pengaruh waktu kontak terhadap daya adsorpsi tulang sapi pada pb _muchlas akbar

Jurusan Kimia Universitas Negeri Makassar. 2012

*Diajukan kepada Fakultas MIPA untuk memenuhi sebagian persyaratan guna memperoleh gelar Sarjana Kimia

** Mahasiswa Kimia Universitas Negeri Makassar

Pengaruh Waktu Kontak Terhadap Daya Adsorpsi Tulang Sapi Pada Ion Timbal (Pb2+) *

Muchlas Akbar**

071314001 Jurusan Kimia Universitas Negeri Makassar

ABSTRAK

MUCHLAS AKBAR, 2012. Pengaruh Waktu Kontak terhadap Daya Adsorpsi Tulang Sapi pada Ion Timbal (Pb2+). Program Studi Kimia, Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Makassar (dibimbing oleh Muhaedah Rasyid dan Melati Masri).

Penelitian ini merupakan penelitian eksperimen yang bertujuan untuk mengetahui pengaruh waktu kontak terhadap daya adsorpsi tiga jenis adsorben tulang sapi terhadap ion timbal (Pb2+) dan menentukan daya adsorpsi masing-masing adsorben pada waktu kontak optimum serta menentukan jenis adsorben tulang terbaik dalam menurunkan kadar logam Pb2+ dalam larutan. Preparasi sampel dilaksanakan di Laboratorium Dinas ESDM Provinsi Sulawesi Selatan dan Laboratorium Kimia FMIPA UNM dan analisis sampel dilakukan di Laboratorium Dinas ESDM Provinsi Sulawesi Selatan. Sampel tulang sapi diambil dari RPH Tamangngapa Antang. Adsorben tulang sapi yang digunakan terdiri dari tepung tulang, arang tulang dan arang tulang teraktivasi yang pembuatannya merupakan proses yang berkesinambungan. Arang tulang dibuat melalui karbonasi tepung tulang pada suhu 400oC selama 1 jam dan arang tulang teraktivasi dibuat melalui aktivasi kimia arang tulang menggunakan NaCl jenuh dan aktivasi fisika pada suhu 400oC selama 1 jam. Adsorben tulang sapi kemudian digunakan untuk mengadsorpsi ion Pb2+

konsentrasi 4 ppm pH 6 dengan variasi waktu kontak 15, 30, 45, 60, 75 dan 90 menit yang dianalisis dengan menggunakan spektrofotometer serapan atom (SSA). Berdasarkan hasil analisis, menunjukkan bahwa semakin lama waktu kontak maka semakin besar daya adsorpsi tulang sapi terhadap ion Pb2+. Daya adsorpsi optimum tepung tulang, arang tulang dan arang tulang teraktivasi masing-masing sebesar 1,7887; 2,0276; 2,0750 mg/g dengan waktu kontak optimum masing-masing sebesar 60, 75 dan 75 menit. Hasil tersebut menunjukkan bahwa arang tulang teraktivasi merupakan jenis adsorben tulang terbaik dalam menurunkan kadar ion Pb2+.

Kata Kunci : Adsorpsi, Adsorben Tulang Sapi, Ion Pb2+.




ABSTRACT MUCHLAS AKBAR. 2012. The Effect of Contact Time on Adsorption Capacity of Cow’s Bone to the Pb2+ ions . Thesis. Study of Chemistry, Departement of Chemistry, Faculty of Mathematics and Natural Science. University State of Makassar (suvervised by Hj. Muhaedah Rasyid and Melati Masri). This experiment research an aim to determine the effect of contact time on the adsorption of cow’s bone to the Pb2+ ions and to know the adsorption capacity of three types of cow bone sorbents to Pb2+ ion at the optimum contact time and to determine the best adsorbent of cow bone to removal of lead ions in solution. Sampel preparation was carried out in Laboratory of Dinas ESDM Sulawesi Selatan and Chemistry Laboratory FMIPA UNM and analized in Laboratory of Dinas Energi ESDM Sulawesi Selatan. Cow bone sample taken from RPH Tamangngapa Antang. Cow’s bone adsorbents that is used consist of bone powder, bone char and activated bone char are making a continuous process. Bone char was prepared from carbonized of bone powder at temperatures 400oC for a hour and activated bone char was prepared from chemical activation of bone char by used saturated NaCl and carried out in temperatur of 400oC for a hours. Cow’s bone adsorbents use to adsorb Pb2+ ion 4 ppm concentration and pH 6 with variation of contact time 15, 30, 45, 60, 75 and 90 minute and analized with AAS. Based on the analysis result show that longer the contact time, the greater adsorption capacity of cow’s bone to the Pb2+ ions. The optimum adsorption capacity of bone powder, bone char and activated bone char were 1,7887; 2,0276; 2,0750 mg/g by turn and the optimum of contact time were 60, 75 dan 75 minutes by turn. These result indicate that the activated bone char is the best adsorbent in removing Pb concentration on solution. Keywords : Adsorption, Cow Bone Sorbents, Pb2+ ion. PENDAHULUAN

Pemotongan atau penyembelihan ternak sapi, akan menghasilkan produk utama berupa daging, serta beberapa jenis produk sampingan antara lain tulang sapi. Karena ukuran sapi yang cukup besar jika dibandingkan dengan hewan konsumsi lainnya seperti ikan dan unggas, maka jumlah tulang yang dihasilkannya juga besar. Dari pemotongan satu ekor sapi dengan berat 500-700 kg, akan didapatkan tulang yang beratnya mencapai 50 kg. Jika tidak diolah, tulang sapi akhirnya menjadi limbah yang berpotensi mengganggu lingkungan.

Pada awalnya tulang sapi hanya dimanfaatkan untuk bahan baku kerajinan. Namun, sesuai dengan perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi, tulang sapi dapat dimanfaatkan untuk keperluan yang beraneka ragam. Salah satu contohnya adalah pemanfaatan tulang sapi sebagai material penyerap (adsorben) pada proses adsorpsi.

Adsorpsi merupakan proses penyerapan atau penggumpalan yang berlangsung pada permukaan material berpori. Tulang sapi yang kandungan utamanya adalah material anorganik berupa mineral hidroksiapatit, Cax(PO4)y(OH)z, secara fisik memiliki pori-pori yang sangat memungkinkan




memiliki kemampuan dalam mengadsorpsi zat-zat lain ke dalam pori-pori di permukaannya.

Potensi ini sangat bermanfaat, terutama jika diterapkan dalam upaya mengatasi pencemaran limbah berbahaya yang berasal dari industri maupun rumah tangga, diantaranya adalah pencemaran logam berat. Logam berat termasuk limbah berbahaya karena tidak dapat terdegradasi, memiliki sifat toksisitas (racun) pada makhluk hidup dan dapat terakumulasi dalam jangka waktu tertentu (Khasanah, 2009).

Di antara logam berat, timbal atau timah hitam atau plumbum (Pb) merupakan polutan yang cukup besar saat ini di lingkungan. Hal ini bisa terjadi karena sumber utama pencemaran timbal berasal dari emisi gas buang kendaraan bermotor. Selain itu timbal juga terdapat dalam limbah cair industri yang pada proses produksinya menggunakan timbal, seperti industri pembuatan baterai, industri cat dan industri keramik (Naria, 2005).

Beberapa penelitian telah melaporkan tentang penggunaan limbah tulang sapi sebagai adsorben logam timbal. Diantaranya adalah Cha dkk. (2010) yang meneliti tentang kinetika dan mekanika adsorpsi timbal oleh tepung tulang sapi mengemukakan bahwa kandungan hidroksiapatit alami pada tepung tulang sapi sangat baik dalam menghilangkan ion Pb2+ pada limbah. Sedangkan Halim dkk. (2002) melaporkan bahwa arang tulang sapi mampu menyerap logam timbal lebih baik jika dibandingkan dengan karbon aktif.

Besarnya daya adsorpsi suatu adsorben dipengaruhi beberapa faktor, salah satunya adalah lamanya waktu kontak. Penentuan waktu kontak adsorpsi dilakukan dengan tujuan untuk mengetahui waktu minimum yang dibutuhkan adsorben untuk mengadsorpsi secara optimal atau telah mencapai kesetimbangan. Pada penelitian ini, peneliti bermaksud untuk mempelajari pengaruh waktu kontak terhadap daya adsorpsi tulang sapi pada ion timbal Pb2+.

Tulang sapi yang digunakan adalah bagian paha (femur) karena bagian ini lebih mudah dipisahkan dengan jaringan disekitarnya dan memiliki kandungan hidroksiapatit yang besar. Adsorben tulang sapi dibuat dalam tiga jenis yaitu dalam bentuk tepung tulang, arang tulang dan arang tulang teraktivasi. Proses aktivasi arang tulang yang dilakukan berupa aktivasi kimia menggunakan NaCl sebagai aktivator.

Data waktu kesetimbangan yang diperoleh dari masing-masing jenis adsorben tulang sapi akan dibandingkan untuk mengetahui jenis adsorben tulang yang terbaik dalam menyerap ion timbal Pb2+ dalam larutan.

TINJAUAN PUSTAKA

Tulang adalah jaringan ikat yang rumit dan sangat terorganisir yang secara fisik merupakan jaringan yang keras, kaku dan kuat. Pada umumnya penyusun tulang diseluruh tubuh manusia dan hewan semuanya berasal dari material yang sama dan terdiri dari lapisan-lapisan sebagai berikut :

Tulang dapat diklasifikasikan sebagai salah satu jenis berikut :




1. Tulang panjang yaitu tulang yang berbentuk tubular di dalamnya terdapat rongga tempat sumsum contohnya bagian femur, tibia, humerus, radius, dan ulna ditemukan dibagian tungkai dan lengan.

2. Tulang pendek yaitu tulang berbentuk kubik dan berukuran kecil contohnya tulang jari-jari kaki dan tangan (tulang carpal dan tarsal).

3. Tulang datar (plate) yaitu tulang berbentuk pipih contohnya tulang iga, ribs, sternum , cranium , scapula.

4. Tulang tidak beratutan seperti tulang belakang. 5. Tulang sesamoid, contohnya patella dan dan tulang kecil di otot flexor

hallucis longus (otot lengan bawah) dan di tendon peroneus longus. (Nather, dkk, 2005).

Secara kimiawi komposisi penyusun tulang pada basis berat, terdiri dari kurang lebih 69% anorganik, 22% organik dan 9% air. Sedangkan basis volume yaitu 40% anorganik, 35% organik dan 25% air. Fasa organik utama dari tulang adalah kolagen (90% berat) dan sejumlah kecil senyawa lain termasuk glycosaminoglycans (GAGs), proteoglycans dan glikoprotein (Darmayanto,2009).

Fasa utama anorganik dari tulang adalah sebuah mineral garam kristalin yang merupakan kalsium fosfat dan sering kali diidealkan sebagai hidroksiapatit atau hidroksilapatit. Sedangkan fasa anorganik tulang selain kalsium hidroksiapatit adalah garam-garam natrium, magnesium, kalium, klor, flour dan sitrat dalam jumlah yang bervariasi.

Hidroksiapatit (HA) atau secara lengkap disebut kalsium hidroksiapatit adalah bentuk apatit mineral kalsium alam berupa kristal putih dengan rumus Ca5(PO4)3(OH), tetapi biasanya ditulis Ca10(PO4)6(OH)2, menunjukkan bahwa kisi kristal terdiri dari dua entitas. Hidroksiapatit adalah anggota dari kelompok hidroksi apatit. Ion-OH dapat diganti dengan fluorida, klorida atau karbonat, fluorapatite atau produksi chlorapatite. Ia mengkristal dalam sistem kristal heksagonal. Ia memiliki kerapatan 3,08 - 5 pada skala kekerasan Mohs (Wikipedia, 2011).

Gamber 1. Struktur molekul hidroksiapatit

Menurut Kubo, kristal hidroksiapatit yang terdapat pada tulang secara fisik

merupakan material biokeramik dengan struktur permukaannya yang memiliki pori-pori. Material yang bersifat keramik secara umum memiliki kemampuan sebagai adsorben, penyebabnya adalah permukaan material ini cenderung berpori-pori, adanya gaya adhesi mengakibatkan material ini dapat menyerap zat-zat lain ke dalam pori-porinya (Darmayanto,2009).Hidroksiapatit sebagai salah satu material keramik sangat memungkinkan memiliki kemampuan dalam mengadsorpsi zat-zat lain ke dalam pori-pori di permukaannya.




Beberapa penelitan mengenai adsorpsi, telah menggunakan limbah tulang sapi sebagai adsorbennya. Diantaranya, Moreno dkk. (2010) yang menggunakan arang tulang sapi untuk membersihkan logam Mn, Fe, Ni dan Cu dari limbah cair. Hasilnya menunjukkan bahwa arang tulang sapi memiliki kapasitas adsorpsi yang relatif tinggi untuk kesemua logam berat yang diteliti. Cha dkk. (2010) yang meneliti tentang kinetika dan mekanika adsorpsi timbal oleh tepung tulang sapi mengemukakan bahwa kandungan hidroksiapatit pada tepung tulang sapi sangat baik dalam menghilangkan ion Pb2+ pada limbah.

Penggunaan tulang sebagai adsorben logam berat dapat dilakukan dalam bentuk tepung tulang maupun arang tulang. Tepung tulang biasanya berasal dari tulang sapi yang telah dibersihkan dari sisa-sisa daging dan diproses sehingga berbentuk tepung. Tepung tulang berbentuk serpihan (tepung) berwarna putih hingga coklat dengan tekstur yang kasar jika dirasakan, dengan aroma khas seperti daging sapi tapi ada juga yang tidak berbau (Tarwiyah, 2001).

Arang tulang, juga dikenal sebagai tulang hitam, gading hitam, arang hewan, atau abaiser, merupakan bahan butiran yang diproduksi dari pembakaran/karbonasi tulang hewan. Karbonasi tulang dapat dilakukan dengan teknik kalsinasi maupun pirolisis, dipanaskan sampai suhu tinggi dikisaran 300 sampai 800°C (Puangpinyo dan Osiriphan, 2011). Kandungan utama tulang yang telah diarangkan terdiri dari kalsium fosfat dan sejumlah kecil karbon.

Karakteristik arang tulang biasanya dikontrol oleh jumlah oksigen yang hadir pada proses pembakaran. Pembakaran dilakukan dalam suasana sedikit ataupun tanpa oksigen untuk mengontrol kualitas produk yang terkait dengan kapasitas adsorpsi untuk pengaplikasiannya dalam proses defluoridasi air dan penghilangan logam berat dari larutan. Karakteristik arang tulang biasanya memiliki area permukaan lebih rendah dari karbon aktif, tapi memiliki kapasitas sadsorpsi yang tinggi untuk beberapa logam berat seperti tembaga, seng, dan kadmium (Wikipedia, 2010).

Kualitas arang tulang dapat dengan mudah ditentukan dari warnanya. Perbedaan warna arang tulang yang dihasilkan diperoleh dari perbedaan tingkat derajat pemanasan tulang yang dilakukan, mulai dari berwarna hitam, coklat, abu-abu dan putih (Puangpinyo dan Osiriphan, 2011). Arang hitam biasanya masih mengandung kotoran organik yang dapat memberikan bau yang tidak diinginkan dan warna pada larutan yang diserap. Karakter arang tulang putih memiliki kapasitas penyerapan fluorida rendah. Arang tulang coklat – abu-abu merupakan arang tulang dengan kualitas terbaik untuk aplikasi penyerapan (Wikipedia, 2010).

Proses kemisorpsi dan pertukaran ion merupakan mekanisme utama proses penyerapan kation dalam larutan oleh adsorben tulang. Adapun contoh mekanisme penyerapannya dapat dituliskan sebagai berikut :

1. Kemisorpsi m M2+

(aq) + Cax(PO4)y(OH)z (s) → m H+(aq) + Cax(PO4)y(OH)z – m (O M+)m (s)

2. Pertukaran Ion k M2+

(aq) + Cax(PO4)y(OH)z (s) → k Ca2+(aq) + Cax-k Mk (PO4)y(OH)z (s)




(Brimac Carbon Services, 2011). METODE PENELITIAN Bahan

Bahan-bahan yang digunakan adalah tulang sapi bagian paha (femur) yang diperoleh dari RPH Tamangngapa, Antang, Pb(NO3)2, HNO3 pekat, kertas saring Whatman no.42, kertas saring biasa, NaCl pa, aluminium foil dan aquadest.

Alat

Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah spektrofotometer serapan atom AA-7000 merek Shimadzu, neraca analitik , cawan porselin, ayakan -60 +100 mesh, mesin crusher Laboratory Pulverizer , tanur listrik merek Neycraft, oven, desikator, alat shaker merek Gerhardt, peralatan gelas seperti labu takar, erlenmeyer, pipet ukur, gelas kimia, dll. Cara Kerja Pembuatan Adsorben Tulang Sapi

Tulang sapi bagian paha yang telah diperoleh dibersihkan dari sisa-sisa daging dan lemak yang menempel dan dipotong sepanjang 5-10 cm kemudian direbus selama 4 jamdan dihancurkan hingga menjadi serpihan-serpihan sepanjang 1-3 cm. Bilas potongan tulang dengan air kran lalu bilas dengan aquadest dan dikeringkan. Panaskan potongan tulang dalam oven pada suhu 150oC selama 1 jam kemudian digerus dan diayak menggunakan ayakan 10 mesh, 20 mesh, 60 mesh dan 100 mesh. Pisahkan butiran tulang yang kasar (-10 +20 mesh) dan halus (-60 +100 mesh). Butiran tulang ukuran -60 +100 mesh dikumpulkan dan digunakan sebagai adsorben tepung tulang sapi. Arang tulang sapi dibuat melalui proses karbonasi butiran kasar tulang (-10 +20 mesh) pada suhu 400oC selama 1 jam kemudian dihaluskan dan ayak hingga ukuran -60 +100 mesh. Sedangkan arang tulang teraktivasi dibuat dengan merendam arang tulang (10 gram) dalam larutan NaCl jenuh (150 ml) selama 6 jam, disaring dan dipanaskan dalam tanur pada suhu 400oC selama 1 jam. Bilas arang tulang dengan aquadest dan dikeringkan dalam oven pada suhu 105oC selama 24 jam. Pengukuran Waktu Kontak Optimum yang Memberikan Daya Adsorpsi Optimum Adsorben Tulang Sapi Terhadap ion Pb2+

Kedalam 50 ml larutan ion Pb2+ 4 ppm dalam 6 buah labu Erlenmeyer 250 ditambahkan 0,1 gram adsorben tepung tulang sapi ke dalam masing-masing labu Erlenmeyer. Campuran kemudian dishaker masing-masing selama 15, 30, 45, 60, 75 dan 90 menit pada suhu kamar dengan kecepatan 175 rpm lalu disaring menggunakan kertas saring biasa. Absorbansi supernatan Pb2+ diukur dengan menggunakan spektroskopi serapan atom dengan panjang gelombang 283,30 nm.




Dari hasil pengukuran SSA dibuatkan grafik antara absorbansi dengan konsentrasi ion Pb2+ (ppm), sehingga diperoleh kurva kalibrasi dengan persamaan garis lurus :

y = ax + b dimana: y : adsorbansi ion Pb2+ x : konsentrasi ion Pb2+ a : slope (kemiringan) b : intersep. Dari persamaan di atas maka konsentrasi ion Pb2+ (ppm) dari sampel dapat dihitung

푥 =푦 − 푏푎

Banyaknya ion Pb2+ yang teradsorpsi (mg) per gram adsorben (tulang

sapi) ditentukan dengan menggunakan persamaan :

W = (Co − Ce) × V

W푎

W = Jumlah zat yang teradsorpsi (mg/g) Co = Konsentrasi Pb2+ awal (ppm) Ce = Konsentrasi sisa Pb2+ (ppm) V = volume larutan (l) Wa = Berat adsorben (g).

Banyaknya ion Pb2+ yang teradsorpsi (%) oleh adsorben tulang sapi ditentukan dengan persamaan:

W = (Co − Ce)

Co x 100% HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Penelitian Preparasi Adsorben Tulang Sapi

Adsorben tulang sapi yang dipreparasi terdiri dari tepung tulang, arang tulang dan arang tulang teraktivasi. Tahap awal dilakukan penghancuran dan penggerusan potongan tulang menjadi butiran-butiran kecil dan diperoleh tepung tulang (TT) sapi dengan ukuran -60 +100 mesh sebanyak 56,22 gram dari hasil penghancuran potongan tulang sebanyak 500 gram, berbentuk tepung, berwarna putih dengan tekstur yang kasar jika dirasakan dan dengan aroma khas seperti daging sapi.

Gambar 2. Tiga Jenis Adsorben Tulang Sapi




Arang tulang (AT) diperoleh dari karbonasi butiran kasar tulang hasil

penghancuran dan penggerusan dan diperoleh arang tulang sebanyak 85,70 gram dari hasil karbonasi butiran tulang sebanyak 100 gram. Setelah penggerusan lebih lanjut, diperoleh arang tulang sapi dengan ukuran -60 +100 mesh sebanyak 49,58 gram, berwarna coklat kehitaman dan tidak berbau. Sebanyak 10 gram dari arang tulang yang diperoleh, diaktivasi dengan 150 ml larutan NaCl jenuh kemudian dipanaskan pada suhu 4000C. Setelah dilakukan proses aktivasi secara kimia dan fisika, diperoleh arang tulang teraktivasi (ATA) dengan ukuran -60 +100 mesh sebanyak berwarna coklat kehitaman dan berbentuk powder (serbuk) tak berbau.

Pengaruh Waktu Kontak terhadap Daya Adsorpsi Tulang Sapi pada Ion Timbal Pb2+

Penentuan daya adsorpsi terhadap ion Pb2+ dilakukan dengan menambahkan 0,1 gram adsorben tulang sapi ke dalam 50 mL larutan Pb2+ konsentrasi 4 ppm dan dishaker dengan variasi yakni 15, 30, 45, 60, 75 dan 90 menit. Data adsorpsi tiga jenis adsorben tulang sapi terhadap ion Pb 2+ pada berbagai variasi waktu kontak dapat dilihat pada tabel 1, 2 dan 3.

Tabel 1. Rata-rata ion Pb 2+ (mg/g) yang teradsorpsi pada tepung tulang (TT)

sapi pada berbagai waktu kontak. Co = 3,8448 ppm

Dari data pada tabel 1 di atas terlihat bahwa konsentrasi ion Pb2+ yang

tersisa relatif berkurang/menurun hingga menit ke 60, yaitu dari 0,4759 ppm menjadi 0,2638 ppm, namun setelah 60 menit konsentrasi ion Pb2+ yang tersisa sedikit bertambah/meningkat menjadi 0,2741 ppm pada menit ke-75 dan kembali menurun pada menit ke-90 menjadi 0,2724 ppm. Sedangkan daya adsorpsi tepung tulang sapi cenderung bertambah besar hingga menit ke-60 dan sedikit menurun pada menit ke-75. Daya adsorpsi tertinggi diperoleh pada waktu kontak 60 menit sebesar 1,7887 mg/g dengan persen penyerapan sebesar 93,14%.

Waktu Kontak (menit)

Konsentrasi Ion Pb2+Sisa (Ce) (ppm)

Daya Adsorpsi (W) (mg/g)

Persen Penyerapan (%)

15 0,4759 1,6845 87,62

30 0,3810 1,7319 90,09

45 0,2983 1,7733 92,24

60 0,2638 1,7887 93,14

75 0,2741 1,7853 92,87

90 0,2724 1,7862 92,91




Tabel 2. Rata-rata ion Pb 2+ (mg/g) yang teradsorpsi pada arang tulang (AT) sapi pada berbagai waktu kontak. Co = 4,1690 ppm

Waktu Kontak

(menit) Konsentrasi

Ion Pb2+Sisa (Ce) (ppm) Daya Adsorpsi

(W) (mg/g) Persen

Penyerapan (%) 15 0,3776 1,8957 90,94

30 0,1966 1,9862 95,29

45 0,1655 2,0017 96,03

60 0,1241 2,0204 97,02

75 0,1138 2,0276 97,27

90 0,1345 2,0152 96,77

Tabel 3. Rata-rata ion Pb 2+ (mg/g) yang teradsorpsi pada arang tulang sapi

teraktivasi (ATT) pada berbagai waktu kontak. Co = 4,2069 ppm


Konsentrasi Ion Pb2+Sisa (Ce) (ppm)

Daya adsorpsi (W) (mg/g)

Persen Penyerapan (%)

15 0,2379 1,9845 94,34

30 0,1983 2,0023 95,29

45 0,1362 2,0333 96,76

60 0,0707 2,0660 98,32

75 0,0569 2,0750 98,65

90 0,0552 2,0738 98,69

Pada data tabel 2, terlihat bahwa konsentrasi ion Pb2+ yang tersisa

cenderung menurun hingga menit ke-75 yaitu dari 0,3776 ppm menjadi 0,1138 ppm dan sedikit meningkat pada menit ke-90 menjadi 0,1345 ppm. Sedangkan besar daya adsorpsi arang tulang sapi yang cenderung bertambah tinggi hingga menit ke-75 dan menurun setelahnya. Daya adsorpsi tertinggi diperoleh pada waktu kontak 75 sebesar 2,0276 mg/g dengan persen penyerapan sebesar 97,27%

Pada data tabel 3, terlihat bahwa konsentrasi Ion Pb2+ yang tersisa relatif menurun dengan bertambahnya waktu kontak yaitu 0,2379 ppm pada menit ke-15 menjadi 0,0552 ppm pada menit ke-90. Sedangkan besar daya adsorpsi arang tulang sapi teraktivasi cenderung meningkat hingga menit ke-75 namun sedikit menurun pada menit ke-90. Daya adsorpsi tertinggi diperoleh pada waktu kontak 75 menit sebesar 2,0750 mg/g dengan persen penyerapan sebesar 98,65%.

Untuk mengetahui hubungan antara daya serap adsorben tulang sapi terhadap ion Pb2+ dengan variasi waktu kontak, maka dibuat grafik dengan memplot waktu kontak (menit) dengan daya serap adsorben tulang sapi. Adapun grafiknya dapat dilihat pada gambar 3.




Pembahasan

Pengaruh waktu kontak terhadap daya serap adsorben tulang sapi Waktu kontak merupakan waktu yang dibutuhkan adsorben untuk

berinteraksi dengan material yang akan diadsorpsi. Diharapkan dengan semakin besarnya waktu kontak maka semakin banyak material adsorbat yang terserap daya adsorpsi adsorben. Banyaknya jumlah material adsorbat yang teradsorpsi menunjukkan kemampuan atau daya adsorpsi suatu adsorben.

Gambar 3 menunjukkan pengaruh waktu kontak terhadap jumlah ion Pb2+ (mg/g) yang terserap ke adsorben tulang sapi. Dari gambar tersebut dapat dilihat bahwa daya adsorpsi (mg/g) adsorben tulang sapi terhadap ion Pb2+ cenderung mengalami kenaikan hingga menit ke-60 untuk tepung tulang dan menit ke-75 untuk arang tulang dan arang tulang teraktivasi. Setelah itu terjadi sedikit penurunan dan kenaikan daya adsorpsi namun tidak terlalu signifikan.

Gambar 3. Grafik Pengaruh waktu kontak terhadap daya adsorpsi (mg/g) adsorben tulang sapi terhadap ion Pb2+

Keadaan tersebut menggambarkan bahwa semakin lama waktu yang digunakan untuk mengadsorpsi zat terlarut maka akan semakin banyak zat terlarut yang teradsorpsi. Akan tetapi jumlah zat yang diadsorpsi akan jenuh apabila telah mencapai nilai batas atau mencapai keadaan optimum yang disebabkan karena pori-pori yang terdapat pada permukaan adsorben tulang sapi sudah jenuh, sehingga adsorpsi pada permukaan adsorben cenderung mencapai batas maksimum.

Dari Gambar 3 juga terlihat bahwa adsorpsi ion Pb 2+ oleh tiga jenis adsorben tulang sapi (tepung tulang, arang tulang dan arang tulang teraktivasi) berlangsung cepat pada awal reaksi yaitu pada waktu kontak 15 menit dengan daya adsorpsi masing-masing sebesar 1,6845 mg/g (87,62%), 1,8957 mg/g (90,94%), 1,9845 mg/g (94,34%) dan cenderung berlangsung lebih lambat untuk

1,68451,7319

1,7733 1,7887 1,78531,7862

1,8957

1,9862 2,0017 2,0204 2,0276 2,01521,9845 2,00232,0333

2,0660 2,07502,0738

1,65

1,75

1,85

1,95

2,05

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Day

a Se

rap

(mg/

g)


TepungTulang Arang tulang Arang Tulang Teraktivasi

Day

a A

dsor

psi (

mg/

g)




waktu kontak 15 menit berikutnya. Hal ini terjadi karena adsorpsi antara ion Pb 2+ dan adsorben tulang sapi merupakan peristiwa kesetimbangan. Pada awal reaksi saat tulang sapi masih kosong, adsorpsi yang terjadi akan cepat dan banyak karena masih kosongnya permukaan adsorben tulang sapi yang bisa digunakan untuk menjerap ion Pb 2+ dan masih banyaknya ion Pb2+ dalam larutan. Sedangkan setelah waktu 15 menit berikutnya, konsentrasi ion Pb2+ yang terserap tidak sebesar pada waktu 15 menit pertama. Hal ini terjadi karena sebagian besar pori-pori pada tulang sapi sudah tertutupi oleh ion Pb2+ sehingga adsorben tulang sapi semakin lama akan mendekati keadaan jenuh dan menyebabkan penyerapan oleh tulang sapi setelah waktu 15 menit pertama tidak terlalu signifikan atau tidak sebesar pada waktu 15 menit pertama.

Dari hasil yang diperoleh, keadaan optimum tercapai setelah waktu kontak 60 menit untuk tepung tulang serta 75 menit untuk arang tulang dan arang tulang aktif, dengan jumlah ion Pb2+ yang teradsorpsi (W) masing-masing sebesar 1,7887; 2,0276; 2,0750 mg/g. 2. Perbandingan daya adsorpsi adsorben tulang sapi

Berdasarkan data adsorpsi yang diperoleh untuk masing-masing jenis adsorben tulang sapi terhadap ion Pb 2+, maka dapat dibuat perbandingan daya adsorpsi pada keadaan optimum untuk tiga jenis adsorben tulang sapi yang digunakan. Adapun perbandingannya dapat dilihat pada tabel 4.

Tabel 4. Perbandingan daya adsorpsi tepung tulang, arang tulang dan arang tulang aktif terhadap ion Pb 2+ pada waktu kontak optimum. Konsentrasi awal Pb ± 4ppm; pH 6; 175 rpm Tepung tulang Arang tulang Arang tulang aktif Waktu kontak (menit) 60 75 75 Daya adsorpsi (mg/g) 1,7887 2,0276 2,0750 Persen penyerapan (%) 93,1% 97,3 % 98,7 %

Arang tulang teraktivasi (ATA) memberikan daya serapan tertinggi dengan

persen penyerapan mencapai 98,7% sedangkan dua jenis adsorben tulang sapi yang lain yaitu arang tulang (AT) dan tepung tulang (TT) persen penyerapannya mencapai 93,1% dan 97,3%.

Proses aktivasi mampu memperbesar pori pada arang tulang sehingga daya serapannya lebih besar dibandingkan arang tulang yang melalui proses karbonasi maupun tepung tulang tanpa karbonasi dan aktivasi.

Tepung tulang yang dibuat dengan menggerus potongan-potongan tulang menjadi bentuk serbuk mempunyai daya serapan terendah diantara tiga jenis adsorben tulang yang dicobakan disebabkan struktur porinya yang cenderung belum berkembang karena masih tertutupi oleh material organik. Sementara butiran tulang yang dikarbonasi menjadi arang tulang memberikan daya adsorpsi terhadap ion logam timbal lebih baik dibanding tepung tulang, karena pada proses karbonasi, material organik pada tulang terdekomposisi melepaskan komponen-komponen yang mudah menguap dan mulai membentuk struktur pori yang rapi. Dengan demikian arang tulang tersebut telah memiliki luas permukaan




tetapi penyerapannya masih lebih rendah dibandingkan arang tulang aktif karena masih terdapat residu tar dan senyawa lain yang menutupi pori-pori.

Pada penelitian ini aktivasi yang dilakukan terhadap arang tulang berupa aktivasi kimia melalui perendaman dalam larutan NaCl jenuh. Butiran arang tulang yang direndam NaCl akan mengadsorpsi garam tersebut. Semakin tinggi konsentrasi larutan NaCl maka semakin bertambah banyak mineral NaCl yang teradsorpsi pada arang tulang sehingga menyebabkan volume pori arang tulang cenderung bertambah besar atau dengan kata lain luas permukaan arang tulang semakin bertambah karena garam ini dapat berfungsi sebagai dehydrating agent dan membantu menghilangkan endapan hidrokarbon dan tar yang dihasilkan saat proses karbonasi serta membantu dekomposisi senyawa organik pada aktivasi berikutnya. Semakin luas permukaan arang aktif maka semakin tinggi daya adsorpsinya. Hal tersebut dibuktikan dengan besarnya daya adsorpsi yang diberikan arang tulang teraktivasi terhadap ion logam timbal (Pb2+) dibandingakan dua jenis adsorben tulang sapi lainnya.

Namun demikian, daya adsorpsi yang efektif dan efisien diberikan oleh adsorben tepung tulang sapi karena mampu menyerap ion timbal Pb2+ melebihi 90 % dengan waktu kontak yang lebih rendah dibandingkan dengan dua adsorben tulang lain dan tidak memerlukan perlakuan yang rumit serta energi yang dibutuhkan untuk pembuatannya jauh lebih kecil jika dibandingkan dengan arang tulang yang melalui proses karbonasi pada suhu 400oC selama 1 jam dan arang tulang teraktivasi yang melalui proses aktivasi dengan NaCl selama 6 jam dan pemanasan pada suhu 400oC selama 1 jam. 3. Mekanisme Penurunan Kadar Ion Logam Timbal oleh Adsorben Tulang sapi.

Adsorben tulang sapi merupakan material yang cukup baik dalam menurunkan kadar ion logam timbal dalam larutan. Kandungan mineral kalsium phosphatnya seperti hidroksiapatit, Ca10(PO4)6(OH)2, cukup berperan dalam menurunkan kadar ion timbal.

Terdapat dua kemungkinan mekanisme penurunan kadar ion timbal oleh adsorben tulang . Mekanisme pertama adalah penyerapan (adsorpsi) timbal (Pb) pada permukaan diikuti oleh reaksi pertukaran ion. Interaksi pertukaran ion dapat disajikan sebagai berikut:

Ca10(PO4)6(OH)2 + 14H+ → 10Ca2+ + 6H2PO4

- + 2H2O (1) 10Pb2+ + 6H2PO4

- + 2H2O → Pb10(PO4)6(OH)2 + 14H+ (2)

Menurut Mavrupoulos, dkk (2011), pada tahap awal terjadi peristiwa penguraian (dissolution) mineral hidroksiapatit membentuk spesi H2PO4

- yang berlangsung pada rentang pH 3-7, setelah itu ion Pb2+ akan mengganti keberadaan ion Ca2+ dengan bereaksi dengan H2PO4

- membentuk spesi Pb10(PO4)6(OH)2 yang disebut hidroksi pyromorphite. Proses penggantian ion Ca2+ oleh ion Pb2+ dimunngkinkan terjadi karena besar jari-jari ion keduanya yang tidak jauh berbeda, dimana jari-jari ion Pb2+ sebesar 1,19 Å sedangkan jari-jari ion Ca2+ sebesar 0,99 Å.

Mekanisme kedua adalah penyerapan ion logam timbal (Pb2+) pada permukaan adsorben tulang sapi melalui proses pembentukan kompleks logam




dengan gugus fungsi pada permukaan tulang seperti gugus POH membentuk spesi POPb+.

POH + Pb2+ → POPb+ + H+ (Cha dkk., 2011).

KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Berdasarkan data hasil penelitian yang diperoleh, maka dapat disimpulkan bahwa semakin lama waktu kontak maka daya adsorpsi juga semakin besar, dan jika adsorben tulang sapi sudah berada dalam keadaan jenuh atau optimum maka daya adsorpsi cenderung stabil karena telah terjadi kesetimbangan adsorpsi. Daya adsorpsi optimum tepung tulang, arang tulang dan arang tulang teraktivasi masing-masing sebesar 1,7887; 2,0276; 2,0750 mg/g pada waktu kontak masing-masing sebesar 60, 75 dan 75 menit. Arang tulang teraktivasi merupakan jenis adsorben tulang terbaik dalam menurunkan kadar ion Pb2+ dengan persen penyerapan sebesar 98%. Saran 1. Kepada peneliti yang ingin mengembangkan penelitian ini, sebaiknya

menggunakan konsentrasi ion Pb2+ yang lebih tinggi atau menggunakan jenis tulang hewan lain.

2. Sebaiknya dilakukan uji pendahuluan untuk mengetahui sifat fisika dan kimia dari adsorben yang digunakan serta dilakukan penyelidikan mengenai mekanisme/proses adsorpsi adsorben tulang menggunakan instrumen seperti SEM, FT-IR dan XRD.

3. Diadakan penelitian lain dengan menggunakan variasi konsentrasi adsorbat terhadap daya adsorpsi tulang sapi serta menentukan pola adsorpsi yang sesuai terhadap adsorben tulang sapi.

DAFTAR PUSTAKA Bone Char. 2010. 27 Juni 2011. http://www.wikipedia.org. BPPOM. 2011. Keracunan Timbal. 12 Juli 2011. http://www.pom.go.id. Brimac Carbon Service. 2011. Brimac Bone Char. 12 Juli 2011.

http://www.sandia.gov. BSN. 2004. SNI 06-6989.8-2004 Tentang Air dan air limbah – Bagian 8: Cara uji timbal (Pb) dengan Spektrofotometri Serapan Atom (SSA)-nyala. 27 Juni 2011. http://www.bsn.go.id. Cha, Jihoon, dkk,. 2010. Kinetic and Mechanism Studies of The Adsorption of

Lead Onto Waste Cow Bone Powder (WCBP) Surfaces. Environ Geochem Health (2011) 33:81–89, DOI 10.1007/s10653-010-9357-z. http://www.springerlink.com.




Danarto, YC. dan Samun, T. 2008. Pengaruh Aktivasi Karbon dari Sekam Padi Pada Proses Adsorpsi Logam Cr(VI). EKUILIBRIUM Vol. 7 No. 1. Januari 2008 : 13 – 16.

Darmayanto. 2009. Penggunaan Serbuk Tulang Ayam Sebagai Penurun Intensitas Warna Air gambut. 30 Maret 2011. Pascasarjana Universitas Sumatera Utara Medan. http://repository.usu.ac.id.

Darmono. 1995. Logam dalam Sistem Biologi Makhluk Hidup. Jakarta : UI Press Guedes, T.S, dkk. 2007. A Perspective of Bone Char Use in The Treatment of

Industrial Liquid Effluents Containing Heavy Metals. XXII ENTMME / VII MSHMT.

Halim, S.H. Abdel, Shehata, A.M.A, dan El-Shahat, M.F. 2002. Removal of Lead Ions from Industrial Water by Different Types of Natural Material. Water Research,37 (2003), 1678-1683. http://www.elsevier.com.

Hydroxilapatite. 2011. 27 Juni 2011. http://www.wikipedia.org. Jankowska, H. Swiatkowski, A. dan Choma, J. 1991. Active Carbon. London:

Horwood. Khasanah, E.N. 2009. Adsorpsi Logam Berat. Oseana Vol.34, No.4, hal 1-7,

ISSN 0216-1887. Khopkar, S.M. 2008. Konsep Dasar Kimia Analitik. A. Saptorahardjo,

Penerjemah. Jakarta: UI Press. Kusuma, S. P. dan Utomo. 1970. Pembuatan Karbon Aktif. Laporan Penelitian

Tidak Diterbitkan. Bandung: Lembaga Kimia Nasional LIPI. Lurtwitaya, Sudaratn dan Srisatit, Thares. (2010). Comparison of Lead Removal

by Various Types of Swine Bone Adsorbents. EnvironmentAsia, Vol.3, No.1, hal 32-38. 25 April 2011. http://www.tshe.org.

Marinuchi, Renato, dkk. 2010. Equilibrium Studies of Mn(II), Pb(II) and Cr(III) in Bone Char. Chemical Engineering Transactions Volume 21, 2010 ISBN 978-88-95608-05-1 ISSN 1974-9791 DOI: 10.3303/CET1021121.

Mavropoulos, Elena, dkk. 2011. Studies on the Mechanism of Lead Immobilization by Hydroxyapatite. Americal Chemical Society. http://pubs.acs.org.

Mobasherpour, dkk. 2011. Potential of Nano Crystalline Hydroxyapatite for Lead

(II) Removal from Aqueous Solutions: Thermodynamic and Adsorption Isotherm Study. African Journal of Pure and Applied Chemistry Vol. 5(11), pp. 383-392, 10 October, 2011 ISSN 1996 – 0840. http://www.academicjournals.org

Moreno, J.C, Gómez, Rigoberto, dan Giraldo, Liliana. 2009. Removal of Mn, Fe, Ni and Cu Ions from Wastewater Using Cow Bone Charcoal. Material 2010, 3, 452-466, DOI: 10.3390/ma3010452, ISSN 1996-1944. http://www.mdpi.com.

Naria, Evi. 2005. Mewaspadai Dampak Bahan Pencemar Timbal (Pb) di Lingkungan Terhadap Kesehatan. Jurnal Komunikasi Penelitian Volume 17(4). http://repository.usu.ac.id.




Nather, Aziz, dkk,. 2005. Bone Grafts and Bone Subtitutes Chapter I Structure of Bones. Basic Science and Clinical Applications, hal 3-17. http://www.worldscibooks.com/medsci/5695.html.

Pahlevi, Mosh Riza. 2009. Analisis Kadar Besi (Fe) dan Mangan (Mn) dari Air Gambut Setelah Dijernihkan dengan Penambahan Tulang Ayam. 35 Maret 2011. Pascasarjana Universitas Sumatera Utara Medan. http://repository.usu.ac.id.

Puangpinyo, W dan Osiriphan, N. 1997. Preparation of Bone Char by Calcination. The International Society for Fluoride Research, hal 90-93, ISSN 1174-9709. http://www.de-fluoride.net.

Ranke, Wolfgang. 2008. Adsorption and Desorption. 7 April 2011. Berlin. Fritz Haber Institute. http://www.fhi-berlin.mpg.de.

Sanjaya, Indah dan Yuanita Leny. 2007. Adsorpsi Pb (II) oleh Kitosan Hasil Isolasi Kitin Cangkang Kepiting Bakau (Scylla sp). Jurnal ILMU DASAR, Vol. 8 No. 1, 2007 : 30-36. http://isjd.pdii.lipi.go.id.

Saputro, D.C, dkk. 2008. Anatomi dan Histologi Ternak. Malang: Fakultas Peternakan Universitas Brawijaya.

Saragih, Sehat Abdi. 2008. Pembuatan dan Karakterisasi Karbon Aktif dari Batubara Riau sebagai Adsorben. 16 Juli 2011. Universitas Indonesia. www.digilib.ui.ac.id.

Suciani, Sri. 2007. Kadar Timbal Dalam Darah Polisi Lalu Lintas dan Hubungannya dengan Kadar Hemoglobin. 5 Februari 2011. Pascasarjana Universitas Dipenogoro Semarang. http://eprints.undip.ac.id.

Supriyono. 1990. Pembuatan Gelatin dari Kolagen Tulang Sapi (Bos sp) dengan Proses Asam. Bogor. Institut Pertanian Bogor. 7 April 2011. http://repository.ipb.ac.id.

Tarwiyah, Kemal. 2001. Tepung Tulang. 12 Desember 2011. http://www.ristek.go.id.

Tryana, S, Meilita dan Sarma, S, Tuti. 2003. Arang Aktif Pengenalan dan Proses Pembuatannya. USU digital library. 9 Desember 2011. http://repository.usu.ac.id.

Widowati, Wahyu, dkk,. 2008. Efek Toksik Logam Penaggulangan dan Pencegahan Pencemaran.Yogyakarta: ANDI Offset.

pengaruh waktu kontak terhadap daya adsorpsi tulang sapi pada pb _muchlas akbar

Documents