PENCIRIAN ELEKTRODE PASTA KARBON

TERMODIFIKASI ZEOLIT-BESI SEBAGAI MEDIA DETEKSI

KROMIUM(VI)

ROFIQOH INAYATI AGUSTINA

DEPARTEMEN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2012

ABSTRAK

ROFIQOH INAYATI AGUSTINA. Pencirian Elektrode Pasta Karbon

Termodifikasi Zeolit-Besi sebagai Media Deteksi Kromium(VI). Dibimbing oleh

ETI ROHAETI dan ZULHAN ARIF.

Kromium di lingkungan berada dalam dua spesi dominan, yaitu Cr(III) dan

Cr(VI). Keduanya bersifat stabil, namun Cr(VI) memiliki toksisitas lebih tinggi

daripada Cr(III). Metode pengukuran yang telah ada tidak dapat membedakan

kedua spesi kromium tersebut. Oleh karena itu, metode pengukuran yang lebih

sensitif dan selektif diperlukan untuk spesiasi keduanya, terutama untuk

pengukuran Cr(VI). Pada penelitian ini elektrode pasta karbon termodifikasi

zeolit-besi dikembangkan untuk pengukuran Cr(VI) menggunakan metode

voltametri. Elektrode dibuat dengan mencampurkan grafit, zeolit termodifikasi-

besi, dan parafin cair. Pengukuran dilakukan menggunakan metode voltametri

siklik pada rentang potensial -1.2 V sampai 1.2 V. Larutan KCl 0.05 M digunakan

sebagai larutan elektrolit. Pencirian elektrode dilakukan terhadap tiga parameter,

yaitu pengaruh pH analit, waktu prakonsentrasi, dan komposisi zeolit-besi.

Pengukuran Cr(VI) optimum dilakukan pada larutan Cr(VI) 50 μM pH 3,

menggunakan elektrode pasta karbon termodifikasi zeolit-besi sebesar 20%

dengan waktu prakonsentrasi selama 25 menit. Arus puncak katodik sebesar 5.22

μA, dihasilkan pada kondisi optimum tersebut.

Kata kunci: arus katodik, elektrode pasta karbon, kromium(VI), voltametri siklik,

zeolit termodifikasi-besi.

ABSTRACT

ROFIQOH INAYATI AGUSTINA. Characterization of Zeolites-Iron Modified

Carbon Paste Electrode as a Detection Medium for Chromium(VI). Supervised by

ETI ROHAETI and ZULHAN ARIF.

Chromium exists in the environment especially in two stable species,

namely Cr(III) and Cr(VI). Cr(VI) has a higher toxicity than Cr(III). The existing

determination method could not distinguish the two species of chromium. It is

necessary to differentiate the two, especially for Cr(VI) measurement. Zeolites-

iron modified carbon paste electrode was developed for the voltammetric

determination of Cr(VI). The electrode was made by mixing graphite powder, iron

modified zeolites, and paraffin oil. The measurement of Cr(VI) was carried out by

cyclic voltammetry at -1.2 V to 1.2 V. KCl 0.05 M solution was used as the

electrolyte solution. The electrodes were characterized based on the effect of

analyte acidity, preconcentration time, and zeolite-iron composition. The optimum

measurement of the Cr (VI) was at pH 3, 25 minutes preconcentration time, and

20% weight composition of zeolites-iron, that yield the highest reduction current

was 5.22 μA at Cr(VI) 50 μM.

Keywords: carbon paste electrode, cathodic current, chromium(VI), cyclic

voltammetry, iron modified zeolites.

PENCIRIAN ELEKTRODE PASTA KARBON

TERMODIFIKASI ZEOLIT-BESI SEBAGAI MEDIA DETEKSI

KROMIUM(VI)

ROFIQOH INAYATI AGUSTINA

Skripsi

sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

Sarjana Sains pada

Departemen Kimia

DEPARTEMEN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2012

Judul Skripsi : Pencirian Elektrode Pasta Karbon Termodifikasi Zeolit-Besi

sebagai Media Deteksi Kromium(VI)

Nama : Rofiqoh Inayati Agustina

NIM : G44080021

Disetujui oleh

Pembimbing I

Dr. Eti Rohaeti, MS

NIP 19600807 198703 2 001

Pembimbing II

Zulhan Arif, M.Si

Diketahui oleh

Ketua Departemen

Prof. Dr. Ir. Tun Tedja Irawadi, MS

NIP 19501227 197603 2 002

Tanggal Lulus:

PRAKATA

Alhamdulillah, puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT

yang senantiasa melimpahkan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat

menyelesaikan karya ilmiah yang berjudul “Pencirian Elektrode Pasta Karbon

Termodifikasi Zeolit-Besi sebagai Media Deteksi Kromium(VI)”. Karya ilmiah

ini disusun berdasarkan penelitian yang telah dilaksanakan oleh penulis sejak

bulan Maret hingga September 2012 di Laboratorium Kimia Analitik dan

Laboratorium Bersama, Departemen Kimia, Institut Pertanian Bogor.

Penulis mengucapkan terima kasih kepada Ibu Dr. Eti Rohaeti, MS dan

Bapak Zulhan Arif, M.Si selaku pembimbing atas bimbingan, dukungan,

motivasi, dan doa yang diberikan kepada penulis selama melaksanakan penelitian.

Penghargaan juga penulis sampaikan kepada Bapak Drs. Sulistioso Giat Sukaryo,

MT dan Kak Budi Riza Putra, S.Si atas diskusi dan saran berkaitan dengan

penelitian. Kepada Bapak Budi Arifin, S.Si, M.Si, Ibu Dr. Tetty Kemala, M.Si,

dan Ibu Betty Marita Soebrata, S.Si, M.Si, terima kasih atas saran dan perbaikan

yang diberikan terkait penulisan karya ilmiah ini. Ucapan terima kasih penulis

sampaikan pula kepada Pak Eman Suherman, Bu Nunung Nuryanti, Pak Kosasih,

Pak Edi Suhendar, dan Mas Eko, atas bantuan yang diberikan selama penulis

melaksanakan penelitian.

Terima kasih yang tak terhingga penulis ucapkan kepada Ma’e, Bapak,

Kakak-kakak, Mba Ely (alm), serta seluruh keluarga, atas segala doa, dukungan,

dan kasih sayang yang diberikan. Ungkapan terima kasih juga penulis sampaikan

kepada teman-teman satu bimbingan, yaitu Eko Prabowo, Mutiara Wide, dan

Restu Widyastuti atas diskusi dan masukan yang diberikan selama mengerjakan

tugas akhir ini. Akhir kata, semoga karya ilmiah ini dapat bermanfaat bagi

kemajuan ilmu pengetahuan.

Bogor, November 2012

Rofiqoh Inayati Agustina

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Banjarnegara pada tanggal 4 Agustus 1990 dari

pasangan Bapak Sukadir dan Ibu Juchanah. Penulis merupakan anak kedelapan

dari delapan bersaudara. Penulis lulus dari SMA Negeri 1 Banjarnegara pada

tahun 2008 dan pada tahun yang sama lulus seleksi masuk IPB melalui jalur

Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI). Penulis memilih Departemen Kimia,

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.

Selama menjalani perkuliahan, penulis aktif menjadi asisten praktikum

Kimia TPB pada tahun 2009−2012, Kimia Analitik untuk mahasiswa Biologi

pada tahun ajaran 2010/2011, Elektroanalitik dan Teknik Pemisahan pada tahun

ajaran 2011/2012, dan Spektrofotometri dan Aplikasi Kemometrik pada tahun

ajaran 2011/2012. Penulis juga aktif dalam kegiatan organisasi Ikatan Mahasiswa

Kimia (Imasika) pada tahun 2009/2010 sebagai staf Departemen Peningkatan

Kualitas dan Keprofesian Mahasiswa (PK2M) dan pada tahun 2010/2011 sebagai

Kepala Departemen PK2M. Penulis pernah berkesempatan menjadi perwakilan

IPB dalam Olimpiade Nasional Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (ON-

MIPA) Perguruan Tinggi Bidang Kimia Tingkat Wilayah III pada tahun 2011.

Penulis juga berkesempatan menjalani praktik lapangan di Laboratorium Quality

Control, PT Novell Pharmaceutical Laboratories pada tahun 2011 dengan judul

laporan “Uji Kinerja Kolom LiChrospher 100 RP-18 pada Kromatografi Cair

Kinerja Tinggi”.

DAFTAR ISI

Halaman

DAFTAR TABEL ................................................................................................. vii

DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ vii

DAFTAR LAMPIRAN ......................................................................................... vii

PENDAHULUAN................................................................................................... 1

METODE ................................................................................................................ 1

Bahan dan Alat ................................................................................................... 1

Prosedur Penelitian ............................................................................................. 2

HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................................... 3

Hasil Preparasi, Aktivasi, dan Identifikasi Zeolit ............................................... 3

Pembuatan Zeolit Termodifikasi-besi dan Uji Adsorpsi .................................... 4

Pembuatan Elektrode dan Uji Kinerja dengan Voltametri ................................. 6

SIMPULAN DAN SARAN .................................................................................... 8

Simpulan ............................................................................................................. 8

Saran ................................................................................................................... 9

DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................. 9

LAMPIRAN .......................................................................................................... 11

DAFTAR TABEL

Halaman

1 Bahan dan komposisi elektrode .......................................................................... 3

2 Puncak 2θ zeolit alam mordenit dan zeolit alam Cikalong setelah aktivasi....... 4

DAFTAR GAMBAR

Halaman

1 Skema pembuatan elektrode pasta karbon ......................................................... 2

2 Contoh reaksi pelepasan Al dari kerangka zeolit oleh HCl................................ 4

3 Kerangka (a) 3 dimensi zeolit mordenit dan (b) struktur tetrahedral zeolit;

atom Si ( ), atom Al ( ), atom O ( ) .............................................................. 5

4 Zeolit termodifikasi-besi .................................................................................... 5

5 Morfologi permukaan (a) zeolit sebelum modifikasi dan (b) zeolit

termodifikasi-besi pada perbesaran 3000× ......................................................... 5

6 Reaksi Cr(VI) dengan DPC ................................................................................ 6

7 Voltamogram EPK ( ) dan EPKZB ( ) pada larutan elektrolit KCl

0.05 M ................................................................................................................ 7

8 Nilai arus puncak EPKZB pada larutan Cr(VI) 50 μM pH 1−6 ......................... 7

9 Diagram Pourboix spesi ion Cr(VI) pada suhu 25 °C ........................................ 7

10 Pengaruh waktu prakonsentrasi terhadap arus reduksi Cr(VI) ........................... 8

11 Pengaruh komposisi zeolit-besi terhadap arus reduksi Cr(VI) ........................... 8

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

1 Diagram alir penelitian ..................................................................................... 12

2 Difraktogram sinar-X zeolit alam asal Cikalong setelah aktivasi .................... 13

3 Data 2θ difraktogram sinar-X zeolit alam asal Cikalong setelah aktivasi ........ 14

4 Basis data puncak 2θ nomor arsip 49-0924 pada JCPDS untuk zeolit alam

jenis mordenit ................................................................................................... 15

5 Reaksi stoikiometri antara Fe(NO3)3 dengan NaOH ........................................ 16

6 Hasil analisis kadar Fe zeolit termodifikasi-besi menggunakan AAS ............. 17

Halaman

7 Penentuan panjang gelombang maksimum pengukuran Cr(VI) ...................... 18

8 Hasil uji adsorpsi larutan Cr(VI) oleh zeolit sebelum dan setelah

termodifikasi-besi ............................................................................................. 19

9 Voltamogram EPKZB pada beberapa parameter pengukuran ......................... 21

PENDAHULUAN

Kromium merupakan logam berat yang

dapat ditemukan di alam terutama dalam 2

tingkat oksidasi, yaitu Cr(III) dan Cr(VI).

Cr(III) merupakan senyawa yang sangat

diperlukan untuk metabolisme karbohidrat

dan lipid. Cr(III) telah terbukti sebagai unsur

esensial yang dibutuhkan oleh mamalia dalam

jumlah kecil yang berperan dalam

metabolisme glukosa, lipid, dan protein

(Vincent 2000). Sementara itu, Cr(VI)

dilaporkan bersifat karsinogenik dan

mutagenik serta mudah diserap melalui kulit

(Patlolla et al. 2009). Oleh karena perbedaan

toksisitas kedua spesi kromium tersebut,

penting untuk menentukan konsentrasi Cr(VI)

di samping konsentrasi total kromium dalam

menduga toksisitas suatu sampel (Liu et al.

2008).

Teknik analitik untuk penentuan kromium

telah banyak dilakukan, antara lain

spektrofotometri, spektrometri serapan atom

(AAS), spektrometri emisi atom plasma

gandeng induktif (ICP-AES), dan

kromatografi cair kinerja tinggi (HPLC)

(Narin et al. 2006). Desain peralatan tersebut

cukup rumit dan harganya mahal sehingga

tidak cocok digunakan untuk analisis rutin.

Selain itu, teknik-teknik tersebut tidak dapat

digunakan untuk membedakan kedua spesi

kromium. Oleh karena itu, diperlukan suatu

teknik atau metode yang sederhana, murah,

sensitif, dan spesifik untuk deteksi dan

spesiasi kromium di lingkungan.

Salah satu teknik yang dapat digunakan

adalah elektrode selektif ion (ESI). ESI

merupakan suatu sensor elektrokimia

potensiometrik yang banyak digunakan karena

mudah disiapkan, peralatannya sederhana,

selektif, waktu respons cepat, dan biayanya

murah. ESI memberikan respons secara

selektif terhadap spesi ion tertentu dan bagian

permukaannya melakukan kontak dengan ion

yang akan ditentukan. ESI berbasis pasta

karbon seperti yang dibuat pada penelitian ini

dipilih karena lebih murah, memiliki

keunggulan resistans ohmik jauh lebih rendah,

respons sangat stabil, dan pembaharuan

permukaan yang lebih mudah.

Aplikasi ESI berbasis pasta karbon yang

dapat digunakan untuk penentuan kromium

adalah dengan memanfaatkan elektrode zeolit

termodifikasi. Keuntungan utama elektrode

zeolit termodifikasi dibandingkan dengan

elektrode kimia termodifikasi adalah bentuk

dan ukurannya yang unik, adanya selektivitas

muatan, dan memiliki kapasitas pertukaran

ion yang tinggi (Ardakani et al. 2009). Secara

empiris telah terbukti bahwa reaksi pertukaran

ion yang terjadi pada elektrode zeolit

termodifikasi merupakan hal yang paling

utama dalam aplikasinya sebagai sensor

elektrokimia (Ardakani et al. 2007).

Penelitian menunjukkan bahwa modifikasi

zeolit alam dengan Fe(OH)3 meningkatkan

kapasitas tukar anionnya (Syafii 2011).

Modifikasi permukaan zeolit alam dengan

kation besi juga terbukti telah mengubah

permukaan zeolit alam menjadi bermuatan

positif dan menunjukkan kemampuan adsorpsi

terhadap Cr(VI) yang lebih baik daripada

zeolit sintetik termodifikasi-besi (Arif 2011).

Pada penelitian ini, zeolit alam yang berasal

dari Cikalong, Jawa Barat, dimodifikasi

dengan besi dan dibuat elektrode berbasis

pasta karbon, kemudian dilakukan

karakterisasi berupa pengujian kinerja

elektrode tersebut dengan melihat pengaruh

pH analit, waktu prakonsentrasi, serta

komposisi zeolit-besi terhadap pengukuran

arus katodik Cr(VI) dengan teknik voltametri

siklik.

METODE

Metode penelitian mengikuti diagram alir

pada Lampiran 1 yang meliputi preparasi dan

aktivasi zeolit, pembuatan zeolit

termodifikasi-besi, penentuan kadar Fe dalam

zeolit termodifikasi-besi, uji adsorpsi

kromium, pembuatan elektrode, uji kinerja

elektrode menggunakan metode voltametri,

analisis difraksi sinar-X (XRD) terhadap

zeolit aktif, serta analisis mikroskop elektron

payaran (SEM) terhadap zeolit sebelum

modifikasi, zeolit termodifikasi-besi, dan

pasta karbon termodifikasi zeolit-besi.

Bahan dan Alat

Bahan-bahan yang digunakan meliputi

zeolit alam asal Cikalong, Jawa Barat, larutan

HCl 3 M, NaOH 0.075 M, Fe(NO3)3 0.05 M,

HNO3 5%, H2SO4 pekat, H3PO4 pekat, 1,5-

difenilkarbazida (DPC), K2Cr2O7, HCl 1 N,

NaOH 1 N, KCl, grafit, dan parafin cair. Alat-

alat yang digunakan meliputi mortar, ayakan

200 mesh, pengaduk magnet, sentrifus,

spektrofotometer ultraviolet-tampak (UV-Vis)

Thermo Spectronic Genesys 10UV, AAS

Shimadzu AA-7000, tabung elektrode,

voltametri, XRD Shimadzu XRD-7000, SEM

JEOL JSM-6510, perangkat lunak EChem

v2.1, dan Origin 7.

2

Prosedur Penelitian

Preparasi Zeolit (Suwardi 2000)

Zeolit asal Cikalong, Jawa Barat, digiling

lalu diayak hingga diperoleh zeolit dengan

ukuran butir lolos ayakan 200 mesh. Setelah

itu, zeolit dicuci dengan akuades dan

dikeringankan di dalam oven pada suhu 105 oC selama 24 jam.

Aktivasi Zeolit (Arif 2011)

Aktivasi zeolit dilakukan secara kimia dan

fisika, yaitu dengan pengasaman dan

pemanasan. Sampel zeolit siap pakai

ditimbang sebanyak 100 g dan ditambah

larutan HCl 3 M sebanyak 250 mL. Campuran

diaduk dengan pengaduk magnet selama 60

menit, kemudian disaring dan dibilas dengan

akuades hingga menunjukkan pH sekitar 5−6.

Selanjutnya zeolit dikeringkan dalam tanur

pada suhu 300 °C selama 3 jam. Pencucian

dihentikan apabila sudah tidak terdapat

endapan pada filtrat ketika ditambah dengan

AgNO3.

Pembuatan Zeolit Termodifikasi-Besi (Arif

2011)

Preparasi larutan besi dilakukan dengan

mencampur 50 mL larutan NaOH 0.075 M

dengan 50 mL larutan Fe(NO3)3 0.05 M.

Pencampuran dilakukan dengan meneteskan

larutan NaOH secara perlahan-lahan ke dalam

larutan besi, sambil diaduk dengan kecepatan

rendah menggunakan pengaduk magnet.

Larutan yang telah tercampur sempurna

kemudian diukur tingkat keasamannya.

Larutan yang sudah siap, ditambahkan

sebanyak 75 mL pada contoh zeolit sebanyak

1 g dan dikocok selama 12 jam. Hasilnya

dicuci dengan air dan dikeringkan dalam oven

pada suhu 40 °C.

Penentuan Kadar Fe pada Zeolit

Termodifikasi-Besi

Kadar Fe dalam zeolit termodifikasi-besi

ditentukan menggunakan AAS. Zeolit

sebelum dan setelah dimodifikasi masing-

masing ditimbang sebanyak 50 mg,

ditambahkan 10 mL larutan HNO3 5%,

kemudian didiamkan selama 60 menit.

Selanjutnya campuran disaring dan filtrat

ditepatkan dengan labu takar menjadi 50 mL.

Larutan selanjutnya diukur menggunakan

AAS. Penentuan kadar Fe dilakukan secara

triplo.

Uji Adsorpsi Kromium (Arif 2011)

Uji adsorpsi dilakukan dengan

menggunakan larutan standar Cr(VI) dengan

konsentrasi 1.5−250 μM dengan keasamaan

diatur di sekitar pH 3. Contoh zeolit

termodifikasi-besi sebanyak 50 mg ditambah

dengan 5 mL larutan standar Cr(VI) kemudian

dikocok selama 6 jam. pH akhir larutan diukur

dan larutan dipisahkan dari endapannya

dengan menggunakan sentrifus pada

kecepatan 1500 rpm. Larutan kemudian

ditambahkan 0.1 mL H2SO4 pekat dan 0.03

mL H3PO4 pekat, dikocok dan dibiarkan

selama 5 menit. Selanjutnya sebanyak 0.1 mL

DPC 1% dalam aseton ditambahkan ke dalam

larutan dan diaduk dengan baik. Setelah 10

menit, larutan diukur serapannya dengan

spektrofotometer UV-Vis pada panjang

gelombang 543 nm.

Pembuatan Elektrode (modifikasi Alpat et

al. 2005)

Elektrode pasta karbon (EPK) dibuat

dengan mencampurkan grafit dan parafin cair,

sementara elektrode pasta karbon

termodifikasi zeolit-besi (EPKZB) dibuat

dengan mencampurkan grafit, zeolit

termodifikasi-besi, dan parafin cair. Semua

bahan dicampur hingga membentuk pasta

homogen. Sebuah tabung kaca dengan

diameter 2.5 mm digunakan sebagai badan

elektrode. Kawat tembaga sebagai

penghubung elektrode ke sumber listrik

dimasukkan ke dalam tabung hingga tersisa

ruang kosong sekitar 3 mm pada ujung

tabung. Pasta dimasukkan ke ujung tabung

tersebut hingga penuh dan padat (Gambar 1).

Permukaan elektrode lalu digosok

menggunakan kertas minyak.

Gambar 1 Skema pembuatan elektrode pasta

karbon (Fauziah 2011).

Uji Kinerja Elektrode dengan Metode

Voltametri (modifikasi Alpat et al. 2005)

Pada uji kinerja ini, 3 parameter dilihat

pengaruhnya terhadap respons arus dari

elektrode. Parameter tersebut adalah pH

larutan analit, waktu prakonsentrasi, dan

komposisi zeolit-besi. Pengukuran pada

elektrode dilakukan dengan teknik voltametri

siklik menggunakan perangkat lunak EChem

v2.1. EPK dan EPKZB sebagai elektrode

kerja, elektrode Ag/AgCl digunakan sebagai

elektrode pembanding, dan elektrode Pt

sebagai elektrode tambahan. Potensial yang

digunakan dari -1.2 V sampai 1.2 V dengan

kecepatan pemayaran sebesar 100 mV/s.

Sebelum dilakukan pengukuran, larutan

dialirkan gas N2 terlebih dahulu selama 20

detik. Pengolahan data voltametri dilakukan

dengan perangkat lunak Origin 7.

Pengaruh pH Larutan Analit. Larutan

analit Cr(VI) 50 μM dalam KCl 0.05 M dibuat

pada beberapa tingkat keasaman, yaitu pada

pH 1−6. Larutan dimasukkan ke dalam sel

voltametri yang berisi larutan analit Cr(VI)

dan respons arus diamati menggunakan

voltametri siklik pada selang potensial -1.2 V

sampai 1.2 V.

Pengaruh Waktu Prakonsentrasi.

Larutan Cr(VI) 50 μM yang memiliki pH

terbaik ditentukan waktu prakonsentrasi

optimumnya dengan pengadukan secara

magnetik pada suhu kamar. Variasi waktu

yang digunakan adalah 5−35 menit dengan

selang waktu 5 menit. Setelah dilakukan

pengadukan, elektrode dibilas dengan

akuabides dan dimasukkan ke dalam sel

voltametri yang berisi larutan elektrolit.

Respons arus diamati menggunakan

voltametri siklik pada selang potensial -1.2 V

sampai 1.2 V.

Pengaruh Komposisi Zeolit-Besi.

EPKZB dibuat dengan mencampurkan grafit,

zeolit termodifikasi-besi, dan parafin cair

dalam beberapa komposisi, seperti tersaji pada

Tabel 1. Hal ini dilakukan untuk melihat

pengaruh komposisi zeolit-besi terhadap

kinerja EPK. Elektrode dilakukan

prakonsentrasi terlebih dahulu dengan larutan

analit Cr(VI) yang memiliki pH optimum

pada waktu prakonsentrasi terbaik.

Selanjutnya respons arus diamati

menggunakan voltametri siklik pada selang

potensial -1.2 V sampai 1.2 V.

Tabel 1 Bahan dan komposisi elektrode

Elektrode

Komposisi

Grafit

(mg)

Zeolit-

besi

(mg)

Parafin

cair

(mg)

EPKZB 10 60 10 30

EPKZB 20 50 20 30

EPKZB 30 40 30 30

EPKZB 40 30 40 30

EPKZB 50 20 50 30

Analisis XRD

Identifikasi dengan XRD dilakukan untuk

mengidentifikasi jenis mineral yang terdapat

di dalam zeolit. Sekitar 200 mg sampel

dicetak langsung pada aluminium ukuran

2×2.5 cm2. Sampel dicirikan dengan lampu

radiasi Cu pada kisaran 2θ 5−80°.

Analisis SEM

Pencirian dengan SEM dilakukan untuk

menentukan morfologi sampel zeolit.

Pencirian dilakukan terhadap zeolit Cikalong

sebelum modifikasi dan zeolit termodifikasi-

besi.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil Preparasi, Aktivasi, dan Identifikasi

Zeolit

Zeolit alam yang digunakan pada

penelitian ini masih berbentuk bongkahan,

berasal dari Cikalong, Jawa Barat. Zeolit asal

Cikalong umumnya berwarna putih kehijauan

sampai keabuan, berbintik-bintik putih dan

kuning, berbutir halus sampai agak kasar,

agak keras namun sebagian mudah hancur bila

dipukul dengan palu. Preparasi dilakukan

dengan menghancurkan dan mengayak zeolit

menjadi butir yang lolos ayakan 200 mesh.

Aktivasi zeolit bertujuan untuk

menghilangkan pengotor (mineral

pengganggu) yang berupa oksida logam dari

alam yang menutupi rongga sehingga

kapasitas tukar ion dan kapasitas adsorpsinya

menjadi maksimal (Fatimah 2000).

Aktivasi zeolit pada penelitian ini

dilakukan secara kimia dan fisika. Prinsip

aktivasi secara kimia adalah menambahkan

pelarut tertentu yang bertujuan membersihkan

permukaan pori, membuang senyawa

pengotor, dan mengatur kembali letak atom

yang dipertukarkan. Sementara itu, aktivasi

secara fisika dilakukan dengan pemanasan

pada suhu 300−375 °C selama 3−4 jam

4

(Suwardi 2000). Hal ini bertujuan

menghilangkan air yang terperangkap dalam

pori-pori zeolit sehingga dapat meningkatkan

luas permukaan zeolit.

Aktivasi secara kimia pada penelitian ini

dilakukan dengan pengasaman menggunakan

HCl 3 M selama 1 jam. Menurut Weitkamp

dan Puppe (1999), aktivasi menggunakan HCl

pada konsentrasi 0.1−11 M menyebabkan

zeolit mengalami dealuminasi dan

dekationisasi, yaitu keluarnya Al dan kation-

kation dari pori zeolit. Contoh reaksi

pelepasan Al dari kerangka zeolit oleh HCl

dapat dilihat pada Gambar 2. Aktivasi-asam

ini menyebabkan bertambahnya luas

permukaan zeolit karena berkurangnya

pengotor yang menutupi pori-pori zeolit.

Bertambahnya luas permukaan ini diharapkan

dapat meningkatkan kemampuan adsorpsinya.

Zeolit yang telah diaktivasi selanjutnya

diidentifikasi jenis mineralnya menggunakan

XRD. Prinsipnya adalah jika seberkas sinar-X

dijatuhkan pada sampel kristal, maka bidang

kristal akan membiaskan sinar-X dan sinar

tersebut akan ditangkap oleh detektor yang

kemudian diterjemahkan sebagai sebuah

puncak difraksi. Makin banyak bidang kristal

yang terdapat dalam sampel, makin kuat

intensitas pembiasan yang dihasilkan. Tiap

puncak yang muncul pada pola XRD

mewakili satu bidang kristal yang memiliki

orientasi tertentu dalam sumbu 3 dimensi.

Identifikasi dilakukan dengan

membandingkan puncak-puncak 2θ yang khas

dari sampel dengan puncak 2θ standar.

Hasil difraktogram (Lampiran 2)

menunjukkan bahwa nilai 2θ sampel memiliki

kemiripan dengan data standar dari Joint

Committee on Powder Diffraction Standards

(JCPDS) dengan nomor arsip 49-0924 yang

merupakan jenis zeolit mordenit. Hal ini

menunjukkan bahwa zeolit alam asal Cikalong

ini memiliki jenis mineral mordenit. Hasil ini

sejalan dengan beberapa penelitian yang telah

dilakukan sebelumnya bahwa zeolit alam asal

Cikalong hanya mempunyai 1 jenis mineral

yang dominan, yaitu mordenit (Sutopo 1991;

Wyantuti 2008; Arif 2011) dengan pengotor

berupa kuarsa (Rohaeti 2007; Wyantuti 2008).

Perbandingan beberapa nilai 2θ tertinggi

sampel dan standar ditampilkan pada Tabel 2.

Rujukan data asli hasil XRD dapat dilihat

pada Lampiran 3 dan Lampiran 4.

Tabel 2 Puncak 2θ zeolit alam mordenit dan

zeolit alam Cikalong setelah aktivasi

Puncak 2θ

Zeolit alam

(mordenit) JCPDS

49-0924

Zeolit alam

Cikalong setelah

aktivasi

19.681 19.6635

22.381 22.2860

25.779 25.6992

26.402 26.2913

27.742 27.7334

Pembuatan Zeolit Termodifikasi-besi dan

Uji Adsorpsi

Zeolit merupakan suatu mineral

aluminosilikat terhidrasi yang terdiri atas

satuan-satuan tetrahedral SiO4 dan AlO4

dengan kerangka struktur berongga yang

ditempati oleh molekul-molekul air dan

kation. Kation pada rongga zeolit dapat

bergerak bebas sehingga memungkinkan

pertukaran ion tanpa merusak struktur zeolit

(Wang & Peng 2010). Struktur kristal zeolit

membentuk suatu kerangka tetrahedron

berantai dalam bentuk 3 dimensi (Gambar 3a).

Pada kristal zeolit, kedudukan atom pusat

tetrahedron ditempati oleh atom Si dan Al,

sedangkan atom-atom oksigen berada pada

sudut-sudutnya (Gambar 3b).

Gambar 2 Contoh reaksi pelepasan Al dari kerangka zeolit oleh HCl (Weitkamp & Puppe 1999).

5

(a)

(b)

Gambar 3 Kerangka (a) 3 dimensi zeolit

mordenit dan (b) struktur

tetrahedral zeolit; atom Si ( ),

atom Al ( ), atom O ( ) (Las

2005).

Beberapa atom Si dalam zeolit digantikan

oleh atom Al, menghasilkan struktur

bermuatan negatif yang berasal dari perbedaan

antara tetrahedron (AlO4)5-

dan (SiO4)4-

.

Adanya muatan negatif ini menyebabkan

zeolit memiliki kemampuan yang rendah atau

bahkan tidak memiliki daya jerap terhadap

anion. Guna meningkatkan fungsi zeolit

sebagai media spesiasi kromium, khususnya

untuk deteksi spesi Cr(VI) yang bersifat

anion, maka zeolit perlu dimodifikasi.

Pada penelitian ini, zeolit dimodifikasi

dengan kation besi, yang merupakan hasil

reaksi antara Fe(NO3)3 dan NaOH. Reaksi

keduanya dilakukan secara perlahan-lahan

sehingga menghasilkan larutan berwarna

merah yang mengandung kation besi. Reaksi

perlahan dimaksudkan untuk menghindari

terbentuknya endapan merah Fe(OH)3. Reaksi

antara Fe(NO3)3 dan NaOH serta

stoikiometrinya disajikan pada Lampiran 5.

Hasil modifikasi zeolit dengan besi berupa

serbuk berwarna jingga (Gambar 4). Untuk

membuktikan keberadaan kation besi dalam

zeolit yang telah termodifikasi, maka

dilakukan pengujian kadar Fe menggunakan

AAS. Kadar Fe dalam zeolit termodifikasi-

besi dibandingkan dengan kadar Fe dalam

zeolit sebelum modifikasi. Terjadi

peningkatan kadar Fe yang signifikan, yaitu

sebesar 95.6%, dari 0.2200 ppm menjadi

5.0013 ppm. Hal ini memperlihatkan bahwa

modifikasi zeolit dengan kation besi berhasil

dilakukan. Data selengkapnya untuk

penentuan kadar Fe diberikan di Lampiran 6.

Gambar 4 Zeolit termodifikasi-besi.

Analisis morfologi menggunakan SEM

dilakukan terhadap permukaan zeolit sebelum

dan setelah modifikasi dengan besi. Hasil

analisisnya dapat dilihat pada Gambar 5.

Gambar 5 Morfologi permukaan (a) zeolit

sebelum modifikasi dan (b)

zeolittermodifikasi-besi pada

perbesaran 3000×.

Morfologi permukaan zeolit sebelum dan

setelah dimodifikasi dengan besi pada

perbesaran 3000× menunjukkan adanya

rongga atau pori. Terlihat bahwa setelah

dimodifikasi dengan besi, jumlah pori terlihat

lebih banyak dan ukurannya lebih seragam.

Hasil ini memperlihatkan bahwa zeolit

6

termodifikasi-besi yang diperoleh pada

penelitian ini cukup berpori sehingga sangat

berpotensi sebagai media adsorpsi Cr(VI) dan

diaplikasikan sebagai elektrode selektif ion.

Uji adsorpsi terhadap Cr(VI) dilakukan

pada zeolit sebelum dan setelah modifikasi

menggunakan metode uji DPC. Metode ini

didasarkan pada pengukuran serapan larutan

berwarna ungu kemerahan yang menunjukkan

terjadinya kompleks antara 1,5-

difenilkarbazida [(C6H5NHNH)2CO (DPC)]

dan Cr(VI) (Gambar 6). Kompleks kromium

dengan DPC sangat sensitif jika diukur pada

panjang gelombang 540 nm (Eaton & Franson

2005). Berdasarkan penentuan panjang

gelombang maksimum yang dilakukan pada

rentang 500−600 nm, diperoleh panjang

gelombang maksimum untuk kompleks

tersebut adalah 543 nm. Data penentuan

panjang gelombang maksimum untuk

pengukuran Cr(VI) disajikan pada Lampiran

7.

Hasil uji adsorpsi pendahuluan

membuktikan bahwa modifikasi permukaan

zeolit dengan kation besi mengubah sifat

permukaan zeolit menjadi bermuatan positif

sehingga meningkatkan adsorpsi terhadap

Cr(VI). Zeolit tanpa modifikasi memiliki daya

adsorpsi terhadap Cr(VI) yang sangat kecil,

terlihat dari terbentuknya warna ungu

kemerahan pada larutan yang menunjukkan

terbentuknya kompleks antara Cr(VI) dengan

DPC. Berbeda halnya dengan zeolit yang

dimodifikasi dengan besi, daya adsorpsi zeolit

ini terhadap Cr(VI) cukup tinggi, terlihat dari

berkurangnya intensitas warna ungu

kemerahan pada larutan setelah reaksi dengan

DPC (Lampiran 8a).

Uji adsorpsi untuk menentukan kapasitas

adsorpsi zeolit termodifikasi-besi dilakukan

terhadap Cr(VI) pada rentang konsentrasi 1.5

hingga 250 μM, dengan jumlah zeolit-besi dan

waktu pengocokan yang tetap. Hasilnya

menunjukkan bahwa semakin tinggi

konsentrasi Cr(VI) yang digunakan, kapasitas

adsorpsi juga meningkat. Kenaikan

konsentrasi akan meningkatkan jumlah ion

adsorbat yang dapat diadsorpsi oleh adsorben

selama tapak aktif masih memungkinkan

untuk mengadsorpsinya (Sari 2012). Hasil ini

memperlihatkan bahwa tapak aktif zeolit-besi

masih mampu mengadsorpsi zeolit pada

rentang konsentrasi yang digunakan, sehingga

pada konsentrasi yang semakin besar

diperkirakan kapasitas adsorpsinya pun akan

semakin tinggi. Kapasitas adsorpsi paling

tinggi diperoleh saat konsentrasi Cr(VI)

254.0952 μM, yaitu sebesar 25.1674 mg/g.

Data selengkapnya untuk uji adsorpsi zeolit

termodifikasi-besi disajikan pada Lampiran 8b

dan Lampiran 8c.

Pembuatan Elektrode dan Uji Kinerja

dengan Voltametri

Analisis secara elektrokimia dengan

voltametri ini menggunakan sistem 3

elektrode, yaitu EPK dan EPKZB sebagai

elektrode kerja, elektrode Ag/AgCl sebagai

elektrode pembanding, dan elektrode Pt

sebagai elektrode tambahan. Larutan KCl 0.05

M digunakan sebagai larutan elektrolit dalam

pengukuran Cr(VI). Larutan elektrolit

berfungsi mengurangi gaya tarik-menarik

elektrostatik antara muatan elektrode dan

muatan ion-ion analit serta mempertahankan

kekuatan ion (Wang 2001). Gambar 7

memperlihatkan voltamogram EPK dan

EPKZB pada larutan elektrolit KCl 0.05 M.

Dari potensial -1.2 V sampai 1.2 V, larutan

KCl tidak memberikan respons arus puncak

pada EPK maupun EPKZB. Hal ini berarti

bahwa KCl baik digunakan sebagai larutan

elektrolit karena tidak mengalami reaksi

oksidasi maupun reduksi pada selang

potensial yang digunakan.

Gambar 6 Reaksi Cr(VI) dengan DPC (Eaton & Franson 2005).

7

-1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5

-25.0µ

-20.0µ

-15.0µ

-10.0µ

-5.0µ

0.0

5.0µ

10.0µ

15.0µ

Aru

s (A

)

Potensial (V) vs Ag/AgCl

Gambar 7 Voltamogram EPK ( ) dan

EPKZB ( ) pada larutan

elektrolit KCl 0.05 M.

Pengaliran gas nitrogen dilakukan pada

larutan elektrolit selama 20 detik sebelum

pengukuran. Hal ini bertujuan menghilangkan

oksigen terlarut yang terdapat di dalam

larutan. Oksigen terlarut dapat menyebabkan

reaksi redoks pada permukaan elektrode

sehingga akan terlihat puncak oksigen pada

voltamogram. Puncak ini dapat mengganggu

analisis terutama jika oksigen memiliki

puncak pada potensial yang mirip dengan

analit (Alpat et al. 2005). Potensial reduksi

standar oksigen dalam air pada 25 °C ialah

+0.40 V (versus elektode hidrogen standar

(SHE)). Reaksi reduksinya adalah sebagai

berikut:

O2(g) + 2H2O(l) + 4e- → 4OH

-(aq) (Cotton &

Wilkinson 2007).

Pengujian kinerja EPK dan EPKZB

terhadap larutan Cr(VI) dilakukan pada 3

parameter, yaitu pengaruh pH analit, waktu

prakonsentrasi, dan komposisi zeolit-besi.

Pengaruh pH analit terhadap sinyal arus

katodik dipelajari pada rentang pH 1−6 pada

larutan Cr(VI) 50 μM dalam KCl 0.05 M.

Puncak arus tertinggi diperoleh saat pH 3,

yaitu sebesar 4.87 μA (Gambar 8). Arus ini

merupakan respons yang muncul saat

terjadinya reaksi reduksi Cr(VI) di dalam

elektrode. Menurut Cotton dan Wilkinson

(2007), reaksi reduksi Cr(VI) menjadi Cr(III)

terjadi pada potensial +1.33 V (vs SHE),

sedangkan reduksi Fe3+

menjadi Fe2+

terjadi

pada potensial +0.77 V (vs SHE). Pada

penelitian ini arus reduksi Cr(VI) muncul

pada potensial -0.62 V (vs Ag/AgCl).

Ion kromium dapat berada dalam keadaan

polivalen dengan muatan listrik yang

bergantung pada kondisi pH sistem. Fraksi

spesi Cr(VI) yang dominan berdasarkan pH

larutan disajikan pada Gambar 9.

Gambar 8 Nilai arus puncak EPKZB pada

larutan Cr(VI) 50 μM pH 1−6.

Gambar 9 Diagram Pourboix spesi ion Cr(VI)

pada suhu 25 °C (Welch et al.

2005).

Saat pH larutan antara 1 dan 6, kromium

berada dalam kesetimbangan sebagai bentuk

HCrO4- dan Cr2O7

2-. Saat larutan berada pada

kondisi pH di atas 6, Cr(VI) berada dalam

bentuk ion CrO42-

, sedangkan saat pH kurang

dari 1 spesi yang utama adalah H2CrO4

(Cotton & Wilkinson 2007). Selain itu, Welch

et al. (2005) menyatakan bahwa pada rentang

pH 0.75−6.25 terdapat 2 spesi Cr(VI) yang

dominan, yaitu HCrO4- jika konsentrasi

rendah (kurang dari 0.01 g/L) dan Cr2O72-

jika

konsentrasi tinggi (di atas 0.01 g/L). Oleh

karena pH optimum yang diperoleh adalah pH

3 dan larutan K2Cr2O7 yang digunakan untuk

penentuan pengaruh pH ini memiliki

konsentasi 50 μM atau setara dengan 0.0147

g/L, spesi Cr(VI) yang dominan di dalam

larutan adalah spesi Cr2O72-

.

Voltamogram

larutan Cr(VI) pada rentang pH 1−6 disajikan

pada Lampiran 9a.

3.15

1.98

4.87

2.74

0.32 0.24

0

1

2

3

4

5

6

1 2 3 4 5 6

Aru

s (μ

A)

pH

Parameter selanjutnya adalah waktu

prakonsentrasi. Prakonsentrasi merupakan

suatu tahapan yang bertujuan mengumpulkan

analit pada permukaan elektrode.

Prakonsentrasi dapat memberikan pengaruh

terhadap pengukuran arus analit pada

elektrode kerja. Pengaruh waktu

prakonsentrasi terhadap sinyal arus katodik

dilakukan pada larutan Cr(VI) dengan pH 3.

Prakonsentrasi dilakukan dengan merendam

elektrode dalam larutan Cr(VI) sambil

dilakukan pengadukan secara magnetik pada

suhu kamar. Variasi waktu yang digunakan

adalah 3−35 menit dengan selang waktu 5

menit.

Hasilnya menunjukkan bahwa waktu

prakonsentrasi optimum untuk pengukuran

Cr(VI) adalah 25 menit dengan menghasilkan

arus sebesar 5.52 μA (Gambar 10).

Voltamogram EPKZB untuk penentuan waktu

prakonsentrasi optimum disajikan pada

Lampiran 9b. Saat waktu prakonsentrasi 5−20

menit, arus yang dihasilkan rendah. Hal ini

diduga disebabkan oleh belum sempurnanya

permukaan elektrode dalam menjerap Cr(VI).

Sementara itu, pada waktu prakonsentrasi

yang lebih tinggi, permukaan elektrode sudah

terlalu jenuh dalam menjerap Cr(VI) sehingga

Cr(VI) yang sudah terjerap kembali terlepas

dan menghasilkan arus yang rendah (Alpat et

al. 2005).

Gambar 10 Pengaruh waktu prakonsentrasi

terhadap arus reduksi Cr(VI).

Parameter terakhir yang diuji pada

penelitian ini adalah komposisi zeolit-besi. Uji

ini dilakukan untuk menentukan komposisi

zeolit-besi optimum yang memberikan sinyal

paling baik untuk analisis Cr(VI). Larutan

Cr(VI) yang digunakan memiliki pH 3 dan

digunakan waktu prakonsentrasi 25 menit.

Komposisi zeolit-besi divariasikan terhadap

komposisi grafit. Variasi komposisi yang

dilakukan ialah 10%, 20%, 30%, 40%, dan

50%.

Voltamogram EPKZB akibat pengaruh

komposisi zeolit-besi disajikan pada Lampiran

9c dan memperlihatkan bahwa komposisi

zeolit-besi yang optimum adalah 20%

(EPKZB 20) dengan arus puncak sebesar 5.22

μA. Komposisi zeolit-besi lainnya, yaitu

EPKZB 10, EPKZB 30, EPKZB 40, dan

EPKZB 50 memberikan arus puncak berturut-

turut sebesar 2.85, 2.52, 2.00, dan 1.09 μA

(Gambar 11).

Gambar 11 Pengaruh komposisi zeolit-besi

terhadap arus reduksi Cr(VI).

Hasil ini memperlihatkan bahwa

komposisi zeolit-besi yang semakin banyak,

tidak berkorelasi positif dengan arus puncak

yang dihasilkan. Semakin besar komposisi

zeolit-besi, komposisi grafit di dalam

elektrode menjadi berkurang. Grafit di dalam

elektrode memiliki fungsi sebagai penghantar

listrik. Saat komposisi zeolit-besi sebesar

10%, arus yang dihasilkan kecil walaupun

jumlah grafit yang ditambahkan merupakan

jumlah yang paling besar. Hal ini diduga

disebabkan pada komposisi tersebut zeolit-

besi belum cukup optimal untuk menjerap

Cr(VI). Sementara itu, saat komposisi zeolit-

besi 30−50%, jumlah grafit di dalam elektrode

sedikit sehingga proses penghantaran listrik

tidak dapat berjalan dengan baik sehingga

menghasilkan arus yang rendah (Alpat et al.

2005).

SIMPULAN DAN SARAN

Simpulan

Zeolit alam asal Cikalong didominasi oleh

jenis mineral mordenit. Modifikasi besi pada

zeolit ini mampu meningkatkan kapasitas

2.85

5.22

2.522.00

1.09

0

1

2

3

4

5

6

EPKZB

10

EPKZB

20

EPKZB

30

EPKZB

40

EPKZB

50

Aru

s (μ

A)

Komposisi zeolit-besi

2.63 2.77

3.624.05

5.52

3.94 3.97

0

1

2

3

4

5

6

5 10 15 20 25 30 35

Aru

s (μ

A)

Waktu prakonsentrasi (menit)

adsorpsi terhadap Cr(VI), seiring dengan

meningkatnya konsentrasi Cr(VI). Kapasitas

adsorpsi tertinggi sebesar 25.1674 mg/g

diperoleh pada konsentrasi Cr(VI) 254.0952

μM. Zeolit termodifikasi-besi dapat digunakan

sebagai pemodifikasi EPK untuk pengukuran

Cr(VI) pada voltametri siklik menggunakan

larutan elektrolit KCl 0.05 M pada rentang

potensial -1.2 V sampai 1.2 V. Pengukuran

Cr(VI) dengan voltametri siklik optimum

dilakukan pada larutan Cr(VI) 50 μM pH 3,

menggunakan elektrode pasta karbon

termodifikasi zeolit-besi sebesar 20% dengan

waktu prakonsentrasi selama 25 menit. Arus

puncak katodik sebesar 5.22 μA, dihasilkan

pada kondisi optimum tersebut.

Saran

Tahapan selanjutnya yang perlu dilakukan

adalah penentuan pengaruh kecepatan

pemayaran terhadap arus reduksi Cr(VI).

Perlu dilakukan pula pengujian EPKZB untuk

pengukuran Cr(VI) dengan variasi konsentrasi

dan dengan adanya gangguan, serta penentuan

limit deteksi untuk pengukuran Cr(VI). Selain

itu, dilakukan pula pengujian EPKZB untuk

spesiasi kromium.

DAFTAR PUSTAKA

Alpat SK, Yuksel U, Akcay H. 2005.

Development of a novel carbon paste

electrode containing a natural zeolite for

the voltammetric determination of copper.

Electrochem Commun. 7:130-134.

Ardakani MM, Akrami Z, Kazemian H, Zare

HR. 2009. Preconcentration and

electroanalysis of copper at zeolite

modified carbon paste electrode. Int J

Electrochem Sci. 4:308-319.

Ardakani MM et al. 2007. Potentiometric

determination of monohydrogen arsenate

by zeolite-modified carbon-paste

electrode. Int J Environ Anal Chem.

87(4):285-294.

Arif Z. 2011. Karakterisasi dan modifikasi

zeolit alam sebagai bahan media

pendeteksi. Studi kasus: kromium

heksavalen [tesis]. Bogor: Fakultas

Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam,

Institut Pertanian Bogor.

Cotton FA, Wilkinson G. 2007. Kimia

Anorganik Dasar. Suharto S, penerjemah.

Jakarta: UI Pr. Terjemahan dari: Basic

Inorganic Chemistry.

Eaton AD, Franson MAH. 2005. Standard

Methods for The Examination of Water

and Wastewater. Ed ke-21. Washington

DC: APHA Pub.

Fatimah I. 2000. Penggunaan Na-zeolit alam

teraktivasi sebagai penukar ion Cr3+

dalam

larutan. Logika 4(5):25-34.

Fauziah Hanifah. 2011. Penentuan Iodida

menggunakan elektroda pasta karbon

termodifikasi magnetit [skripsi]. Bogor:

Fakultas Matematika dan Ilmu

Pengetahuan Alam, Institut Pertanian

Bogor.

Las T. 2005. Potensi Zeolit untuk Mengolah

Limbah Industri dan Radioaktif.

Tangerang: Pusat Teknologi Limbah

Radioaktif-Badan Tenaga Nuklir Nasional

(PTLR-BATAN), Kawasan Puspiptek

Serpong.

Liu B, Lu L, Wang M, Zi Y. 2008. A study of

nanostructured gold modified glassy

carbon electrode for the determination of

trace Cr(VI). J Chem Sci. 120:493-498.

Narin I, Surme Y, Soylak M, Dogan M. 2006.

Speciation of Cr(III) and Cr(VI) in

environmental samples by solid phase

extraction on Ambersorb 563 resin. J

Hazard Mater B 136:579-584.

Patlolla AK, Barnes C, Hackett D,

Tchounwou PB. 2009. Potassium

dichromate induced cytoxicity,

genotoxicity and oxidative stress in human

liver carcinoma (HepG2) cells. Int J

Environ Res Public Health. 6:643-653.

Rohaeti E. 2007. Pencegahan pencemaran

lingkungan oleh logam berat krom limbah

cair penyamakan kulit (studi kasus di

Kabupaten Bogor) [disertasi]. Bogor:

Fakultas Matematika dan Ilmu

Pengetahuan Alam, Institut Pertanian

Bogor.

Sari LW. 2012. Pencirian elektrode membran

termodifikasi zeolit untuk pengukuran

kromium(VI) [skripsi]. Bogor: Fakultas

Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam,

Institut Pertanian Bogor.

10

Sutopo FXR. 1991. Pengkajian karakteristik

zeolit Cikalong Tasikmalaya dan

pemanfaatan dalam pengolahan air.

Bandung: Pusat Penelitian dan

Pengembangan Teknologi Mineral dan

Batubara.

Suwardi. 2000. Prospek Pengolahan Zeolit di

Indonesia. Bogor: Fakultas Matematika

dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut

Pertanian Bogor.

Syafii F. 2011. Modifikasi zeolit melalui

interaksi dengan Fe(OH)3 untuk

meningkatkan kapasitas tukar anion

[skripsi]. Bogor: Fakultas Matematika dan

Ilmu Pengetahuan Alam, Institut

Pertanian Bogor.

Vincent JB. 2000. The biochemistry in

chromium. J Nutr. 130:715-718.

Wang J. 2001. Analytical Electrochemistry.

Ed ke-2. New York (US): J Willey.

Wang S, Peng Y. 2010. Natural zeolites as

effective adsorbents in water and

wastewater treatment. Chem Eng J.

Weitkamp J, Puppe L. 1999. Catalysis and

Zeolites: Fundamentals and Applications.

Berlin: Spinger-Verlag.

Welch CM, Nekrassova O, Compton RG.

2005. Reduction of hexavalent chromium

at solid electrodes in acidic media:

reaction mechanism and analytical

application. Talanta 65:74-80.

Wyantuti S. 2008. Karakterisasi zeolit alam

asal Cikalong Tasikmalaya. Bandung:

Fakultas Matematika dan Ilmu

Pengetahuan Alam, Universitas

Padjajaran.

LAMPIRAN

12

Lampiran 1 Diagram alir penelitian

Zeolit asal Cikalong

Zeolit aktif

Zeolit termodifikasi-

besi

Preparasi zeolit dan

aktivasi dengan HCl 3 M

Perlakuan dengan NaOH

dan Fe(NO3)3

Analisis XRD

dan SEM

Analisis SEM

dan analisis

kadar Fe

Elektrode pasta

karbon termodifikasi

zeolit-besi

Uji kinerja elektrode dengan

metode voltametri

Uji adsorpsi Cr(VI)

Uji adsorpsi Cr(VI)

13

Lampiran 2 Difraktogram sinar-X zeolit alam asal Cikalong setelah aktivasi

14

Lampiran 3 Data 2θ difraktogram zeolit alam asal Cikalong setelah aktivasi

2θ d(A) Intensity Integrated

Int 2θ d(A) Intensity

Integrated

Int

9.6278 9.17902 13 71 46.5121 1.95091 12 94

9.8547 8.96819 37 450 46.7520 1.94146 9 72

13.1099 6.74778 11 139 46.9919 1.93211 7 64

13.5038 6.55182 54 865 48.1130 1.88967 7 49

13.9671 6.33552 8 142 48.4662 1.87672 20 323

14.6626 6.03653 17 165 48.8893 1.86146 7 37

15.1439 5.84574 9 80 50.2055 1.81571 7 56

15.3335 5.77388 25 284 50.4154 1.80864 11 102

17.4094 5.08980 9 129 50.7386 1.79787 8 30

19.0921 4.64483 8 49 50.9527 1.79082 20 185

19.3967 4.57257 17 182 54.0841 1.69429 8 109

19.6635 4.51113 60 894 56.7931 1.61974 8 114

20.9722 4.23249 8 85 57.7828 1.59433 9 135

21.4727 4.13495 24 263 59.8522 1.54405 11 112

21.8120 4.07139 45 1042 60.0621 1.53916 7 53

22.2860 3.98586 131 2367 60.4820 1.52947 8 67

22.7899 3.89885 17 266 60.8185 1.52181 13 213

23.2448 3.82357 27 300 64.0410 1.45279 7 80

23.7431 3.74444 28 291 64.3209 1.44714 10 173

24.5366 3.62512 9 90 64.5409 1.44274 12 0

25.0658 3.54977 10 288 64.7408 1.43876 11 162

25.6992 3.47369 217 2729 66.2320 1.40994 9 152

26.1041 3.41088 42 585 67.5501 1.38560 9 62

26.2913 3.38702 87 1125 67.7766 1.38152 7 65

26.7032 3.33570 13 151 68.2765 1.37261 10 172

27.1626 3.28032 14 99 69.4096 1.35295 7 173

27.7334 3.21409 126 2654 70.0244 1.34257 7 131

28.1412 3.16843 24 297

28.5407 2.12498 7 101

28.8653 2.09057 7 46

29.9790 2.97825 13 174

30.2187 2.95517 12 121

30.4924 2.92926 11 64

30.9390 2.88799 52 685

31.9810 2.79623 17 174

32.6962 2.73668 9 102

32.9160 2.71891 8 104

33.2107 2.69545 15 169

35.0591 2.55746 8 97

35.7269 2.51117 30 379

36.5795 2.45457 8 78

37.0126 2.42684 12 181

39.5009 2.27951 7 84

41.8195 2.15833 7 43

44.2315 2.04606 15 226

44.9628 2.01447 11 176

45.4926 1.99223 7 48

46.3038 1.95920 9 73

15

Lampiran 4 Basis data puncak 2θ nomor arsip 49-0924 pada JCPDS untuk zeolit

alam jenis mordenit

16

Lampiran 5 Stoikiometri reaksi antara Fe(NO3)3 dan NaOH

Persamaan reaksi:

Fe3+

(aq) + OH-(aq) → Fe(OH)

2+(aq)

mol mula-mula 2.5×10-2

3.75×10-2

mol reaksi 2.5×10-2

2.5×10-2

2.5×10-2

mol sisa - 1.25×10-2

2.5×10-2

Perhitungan:

mol Fe(NO3)3·9H2O =

g

BM =

10.1254 g

404 g/mol = 2.5×10

-2 mol

mol Fe3+≈ mol Fe(NO3)3·9H2O = 2.5×10

-2 mol

sjr Fe3+ = 2.5×10

-2

1 = 2.5×10

-2 (reaktan pembatas)

mol NaOH = M×V = 0.075 M×0.5 L = 3.75×10-2

mol

mol OH-≈ mol NaOH = 3.75×10

-2 mol

sjr OH- =

3.75×10-2

1 = 3.75×10

-2

17

Lampiran 6 Hasil analisis kadar Fe pada zeolit termodifikasi-besi menggunakan

AAS

a. Kurva standar untuk penentuan kadar Fe

Konsentrasi standar (ppm) Absorbans Absorbans terkoreksi

0.0000 0.0026 0.0000

0.2000 0.0236 0.0210

0.5000 0.0566 0.0540

1.0000 0.1081 0.1055

2.0000 0.2144 0.2118

b. Kadar Fe dalam zeolit termodifikasi-besi

Sampel Absorbans Kadar Fe kurva

(ppm)

Bobot

sampel (g) fp

Kadar Fe

sebenarnya (ppm)

ZA 1 0.0264 0.2335 0.0509 1 0.2293

ZA 2 0.0249 0.2193 0.0510 1 0.2150

ZA 3 0.0248 0.2183 0.0506 1 0.2157

Rerata 0.2200

ZB 1 0.1112 1.0350 0.0510 5 5.0734

ZB 2 0.1084 1.0085 0.0506 5 4.9827

ZB 3 0.1087 1.0113 0.0511 5 4.9479

Rerata 5.0013

Keterangan: ZA = zeolit aktif, ZB = zeolit termodifikasi-besi

Contoh perhitungan:

Kadar Fe sebenarnya = ppm kurva×volume contoh×fp

g contoh

Kadar Fe sebenarnya = 0.2335 ppm×0.05 L×1

0.0509 g = 0.2293 ppm

% peningkatan kadar Fe = Kadar Fe ZB-Kadar Fe ZA

Kadar Fe ZB×100%

= 5.0013-0.2200

5.0013×100% = 95.6%

y = 0.1058x + 0.0017R² = 1.0000

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0 0.5 1 1.5 2 2.5

Ab

sorb

ans

Konsentrasi (ppm)

18

Lampiran 7 Penentuan panjang gelombang maksimum pengukuran Cr(VI)

Panjang

gelombang (nm) Absorbans

Panjang

gelombang (nm) Absorbans

500 0.944 552 1.583

502 0.994 554 1.560

504 1.038 556 1.537

506 1.080 558 1.511

508 1.121 560 1.481

510 1.157 562 1.456

512 1.194 564 1.412

514 1.233 566 1.372

516 1.279 568 1.327

518 1.329 570 1.28

520 1.375 572 1.233

522 1.425 574 1.194

524 1.477 576 1.152

526 1.515 578 1.113

528 1.541 580 1.072

530 1.563 582 1.035

532 1.584 584 1.004

534 1.601 586 0.990

536 1.616 588 0.889

538 1.628 590 0.828

540 1.639 592 0.753

542 1.645 594 0.678

544 1.645 596 0.615

546 1.637 598 0.563

548 1.622 600 0.507

550 1.604

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

500

504

508

512

516

520

524

528

532

536

540

544

548

552

556

560

564

568

572

576

580

584

588

592

596

600

Ab

sorb

ans

Panjang gelombang (nm)

λ max

19

Lampiran 8 Hasil uji adsorpsi larutan Cr(VI) oleh zeolit sebelum dan setelah

termodifikasi-besi

a. Hasil uji adsorpsi pendahuluan

Keterangan:

A kontrol positif, Cr(VI)+DPC

B kontrol negatif, akuades+DPC

C zeolit tanpa modifikasi pada Cr(VI) 10 μM

D zeolit-besi pada Cr(VI) 10 μM

E zeolit-besi pada Cr(VI) 25 μM

b. Kurva standar untuk uji adsorpsi Cr(VI)

Konsentrasi Cr(VI) (μM) Absorbans Absorbans terkoreksi

0 0.069 0

1.7687 0.453 0.384

3.5374 0.809 0.740

7.0748 1.519 1.450

10.6122 2.387 2.318

y = 70,0653x + 0,0407R² = 0,9914

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Ab

sorb

ans

Konsentrasi Cr(VI) (μM)

20

lanjutan Lampiran 8

c. Kapasitas adsorpsi zeolit termodifikasi-besi terhadap Cr(VI)

Sampel Bobot zeolit

(g)

Konsentrasi awal

(μM) Absorbans

Absorbans

terkoreksi

Konsentrasi akhir

(μM)

Konsentrasi teradsorp

(μM) fp Q (mg/g)

Blanko - 0 0.069 0

1 0.0506 1.5565 0.108 0.039 0 1.5565 1 0.1600

2 0.0504 3.3252 0.109 0.040 0 3.3252 1 0.3431

3 0.0501 7.0041 0.111 0.042 0 7.0041 1 0.7270

4 0.0505 13.1592 0.162 0.093 0.0007 13.1585 1 1.3549

5 0.0503 24.5497 1.283 1.214 0.0335 24.5162 2 2.5345

6 0.0500 32.5442 1.524 1.455 0.0404 32.5038 2 3.3804

7 0.0506 40.2204 1.935 1.866 0.0521 40.1683 2 4.1280

8 0.0500 80.8299 2.351 2.282 0.0640 80.7659 2 8.3997

9 0.0502 157.7333 0.234 0.165 0.0018 157.7315 1 16.3387

10 0.0525 254.0952 0.202 0.133 0.0013 254.0939 1 25.1674

Contoh perhitungan:

Konsentrasi teradsorpsi = Konsentrasi awal-Konsentrasi akhir = 254.0952 μM-0.0013 μM = 254.0939 μM

Konsentrasi teradsorpsi ppm = 254.0939×10-6

mol L×104 g mol× 1000 mg g = 26.4258 mg L

Kapasitas adsorpsi Q = Volume larutan×Konsentrasi teradsorpsi

Bobot zeolit =

0.05 L×26.4258 mg L

0.0525 g = 25.1674 mg/g

21

Lampiran 9 Voltamogram EPKZB pada beberapa parameter pengukuran

a. Voltamogram EPKZB akibat pengaruh pH analit

-1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5

-35.0µ

-30.0µ

-25.0µ

-20.0µ

-15.0µ

-10.0µ

-5.0µ

0.0

5.0µ

10.0µ

15.0µA

rus

(A)

Potensial (V) vs Ag/AgCl

pH 1

pH 2

pH 3

pH 4

pH 5

pH 6

b. Voltamogram EPKZB akibat pengaruh waktu prakonsentrasi

-1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5

-20.0µ

-15.0µ

-10.0µ

-5.0µ

0.0

5.0µ

10.0µ

Aru

s (A

)

Potensial (V) vs Ag/AgCl

5 menit

10 menit

15 menit

20 menit

25 menit

30 menit

35 menit

c. Voltamogram EPKZB akibat pengaruh komposisi zeolit-besi

-1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5

-20.0µ

-15.0µ

-10.0µ

-5.0µ

0.0

5.0µ

Aru

s (A

)

Potensial (V) vs Ag/AgCl

EPKZB 10

EPKZB 20

EPKZB 30

EPKZB 40

EPKZB 50