BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Nanoteknologi adalah istilah untuk rentang teknologi, teknik dan proses yang

menyangkut manipulasi materi pada tingkat molekul (kelompok atom), sistem-

sistem yang memiliki sedikitnya satu dimensi fisik dalam rentang 1-100

nanometer. Nanoteknologi merupakan revolusi teknologi baru dan kunci kendali

ekonomi selama abad ke 21 yang memberikan manfaat sosial yang signifikan

termasuk diagnosa medis, sumber energi yang lebih efisien, produk elektronika

dan air bersih (Mustar, 2011).

Richard Feyman dalam ceramahnya yang berjudul “There is plenty room at

the bottom” pada tahun 1959 mengemukakan bahwa, seorang fisikawan mampu

membuat senyawa dengan struktur apapun yang diinginkan seorang kimiawan

dengan cara menyusun atom-atom yang diperlukan dan merangkainya

berdasarkan hukum fisika untuk membentuk senyawa baru tersebut. Berdasarkan

pandangan ini, pendekatan yang dipergunakan berbeda dengan pendekatan

teknologi sekarang yaitu bersifat bottom up bisa disebut molekular teknologi

karena berusaha membangun suatu produk atom demi atom atau molekul demi

molekul. Pendekatan ini memiliki keunggulan utama dibandingkan teknologi

konvensional yaitu kemampuannya untuk memanipulasi material dengan fleksibel

sesuai keinginan desainernya sebagai akibat pengontrolan pada level molekul.

Hasil dari keunggulan ini adalah produk hampir tanpa cacat, tidak adanya atau

sedikit limbah yang dihasilkan dan hemat energi.

Ilmuwan yang terkenal dalam konsep nanoteknologi adalah K.E.Drexler.

Drexler mengembangkan nanoteknologi molekular dengan meniru apa yang

terjadi pada sel. Hukum ini selanjutnya disebut Drexlerian Nanoteknologi dengan

idenya yang disebut assembler. Assembler ini bertindak seperti tangan robot pada

pabrik skala makro, yang menaruh atom atau molekul pada tempat yang

diinginkan.

1

2

Selanjutnya dengan menggunakan assembler level awal yang menyusun blok

bangunan berupa atom, assembler pada ukuran yang lebih besar dibangun. Pada

ukuran ini blok bangunannya berupa molekul. Kemudian assembler yang lebih

besar dibangun dan seterusnya hingga produk-produk biasa berukuran makro

dapat terbuat. Perbedaan metode ini dengan metode konvensional adalah produk

nanoteknologi molekular yang dihasilkan lebih kuat, prosesnya hemat energi dan

presisinya hingga level atom (Poli, 2006).

Sampai saat ini perkembangan nanoteknologi sudah sangat pesat baik

penerapannya dalam ilmu sains maupun dalam bidang komersial. Salah satu

perkembangan nanoteknologi adalah dalam bidang nanomaterial magnetik.

Nanomaterial magnetik (dalam hal ini nanopartikel magnetik) sangat menarik

karena memiliki sifat fisis yang unik, salah satunya terkait dengan sifat

kemagnetan yang dimiliki. Magnetisasi dan anisotropi magnetik nanomaterial

berbeda dengan material bulk. Nanomaterial magnetik (nanopartikel magnetik)

memiliki magnetisasi yang lebih besar daripada magnetisasi dalam bentuk bulk

serta memiliki perbedaan temperatur Curie (𝑇𝑇𝑐𝑐) dan temperatur Neel (𝑇𝑇𝑁𝑁) (Gubin

dkk, 2005).

Sifat istimewa lain yang dimiliki nanomaterial magnetik adalah sifat

superparamagnetik. Sifat superparamagnetik merupakan sifat yang muncul pada

nanomaterial berorde satu domain magnet, sehingga partikel tersebut akan sangat

reaktif terhadap medan magnet luar. Namun jika medan magnet luar dihilangkan

sifatnya akan mirip dengan material paramagnet. Fenomena ini akan meningkat

seiring dengan ukuran dan efek permukaan yang mendominasi sifat nanopartikel

magnetik tersebut (Wu dkk, 2010).

Dalam mensintesis nanopartikel magnetik banyak metode-metode kimia yang

digunakan seperti mikroemulsi (Chin dan Yaacob, 2007), sintesis sol-gel

(Albornoz dan Jacobo, 2006), sonochemical reactions (Kim dkk, 2005), flow

injection synthesis (Alvarez dkk, 2006) dan electrospray synthesis (Basak dkk,

2007). Sebagian besar metode yang digunakan untuk memproduksi nanopartikel

magnetik adalah dengan teknik kopresipitasi (Kumar Gupta dan Gupta, 2005).

Teknik kopresipitasi merupakan teknik sintesis nanopartikel yang sederhana dan

3

lebih efisien untuk memperoleh partikel magnetik. Keuntungan utama dari proses

kopresipitasi adalah nanopartikel dalam jumlah besar dapat disintesis (Laurent

dkk, 2008).

Polusi limbah logam berat adalah satu permasalahan lingkungan yang penting

hingga saat ini. Polusi logam berat berasal dari banyak sumber tetapi sebagian

besar berasal dari pemurnian logam, misalnya peleburan biji tambang dan

pengolahan bahan bakar nuklir. Selain itu polusi logam berat juga berasal dari

pembuangan air industri seperti industri metallurgical, penyamakan kulit,

pertambangan dan industri pembuatan baterai, yang semua industri tersebut

mengandung satu atau lebih racun logam berat. Konsentrasi dari logam tersebut

terkadang lebih tinggi daripada batas yang diizinkan. Konsentrasi logam yang

tinggi tersebut akan menyebabkan efek buruk bagi lingkungan dan kehidupan

manusia (Shen dkk, 2009).

Dalam mengatasi permasalahan lingkungan yang tercemar tersebut dapat

diatasi dengan berbagai cara, salah satu cara yang dapat diterapkan yaitu dengan

memanfaatkan bidang nanoteknologi. Dimana telah kita ketahui bahwa

pemanfaatan nanoteknologi tidak hanya dapat diaplikasikan dalam bidang

kesehatan ataupun industri elektronik serta manufaktur. Pemanfaatan

nanoteknologi juga dapat diterapkan dalam mengatasi permasalahan lingkungan.

Pada penelitian ini cara pemanfaatan nanoteknologi dalam mengurangi

permasalahan lingkungan yaitu dengan memanfaatkan nanopartikel Fe3O4 sebagai

absorben pada limbah logam berat. Nanopartikel Fe3O4 dipilih sebagai absorben

karena memiliki beberapa keunggulan seperti mudah termagnetisasi sehingga

dapat menarik logam-logam berat tersebut dan menempel di permukaan Fe3O4.

Metode ini dipilih karena merupakan metode yang cepat, mudah dan lebih tepat

daripada menggunakan metode tradisional (Khajeh dan Khajeh, 2009).

Pada sistem pemurnian air ini terdapat beberapa faktor yang mempengaruhi

tingkat efektivitas sistem dalam menurunkan konsentrasi logam berat yang

terkandung sebelumnya diantaranya faktor pH, waktu pengadukan, temperatur

pengadukan dan banyaknya proses pengulangan (amplifikasi). Penggunaan

absorben berukuran nano memiliki kelebihan dalam proses penyerapan logam.

4

Absorben berukuran nano memiliki luas permukaan partikel yang besar sehingga

memiliki kapasitas besar untuk mengabsorpsi logam. Dengan kapasitas absorben

yang besar logam dapat terserap secara maksimal sehingga kadar logam yang

terkandung dalam larutan dapat berkurang. Pada penelitian ini akan dilakukan

proses purifikasi basa untuk menurunkan kadar logam Fe dan Co pada limbah

batik dan artificial limbah menggunakan absorben nanopartikel Fe3O4.

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang permasalahan, dapat dirumuskan permasalahan

yang ada adalah

1. Bagaimana peran Fe3O4 dalam menurunkan kadar logam besi (Fe) dan

kobalt (Co) pada limbah cair?.

2. Bagaimana pengaruh parameter purifikasi basah seperti pH, waktu

pengadukan, temperatur dan amplifikasi terhadap penurunan kadar logam

besi (Fe) dan kobalt (Co) dengan menggunakan absorben nanopartikel

Fe3O4?.

3. Bagaimana tingkat efektivitas pemurnian air dengan sistem purifikasi?.

1.3 Tujuan Penelitian

Adapun tujuan diadakannya penelitian ini adalah

1. Menentukan peran Fe3O4 dalam menurunkan kadar logam besi (Fe) dan

kobalt (Co).

2. Menentukan pengaruh parameter purifikasi basah seperti pH, waktu

pengadukan, temperatur dan amplifikasi terhadap penurunan kadar logam

besi (Fe) dan kobalt (Co) dengan menggunakan absorben nanopartikel

Fe3O4.

3. Menentukan tingkat efektivitas pemurnian air dengan sistem purifikasi.

5

1.4 Batasan Masalah

Pembahasan dalam penelitian ini hanya dibatasi pada pengkajian penurunan

kadar logam Fe dan Co pada limbah batik dan artificial limbah akibat pengaruh

parameter pH (pH basa), waktu pengadukan, temperatur pengadukan dan

amplifikasi dengan menggunakan absorben Fe3O4.

1.5 Manfaat Penelitian

Penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi terkait kemampuan

nanopartikel Fe3O4 dalam menyerap dan menurunkan kadar logam yang terlarut

dalam limbah cair. Sehingga hasil tersebut dapat dimanfaatkan dalam mengatasi

masalah limbah cair yang mengandung logam berat serta dapat dijadikan acuan

bagi penelitian selanjutnya dalam mengembangkan nanopartikel Fe3O4 sebagai

absorben logam.

1.6 Sistematika Penulisan

Penulisan skripsi ini dibagi menjadi 6 Bab, yaitu: pendahuluan, tinjauan

pustaka, dasar teori, metode penelitian, hasil dan pembahasan serta kesimpulan.

BAB I meliputi latar belakang dilakukannya penelitian mengenai Fe3O4

sebagai absorben dalam menurunkan kadar logam terlarut Fe dan Co, rumusan

masalah, tujuan penelitian, batasan masalah, manfaat penelitian, sistematika

penulisan .

BAB II meliputi kajian pustaka yang berisi tentang penelitian-penelitian yang

sudah pernah dilakukan sebelumnya yang terkait dengan topik penelitian ini.

BAB III meliputi dasar teori yang berkaitan dengan terminologi sifat

magnetik, sifat magnetik, domain magnetik, nanopartikel magnetik dan sifat

superparamagnetik, magnetit Fe3O4, metode kopresipitasi, teknik pengukuran

nanopartikel Fe3O4 dengan XRD, TEM dan VSM, sistem purifikasi air limbah

menggunakan nanopartikel Fe3O4, logam besi, logam kobalt dan rumus

perhitungan persen penurunan kadar logam.

6

BAB IV meliputi metode penelitian yang menjelaskan tentang alat dan bahan

yang digunakan dalam penelitian, serta langkah kerja yang dilakukan dalam

penelitian .

BAB V meliputi pembahasan dari hasil penelitian yang telah dilakukan.

BAB VI meliputi kesimpulan dan saran.

DAFTAR PUSTAKA berisi seluruh pustaka yang diacu dalam penelitian.

LAMPIRAN berisi data-data yang diperoleh dari hasil penelitian.