kajian awal penggunaan koagulan magnetik besi …

28
i KAJIAN AWAL PENGGUNAAN KOAGULAN MAGNETIK BESI NANOPARTIKEL (Fe 3 O 4 ) PROTEIN BIJI PETAI CINA (LEUCAENA LEUCOCEPHALA) PADA KOAGULASI LIMBAH CAIR SINTETIK PEWARNA CONGO MERAH CHE 184650-04 PENELITIAN Disusun untuk memenuhi tugas akhir guna mencapai gelar sarjana di bidang ilmu Teknik Kimia Oleh: Edwin Reynaldi (2016620108) Pembimbing: Hans Kristianto, S.T., M.T. Susiana Prasetyo S., S.T., M.T. JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS KATOLIK PARAHYANGAN BANDUNG 2019

Upload: others

Post on 03-Oct-2021

4 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: KAJIAN AWAL PENGGUNAAN KOAGULAN MAGNETIK BESI …

i

KAJIAN AWAL PENGGUNAAN KOAGULAN MAGNETIK

BESI NANOPARTIKEL (Fe3O4) – PROTEIN

BIJI PETAI CINA (LEUCAENA LEUCOCEPHALA)

PADA KOAGULASI LIMBAH CAIR SINTETIK

PEWARNA CONGO MERAH

CHE 184650-04 PENELITIAN

Disusun untuk memenuhi tugas akhir guna mencapai gelar

sarjana di bidang ilmu Teknik Kimia

Oleh:

Edwin Reynaldi (2016620108)

Pembimbing:

Hans Kristianto, S.T., M.T.

Susiana Prasetyo S., S.T., M.T.

JURUSAN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

UNIVERSITAS KATOLIK PARAHYANGAN

BANDUNG

2019

Page 2: KAJIAN AWAL PENGGUNAAN KOAGULAN MAGNETIK BESI …
Page 3: KAJIAN AWAL PENGGUNAAN KOAGULAN MAGNETIK BESI …
Page 4: KAJIAN AWAL PENGGUNAAN KOAGULAN MAGNETIK BESI …
Page 5: KAJIAN AWAL PENGGUNAAN KOAGULAN MAGNETIK BESI …

v

KATA PENGANTAR

Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa oleh karena rahmat-Nya penulis dapat

menyelesaikan laporan penelitian dengan judul “Kajian Awal Penggunaan Koagulan

Magnetik Besi Nanopartikel (Fe3O4) – Protein Biji Petai Cina (Leucaena Leucocephala)

pada Koagulasi Limbah Cair Sintetik Pewarna Congo Merah” ini dengan tepat waktu.

Laporan penelitian ini disusun untuk memenuhi persyaratan mata kuliah CHE 1864650 – 04

Penelitian, Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Katolik

Parahyangan, Bandung.

Penulis ingin menyampaikan terima kasih kepada pihak-pihak yang mendukung

penulis dalam penyusunan laporan penelitian ini, yaitu:

1. Bapak Hans Kristianto, S.T., M.T. dan Ibu Susiana Prasetyo S., S.T., M.T. selaku dosen

pembimbing yang telah memberikan bimbingan, pengarahan, ilmu pengetahuan, saran

dan waktu selama proses penyusunan laporan penelitian ini;

2. Orang tua dan keluarga penulis atas doa dan dukungan yang telah diberikan;

3. Teman-teman penulis yang telah memberikan dukungan dan saran; serta

4. Semua pihak yang telah turut berkontribusi dalam penyusunan proposal penelitian ini.

Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan yang terdapat dalam laporan

penelitian ini. Oleh karena itu, penulis mengharapkan adanya kritik dan saran yang

membangun agar dapat mengembangkan penulis dalam penyusunan proposal penelit ian

berikutnya. Akhir kata, penulis mengucapkan terima kasih atas perhatian pembaca. Penulis

berharap agar proposal penelitian ini dapat bermanfaat bagi pembaca.

Bandung, 11 Desember 2019

Penulis

Page 6: KAJIAN AWAL PENGGUNAAN KOAGULAN MAGNETIK BESI …

vi

DAFTAR ISI

COVER DALAM ..................................................................................................... i

LEMBAR PENGESAHAN ...................................................................................... ii

SURAT PERNYATAAN ......................................................................................... iii

LEMBAR REVISI ..................................................................................................... iv

KATA PENGANTAR .............................................................................................. iv

DAFTAR ISI ............................................................................................................ vii

DAFTAR GAMBAR ................................................................................................ ixx

DAFTAR TABEL .................................................................................................... xii

INTISARI ................................................................................................................. xii

ABSTRACT ………………………………………………………………………… xiii

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

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

1.2 Tema Sentral Masalah ......................................................................... 2

1.3 Identifikasi Masalah ............................................................................ 3

1.4 Premis .................................................................................................. 3

1.5 Hipotesis .............................................................................................. 13

1.6 Tujuan Penelitian ................................................................................. 14

1.7 Manfaat Penelitian ............................................................................... 14

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ........................................................................... 16

2.1 Petai Cina (Leucaena leucocephala) .................................................... 16

2.2 Ekstraksi Protein .................................................................................. 18

2.2.1 Mekansime Ekstraksi ................................................................. 20

2.2.2 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Ekstraksi Protein ................ 21

2.3 Koloid dan Destabilisasi Koloid .......................................................... 25

2.4 Pewarna Congo Merah (C32H22N6O6S2·2Na) ...................................... 28

2.5 Besi Oksida Nanopartikel dan Fungsionalisasi .................................... 29

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ............................................................... 34

3.1 Metode Penelitian ................................................................................. 34

3.2 Alat dan Bahan ..................................................................................... 36

3.3 Prosedur Penelitian ............................................................................... 37

3.3.1 Ekstraksi Protein ........................................................................ 39

Page 7: KAJIAN AWAL PENGGUNAAN KOAGULAN MAGNETIK BESI …

vii

3.3.2 Fungsionalisasi Fe3O4 dengan Hasil Ekstrak Kasar ................... 39

3.3.3 Proses Koagulasi dengan Koagulan Magnetik .......................... 40

3.4 Rancangan Percobaan .......................................................................... 41

3.5 Analisis ................................................................................................. 44

3.6 Lokasi dan Rencana Penelitian ............................................................ 44

BAB IV PEMBAHASAN .................................................................................... . 46

4.1 Penentuan Kapasitas Adsorpsi Protein terhadap pH Fungsionalisasi .. 46

4.2 Profil Kapasitas Adsorpsi Protein terhadap Konsentrasi Sitrat ……... 47

4.3 Karakterisasi Hasil Fungsionalisasi Besi Nanopartikel oleh Protein ... 49

4.4 Penentuan Profil Pengurangan Zat Warna terhadap pH Koagulasi ..... 50

4.5 Penentuan Profil Pengurangan Zat Warna terhadap dosis Koagulasi ... 52

4.6 Perbandingan Koagulasi ...................................................................... 54

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .................................................................. 57

5.1 Kesimpulan ........................................................................................... 57

5.2 Saran ..................................................................................................... 58

DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................... 58

LAMPIRAN A METODE ANALISA ................................................................... 62

A.1 Penentuan Kadar Protein dengan Metode Bradford ............................ 62

A.2 Penentuan Kapasitas Adsorpsi Protein ................................................ 64

A.3 Analisis Kualitatif dengan FTIR ......................................................... 64

A.4 Penentuan Volume Sludge ................................................................... 66

A.5 Persentase Penurunan Konsentrasi Zat Warna .................................... 67

A.6 Penentuan Nilai Chemical Oxygen Demand (COD) ........................... 68

LAMPIRAN B MATERIAL SAFETY DATA SHEET ............................................. 71

B.1 HCl ....................................................................................................... 71

B.2 NaOH ................................................................................................... 72

B.3 NaCl ..................................................................................................... 74

B.4 Congo Merah ....................................................................................... 75

B.5 Commasie Brilliant Blue ..................................................................... 77

B.6 Etanol 96% .......................................................................................... 78

B.7 Asam Fosfat ......................................................................................... 78

B.8 Bovine Serum Albumin ....................................................................... 79

Page 8: KAJIAN AWAL PENGGUNAAN KOAGULAN MAGNETIK BESI …

viii

B.12 Trinatrium Sitrat ................................................................................ 81

B.13 Fe3O4 ................................................................................................. 82

LAMPIRAN C HASIL ANTARA ............................................................................ 83

LAMPIRAN D CONTOH PERHITUNGAN ........................................................... 91

Page 9: KAJIAN AWAL PENGGUNAAN KOAGULAN MAGNETIK BESI …

ix

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Pelepah petai cina dan bagian-bagiannya .............................................. 15

Gambar 2.2 Sel kotiledon kacang-kacangan18 ......................................................... 17

Gambar 2.3 Hubungan nilai aw dan kandungan air ................................................... 19

Gambar 2.4 Mekanisme ekstraksi beserta difusi pelarut dan solute .......................... 19

Gambar 2.5 Mekanisme salting in oleh anion ........................................................... 20

Gambar 2.6 Peristiwa salting-in dan salting-out ....................................................... 22

Gambar 2.7 Kelarutan β-lactoglobulin sebagai fungsi pH dan konsentrasi NaCl ..... 23

Gambar 2.8 Struktur protein pada pH asam, netral, dan basa ................................... 24

Gambar 2.9 Perubahan muatan protein terhadap derajat keasaman (pH) ................. 24

Gambar 2.10 Lapisan partikel koloid .......................................................................... 25

Gambar 2.11 Mekanisme destabilisasi koloid ............................................................. 26

Gambar 2.12 Struktur molekul pewarna congo merah ................................................ 29

Gambar 2.13 Struktur molekul pewarna congo merah suasana asam (a) dan basa (b) 29

Gambar 2.14 Struktur molekul Fe3O4(a), γ-Fe2O3(b), dan α-Fe2O3(c) ........................ 29

Gambar 2.15 Interaksi ion karboksilat dan ion besi .................................................... 31

Gambar 2.16 Mekanisme fungsionalisasi besi nanopartikel pada pH asam ................ 32

Gambar 2.17 Karakteristik jenis pewarna dan muatan protein-besi nanopartikel ....... 33

Gambar 3.1 Bagan metodologi penelitian ................................................................. 34

Gambar 3.2 Skema alat ekstraksi ................................................................................ 37

Gambar 3.3 Skema alat koagulasi (jar test apparatus) ............................................. 37

Gambar 3.4 Diagram alir perlakuan awal biji petai cina ........................................... 38

Gambar 3.5 Diagram alir modifikasi besi Fe3O4 ....................................................... 39

Gambar 3.6 Fungsionalisasi besi Fe3O4 dengan ekstrak kasar protein ...................... 40

Gambar 3.7 Diagram alir proses koagulasi ............................................................... 41

Gambar 4.1 Profil kapasitas adsorpsi protein terhadap pH ...................................... 46

Gambar 4.2 Ilustrasi adsorpsi protein pada permukaan hasil modifikasi besi ......... 47

Gambar 4.3 Profil kapasitas adsorpsi protein terhadap konsentrasi sitrat ................ 49

Gambar 4.4 Hasil FTIR besi Fe3O4, besi-sitrat, dan besi-protein ........................... 49

Gambar 4.5 Perbandingan pengurangan zat warna pada berbagai pH ..................... 50

Gambar 4.6 Perbandingan koagulasi ........................................................................ 51

Page 10: KAJIAN AWAL PENGGUNAAN KOAGULAN MAGNETIK BESI …

x

Gambar A.1 Diagram alir penentuan kadar protein dengan metode Kjedahl ............ 52

Gambar A.2 Diagram alir penentuan kadar protein dengan metode Bradford .......... 53

Gambar A.3 Grafik FTIR dan daerah-daerahnya ......................................................... 55

Gambar A.4 Ukuran tiap persegi pada hemasitometer .............................................. 56

Gambar A.5 Diagram alir pengamatan ukuran flok .................................................... 57

Gambar A.6 Diagram alir penentuan volume sludge secara volumetrik ................... 57

Gambar A.7 Diagram alir penentuan panjang gelombang maksimum ...................... 58

Gambar A.8 Diagram alir pembuatan kurva standar ................................................. 59

Gambar A.9 Pembuatan reagen digestion dan asam sulfat ........................................ 60

Gambar A.10 Pengukuran absorbansi sampel ............................................................. 61

Page 11: KAJIAN AWAL PENGGUNAAN KOAGULAN MAGNETIK BESI …

xi

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1 Penelitian terkait ekstraksi protein dari biji kacang-kacangan ..................... 4

Tabel 1.2 Penelitian terkait fungsionalisasi besi nanopartikel dengan protein ............. 8

Tabel 1.3 Penelitian terkait koagulasi dengan hasil fungsionalisasi Fe3O4 dan protein... 10

Tabel 2.1 Kandungan asam amino biji petai cina ........................................................ 17

Tabel 3.1 Bahan kimia untuk keperluan analisis ......................................................... 36

Tabel 3.2 Rancangan percobaan variasi pH fungsionalisasi besi .................................. 42

Tabel 3.3 Rancangan percobaan variasi konsentrasi trinatrium sitrat ......................... 42

Tabel 3.4 Rancangan percobaan Variasi pada Proses Koagulasi ................................ 43

Tabel 3.5 Rancangan percobaan Variasi Dosis Koagulan ........................................... 43

Tabel 3.6 Rencana penelitian ....................................................................................... 45

Tabel 4.1 Parameter kinetika adsorpsi pada berbagai dosis koagulan ........................ 57

Tabel 4.2 Respon hasil koagulasi berbagai jenis koagulan ........................................ 62

Page 12: KAJIAN AWAL PENGGUNAAN KOAGULAN MAGNETIK BESI …

xii

INTISARI

Petai cina (Leucena leucocephala) merupakan tanaman yang tumbuh subur di

Indonesia. Selama ini, petai cina hanya dimanfaatkan sebagai bahan pangan. Padahal biji petai cina mengandung protein terutama globulin yang tinggi (± 45 %) dan dapat digunakan sebagai koagulan alami. Globulin pada petai cina merupakan polimer kationik yang dapat

mengkoagulasi limbah koloid anionik, seperti pewarna congo merah. Aktivitas koagulasi biji petai cina lebih baik dari biji-bijian lainnya seperti Moringa oleifera karena kandungan

globulin yang lebih tinggi. Kinerja koagulan alami dari ekstrak kasar protein sudah optimal, di mana dapat menurunkan konsentrasi zat warna yang tersuspensi, akan tetapi air yang telah diolah memiliki nilai COD yang tinggi, selain juga memerlukan waktu sedimentasi yang

lama. Oleh karena itu, alternatif yang digunakan adalah memfungsionalisasi besi nanopartikel Fe3O4 dengan protein. Fe3O4 memiliki kemampuan berikatan secara selektif

dengan polimer seperti protein sehingga zat-zat organik lainnya dari hasil ekstrak kasar tidak terbawa saat proses koagulasi. Selain itu, kombinasi keduanya menghasilkan koagulan yang bersifat magnetik sehingga proses sedimentasi dapat lebih cepat karena bantuan medan

magnet eksternal dan gaya gravitasi. Ekstraksi protein biji petai cina dilakukan menggunakan metode ekstraksi padat cair

yang dilangsungkan secara batch dengan pengontakan secara dispersi. Pelarut berupa larutan garam NaCl 1 M pada pH 9,waktu ekstraksi 60 menit, dengan rasio petai cina terhadap pelarut 1:20. Fungsionalisasi Fe3O4 dilakukan secara batch dengan memvarias ikan

konsentrasi trinatrium sitrat sebesar: 0,25; 0,50; 0,75; dan 1,0 M serta pH pada rentang 3 – 6 dengan respon berupa kapasitas adsorpsi protein (metode Bradford). Uji kinerja koagulan

magnetik besi nanopartikel – protein biji petai cina dilakukan menggunakan jar test apparatus dengan memvariasikan dosis koagulan pada rentang 30– 300 mg/L dan pH 2 – 12. Respon yang diamati berupa penurunan konsentrasi zat warna diukur (spektrofotometr i

UV-Vis), volume sludge, dan COD (titrasi permanganometri).

Pada rentang pH fungsionalisasi 3‒4, kapasitas adsorpsi meningkat dan mencapai

maksimum pada pH 4 (7,56 mg eq BSA/mg besi), sedangkan pada pH 4‒6, kapasitas

adsorpsi menurun. Kapasitas adsorpsi protein juga meningkat seiring dengan peningkatan konsentrasi trinatrium sitrat, namun mencapai titik kritik pada 0,5 M dan cenderung konstan

apabila konsentrasi ditingkatkan. Sementara itu, aktivitas koagulasi terjadi paling

maksimum pada pH 3, namun pada pH 4‒10, koagulasi tidak terjadi. Performansi koagulasi juga meningkat seiring dengan peningkatan dosis koagulan, namun mencapai titik kritik

pada 210 mg/L dengan hasil yang diperoleh adalah penurunan konsentrasi zat warna 80% dan volume sludge sebesar 2 mL/L. Kinetika koagulasi mengikuti persamaan kinetika pseudo orde 2 yang menggambarkan proses chemisorption akibat interaksi dipol-dipol atau

hidrogen antara koagulan dan molekul congo merah. Apabila dibandingkan dengan koagulan hasil ekstrak kasar protein saja, koagulan besi-protein memberikan kinerja yang lebih baik

yaitu waktu koagulasi yang lebih cepat yaitu 20 menit dengan % penurunan konsentrasi zat warna yang sama baiknya. Nilai COD untuk koagulasi dengan hasil ekstrak protein saja lebih tinggi dibandingkan koagulan besi-protein.

Kata kunci: besi nanopartikel Fe3O4, biji petai cina, pewarna congo merah, protein

Page 13: KAJIAN AWAL PENGGUNAAN KOAGULAN MAGNETIK BESI …

xiii

ABSTRACT

Petai cina (Leucena leucocephala) is a plant that thrives in Indonesia. During this time, petai cina is only used as food. Its seeds contain high protein especially globulin

(± 45%) and can be used as a natural coagulant. Globulin in petai cina is a cationic polymer that can coagulate anionic colloids, such as congo red dye. The performance of natural

coagulants from crude protein extracts has been optimum where it could coagulate suspended colloid particles, however the treated water has higher COD value and required a long sedimentation time. Therefore, crude protein extract should be purified by

functionalizing iron nanoparticles Fe3O4 with protein. Fe3O4 has ability to selectively bind with polymers such as proteins, so that other organic substances from the crude extract do

not carry over during the coagulation process. In addition, the combination of both could produce magnetic coagulants which can provide a faster sedimentation time because of additional forces from external magnetic fields.

Petai cina seed protein extraction was carried out by using a batch liquid solid extraction method for 60 minutes. 1 M NaCl salt solution was used as solvent, at extraction

pH is 9, andfeed to solvent ratio 1:20. Fe3O4 functionalization was carried out by varying

trisodium citrate concentrations (0.25; 0.50; 0.75; and 1.0 M) and pH (3‒6) with protein adsorption capacity (Bradford method) as the response. The magnetic coagulant

performance test was carried out using a jar test apparatus by varying the coagulant dose in

the range of 30‒300 mg / L and pH 2‒12. The observed responses were concentration of red congo dye (UV-Vis spectrophotometry), sludge volume, and COD (permanganometr ic

titration). At the functionalization pH 3‒4, the adsorption capacity increased and reached its

maximum at pH 4 (7.56 mg eq BSA/mg iron), while at pH 4‒6, the adsorption capacity

decreased. The protein adsorption capacity also increases with the increase in trisodium citrate concentration, and reached a critical point at 0.5 M. After 0.5 M the adsorption

capacity tend to be constant. Meanwhile, the maximum coagulation activity occurred at pH 3, at pH 4‒10, coagulation did not occur. Coagulation activity also increased with increasing coagulant doses, and reached a critical point at 210 mg/L with % removal of 80% and 2

mL/L of sludge volume. The coagulation kinetics was well fitted to pseudo 2nd order kinetics which illustrate a chemisorption process due to dipole-dipole or hydrogen interaction

between coagulants and congo red molecules. When compared to coagulants from crude protein extracts, iron-protein coagulants provided comparable % removal with a faster coagulation time (20 minutes only). The COD value for coagulation with crude protein

extract is higher than iron-protein coagulant.

Keywords: Fe3O4 iron nanoparticles, petai cina seeds, protein, red congo dye

Page 14: KAJIAN AWAL PENGGUNAAN KOAGULAN MAGNETIK BESI …

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Industri tekstil merupakan salah satu industri yang berkembang pesat di Indonesia.

Berdasarkan data Kementrian Perdagangan Republik Indonesia pada tahun 2018, industr i

tekstil menempati urutan ke-3 sebagai industri penyumbang devisa negara terbesar setelah

industri pariwisata dan kelapa sawit. Ekspor tekstil meningkat sebesar 8% dari tahun 2017

dan menyumbang pemasukan kas negara sebesar 159 triliun. Namun di sisi lain, 17–20%

sumber pencemar air berasal dari industri tekstil. Limbah cair tekstil mengandung Chemical

Oxygen Demand (COD), Biochemical Oxygen Demand (BOD), Total Dissolved Solid (TDS),

Total Suspended Solid (TSS), pH, dan warna yang tinggi (Freitas et al., 2018). Sumber

pencemar utama berasal dari pelarut organik, logam berat, alkali, asam, zat pemutih, minyak,

dan zat warna. Zat warna mengandung komponen kimia yang sangat kompleks dan berat

molekul yang tinggi sehingga sulit terurai. Pembuangan limbah cair tekstil ke lingkungan

secara langsung dapat menyebabkan mutasi gen dan kanker pada makhluk hidup, eutrofikas i

pada eksositem perairan, berkurangnya penetrasi cahaya matahari ke dalam air, dan

hilangnya kesuburan tanah(Khan and Malik, 2014a)

Koagulasi merupakan metode pre-treatment yang baik dalam mengolah limbah cair

tekstil karena efektif dan biaya yang relatif murah dibandingkan dengan metode lain, seperti

adsorpsi, dan filtrasi. Dewasa ini, koagulasi secara kimiawi banyak digunakan pada industr i

tekstil Indonesia; namun residu koagulan kimia, seperti alum, sangat berbahaya karena dapat

menyebabkan penyakit alzheimer apabila terkonsumsi. Beberapa residu juga bersifat

neurotoxic dan karsinogenik. Selain itu, sludge yang dihasilkan cukup banyak dan sulit

terurai(Verma et al., 2012). Oleh karena itu, koagulan alami menjadi alternatif yang dapat

digunakan dalam mengolah limbah cair tekstil yang lebih ramah lingkungan dan murah.

Koagulan alami bersifat tidak beracun, tidak korosif, sludge yang dihasilkan 20 – 30% lebih

sedikit daripada koagulan alami, dan sludge bersifat biodegradable(Abdullah and Ahmad,

2016). Beberapa koagulan alami yang berasal dari tumbuhan sudah banyak digunakan dalam

proses pengolahan air; antara lain Moringa olifeira(Sutherlad et al., 1994), Citrullus

lanatus(Muhammad et al., 2015), dan Carica papaya(Yongabi et al., 2011).

Page 15: KAJIAN AWAL PENGGUNAAN KOAGULAN MAGNETIK BESI …

2

Petai cina (Leucaena leucocephala) merupakan salah satu tanaman yang berpotensi

dimanfaatkan sebagai koagulan alami (Kristianto, 2017) .Biji petai cina mengand ung

protein terutama globulin yang tinggi (± 45 %) . Globulin pada petai cina merupakan polimer

kationik yang dapat mengkoagulasi limbah koloid anionik. Aktivitas koagulasi biji petai cina

lebih baik dari biji-bijian lainnya seperti Moringa oleifera karena kandungan globulin yang

lebih tinggi (Yin,2010). Pada beberapa penelitian sebelumnya , koagulan alami yang berasal

dari ekstrak kasar protein telah berhasil menurunkan tingkat kekeruhan dan konsentrasi zat

warna limbah; namun proses koagulasinya masih belum optimal karena memerlukan waktu

sedimentasi yang relatif lama, mengingat sedimentasinya hanya memanfaatkan gaya

gravitasi. Selain itu penggunaan koagulan alami ekstrak kasar protein juga meningkatkan

nilai COD limbah akibat terbawanya zat organik ke proses koagulasi(Okoli et al., 2012a).

Fungsionalisasi besi nanopartikel dengan protein menjadi alternatif pengembangan

koagulan alami sehingga lebih efisien dalam mengolah limbah cair tekstil. Besi nanopartike l

memiliki banyak keunggulan; diantaranya kemampuan adsorpsi yang baik, murah dan

mudah diperoleh, luas permukaan yang besar, dan sifat magnetik yang baik sehingga dapat

digunakan kembali. Selain itu, besi nanopartikel memiliki kemampuan berikatan dengan

polimer seperti protein sehingga zat-zat organik hasil ekstrak kasar tidak ikut terbawa pada

proses koagulasi. Hasil fungsionalisasi besi nanopartikel dengan protein dapat

mempersingkat waktu sedimentasi karena koagulan yang terbentuk memiliki sifat magnetik.

Selain memanfaatkan gaya gravitasi, proses sedimentasi dibantu dengan medan magnet

eksternal yang mempermudah pengendapan flok-flok yang terbentuk (Santos et al., 2018a)

1.2 Tema Sentral Masalah

Berdasarkan studi pustaka yang telah dilakukan, pemanfaatan hasil ekstrak kasar

protein dari biji-bijian sebagai koagulan alami telah berhasil menurunkan tingkat kekeruhan

dan konsentrasi zat warna limbah. Namun kinerja koagulan alami tersebut belum optimal;

bahkan justru meningkatkan nilai COD limbah dan memerlukan waktu sedimentasi yang

cukup lama. Oleh karena itu, fungsionalisasi besi nanopartikel Fe3O4 dengan hasil ekstrak

kasar protein menjadi alternatif dalam meningkatkan kinerja koagulan. Penelitian terkait

fungsionalisasi besi nanopartikel sudah banyak dilakukan untuk keperluan medis karena

kemampuan magnetik dan sifat non-toksik yang dimiliki. Namun, penelitian terkait

fungsionalisasi besi nanopartikel dalam bidang pengolahan air masih sangat minim. Pada

penelitian ini fungsionalisasi dibatasi menggunakan Fe3O4 sebagai alternatif pengembangan

Page 16: KAJIAN AWAL PENGGUNAAN KOAGULAN MAGNETIK BESI …

3

koagulan alami dari hasil ekstrak kasar protein. Ekstrak kasar protein diperoleh dari ekstraksi

konvensional biji petai cina menggunakan pelarut garam NaCl. Aplikasi koagulan magnetik

Fe3O4 – protein dibatasi untuk pengolahan limbah sintetik pewarna congo merah yang

banyak ditemui pada 60–70 % industri tekstil di Indonesia. Respon yang diamati adalah

penurunan konsentrasi zat warna dan COD serta volume sludge yang dihasilkan.

1.3 Identifikasi Masalah

Beberapa masalah yang dapat diidentifikasi dalam penelitian ini, adalah:

1. Bagaimana profil kapasitas adsorpsi protein pada besi nanopartikel terhadap pH dalam

proses fungsionalisasi Fe3O4?

2. Bagaimana profil kapasitas adsorpsi protein pada besi nanopartikel terhadap konsentrasi

trinatrium sitrat dalam proses fungsionalisasi Fe3O4?

3. Bagaimana profil penurunan konsentrasi zat warna dan volume sludge yang dihasilkan

terhadap pH pada proses koagulasi limbah sintetik pewarna congo merah?

4. Bagaimana profil penurunan konsentrasi zat warna dan volume sludge yang dihasilkan

terhadap dosis koagulan pada proses koagulasi limbah sintetik pewarna congo merah?

5. Bagaimana model kinetika penurunan konsentrasi zat warna yang sesuai untuk koagulan

ekstrak kasar protein saja dibandingkan besi-protein?

6. Bagaimana penurunan konsentrasi zat warna, volume sludge yang dihasilkan, dan nilai

COD untuk koagulan ekstrak kasar protein saja dibandingkan besi-protein?

1.4 Premis

Berdasarkan studi pustaka yang telah dilakukan dapat disusun beberapa premis yang

mendasari penelitian ini. Premis penelitian terkait ekstraksi protein dari biji tanaman kacang-

kacangan tersaji pada Tabel 1.1; premis penelitian terkait fungsionalisasi besi nanopartike l

dengan protein tersaji pada Tabel 1.2; sedangkan premis penelitian terkait koagulasi

menggunakan koagulan magnetik besi nanopartikel protein tersaji pada Tabel 1.3.

Page 17: KAJIAN AWAL PENGGUNAAN KOAGULAN MAGNETIK BESI …

Tabel 1.1 Premis terkait penelitian ekstraksi protein dari biji tanaman kacang-kacangan

No Bahan baku

(F) Pre-treatment

Kondisi Ekstraksi

Post-treatment Hasil Peneliti Pelarut (S)

F:S

(g/mL)

Kecepatan

pengaduk

Ukuran

partikel pH Waktu

1 Trigonella

foenum

graecum

1. Pencucian biji

2. Pengeringan

3. Penggilingan

(electrical miller)

4. Pengayakan

5. Penghilangan

minyak

(heksana 1:4 w/v, T ruang)

6. Penghilangan

heksana dengan

penyaring

vakum 7. Pendingininan

(T ruang)

NaCl

0,1 M 1:20 n.a 40 mesh 5

2 jam 1. Sentrifugasi

(4500g, 30 menit)

2. pH supernatant

diubah menjadi 4,5

3. Sentrifugasi

supernatant

(4500g, 20 menit)

4. Pencucian

(air demin)

5. Pengering-anginan

(T atmosferik)

Kondisi

optimum saat

0,4 M NaCl,

pH 9

(yield 89,1%)

(Varidia,et.al.,

2014) 6

0,2 M

7

8

0,3 M

9

10

0,4 M

11

12

2 Leucaena leucochepala

1. Pengelupasan kulit secara

manual

2. Pengeringan

(sinar matahari,

2 hari) 3. Pengayakan

Air 1:20 n.a 40 mesh n.a n.a 1. Sentrifugasi (2500 g, 20 menit)

2. Filtrasi supernatant

dengan kertas

saring

Kondisi optimum

menggunakan

pelarut NaCl

5%

(Sethi dan Kulkarni,1993)

NaCl 5%

Etanol 70%

NaOH 0,05 M

3 Moringa oleifera

1. Pengupasan kulit biji secara

manual

2. Penghalusan biji

(alu dan mortar)

3. Pengayakan

Air distilasi 1:20 100 rpm 1,18 mm n.a 30 menit 1. Filtrasi dengan

10 μm nilon filter

2. Filtrasi dengan 0,45

μm membran

Kondisi optimum pada

100 rpm

(Jung et al., 2018)

200 rpm

400 rpm

600 rpm

800 rpm

Page 18: KAJIAN AWAL PENGGUNAAN KOAGULAN MAGNETIK BESI …

Tabel 1.1 Premis terkait penelitian ekstraksi protein dari biji tanaman kacang-kacangan (lanjutan)

No Bahan Baku

(F) Pre-treatment

Kondisi Ekstraksi

Post-treatment Hasil Peneliti Pelarut (S) F:S

Kecepatan

pengaduk

Ukuran

partikel pH Waktu

4 Juglans relgia L

1. Penghilangan minyak

(pressing)

2. Penggilingan

(electrical

miller) 3. Pengayakan

NaCl

0,1 M 1:20 n.a 100 mesh 3 2 jam

1. Sentrifugasi 6000g, 30 menit

2. Penyaringan vakum

dengan kertas saring

Kondisi optimum pada

NaCl 1 M,

pH 9

(yield 79,3 %)

(Hu,et.al., 2017)

0,2 M 5

0,4 M 7

0,6 M 9

0,8 M 11

1,0 M 12

5 Psophocarpus

tetragonolobu

s dewasa

1. Perendaman biji

semalaman

2. Pengupasan kulit biji secara

manual

3. Pengeringan biji

pada

5emperature ruang selama

beberapa hari

4. Penghalusan

(Fitzparick Mill)

5. Pengayakan pada 100 mesh

6. Ekstraksi

minyak (pelarut

heksana)

NaCl

0,1 M 1:5 n.a 100 mesh

2

10

n.a Kondisi

optimum F:S

1:20, 30 menit,

pH 10,

NaCl 0,5 M

(yield 77,6 %)

(Bello and

Okezie, 2006)

0,2 M 1:10 4

0,3 M 1:15 6

20

0,4 M 1:20 8

0,5 M 1:30 10 30

Page 19: KAJIAN AWAL PENGGUNAAN KOAGULAN MAGNETIK BESI …

Tabel 1.1 Premis terkait penelitian ekstraksi protein dari biji tanaman kacang-kacangan (lanjutan)

No Bahan baku

(F) Pre-treatment

Kondisi Ekstraksi

Post-treatment Hasil Peneliti Pelarut (S)

F:S

(g/mL)

Kecepatan

pengaduk

Ukuran

partikel pH Waktu

6 Sphenostylis

stenocarpa

1. Penghalusan biji

2. Penghilangan minyak

(pelarut

heksana)

3. Pengering-

anginan biji (T ruang)

NaCl 1,5 M

1:5 200 rpm 0,4 mm 9 1 jam Sentrifugasi

(4000 g, 1 jam, T ruang)

Kondisi

optimum pada F:S 1:20

(Eromosel,

et.al, 2008) 1:10

1:15

1:20

1:30

1:40

1:50

1:60

1:70

1:80

7 Moringa

oleifera

1. Pengelupasan

kulit biji

2. Penghancuran biji (alu dan

mortar) NaCl

0,01 M

1:100

n.a n.a n.a 30 menit 1. Sentrifugasi

(T ruang)

2. Filtrasi vakum

Kondisi

optimum

dengan NaCl 1,00 M

(Grasiele and

Branco, 2012)

0,10 M

1,00 M

Air

Page 20: KAJIAN AWAL PENGGUNAAN KOAGULAN MAGNETIK BESI …

Tabel 1.1 Premis terkait penelitian ekstraksi protein dari biji tanaman kacang-kacangan (lanjutan)

No Bahan baku

(F) Pre-treatment

Kondisi Ekstraksi

Post-treatment Hasil Peneliti Pelarut (S)

F:S

(g/mL)

Kecepatan

pengaduk

Ukuran

partikel pH Waktu

8 Pisum

sativum L.

1. Perendaman

(deionized water,12 jam)

2. Penghalusan biji

NaCl 0,5 M 1:10 n.a n.a 2 30 menit 1. Sentrifugasi

(8000 g, 20 menit) 2. Dilarutkan dengan

air dingin (4oC)

3. pH diatur hingga 4,5

4. Presipitasi selama 2

jam 5. Sentrifugasi

(8000 g, 20 menit)

6. Pellet ditambah

buffer

(5 mL/ g sampel) 7. Pengadukan

(1 jam, 4 oC)

8. Sentrifugasi

(8000 g, 20 menit)

Kondisi

optimum pada pH 9

(yield 78%)

(Liang dan

Tang,2013) 3

4

5

6

7

8

9

10

9 Leucaena

leucochepala

1. Pencucian biji

petai cina 2. Pengeringan

(oven, 65 oC,

4 jam)

3. Penghalusan biji

4. Pengayakan

NaCl 0,5 M

1:20 n.a 80 mesh 2 10 menit Penyaringan vakum

dengan kertas saring Whatman No. 42

Kondisi

optimum dengan NaCl

0,5 M; 60

menit; pH 9

(Kristdana

dan Sdanrosa, 2019) 3 20 menit

4 30 menit

5 40 menit

MgCl2 0,5 M

6 50 menit

7

8 60 menit

9

Page 21: KAJIAN AWAL PENGGUNAAN KOAGULAN MAGNETIK BESI …

Tabel 1.2 Premis penelitian terkait fungsionalisasi besi nanopartikel dengan protein

No Zat Modifier Modifikasi Besi

Nanopartikel

Kondisi Fungsionalisasi

Post-treatment Hasil Peneliti pH

Besi:Protein

(mg/mL) Temperatur Pengadukan

1 Trinatrium sitrat 1. Pencampuran 0,5 g besi nanopartikel

dengan 100 mL

trinatrium sitrat

dengan konsentrasi:

(i) 0,05 M (ii) 0,10 M

(iii) 0,20 M

(iv) 0,30 M

(v) 0,40 M

(vi) 0,50 M 2. Sonifikasi

(pH 7, 30 menit)

3. Pengadukan

(80oC, 2 jam)

4. Pemisahan dengan medan magnet

eksternal

5. Pencucian dengan

aseton 6. Pengeringan

(vakum, 30oC)

4,0

20:5

Temperatur ruang

1. Sonifikasi (1 menit)

2. Pengadukan

lambat

(4 jam)

1. Pemisahan dengan medan magnet

2. Pencucian dengan

buffer

(3 kali)

Kondisi optimum pada pH 4,6; konsentrasi

trinatrium sitrat 0,50 M;

F:S = 80:5

(83 mg/g protein

teradsorp)

(Dong et,al. 2012)

4,6

30:5

40:5

50:5

60:5

7,0

70:5

80:5

2 Trinatrium sitrat

1. Pencampuran 0,36 g

besi nanopartikel

dengan 20 mL air

2. Campuran ditambah zat modifier

3. Pengadukan

(90oC, 30menit)

4. Pendinginan

(suhu ruang) 5. Disuspensi dalam air

6,7

2,5 mg/L

crude extract

dan 2,5 mg

besi dalam 400 μL

ammonium

asetat 10mM

Temperatur

ruang

Pengadukan

(1 jam)

1. Pemisahan dengan

medan magnet

(6000 A/m)

2. Pencucian dengan buffer ammonium

asetat

3. Freeze dried

(-20oC)

Kondisi optimum

modifikasi dengan

trinatrium sitrat

(80% efisiensi koagulasi)

(Okoli et al.,

2012a)

Tetraethoxysilane

3-Aminopropyl

triethoxysilane

Page 22: KAJIAN AWAL PENGGUNAAN KOAGULAN MAGNETIK BESI …

Tabel 1.2 Premis penelitian terkait fungsionalisasi besi nanopartikel dengan protein (lanjutan)

No Zat Modifier Modifikasi Besi

Nanopartikel

Kondisi Fungsionalisasi

Post-treatment Hasil Peneliti

pH Besi:Protein

(mg/L) Temperatur Pengadukan

3 Trinatrium sitrat 1. Pencampuran besi

nanopartikel

dengan 200 mL zat modifier

2. Pengadukan

(90oC,30 menit)

3. Pemisahan dengan

magnet eksternal

4. Pencucian endapan

dengan aseton

5. Pengeringan

(vakum, suhu

ruang)

6. Supernatan

didekantasi dengan

bantuan magnet

6,7 2,5 mg/L

crude extract

dan 2,5 mg besi dalam

400 μL

ammonium

asetat 10mM

Temperatur

ruang

Pengadukan

(30 menit)

1. Pemisahan dengan

medan magnet

2. Endapan dicuci dengan ammonium

asetat

3. Supernatan

ditambahkan 0,8 M

NaCl

4. Penentuan kadar

protein pada

supernatant dengan

metode Bradford

Kondisi optimum

modifikasi dengan

trinatrium sitrat

(80% efisiensi koagulasi)

(Okoli et al.,

2011a)

Tetraethoxysilane

Tetra-methyl

ammonium

hidroksida

Page 23: KAJIAN AWAL PENGGUNAAN KOAGULAN MAGNETIK BESI …

Tabel 1.3 Premis penelitian terkait koagulasi menggunakan koagulan magnetik besi nanopartikel protein

No Jenis

Koagulan

Jenis

Limbah

Kondisi awal

limbah

Pre-treatment dan

Ekstraksi Protein

Pembuatan

koagulan magnetik

Kondisi Jar Test

Hasil Peneliti Kecepatan Pengadukan

Waktu Sedimentasi

F:S pH Magnetik eksternal

1 Biji

Moringa oleifera

(MO) dan

α-Fe2O3

Industri

tekstil

(i) Konsentrasi

warna 707 uH

(ii) Kekeruhan

128 NTU

(iii) pH 3,27

1. Penggilingan biji

2. Ekstraksi dengan NaCl 1 M

(F:S=1:100 w/v)

3. Pengadukan

(magnetic stirrer,

30 menit)

4. Filtrasi vakum

hasil ekstraksi

1. Pencampuran

α-Fe3O4 (mg) dan hasil ekstrak

MO(%w/v):

(i) 0:1

(ii) 60:0

(iii) 40:0,5 (iv) 40:1

(v) 40:1,5

(vi) 60:0,5

(vii) 60:1

(viii) 60:1,5 (ix) 80:0,5

(x) 80:1

(xi) 80:1,5

2. Sonifikasi

(5 menit)

3. Pengadukan

(T ruang, 1 jam)

1. Pengadukan

cepat (100 rpm,

2 menit,T

ruang)

2. Pengadukan

lambat (20 rpm,

20 menit,

T ruang)

10 menit

20:300

(mL/mL)

n.a 600 A/m Kondisi

optimum pada

campuran

60:1, waktu

sedimentasi

10 menit

(Santos et al.,

2018b)

20 menit

30 menit

2 Biji

Moringa oleifera

(MO) dan

γ-Fe3O4

Air sungai (i) Konsentrasi

warna 280 uH

(ii) Kekeruhan

80 NTU

1. Pengupasan kulit

biji 2. Penghancuran biji

(blender)

3. Pengeringan

4. Penghilangan

minyak dengan etanol 95%

5. Ekstraksi dengan

NaCl 1 M (F:S =

0,5% w/v; 1% w/v ; 2% w/v)6.

Pengadukan

(magnetic stirrer)

1. Pencampuran

γ-Fe3O4 (mg) dan hasil ekstrak MO

(%w/v) = 5:1

2. Sonifikasi

(15 menit)

3. Pengadukan (T ruang, 1 jam)

1. Pengadukan

cepat 80, 120 rpm

2. Waktu

koagulasi

1,5 menit

3. Pengadukan lambat

15, 35 rpm

4. Waktu

flokulasi 10, 20 menit

15 menit

12,5:500

(mL/mL)

n.a 260 A/m Kondisi

optimum pengadukan

cepat 120

rpm selama

5 menit,

pengadukan lambat 15

rpm selama

20 menit,

waktu sedimentasi

10 menit

(Santos et al.,

2018a)

30 menit

Page 24: KAJIAN AWAL PENGGUNAAN KOAGULAN MAGNETIK BESI …

Tabel 1.3 Premis penelitian terkait koagulasi menggunakan koagulan magnetik besi nanopartikel protein (lanjutan)

No Jenis

Koagulan

Jenis

Limbah

Kondisi awal

limbah

Pre-treatment dan

Ekstraksi Protein

Pembuatan

koagulan magnetik

Kondisi Jar Test

Hasil Peneliti Kecepatan

Pengadukan

Waktu

Sedimentasi F:S pH

Magnetik

eksternal

3 Biji Moringa

oleifera

(MO) dan

γ-Fe2O3

Air sungai (i) Konsentrasi warna 265

uH

(ii) Kekeruhan

79 NTU

1. Penghancuran biji

2. Ekstraksi dengan

NaCl 1

M (F:S = 0,5% w/v; 1% w/v ; 2%

w/v)

3. Pengadukan (magnetic stirrer,

30 menit)

4. Filtrasi vakum hasil ekstraksi

1. Pencampuran

γ-Fe2O3 (mg) dan

hasil ekstrak MO

(%w/v): (i) 0:0,5 (ii) 0:1

(iii) 0:2 (iv) 5:0

(v) 5:0,5

(vi) 5:1

(vii) 5:2

(viii) 10:0 (ix) 10:0,5

(x) 10:1

(x) 10:2

(xi) 20:0

2. Sonifikasi (5 menit)

3. Pengadukan

(T ruang, 2 jam)

1. Pengadukan cepat

(100 rpm,

2 menit,

T ruang)

2. Pengadukan lambat

(15 rpm,

15 menit,

T ruang)

15 menit

21:500 (ml/ml)

n.a 260 A/m Kondisi optimum

pada

campuran

5:1, waktu

sedimentasi 30 menit

(Santos et al., 2016)

30 menit

4 Biji

Moringa

oleifera

(MO) dan

Fe3O4

Zat warna

Tartrazine

Kekeruhan

150 NTU

1.Pengupasan kulit

biji

2. Penghancuran biji

3. Ekstraksi dengan NaCl 1 M

3. Pengadukan

(30 menit)

4. Hasil ekstraksi

disaring dengan kertas saring 0,45

μm

1. Pencampuran

Fe3O4 20 mg dan

hasil ekstrak MO

20% (w/v)

2. Sonifikasi

3. Pengadukan

(T ruang, 1 jam)

1. Pengadukan

cepat

(100 rpm,

2 menit)

2. Pengadukan

lambat

(30 rpm,

30 menit)

10 menit 20:300

(ml/mL)

n.a 600 A/m Koagulasi

dengan

medan

magnet 600 A/m

dan waktu

sedimentasi

10 menit

(Mateus et al,

2018)

20 menit

30 menit

Page 25: KAJIAN AWAL PENGGUNAAN KOAGULAN MAGNETIK BESI …

Tabel 1.3 Premis penelitian terkait koagulasi menggunakan koagulan magnetik besi nanopartikel protein (lanjutan)

No Jenis

Koagulan

Jenis

Limbah

Kondisi awal

limbah

Pre-treatment dan

Ekstraksi Protein

Pembuatan

koagulan magnetik

Kondisi Jar Test

Hasil Peneliti Kecepatan

Pengadukan

Waktu

Sedimentasi F:S pH

Magnetik

eksternal

5 Biji Leucaena

leucoceph

ala

Bentonite (i) Konsentrasi warna 0,5 g/L

(ii) pH 6

1. Pengupasan kulit biji

2. Pengeringan biji

(48 jam)

3. Penghalusan biji dan

pengayakan dengan

ayakan (80 mesh)

4. Ekstraksi dengan

1 M NaCl

- 1. Pengadukan cepat

(100 rpm,

2 menit)

2. Pengadukan

lambat (15 rpm,

15 menit)

30 menit 10 mg/L

n.a - Kondisi optimum

dengan dosis

koagulan 50

mg/L

(Abdullah and Ahmad, 2016)

20 mg/L

30 mg/L

40 mg/L

50 mg/L

6 Biji

Phaseolus

vulgaris

Congo

merah

Konsentrasi

warna 1 mg/L

1. Pengeringan biji

(oven, 65 oC, 24 jam)

2. Penghalusan biji (mixer grinder)

3. Pengayakan

4. Ekstraksi dengan

NaCl 0,5 M

5. Hasil ekstrak disaring dengan kertas saring

Whatman 42

- 1. Pengadukan

cepat

(100 rpm, 2 menit)

2. Pengadukan

lambat

(30 rpm,

30 menit)

40 menit 10 mg/L 2 - Kondisi

optimum pada

dosis koagulan

30 mg/L,

pH 4, dan

waktu

sedimentasi 60 menit

(Vijayaraghav

an and

Shanthakumar, 2015a) 50 menit 20 mg/L 3

60 menit 30 mg/L 4

70 menit 40 mg/L 5

80 mnit 50 mg/L 6

Page 26: KAJIAN AWAL PENGGUNAAN KOAGULAN MAGNETIK BESI …

13

1.5 Hipotesis

Berdasarkan studi pustaka yang telah dilakukan, dirumuskan beberapa hipotesis

sebagai berikut:

1. Semakin tinggi konsentrasi trinatrium sitrat maka semakin banyak pula protein yang

teradsorp karena semakin banyak ion COO yang menjadi gugus penyambung ikatan

antara Fe3O4 dengan protein; namun konsentrasi trinatrium sitrat akan mencapai titik

kritik pada saat ion COO menutupi seluruh bagian permukaan besi (Lei and Zhen, 2012)

2. Pada rentang pH asam hingga pH isoelektrik, protein yang teradsorp semakin meningka t;

sedangkan pada rentang pH isoelektrik hingga pH basa, protein yang teradsorp semakin

menurun. Hal ini disebabkan pada pH di bawah isoelektrik, protein bermuatan positif

sehingga dapat berikatan dengan dengan hasil modifikasi Fe3O4 yang bermuatan negatif

melalui gaya tarik menarik elektrostatik. Sebaliknya; pada pH di atas pH isoelektrik,

protein bermuatan negatif sehingga sehingga menghalangi interaksi dan/atau ikatan

protein Fe3O4 akibat gaya tolak-menolak yang timbul antara kedua partikel bermuatan

sama (Lei and Zhen, 2012)

3. Semakin tinggi dosis koagulan akan meningkatkan persentase penurunan zat warna dan

COD serta volume sludge yang terbentuk. Namun, terdapat titik kritik di mana apabila

dosis koagulan terlalu tinggi terjadi sebaliknya. Hal ini disebabkan karena koagulan

magnetik yang digunakan merupakan polimer kationik sedangkan koloid congo merah

bermuatan negatif. Koloid terdestabilisasi sehingga muatan menjadi netral; mengingat

mekanisme koagulasi yang terjadi adalah netralisasi muatan. Namun; apabila koagulan

yang ditambahkan terlalu banyak, koloid terestabilisasi menjadi koloid yang bermuatan

kationik. (Choy et al., 2015, Brian and John, 2007)

4. Pada rentang pH asam hingga pH of zero charge koagulan magnetik, persentase

penurunan zat warna dan COD serta volume sludge yang dihasilkan meningka t;

sebaliknya pada rentang pH of zero charge hingga pH basa. Hal ini disebabkan pada

rentang pH asam (di bawah pH of zero charge), koagulan magnetik bermuatan positif

sehingga dapat menetralisasi muatan koloid yang bermuatan negatif. Namun, pada

rentang pH basa (di atas pH of zero charge) muatan koagulan menjadi negatif sehingga

tidak dapat mendestabilisasi koloid yang bermuatan negatif juga (Morais, 2019a)

5. Koagulasi dengan koagulan hasil fungsionalisasi besi nanopartikel dengan protein dapat

mempersingkat waktu sedimentasi karena koagulan yang terbentuk memiliki sifat

Page 27: KAJIAN AWAL PENGGUNAAN KOAGULAN MAGNETIK BESI …

14

magnetik. Selain memanfaatkan gaya gravitasi, proses sedimentasi dibantu dengan

medan magnet eksternal yang mempermudah pengendapan flok-flok yang terbentuk.

Sementara itu, hasil koagulasi dengan koagulan hasil ekstrak protein saja lebih lama

karena hanya memanfaatkan gaya gravitasi (Santos et al., 2018a).

6. Nilai COD pada koagulasi dengan hasil ekstrak kasar protein saja meningkat seiring

dengan penurunan konsentrasi zat warna karena terdapat zat-zat organik yang ikut

terekstrak dan langsung digunakan pada proses koagulasi (Kristdana dan Sdanrosa,

2019). Sementara itu, nilai COD pada koagulasi dengan koagulan besi-protein menurun

seiring dengan penurunan konsentrasi zat warna karena besi Fe3O4 mengikat protein

secara selektif sehingga zat-zat organik lainnya tidak ikut tercampur dalam proses

koagulasi (Okoli,et al., 2012).

1.6 Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian ini antara lain:

1. Mengetahui profil kapasitas adsorpsi protein pada besi nanopartikel terhadap pH dalam

proses fungsionalisasi Fe3O4.

2. Mengetahui profil kapasitas adsorpsi protein pada besi nanopartikel terhadap konsentrasi

trinatrium sitrat dalam proses fungsionalisasi Fe3O4.

3. Mengetahui profil penurunan konsentrasi zat warna dan volume sludge yang dihasilkan

terhadap pH pada proses koagulasi limbah sintetik pewarna congo merah.

4. Mengetahui profil penurunan konsentrasi zat warna dan volume sludge yang dihasilkan

terhadap dosis koagulan pada proses koagulasi limbah sintetik pewarna congo merah.

5. Mengetahui model kinetika penurunan konsentrasi zat warna pada koagulasi

menggunakan koagulan hasil ekstrak kasar protein saja dan besi-protein.

6. Mengetahui penurunan konsentrasi zat warna, volume sludge yang dihasilkan, dan nilai

COD pada koagulasi menggunakan koagulan hasil ekstrak kasar protein saja dan besi-

protein.

1.7 Manfaat Penelitian

Hasil dari penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat antara lain:

1. Bagi mahasiswa, untuk mengetahui kecendrungan konsentrasi trinatrium sitrat dan pH

terhadap fungsionalisasi besi Fe3O4 dengan hasil ekstrak kasar protein. Selain itu, untuk

Page 28: KAJIAN AWAL PENGGUNAAN KOAGULAN MAGNETIK BESI …

15

mengetahui kecendrungan dosis koagulan dan pH koagulasi terhadap penurunan

konsentrasi zat warna, nilai COD, dan volume sludge serta perbandingan hasil koagulas i

dengan fungsionalisasi Fe3O4 dan ekstrak kasar protein.

2. Bagi industri, penelitian ini diharapkan dapat diterapkan dan dikembangkan lebih la njut

sebagai salah satu strategi dalam penggunaan koagulan alami untuk mengolah air

limbah, khususnya limbah cair industri tekstil.