akibat menyerap energi sinar ini partikel pembentuk medium

akan menjadi tereksitasi.

2.3.1.2 Anallisis kuantitatif dengan metode spektrofotometri sinar nampak

Pada metode adsorpsi diukur intensitas sinar sebelum sinar melewati medium yang berisi

analit (P0) dan setelah melewati (P). Perbandingan antara P dan P0 akan mengahasilkan

transmittance (T). Hubungan ini tergambarkan dalam persamaan berikut:

T = P / P0

Gambar 2.6 Sinar melewati medium

13

Besarnya serapan sinar dinyatakan melalui persamaan:

A = -log10T = log P0/P

Hasil dari pengukuran absorbans kemudian digunakan untuk menentukan konsentrasi dari

zat absorben melalui Hukum Lambert Beer:

A = abc

A = Absorbans

a = absorbivitas (Lg-1cm-1)

b = panjang kuvet (cm)

c = konsentrasi larutan absorben

2.3.2 Spektrofotometri sinar tampak

Spektrofotometri sinar tampak merupakan suatu metode spektroskopi absorpsi yang

digunakan untuk pengukuran pada panjang gelombang 400-750 nm. Metode spektroskopi

adsorpsi itu sendiri berdasarkan penyerapan sinar tampak oleh zat warna dapat digunakan

dalam penentuan konsentrasi berbagai spesi organik maupun anorganik.

2.3.2.1 Komponen pada alat spektrofotometer sinar tampak

Pada dasarnya suatu alat spektroskopi akan terdiri dari komponen-komponen berikut:

1. Sumber sinar

Sumber sinar yang digunakan pada alat spektrofotometri sinar nampak adalah

lampu tungsten atau wolfram. Sumber sinar jenis ini digunakan karena sumber

sinar yang digunakan pada spektrofotometri sinar tampak harus mampu

mengemisi sinar dengan panjang gelombang 400-750 nm.

2. Monokromator

Monokromator adalah alat yang merubah sinar polikromatis menjadi

monokromatis.

3. Kuvet

Kuvet merupakan wadah penyimpanan medium. Sebaiknya terbuat dari quartz

dengan kualitas tinggi atau bahan kaca yang tidak memiliki goresan atau cacat

lain sehingga tidak mengganggu proses pengukuran.

4. Detektor

Detektor digunakan untuk mengubah energi cahaya menjadi energi listrik.

14

Gambar 2.7 Skematik peralatan spektrofotometer sinar tampak

2.3.2.2 Keunggulan metode spektrofotometri sinar tampak

1. Aplikasi yang luas

Banyak spesi anorganik, organik dan biokimia yang dapat menyerap sinar nampak.

Bahkan lebih dari 90% dari analisis yang dilakukan di laboratorium menggunakan

metode ini (Singh, 2003).

2. Kepekaan yang tinggi

Limit deteksi bagi spektroskopi absorbsi 10-4 hingga 10-5 M.

3. Selektivitas tinggi

Dapat mengukur zat dalam campurannya.

4. Akurasi yang baik

Kesalahan relatif pada konsentrasi pada spektrofotometri sinar tampak hanya 1%-

5%.

5. Kemudahan dalam penggunaan

Alat spektrofotometer sinar tampak sederhana dalam penggunaannya.