pengaruh berat membran zeolit pada penurunankadar ag dalam limbah fotografi di ptapb-batan secara...

PROSIDING SEMINAR NASIONAL PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR

Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan Yogyakarta, 19 September 2006

Aryadi, dkk. ISSN 1410 – 8178 85

PENGARUH BERAT MEMBRAN ZEOLIT PADA PENURUNAN KADAR Ag DALAM LIMBAH FOTOGRAFI DI PTAPB-BATAN

SECARA ELEKTRODIALISIS

Aryadi dan Indra Suryawan PTAPB-BATAN

ABSTRAK

PENGARUH BERAT MEMBRAN ZEOLIT PADA PENURUNAN KADAR Ag DALAM LIMBAH FOTOGRAFI DI PTAPB-BATAN SECARA ELEKTRODIA-LISIS. Telah dilakukan proses penurunan kadar Ag di dalam limbah cair fotografi menggunakan membran zeolit secara elektrodialisis dengan variasi berat membran zeolit dengan tujuan untuk pengolahan limbah fotografi hingga kadar Ag di bawah ambang batas yang diijinkan. Zeolit-H dan zeolit-P dari berbagai variasi berat (5, 6, 7, 8, 9,10 dan 11 gram), dipres dengan tekanan 10 ton selama 15 menit lalu diaktivasi pada suhu 400 0C selama 3 jam. Pada proses elektrodialisis membran zeolit aktif dipergunakan untuk mengikat ion Ag+ yang ada di dalam sampel. Pada proses elektrodialisis digunakan tegangan listrik 15 volt. Efisiensi penurunan kadar Ag yang paling optimum adalah pada berat membran 11 gram yaitu 94,48 %, atau kadar Ag turun dari 1493,44 mg/l menjadi 82,3 mg/l.

ABSTRACT

ZEOLITE MEMBRANE WEIGHT INFLUENCE AT Ag DEGRADATION ON PHOTOGRAPHY WASTE IN PTAPB-BATAN BY ELECTRODIALYSISEL. Have been done by process of Ag degradation of on liquid waste of photography use the zeolite membrane in electrodialysis with the heavy variation of zeolite membrane with the propuse to processed of photography waste till Ag of below/under permitted boundary sill. Zeolit-H And zeolit-P from various variation of weight ( 5, 6, 7, 8, 9,10 and 11 gram) pressed with the pressure 10 ton during last 15 minutes was activation at temperature 400 0C during 3 hours. At process of utilized active zeolite membrane electrodialysisel to fasten the ion Ag+ exist in in sampel. At electrodialysisel process used by voltage 15 volt. efficiency of most optimum rate Ag degradation is membrane weight 11 gram that is 94,48 %, or rate Ag alight from 1493,44 mg / l become 82,3 mg/l.

PENDAHULUAN

asalah lingkungan akhir-akhir ini menjadi permasalahan yang sangat seriua terhadap

kesehatan manusia dan juga kelangsungan makhluk hidup lainnya, seiring dengan perkembangan teknologi dan industri yang amat pesat. Dampak dari perkembangan teknologi dan industri dewasa ini bersifat positip dan negatif. Dampak yang bersifat positip memang diharapkan oleh manusia dalam rangka meningkatkan kualitas dan Kenya-manan hidup. Namun dampak yang bersifat negatif tidak diharapkan karena dapat menurunkan kualitas dan kenyamanan hidup. Oleh karena itu dampak negatif harus ditekan sekecil mungkin atau kalau bisa dihilangkan. Dampak negatif yang timbul akan

mengakibatkan pada pencemaran, baik pencemaran darat, udara maupun air.4)

Dampak negatif yang berakibat pada pencemaran air merupakan salah satu permasalahan serius yang sedang kita hadapi saat ini disamping pencemaran udara dan pencemaran daratan yang juga tidak kalah pentingnya. Pengertian dasar pencemaran air dapat diartikan sebagai masuknya bahan atau zat asing di dalam air yang menyebabkan perubahan susunan/komposisi air dari keadaan normalnya. Pencemaran air terjadi karena limbah cair langsung dibuang kebadan air tanpa mengalami pengolahan terlebih dahulu atau sudah melalui proses pengolahan limbah namun belum memadai.8).

M



ISSN 1410 - 8178 Aryadi, dkk. 86

Kemajuan teknologi industri fotografi begitu pesat sehingga produksi limbah yang dihasilkan dari kegiatan tersebut sudah sangat membahayakan apabila tidak ditangani secara serius. Fotografi adalah proses pengambilan gambar suatu objek dengan menggunakan kamera dan film sebagai alat perekamnya. Pada proses cuci cetak foto pada suatu industri fotografi menghasilkan limbah cair. Limbah cair tersebut banyak menga-ndung larutan dan emulsi kristal-kristal perak yang berasal dari lapisan film yang tidak terpakai. Apabila limbah cair sisa pencucian film tersebut langsung dibuang kelingkungan atau langsung keperesapan tanpa melalui pengolahan terlebih dahulu, maka limbah tersebut sangat berpotensi sebagai bahan pencemar yang sangat membaha-yakan terutama terhadap gangguan kesehatan manusia. Adapun dampak dari masuknya perak kedalam tubuh manusia secara akumulasi dapat mengakibatkan pigmentasi atau sering disebut Argyria yaitu suatu gangguan kesehatan akibat keracunan perak. Berdasarkan Peraturan Pemerintah Republik Indonesia No,. 85 tahun 1999 bahwa kandungan perak (Ag) yang diperbolehkan dibuang kelingkungan yaitu sebesar 5 mg/l. Sedangkan kandungan perak (Ag) pada limbah cair fotografi berkisar antara 1000 – 5000 mg/l.

Dengan melihat kenyataan tersebut diatas bahwa limbah cair bekas pencucian film sangat membahayakan, maka sebelum dibuang kelingkungan harus diolah terlebih dahulu sehingga nantinya diharapkan kandungan perak (Ag) yang terkandung banyak berkurang hingga di bawah ambang batas yang perbolehkan. Salah satu kegiatan di laboratorium foto rongent di Poliklinik dan di laboratorium Spektrografi Emisi, Bidang Kimia dan Proses Bahan PTAPB-BATAN adalah pencucian film hasil foto rongent dari para pasien dan bekas cairan pencuci film (fixer) pada analisis unsur terutama impuritas uranium.. Pada proses pencucian film tersebut dihasilkan limbah cair dari bekas pencucian film (fixer) yang sementara ini hanya ditampung di dalam suatu tempat dan belum dilakukan pengolahan untuk mengurangi kadar Ag. Salah satu alternatif untuk mengolah limbah fotografi yang didominasi logam Ag yaitu dengan cara “Elektrodialisis” dengan menggunakan membran yang terbuat dari bahan lokal zeolit. Dengan dialiri arus listrik searah (DC), maka akan terjadi proses elektrokimia sehingga terjadi pertukaran ion yaitu ion Ag+ akan ditukar ion H+ pada membran zeolit - H dan ion Ag+ yang tersisa akan menempel pada katoda, sehingga efluen diharapkan sudah tidak mengandung Ag lagi atau kandungan turun hingga ambang batas .yang diijinkan.2)

Pada penelitian ini akan dilakukan proses penurunan kadar Ag di dalam limbah cair fotografi bekas pencucian film pada laboratorium foto rongent di Poliklinik PTAPB-BATAN Yogyakarta dengan metode elektrodialisis menggunakan membran zeolit. Membran zeolit adalah membran yang terbuat dari zeolit yang dipergunakan pada proses elektrokimia yaitu proses perpindahan ion-ion melintasi membran selektif anion dan kation menuju elektroda akibat aliran arus searah (Direct Current). Proses tersebut selanjutnya disebut proses elektrodialisis7). Jadi elektrodia-lisis adalah gabungan antara elektrokimia dengan pertukaran ion. Prosesnya melibatkan membran selektif ion. Ion positif bergerak menuju ke elektroda negatif, sedangkan ion negatif bergerak menuju elektroda positif. Elektro membran sebenarnya tak lain adalah resin yang dibentuk sebagai lembaran yang selektif anion atau kation. Gejala perpindahan ion pada elektrodialisis berasal dari pengaruh potensial arus searah (DC) atas larutan ionik .

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh berat membran pada penurunan kadar Ag di dalam limbah pencuci film (fixer).

TEORI

a. Zeolit Mineral zeolit terbentuk dari abu volkanik

yang mengendap jutaan tahun lalu. Sifat-sifat zeolit dan berbagai deposit sangat bervariasi tergantung dari jenis dan kadar mineral zeolit. Zeolit merupakan mineral yang terdiri dari kristal aluminosilikat terhidrasi yang mengandung kation alkali atau alkali tanah dalam kerangka tiga dimensinya. Rumus empiris zeolit secara umum ditulis seperti dibawah ini 1.7) :

(M2/nO. AL2O3 x SiO2. yH2O) M = kation alkali atau alkali tanah N = valensi logam alkali X = bilangan tertentu(2 s/d 10) y = bilangan tertentu (2 s/d 7)

Zeolit terdiri dari 3 komponen yaitu kation yang diperlukan, kerangka aluminosilikat, dan fase air. Logam alkali merupakan sumber kation yang mudah dipertukarkan. Ion-ion logam alkali tersebut dapat diganti oleh kation lain tanpa merusak struktur zeolit. Sedangkan jumlah molekul air menunjukkan jumlah pori-pori atau volume ruang hampa akan terbentuk bila unit sel kristal tersebut dipanaskan 1).

Kerangka dasar struktur melalui atom O dan didalam struktur tersebut Si dapat diganti Al zeolit ini terdiri dari unit-unit tetrahidrol AlO4 dan SiO4 yang saling berhubungan.




Gambar.1 : Rumus struktur zeolit

Gugus aktif yang berupa kation yang dapat tertukar (M) pada zeolit merupakan penetral muatan negatif dari kerangka struktur zeolit yang diakibatkan oleh subtitusi atom Si oleh Al. Kation M dapat tertukar oleh kation dari suatu larutan. 7)

Jadi zeolit terdiri dari 3 komponen yaitu kation yang dipertukarkan kerangka alumino silikat dan fase air. Ikatan ion Al-Si- O membentuk struktur kristal, sedangkan logam alkali merupakan sumber kation yang mudah dipertukarkan 5).

Gambar.2 Kerangka dasar tetrahedral Zeolit mempunyai struktur berongga dan

biasanya rongga ini diisi oleh air dan kation yang bisa dipertukarkan dan memiliki ukuran pori tertentu sehingga dapat dimanfaatkan sebagai penyaring molekuler, penukar ion, penyerap bahan dan katalisator

Zeolit ini dimanfaatkan karena mepunyai sifat-sifat tertentu 5): 1). Dehidrasi

Sifat dehidrasi ini akan berpengaruh terhadap sifat adsorpsinya. Zeolit dapat melepaskan molekul air dari dalam rongga permukaan yang menyebabkan medan listrik meluas kedalam rongga utama dan akan efektif berinteraksi dengan molekul yang akan diadsorbsi. Jumlah molekul air sesuai dengan jumlah pori-pori atau volume ruang hampa yang akan terbentuk bila unit sel kristal zeolit tersebut dipanaskan. 2). Penukar ion

Kenetralan zeolit dapat dijaga oleh ion-ion pada rongga atau kerangka elektrolit. Ion-ion ini dapat bergerak bebas sehingga penukaran ion yang terjadi tergantung dari ukuran dan muatan maupun

jenis zeolitnya. Sifat zeolit sebagai penukar ion tergantung dari sifat kation, suhu dan jenis anion. 3) Katalis

Bila zeolit digunakan pada proses penyerapan atau katalistis, maka akan terjadi difusi molekul kedalam ruang bebas diantara kristal. Dengan demikian dimensi serta lokasi batuan sangat penting 4). Pemisah/penyaring

Oleh karena zeolit mempunyai ruang hampa yang cukup besar dengan ruang hampa yang bermacam-macam, maka zeolit dapat digunakan untuk memisahkan gas atau zat lain dari suatu campuran. Kemampuan zeolit untuk bertindak sebagai penyaring molekul tergantung dari volume dan ukuran garis tengah ruang hampa dan kristal-kristal ini 5).Adsorbsi

Bila zeolit kristal dipanaskan pada suhu 200 – 400 0C, maka air tersebut akan keluar sehingga zeolit dapat berfungsi sebagai penyerap gas atau cairan. Beberapa jenis mineral zeolit mampu menyerap gas sebanyak 30 % dari beratnya dalam keadaan kering. Selain itu zeolit juga mampu memisahkan molekul zat berdasarkan ukuran dan kepolarannya. Selektifitas adsorpsi zeolit terdapat ukuran molekul tertentu dapat disesuaikan dengan jalan penukaran kation, dekationisasi, dealuminasi secara gidrotermal dan pengubahan perbandingan kadar Si dan Al.

b. Teknologi Membran Membran didefinisikan sebagai satu lapisan

tipis yang memisahkan dua fase dan mengatur perpindahan massa dari kedua fase yang dipindahkan. Di dalam sel elektrokimia membran berfungsi sebagai sensor terhadap ion tertentu yang disebut membran selektif ion. Dalam teknologi kimia penggunaan membran menempati posisi penting dan telah digunakan dalam berbagai aplikasi. Sifat utama dari membran yang dimanfaatkan adalah mempunyai kemampuan untuk mengontrol angka penyerapan dari zat kimia yang melewati membran.3).

c. Membran zeolit Membran zeolit adalah membran yang

terbuat dari zeolit yang dipergunakan pada proses elektrokimia yaitu proses perpidahan ion-ion melintasi membran selektif anion dan kation menuju elektroda akibat aliran arus searah (Direct Current). Proses tersebut selanjutnya disebut proses elektrodialisis. Jadi elektrodialisis adalah gabungan antara elektrokimia dengan pertukaran ion. Prosesnya melibatkan membran selektif ion. Ion positif bergerak menuju ke elektroda negatif, sedangkan ion negatif bergerak menuju elektroda positif. Membran zeolit sebenarnya tak lain adalah




resin yang dibentuk sebagai lembaran yang selektif anion atau kation. Gejala perpindahan ion pada elektrodialisis berasal dari pengaruh potensial arus searah (DC) atas larutan ionik.

TATA KERJA

Bahan : • Sampel limbah fotografi • Zeolit alam dari Gunungkidul • Aquadest • AgCl High pure produksi Spex industry • Elektroda grafit, Developer dan Fixer

Alat : • Sel elektrodialisis • Alat-alat gelas • Digital multimeter • Elektroda Fe dan Cu • Oven • Timbangan Analitik Sartorius (6 digit

dibelakang koma) • Alat Pres • Unit analyzer Spektrograf Emisi • Unit pencucian film dan unit densitometer

Cara kerja : • Persiapan alat elektrodialisis

Pembuatan membran zeolit-H(katoda) dan zeolit-P(anoda) Ditimbang zeolit-H dan zeolit-P dengan berbagai variasi berat. Masing-masing (zeolit telah ditimbang), lalu dipress menggunakan alat pres dengan tekanan 10 ton selama 15 menit. Didapatkan membran zeolit dengan diameter 6 mm dengan ketebalan yang bervariasi tergantung dari berat zeolit.. Membran zeolit hasil pres diaktivasi pada oven dengan suhu aktivasi 400 0C selama 3 jam. Didapatkan membran zeolit aktif yang siap untuk digunakan.

Gambar 3. Membran zeolit • Merangkai alat elektrodialisis

Menyambung potongan-potongan pipa pralon berlubang yang telah disiapkan dengan ukuran tertentu dengan sock pralon

menggunakan lem untuk aquarium. Membran zeolit-H dan membran zeolit-P yang telah diaktifkan diletakkan diantara ujung pipa pralon dengan jarak tertentu, kemudian kedua ujung ditutup dengan penutup pipa pralon yang masing-masing ujung diletakkan elektroda negatip yaitu lempengan tembaga (Cu) sebagai katoda dan lempengan besi (Fe) sebagai anoda. Memasang slang-slang yaitu slang influen limbah fotografi dan HNO3 0,1 N, serta slang effluen sebagai hasi hasil proses. Menghubungkan kabel dari sumber arus (power supply) DC dengan anoda dan katoda

Gambar 4. Alat elektrodialisis untuk pengolahan limbah fotografi dengan menggunakan elektro membran

Tabung elektrodialisis dialiri larutan HNO3 0,1 N melalui selang plastik hingga anoda dan katoda terjadi kontak listrik.

⇒ Limbah fotografi dengan volume 500 ml dialirkan melalui lubang influen dan lubang efluen dibuka dan diatur laju alirnya yaitu 1 ml/menit.

⇒ Sumber arus listrik dihidupkan dengan tegangan konstan 15 volt

⇒ Efluen hasil proses ditampung dalam botol penampung untuk dianalisis

⇒ Perlakuan diulang-ulang sesuai dengan banyaknya variabel berat membran.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Langkah awal dari penelitian ini adalah analisis limbah cair pencuci film (fixer) dari laboratorium foto rongent poliklinik PTAPB-BATAN Yogyakarta sebelum dilakukan proses elektrodialisis dengan menggunakan alat analisis Spektrograf Emisi. Dari analisis tersebut didapatkan kadar Ag di dalam limbah cair fotografi adalah 1493,44 mg/l

Dari data analisis tersebut, sebelum dilakukan proses pengolahan kadar Ag sebesar 1493,44 mg/ml dapat dijadikan dasar perhitungan efisiensi penurunan kadar Ag setelah dilakukan




proses pengolahan secara elektrodialisis menggunakan elektro membran zeolit dalam limbah pencucian film. Data hasil penelitian dapat dilihat pada Tabel 1.

Tabel 1. Pengaruh berat membran terhadap efisiensi penurunan kadar Ag

Tegangan : 15 volt Volume limbah : 500 ml

No. Berat Membran

(gram)

Kadar Ag Awal (mg/l)

Kadar rata-rata Ag Akhir

(mg/l)

Ef. (%)

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

5

6

7

8

9

10

11

1493,44

1493,44

1493,44

1493,44

1493,44

1493,44

1493,44

735,9

611,9

439,9

365,1

201,1

145,9

82,3

50,72

59,03

70,54

75,55

86,53

90,23

94,48

Dari tabel tersebut di atas dapat diketahui bahwa semakin berat membran zeolit yang digunakan pada proses elektrodialisis, semakin banyak pula logam Ag yang terserap pada membran zeolit. Penurunan kadar Ag tertinggi pada berat membran 11 gram yaitu dari kadar awal Ag pada limbah cair pencuci film sebesar 1493,44 mg/l setelah mengalami proses menjadi 82,3 mg/l atau efisiensi penurunannya sebesar 94,48%.

Analisa data dengan menggunakan regresi linier, didapatkan kurva hubungan antara berat membran terhadap penurunan kadar Ag. Kurva tersebut dapat dilihat pada Gambar 4.2

Gambar 4.2 : Kurva hubungan antara berat

membran terhadap penurunan kadar Ag Pada Tabel 4.3 terlihat bahwa pengolahan

limbah pencuci film dengan menggunakan variasi berat membran zeolit dapat menurunkan kadar Ag pada limbah tersebut. Semakin berat membran yang dipergunakan, maka semakin banyak pula ion Ag yang terserap kedalam membran zeolit tersebut, sehingga efisiensi penurunannya semakin tinggi. Dari hasil analisis regresi linier untuk logam Ag

setelah pengolahan dengan menggunakan variasi berat membran zeolit, maka diperoleh kurva hubungan antara berat membran zeolit sebagai absis (X) dengan penurunan kadar Ag sebagai ordinat (Y). Setelah dilakukan analisis data dengan perhitungan statistik, maka didapatkan persamaan garis linier sebagai berikut : Y = 433,81 + 10,63 x dengan nilai korelasi r = - 0,9565 dan koefisien determinasi r2 = 0,9149

Dari data tersebut menunjukkan bahwa hubungan antara berat membran zeolit dengan penurunan kadar Ag sangat erat. Hubungan tersebut yaitu semakin berat membran yang digunakan, maka akan semakin banyak pula ion Ag+ yang ditangkap oleh membran zeolit-H yang bermuatan negatip.

Kadar Ag setelah mengalami proses elektrodialisis menjadi 82,3 mg/l dengan efisiensi penurunan 94,48%, hal ini belum memenuhi persyaratan untuk dibuang kelingkungan. Oleh sebab itu harus dilakukan proses bertingkat yaitu efluen dari proses I dijadikan sebagai influen pada proses ke II. Apabila hal ini dilakukan, maka secara matematis akan dihasilkan kadar Ag sebagai berikut:

543,4

3,82100

48,943,82

=

−=xX

Kadar Ag yang dihasilkan setelah mengalami proses dua tingkat adalah 4,543 mg/l atau lebih kecil dari batas maksimum yang diijinkan yaitu 5 mg/l

KESIMPULAN

Berdasarkan hasil penelitian, maka dapat disimpulkan bahwa berat membran zeolit yang dipergunakan pada proses elektrodialisis sangat berpengaruh terhadap penurunan kadar Ag di dalam limbah fotografi. Semakin berat membran zeolit yang dipergunakan dalam proses elektrodialisis, maka semakin besar pula penurunan kadar Ag. Dalam penelitian ini berat elektro membran zeolit yang terbesar adalah 11 gram dapat menurunkan kadar Ag dari 1493,44 mg/l menjadi 82,3 mg/l atau efisiensi penurunan kadar Ag adalah 94,48 %. Untuk mendapatkan kadar Ag yang sesuai dengan yang diharapkan maka dilakukan proses bertingkat.

DAFTAR PUSTAKA

1. ASRIA, DKK. 2000, “Kajian karakterisasi, modifikasi zeolit alam sebagai penukar kation dan sementasi terhadap ion Ce+,” F.Matematika dan IPA,. UGM Yogyakarta

2. DAY, RA, JR/ AL. 1981, “Analisa kimia kuantitatif,” Edisi keempat,Erlangga




3. HARTONO AJ. DAN MC. WIDIATMOKO, 1994, Teknologi membran pemurnian air, Andhi Offset, Yogyakarta.

4. SUGIHARTO, 1987, Dasar-dasar Pengolahan Air Limbah, UI Press, Jakarta.

5. SUTARTI DKK. 1994, Zeolit tinjauan literaur, Pusat Dokumentasi dan Informasi Ilmiah, LIPI, Jakarta.

6. TJOKROKUSUMO KRT, 1995, Pengantar Konsep Teknologi Bersih Khusus Pengelolaan dan Pengolahan Air, STTL-YLH, Yogyakarta.

7. WAHYUNI ENDANG TRI, 1995. “Studi pendahuluan pemisahan ion Cr (VI) DAN Cr ( III) menggunakan zeolit alam,” jurusan kimia, FMIPA, UGM, Yogyakarta

8. WARDHANA WISNU ARYA, 1995, Dampak Pemncemaran Lingkungan, Andy Ofset, Yogyakarta.

9. WILLIAM DKK., 1964, Tables of Spectral-Line Intensities, New York.

TANYA JAWAB

Sunarto Berapa arus yang digunakan pada proses elektrodialisis selain Ag apa dapat digunakan unsure yang lain

Aryadi Arus yang digunakan 2 A, selain Ag membran zeolit pada prinsipnya bias untuk menurunkan kadar unsur lain, missal Na dari airlaut yang mengandung NaCl atau bias dengan logam lain seperti Fe, Cu, Cr dll

Farida Ernawati Hasil akhir pada penelitian anda masih mengandung Ag = 83 jauh diambang batas yang diijinkan, bagaimana dengan hal ini

Aryadi Hasil akhir memang masih jauh diambang batas namun efisiensi penurunan kadar Ag dibawah ambang batas yaitu dibawah 5 µg/ml, maka dilakukan proses bertingkat. Apabila hal ini dilakukan proses lagi dengan berdasar efisiensi penurunan 94,48, maka hasil akhir diperoleh kadar Ag 4,543 µg/ml.

pengaruh berat membran zeolit pada penurunankadar ag dalam limbah fotografi di ptapb-batan secara...

Documents