tesis - digilib.uns.ac.id...perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id program pascasarjana 2012...

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

PEMANFAATAN ZEOLIT ALAM DAN LIMBAH KAYU AREN

(Arenga pinnata) UNTUK MENURUNKAN LOGAM Cr(VI)

PADA LIMBAH CAIR BATIK

TESIS

Disusun untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan Mencapai Derajat Magister

Program Studi Ilmu Lingkungan

Disusun oleh:

Dian Kresnadipayana

A130809004

PROGRAM PASCASARJANA

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2012


commit to user

ii

HALAMAN PENGESAHAN

PEMANFAATAN ZEOLIT ALAM DAN LIMBAH KAYU AREN (Arenga pinnata) UNTUK MENURUNKAN LOGAM Cr(VI)

PADA LIMBAH CAIR BATIK

TESIS

Oleh: Dian Kresnadipayana

A130809004

Jabatan Nama Tanda Tangan Tanggal

Ketua merangkap anggota

Dr. Prabang Setyono, M.Si. NIP. 19720524 199903 1 002

…………………

…………

Sekretaris

merangkap anggota

Inayati, S.T., M.T., Ph.D. NIP. 19710829 199903 2 001

…………………

…………

Anggota Penguji

Prof. Drs. Sutarno, M.Sc., Ph.D. NIP. 19600809 198612 1 001

…………………

…………

Anggota Penguji

Dr. Mohammad Masykuri, M.Si. NIP. 19681124 199403 1 001

…………………

…………

Telah dipertahankan di depan penguji

Dinyatakan telah memenuhi syarat Pada tanggal 20 Februari 2012

Direktur Program Pascasarjana UNS

Prof. Dr. Ir. Ahmad Yunus, M.S. NIP. 19610717 198601 1 001

Ketua Program Studi Ilmu Lingkungan

Dr. Prabang Setyono, M.Si. NIP. 19720524 199903 1 002


commit to user

iii

PERNYATAAN

Saya menyatakan dengan sebenarnya bahwa:

1. Tesis yang berjudul: “PEMANFAATAN ZEOLIT ALAM DAN LIMBAH

KAYU AREN (Arenga pinnata) UNTUK MENURUNKAN LOGAM

Cr(VI) PADA LIMBAH CAIR BATIK” ini adalah karya penelitian saya

sendiri dan bebas plagiat, serta tidak terdapat karya ilmiah yang pernah diajukan

oleh orang lain untuk memperoleh gelar akademik serta tidak terdapat karya atau

pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain kecuali secara

tertulis digunakan sebagian acuan dalam naskah ini dan disebutkan dalam

sumber acuan serta daftar pustaka. Apabila di kemudian hari terbukti terdapat

plagiat dalam karya ini, maka saya bersedia menerima sanksi ketentuan

peraturan perundang-undangan (Permendiknas No. 17 tahun 2010)

2. Publikasi sebagian atau keseluruhan isi Tesis pada jurnal atau forum ilmiah lain

harus seijin dan menyertakan tim pembimbing sebagai author dan PPs UNS

sebagai institusi. Apabila dalam waktu sekurang-kurangnya satu semester (enam

bulan sejak pengesahan Tesis) saya tidak melakukan publikasi dari sebagian atau

keseluruhan Tesis ini, maka Prodi Ilmu Lingkungan PPs-UNS berhak

mempublikasikan pada jurnal ilmiah yang diterbitkan oleh Prodi Ilmu

Lingkungan PPs-UNS. Apabila saya melakukan pelanggaran dari ketentuan

publikasi ini maka saya bersedia mendapatkan sanksi akademik yang berlaku.

Surakarta, Februari 2012

Yang membuat pernyataan

Dian Kresnadipayana


commit to user

iv

ABSTRAK

Dian Kresnadipayana. 2012. Pemanfaatan Zeolit Alam dan Limbah Kayu Aren (Arenga pinnata) untuk Menurunkan Logam Cr(VI) pada Limbah Cair Batik. TESIS. Pembimbing I: Prof. Drs. Sutarno, M.Sc., Ph.D., II: Dr. Mohammad Masykuri, M.Si. Program Studi Ilmu Lingkungan, Program Pascasarjana, Universitas Sebelas Maret Surakarta.

Pemanfaatan zeolit alam dan limbah kayu aren (Arenga pinnata) telah dilakukan untuk menurunkan logam Cr(VI) pada limbah cair batik. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kualitas limbah cair batik dari kandungan logam Cr(VI) dan mengetahui perbandingan antara adsorpsi zeolit alam (ZA), limbah kayu aren (LKA) dan zeolit alam-limbah kayu aren (ZA-LKA) yang telah teraktivasi pada sistem kolom untuk menurunkan kadar logam Cr(VI) pada limbah cair batik. Zeolit alam diaktivasi secara fisika dengan pemanasan pada suhu 150 oC dan secara kimia dengan HCl 6 M dan NH4NO3 2 M. Limbah kayu aren diaktivasi secara fisika dengan pemanasan pada suhu 105 oC dan aktivasi secara kimia dengan HNO3 0.6 M dan NaOH 0.1 M. Variasi isian matrik adsorben pada kolom digunakan untuk mengetahui perbandingan besarnya adsorpsi dengan panjang unggun 20 cm. Aplikasi ZA, LKA dan ZA-LKA terhadap larutan K2Cr2O7 80 ppm dilanjutkan aplikasi terhadap limbah cair batik. Analisis kadar logam Cr(VI) menggunakan metode spektrofotometer serapan atom (SSA). Hasil penelitian menunjukkan bahwa kadar logam Cr(VI) pada sampel limbah cair sebesar 14,68 ppm. Satu kali elusi larutan K2Cr2O7 80 ppm pada kolom adsorpsi ZA, LKA dan ZA-LKA berturut-turut kemampuan adsorpsinya sebesar 99,96 %; 81,40 %; dan 99,83 %. Satu kali elusi sampel limbah cair batik pada kolom adsorpsi ZA, LKA dan ZA-LKA berturut-turut kemampuan adsorpsinya sebesar 99,97 %; 98,39 %; dan 99,39 %. Limbah cair batik setelah perlakuan telah memenuhi kriteria baku mutu air limbah ditinjau dari kandungan logam Cr(VI). Kata kunci: limbah cair batik, logam Cr(VI), adsorpsi, zeolit alam, limbah kayu aren

(Arenga pinnata).


commit to user

v

ABSTRACT

Dian Kresnadipayana. 2012. The Use of Natural Zeolites and Solid Waste of Palm (Arenga pinnata) to Reduce Metal Cr(VI) in Liquid Waste of Batik. THESIS. Concultant I: Prof. Drs. Sutarno, M.Sc., Ph.D., II: Dr. Masykuri Mohammad, M.Sc. Postgraduate Program of Environmental Science Study Program of Surakarta Sebelas Maret University.

Natural zeolite and solid waste of palm (Arenga pinnata) have been used to reduce the metal Cr(VI) content in liquid waste of batik manufacturing. The aims of the research were to determine the quality of liquid waste of batik manufacturing in term of from the metal Cr(VI) content and to compare the adsorption using three activated adsorbents, i.e, natural zeolite (ZA), solid waste of palm (LKA) and natural zeolite-solid waste of palm (ZA-LKA) that has been activated in the column system.

The natural zeolite was activated physically by heating it at temperature of 150° C and chemically using 6 M HCl and NH4NO3 2 M. The solid waste of palm was activated physically by heating it at temperature of 105 °C and was activated of chemical using HNO3 0.6 M and NaOH 0.1 M. Three columns were filled by ZA, LKA and LKA, respectively each bed was 20 cm height. Solution of 150 mL 80 ppm of K2Cr2O7 was flown to each column. The same experiment was done for liquid waste of batik manufacturing. Both experiment apllied one time elution. The Cr(VI) content were analyze using atomic absorption spectrophotometer (AAS).

The Cr(VI) content in waste water was 14,68 ppm. The result showed that 99.96%, 81.40% and 99.83% of Cr(VI) in K2Cr2O7 have been removed when using ZA, LKA, and ZA-LKA. Meanwhile, for waste water sample, percentage of Cr(VI) removed when using ZA, LKA, and ZA-LKA respectively of 99.97%, 98.39% and 99.39 %. This system have been proven to be able to improve the quality of the waste and have been fullfilled the requrement in term of Cr(VI) content. Key words: liquid waste of batik manufacturing, metal Cr (VI), adsorption, natural

zeolite, solid waste of palm (Arenga pinnata).


commit to user

vi

MOTTO

“... dan apabila dikatakan : “Berdirilah kamu”, Maka berdirilah, niscaya Allah

akan meninggikan orang-orang yang beriman dan orang-orang yang diberi

ilmu pengetahuan beberapa derajat, dan Allah Maha Mengetahui apa yang

kamu kerjakan.” (QS. Al Mujaadilah :11)


commit to user

vii

PERSEMBAHAN :

Karya ini dipersembahkan, Kepada :

• Alloh dan Rasul-Nya, semoga karya ini dapat menjadi pemberat amal kebaikan pada yaumul mizan nantinya.

• Ibu dan Ayah, yang memberikan kepercayaan kepadaku untuk meneruskan perjuangan ini.

• Bidadariku, Betty Herawati yang telah memberikan senyuman manis, canda tawa, doa, dukungan, semangat dan motivasi.

• Sulungku, Arkan Dian Husnayan yang telah memberikan senyuman semangat dan wajah penyejuk cahaya mata.

• Kakakku, Yoga Aristo dan Yona Arthea yang telah membantu penyelesaian tesis ini.

• Ikhwah fillah, semoga hati kita senantiasa dipersatukan dalam ikatan cinta kepada-Nya.


commit to user

viii

KATA PENGANTAR

Assalamu’alaikum Warahmatullahi Wabarokatuh,

Puji syukur dipanjatkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat,

hidayah serta inayah-Nya sehingga penulisan tesis ini dapat diselesaikan dengan

lancar.

Penyelesaian penulisan skripsi ini tidak lepas dari bantuan berbagai pihak,

maka dalam kesempatan ini diucapkan banyak terimakasih kepada :

1. Prof. Dr. Ir. Ahmad Yunus, M.S. selaku Direktur Pascasarjana Universitas

Sebelas Maret.

2. Dr. Prabang Setyono, selaku Ketua Program Studi Ilmu Lingkungan

Pascasarjana Universitas Sebelas Maret.

3. Dr. Sunarto, M.S. selaku Sekretaris Program Magister Program Studi Ilmu

Lingkungan Pascasarjana Universitas Sebelas Maret.

4. Prof. Dr Sri Budiastuti, M.Si selaku Sekretaris Program Doktor Program

Studi Ilmu Lingkungan Pascasarjana Universitas Sebelas Maret.

5. Prof. Drs. Sutarno, M.Sc., Ph.D. selaku Pembimbing I yang telah banyak

memberikan arahan dan masukan.

6. Dr. Mohammad Masykuri, M.Si. selaku Pembimbing II yang dengan sabar

membimbing dan memberikan motivasi serta mengarahkan pemikiran

penulis.

7. Seluruh dosen Program Studi Ilmu Lingkungan yang telah memberikan ilmu

selama menempuh studi.


commit to user

ix

8. Teman-teman satu perjuangan di Program Studi Ilmu Lingkungan: Habib,

Andhika Bayu, Mas Narno, Pak Yoni, Pak Wahyono, Pak Wondo, Bu

Handayani, Bu Indriati, Pak Gunawan, Pak Edy, Pak Rusdiansjah, Hendrik

Boby, Sylvia Pulot, Sacksy Vilayhak, Pak Haruddin, Mas Budi, dan Pak Arif,

tetap jaga semangat dan kekompakan angkatan 2009. Mas Joni, Dek Mila dan

Dek Dhina yang telah membantu secara administrasi selama ini.

9. Ikhwah fillah: Ustadz Abdul Hakim, S.HI., Ustadz Muhammad Rodhi, S.T.,

Ustadz Sugeng Riyanto, S.Sos., dan teman-teman jebres yang telah

memberikan semangat, doa dan dukungan.

10. Semua pihak yang telah membantu penulis selama penulis menempuh

pendidikan yang tidak dapat disebutkan satu persatu, terimakasih semua.

Menyadari masih banyak kekurangan dalam penulisan tesis ini, maka dengan

segala kerendahan hati mengharapkan kritik dan saran yang membangun demi

perbaikan dan penyempurnaan. Akhir kata semoga tesis ini dapat bermanfaat bagi

kita semua. Amin.

Wassalamu’alaikum Warahmatullahi Wabarokatuh.

Surakarta, Februari 2012

Penulis

DIAN KRESNADIPAYANA


commit to user

x

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL ............................................................................................ i

HALAMAN PERSETUJUAN.............................................................................. ii

HALAMAN PERNYATAAN ………………………………………………… iii

ABSTRAK …………………………………………………………………….. iv

HALAMAN MOTTO …………………………………………………………. vi

HALAMAN PERSEMBAHAN ………………………………………………. vii

KATA PENGANTAR ………………………………………………………… viii

DAFTAR ISI ………………………………………………………………….. x

DAFTAR TABEL .............................................................................................. xiii

DAFTAR GAMBAR........................................................................................... xiv

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

A. Latar Belakang .........................................................................................

B. Perumusan Masalah .................................................................................

C. Tujuan Penelitian .....................................................................................

D. Manfaat Penelitian ....................................................................................

1

1

6

7

7

BAB II. LANDASAN TEORI … ........................................................................

A. Tinjauan Pustaka.......................................................................................

1. Limbah Cair Batik .................................................................................

2. Logam Krom (Cr) ..............................................................................

3. Pengolahan Air Limbah .....................................................................

8

8

8

9

11


commit to user

xi

4. Zeolit ..................................................................................................

5. Aren (Arenga pinnata)........................................................................

6. Komponen Kimia Kayu .....................................................................

7. Adsorpsi..............................................................................................

8. Spektrofotometer Serapan Atom .......................................................

B. Penelitian Terkait .....................................................................................

C. Kerangka Pemikiran .................................................................................

14

20

23

29

32

33

35

BAB III. METODE PENELITIAN ......................................................................

A. Tempat dan Waktu Penelitian ..................................................................

1. Lokasi Penelitian ...............................................................................

2. Waktu Penelitian ...............................................................................

B. Peralatan Penelitian ..................................................................................

1. Alat.....................................................................................................

2. Bahan..................................................................................................

C. Prosedur Penelitian ...................................................................................

1. Survei Pendahuluan ......................................................................

2. Persiapan Awal ...........................................................................

3. Aktivasi Adsorben Zeolit Alam ...................................................

4. Aktivasi Adsorben Limbah Kayu Aren………………………….

5. Persiapan Seperangkat Alat Adsorpsi Kolom..............................

6. Aplikasi Adsorben pada Larutan Standard ……………………..

7. Aplikasi Adsorben pada Limbah Cair Batik ……………………

D. Teknik Analisis Data.................................................................................

38

38

38

38

39

39

40

41

41

41

42

43

43

44

44

45


commit to user

xii

BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ………………………………………

A. Limbah Cair Batik ……………………………………………………..

B. Aktivasi Adsorben.....................................................................................

1. Aktivasi Zeolit Alam (ZA) ................................................................

2. Aktivasi Limbah Kayu Aren (LKA) ..................................................

C. Karakterisasi Adsorben ............................................................................

1. Karakterisasi Zeolit Alam.................................................................

2. Karakterisasi Limbah Kayu Aren ....................................................

D. Aplikasi Adsorben ……………………………………………………...

1. Larutan Standard K2Cr2O7 ................................................................

2. Limbah Cair Batik ……………………………………………........

E. Dampak Penggunaan Adsorben terhadap Lingkungan …………………

46

46

48

48

53

55

55

58

61

61

66

72

BAB V. PENUTUP ……………………………………………………………. 75

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 76

LAMPIRAN ………………………………………………………………........ 83


commit to user

xiii

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 1. Sifat Zeolit Jenis Mordenit ……………………………………….. 18

Tabel 2. Karakteristik Limbah Kayu Aren dan Baku Mutu .......................... 23

Tabel 3. Jadwal Penelitian …………………………………………………. 36

Tabel 4. Spektra Inframerah dari Zeolit Alam .............................................. 55

Tabel 5. Karakteristik Air Sumur dan Baku Mutu KEP-

51/MENLH/10/1995, untuk Golongan B .......................................

58

Tabel 6. Hasil Aplikasi Adsorben Sistem Kolom pada 150 mL Larutan

K2Cr2O7 80 ppm…………………………………………………...

54

Tabel 7. Hasil Elusi ke-n pada Aplikasi Adosrben Sistem Kolom pada 150

mL Larutan K2Cr2O7 80 ppm ..........................................................

63

Tabel 8. Hasil Aplikasi Adsorben Sistem Kolom pada 150 mL Limbah

Cair Batik dengan Kadar Cr (VI) sebesar 14,68 ppm ……………

66


commit to user

xiv

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 1. Diagram Masuknya Krom dalam Tubuh …………………….. 11

Gambar 2. Kerangka Utama Zeolit ………………………………………. 14

Gambar 3. Skematika Pembetuktan Struktur Zeolit Tiga Dimens ............. 15

Gambar 4. (a) Struktur Zeolit Jenis Mordenit Na8 [Al8Si40O96]. 24H2O

(b) Struktur Zeolit Jenis Klinoptilolit Na6 [Al6Si30O72]. 24H2O.

19

Gambar 5. Diagram Alir Proses Pembuatan Tepung Aren ………………. 21

Gambar 6. Selulosa ...................................................................................... 23

Gambar 7. Model Struktur Lignin ………………………………………. 27

Gambar 8. Mekanisme Gugus OH pada Selulosa dengan Ion Logam …… 24

Gambar 9. Diagram Alir Kerangka Pemikiran Penelitian ……………….. 35

Gambar 10. Seperangkat Alat Adsorpsi Kolom ………………………….. 37

Gambar 11. Komposisi Matrik Isian. (a) ZA, (b) LKA dan (c) ZA-LKA… 42

Gambar 12. Kurva Standard dengan Persamaan abs = mC + A …………… 43

Gambar 13. Lokasi Pembuangan Sampel Limbah Cair Batik …………….. 45

Gambar 14. Lokasi Pengambilan Sampel Limbah Cair Batik …………….. 46

Gambar 15. Zeolit Wonosari Ayakan (-80+100) mesh …………………… 47

Gambar 16. Perendaman Zeolit 500 gr dengan 1 L HCl 1 M (1:2) selama

24 jam …………………………………………………………

48

Gambar 17. (a) Perendaman zeolit setelah 4 jam. (b) Perbandingan HCl 6

M dengan HCl setelah dipakai untuk Perendaman Zeolit …….

49


commit to user

xv

Gambar 18. Pencucian Zeolit dengan Akuades dan Penyaringan ………… 49

Gambar 19. Mekanisme Reaksi Aktivasi Zeolit ........................................... 50

Gambar 20. Limbah Kayu Aren …………………………………………… 52

Gambar 21. Impregnasi Basa NaOH Limbah Kayu Aren setelah perlakuan

Asam Nitrat (HNO3) dan Pencucian dengan Akuades Panas

setelah Impregnasi Basa ………………………………………

52

Gambar 22. Mekanisme Reaksi Aktivasi Limbah Kayu Aren

menggunakan HNO3 dan NaOH ...............................................

53

Gambar 23. Spektra FTIR (a) Zeolit Alam dan (b) Zeolit Terdealuminasi... 54

Gambar 24. Difraktogram Sinar X pada Zeolit Alam ................................... 56

Gambar 25. Difraktogram Sinar X pada Zeolit Alam Dealumunasi ............ 56

Gambar 26. Aplikasi Absorben pada 150 mL Larutan K2Cr2O7 80 ppm

pada sistem kolom. (a) Kombinasi zeolit alam dan limbah

kayu aren (ZA-LKA), (b) limbah kayu aren (LKA) dan (c)

zeolit alam (ZA) .......................................................................

61

Gambar 27. Hasil Aplikasi Adosrben Sistem Kolom pada 150 mL Larutan

K2Cr2O7 80 ppm ………………………………………………

62

Gambar 28. Hasil Elusi ke-n pada Aplikasi Adosrben Sistem Kolom pada

150 mL Larutan K2Cr2O7 80 ppm .............................................

63

Gambar 29. Perbedaan Warna Hasil Aplikasi Adosrben Sistem Kolom

Larutan K2Cr2O7 80 ppm............................................................

64

Gambar 30. Aplikasi Absorben pada 150 mL sampel Limbah Cair Batik

dengan kadar Cr (VI) 14,68 ppm.pada sistem kolom................

65


commit to user

xvi

Gambar 31. Hasil Aplikasi Adosrben Sistem Kolom pada 150 mL sampel

limbah cair batik dengan kadar Cr (VI) 14,68 ppm ..................

66

Gambar 32. Mekanisme Adsorpsi Cr(VI) dengan adsorben zeolit alam

(ZA) ...........................................................................................

67

Gambar 33. Mekanisme Adsorpsi Cr(VI) dengan adsorben limbah kayu

aren (LKA) ……………………………………………………

67

Gambar 34. Perbedaan Warna Hasil Aplikasi Adosrben Sistem Kolom

Limbah Cair Batik .....................................................................

70


commit to user

1

BAB I PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Masalah

Aktivitas kehidupan manusia yang sangat tinggi ternyata telah menimbulkan

bermacam-macam efek yang buruk bagi kehidupan manusia dan tatanan lingkungan

hidupnya. Akibatnya akan terjadi pergeseran keseimbangan dalam tatanan

lingkungan ke bentuk baru yang cenderung lebih buruk. Seiring dengan

perkembangan teknologi dan ilmu pengetahuan penggunaan logam-logam berat

terutama dalam industri semakin meningkat. Salah satu contohnya adalah

pencemaran yang berasal dari limbah industri. Keberadaan logam berat dalam

lingkungan bisa membahayakan berbagai macam spesies hidup dan perlu

dihilangkan (Palar, 2008).

Zat pencemar berupa logam-logam berat merupakan masalah yang lebih serius

dibandingkan dengan polutan organik karena ion-ion logam berat merupakan racun bagi

organisme serta sangat sulit diuraikan secara biologi maupun kimia. Menurut harian

Joglo Semar (24 Nopember 2007), limbah batik mencemari sungai dan air sumur

warga sekitarnya, hal ini terlihat warna merah pada air sumur milik warga, yang

disebabkan karena buangan pabrik batik yang tidak dilengkapi dengan Instalasi

Pengolahan Air Limbah (IPAL). Hal ini sesuai dengan asas lingkungan ke-2 bahwa

tidak ada sistem pengubahan energi yang betul-betul efisien.

Limbah cair industri batik cetak tersebut di atas adalah karakteristik berwarna

keruh, berbusa, pH tinggi, konsentrasi BOD tinggi, kandungan lemak alkali dan zat


commit to user

2

warna di dalamnya terdapat kandungan logam berat. Senyawa logam berat yang

bersifat toksis yang terdapat pada buangan industri batik cetak, diduga krom(Cr),

Timbal (Pb), Nikel (Ni), tembaga (Cu), dan mangan (Mn). Sumber logam berat

Krom (Cr) dan Timbal (Pb) yang bersifat toksis, dapat berasal dari zat pewarna

(CrCl3, K2Cr2O7) maupun sebagai mordan yaitu merupakan pengikat zat warna

meliputi Cr(NO3)2 dan PbCrO4 (Muljadi, 2009).

Kromium adalah salah satu logam yang sering merusak lingkungan.

Pemanfaatan logam krom dan senyawaannya dapat dijumpai dalam industri

elektroplating, penyamakan kulit, dan lain-lain. Cr(VI) merupakan bahan

pengoksidasi kuat, mempunyai potensi karsinogenik, bersifat lebih toksik terhadap

makhluk hidup termasuk manusia dibandingkan dengan Cr(III) (Anderson, 1997).

Berbagai dampak negatif yang ditimbulkan oleh logam kromium khususnya

Cr(VI) bagi makhluk hidup dan lingkungan, maka keberadaan logam tersebut

sebagai pencemar di lingkungan perlu diminimalkan bahkan dihilangkan. Berkaitan

dengan hal tersebut, berbagai metode telah dikembangkan untuk menurunkan

kandungan logam kromium di lingkungan. Salah satunya adalah metode adsorpsi.

Pada proses adsorpsi terjadi penjerapan molekul-molekul gas atau cairan pada

permukaan sorben.

Peningkatan daya guna atau optimalisasi zeolit sebagai adsorben dapat dilakukan

melalui aktivasi secara fisis maupun kimia. Proses aktivasi secara fisis dilakukan dengan

pemanasan (kalsinasi). Pemanasan ini bertujuan untuk menguapkan air yang

terparangkap dalam pori-pori kristal zeolit sehingga jumlah pori dan luas permukaan

spesifiknya bertambah (Suyartono dan Husaini, 1991). Aktivasi secara kimia dapat


commit to user

3

dilakukan dengan menggunakan larutan asam klorida atau asam sulfat yang bertujuan

untuk membersihkan permukaan pori, membuang senyawa pengganggu dan menata

kembali letak atom yang dapat dipertukarkan (Suyartono dan Husaini, 1991).

Kemampuan zeolit alam dapat menurunkan kadar logam ion Zn, Cd (Bujnova

dan Lesny, 2006), Mn, Cr, Pb dan As (Campos, 2009). Kemampuan zeolit Jordania

yang telah diaktivasi dengan pemanasan dapat 105 oC menghilangkan logam Hg

dalam air (Salem, 2010). Kemampuan zeolit alam dan vermuculite yang telah

diaktivasi dengan HNO3 sebagai adsorben dalam menghilangkan logam Cu

(Stylianou, 2007). Kemampuan zeolit alam yang telah diaktivasi dengan pemanasan

150 oC selama 60 menit dapat mereduksi kadar logam Cr dalam limbah cair

(Susetyaningsih et al., 2009), menghilangkan Zn2+, Cd2+, Pb2+ dalam air (Minceva et

al., 2007), meremediasi logam beracun Cu, Cr dan Cd (Minato et al., 1999) dan

dapat menurunkan kadar Zn, Cd, Pb, Fe pada air tambang buatan (Wingenfelder et

al., 2005) ,dan Mn pada penyaringan air tanah (Rahman dan Hartono, 2004).

Pemanfaatan zeolit alam digunakan untuk adsorpsi fenol yang diaktivasi dengan HCl

1 N (Swantomo et al., 2009) dan teraktivasi dengan HCl dan NH4NO3

(Mutngimaturrohmah et al., 2009). Pemnfaatan zeolit alam dapat menjerap logam-

logam air kesadahan (Ca dan Mg) yang telah diaktifkan dengan larutan HCl

(Srihapsari, 2006).

Selain zeolit yang merupakan senyawa kimia anorganik sebagai adsorpsi ion

logam, senyawa organik juga dapat sebagai biosorpsi. Limbah cair kayu aren dari

pohon aren (Arenga pinnata) mengandung bahan organik berupa pati atau serat

selulosa baik terlarut maupun partikel tersuspensi. Tingginya kandungan bahan


commit to user

4

organik bergantung pada efisiensi proses pemisahan pati dari air. Pembuatan tepung

aren dilakukan melalui terlebih dahulu menebang batang pohon aren kemudian

dipotong-potong sepanjang 1,25 - 2 meter. Pada industri tradisional, serat tadi

dimasukkan ke bak yang dialiri air serta diaduk-aduk dengan cara menginjak-injak

untuk memisahkan antara ampas aren dan tepungnya. (Firdayati dan Handajani,

2005).

Penggunaan sorben dari bahan organik (biosorben) akhir-akhir ini sangat

banyak dikembangkan. Biosorben lain yang dapat digunakan untuk mengatasi

pencemaran logam kromium di lingkungan antara lain bahan-bahan organik mati,

serbuk gergaji, hasil samping pertanian, dan mikro alga. Biosorben mempunyai

keunggulan untuk mengatasi logam berbahaya dan beracun di lingkungan karena

harganya yang relatif murah, mudah didapat, dapat diperbaharui serta sifatnya yang

ramah lingkungan (Shukla et al., 2002).

Selulosa, hemiselulosa dan lignin mempunyai potensi yang cukup besar untuk

dijadikan sebagai penjerap karena gugus OH yang terikat dapat berinteraksi dengan

komponen adsorbat. Adanya gugus OH, pada selulosa dan hemiselulosa menyebabkan

terjadinya sifat polar pada adsorben tersebut. Dengan demikian selulosa dan

hemiselulosa lebih kuat menjerap zat yang bersifat polar dari pada zat yang kurang polar

(Yantri, 1998).

Beberapa penelitian menunjukkan bahwa biosorben dari limbah hasil

pertanian yang mengandung selulosa, hemiselulosa dan lignin dapat dijadikan

sebagai biosorpsi logam berat Cr(VI). Pemanfaatan daun Azadirachta indica yang

diaktivasi dengan H2SO4 dan NaOH dapat menurunkan logam Cr(VI) sebesar 94 –


commit to user

5

97 %. (Rao, et.al,. 2007). Pemanfaatan tongkol jagung dengan ukuran 100 mesh

tanpa diaktivasi dan diaktivasi dengan HNO3 disertai NaOH sebagai adsorben zat

warna biru metilena menunjukkan bahwa dengan aktivasi lebih efektif daripada

tanpa aktivasi (Fahrizal, 2008). Tongkol jagung (Zea maize), ampas tebu (Saccharum

officinarum) dan sekam padi (Oryza sativa) sebagai limbah pertanian dapat

menurunkan logam Cr(VI) berturut-turut sebesar 98,7 ; 98,64 ; dan 100 % yang

berbentuk serbuk dengan ukuran 200 mesh diaktivasi dengan pemanasan 105 oC

selama 3 menit (Abbas et al., 2010). Serabut kelapa telah diaktivasi dengan larutan

KNO3 (Nogueira et al., 2008) dapat menurunkan logam Cr(VI) pada limbah. Limbah

organik pertanian seperti kulit pisang, kulit kacang dan sekam padi yang telah

teraktivasi dapat menurunkan logam berat Cr(VI). Aktivasi dengan pemanasan di

antaranya adalah daun-daunan Platanus orientalis (Mahvi et al., 2007), serbuk

gergaji (Vinodhini and Das, 2009) dan serbuk gergaji pohon cemara (Biparva et al.,

2011) dapat menurunkan logam Cr(VI). Serat sabut kelapa hijau (Cocos nucifera)

dapat sebagai adsorpsi ion logam Cr(VI) dengan jenis interaksi yang terjadi antara

ion Cr(VI) dengan biosorben serat sabut kelapa hijau (Cocos nucifera) adalah ikatan

hidrogen, ikatan Van der Waals, pertukaran kation, dan ikatan kompleks (Sudiharta

dan Yulihastuti, 2010). Serbuk gergaji kayu Albizia (Albizzia falcata) berukuran 40

mesh diaktivasi dengan campuran pelarut etanol-toluena dapat sebagai adsorpsi ion

logam Cr(III) (Sukarta, 2008). Serbuk gergaji yang telah diaktivasi dengan NaOH

dapat digunakan untuk adsorpsi logam Cu (II) (Subakti, 2009).

Pada penelitian ini akan digunakan zeolit alam dan limbah kayu aren (Arenga

pinnata) yang telah teraktivasi untuk menurunkan kadar Cr(VI) pada limbah cair


commit to user

6

batik. Zeolit alam akan diaktivasi menggunakan HCl serta dilanjutkan pemanasan

pada suhu suhu tertentu. Limbah kayu aren akan diaktivasi menggunakan HNO3 dan

dilanjutkan proses impregnasi NaOH disertai dengan pemanasan pada suhu tertentu.

Perlunya aktivasi pada adsorben untuk optimalisasi adosrben secara kimia dan fisis.

Penentuan baku mutu limbah cair batik menggunakan Peraturan Daerah

Provinsi Jawa Tengah no. 10 tahun 2004 tentang baku mutu air limbah.

Perbandingan antara penggunaan adsorben zeolit alam sebagai adsorpsi, adsorben

limbah kayu aren (Arenga pinnata) dan kombinasi keduanya digunakan untuk

mengetahui penggunaan pengolahan yang efektif.

B. Rumusan Permasalahan

Berdasarkan uraian di atas, maka masalah yang diharapkan dapat dikaji

dalam penelitian ini adalah :

1. Bagaimana kualitas limbah cair batik ditinjau dari kandungan logam Cr(VI)

berdasarkan Peraturan Daerah Provinsi Jawa Tengah no. 10 tahun 2004 ?

2. Bagaimana perbandingan kemampuan adsorpsi antara zeolit alam (ZA), limbah

kayu aren (Arenga pinnata) (LKA) dan zeolit alam-limbah kayu aren (ZA-LKA)

yang telah teraktivasi pada sistem kolom untuk menurunkan kadar logam Cr(VI)

pada larutan standard K2Cr2O7?

3. Bagaimana perbandingan antara kemampuan adsorpsi antara zeolit alam (ZA),

limbah kayu aren (Arenga pinnata) (LKA) dan zeolit alam-limbah kayu aren

(ZA-LKA) yang telah teraktivasi pada sistem kolom untuk menurunkan kadar

logam Cr(VI) pada limbah cair batik?


commit to user

7

C. Tujuan Penelitian

1. Mengetahui besarnya kandungan logam Cr(VI) pada sampel limbah cair batik

dan kualitas limbah cair batik berdasarkan Peraturan Daerah Provinsi Jawa

Tengah no. 10 tahun 2004.

2. Mengetahui kemampuan adsorpsi zeolit alam (ZA), limbah kayu aren (Arenga

pinnata) (LKA) dan zeolit alam-limbah kayu aren (ZA-LKA) yang telah

teraktivasi pada sistem kolom untuk menurunkan kadar logam Cr(VI) pada

larutan standard K2Cr2O7.

3. Mengetahui kemampuan adsorpsi zeolit alam (ZA), limbah kayu aren (Arenga

pinnata) (LKA) dan zeolit alam-limbah kayu aren (ZA-LKA) yang telah

teraktivasi pada sistem kolom untuk menurunkan kadar logam Cr(VI) pada

limbah cair batik.

D. Manfaat Penelitian

1. Manfaat bagi peneliti: Penelitian ini diharapkan mampu menambah sumbangan

pemikiran secara ilmiah bagi ilmu kimia lingkungan dalam hal menurunkan

kadar Cr(VI) pada limbah cair batik.

2. Manfaat bagi masyarakat: Penelitian ini diharapkan sebagai bahan pertimbangan

dalam pengolahan limbah cair batik pada industri rumah tangga batik khususnya

masyarakat di karesidenan Surakarta.

3. Manfaat bagi pemerintah: Penelitian ini diharapkan sebagai bahan pertimbangan

untuk membuat kebijakan pemerintah daerah setempat untuk pengendalian

pencemaran dan pengolahan limbah cair batik.


commit to user 8

BAB II

LANDASAN TEORI

A. Tinjauan Pustaka

1. Limbah Cair Batik

Pada proses industri batik cetak dari persiapan kain putih, pengkanjian dan

penghilangan kanji, pewarnaan (deying), pencetakan (printing), pencelupan,

pengeringan, pencucian sampai penyempurnaan menghasilkan pencemar limbah cair

dengan parameter BOD, COD dan bahan lain dari zat pewarna yang dipakai

mengandung seperti zat organik, dan logam berat.

Karakteristik limbah batik cetak adalah meliputi karakteristik fisika yaitu

warna, bau, zat padat tersuspensi , temperatur, sedangkan karakteristik kimia yaitu

bahan organik,anorganik, fenol, sulfur, pH, logam berat senyawa racun (nitrit),

maupun gas. Limbah cair industri batik cetak juga mempunyai karakteristik berwarna

keruh, berbusa, pH tinggi, konsentrasi BOD tinggi, kandungan lemak alkali dan zat

warna dimana didalamnya terdapat kandungan logam berat.

Senyawa logam berat yang bersifat toksis yang terdapat pada buangan

industry batik cetak, diduga krom(Cr), Timbal (Pb), Nikel (Ni), tembaga (Cu), dan

mangan (Mn). Sumber logam berat Krom (Cr) dan Timbal (Pb) yang bersifat toksis,

dapat berasal dari zat pewarna (CrCl3, K2Cr2O7) maupun sebagai mordan yaitu

merupakan pengikat zat warna meliputi Cr(NO3)2 dan PbCrO4 (Muljadi, 2009).

Mordan disebut juga sebagai zat khusus yang dapat meningkatkan lekatnya berbagai

pewarna pada kain. (Hasanudin, 2001).


commit to user

9

2. Logam Krom (Cr)

Logam krom merupakan logam golongan transisi, diketemukan di alam

sebagai bijih terutama kromit (Fe(CrO2)2). Krom merupakan elemen berbahaya di

permukaan bumi dan dijumpai dalam kondisi oksida antara Cr(II) sampai Cr(VI).

Krom bervalensi tiga umumnya merupakan bentuk yang umum dijumpai di alam,

dan dalam material biologis krom selalu berbentuk valensi tiga, karena krom valensi

enam merupakan salah satu material organik pengoksidasi yang tinggi

(Suhendrayatna, 2001).

Ada beberapa jenis kromium yang berbeda dalam efek pada organisme.

Kromium memasuki udara, air dan tanah di Cr(III) dan Cr(VI) bentuk melalui

proses-proses alam dan aktivitas manusia. kegiatan utama manusia yang

meningkatkan konsentrasi Cr(III) yang meracuni kulit dan manufaktur tekstil.

Kegiatan utama manusia yang meningkatkan Cr(VI) konsentrasi kimia, kulit dan

manufaktur tekstil, elektro lukisan dan Cr(VI) aplikasi dalam industri. Aplikasi ini

terutama akan meningkatkan konsentrasi kromium dalam air. Melalui kromium

pembakaran batubara juga akan berakhir di udara dan melalui pembuangan limbah

kromium akan berakhir di tanah.

Sebagian besar kromium di udara pada akhirnya akan menetap dan berakhir

di perairan atau tanah. Kromium dalam tanah sangat melekat pada partikel tanah dan

sebagai hasilnya tidak akan bergerak menuju tanah. Kromium dalam air akan

menyerap pada endapan dan menjadi tak bergerak. Hanya sebagian kecil dari

kromium yang berakhir di air pada akhirnya akan larut. Cr(III) merupakan unsur

penting untuk organisme yang dapat mengganggu metabolisme gula dan


commit to user

10

menyebabkan kondisi hati, ketika dosis harian terlalu rendah. Cr(VI) adalah terutama

racun bagi organisme. Dapat mengubah bahan genetik dan menyebabkan kanker.

Tanaman mengandung sistem yang mengatur kromium-uptake harus cukup

rendah tidak menimbulkan bahaya. Tetapi ketika jumlah kromium dalam tanah

meningkat, hal ini masih dapat mengarah pada konsentrasi yang lebih tinggi dalam

tanaman. Peningkatan keasaman tanah juga dapat mempengaruhi pengambilan

kromium oleh tanaman. Tanaman biasanya hanya menyerap kromium (III). Ini

mungkin merupakan jenis penting kromium, tetapi ketika konsentrasi melebihi nilai

tertentu, efek negatif masih dapat terjadi.

Kromium tidak diketahui terakumulasi dalam tubuh ikan, tetapi konsentrasi

tinggi kromium, karena pembuangan produk-produk logam di permukaan air, dapat

merusak insang ikan yang berenang di dekat titik pembuangan. Pada hewan,

kromium dapat menyebabkan masalah pernapasan, kemampuan yang lebih rendah

untuk melawan penyakit, cacat lahir, infertilitas dan pembentukan tumor.

Dalam perairan, krom berada pada bilangan oksidasi +2, +3, dan +6, dan

hanya +6 merupakan tingkat oksidasi yang paling dominan. Ion kromos (Cr2+)

merupakan krom tingkat oksidasi +2, bersifat tidak stabil, dan jumlahnya relatif

sedikit. Cr2+ dengan cepat teroksidasi ke tingkat oksidasi +3 yang lebih stabil dalam

lingkungan aerobik. Di samping itu, sebagai Cr(OH)2, Cr2+ akan mengendap dalam

air pada pH mendekati 6. Dengan demikian krom tingkat oksidasi +3 dan +6 lebih

banyak berperan dalam lingkungan perairan (Bert,1982). Senyawa Cr(III) dan Cr(VI)

sering dipakai untuk bahan pelapis logam lain agar lebih tahan korosi dan kelihatan

lebih baik. Selain itu senyawa Cr(III) dan Cr(VI) juga dipakai sebagai bahan


commit to user

11

pembuatan cat, pewarna tekstil dan lain-lain. Dalam zat warna tekstil jenis Grey

Lanaset G mengandung krom (III) sebesar 2,5 % sebagai senyawa kompleks

organologam (Blanques et al., 2004). Cr(VI) lebih mudah diserap oleh tubuh

dibandingkan dengan Cr(III). Namun, Cr(VI) setelah di dalam tubuh segera

mengalami reduksi menjadi Cr(III) (ATSDR, 2000). Keterdapatan Cr(III) dalam

tubuh dapat menyebabkan kanker paru-paru. Proses penjerapan krom oleh tubuh dan

dampaknya bagi kesehatan disajikan pada Gambar 1 (Kaim and Schwederski, 1994).

Gambar 1. Diagram Masuknya Krom dalam Tubuh

3. Pengolahan Air Limbah

Secara umum, metode pengolahan yang dikembangkan tersebut dapat

digolongkan atas 3 jenis metode pengolahan, yaitu secara fisika, kimia maupun

biologis.


commit to user

12

Cara fisika, merupakan metode pemisahan sebagian dari beban pencemaran

khususnya padatan tersuspensi atau koloid dari air dengan memanfaatkan gaya-gaya

fisika (Eckenfelder, 1989; MetCalf dan Eddy, 2003). Dalam pengolahan air industri

secara fisika, proses yang dapat digunakan antara lain adalah filtrasi dan

pengendapan (sedimentasi). Filtrasi (penyaringan) menggunakan media penyaring

terutama untuk menjernihkan dan memisahkan partikel-partikel kasar dan padatan

tersuspensi dari air. Dalam sedimentasi, flok-flok padatan dipisahkan dari aliran

dengan memanfaatkan gaya gravitasi.

Cara kimia, merupakan metode penghilangan atau konversi senyawa-

senyawa polutan dalam air dengan penambahan bahan-bahan kimia atau reaksi kimia

lainnya (MetCalf dan Eddy, 2003).

Proses netralisasi biasanya diterapkan dengan cara penambahan asam atau

basa guna menetralisir ion-ion terlarut dalam air sehingga memudahkan proses

pengolahan selanjutnya. Dalam proses koagulasi-flokulasi menurut Mysels (1959),

partikel-partikel koloid hidrofobik cenderung menyerap ion-ion bermuatan negatif

dalam air melalui sifat adsorpsi koloid tersebut, sehingga partikel tersebut menjadi

bermuatan negatif. Koloid bermuatan negatif ini melalui gaya-gaya Van der Waals

menarik ion-ion bermuatan berlawanan dan membentuk lapisan kokoh (lapisan stern)

mengelilingi partikel inti. Selanjutnya lapisan kokoh stern yang bermuatan positif

menarik ion-ion negatif lainnya dari dalam larutan membentuk lapisan kedua

(lapisan difus). Kedua lapisan tersebut bersama-sama menyelimuti partikel-partikel

koloid dan membuatnya menjadi stabil. Partikel-partikel koloid dalam keadaan stabil

menurut Davis dan Cornwell (1991), cenderung tidak mau bergabung satu sama


commit to user

13

lainnya membentuk flok-flok berukuran lebih besar, sehingga tidak dapat

dihilangkan dengan proses sedimentasi ataupun filtrasi.

Koagulasi pada dasarnya merupakan proses destabilisasi partikel koloid

bermuatan dengan cara penambahan ion-ion bermuatan berlawanan (koagulan) ke

dalam koloid, dengan demikian partikel koloid menjadi netral dan dapat

beraglomerasi satu sama lain membentuk mikroflok. Selanjutnya mikroflok-

mikroflok yang telah terbentuk dengan dibantu pengadukan lambat megalami

penggabungan menghasilkan makroflok (flokulasi), sehingga dapat dipisahkan dari

dalam larutan dengan cara pengendapan atau filtrasi (Eckenfelder, 1989; Farooq dan

Velioglu, 1989).

Koagulan yang biasa digunakan antara lain polielektrolit, aluminium, kapur,

dan garam-garam besi. Masalah dalam pengolahan limbah secara kimiawi adalah

banyaknya endapan lumpur yang dihasilkan (Eckenfelder, 1989; MetCalf dan Eddy,

2003), sehingga membutuhkan penanganan lebih lanjut.

Cara biologi dapat menurunkan kadar zat organik terlarut dengan

memanfaatkan mikroorganisme atau tumbuhan air. Pada dasarnya cara biologi

adalah pemutusan molekul kompleks menjadi molekul sederhana. Proses ini sangat

peka terhadap factor suhu, pH, oksigen terlarut (DO) dan zat-zat inhibitor terutama

zat-zat beracun. Mikroorganisme yang digunakan untuk pengolahan limbah adalah

bakteri, algae, atau protozoa (Ritmann dan McCarty, 2001). Sedangkan tumbuhan air

yang mungkin dapat digunakan termasuk gulma air (aquatic weeds) (Lisnasari,

1995).


commit to user

14

4. Zeolit

Kata “zeolit” berasal dari kata Yunani zein yang berarti membuih dan lithos

yang berarti batu. Zeolit merupakan mineral hasil tambang yang bersifat lunak dan

mudah kering. Warna dari zeolit adalah putih keabu-abuan, putih kehijau-hijauan,

atau putih kekuning-kuningan. Ukuran kristal zeolit kebanyakan tidak lebih dari 10–

15 mikron. Zeolit terbentuk dari abu vulkanik yang telah mengendap jutaan tahun

silam. Sifat-sifat mineral zeolit sangat bervariasi tergantung dari jenis dan kadar

mineral zeolit. Zeolit mempunyai struktur berongga biasanya rongga ini diisi oleh air

serta kation yang bisa dipertukarkan dan memiliki ukuran pori tertentu. Oleh karena

itu zeolit dapat dimanfaatkan sebagai penyaring molekuler, senyawa penukar ion,

sebagai filter dan katalis. (Sutarti, 1994)

a. Struktur Zeolit

Zeolit mengandung unsur utama silikon, aluminium, dan oksigen serta

mengikat sejumlah tertentu molekul air di dalam porinya. Unsur lain yang juga

terdapat pada zeolit adalah unsur logam alkali dan alkali tanah.

Gambar 2. Kerangka Utama Zeolit (Guisnet, M. dan Gilson, JP., 2002)


commit to user

15

Dalam struktur tersebut Si4+ dapat diganti Al4+

(Gambar 2), sehingga rumus

umum komposisi zeolit dapat dinyatakan sebagai berikut :

Mx/n [(AlO2)x(SiO2)y] m H2O (Lesley et al., 2001)

dengan : n = Valensi kation M (alkali / alkali tanah) x dan y = Jumlah tetrahedron per unit sel m = Jumlah molekul air per unit sel M = Kation alkali / alkali tanah

Struktur zeolit yang merupakan senyawa aluminosilikat dapat dijabarkan

seperti pada gambar di bawah. Tetrahedral SiO4 dan AlO4 saling berhubungan pada

sudut-sudut tetrahedralnya untuk membentuk Al, Si framework tiga dimensi yang

berpori. Kation-kation alkali monovalen atau divalen menempati posisinya di dalam

pori-pori. Kehadiran kation-kation ini akan menetralkan muatan zeolit. Sebagian pori

ditempati atau diisi oleh molekul-molekul air.

Gambar 3. Skematika Pembetuktan Struktur Zeolit Tiga Dimensi

(Guisnet, M. dan Gilson, JP., 2002)


commit to user

16

b. Sifat Zeolit

Zeolit mempunyai sifat-sifat kimia, di antaranya :

1. Dehidrasi

Sifat dehidrasi zeolit berpengaruh terhadap sifat jerapannya. Keunikan zeolit

terletak pada struktur porinya yang spesifik. Pada zeolit alam di dalam pori-porinya

terdapat kation-kation atau molekul air. Bila kation-kation atau molekul air tersebut

dikeluarkan dari dalam pori dengan suatu perlakuan tertentu maka zeolit akan

meninggalkan pori yang kosong (Bambang et al., 1995).

2. Penjerapan

Dalam keadaan normal ruang hampa dalam kristal zeolit terisi oleh molekul

air yang berada disekitar kation. Bila zeolit dipanaskan maka air tersebut akan keluar.

Zeolit yang telah dipanaskan dapat berfungsi sebagai penjerap gas atau cairan

(Bambang et al., 1995).

3. Penukar Ion

Ion-ion pada rongga berguna untuk menjaga kenetralan zeolit. Ion-ion ini

dapat bergerak bebas sehingga pertukaran ion yang terjadi tergantung dari ukuran

dan muatan maupun jenis zeolitnya. Sifat sebagai penukar ion dari zeolit antara lain

tergantung dari sifat kation, suhu, dan jenis anion (Bambang et al., 1995).

4. Katalis

Zeolit sebagai katalis hanya mempengaruhi laju reaksi tanpa mempengaruhi

kesetimbangan reaksi karena mampu menaikkan perbedaan lintasan molekular dari

reaksi. Katalis berpori dengan pori-pori sangat kecil akan memuat molekul-molekul

kecil tetapi mencegah molekul besar masuk. Selektivitas molekuler seperti ini


commit to user

17

disebut molecular sieve yang terdapat dalam substansi zeolit alam (Bambang et al.,

1995).

5. Penyaring / pemisah

Zeolit sebagai penyaring molekul maupun pemisah didasarkan atas perbedaan

bentuk, ukuran, dan polaritas molekul yang disaring. Molekul yang berukuran lebih

kecil dari ruang hampa dapat melintas sedangkan yang berukuran lebih besar dari

ruang hampa akan ditahan (Bambang et al., 1995).

Kekuatan zeolit sebagai penjerap, katalis, dan penukar ion sangat tergantung

dari perbandingan Al dan Si, sehingga dikelompokkan menjadi 3 (Sutarti, 1994)

sebagai berikut:

1. Zeolit dengan kadar Si rendah yaitu zeolit jenis ini banyak mengandung Al (kaya

Al), berpori, mempunyai nilai ekonomi tinggi karena efektif untuk pemisahan atau

pemurnian dengan kapasitas besar. Volume porinya dapat mencapai 0,5 cm3/cm3

volume zeolit. Kadar maksimum Al dicapai jika perbandingan Si/Al mendekati 1 dan

keadaan ini mengakibatkan daya penukaran ion maksimum.

2. Zeolit dengan kadar Si sedang yaitu kerangka tetrahedral Al dari zeolit tidak stabil

terhadap pengaruh asam dan panas. Jenis zeolit mordenit mempunyai perbandingan

Si/Al = 5 sangat stabil.

3. Zeolit dengan kadar Si tinggi yaitu zeolit ini mempunyai perbandingan Si/Al =10-

100 sehingga sifat permukaannya tidak dapat diperkirakan lebih awal. Sangat

higroskopis dan menyerap molekul non-polar sehingga baik digunakan sebagai

katalisator asam untuk hidrokarbon.


commit to user

18

c. Zeolit Alam

Komposisi dan struktur zeolit alam kebanyakan terdiri dari mineral

mordernit dan klinoptillit (Gambar 4). Dari uji pendahuluan terhadap zeolit alam

Wonosari dengan menggunakan difraksi sinar x diketahui bahwa sebagian besar

penyusunnya adalah mordernit. Analisis lebih lanjut terhadap zeolit alam Wonosari

menunjukkan bahwa zeolit mempunyai rasio Si/Al 4,75; keasaman sebesar 2,39

mmol/g; luas permukaan 24,13 m2/g; volume pori 74,25 x 10-3 mL/g; rerata jejari

pori 60,54 dan memilki kandungan logam Na, K, Ca dan Fe masing-masing sebesar

4,29 %; 1,34 %; 2,39 5 dan 1,04 %. (Budi, 2006)

Beberapa penelitian yang telah dilakukan menunjukkan bahwa zeolit alam

mampu dimanfatkan sebagai adsorben limbah pencemar dari beberapa industri.

Zeolit mampu menjerap berbagai macam logam, antara lain Ni, Np, Pb, U, Zn, Ba,

Ca, Mg, Sr, Cd, Cu dan Hg (Kosmulski, 2001).

Tabel 1. Sifat Zeolit Jenis Mordenit

Zeolit Mordenit Sifat

Struktur kristal

Swelling

Kestabilan panas

Kestabilan radiasi

Adsorpsi

Penukar kation

Penyaring molekul

Katalis

Framework 3 dimensi

Sangat kecil

Tinggi

Sedang

Tinggi

Sedang

Tinggi

Tinggi


commit to user

19

(a) (b)

Gambar 4. (a) Struktur Zeolit Jenis Mordenit Na8 [Al8Si40O96]. 24H2O (b) Struktur Zeolit Jenis Klinoptilolit Na6 [Al6Si30O72]. 24H2O. (Guisnet, M. dan Gilson, JP., 2002)

d. Aktivasi Zeolit Alam

Proses aktivasi zeolit alam dapat dilakukan dengan 2 cara, yang pertama yaitu

secara fisika melalui pemanasan dengan tujuan untuk menguapkan air yang

terperangkap di dalam pori-pori kristal zeolit, sehingga luas permukaannya

bertambah (Khairinal, 2000). Proses pemanasan zeolit dikontrol, karena pemanasan

yang berlebihan kemungkinan akan menyebabkan zeolit tersebut rusak.

Aktivasi zeolit secara kimia dengan tujuan untuk membersihkan permukaan

pori, membuang senyawa pengotor dan mengatur kembali letak atom yang dapat

dipertukarkan. Proses aktivasi zeolit dengan perlakuan asam HCl pada konsentrasi

0,1N hingga 11 N menyebabkan zeolit mengalami dealuminasi dan dekationisasi

yaitu keluarnya Al dan kation-kation dalam kerangka zeolit. Aktivasi asam


commit to user

20

menyebabkan terjadinya dekationisasi yang menyebabkan bertambahnya luas

permukaan zeolit karena berkurangnya pengotor yang menutupi pori-pori zeolit.

Luas permukaan yang bertambah diharapkan meningkatkan kemampuan zeolit dalam

proses penjerapan (Weitkamp, 1999). Menurut Hamdan yang dikutip oleh Dina

tingginya kandungan Al dalam kerangka zeolit menyebabkan kerangka zeolit sangat

hidrofilik. Sifat hidrofilik dan polar dari zeolit ini merupakan hambatan dalam

kemampuan penjerapannya. Proses aktivasi dengan asam dapat meningkatkan

kristalinitas, keasaman dan luas permukaan (Hari, 2001). Heraldy (2003) juga

mengkaji aktivasi asam terhadap zeolit alam asal Ponorogo dan Wonosari. Asam

yang dipergunakan adalah HCl, HNO3, H2SO4 dan H3PO4. Hasilnya menunjukkan

bahwa perlakuan asam terhadap zeolit alam asal Ponorogo dan Wonosari

meningkatkan daya jerap zeolit terhadap limbah cair. Penelitian tersebut

menyimpulkan bahwa perlakuan asam telah berhasil melepaskan alumunium dari

kerangka zeolit dan mampu meningkatkan keasaman zeolit. Peningkatan keasaman

zeolit disebutkan mampu memperbesar kemampuan penjerapan zeolit. Hal itu terjadi

karena banyaknya pori-pori zeolit yang terbuka dan permukaan padatannya menjadi

bersih dan luas.

5. Aren (Arenga pinnata)

Aren (Arenga pinnata) merupakan tumbuhan berbiji tertutup dimana biji

buahnya terbungkus daging buah. Tepung aren dapat digunakan untuk pembuatan

aneka produk makanan, terutama produk yang sudah dikenal masyarakat luas, yaitu

soun, cendol, bakmi, dan hun kwe. Sampai saat ini tepung dari pati batang aren


commit to user

21

belum dapat disubstitusi. Pembuatan tepung aren dilakukan melalui terlebih dahulu

menebang batang pohon aren kemudian dipotong-potong sepanjang 1,25 - 2 meter.

Pada industri tradisional, serat tadi dimasukkan ke bak yang dialiri air serta

diaduk-aduk dengan cara menginjak-injak untuk memisahkan antara ampas aren dan

tepungnya. Diagram alir proses pembuatan tepung pati aren dapat dilihat pada

Gambar 5.

Gambar 5. Diagram alir proses pembuatan tepung aren

(Firdayati dan Handajani, 2005)


commit to user

22

Industri tepung aren berada di Dukuh Bendo, Desa Daleman Kecamatan

Tulung, Kabupaten Klaten Jawa Tengah, sekitar 15-18 km ke arah utara kota Klaten.

Luas Dukuh Bendo mencapai 61.190 m2, dengan jumlah penduduk 1.164 jiwa. Mata

pencaharian penduduk terutama adalah dari industri aren yang mencapai jumlah 35

buah. Industri yang kebanyakan rumahan tersebut mendapatkan pasokan bahan baku

batang pohon aren dari 3 pabrik yang juga berlokasi di dukuh tersebut. Saat ini,

industri tepung aren menghasilkan limbah limbah cair dan limbah padat (Firdayati

dan Handajani, 2005).

Limbah cair berasal dari proses pemarutan/pelepasan pati dari serat dan

pengendapan tepung aren. Limbah padat yang berupa serbuk serat aren semula

dimanfaatkan oleh industri budidaya jamur di kota Yogyakarta. Namun pada dua

tahun terakhir, industri tersebut tidak beroperasi lagi, akibatnya timbunan limbah

padat memenuhi bantaran sungai dan daerah sekitar sawah. Lindi dari limbah padat

ini mulai terasa mencemari badan air dan sistem irigasi yang ada di daerah tersebut.

Dampak yang dirasakan penduduk berupa timbulnya gangguan kulit setelah

menggunakan sumber air yang sudah tercemar oleh lindi ampas aren dan juga

matinya ikan-ikan pada kolam ikan milik penduduk, selain bau yang menyengat,

khususnya setelah ampas terbasahi oleh hujan (Firdayati dan Handajani, 2005).

Limbah padat yang tidak ditangani dengan baik, berpotensi menimbulkan

masalah bagi komunitas sekitarnya. Limbah padat yang komponen dasarnya ada

materi organik akan terdekomposisi secara alamiah di lingkungan. Namun dalam

prosesnya sering sekali timbul gangguan bau dan estetika dari timbunan limbah padat

ini (Firdayati dan Handajani, 2005).


commit to user

23

Kandungan fosfor dan kalium limbah kayu aren dalam bentuk ampas masih

tinggi (Tabel 4). Tingginya kandungan besi (Fe) dan Mangan (Mn) pada limbah

diperkirakan berasal dari air sumur yang digunakan selama proses (Tabel 2)

(Firdayati dan Handajani, 2005).

Tabel 2. Karakteristik Limbah Kayu Aren dan Baku Mutu

(Firdayati dan Handajani, 2005) No. Parameter Satuan Hasil Analisa 1. C-Organik % BK 69,94 2. N-Organik % BK 0,70 3. Total Phospat mg/kg BK 1464,46 4. Amoniak mg/kg BK 0,04 5. Kalium (K) mg/kg BK 2206,96 6. Magnesium (Mg) mg/kg BK 635,85 7. Besi (Fe) mg/kg BK 652,23 8. Seng (Zn) mg/kg BK 106,06 9. Tembaga (Cu) mg/kg BK 5,82 10. Fosfor (P) mg/kg BK 487,67 11. Mangan (Mn) mg/kg BK 41,86

6. Komponen Kimia Kayu

Kayu sebagian besar tersusun atas tiga unsur yaitu unsur C, H dan O. Unsur-

unsur tersebut berasal dari udara berupa CO2 dan dari tanah berupa H2O. Namun,

dalam kayu juga terdapat unsur-unsur lain seperti N, P, K, Ca, Mg, Si, Al dan Na.

Unsur-unsur tersebut tergabung dalam sejumlah senyawa organik, secara umum

dapat dibedakan menjadi dua bagian (Fengel dan Wegener, 1995) yaitu:

1. Komponen lapisan luar yang terdiri atas fraksi-fraksi yang dihasilkan oleh

kayu selama pertumbuhannya. Komponen ini sering disebut dengan zat

ekstraktif. Zat ekstraktif ini adalah senyawaan lemak, lilin, resin dan lain-lain.


commit to user

24

2. Komponen lapisan dalam terbagi menjadi dua fraksi yaitu fraksi karbohidrat

yang terdiri atas selulosa dan hemiselulosa, fraksi non karbohidrat yang

terdiri dari lignin.

a. Selulosa dan Hemiselulosa

Selulosa merupakan senyawa organik yang terdapat pada dinding sel

bersama lignin berperan dalam mengokohkan struktur tumbuhan. Selulosa pada kayu

umumnya berkisar 40-50%, sedangkan pada kapas hampir mencapai 98%. Selulosa

terdiri atas rantai panjang unit-unit glukosa yang terikat dengan ikatan 1-4β-

glukosida.

Gambar 6. Model Struktur Selulosa

Hemiselulosa adalah polimer polisakarida heterogen tersusun dari unit D-

glukosa, D-manosa, L-arabiosa dan D-xilosa. Hemiselulosa pada kayu berkisar

antara 20-30%. Dilihat dari strukturnya, selulosa dan hemiselulosa mempunyai

potensi yang cukup besar untuk dijadikan sebagai penjerap karena gugus OH- yang

terikat dapat berinteraksi dengan komponen adsorbat. Adanya gugus OH-, pada

selulosa dan hemiselulosa menyebabkan terjadinya sifat polar pada adsorben tersebut.

Dengan demikian selulosa dan hemiselulosa lebih kuat menjerap zat yang bersifat

polar dari pada zat yang kurang polar. Mekanisme jerapan yang terjadi antara gugus


commit to user

25

OH- yang terikat pada permukaan dengan ion logam yang bermuatan positif (kation)

merupakan mekanisme pertukaran ion sebagai berikut (Yantri, 1998).

Gambar 7. Mekanisme Gugus OH- pada Selulosa dengan Ion Logam

M+

dan M2+

adalah ion logam, OH- adalah gugus hidroksil dan Y adalah

matriks tempat gugus OH- terikat. Interaksi antara gugus OH- dengan ion logam juga

memungkinkan melalui mekanisme pembentukan kompleks koordinasi karena atom

oksigen (O) pada gugus OH- mempunyai pasangan elektron bebas, sedangkan ion

logam mempunyai orbital d kosong. Pasangan elektron bebas tersebut akan

menempati orbital kosong yang dimiliki oleh ion logam, sehingga terbentuk suatu

senyawa atau ion kompleks.

Menurut Terada et al. (1983) ikatan kimia yang terjadi antara gugus aktif

pada zat organik dengan molekul dapat dijelaskan sebagai perilaku interaksi asam-

basa Lewis yang menghasilkan kompleks pada permukaan padatan. Pada sistem

adsorpsi larutan ion logam.


commit to user

26

b. Lignin

Lignin adalah polimer tiga dimensi yang terdiri dari unit fenil propana yang

diikat dengan ikatan eter (C-O-C) dan ikatan karbon (C-C). Lignin bersifat tahan

terhadap hidrolisis karena adanya ikatan arilalkil dan ikatan eter. Lignin adalah suatu

polimer yang komplek dengan bobot molekul tingi yang tersusun atas unit-unit

fenilpropana. Lignin termasuk ke dalam kelompok bahan yang polimerisasinya

merupakan polimerisasi cara ekor (endwisepolymerization), yaitu pertumbuhan

polimer terjadi karena satu monomer bergabung dengan polimer yang sedang

tumbuh. Polimer lignin merupakan polimer bercabang dan membentuk struktur tiga

dimensi (Gambar 8) (Judoamidjojo et al., 1989).

Di alam keberadaan lignin pada kayu berkisar antara 25-30%, tergantung

pada jenis kayu atau faktor lain yang mempengaruhi perkembangan kayu. Pada kayu,

lignin umumnya terdapat di daerah lamela tengah dan berfungsi pengikat antar sel

serta menguatkan dinding sel kayu. Kulit kayu, biji, bagian serabut kasar, batang dan

daun mengandung lignin yang berupa substansi kompleks oleh adanya lignin dan

polisakarida yang lain. Kadar lignin akan bertambah dengan bertambahnya umur

tanaman. Lignin bersifat tidak larut dalam kebanyakan pelarut organik. Lignin yang

melindungi selulosa bersifat tahan terhadap hidrolisa yang disebabkan oleh adanya

ikatan alkil dan ikatan eter. Pada suhu tinggi, lignin dapat mengalami perubahan

struktur dengan membentuk asam format, metanol, asam asetat, aseton, vanilin dan

lain-lain. Sedangkan bagian lainnya mengalami kondensasi (Judoamidjojo et al.,

1989).


commit to user

27

Gambar 8. Model Struktur Lignin (Brunow, 1995)

Proses delignifikasi merupakan perlakuan pendahuluan terhadap bahan baku

sehingga mempermudah pelepasan hemiselulosa. Proses ini berfungsi untuk

membersihkan lignin. Berbagai perlakuan pendahuluan atau delignifikasi dapat

dilakukan seperti perlakuan secara fisik (penggilingan, pemanasan dengan uap,

radiasi atau pemanasan dengan udara kering) dan secara kimia (pelarut, larutan

pengembang, gas SO2) (Frida, 1998). Menurut Foody et al., (1999) menyatakan

bahwa perlakuan pendahuluan dapat dilakukan dengan mengkombinasikan antara

perlakuan fisik dan kimia. Perlakuan fisik seperti penggilingan, tekanan, pengepresan

dan sebagainya sedangkan kimia seperti penggunaan panas, pelarut dan asam.


commit to user

28

c. Modifikasi Biosorben

Modifikasi biosorben bertujuan meningkatkan kapasitas adsorpsi dari

biosorben. Modifikasi dapat dilakukan dengan memberi perlakuan kimia seperti

direaksikan dengan asam dan basa atau perlakuan fisika seperti pemanasan dan

pencucian (Marshall dan Mitchell, 1996). Pada penelitian ini, biosorben dimodifikasi

dengan menggunakan asam, kemudian dilanjutkan dengan impregnasi basa.

Modifikasi asam merupakan cara paling umum yang digunakan untuk

mengaktivasi biosorben sehingga kapasitas penjerapannya jauh lebih besar dibanding

arang aktif (David, 2000). Menurut Gufta (1998), modifikasi biosorben dengan asam

paling umum dilakukan dan terbukti sangat efektif dalam meningkatkan kapasitas

adsorpsi dari biosorben. Asam yang digunakan pada percobaan ini adalah asam

nitrat, sedangkan basa yang digunakan pada proses impregnasi adalah natrium

hidroksida (NaOH).

Impregnasi adalah suatu proses penjenuhan sampai ke bagian dalam adsorben

dengan gas atau cairan yang akan membentuk pori-pori atau rongga. Impregnan

NaOH pada permukaan biosorben membuat unsur karbon (C) bereaksi dengan

oksigen menjadi gas CO2 pada saat proses impregnasi. Hilangnya unsur karbon

tersebut meninggalkan ruang kosong sehingga mampu membentuk rongga yang

makin lama makin mendalam. Dengan fenomena ini, maka pori-pori terbentuk di

permukaan biosorben (Setiadi dan Edi, 1999). Rongga atau pori ini akan menjerap

zat warna biru metilena. Impregnasi dengan NaOH mampu mempercepat kinetika

reaksi penjerapan zat warna dan logam oleh adsorben (Wu dan Paul, 1998).


commit to user

29

7. Adsorpsi

Salah satu metode yang digunakan untuk menghilangkan zat pencemar dari air

limbah adalah adsorpsi (Rios et al., 1999). Adsorpsi merupakan terjerapnya suatu zat

(molekul atau ion) pada permukaan adsorben. Mekanisme penjerapan tersebut dapat

dibedakan menjadi dua yaitu, jerapan secara fisika (fisisorpsi) dan jerapan secara kimia

(kemisorpsi). Pada proses fisisorpsi gaya yang mengikat adsorbat oleh adsorben adalah

gaya-gaya van der Waals. Molekul terikat sangat lemah dan energi yang dilepaskan pada

adsorpsi fisika relatif rendah sekitar 20 kJ/mol (Castellan, 1982). Sedangkan pada proses

adsorpsi kimia, interaksi adsorbat dengan adsorben melalui pembentukan ikatan kimia.

Kemisorpsi terjadi diawali dengan adsorpsi fisik, yaitu partikel-partikel adsorbat

mendekat ke permukaan adsorben melalui gaya van der Waals atau melalui ikatan

hidrogen. Kemudian diikuti oleh adsorpsi kimia yang terjadi setelah adsorpsi fisika.

Dalam adsorpsi kimia partikel melekat pada permukaan dengan membentuk ikatan

kimia (biasanya ikatan kovalen), dan cenderung mencari tempat yang

memaksimumkan bilangan koordinasi dengan substrat (Atkins, 1999).

Kekuatan interaksi adsorbat dengan adsorben dipengaruhi oleh sifat dari

adsorbat maupun adsorbennya. Gejala yang umum dipakai untuk meramalkan

komponen mana yang diadsorpsi lebih kuat adalah kepolaran adsorben dengan

adsorbatnya. Apabila adsorbennya bersifat polar, maka komponen yang bersifat polar

akan terikat lebih kuat dibandingkan dengan komponen yang kurang polar.

Kekuatan interaksi juga dipengaruhi oleh sifat keras-lemahnya dari adsorbat

maupun adsorben. Sifat keras untuk kation dihubungkan dengan istilah polarizing

power cation, yaitu kemampuan suatu kation untuk mempolarisasi anion dalam suatu


commit to user

30

ikatan. Kation yang mempunyai polarizing power cation besar cenderung bersifat

keras. Sifat polarizing power cation yang besar dimiliki oleh ion-ion logam dengan

ukuran (jari-jari) kecil dan muatan yang besar. sebaliknya sifat polarizing power

cation yang rendah dimiliki oleh ion-ion logam dengan ukuran besar namun

muatannya kecil, sehingga diklasifikasikan ion lemah.

Pengertian keras untuk anion dihubungkan dengan istilah polarisabilitas

anion yaitu, kemampuan suatu anion untuk mengalami polarisasi akibat medan listrik

dari kation. Anion bersifat keras adalah anion berukuran kecil, muatan besar dan

elektronegativitas tinggi, sebaliknya anion lemah dimiliki oleh anion dengan ukuran

besar, muatan kecil dan elektronegatifitas yang rendah. Ion logam keras berikatan

kuat dengan anion keras dan ion logam lemah berikatan kuat dengan anion lemah

(Atkins, 1999).

Pearson (1963) mengklasifikasikan asam-basa Lewis menurut sifat keras dan

lemahnya. Menurut Pearson, situs aktif pada permukaan padatan dapat dianggap

sebagai ligan yang dapat mengikat logam secara selektif. Logam dan ligan

dikelompokkan menurut sifat keras dan lemahnya berdasarkan pada polarisabilitas

unsur. Pearson (1963) mengemukakan suatu prinsip yang disebut Hard and Soft Acid

Base (HSAB). Ligan-ligan dengan atom yang sangat elektronegatif dan berukuran

kecil merupakan basa keras, sedangkan ligan-ligan dengan atom yang elektron

terluarnya mudah terpolarisasi akibat pengaruh ion dari luar merupakan basa lemah.

Sedangkan ion-ion logam yang berukuran kecil namun bermuatan positip besar,

elektron terluarnya tidak mudah dipengaruhi oleh ion dari luar, ini dikelompokkan ke

dalam asam keras, sedangkan ion-ion logam yang berukuran besar dan bermuatan


commit to user

31

kecil atau nol, elektron terluarnya mudah dipengaruhi oleh ion lain, dikelompokkan

ke dalam asam lemah.

Menurut prinsip HSAB, asam keras akan berinteraksi dengan basa keras

untuk membentuk kompleks, begitu juga asam lemah dengan basa lemah. Interaksi

asam keras dengan basa keras merupakan interaksi ionik, sedangkan interaksi asam

lemah dengan basa lemah, interaksinya lebih bersifat kovalen.

Porositas adsorben juga mempengaruhi daya adsorpsi dari suatu adsorben.

Adsorben dengan porositas yang besar mempunyai kemampuan menjerap yang lebih

tinggi dibandingkan dengan adsorben yang memilki porositas kecil. Untuk

meningkatkan porositas dapat dilakukan dengan mengaktivasi secara fisika seperti

mengalirkan uap air panas ke dalam pori-pori adsorben, atau mengaktivasi secara

kimia. Salah satu cara mengaktivasi adsorben secara kimia adalah aktivasi selulosa

melalui penggantian gugus aktif OH- pada selulosa dengan gugus HSO3

- melalui

proses sulfonasi. Selulosa yang teraktivasi dengan cara sulfonasi memberikan daya

adsorpsi yang meningkat dua kali lipat dibandingkan daya adsorpsi selulosa yang

tidak diaktivasi (Setiawan et al., 2004)

Jumlah zat yang diadsorpsi pada permukaan adsorben merupakan proses

berkesetimbangan, sebab laju peristiwa adsorpsi disertai dengan terjadinya desorpsi.

Pada awal reaksi, peristiwa adsorpsi lebih dominan dibandingkan dengan peristiwa

desorpsi, sehingga adsorpsi berlangsung cepat. Pada waktu tertentu peristiwa

adsorpsi cendung berlangsung lambat, dan sebaliknya laju desorpsi cendrung

meningkat. Waktu ketika laju adsorpsi adalah sama dengan laju desorpsi sering


commit to user

32

disebut sebagai keadaan berkesetimbangan. Pada keadaan berkesetimbangan tidak

teramati perubahan secara makroskopis. Waktu tercapainya keadaan setimbang pada

proses adsorpsi adalah berbeda-beda, Hal ini dipengaruhi oleh jenis interaksi yang

terjadi antara adsorben dengan adsorbat. Secara umum waktu tercapainya

kesetimbangan adsorpsi melalui mekanisme fisika (fisisorpsi) lebih cepat

dibandingkan dengan melalui mekanisme kimia atau kemisorpsi (Castellans, 1982).

8. Spektrofotometer Serapan Atom

Prinsip dasar pengukuran dengan SSA adalah penyerapan energi (sumber

cahaya) oleh atom-atom dalam keadaan dasar menjadi atom-atom dalam keadaan

tereksitasi. Pembentukan atom-atom dalam keadaan dasar atau proses atomisasi pada

umumnya dilakukan dalam nyala. Cuplikan sampel yang mengandung logam M

sebagai ion M+ dalam bentuk larutan garam M+

dan A- akan melalui serangkaian

proses dalam nyala, sebelum akhirnya menjadi atom logam dalam keadaan dasar M0.

Atom-atom dalam keadaan dasar (M0) akan menyerap energi sumber energi berupa

lampu katode berongga, yang mana jumlah energi yang diserap adalah sebanding

dengan populasi atau konsentrasi atom-atom dalam sampel (Welz, 1985). Penentuan

konsentrasi unsur logam dalam sampel dapat dilakukan dengan bantuan kurva

kalibrasi yang merupakan aluran antara absorbansi terhadap konsentrasi larutan

standar. Hal ini sesuai dengan Hukum Lambert-Beer yang menyatakan bahwa jumlah

energi yang diserap (absorbansi) adalah sebanding dengan konsentrasi (C) (Khopkar,

2003).


commit to user

33

B. Penelitian Terkait

Penelitian mengenai zeolit alam dan limbah kayu aren sebagai alternatif

sebagai adsorben untuk menurunkan logam Cr(VI) terkait dengan beberapa

penelitian sebelumnya. Penelitian tersebut turut mendasari dan menjadi referensi

bagi pelaksanaan penelitian. Penelitian ini memiliki nilai-nilai yang terbarukan

apabila dibandingkan dengan penelitian sebelumnya. Maknanya bahwa terdapat hal-

hal baru dan belum diangkat pada penelitian sebelumnya.

Beberapa penelitian yang terkait penggunaan zeolit alam untuk menurunkan

logam Cr dan beberapa logam antara lain :

1. Susetyaningsih et al. (2009) melakukan penelitian bahwa kemampuan zeolit

alam untuk ukuran (-80+100) mesh memiliki kondisi yang paling baik dan telah

diaktivasi dengan pemanasan 150 oC selama 60 menit dapat mereduksi kadar

logam Cr dalam limbah B3 cair industri penyamakan kulit yaitu sebesar 92,60 %.

2. (Mutngimaturrohmah et al., 2009) melakukan penelitian bahwa pemanfaatan

zeolit teraktivasi dengan dengan HCl 6 M dan NH4NO3 2 M dapat digunakan

untuk adsorpsi fenol 100 ppm teradsorpsi sebesar 65,89 ppm.

3. Rahman dan Hartono (2004) melakukan penelitian tentang penyaringan air tanah

dengan zeolit alami untuk menurunkan kadar besi dan mangan. Kolom adsorpsi

terbuat dari kolom gelas ber-stopcock berdiameter 4 cm panjang 50 cm.

4. Campos (2009) melakukan penelitian dari zeolit alam dari Sao Paulo, Brasil

yang telah diaktivasi dengan cara pemanasan dapat menurunkan kadar logam

Cr(VI).


commit to user

34

Beberapa penelitian yang terkait penggunaan selulosa untuk menurunkan

logam Cr antara lain:

1. Rao et al. (2007) melakukan penelitian tentang pemanfaatan daun Azadirachta

indica yang diaktivasi dengan H2SO4 dan NaOH dapat menurunkan logam

Cr(VI) sebesar 94 – 97 %.

2. Fahrizal (2008) melakukan penelitian tentang pemanfaatan tongkol jagung

dengan ukuran 100 mesh tanpa diaktivasi dan diaktivasi dengan HNO3 disertai

NaOH sebagai adsorben zat warna biru metilena menunjukkan bahwa dengan

aktivasi lebih efektif daripada tanpa aktivasi

3. Abbas et al. (2010) melakukan penelitian tentang pemanfaatan tongkol jagung

(Zea maize), ampas tebu (Saccharum officinarum) dan sekam padi (Oryza

sativa) sebagai limbah pertanian dapat menurunkan logam Cr(VI) berturut-turut

sebesar 98,7 ; 98,64 ; dan 100 % yang berbentuk serbuk dengan ukuran 200

mesh diaktivasi dengan pemanasan 105 oC selama 3 menit.

4. Sudiharta dan Yulihastuti (2010) melakukan penelitian tentang pemanfaatan

serat sabut kelapa hijau (Cocos nucifera) dapat sebagai adsorpsi ion logam

Cr(VI) dengan jenis interaksi yang terjadi adalah ikatan hidrogen, ikatan Van der

Waals, pertukaran kation, dan ikatan kompleks. Kapasitas biosorpsi serat sabut

kelapa hijau (Cocos nucifera) terhadap ion logam Cr(VI) yaitu 12,6152 mg/g.


commit to user

35

C. Kerangka Pemikiran

Zat pencemar berupa logam-logam berat merupakan masalah yang lebih serius

dibandingkan dengan polutan organik karena ion-ion logam berat merupakan racun bagi

organisme serta sangat sulit diuraikan secara biologi maupun kimia.Senyawa logam

berat yang bersifat toksis yang terdapat pada buangan industri batik, salah satunya

adalah krom (Cr). Sumber logam berat krom total (Cr) dapat berasal dari zat

pewarna (CrCl3, K2Cr2O7). Berdasarkan Peraturan Daerah Provinsi Jawa Tengah no.

10 tahun 2004 tentang baku mutu air limbah, logam Cr(VI) pada golongan I sebesar

0,1 ppm dan golongan II sebesar 0,5 ppm.

Pemanfaatan zeolit alam dan limbah kayu aren yang teraktivasi merupakan

salah satu upaya pengolahan air limbah secara kimia. Salah satu metode yang

digunakan untuk menghilangkan zat pencemar dari air limbah adalah adsorpsi. Adsorpsi

merupakan terjerapnya suatu zat (molekul atau ion) pada permukaan adsorben.

Komposisi dan struktur zeolit alam kebanyakan terdiri dari mineral mordernit

dan klinoptillit. Zeolit alam Wonosari dengan menggunakan difraksi sinar x

diketahui bahwa sebagian besar penyusunnya adalah zeolit dengan jenis mordernit

Na8[Al8Si40O96].24H2O. Zeolit alam sebagai material awal dipanaskan dan diaktivasi

secara kimia dengan perlakuan asam klorida (HCl). Dealuminasi zeolit alam

menggunakan konsentrasi HCl 1 M yang merupakan konsentrasi untuk dealuminasi

zeolit alam (Swantomo et al., 2009). Pada dealuminasi, ion H+ yang dihasilkan dari

reaksi penguraian HCl dalam medium air akan mengurai ikatan atom Al yang berada

pada framework zeolit. Ion H+ ini akan diserang oleh atom oksigen yang terikat pada


commit to user

36

Si dan Al. Ion H+ akan cenderung menyebabkan terjadinya pemutusan ikatan Al-O

dan akan terbentuk gugus silanol. Dengan demikian gugus hidroksi OH- yang

nantinya akan berikatan dengan ion logam Cr secara kovalen.

Limbah kayu aren mengandung bahan organik berupa pati atau serat selulosa

baik terlarut maupun partikel tersuspensi. Selulosa merupakan senyawa organik yang

terdapat pada dinding sel bersama lignin berperan dalam mengokohkan struktur

tumbuhan. Selulosa pada kayu umumnya berkisar 40-50%, sedangkan pada kapas

hampir mencapai 98%. Selulosa terdiri atas rantai panjang unit-unit glukosa yang terikat

dengan ikatan 1-4β-glukosida.

Limbah kayu aren sebagai material awal dipanaskan dan diaktivasi

menggunakan asam dan basa. Asam yang digunakan adalah asam nitrat yang

berfungsi mengaktifkan gugus hidroksi pada selulosa. Asam nitrat telah digunakan

untuk memodifikasi karbon aktif dan menunjukkan hasil adsorpsi yang lebih baik

dibanding karbon aktif tak termodifikasi (Wu dan Paul, 1998). Kemudian diikuti

dengan impregnasi basa untuk mengaktifkan biosorben sampai ke dalam pori dan

bukan hanya terbatas pada permukaan. Menurut Alamsyah (2007) asam nitrat dapat

mengaktifkan gugus hidroksi pada selulosa sehingga dapat mengikat logam berat.

Dengan demikian gugus hidroksi (OH-) yang nantinya akan berikatan dengan ion

logam Cr secara kovalen.

Pengolahan limbah cair batik untuk menurunkan kadar logam Cr(VI)

dilakukan dengan adsorpsi sistem kolom di mana terlebih dahulu digunakan larutan

standard larutan K2Cr2O7 dengan konsentrasi tertentu sehingga dapat diketahui

bersarnya adsorpsi yang terjadi. Aplikasi pada limbah cair batik dapat dilakukan


commit to user

37

setelah aplikasi larutan standard K2Cr2O7 dengan konsentrasi tertentu. Parameter

yang diukur adalah kadar Cr(VI) menggunakan spektrofotometer serapan atom

(SSA).

Untuk lebih jelasnya mengenai diagram kerangka pemikiran dapat dilihat

pada gambar berikut:

Gambar 9. Diagram Alir Kerangka Pemikiran Penelitian

Adsorpsi

Zeolit Alam Limbah Kayu Aren

Aktivasi Fisika dan Kimia

Aplikasi Larutan Standard K2Cr2O7

Aplikasi Limbah Cair Batik

Hasil Uji Lab. Sampel Limbah Parameter Cr(VI)

Peraturan Daerah Provinsi Jawa

Tengah no. 10 tahun 2004 tentang baku mutu air limbah

Limbah Cair Batik

Analisa SSA

Analisa SSA

Tidak Melebihi

Baku Mutu

Melebihi Baku Mutu


commit to user 38

BAB III

METODE PENELITIAN

A. Tempat dan Waktu Penelitian

1. Lokasi Penelitian

Penelitian ini dilaksanakan di daerah industri batik rumah tangga Jalan Mayor

Kusmanto dusun Pokoh Baru, desa Ngijo, kecamatan Tasikmadu, kabupaten

Karanganyar, provinsi Jawa Tengah dengan titik koordinat 7° 35' 12.02" lintang

selatan dan 110° 56' 58.69" bujur timur. Sampel limbah cair batik dianalisis di Sub

Laboratorium Kimia Pusat, Universitas Sebelas Maret, Surakarta.

2. Waktu Penelitian

Penelitian dilaksanakan pada bulan Agustus – Desember 2011, meliputi

tahapan persiapan adsorben, tahapan pengambilan sampel, tahapan perlakuan

adsorben terhadap larutan standard dan sampel, analisis laboratorium yang

dilaksanakan segera setelah sampel diambil dan sampel setelah perlakuan.

Tabel 3. Jadwal Penelitian

Kegiatan Bulan / Tahun 7/ 2011 8/ 2011 9/2011 10/2011 11/2011 12/2011 1/2012

• Proposal V • Pengumpulan

Data

V V V

• Analisis Data V V • Penyusunan

Laporan

V

• Perbaikan dan Penyerahan Hasil Tesis

V V


commit to user

39

B. Peralatan Penelitian

1. Alat :

Seperangkat alat adsorpsi kolom seperti pada Gambar 10

Gambar 10. Seperangkat Alat Adsorpsi Kolom

a. Labu Erlenmeyer (25 mL, 100 mL, 250 mL, 500 mL, 1000 mL) Iwaki Pyrex

b. Beakerglass (50 mL, 100 mL, 250 mL, 600 mL) Iwaki Pyrex

c. Labu takar (500 mL, 1000 mL) Iwaki Pyrex

d. Gelas ukur (100 mL, 500 mL) Iwaki Pyrex

e. Pipet volume (10 ml, 50 ml) Iwaki Pyrex

1

2

3

4

6

7 8

5

10

9

Keterangan: 1. Kolom adsorpsi: kolom

terbuat dari acrylic berdiameter 4 cm dan panjang 50 cm.

2. Klem 3. Statif 4. Adsorben 5. Panjang Unggun 20 cm 6. Kain yang dibungkus

dengan kertas saring 7. Ijuk 8. Kran 9. Selang Plastik 10. Erlenmeyer 11. Eluen

11


commit to user

40

f. Corong Gelas

g. Corong Buchner

h. Karet Hisap

i. Termometer

j. Pemanas merk Cimarec 2 thermolyne

k. Timbangan digital merk Ohaus Explorer

l. Oven pemanas merk Memmert

m. Furnace merk

n. Spektrometer Serapan Atom (SSA) merk Perkin Elmer

o. Seperangkat Alat Adsorpsi Kolom

2. Bahan :

a. Zeolit alam Wonosari, kabupaten Gunung Kidul, provinsi Daerah Istimewa

Yogyakarta (DIY).

b. Limbah kayu aren dari industri bihun dusun Bendo, desa Daleman, kecamatan

Tulung, kabupaten Klaten, provinsi Jawa Tengah.

c. Limbah cair batik dari industri batik rumah tangga Jalan Mayor Kusmanto dusun

Pokoh Baru, desa Ngijo, kecamatan Tasikmadu, kabupaten Karanganyar,

provinsi Jawa Tengah dengan titik koordinat 7° 35' 12.02" lintang selatan dan

110° 56' 58.69" bujur timur.

d. Bahan kimia yang digunakan dalam penelitian ini adalah, meliputi: HCl 6 M,

NH4NO3 2 M, AgCl, H2NO3 0.6 M, NaOH 0.1 M, larutan K2Cr2O7 dan akuades.


commit to user

41

C. Prosedur Penelitian

1. Survei Pendahuluan

a. Populasi

Populasi dalam penelitian ini adalah limbah cair batik.

b. Sampel

Sampel yang digunakan adalah limbah cair batik industri rumah tangga di Jalan

Mayor Kusmanto dusun Pokoh Baru, desa Ngijo, kecamatan Tasikmadu,

kabupaten Karanganyar, provinsi Jawa Tengah dengan titik koordinat 7° 35'

12.02" lintang selatan dan 110° 56' 58.69" bujur timur.

c. Variabel

1) Variabel bebas yang dipelajari adalah perbedaan panjang unggun adsorben.

2) Varibel terikat dalam penelitian ini adalah kualitas air limbah dengan

parameter yang diukur adalah kadar Cr(VI)

3) Varibel kontrol dalam penelitian ini adalah panjang unggun (panjang kolom

yang diisi dengan matrik isian zeolit alam, limbah kayu aren dan kombinasi

keduanya) 20 cm Sebanyak 150 mL sampel limbah cair dan 150 mL larutan

standard larutan K2Cr2O7 konsentrasi 80 ppm.

2. Persiapan Awal

a. Sampel Zeolit Alam Wonosari

Zeolit alam yang digunakan adalah zeolit alam yang berasal dari Wonosari,

kabupaten Gunung Kidul, provinsi Daerah Istimewa Yogyakarta (DIY). Zeolit

dalam bentuk kerikil dicuci dengan akuades, dikeringkan dan ditumbuk. Hasil


commit to user

42

penumbukan disaring menggunakan penyaring Tyler sehingga diperoleh zeolit

dengan ukuran butir (-80+100) mesh kemudian dimasukkan ke dalam cawan

porcelin, dipanaskan dalam tungku pada 150 oC selama 60 menit, didiamkan

dalam tungku sampai suhu kamar dan ditampung dalam wadah tertutup rapat.

(Susetyaningsih, et.al., 2009). Material ini digunakan sebagai bahan awal untuk

membuat adsorben.

b. Sampel Limbah Kayu Aren

Limbah kayu aren yang diperoleh dari industri kayu aren di Klaten, Jawa Tengah.

Limbah dibersihkan dan dicuci dengan akuades. Di ayak dengan ukuran 40 mesh

(Sukartana, 2008) dan dipanaskan pada 105 oC selama 3 menit (Abbas, et.al.,

2010). Material ini digunakan sebagai bahan awal untuk membuat adsorben.

c. Sampel Limbah Cair Batik

Sampel yang digunakan adalah limbah cair batik di suatu industri batik di

kabupaten Karanganyar. Limbah ditampung selama sehari di tempat bak

penampungan kemudian baru dibuang ke saluran pembuangan. Pengambilan

sampel dilakukan pada saluran sebelum masuk ke perairan penerima air limbah,

dengan cara sesaat (grab sampling). (SNI 6989.59:2008). Pengukuran kadar

Cr(VI) menggunakan metode Spektrometer Serapan Atom.

3. Aktivasi Adsorben Zeolit Alam

Sebanyak 1000 g zeolit alam direndam dalam 2 L HCl 6M selama 4 jam

(Ernawati, 2003). Campuran selanjutnya disaring dan dicuci dengan akuades

hingga filtrat menunjukkan pH netral. Pencucian dihentikan apabila sudah tidak

terdapat endapan pada filtrat ketika ditambah dengan Ag+. Setelah kering, zeolit


commit to user

43

kemudian direndam kembali dalam 2 L NH4NO3 2M selama 4 jam (Ernawati,

2003). Campuran disaring dan dicuci dengan akuades hingga filtrat menunjukkan

pH netral. Filtrat kemudian dicek dengan NaOH 2 M untuk mengendapkan

Al(OH)3. Residu kemudian dikeringkan dalam oven 300 oC selama 4 jam. Zeolit

ini telah aktif dan siap digunakan sebagai pengadsorpsi (ZA).

4. Aktivasi Adsorben Limbah Kayu Aren

Sebanyak 100 g biosorben dimasukkan ke dalam gelas piala 1 L lalu

ditambahkan 1 L HNO3 0.6 M. Campuran direndam selama 30 menit, kemudian

disaring. Sampel dikeringkan dalam oven pada suhu 50oC selama 24 jam,

kemudian suhu dinaikkan menjadi 105oC lalu didinginkan. Setelah itu, direndam

dalam air deionisasi panas untuk menghilangkan kelebihan asam dan dikeringkan

pada suhu 50oC selama 24 jam (Marshall dan Mitchell 1996). Kemudian sampel

ditambahkan 1 L NaOH 0.1 M. Campuran direndam selama 20 menit sambil

dipanaskan pada suhu 80oC kemudian disaring dan airnya dibuang. Setelah itu,

dicuci dengan menggunakan air deionisasi untuk menghilangkan kelebihan basa.

Sampel dikeringkan dalam oven pada suhu 50oC selama 24 jam (Marshall dan

Mitchell 1996). Sampel yang dihasilkan selanjutnya disebut adsorben limbah

kayu aren (LKA).

5. Persiapan Seperangkat Alat Adsorpsi Kolom

Ke dalam kolom adsorpsi dimasukkan adsorben dan ditekan pelan-pelan

menjadikan adsorben sedikit padat sampai panjang unggun 20 cm. Variasi

adsorben; (a) ZA panjang unggun 20 cm, (b) LKA panjang unggun 20 cm dan (c)

Kombinasi ZA-LKA masing-masing panjang unggun 10 cm (Gambar 11).


commit to user

44

(a) (b) (c)

Gambar 11. Komposisi Matrik Isian. (a) ZA, (b) LKA dan (c) ZA-LKA.

Keterangan: ZA (zeolit alam dengan panjang unggun 20 cm), LKA (limbah kayu aren dengan panjang unggun 20 cm) dan ZA-LKA (zeolit alam panjang unggun 10 cm dan limbah kayu aren panjang unggun 10 cm)

6. Aplikasi Adsorben pada Larutan Standard

Ke dalam kolom adsorpsi (ZA, LKA dan ZA-LKA) dimasukkan masing-masing

150 mL larutan K2Cr2O7 dengan konsentrasi 80 ppm. Hasil elusi pertama

disaring dan filtrat dianalisis kadar Cr (VI) dengan menggunakan spektrofotometer

serapan atom (SSA).

7. Aplikasi Adsorben pada Limbah Cair Batik

Ke dalam kolom adsorpsi (ZA, LKA dan ZA-LKA) dimasukkan masing-masing

150 mL limbah cair batik. Hasil elusi pertama disaring dan filtrat dianalisis kadar

Cr(VI) dengan menggunakan spektrofotometer serapan atom (SSA)..

10 cm

10 cm

20 cm 20 cm


commit to user

45

D. Teknik Analisis Data

Pembuatan larutan standard K2Cr2O7 untuk pembuatan kurva standard

sehingga diperoleh persamaan abs = mC + A , dimana Abs = absorbansi, m =

gradient, C = konsentrasi dan A = intersep.

Gambar 12. Kurva Standard dengan Persamaan abs = mC + A

Analisis parameter limbah cair batik yaitu besarnya kadar Cr(VI), ditentukan

sebelum dan sesudah perlakuan dengan adsorben zeolit (ZA), adsorben limbah kayu

aren (LKA) dan kombinasi adsorben zeolit-limbah kayu aren (ZA-LKA) pada sistem

kolom dengan menggunakan metode Spektrofotomer Serapan Atom (AAS).

Hasil dapat diperoleh efisiensi penyerapan logam Cr(VI) (efisiensi sorpsi).

Formula sederhana untuk menghitung nilai efiensi sorpsi adalah sebagai berikut :

%100xCo

CtCoEf −=

Keterangan : Ef : nilai efisiensi sorpsi Co : kadar logam Cr(VI) dalam limbah awal Ct : kadar logam Cr(VI) dalam efluen setelah proses sorpsi


commit to user 46

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Limbah Cair Batik

Hasil uji logam Cr(VI) pada sampel limbah cair batik diperoleh konsentrasi

logam Cr(VI) sebesar 14,68 ppm. Berdasarkan Peraturan Daerah Provinsi Jawa

Tengah no. 10 tahun 2004 tentang baku mutu air limbah, logam Cr(VI) pada

golongan I sebesar 0,1 ppm dan golongan II sebesar 0,5 ppm. Konsentrasi logam

Cr(VI) pada sampel sebesar 14,68 ppm maka limbah tersebut sudah melebihi baku

mutu air limbah.

Wawancara pada tanggal 28 November 2011 dengan salah satu pekerja pada

industri tersebut, mengatakan bahwa mereka menggunakan larutan krom yang

berwarna jingga (baca K2Cr2O7) dalam proses pewarnaan (Gambar 13). Kegunaan

larutan K2Cr2O7 yaitu sebagai pewarna dan sebagai mordan atau beits untuk

menimbulkan warna krem dan jika ditambahkan CuSO4 menimbulkan coklat

(Susanto, 1974). Menurut Kusriniati et al. (2008) bahwa makin tinggi konsentrasi

mordan, ketahanan luntur warna terhadap pencucian makin baik, dan warna makin

tua.

Limbah tersebut sudah melebihi baku mutu air limbah pada peraturan di atas

maka diperlukan pengolahan limbah cair batik tersebut sebelum dibuang. Pada

kenyataanya, limbah dibuang begitu saja tanpa ada pengolahan lebih lanjut sehingga

menimbulkan bau yang tidak sedap dan menimbulkan pencemaran di lingkungan

sekitarnya mengandung logam Cr(VI) yang sangat berbahaya (Gambar 14).


commit to user

47

Gambar 13. Proses Pewarnaan pada Batik Keterangan: Penggunan larutan K2Cr2O7 diduga sebagai zat warna dan mordan. (Foto: Dian Kresnadipayana, November 2011).

Gambar 14. Pencemaran Limbah Cair Batik Keterangan: Limbah cair batik yang mencemari pekarangan rumah di sekitarnya. (Foto: Dian Kresnadipayana, November 2011)

Larutan K2Cr2O7


commit to user

48

Zat warna dan mordan yang digunakan adalah bahan kimia buatan sehingga

perlunya pergantian zat warna dan mordan alam. Zat warna dan mordan alam

mempunyai kelebihan yaitu lebih murah, mudah diperoleh, dan ramah lingkungan.

Salah satu di antaranya adalah kulit akar pohon mengkudu (Morinda Citrifolia)

(Hamid dan Muhlis, 2005), daun tembakau (Nicotiana tabacum) (Kusumawati dan

Kusumastuti, 2008) dan daun sengon (Albizia falcataria) (Kusriniati et al.,2008)

sebagai pewarna kain sutera.

B. Aktivasi Adsorben

1. Aktivasi Zeolit Alam (ZA)

Sifat fisis dari zeolit alam yang digunakan dalam penelitian ini ialah

berbentuk batuan kecil dan berwarna putih kehijau-hijauan. Pemanasan zeolit pada

ukuran (-80+100) mesh telah dilakukan dalam tungku pada suhu 150 oC selama 60

menit (Gambar 15).

Gambar 15. Hasil Pemanasan Zeolit Wonosari Ayakan (-80+100) mesh pada suhu 150 oC. (Foto: Dian Kresnadipayana, Oktober 2011)


commit to user

49

Menurut Susetyaningsih et al. (2009) bahwa aktivasi fisika dengan

pemanasan 150 oC selama 60 menit merupakan kondisi terbaik dalam kemampuan

adsorpsi sebesar 92,60 % (tanpa aktivasi HCl). Aktivator zeolit alam yang digunakan

adalah HCl 6 M dengan perendaman selama 4 jam (Gambar 16). Menurut

Mutngimaturrohmah et al., (2009) bahwa konsentrasi HCl 6 M merupakan

konsentrasi maksimum untuk proses penguraian Al-O (dealuminasi) sehingga gugus

hidroksi pada Si-O dapat aktif untuk menjerap suatu ion logam Cr(VI).

Gambar 16. Perendaman Zeolit 500 gr dengan 1 L HCl 6 M (1:2) selama 4 jam (Foto: Dian Kresnadipayana, November 2011)

Gambar 17 menunjukkan bahwa setelah perendaman, HCl yang semula

berwarna bening setelah dipakai perendaman berwarna hijau kekuning-kuningan.

Perubahan warna ini menjelaskan bahwa HCl berfungsi untuk menghilangkan

pengotor-pengotor yang mungkin berupa kation-kation yang terdapat dalam zeolit


commit to user

50

tersebut. Kation-kation tersebut berupa logam Na, K, Ca dan Fe yang terdapat dalam

zeolit alam Wonosari. HCl dapat juga untuk menguraikan ikatan Al-O pada

framework zeolit sehingga gugus hidroksi menjadi aktif.

(a) (b)

Gambar 17. (a) Perendaman Zeolit setelah 4 jam. (b) Perbandingan HCl 6 M

(kanan) dengan HCl setelah Perendaman Zeolit (kiri) (Foto: Dian Kresnadipayana, November 2011)

Gambar 18. Pencucian Zeolit dengan Akuades dan Penyaringan setelah perendaman NH4NO3 2 M selama 4 jam (Foto: Dian Kresnadipayana, November 2011)


commit to user

51

Pencucian zeolit dengan akuades secara berulang-ulang dilakukan untuk

menghilangkan asam HCl yang tersisa sampai filtrat (hasil pencucian) menunjukkan

pada pH netral (Gambar 18). Hasil pencucian zeolit dibakar dalam furnace pada suhu

300°C selama 2 jam untuk menghilangkan air sisa pencucian. Menurut Swantomo et

al. (2009) bahwa pembakaran pada suhu tersebut merupakan pembakaran maksimum

untuk suatu zeolit. Jika pemanasan melebihi suhu 300°C maka struktur kimia zeolit

akan rusak.

Dealuminasi zeolit alam menggunakan konsentrasi HCl yang merupakan

konsentrasi untuk dealuminasi zeolit alam (Swantomo et al., 2009). Pada

dealuminasi, ion H+ yang dihasilkan dari reaksi penguraian HCl dalam medium air

akan mengurai ikatan atom Al yang berada pada framework zeolit (Gambar 19). Ion

H+ ini akan diserang oleh atom oksigen yang terikat pada Si dan Al. Berdasarkan

harga energi dissosiasi ikatan Al-O (116 kkal/mol) jauh lebih rendah dibandingkan

enrgi disosiasi ikatan Si-O (190 kkal/mol), maka ikatan Al-O jauh lebih mudah

terurai dibandingkan Si-O. Sehingga ion H+ akan cenderung menyebabkan terjadinya

pemutusan ikatan Al-O dan akan terbentuk gugus silanol. Ion Cl- hasil penguraian

ion HCl juga akan mempengaruhi kekuatan ikatan Al-O dan Si-O. Ion Cl- memiliki

elektronegativitas yang tinggi (3,16) dan berukuran kecil (r = 0,97A0), sehingga

menyebabkan ion ini mudah berikatan dengan kation bervalensi besar seperti Si4+

dan Al3+. Tetapi ion Cl- akan cenderung berikatan dengan atom Al dikarenakan harga

elektronegativitas atom Al lebih kecil (1,61) dibanding elektronegativitas atom Si

(1,90).


commit to user

52

Perendaman NH4NO3 dilakukan untuk membuka pori-pori zeolit pada Al-O

sehingga terbentuk gugus hidroksi. Hal ini bertujuan untuk mengoptimalkan Si

(dalam bentuk Si(OH)4) yang akan dimasukkan untuk mengganti (replacement)

atom-atom Al pada framework zeolit.

Gambar 19. Mekanisme Reaksi Aktivasi Zeolit menggunakan HCl (Weitkamp, J. and Puppe, L., 1999)


commit to user

53

2. Aktivasi Limbah Kayu Aren (LKA)

Limbah kayu aren yang diperoleh dari industri bihun dibuang begitu saja di

pinggir jalan menyebabkan pencemaran dan timbul gangguan bau karena limbah

kayu aren mengandung bahan organik berupa pati, selulosa, hemiseluosa dan lignin.

Menurut Firdayati dan Handajani (2005) bahwa kualitas air disekitar pembuangan

limbah memiliki nilai BOD dan COD yang tinggi (melebih baku mutu). Limbah

kayu aren yang masih mengandung pati, selulosa, hemiseluosa dan lignin dalam

keadaan lembab ditumbuhi beberapa jenis jamur (Gambar 20).

Gambar 20. Pencemaran Limbah Kayu Aren Keterangan: limbah yang dibuang begitu saja di pinggir jalan. (Foto: Dian Kresnadipayana, November 2011)

Aktivasi adsorben limbah kayu aren menggunakan HNO3 dan NaOH. Asam

nitrat (HNO3) berfungsi untuk mengaktifkan gugus hidroksi pada selulosa,

hemiseluosa dan lignin. Asam nitrat telah digunakan untuk memodifikasi karbon

aktif dan menunjukkan hasil adsorpsi yang lebih baik dibanding karbon aktif tak


commit to user

54

termodifikasi (Wu dan Paul, 1998). Pencucian dengan akuades panas berfungsi untuk

mempercepat hilangnya asam nitrat (HNO3) pada aktivasi asam dan NaOH pada

proses impregnasi basa (gambar 21).

Gambar 21. Impregnasi Basa NaOH Limbah Kayu Aren setelah perlakuan Asam

Nitrat (HNO3) (kiri) dan Pencucian dengan Akuades Panas setelah Impregnasi Basa (Foto: Dian Kresnadipayana, November 2011).

Impregnasi NaOH untuk mengaktifkan biosorben sampai ke dalam pori dan

bukan hanya terbatas pada permukaan. Impregnasi NaOH pada permukaan biosorben

membuat unsur karbon (C) bereaksi dengan oksigen menjadi gas CO2 pada saat

proses impregnasi. Hilangnya unsur karbon tersebut meninggalkan ruang kosong

sehingga mampu membentuk rongga yang makin lama makin mendalam. Peristiwa

ini mengakibatkan pori-pori terbentuk di permukaan dan di dalam pori-pori

biosorben (Gambar 22). Perlakuan fisik seperti penggilingan dan tekanan serta

penambahan aktivator asam dan basa mengakibatkan proses delignifikasi. Proses ini

merupakan perlakuan limbah kayu aren untuk mempermudah pelepasan

hemiselulosa. Proses delignifikasi masih menyisakan beberapa lignin karena lignin

bersifat tahan terhadap hidrolisa yang disebabkan oleh adanya ikatan alkil dan ikatan


commit to user

55

eter. Lignin juga mempunyai gugus hidroksi yang dapat diaktifkan sehingga dapat

menjerap suatu ion logam Cr(VI).

Gambar 22. Mekanisme Reaksi Aktivasi Limbah Kayu Aren menggunakan HNO3 dan NaOH (Fahrizal, 2008).

C. Karakterisasi Adsorben

1. Karakterisasi Zeolit Alam

Zeolit alam yang digunakan untuk adsorben adalah zeolit yang berasal dari

Wonosari, kabupaten Gunung Kidul. Sifat fisis dari zeolit alam yang digunakan

dalam penelitian ini ialah berbentuk batuan kecil dan berwarna hijau muda.

Karakterisasi zeolit alam sebelum aktivasi dan sesudah aktivasi (dealumunisasi)

dilakukan menggunakan FTIR.

Secara spektroskopis, zeolit dapat diamati pada rentang daerah bilangan

gelombang 300-1300 cm-1. Pita pada 300-420 cm-1 merupakan daerah untuk pore

opening pada external linkage. Rentangan simetri O-Al-O atau O-Si-O pada internal

tetrahedral akan muncul pada 650-720 cm-1 sedang untuk external linkage akan

muncul pada 750-820 cm-1. Tekukan Si-O atau Al-O akan muncul pada daerah 420-

500 cm-1. Adsorban pada daerah 950-1250 cm-1 menunjukkan rentangan asimetri

(Wietkamp dan Puppe, 1999). Pada zeolit alam rentangan asimetri ditunjukkan pada

pita 1055,06 cm-1 dan pada zeolit alam aktivasi ditunjukkan pada pita 1058,92 cm-1.


commit to user

56

Terjadinya dealuminasi dapat diamati dari adanya pergeseran pada spektra vibrasi

internal dan external. Bila terjadi proses dealuminasi, maka akan ada pergeseran

spektra ke arah bilangan gelombang yang lebih tinggi pada vibrasi ulur internal zeolit

dan pergeseran pita ke arah bilangan gelombang yang lebih rendah pada vibrasi

eksternal. Hal ini seiring dengan menurunnya jumlah Al dalam struktur zeolit

(Flanigen dan Khatami, 1997) (Gambar 25). Hasil penelitian, bahwa terjadi

pergeseran pita pada daerah vibrasi internal zeolit alam yaitu dari 1055,06 cm-1

menjadi 1058,92 cm-1 pada zeolit alam terdealuminasi. Ini diperkuat dengan adanya

pergeseran pada vibrasi pore opening yaitu dari 353,8 cm-1 pada zeolit alam menjadi

332,5 cm-1 pada zeolit alam termodifikasi. Spektra FTIR pada zeolit alam dan zeolit

dealuminasi membuktikan telah terjadi proses dealuminasi (Gambar 23) (Tabel 4).

Gambar 23. Spektra FTIR (a) Zeolit Alam dan (b) Zeolit Teraktivasi


commit to user

57

Tabel 4. Spektra Inframerah dari Zeolit Alam

Jenis Vibrasi

Bilangan Gelombang (cm-1) Zeolit Alam

(a)

Zeolit Alam teraktivasi

(b) Referensi

Vibrasi ulur O-H

3435,22 3435,22 3442,7 dan 3448,5 (Heraldy et al., 2003)

Tekuk O-H 1631,78 1629,85 (Saikia et al., 2010)

Vibrasi ulur TO4 1055,06 1058,92 1080 (Li and Wu, 2003)

Vibrasi tekuk T-O pada jalinan eksternal (kerangka zeolit) atau Si-O quartz

798,53 798,53 780 dan 800 (Li and Wu, 2003) 794,6 (Heraldy et al., 2003) 797 (Saikia et al., 2010)

Tekukan Si-O atau Al-O

464,84 466,77 470 (framework modernit) (Li and Wu, 2003) 447,2 dan 470,6 (Heraldy et al., 2003)

Vibrasi T-O pore opening

353,8 332,5 350 – 330 (Li and Wu, 2003)

Keterangan: T = Si atau Al

Hasil analisa fourier tramsform infrared spectroscopic (FTIR) diperkuat

dengan analisa XRD dari referensi. Mutngimaturrohmah et al. (2009) telah

melakukan dealumunisasi zeolit alam menggunakan konsentrasi HCl 6M dan

NH4NO3 2 M. Pada difraktogram tampak bahwa pada intensitas yang sama (100)

telah terjadi pergeseran, yaitu pada zeolit alam adalah 3,33269 sedangkan pada zeolit

terdealuminasi adalah 3,34869. Pergeseran difraktogram ini merupakan pendekatan

dalam memprediksi telah terjadi dealuminasi pada zeolit (Gambar 24 dan 25).


commit to user

58

Gambar 24. Difraktogram Sinar X pada Zeolit Alam

(Mutngimaturrohmah et al., 2009).

Gambar 25. Difraktogram Sinar X pada Zeolit Alam Dealumunasi

(Mutngimaturrohmah et al., 2009)

2. Karakterisasi Limbah Kayu Aren

Limbah kayu aren merupakan limbah padat sisa dari pencucian parutan kayu

aren (ampas terakhir). Limbah kayu aren yang tidak ditangani dengan baik,

berpotensi menimbulkan masalah bagi komunitas sekitarnya. Limbah kayu aren yang

komponen dasarnya materi organik akan terdekomposisi secara alamiah di

lingkungan. Namun dalam prosesnya sering sekali timbul gangguan bau dan estetika

dari timbunan limbah kayu aren ini. Limbah kayu aren yang masih mengandung pati


commit to user

59

dan dalam keadaan lembab, diketahui kadang ditumbuhi beberapa jenis jamur,

sehingga dalam tiga tahun terakhir, limbah tersebut diambil oleh sebuah perusahaan

jamur. Ini cukup mengurangi namun belum mampu menyerap limbah kayu aren yang

ada.

Hasil analisis karakteristik air sumur yang digunakan untuk proses produksi

diperoleh bahwa air tersebut diukur parameter Fe (besi) dan Cr(VI). Hasil

menunjukkan adanya Fe(II) dalam air sebesar 14,26 ppm dan Cr(VI) sebesar 0,002

ppm. Kandungan Fe(II) dalam air untuk produksi telah melebihi baku mutu air

sebesar 5 ppm berdasarkan Peraturan Pemerintah Nomor 82 Tahun 2001 tentang

Pengelolaan Kualitas Air dan Pengendalian Pencemaran Air. Dari hasil penelitian

yang lain mengandung beberapa parameter yang melebihi baku mutu, yakni: Fe,

Amoniak (NH3-N), minyak dan lemak, BOD serta COD (Firdayati dan Handajani,

2005) (Tabel 5).

Mengingat sampel air tersebut diambil dari tempat penampungan air yang ada

pada industri tersebut diperkirakan keberadaan amoniak, minyak dan lemak, materi

organik berasal dari kontaminasi air baku dengan bahan baku proses produksi

(serbuk aren). Sumber air baku untuk produksi kemungkinan berasal dari sumur

terbuka. Tingginya kandungan besi (Fe) dalam air sumur dapat mempengaruhi proses

produksi karena ion besi Fe(II) yang terlarut dalam air apabila kontak dengan

oksigen yang terdapat di udara akan membentuk presipitat Fe(III) yang berwarna

kuning kemerahan. Kehadiran presipitat besi berpotensi memberikan warna merah

pada endapan pati aren sehingga menyebabkan peningkatan kebutuhan air untuk

mencuci endapan pati. (Firdayati dan Handajani, 2005).


commit to user

60

Tabel 5. Karakteristik Air Sumur dan Baku Mutu KEP-51/MENLH/10/1995, untuk Golongan B (Firdayati dan Handajani, 2005).

Pada aktivasi dengan NaOH disertai dengan pemanasan (impregnasi basa)

terlihat bahwa filtrat hasil penyaringan menunjukkan warna coklat kemerah-merahan.

Warna tersebut kemungkinan berasal dari Fe(II) yang terlarut dalam air apabila

kontak dengan oksigen yang terdapat di udara akan membentuk presipitat Fe(III)

yang berwarna coklat kemerah-merahan.


commit to user

61

Salah satu kelemahan adsorben LKA yaitu adsorben tersebut ketika sudah

lama tidak digunakan mudah ditumbuhi beberapa jenis jamur karena masih adanya

kandungan organik pada adsorben LKA. Menurut Firdayati dan Handajani (2005)

bahwa hasil analisis limbah kayu aren mengadung C-Organik sebesar 69,94 % BK.

Jamur dapat tumbuh karena kondisi yang lembab dan adanya materi organik sebagai

nutrisi jamur.

D. Aplikasi Adsorben

1. Larutan Standard K2Cr2O7

Larutan standard yang dipilih adalah K2Cr2O7, untuk mewakili larutan Cr(VI)

dan menguji keefektifan adsorben adsorpsi sebelum diaplikasikan ke limbah cair

batik. Limbah cair batik terkadang mempunyai zat pencemar logam Cr. Sumber

logam berat Krom Cr yang bersifat toksis, dapat berasal dari zat pewarna (CrCl3,

K2Cr2O7) maupun sebagai mordan yaitu merupakan pengikat zat warna meliputi

Cr(NO3)2 dan PbCrO4 (Muljadi, 2009). Pada Gambar 26 menunjukkan bahwa semua

adsorben diperlakukan aplikasi pada masing-masing 150 mL Larutan K2Cr2O7 80

ppm. Gambar 26a menunjukkan adanya kombinasi adsorben yaitu zeolit alam (ZA)

berada di bawah limbah kayu aren (LKA) masing-masing dengan panjang unggun 10

cm sehingga total panjang unggun 20 cm. Gambar 26b menunjukkan limbah kayu

aren (LKA) dengan panjang unggun 20 cm dan Gambar 26c menunjukkan zeolit

alam (ZA) dengan panjang unggun 20 cm. Jadi adanya variasi banyaknya adsorben

pada kolom dengan panjang unggun tetap (20 cm).


commit to user

62

Larutan K2Cr2O7 80 ppm sebanyak 150 mL masing-masing dimasukkan

dalam sistem adsorpsi kolom. Adanya perbedaan kecepatan elusi dari tiap-tiap kolom

ZA, LKA dan ZA-LKA. Kolom LKA mempunyai kecepatan elusi yang paling besar

karena ruang pori-pori adsorbennya sangat besar sehingga larutan eluen segera

keluar dari output. Kolom ZA kecepatannya paling lambat dikarenakan zeolit alam

sangat lembut dan pori-porinya sangat rapat sehingga larutan eluen sangat lama

mencapai titik jenuh dan larutan eluen sangat lama keluar dari output. Kolom ZA-

LKA relatif lebih cepat jenuhnya dari pada kolom ZA, karena panjang unggun

zeolitnya hanya 10 cm.

(a) (b) (c) Gambar 26. Aplikasi Absorben pada 150 mL Larutan K2Cr2O7 80 ppm pada sistem

kolom. Keterangan: (a) Kombinasi zeolit alam dan limbah kayu aren (ZA-LKA), (b) limbah kayu aren (LKA) dan (c) zeolit alam (ZA). (Foto: Dian Kresnadipayana, November 2011)


commit to user

63

Berdasarkan hasil elusi satu kali dengan larutan K2Cr2O7 80 ppm pada

masing-masing kolom adsorpsi ZA, LKA dan ZA-LKA menunjukkan bahwa

adsorpsi yang paling besar adalah ZA yaitu 99,96 %, kemudian diikuti ZA-LKA

yang adsorpsinya hampir sama dengan ZA yaitu 99,83 % dan yang paling kecil

adalah adsorpsi ZA-LKA yaitu 81,24 % (gambar 27) (tabel 6).

Tabel 6. Hasil Elusi Pertama pada Aplikasi Adosrben Sistem Kolom pada 150 mL

Larutan K2Cr2O7 80 ppm.

Adsorben Awal (ppm) Akhir (ppm) Adsorpsi (%) ZA 80 0,031 99,96 LKA 80 15,010 81,24 ZA-LKA 80 0,138 99,83

Gambar 27. Hasil Aplikasi Adosrben Sistem Kolom pada 150 mL Larutan K2Cr2O7 80 ppm.

Pada tabel 7 dan Gambar 28 menunjukkan bahwa adsorpsi tidak begitu

berarti pada elusi ke-2 sampai elusi ke-16 karena Cr(VI) yang teradsorpsi matrik


commit to user

64

isian LKA pada proses elusi pertama ikut terbawa ke eluen pada elusi ke-2 sampai

ke-16 sehingga konsentrasi Cr(VI) terus meningkat dari elusi ke-2 (15,036 ppm)

sampai elusi ke-16 (15,719 ppm). Jadi, elusi pertama merupakan elusi maksimum

untuk aplikasi pada larutan standard K2Cr2O7 80 ppm.

Tabel 7. Hasil Elusi ke-n pada Aplikasi Adosrben Sistem Kolom pada 150 mL Larutan K2Cr2O7 80 ppm

Elusi ke-n Aborbansi [Cr(VI)] akhir (ppm) Absorpsi (%)

1 0,6259 15,010 81,242 0,6270 15,036 81,204 0,6264 15,022 81,226 0,6315 15,145 81,078 0,6343 15,213 80,98

10 0,6316 15,148 81,0712 0,6387 15,320 80,8514 0,6440 15,448 80,6916 0,6552 15,719 80,35

Gambar 28. Hasil Elusi ke-n pada Aplikasi Adosrben Sistem Kolom pada 150 mL Larutan K2Cr2O7 80 ppm.


commit to user

65

Hasil elusi dari semua adsorben ZA, LKA dan ZA-LKA sangat efektif dalam

adsoprsi Cr(IV) yaitu di atas 80 %. Ini menunjukkan bahwa gugus-gugus hidroksi

pada masing adosrben dapat mengikat atom Cr(VI) pada senyawa K2Cr2O7. Pada

Gambar 29 menunjukkan adanya perubahan warna pada aplikasi adsorben pada

K2Cr2O7 80 ppm. Menurut Wu et al. (2010) bahwa zeolit alam dapat mengadsorpsi

warna merah (acid red) dan hitam (amido black). Zeolit alam juga dapat menurunkan

warna kuning pada kuning telur (Kermanshasi et al., 2010). Larutan K2Cr2O7 80 ppm

yang berwarna kuning setelah dimasukkan ke dalam kolom ZA dan ZA-LKA

berubah warna menjadi bening sedangkan kolom LKA berubah menjadi kuning

muda.

Gambar 29. Perbedaan Warna Hasil Aplikasi Adosrben Sistem Kolom Larutan K2Cr2O7 80 ppm. Keterangan. (a) larutan K2Cr2O7 80 ppm, (b) eluen pada ZA (c) eluen pada LKA dan (d) eluen pada ZA-LKA (Foto: Dian Kresnadipayana, Januari 2012).

Suatu limbah hasil pertanian yang mengandung selulosa, hemiselulosa dan

lignin juga dapat menurunkan beberapa warna. Tongkol jagung yang telah diaktivasi

digunakan untuk biosorben zat warna biru metilena (Fahrizal, 2008) dan kulit kacang

a b c d


commit to user

66

yang telah diaktivasi digunakan untuk adsorpsi zat warna reaktif cibracon red

(Susanti, 2008). Hal ini menunjukkan bahwa semua adsorben zeolit alam dan limbah

kayu aren yang telah teraktivasi pada kolom dapat digunakan untuk aplikasi adsorpsi

zat warna pada larutan standard K2Cr2O7.

2. Limbah Cair Batik

Pengolahan limbah cair batik untuk menurunkan logam Cr(VI) dilakukan

adsorpsi pada kolom adsorpsi ZA, LKA dan ZA-LKA dengan sistem kolom (Gambar

30). Semua adosrben diaplikasikan ke larutan standard K2Cr2O7 80 ppm sebanyak

150 mL sebelum diaplikasikan ke limbah cair batik yang menghasilkan kemampuan

adsorpsi yang efektif.

(a) (b) (c) Gambar 30. Aplikasi Absorben pada 150 mL sampel Limbah Cair Batik dengan

kadar Cr (VI) 14,68 ppm.pada sistem kolom. Keterangan: (a) Kombinasi zeolit alam dan limbah kayu aren (ZA-LKA), (b) limbah kayu aren (LKA) dan (c) zeolit alam (ZA) (Foto: Dian Kresnadipayana, Desember 2011).


commit to user

67

Berdasarkan hasil elusi satu kali dengan sampel limbah cair batik dengan

kadar Cr(VI) 14,68 ppm pada masing-masing kolom adsorpsi ZA, LKA dan ZA-

LKA menunjukkan bahwa adosrpsi yang paling besar adalah ZA yaitu 99,97 %

dengan kadar akhir 0,005 ppm, kemudian diikuti ZA-LKA yang adsorpsinya hampir

sama dengan ZA yaitu 99,39 % dengan kadar akhir 0,236 ppm dan yang paling kecil

adalah adsorpsi LKA yaitu 98,39 % dengan kadar akhir 0,236 (Gambar 31) (tabel 8).

Tabel 8. Hasil Aplikasi Adsorben Sistem Kolom pada 150 mL Limbah Cair Batik

dengan kadar Cr (VI) sebesar 14,68 ppm.

Adsorben Awal (ppm) Akhir (ppm) Adsorpsi (%) ZA 14,68 0,005 99,97 LKA 14,68 0,236 98,39 ZA-LKA 14,68 0,062 99,58

Gambar 31. Hasil Aplikasi Adosrben Sistem Kolom pada 150 mL Sampel Limbah Cair Batik dengan Kadar Logam Cr (VI) 14,68 ppm.


commit to user

68

Hasil elusi dari semua adsorben ZA, LKA dan ZA-LKA sangat efektif dalam

adsoprsi Cr (IV) yaitu di atas 90 %. Ini menunjukkan bahwa gugus-gugus hidroksi

pada masing adosrben dapat mengikat atom Cr(VI) pada sampel limbah cair batik

(Gambar 32 dan 33).

Si

OH

OH OSi

HO

HO

CrO

O

O-

OCr

O

O-O

CrO

O

-O

OCr

O

OO-

O

O

O

K+ K+

CrO

O

O-

OCr

O

O-O

kalium dichromate

2+Zeolit

-2K+

Gambar 32. Mekanisme Adsorpsi Cr(VI) sebagai Anion (Cr2O72-) dengan adsorben

zeolit alam (ZA).

OH

NO2

CrO

O

O-

OCr

O

O-O

OH

NO2

OH

NO2

Cr

OO

-OO

CrO

O

-O

Selulosa

SelulosaSelulosa2 +

Gambar 33. Mekanisme Adsorpsi Cr(VI) sebagai Anion (Cr2O7

2-) dengan adsorben limbah kayu aren (LKA). Keterangan: Selulosa dapat juga berupa suatu hemiselulosa atau lignin.

Zeolit alam Wonosari sebagian besar penyusunnya adalah mordernit

Na8[Al8Si40O96].24H2O (Budi, 2006). Sifat yang dimilki oleh zeolit jenis mordenit

adalah memiliki adsorpsi dan penyaring molekul yang tinggi sehingga pada hasil

elusi ZA mempunyai adsorpsi yang paling tinggi yaitu 99,97 % untuk panjang


commit to user

69

unggun 20 cm. Pada zeolit alam di dalam pori-porinya terdapat kation-kation atau

molekul air. Jika kation-kation atau molekul air tersebut dipanaskan pada suhu

tertentu maka zeolit akan meninggalkan pori yang kosong. Pori-pori kosong inilah

inilah yang dapat menjerap ion logam Cr(VI). Zeolit alam yang teraktivasi juga dapat

sebagai penukar kation. Ion H+ yang dapat bertukar dengan suatu kation Cr(VI) pada

limbah cair batik. Persamaan reaksi penukar kation dapat ditulis yaitu Zeolit–H+ +

Cr+6 → Zeolit–Cr+6 + H+. Penggunaan ZA mempunyai kelemahan yaitu waktu jenuh

atau keluarnya eluen yang sangat lama karena zeolit yang digunakan sangat lembut

untuk sistem kolom.

Limbah kayu aren mempunyai kandungan selulosa, hemiselulosa dan lignin

dengan potensi yang cukup besar untuk dijadikan sebagai penjerap karena gugus

OH– yang terikat dapat berinteraksi dengan komponen adsorbat. Adanya gugus OH–,

pada selulosa, hemiselulosa dan lignin menyebabkan terjadinya sifat polar pada

adsorben tersebut. Dengan demikian selulosa dan hemiselulosa lebih kuat menjerap

zat yang bersifat polar dari pada zat yang kurang polar di mana setelah aktivasi

gugus hidroksi pada selulosa menjadi aktif sehingga dapat menurunkan kadar Cr(VI).

Jenis interaksi yang terjadi pada adsorpsi ion logam Cr(VI) kemungkinan yang

terjadi adalah ikatan hidrogen, ikatan kovalen koordinasi, ikatan Van der Waals,

pertukaran kation, dan ikatan kompleks karenai ion logam Cr(VI) yang berupa kation

dan anion dapat berinteraksi dengan pasangan elektron bebas pada atom O dari

gugus hidroksi yang berasal dari selulosa, hemiselulosa dan lignin.

Mekanisme adsorpsi dari adsorben zeolit alam dan limbah kayu aren dapat

dibedakan menjadi dua yaitu, jerapan secara fisika (fisisorpsi) dan jerapan secara


commit to user

70

kimia (kemisorpsi). Pada proses fisisorpsi gaya yang mengikat adsorbat oleh

adsorben adalah gaya-gaya van der Waals. Pada proses adsorpsi kimia, interaksi

adsorbat dengan adsorben melalui pembentukan ikatan kimia. Kemisorpsi terjadi

diawali dengan adsorpsi fisik, yaitu partikel-partikel adsorbat mendekat ke

permukaan adsorben melalui gaya van der Waals atau melalui ikatan hidrogen.

Kemudian diikuti oleh adsorpsi kimia yang terjadi setelah adsorpsi fisika. Dalam

adsorpsi kimia partikel melekat pada permukaan dengan membentuk ikatan kimia

(biasanya ikatan kovalen koordinasi), dan cenderung mencari tempat yang

memaksimumkan bilangan koordinasi dengan substrat. Kation Cr(VI) mempunyai

peran sebagai penangkap 6 pasang elektron bebas pada atom O dari gugus hidroksi

pada –Si–OH karena kation Cr(VI) mempunyai orbital d yang kosong yang

berjumlah 6 pasang sehingga dapat terjadi ikatan kovalen koordinasi.

Pada Gambar 34 menunjukkan adanya perubahan warna pada aplikasi

adsorben pada limbah cair batik. Limbah cair batik yang berwarna coklat tua

kemerah-merahan setelah dimasukkan ke dalam kolom ZA dan ZA-LKA berubah

warna menjadi bening sedangkan kolom LKA berubah menjadi coklat agak

kemerah-merahan.

Menurut Halimoon dan Yin (2010) bahwa zeolit alam dapat mengadsorpsi

warna limbah cair tekstil dan menurunkan logam Cd, Pb, Cr, dan Cu. Suatu limbah

hasil pertanian yang mengandung selulosa juga dapat menurunkan beberapa warna.

Tongkol jagung (Fahrizal, 2008) dan kulit kacang (Susanti, 2008). yang telah

diaktivasi digunakan untuk adsorpsi zat warna pada limbah cair tekstil. Semua


commit to user

71

adsorben (kecuali LKA) pada kolom adsorpsi yang telah teraktivasi pada kolom

dapat digunakan untuk aplikasi adsorpsi zat warna pada limbah cair batik yang

mengandung logam Cr(VI).

Gambar 34. Perbedaan Warna Hasil Aplikasi Adosrben Sistem Kolom Limbah Cair Batik. Keterangan. (a) limbah cair batik, (b) eluen pada ZA (c) eluen pada LKA dan (d) eluen pada ZA-LKA (Foto: Dian Kresnadipayana, Januari 2012).

Perbandingan kemampuan adsorpsi semua adsorben pada aplikasi larutan

standard dengan aplikasi limbah cair batik menunjukkan konsistensi kemampuan

adsorpsi kecuali pada adsorben LKA. Pada adsorben LKA pada aplikasi larutan

standard menghasilkan kemampuan adsorpsi sebesar 81,24 % sedangkan pada

aplikasi limbah cair batik kemampuan adsorpsinya sebesar 98,39 %. Ada perbedaan

interval yang cukup besar disebabkan larutan standard yang digunakan mempunyai

konsentrasi ion logam Cr(VI) yang tinggi yaitu 80 ppm sedangkan pada limbah cair

batik sebesar 14,68 ppm. Perbedaan interval yang cukup besar konsentrasi Cr(VI)

antara larutan standard dengan limbah cair batik yang menyebabkan perbedaan pada

kemampuan adsorpsi. Semakin tinggi konsentrasi Cr(VI) maka adsorben LKA

a b c d


commit to user

72

kemampuan adsorpsinya semakin kecil sehingga diperlukan aktivator yang lebih baik

untuk menghasilkan kemampuan adsorpsi LKA yang efektif.

Berdasarkan Peraturan Daerah Provinsi Jawa Tengah no. 10 tahun 2004

tentang baku mutu air limbah, logam Cr(VI) pada golongan I sebesar 0,1 ppm dan

golongan II sebesar 0,5 ppm (Lampiran). Kadar akhir Cr(VI) pada limbah cair batik

setelah pengolahan menunjukkan bahwa sampel limbah cair batik setelah perlakukan

memenuhi kriteria baku mutu air limbah pada golongan II untuk semua perlakuan

adsorben. Sampel limbah cair batik setelah perlakuan menggunakan adsorben LKA

tidak memenuhi baku mutu pada golongan I yaitu 0,236 ppm sehingga pada adsorben

LKA perlu ada peningkatan kualitas adsorben. Kemungkinan limbah cair batik tidak

hanya mengandung logam Cr(VI) dan mungkin masih adanya logam-logam dari air

sumur yang digunakan untuk pencucian parutan kayu aren terkandung pada adsorben

LKA.

E. Dampak Penggunaan Adsorben terhadap Lingkungan

Adsorben yang digunakan untuk adsorpsi pada larutan standard K2Cr2O7 dan

limbah cair batik masih mengandung logam Cr(VI). Adsorben tersebut ketika

dibuang akan menyebabkan pencemaran lingkungan karena logam Cr(VI) bersifat

toksik dan karsinogenik sehingga adsorben perlu dilakukan regenerasi atau recovery.

Logam Cr(VI) merupakan logam yang sangat berharga dan dapat digunakan lagi.

Penerapan sistem 3R (reuse, reduce, dan recycle) dapat diterapkan menjadi salah

satu solusi dalam pengolahan limbah dan regenerasi adsorben setelah pemakaian.


commit to user

73

Reuse merupakan penggunaan kembali limbah yang masih dapat digunakan

untuk fungsi yang sama ataupun fungsi lainnya. Pada penelitian ini, prinsip reuse

diterapkan pada penggunaan kembali limbah kayu aren yang digunakan untuk bahan

baku adsorben yang diaktivasi untuk menurunkan logam Cr(VI) pada limbah cair

batik. Prinsip reuse juga diterapkan pada penggunaan kembali adsorben setelah

penggunaan. Adsorben ZA dan LKA yang mengandung Cr(VI) dilakukan regenerasi

dengan cara recovery dengan penambahan reagen tertentu sehingga adsorben dapat

digunakan kembali untuk adsorpsi limbah cair batik yang mengandung Cr(VI).

Adsorben zeolit alam perlu dilakukan regenerasi sehingga adosorben dapat

dibuang bebas atau digunakan kembali. Menurut Martini et al. (2009) bahwa

KH2PO4 0,01 M merupakan reagen terbaik untuk regenerasi kromat dari adsorben

zeolit yang termodifikasi, bersifat ramah lingkungan dan memiliki daya regenerasi

yang cukup besar yaitu sebesar 26,8%. Adsorben limbah kayu aren setelah

penggunaan dilakukan recovery logam Cr(VI). Menurut Liu et al. (2001) bahwa

suatu kolom adsorpsi yang berisi jenis selulosa dapat diregenerasi dengan larutan 1,2

M HCl dengan prosentase recovery sebesar 85,2 %. Regenerasi adsorben zeolit alam

diperlukan penelitian lebih lanjut.

Reduce merupakan prinsip dengan mengurangi segala sesuatu yang

mengakibatkan limbah atau mengurangi penggunaan bahan-bahan yang bisa merusak

lingkungan. Pada penelitian ini, prinsip reduce diterapkan pada regenerasi adsorben

ZA dan LKA sehingga ketika adsorben tidak digunakan lagi tidak mencemari

lingkungan. Pada prinsip ini disarankan menggunakan reagen regenerasi yang

bersifat ramah lingkungan, seperti suatu garam basa atau garam asam. Larutan


commit to user

74

KH2PO4 termasuk dalam golongan garam yang terhidrolisis parsial dalam air dan

bersifat sedikit basa. Menurut Martini et al. (2009) bahwa KH2PO4 merupakan

reagen terbaik untuk regenerasi kromat dari adsorben zeolit yang bersifat ramah

lingkungan. Regenerasi menggunakan beberapa reagen untuk adsorben zeolit alam

diperlukan penelitian lebih lanjut.

Recycle merupakan prinsip mengolah kembali (daur ulang) limbah menjadi

barang atau produk baru yang bermanfaat. Pada penelitian ini, adsoben yang

mengandung limbah kayu aren yang tidak terpakai lagi (setelah recovery) dapat

digunakan alternatif sebagai media jamur yang sudah menjadi bahan makanan yang

disukai. Permasalahannya adalah bagaimana mencari formula media yang tepat

untuk pertumbuhan jamur, karena limbah aren hanya menjadi salah satu sumber

formula. Proses pengolahan limbah juga dapat dilakukan melalui proses

pengomposan. Tingginya kadar selulosa dapat menjadi masalah, supaya bisa

menjamin kelangsungan produksi kompos dan tentunya menjadi penghasilan

tambahan bagi penduduk maka diperlukan penelitian lebih lanjut.


commit to user 75

BAB V

PENUTUP

A. Kesimpulan

Berdasarkan hasil analisis data dan hasil uji laboratorium, maka dapat

ditarik kesimpulan sebagai berikut:

1. Kandungan logam Cr(VI) pada sampel limbah cair batik sebesar 14,68 ppm

yang telah melebih baku mutu air limbah berdasarkan Peraturan Daerah

Provinsi Jawa Tengah no. 10 tahun 2004 tentang baku mutu air limbah.

2. Kolom adsorpsi ZA, ZA-LKA, dan LKA dapat menurunkan kadar logam

Cr(VI) dengan elusi satu kali pada larutan standard K2Cr2O7 80 ppm berturut-

turut sebesar 99,96 %; 99,83 dan 81,24 %.

3. Kolom adsorpsi ZA, ZA-LKA, dan LKA dapat menurunkan kadar logam

Cr(VI) dengan elusi satu kali pada sampel limbah cair batik berturut-turut

sebesar 99,97 %; 99,39 % dan 98,39 %.

B. Saran

Berdasarkan pada hasil penelitian, maka dapat diajukan beberapa saran,

antara lain :

1. Perlunya penelitian lebih lanjut untuk modifikasi zeolit dengan surfaktan

untuk memperoleh zeolit yang memiliki kemampuan yang lebih baik.

2. Perlunya penelitian lebih lanjut untuk regenerasi masing-masing adsorben.

3. Perlunya pembinaan dan pelatihan bagi para pengusaha industri batik rumah

tangga untuk menggunakan zat pewarna dan mordan yang berasal dari

tumbuh-tumhuhan (alami) sehingga ramah terhadap lingkungan.

tesis - digilib.uns.ac.id...perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id program pascasarjana 2012...

Documents