1432 H

SINTESIS DAN APLIKASI KITOSAN DARI CANGKANG RAJUNGAN (Portunus pelagicus) SEBAGAI PENYERAP ION BESI (Fe) DAN MANGAN (Mn) UNTUK PEMURNIAN NATRIUM SILIKAT

PIPIT PITRIANI

             

PROGRAM STUDI KIMIA FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH JAKARTA 2010 M/1432 H 1   

SINTESIS DAN APLIKASI KITOSAN DARI CANGKANG RAJUNGAN (Portunus pelagicus) SEBAGAI PENYERAP ION BESI (Fe) DAN MANGAN (Mn) UNTUK PEMURNIAN NATRIUM SILIKAT    

Skripsi Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains Program Studi Kimia Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta          

Oleh: PIPIT PITRIANI 106096003242              

PROGRAM STUDI KIMIA FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH JAKARTA 2010 M/1432 H 2   

SINTESIS DAN APLIKASI KITOSAN DARI CANGKANG RAJUNGAN (Portunus pelagicus) SEBAGAI PENYERAP ION BESI (Fe) DAN MANGAN (Mn) UNTUK PEMURNIAN NATRIUM SILIKAT

Skripsi Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana sains Program studi kimia Fakultas sains dan teknologi Universitas islam negeri syarif hidayatullah Jakarta    

Oleh: PIPIT PITRIANI 106096003242    

Menyetujui, Pembimbing I

Pembimbing II

Dr. Ir. Florentinus Firdiyono NIP: 195602141982021001

Hendrawati M.Si NIP: 19720815 200312 2 001    

Mengetahui, Ketua Program Studi Kimia

Sri Yadial Chalid M.Si NIP: 19680313 200312 2 001 3   

PENGESAHAN UJIAN Skripsi yang berjudul “Sintesis dan Aplikasi Kitosan dari Cangkang Rajungan (Portunus pelagicus) Sebagai Penyerap Ion Besi (Fe) dan Mangan (Mn) untuk Pemurnian Natrium Silikat” yang ditulis oleh Pipit Pitriani, NIM 106096003242 telah diuji dan dinyatakan LULUS dalam sidang Syarif Hidayatullah Jakarta pada hari Kamis, tanggal 9 Desember 2010. Skripsi ini telah diterima sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Strata Satu (S1) Program Studi Kimia.

Menyetujui, Penguji I

Penguji II

Dr. Thamzil LAS NIP. 19490516 197703 1 001

Drs. Dede Sukandar M.Si NIP. 19650104 199103 1 001

Pembimbing I

Pembimbing II

Dr. Ir. Florentinus Firdiyono NIP: 195602141982021001

Hendrawati M.Si NIP: 19720815 200312 2 001

Mengetahui, Dekan Fakultas Sains dan Teknologi

Ketua Program Studi Kimia

Dr. Syopiansyah Jaya Putra M.Sis NIP: 19680117 200112 1 001

Sri Yadial Chalid M.Si NIP: 19860313 200312 2 001

4   

PERNYATAAN

DENGAN INI SAYA MENYATAKAN BAHWA SKRIPSI INI ADALAH HASIL KARYA SENDIRI YANG BELUM PERNAH DIAJUKAN SEBAGAI SKRIPSI ATAU KARYA ILMIAH PADA PERGURUAN TINGGI ATAU LEMBAGA MANAPUN.

Jakarta, Desember 2010

Pipit Pitriani 106096003242

5   

KATA PENGANTAR

Assalamualaikum Wr. Wb. Dengan mengucapkan syukur kehadirat Allah SWT, atas berkat, irodat dan rahmat-Nya akhirnya penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul: “Sintesis dan Aplikasi Kitosan dari Cangkang Rajungan (Portunus pelagicus) sebagai Penyerap Ion Besi (Fe) dan Mangan (Mn) untuk Pemurnian Natrium Silikat”. Dalam menyusun skripsi ini, penulis tidak dapat melupakan jasa-jasa dari berbagai pihak yang telah meluangkan waktunya yang sangat berharga untuk memberikan petunjuk, bimbingan serta nasihat-nasihat yang sangat berguna bagi penulis, maka dengan ini penulis menyampaikan ucapan terimakasih kepada: 1. Bapak Dr. Syopiansyah Jaya Putra, M.Sis selaku Dekan fakultas Sains dan Teknologi UIN Syarif Hidayatullah Jakarta. 2. Ibu Sri Yadial Chalid M.Si selaku Ketua Program Studi Kimia Fakultas Sains dan Teknologi UIN Syarif Hidayatullah Jakarta. 3. Ibu Hendrawati M.Si dan Bapak Dr. Ir. Florentinus Firdiyono selaku pembimbing skripsi yang telah memberikan arahan dan bimbingannya dalam menyusun skripsi ini. 4. Ibu Murni Handayani S.Si yang banyak membantu dan memberikan bimbingan serta membagi pengetahuannya selama penelitian di LIPI. 5. Orang tua dan seluruh keluarga tercinta yang telah memberikan doa dan dukungannya baik moril maupun materil.

6   

6. Kepala dan para karyawan Laboratorium Metalurgi - LIPI yang telah memberikan segala fasilitasnya untuk melakukan penelitian ditempat ini. 7. Dosen-dosen program studi kimia yang telah banyak memberikan ilmunya. 8. Deny Sudrajat, ayangku yang telah memberikan bantuan, perhatian, semangat dan dukungan serta doanya. 9. Afit dan Qosim sebagai teman seperjuangan selama penelitian ini telah memberikan banyak bantuan, dorongan, dan semangatnya. 10. Indra Rani, teman yang selalu bisa bekerja sama dengan baik, bimbingan bersama, berbagi cerita dan pengatur konsumsi terbaik 06. 11. Ami, dede dan teman-teman seperjuangan lainnya yang tidak disebutkan namanya, telah banyak- banyak membantu dalam penyusunan skripsi ini. Penulis berharap, semoga skripsi ini dapat berguna bagi semua pihak, khususnya bagi penulis sendiri dan umumnya bagi seluruh umat manusia yang senantiasa cinta dan peduli terhadap ilmu pengetahuan. Wassalamu’alaikum wr. wb.

Jakarta, Desember 2010

Penulis,

     

7   

DAFTAR ISI

Hal KATA PENGANTAR ……………………………………………………. vi DAFTAR ISI ……………………………………………………………… viii DAFTAR GAMBAR …………………………………………………….. xi DAFTAR TABEL ………………………………………………………... xiii DAFTAR LAMPIRAN …………………………………………………… xiv ABSTRAK ………………………………………………………………… xv ABSTRACT ………………………………………………………………. xvi BAB I PENDAHULUAN …………………………………………………

1

1.1. Latar Belakang …………………………………………………………

1

1.2. Perumusan Masalah ……………………………………………………

3

1.3. Tujuan Penelitian ………………………………………………………

4

1.4. Manfaat Penelitian …………………………………………………….

4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA …………………………………………

5

2.1. Pasir Kuarsa (Silika) …………………………………………………..

5

2.2. Rajungan (Portunus pelagicus) ………………………………………..

9

2.3. Kitosan ………………………………………………………………… 10 2.4. Adsorpsi ………………………………………………………………. 14 2.5. Isoterm Adsorpsi ……………………………………………………… 16 2.4.1. Isoterm Adsorpsi Langmuir …………………………………….. 17 2.4.2. Isoterm Adsorpsi Freundlich …………………………………… 17 2.6. Logam Pengotor …………………………………………………….... 19 2.6.1. Besi (Fe) ………………………………………………………… 19 2.6.2. Mangan (Mn) …………………………………………………… 21 8   

2.7. Spektroskopi Infra Merah (Fourier Transform Infra Red/FTIR) ……... 23 2.7.1. Jenis Daerah Infra Red (IR) ……………………………………. 23 2.7.2. Jenis Vibrasi Molekul …………………………………………… 25 2.7.3. Daerah Spektrum Infra Red (IR) ……………………………….. 26 2.7.4. Prinsip Kerja Alat FTIR ………………………………………… 27 2.7.5. Keunggulan FTIR ……………………………………………… 28 2.8. Spektroskopi Serapan Atom (Atomic Adsorption Spectroscopy/AAS) .. 28 2.8.1. Prinsip Kerja AAS …………………...…………………………. 29 2.8.2. Komponen-komponen AAS ……………………………………. 30 2.8.3. Preparasi Sampel ……………………………………………….. 31 2.8.4. Keuntungan AAS ………………………………………………. 32 2.9. Scanning Electron Microscope (SEM) ……………………………….. 32 BAB III METODE PENELITIAN ……………………………………… 34 3.1. Waktu dan Tempat ……………………………………………………. 34 3.2. Bahan dan Alat ……………………………………………………….. 34 3.2.1. Bahan …………………………………………………………… 34 3.2.2. Alat ……………………………………………………………... 34 3.3. Metode Kerja ………………………………………………………….. 35 3.3.1. Persiapan Awal Roasting Pasir Kuarsa ………………………… 35 3.3.2. Pembuatan Larutan Natrium Silikat ……………………………. 35 3.3.3. Persiapan Awal Pembuatan Kitosan …………………………… 36 3.3.4. Analisis FTIR ………………………………………………….. 36 3.3.5. Analisis SEM …………………………………………………… 37 3.3.6. Proses Adsorpsi dengan Metode Batch ………………………… 37 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ………………………………… 41 4.1. Karakteristik Pasir Kuarsa dan Preparasi Natrium Silikat …………..... 41 9   

4.2. Isolasi Kitin dan Transformasi Kitosan ………………………………. 42 4.3. Pengaruh variasi massa kitosan terhadap adsorpsi ion logam Fe & Mn.. 49 4.4. Pengaruh variasi waktu terhadap adsorpsi ion logam Fe & Mn ……… 50 4.5. Pengaruh Konsentrasi Asam terhadap adsorpsi ion logam Fe & Mn … 52 4.6. Pengaruh variasi suhu terhadap adsorpsi ion logam Fe & Mn ………... 54 4.7. Perbandingan kitosan sintesis dengan Produk BATAN ………………. 55 4.8. Isoterm Adsorpsi ……………………………………………………… 56 4.9. Kemurnian Natrium Silikat ……………………………………………. 59 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ………………………………….. 60 5.1. Kesimpulan …………………………………………………………… 60 5.2. Saran …………………………………………………………………... 61 DAFTAR PUSTAKA ……………………………………………………. 62 LAMPIRAN ……………………………………………………………… 66

10   

DAFTAR GAMBAR

Hal Gambar 1. Pasir kuarsa ……………………………………………………

5

Gambar 2. Rajungan ……………………………………………………….

9

Gambar 3. Struktur kitin dan kitosan …………………………………….. 11 Gambar 4. Struktur senyawa kompleks kitosan dengan Fe2+ ..…………….. 13 Gambar 5. Isoterm adsorpsi Langmuir ……………………………………. 17 Gambar 6. Isoterm adsorpsi Freundlich …………………………………... 18 Gambar 7. Vibrasi regangan ……………………………………………… 25 Gambar 8. Vibrasi bengkokan …………………………………………….. 26 Gambar 9. Diagram alir FTIR …………………………………………….. 27 Gambar 10. Diagram alir AAS ……………………………………………. 31 Gambar 11. Diagram alir SEM …………………………………………… 33 Gambar 12. Bagan alir kerja penelitian

………………………………….. 40

Gambar 13. Hasil analisa pasir kuarsa …………………………………… 41 Gambar 14. Reaksi kitin menjadi kitosan ………………………………… 45 Gambar 15. Spektrum FTIR bahan dasar cangkang rajungan ……………. 46 Gambar 16. Spektrum FTIR kitosan ……………………………………… 47 Gambar 17. Spektrum FTIR kitin standar produksi Wako, Jepang ………. 48 Gambar 18. Variasi massa kitosan terhadap adsorpsi ion Fe & Mn ……… 49 Gambar 19. Variasi waktu terhadap adsorpsi ion Fe & Mn ………............. 51 Gambar 20. Variasi konsentrasi asam terhadap adsorpsi ion Fe & Mn …… 52 Gambar 21. Variasi suhu terhadap adsorpsi ion Fe & Mn ………………… 54 Gambar 22. Diagram perbandingan kitosan sintesis dengan kitosan BATAN 55 Gambar 23. (a) grafik isoterm Langmuir adsorpsi ion Fe …………………... 56 (b) grafik isoterm Freundlich adsorpsi ion Fe ………………… 56 11   

Gambar 24. (a) grafik isoterm Langmuir adsorpsi ion Mn ……………….. 57 (b) grafik isoterm Freundlich adsorpsi ion Mn ………………. 57 Gambar 25. Pengurangan kadar ion Fe dan Mn …………………………… 59

12   

DAFTAR TABEL

Hal Tabel 1. Kualitas standar kitosan ………………………………………….. 13 Tabel 2. Perbedaan adsorpsi fisika dan kimia

…………………………… 16

Tabel 3. Komposisi persentase rata-rata batuan pasir …………………….. 19 Tabel 4. Daerah panjang gelombang ……………………………………… 24 Tabel 5. Daerah spektrum infra red serta jenis vibrasinya ………………… 26 Tabel 6. Pengotor pada pasir kuarsa ……………………………………… 42 Tabel 7. Perbandingan pita absorpsi FTIR cangkang rajungan dan kitosan .. 47

13   

DAFTAR LAMPIRAN

Hal Lampiran 1. Bagan Kerja Pembuatan Kitosan …………………………….. 66 Lampiran 2. Bagan Kerja Pembuatan Natrium Silikat …………………….. 67 Lampiran 3. Rendemen, Derajat Deasetilasi, dan Tekstur Kitosan ………... 68 Lampiran 4. Kurva Standar Logam Fe dan Mn …………………………... 70 Lampiran 5. Data Adsorpsi Logam Fe dan Mn ……………………………. 71 Lampiran 6. Data Adsorpsi Logam dengan Persamaan Isoterm …………... 76 Lampiran 7. Foto-foto Hasil Penelitian ……………………………………. 78 Lampiran 8. Hasil Analisa Pasir Kuarsa dengan SEM …………………….. 81 Lampiran 9. Hasil Analisa Kandungan Pasir Kuarsa dengan AAS ……… 82

14   

ABSTRAK

PIPIT PITRIANI. Sintesis dan Aplikasi Kitosan dari Cangkang Rajungan (Portunus pelagicus) Sebagai Penyerap Ion Logam Besi (Fe) dan Mangan (Mn) untuk Pemurnian Natrium Silikat. Dibawah bimbingan Dr. Ir. Florentinus Firdiyono dan Hendrawati M.Si. Kitosan dari cangkang rajungan (Portunus pelagicus) dapat digunakan untuk menurunkan kadar ion logam Fe dan Mn dalam sampel natrium silikat dengan proses adsorpsi. Percobaan ini dilakukan dalam skala laboratorium menggunakan metode batch. Penentuan kondisi optimum meliputi massa adsorben, waktu kontak, pH, dan suhu. Karakterisasi kitosan dilakukan dengan menggunakan FTIR, sedangkan hasil adsorpsi ion logam dalam natrium silikat dianalisis dengan AAS. Hasil transformasi kitin menjadi kitosan diperoleh derajat deasetilasi 75,99%. Massa kitosan terbaik 0,5 gram dengan persentase adsorpsi Fe 59,09% dan Mn 51,69%. Waktu kontak terbaik 30 menit dengan persentase adsorpsi Fe 72,07% dan Mn 52,50%. pH optimum yaitu pH 3 dengan persentase adsorpsi Fe 77,68% dan Mn 58,67%. Suhu optimum 70oC untuk Fe dengan persentase adsorpsi 85,39% dan suhu optimum 60oC untuk Mn dengan persentase adsorpsi 65,72%. Adsorpsi ion logam Fe dan Mn pada natrium silikat berlangsung secara kimia maupun fisika, akan tetapi lebih dominan secara kimia dengan nilai linearitas 99,9% (R2= 0,999). Kata kunci: Rajungan (Portunus pelagicus), Kitin, Kitosan, Adsorpsi, Logam pengotor

15   

ABSTRACT PIPIT PITRIANI. Synthesis and Application of Chitosan from Crab Shell (Portunus pelagicus) as Adsorber for Metal Ion Fe and Mn for Sodium Silicate Purification. Supervised by Dr. Ir. Florentinus Firdiyono dan Hendrawati M.Si. Chitosan made of the crab shell (Portunus pelagicus) can be used to reduce the level of metal Fe and Mn ions in sodium silicate sample by adsorption process. The experiment was conducted for laboratory scale using batch method. Determination for optimum conditions pervades variance of adsorbent mass, time contact, pH, and temperature. Characterization of chitosan performed by FTIR, and the adsorption of metal ions in sodium silicate was analyzed by AAS.the transformation from chitin into chitosan obtained deacetylation degree of 75,99%. The best mass of chitosan is 0.5 grams, it gives percentage adsorption for 59,09 % of Fe and 51,69 % of Mn. The best contact time is 30 minutes, it gives 72,07 % for Fe and 52,5 % for Mn. Optimum pH is pH 3 which gives percentage adsorption for 77,68% of Fe and 58,67% of Mn. The best temperature is 70oC for Fe gives 85,39% and is 60oC for Mn gives 65,72%. Adsorption of metal ions of Fe and Mn by sodium silicate occur by chemical and physical process, but dominantly for chemically with value of linearity 99,9% given (R2= 0,999). Key word: Crab (Portunus pelagicus), Chitin, Chitosan, Adsorption, Impurities of metal

16   

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Kebutuhan akan energi yang terus meningkat dan semakin menipisnya cadangan minyak bumi memaksa manusia untuk mencari sumber-sumber energi alternatif. Negara-negara maju juga telah bersaing dan berlomba membuat terobosan-terobosan baru untuk mencari dan menggali serta menciptakan teknologi baru yang dapat menggantikan minyak bumi sebagai sumber energi. Dalam upaya pencarian sumber energi baru harus memenuhi syarat-syarat yaitu menghasilkan jumlah energi yang cukup besar, biaya ekonomis dan tidak berdampak negatif terhadap lingkungan. Oleh karena itu pencarian tersebut diarahkan pada pemanfaatan energi matahari baik secara langsung maupun tidak langsung dengan menggunakan panel sel surya yang dapat mengubah energi matahari menjadi energi listrik yang dinamakan solar cell (Sinamo, 2007). Sel surya terbuat dari potongan silikon yang sangat kecil dengan dilapisi bahan kimia khusus untuk membentuk dasar dari sel surya. Bahan silikon terdapat banyak di bumi. Ia merupakan unsur kedua terbanyak di kulit bumi setelah oksigen. Terdapat di alam dalam bentuk pasir silika atau yang dikenal juga dengan quartz dengan rumus kimia SiO2. Silikon yang digunakan untuk sel surya membutuhkan kemurnian yang sangat tinggi diatas 99,99%.

Di dunia

semikonduktor, dikenal dengan “eleven-nine” atau 11 angka 9 yang menyatakan kadar kemurnian silikon dalam persen; 99,999999999% (Adhi, 2008). Silikon untuk keperluan semikonduktor harus memiliki unsur pengotor dalam satuan bagian per semilyar (ppb) atau bagian per trilyun (ppt). Jika kadar kemurnian

17   

silikon di bawah nilai nominal tersebut, dapat dijamin bahwa sebuah prosesor atau memori komputer atau sel surya tidak dapat berjalan dengan baik (Adhi, 2008). Di Indonesia penambangan pasir silika ini dilakukan di Kalimantan Tengah dan Jawa Tengah. Di pesisir pantai selatan Jawa juga diyakini memiliki kandungan pasir silika. Silikon yang dipakai untuk keperluan semikonduktor dan sel surya diambil dari hasil pemisahan Si dan O. Saat ini, penghasil silikon terbesar di dunia ialah Cina, Amerika, Brazil, Norwegia dan Prancis. Cadangan sumber daya silika dan kebutuhan tenaga listrik yang cukup besar menjadi alasan mengapa negara-negara di atas memimpin dalam menghasilkan silikon (Guntoro, 2008). Pasir kuarsa dari Indonesia mengandung pengotor unsur Al, Fe, Ca, Mg, Ti dan lain-lain yang membentuk ikatan kompleks dengan senyawa SiO2. Salah satu cara yang dapat dilakukan untuk memurnikan silika dari pasir kuarsa agar terbebas dari pengotor, yaitu dengan memanfaatkan limbah rajungan sebagai adsorpsi melalui proses pengubahan cangkang rajungan menjadi kitin dan kitosan. Menurut Rochima (2008), salah satu alternatif upaya pemanfaatan limbah cangkang rajungan agar memiliki nilai dan daya guna limbah cangkang rajungan menjadi produk yang bernilai ekonomis tinggi adalah pengolahan menjadi kitin dan kitosan. Wilayah perairan Indonesia merupakan sumber cangkang hewan invertebrate laut berkulit keras (Crustacea) yang mengandung kitin secara berlimpah. Kitin yang terkandung dalam Crustacea berada dalam kadar yang cukup tinggi berkisar 20-60% tergantung spesiesnya. Limbah berkitin di Indonesia yang dihasilkan saat ini sekitar 56.200 ton pertahun (Departemen Kelautan dan Perikanan, 2000).

18   

Keberadaan gugus amida dalam kitin dan gugus amina dalam kitosan telah menjadikan kitin dan kitosan sebagai adsorben yang mampu mengikat logam berat seperti Cd, Cu, Pb, Fe, Mn dan lainnya. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kitosan dapat mengikat logam berat 4 sampai 5 kali lebih besar adsorpsinya dari kitin (Kusumawati, 2009). Hal ini terkait dengan adanya gugus amina terbuka sepanjang rantai kitosan sehingga kitosan lebih mudah berinteraksi dengan larutan berpelarut air (lebih hidrofilik) dari pada kitin (Herwanto dan Santoso, 2006). Penelitian ini dilakukan untuk menghilangkan logam-logam pengotor yang terdapat pada pasir kuarsa dengan metode adsorpsi menggunakan kitosan dari cangkang rajungan serta analisis penyerapan ion logam pengotor menggunakan AAS (Atomic Adsorption Spectroscopy), agar diperoleh silika dari pasir kuarsa yang mempunyai kemurnian yang sangat tinggi untuk keperluan pembuatan sel surya.

1.2. Perumusan Masalah 1. Bagaimana proses pembuatan kitosan dari limbah cangkang rajungan? 2. Bagaimana terjadinya proses adsorpsi ion logam Fe dan Mn oleh kitosan? 3. Bagaimana pengaruh variasi beberapa parameter (massa kitosan, waktu, pH, dan suhu) terhadap kemampuan adsorpsi ion logam Fe dan Mn oleh kitosan?

19   

1.3. Tujuan Penelitian 1. Mengetahui proses pembuatan kitosan dari limbah rajungan dan menghasilkan derajat deasetilasi kitosan yang optimum. 2. Mengetahui proses adsorpsi yang terjadi pada ion logam Fe dan Mn oleh kitosan. 3. Mengetahui kondisi optimum (massa kitosan, waktu, pH dan suhu) dari kitosan dalam menyerap ion logam Fe dan Mn.

1.4. Manfaat Penelitian Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi mengenai cara pembuatan kitosan dari limbah rajungan, dan manfaat kitosan sebagai pengikat ion logam Fe dan Mn untuk memurnikan pasir kuarsa (silika) sebagai bahan baku untuk pembuatan sel surya.

20   

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Pasir Kuarsa (Silika) Pasir kuarsa merupakan bahan galian yang terdiri atas kristal-kristal silika (SiO2) dan mengandung senyawa pengotor yang terbawa selama proses pengendapan. Pasir kuarsa juga dikenal dengan nama pasir putih merupakan hasil pelapukan batuan yang mengandung mineral utama, seperti kuarsa dan bijih batuan. Hasil pelapukan kemudian tercuci dan terbawa oleh air atau angin yang terendapkan di tepi-tepi sungai, danau atau laut (Kimung, 2008.).

Gambar 1. Pasir kuarsa

Butirannya secara khas di semen bersama-sama oleh tanah kerikil atau kalsit untuk membentuk batu pasir tersebut. Batu pasir paling umum terdiri atas butir kuarsa sebab kuarsa adalah suatu mineral yang umum yang bersifat menentang laju arus. Batu pasir dapat memiliki berbagai jenis warna, dengan warna umum adalah coklat muda, coklat, kuning, merah, abu-abu dan putih. Karena lapisan batu pasir sering kali membentuk karang atau bentukan topografis tinggi lainnya, warna tertentu batu pasir dapat diidentikkan dengan daerah tertentu. Sebagai contoh, sebagian besar wilayah di bagian barat Amerika Serikat dikenal dengan batu pasir warna merahnya (Anonim, 2008).

21   

Sifat kimia batu pasir diantaranya konstitusi kimia dari batu pasir adalah sama dengan pasir, batu dengan demikian pada dasarnya terdiri dari kuarsa. Bahan penyemenan alam yang mengikat pasir bersama sebagai batu biasanya terdiri dari silika, kalsium karbonat, atau oksida besi. Persentase masing-masing unsur adalah sebagai berikut: ¾ SiO2 93-94% ¾ Besi (Fe2O3) 1,5% -1,6% ¾ Alumina (Al2O3) 1,4 1,5% ¾ Soda (Na2O) & Potash (K2O) 1,0% menjadi 1,2% ¾ Kapur (CaO) 0,8% menjadi 0,9% ¾ Magnesia (MgO) 0,2-0,25% ¾ Lost of Ignition (LOI) 1,0% menjadi 1,2% ¾ Sangat tahan terhadap asam, alkali dan dampak termal. Karakteristik Batu pasir diantaranya: •

Warna Warna bervariasi dari merah, hijau, kuning, abu-abu dan putih. Variasi tersebut adalah hasil dari materi yang mengikat dan persentase konstituen.

•

Penyerapan Air Kapasitas penyerapan air tidak lebih dari 1,0%

•

Kekerasan Terletak antara 6 sampai 7 pada Skala Moh's Kepadatan 2,32-2,42 kg/m3

•

Porositas Porositas bervariasi dari rendah sampai sangat rendah.

•

Kekuatan tekan Bervariasi 365-460 kg/m2 (Anonim, 2008)

22   

Batuan dan mineral yang mengandung silikon, umumnya merupakan zat padat yang mempunyai titik didih tinggi (2355oC), keras, yang setiap kepingnya merupakan suatu kisi yang kontinu terdiri dari atom-atom yang terikat erat. Sebuah contoh dari zat padat demikian, adalah silikon dioksida, yang terdapat dialam dalam bentuk kuarsa, aqata (akik), pasir, dan seterusnya (Rohayati, 2009). Batu pasir merupakan jenis batuan sedimen klastik. Batuan sedimen klastik merupakan batuan sedimen yang terbentuk oleh proses pembentukan kembali segala macam sumber batuan pada kondisi tekanan (P) dan temperatur (T) normal di permukaan bumi. Proses pembentukan batuan sedimen klastika ini secara alami dapat dibagi menjadi beberapa tahap, yaitu: 1. Proses pelapukan baik mekanis (proses penghancuran batuan secara desintegratif) maupun secara kimiawi (dekomposisi). 2. Proses erosi dan transportasi atau pengangkutan material sedimentasi dari sumbernya melalui beberapa media, yaitu berupa air, angin, ataupun es. 3. Proses pengendapan, yang merupakan tahap terakhir dari perjalanan material yang terangkut dari hasil pengangkutan batuan asal yang dikenal juga dengan bahan-bahan allogenik (Anonim, 2008). Di Indonesia, khususnya Sumatera Utara keadaan industri pertambangan bahan galian alam seperti pasir kuarsa belum berkembang pesat, salah satu penyebabnya karena pemakaian bahan galian tersebut belum optimum. Endapan pasir kuarsa banyak tersebar di beberapa tempat di Indonesia dan beberapa tempat di Sumatera Utara yaitu sepanjang pantai Kabupaten Asahan (Asmuni, 2008). Pasir kuarsa mempunyai komposisi gabungan dari SiO2, Fe2O3, Al2O3, TiO2, CaO, MgO, dan K2O, berwarna putih bening atau warna lain bergantung pada senyawa pengotornya, kekerasan 7 (skala Mohs), berat jenis 2,65 g/cm3, titik

23   

lebur 1715oC, bentuk kristal hexagonal, panas spesifik 0,185, dan konduktivitas panas 12–100oC (Kimung, 2008). Pada umumnya hasil tambang berupa mineral industri seperti batu gamping, tanah liat dan pasir kuarsa memiliki kualitas yang rendah, disebabkan banyaknya bahan pengotor yang mencampuri mineral tersebut. Bahan pengotor ini dapat terjadi karena adanya proses sedimentasi endapan lumpur yang mungkin bercampur dengan mineral tersebut. Pasir kuarsa merupakan salah satu mineral industri yang mempunyai banyak pengotor terutama unsur besinya (Sulistiyono, 2005). Dalam kegiatan industri, penggunaan pasir kuarsa sudah berkembang meluas, baik langsung sebagai bahan baku utama maupun bahan ikutan. Sebagai bahan baku utama, misalnya digunakan dalam industri gelas kaca, semen, tegel, mosaik keramik, bahan baku fero silikon, silikon carbide bahan abrasit (ampelas dan sand blasting) dan sekarang dipakai untuk bahan baku pembuatan sel surya dengan cara memurnikan SiO2 yang terdapat pada pasir kuarsa. Sedangkan sebagai bahan ikutan, misal dalam industri cor, industri perminyakan dan pertambangan, bata tahan api (refraktori), dan lain sebagainya (Kimung, 2008). Pasir kuarsa (silika) dapat dibentuk menjadi kaca natrium silikat dengan menambahkan natrium karbonat anhidrat pada suhu yang tinggi. SiO2 + Na2CO3

Na2SiO3 + CO2

Titik leleh dari kaca tersebut sekitar 900 oC, dan keadaan berkaca dihasilkan jika pendinginan melewati suhu tersebut dilakukan dengan cepat. Produk ini dapat larut dalam air (Oxtoby, et al., 2003).

24   

2.2. Rajungan (Portunus pelagicus) Jika dilihat dari morfologinya, rajungan termasuk hewan dasar laut/bentos yang umumnya berenang ke permukaan pada malam hari untuk mencari makan. Rajungan hidup di daerah pantai berpasir lumpur dan di perairan depan hutan mangrove. Rajungan biasanya hidup dengan membenamkan tubuhnya ke dalam pasir. Rajungan jantan berwarna dasar biru dengan bercak-bercak putih terang, sedangkan rajungan betina berwarna dasar hijau kotor dengan bercak-bercak putih kotor (Ermawati dkk., 2009).

Gambar 2. Rajungan (Portunus pelagicus)

Taksonomi dari rajungan dapat dilihat sebagai berikut: Bangsa

: Arthropoda

Kelas

: Crustacea

Sub Kelas

: Malacostraca

Super Ordo

: Eucarida

Ordo

: Decapoda

Famili

: Portunidae

Marga

: Portunus

Jenis

: Portunus pelagicus (Ermawati dkk., 2009). Limbah rajungan biasanya dibuang begitu saja. Limbah industri

pengalengan rajungan (Portunus pelagicus) adalah berupa cangkang dan kaki rajungan yang mencapai 75% - 85%, dapat diolah menjadi kitin dan kitosan dengan rentang pemanfaatan yang luas, yaitu dapat diaplikasikan pada bidang nutrisi, pangan, medis, kosmetik, lingkungan, dan pertanian (Ermawati dkk., 2009). 25   

Selain itu juga, kitosan dari limbah cangkang rajungan dapat dimanfaatkan untuk berbagai keperluan, salah satunya yang sedang marak diteliti saat ini adalah pemanfaatan kitosan sebagai penyerap (adsorben) logam berat pada air limbah. Kitosan dapat berfungsi sebagai adsorben terhadap logam dalam air limbah karena kitosan mempunyai gugus amino (NH2) dan gugus hidroksil (OH) bebas yang berfungsi sebagai situs chelation (situs ikatan koordinasi) dengan ion logam guna membentuk

chelate

(Ermawati

dkk.,

2009).

Proses

pengikatan

logam

(pengkelatan) merupakan proses keseimbangan pembentukan kompleks logam dengan senyawa pengkelat.

2.3. Kitosan Kitosan merupakan senyawa turunan kitin, senyawa penyusun rangka luar hewan berkaki banyak seperti kepiting, ketam, udang, dan serangga. Nama kitin (chitin) berasal dari bahasa Yunani yang artinya “Jubah” atau “amplop”. Kitosan dan kitin termasuk senyawa kelompok polisakarida seperti zat pati (tepung) dan selulosa (komponen serat dari dinding sel tumbuhan) (Mahendra, 2007). Secara kimiawi kitin merupakan polimer β-(1,4)-2-asetamida-2-dioksi-Dglukosa. Struktur kitin hampir sama dengan selulosa yang tidak dapat dicerna oleh vertebrata, perbedaannya gugus hidroksil yang terikat pada atom karbon yang kedua selulosa digantikan oleh gugus amida pada kitin (Sedjati, 2006). Kitin tidak larut dalam air sehingga penggunaannya terbatas. Salah satu turunan kitin adalah kitosan, suatu senyawa yang mempunyai rumus kimia β-(1,4)-2-amino-2-dioksiD-glukosa (Puspawati dan Simpen, 2010). Perbedaan kitin dan kitosan hanya terdapat pada perbandingan gugus amina primer dan amida pada atom C-1 unit polimer. Jika gugus amina primer lebih banyak (>50%) daripada gugus amida maka polimer disebut kitosan 26   

(Sedjati, 2006). Kitosan didapatkan melalui proses deasetilasi dari kitin, dimana gugus asetil pada kitin, oleh hidrogen diubah menjadi gugus amin dengan penambahan larutan basa kuat berkonsentrasi tinggi (Herwanto dan Santoso, 2006). Secara struktur kimia, kitosan adalah kitin yang telah mengalami deasetilasi (kehilangan gugus asetil).

(a)

(b) Gambar 3. Struktur (a) kitin dan (b) kitosan (Sedjati, 2006)

Kitosan dapat diperoleh dengan mengkonversi kitin melalui proses deasetilasi. Sedangkan kitin dapat diperoleh dari kulit udang, kulit kepiting, dan serangga. Kitin banyak terdapat juga pada jamur. Isolasi kitin dari jamur pertama kali dilakukan oleh peneliti asal Prancis, Henri Braconnot, pada tahun 1811. Isolasi kitin dari serangga pertama kali dilakukan oleh A. Odier, peneliti asal Prancis juga, pada tahun 1820. Sedangkan konversi kitin menjadi kitosan ditemukan oleh C. Rouget pada tahun 1859. pada saat itu, Rouget berhasil menemukan bahwa kitin dapat menjadi senyawa yang lebih larut dalam air setelah direaksikan dengan basa sambil dipanaskan, karena dengan pemanasan kelarutan dari kitosan akan lebih tinggi (Mahendra, 2007). 27   

Kitosan tidak larut dalam larutan alkali dengan pH diatas 6,5. Kitosan mudah larut dalam asam organik seperti asam format, asam asetat, dan asam sitrat (Rahayu dan Purnavita, 2007). Kitosan merupakan polimer multifungsi karena mengandung 3 jenis gugus fungsi yaitu gugus amino, gugus hidroksi primer dan sekunder. Adanya gugus fungsi tersebut menyebabkan kitosan mempunyai reaktifitas kimia yang tinggi dan kitosan dapat berperan sebagai donor elektron (penyumbang elektron). Pada pembentukan kitosan-ion logam, ligan NH2 bertindak sebagai basa Lewis yang menyumbangkan sepasang elektron ke ion logam (asam Lewis) membentuk ikatan kovalen koordinasi. Dengan gugus fungsi tersebut maka kitosan memiliki potensi sebagai adsorben, diduga dapat berinteraksi dengan kation logam berat (Marganof, 2003; Rora, 2007; Rahayu dan Purnavita, 2007; Syahmani dan Arif Sholahuddin, 2009). Selain sebagai bahan flokulan, kitosan juga dapat berfungsi sebagai pengkelat logam-logam berat seperti Fe, Cu, Cd, Ag, Pb, Cr, Ni, Mn, Co, Zn, dan bahan-bahan radioaktif seperti uranium (Firdaus, 2008). Kitosan merupakan biopolimer alam yang bersifat polielektrolit kationik yang berpotensi tinggi untuk penyerapan logam dengan mudah terbiodegradasi serta tidak beracun. Rosita (2005) menyebutkan bahwa terdapat dua model pengikatan ion logam menjadi ion kompleks. Model pertama yaitu pola rantai (perdant pattern) dimana ion-ion logam berikatan satu gugus amino pada kitosan seperti yang ditunjukkan oleh gambar 4(1). Model yang kedua yaitu pola jembatan (bridge pattern) dimana ion logam mengikat dua atau lebih gugus amino dan satu atau lebih gugus hidroksil pada kitosan seperti yang disajikan pada gambar 4(2) dan gambar 4(3).

28   

Gambar 4. Struktur senyawa kompleks kitosan dengan Fe (Rosita, 2005)

Adapun reaksi pengikatan ion Fe dengan kitosan adalah sebagai berikut: Kit-NH2 + H3O+

Kit-NH3+ + H2O ……………. 2.1)

Kit-NH3+ + H2O + Fe2+

(Kit-Fe)2+ + NH4OH ……. .…. 2.2)

Besarnya nilai parameter standar yang dikehendaki untuk kitosan dalam dunia perdagangan dapat dilihat pada tabel 1. Tabel 1. Kualitas standar kitosan Sifat – sifat Kitosan

Nilai yang dikehendaki

Ukuran partikel Kadar Air (% W/W) Kadar Abu (% W/W) Derajat deasetilasi Viskositas • rendah • sedang • tinggi • paling tinggi (eps)

butiran – bubuk < 10,0 >2,0 > 70,0 < 200 200 – 799 800 – 2.000 >2000 Sumber: Rosita (2005)

Kitin dan kitosan dinegara maju telah diproduksi secara komersial mengingat manfaatnya di berbagai industri, seperti bidang farmasi, biokimia, 29   

bioteknologi, kosmetika, biomedika, industri kertas, industri pangan, industri tekstil, dan lain-lain. Pemanfaatan tersebut didasarkan atas sifat-sifatnya yang dapat digunakan sebagai pengemulsi, koagulasi, pengkelat, dan penebal emulsi (Hendri, 2008). Kitosan memiliki sifat reaktivitas kimia yang tinggi sehingga mampu mengikat air dan minyak. Hal ini didukung oleh adanya gugus polar dan non polar yang dikandungnya. Alkaloida basa dan asam lemak larut dalam pelarut non polar kitosan yang bersifat basa, karena mengandung dua gugus fungsi amina setiap unit berulangnya dapat mengikat asam lemak bebas melalui ikatan asam-basa. Karena kemampuan tersebut, kitosan dapat digunakan sebagai bahan pengental atau pembentuk gel yang sangat baik, sebagai pengikat, penstabil, dan pembentuk tekstur (Firdaus, 2008).

2.4. Adsorpsi Adsorpsi merupakan suatu proses penyerapan oleh padatan tertentu terhadap zat tertentu yang terjadi pada permukaan zat padat karena adanya gaya tarik atom atau molekul pada permukaan zat padat tanpa meresap ke dalam (Atkins,1999). Proses adsorpsi dapat terjadi karena adanya gaya tarik atom atau molekul pada permukaan padatan yang tidak seimbang. Adanya gaya ini, padatan cenderung menarik molekul-molekul lain yang bersentuhan dengan permukaan padatan, baik fasa gas atau fasa larutan ke dalam permukaannya. Akibatnya, konsentrasi molekul pada permukaan menjadi lebih besar dari pada dalam fasa gas atau zat terlarut dalam larutan. Adsorpsi dapat terjadi pada antarfasa padat-cair, padat-gas atau gas-cair. Molekul yang terikat pada bagian antarmuka disebut adsorbat, sedangkan permukaan yang menyerap molekul-molekul adsorbat

30   

disebut adsorben. Pada adsorpsi, interaksi antara adsorben dengan adsorbat hanya terjadi pada permukaan adsorben. Menurut Saniyyah (2010), faktor-faktor yang mempengaruhi adsorpsi antara lain: 1. Sifat fisika dan kimia adsorben, yaitu luas permukaan, pori-pori, dan komposisi kimia. 2. Sifat fisika dan kimia adsorbat, yaitu ukuran molekul, polaritas molekul, dan komposisi kimia. 3. Konsentrasi adsorbat dalam fasa cair, seperti pH dan temperatur. 4. Lamanya proses adsorpsi tersebut berlangsung. Berdasarkan besarnya interaksi antara adsorben dan adsorbat, adsorpsi dibedakan menjadi dua macam yaitu adsorpsi fisika dan adsorpsi kimia. Dalam adsorpsi fisika, molekul-molekul teradsorpsi pada permukan adsorben dengan ikatan yang lemah (ikatan Van Der Waals). Adsorpsi ini bersifat reversibel, sehingga molekul-molekul yang teradsorpsi mudah dilepaskan kembali dengan cara menurunkan tekanan gas atau konsentrasi zat terlarut. Panas adsorpsi yang menyertai adsorpsi fisika yaitu berkisar 10 kJ/mol. Adsorpsi fisika umumnya terjadi pada temperatur yang rendah dan jumlah zat yang teradsorpsi akan semakin kecil dengan naiknya suhu. Demikian juga kondisi kesetimbangan tercapai segera setelah adsorben bersentuhan dengan adsorbat. Hal ini dikarenakan dalam fisika tidak melibatkan energi aktivasi. Pada adsorpsi kimia, molekul-molekul yang teradsorpsi pada permukaan adsorben bereaksi secara kimia. Hal ini disebabkan pada adsorpsi kimia terjadi pemutusan dan pembentukan ikatan. Oleh karena itu, panas adsorpsinya mempunyai kisaran yang sama seperti reaksi kimia, yaitu berkisar 100 kJ/mol. Ikatan antara adsorben dengan adsorbat dapat cukup kuat sehingga spesies aslinya 31   

tidak dapat ditemukan kembali. Adsorpsi ini bersifat irreversibel dan diperlukan energi yang banyak untuk melepaskan kembali adsorbat (dalam proses adsorpsi) karena ikatannya berupa ikatan kimia yang sangat kuat. Pada umumnya, dalam adsorpsi kimia jumlah (kapasitas) adsorpsi bertambah besar dengan naiknya temperatur. Zat yang teradsorpsi membentuk satu lapisan monomolekuler dan relatif lambat tercapai kesetimbangan karena dalam adsorpsi kimia melibatkan energi aktivasi (Oscik, 1982). Secara singkatnya perbedaan adsorpsi secara fisika dan secara kimia dapat dilihat pada tabel dibawah ini: Tabel 2. Perbedaan adsorpsi fisika dan kimia Adsorpsi Fisik

Adsorpsi Kimia

Molekul terikat pada adsorben oleh gaya van der Waals

Molekul terikat pada adsorben oleh ikatan kimia

Mempunyai entalpi reaksi – 4 sampai – 40 kJ/mol

Mempunyai entalpi reaksi – 40 sampai – 800 kJ/mol

Dapat membentuk lapisan multilayer

Membentuk lapisan monolayer

Adsorpsi hanya terjadi pada suhu di bawah titik didih adsorbat

Adsorpsi dapat terjadi pada suhu tinggi

Jumlah adsorpsi pada permukaan merupakan fungsi adsorbat

Jumlah adsorpsi pada permukaan merupakan karakteristik adsorben dan adsorbat

Tidak melibatkan energi aktifasi tertentu

Melibatkan energi aktifasi tertentu

Bersifat tidak spesifik

Bersifat sangat spesifik

2.5. Isoterm Adsorpsi Percobaan adsorpsi yang paling umum adalah menentukan hubungan jumlah gas teradsorpsi (pada adsorben) dan tekanan gas. Pengukuran ini dilakukan pada suhu tetap, dan hasil pengukuran digambarkan dalam grafik dan disebut isoterm adsorpsi.

32   

2.5.1. Isoterm Adsorpsi Langmuir Isoterm adsorpsi Langmuir menggambarkan hubungan antara zat yang teradsorpsi dengan konsentrasi pada keadaan kesetimbangan dan temperatur yang tetap dan adsorpsi yang terjadi pada permukaan monolayer.

Gambar 5. Isoterm adsorpsi Langmuir

Persamaan isoterm adsorpsi Langmuir dapat diturunkan secara teoritis dengan menganggap terjadi adsorpsi terlokalisasi pada molekul adsorbat, yaitu molekul yang teradsorpsi tidak dapat bergerak di sekeliling adsorben. Isoterm adsorpsi Langmuir terjadi pada adsorben yang bersifat homogen. Selain itu, panas adsorpsi tidak bergantung pada luas permukaan yang ditutupi adsorbat (Mahendra, 2007). Persamaan isoterm adsorpsi Langmuir dengan rumus (Oscik, 1982):   ……………………………………… 2.3)

Keterangan: C = konsentrasi molekul zat yang bebas (yaitu terdapat dalam larutan) x = jumlah mol zat yang terjerap per milligram penjerap a = tetapan x/m = kapasitas monolayer

2.5.2. Isoterm Adsorpsi Freundlich Isoterm adsorpsi Freundlich merupakan hubungan antara zat yang teradsorpsi dengan konsentrasi pada keadaan kesetimbangan pada temperatur yang tetap dan adsorpsi yang terjadi pada permukaan multilayer. Artinya pusatpusat aktif permukaan adsorben bersifat heterogen sehingga adsorbat akan membentuk lapisan yang multilayer (Mahendra, 2007). 33   

Gambar 6. Isoterm adsorpsi Freundlich

Persamaan isoterm adsorpsi Freundlich dapat dinyatakan sebagai:   …………………………… 2.4) 

Keterangan: X = berat zat teradsorpsi (mg/L) M = berat adsorben (g) C = konsentrasi zat terlarut setelah tercapai kesetimbangan adsorpsi (mg/L) k dan n = tetapan yang tergantung pada jenis adsorben, adsorbat, dan temperatur Persamaan 2.4 juga dapat diturunkan menjadi: Log (X/M) = Log k + 1/n Log C …………………………. 2.5) Nilai k dan n dari persamaan ini adalah tetapan yang menyatakan keheterogenan pusat-pusat aktif permukaan suatu adsorben. Suatu permukaan adsorben dikatakan homogen jika memenuhi n ≤ 1 (Mahendra, 2007). Isoterm adsorpsi Freundlich berbeda dengan isoterm adsorpsi Langmuir, dimana pada isoterm adsorpsi Freundlich gaya yang terjadi antara adsorbat dengan permukaan adsorben merupakan gaya Van der Waals, sehingga adsorpsi yang terjadi pada isoterm adsorpsi Freundlich merupakan adsorpsi fisika. Sedangkan pada isoterm adsorpsi Langmuir ikatan yang terjadi antara adsorbat dengan permukaan adsorben merupakan ikatan kimia, sehingga adsorpsi yang terjadi pada isoterm adsorpsi Langmuir merupakan adsorpsi kimia (Mahendra, 2007).

34   

2.6. Logam Pengotor Pasir kuarsa atau silika masih memiliki logam-logam pengotor diantaranya besi (Fe), aluminium (Al), kalsium (Ca), titanium (Ti), mangan (Mn), magnesium (Mg), dan karbon (C) (Guntoro, 2008). Ikatan kompleks antara kristal silika dengan pengotor melibatkan pengotor oksida besi, aluminium, titanium, kalsium, magnesium dan lain-lain. Pasir kuarsa mempunyai warna yang berbeda-beda tergantung pada pengotor oksida didalamnya. Selain itu komposisi pasir juga tergantung pada tempat penambangan pasir. Tabel 3. Komposisi persentase rata-rata batuan pasir (Anonim, 2003) Oksida

Batuan pasir (%)

SiO2

70,0

TiO2

0,58

Al2O3

8,2

Fe2O3

2,5

FeO

1,5

MnO

0,06

MgO

1,9

CaO

4,3

Na2O

0,58

K2O

2,1

H2O

3,0

2.6.1. Besi (Fe) Besi merupakan logam transisi dan memiliki nomor atom 26. Bilangan oksidasi Fe adalah +3 dan +2. Besi memiliki berat atom 55,845 g/mol, titik leleh 1.5380 C, dan titik didih 2.8610 C. Besi mempunyai urutan sepuluh besar sebagai unsur di bumi. Besi menyusun 5 - 5,6% dari kerak bumi dan menyusun 35% dari massa bumi. Besi menempati berbagai lapisan bumi. Konsentrasi tertinggi terdapat pada lapisan dalam dari inti bumi dan sejumlah kecil terdapat di lapisan

35   

terluar kerak bumi. Beberapa tempat di bumi bisa mengandung Fe mencapai 70% (Widowati dkk., 2008). Logam Fe ditemukan dalam inti bumi berupa hematit. Fe hampir tidak dapat ditemukan sebagai unsur bebas. Fe diperoleh dalam bentuk tidak murni sehingga harus melalui reaksi reduksi guna mendapatkan Fe murni. Fe ditemukan terutama sebagai mineral hematit (Fe2O3); magnetit (Fe3O4); mineral lain yang merupakan sumber Fe adalah limonit (FeO(OH)nH2O), siderit (FeCO3), dan takonit. Bijih besi yang dipanaskan dengan karbon (C) pada suhu 1100-1200oC akan menghasilkan lelehan alloy yang mengandung 95% Fe dam 3,5% C. Bijih besi hematit (Fe2O3) mengandung 70% Fe; magnetit (Fe3O4) mengandung 72% Fe; limonit (Fe2O3 + H2O) mengandung 50-66% Fe; dan siderit (FeCO3) mengandung 48% Fe. Besi diproduksi secara industri dari bijih besi, yaitu hematit (Fe2O3) dan magnetit (Fe3O4) dengan menggunakan reaksi karbotermik (reduksi menggunakan C) pada tanur suhu tertentu. Reaksi yang terjadi adalah: C + O2

CO2

(500-700oC)

…….. 2.6)

C + CO2

2CO

(>1500oC)

……... 2.7)

CO + 3Fe2O3

2Fe3O4 + CO2

(500oC)

……... 2.8)

Fe3O4 + CO

3FeO + CO2

(850oC)

……... 2.9)

FeO + CO2

Fe + CO2

(1000oC)

……... 3.0)

Logam besi (Fe) sebagian besar digunakan dalam pembuatan baja dan menghasilkan hampir 95% baja di dunia dengan berbagai kombinasi kekuatan baja. Baja dikenal sebagai alloy besi. Fe (II) oksida atau FeO, berupa bubuk berwarna hitam, dalam keadaan tertentu bisa mengakibatkan ledakan ketika terkena panas; Fe (III) atau Fe2O3, 36   

dapat digunakan dalam pelapisan magnet audio dan komputer, dan dalam lingkungan basa mampu menghambat korosi. Senyawa fero teroksidasi menjadi feri cukup lama melalui oksigen atmosfer. Senyawa yang terbentuk adalah Fe2O3 atau dalam bentuk hidratnya. Feri oksida umumnya tidak berubah karena kelarutannya sangat kecil. Pasir kuarsa merupakan salah satu mineral industri yang mempunyai banyak pengotor terutama unsur besinya (Sulistiyono, 2005). Butiran di dalam batu pasir tersement bersama dengan silika atau kalsium karbonat atau oksida besi. Warna coklat dan belang pada batu pasir yang kasar disebabkan sejumlah kecil dari mineral mineral besi (Anonim, 2008). Kandungan besi dalam pasir berbeda-beda. Kandungan mineral besi di daerah kawasan pantai (Selatan Lebak) desa Cibobos, Banten sebesar 2-6,2% (C. W. Hersenanto dkk, 2009).

2.6.2. Mangan (Mn) Mangan (Mn) adalah logam berwarna abu-abu keputihan, memiliki sifat mirip dengan besi (Fe), merupakan logam keras, mudah retak, serta mudah teroksidasi. Sebagian Mn memiliki bilangan oksidasi (biloks) +2, +3, +4, +6, dan +7. Contohnya MnO (biloks +2), Mn2O3 (biloks +3), MnO2 (biloks +4), Mn2O72(biloks +6) dan Mn2O7 (biloks +7). Biloks +2 mudah bereaksi dengan asam hidroklorit membentuk MnCl2, sedangkan biloks +3 (manganit) bersifat tidak stabil dan mudah berubah menjadi biloks +2. Status biloks +4 banyak sebagai MnO2, sedangkan biloks +4 bersifat amfoterik (bisa bersifat asam maupun basa) yang dapat mendonasikan dan menerima elektron dalam reaksi kimia. Bilangan oksidasi (biloks) +6 terdapat dalam bentuk manganat (MnO4-), sedangkan biloks +7 terdapat dalam ion permanganat (Mn4-) yang bersifat stabil. Terdapat pula 37   

biloks +1 (pengompleks sianida), juga terdapat biloks +5 yang bersifat tidak stabil. Mn+7 merupakan oksidator yang kuat (Widowati dkk., 2008). Mineral mangan tersebar secara luas dalam banyak bentuk; oksida, silikat, karbonat adalah senyawa yang paling umum. Penemuan sejumlah besar senyawa mangan di dasar lautan merupakan sumber mangan dengan kandungan 24%, bersamaan dengan unsur lainnya dengan kandungan yang lebih sedikit. Mangan berwarna putih keabu-abuan, dengan sifat yang keras tapi rapuh. Mangan sangat reaktif secara kimiawi, dan terurai dengan air dingin perlahanlahan. Mangan digunakan untuk membentuk banyak alloy yang penting. Dalam baja, mangan meningkatkan kualitas tempaan baik dari segi kekuatan, kekerasan, dan kemampuan pengerasan. Dengan aluminum dan bismut, khususnya dengan sejumlah kecil tembaga, membentuk alloy yang bersifat ferromagnetik. Logam mangan bersifat ferromagnetik setelah diberi perlakuan. Logam murninya terdapat sebagai bentuk allotropik dengan empat jenis. Salah satunya, jenis alfa, stabil pada suhu luar biasa tinggi; sedangkan mangan jenis gamma, yang berubah menjadi alfa pada suhu tinggi, dikatakan fleksibel, mudah dipotong dan ditempa (Widowati dkk., 2008).

Mangan bereaksi dengan air dan larut dalam larutan asam menghasilkan garam mangan yang larut dan hydrogen (H2). Reaksi mangan sebagai berikut: Mn + 2HCl

MnCl2 + H2

Mangan banyak digunakan pada berbagai alloy. Mangan digunakan sebagai bahan campuran logam karena mangan bisa menghasilkan logam sehingga mudah dibentuk, meningkatkan kualitas kekuatan logam, kekerasan dan ketahanan. Sekitar 90% mangan (Mn) dunia digunakan dengan tujuan metalurgi, yaitu untuk produksi besi-baja, sedangkan penggunaan Mn untuk tujuan non-metalurgi antara

38   

lain digunakan untuk membuat baterai kering, keramik, gelas, serta bahan kimia (Widowati dkk., 2008).

Jika air yang mengandung besi atau mangan dibiarkan terkena udara atau oksigen maka reaksi oksidasi besi atau mangan akan timbul dengan lambat membentuk endapan atau gumpalan koloid dari oksida besi atau oksida mangan yang tidak diharapkan. Menurut Widowati dkk (2008), keberadaan mangan (Mn) dalam suatu batuan itu kandungannya berbeda-beda. Seperti pada batuan kapur mengandung Mn 0,08%, batuan karbonat mengandung Mn 0,07%, batuan api mengandung Mn 0,08%, sedangkan pada batuan pasir mengandung Mn 0,06%.

2.7. Spektroskopi Infra Merah (Fourier Transform Infra Red/ FTIR) Spektroskopi inframerah merupakan suatu metode yang mengamati interaksi molekul dengan radiasi elektromagnetik yang berada pada daerah panjang gelombang 0,75 – 1,000 µm atau pada bilangan gelombang 13.000 – 10 cm-1. Radiasi elektromagnetik dikemukakan pertama kali oleh James Clark Maxwell, yang menyatakan bahwa cahaya secara fisis merupakan gelombang elektromagnetik, artinya mempunyai vektor listrik dan vektor magnetik yang keduanya saling tegak lurus dengan arah rambatan (Giwangkara S., 2007).   2.7.1. Jenis Daerah Infra Red (IR) Telah dikenal berbagai macam gelombang elektromagnetik dengan rentang panjang gelombang tertentu. Spektrum elektromagnetik merupakan kumpulan spektrum dari berbagai panjang gelombang. Berdasarkan pembagian daerah panjang gelombang pada Tabel 2, sinar infra merah dibagi atas tiga daerah, yaitu:

39   

a. Daerah Infra Merah dekat b. Daerah Infra Merah pertengahan c. Daerah infra merah jauh (Giwangkara S., 2007) Tabel 4. Daerah panjang gelombang Jenis

Panjang Gelombang

Interaksi

< 10 nm

Emisi Inti

0,01 - 100 A

Ionisasi Atomik

Ultra ungu (UV) jauh

10-200 nm

Transisi Elektronik

Ultra ungu (UV) dekat

200-400 nm

Transisi Elektronik

sinar tampak (spektrum

400-750 nm

Transisi Elektronik

25.000 - 13.000 cm-1

0,75 - 2,5 µm

Interaksi Ikatan

13.000 - 4.000 cm-1

2,5 - 50 µm

Interaksi Ikatan

4.000 - 200 cm-1

50 - 1.000 µm

Interaksi Ikatan

200 - 10 cm-1

Gelombang mikro

0,1 - 100 cm

serapan inti

10 - 0,01 cm-1

Gelombang radio

1 - 1.000 meter

Serapan Inti

Sinar gamma sinar-X

Bilangan Gelombang

optik) Inframerah dekat Inframerah pertengahan Inframerah jauh

Dari pembagian daerah spektrum elektromagnetik tersebut di atas, daerah panjang gelombang yang digunakan pada alat spektroskopi inframerah adalah pada daerah inframerah pertengahan, yaitu pada panjang gelombang 2,5 – 50 µm atau pada bilangan gelombang 4.000 – 200 cm-1. Daerah tersebut adalah cocok untuk perubahan energi vibrasi dalam molekul. Daerah inframerah yang jauh (400-10 cm-1), berguna untuk molekul yang mengandung atom berat, seperti senyawa anorganik tetapi lebih memerlukan teknik khusus percobaan (Silverstein, 1991).

40   

2.7.2. Jenis Vibrasi Molekul Vibrasi molekul dapat digolongkan atas dua golongan besar, yaitu: 1. Vibrasi Regangan (Streching) 2. Vibrasi Bengkokan (Bending) Vibrasi regangan ada dua macam, yaitu: 1. Regangan Simetri, unit struktur bergerak bersamaan dan searah dalam satu bidang datar. 2. Regangan Asimetri, unit struktur bergerak bersamaan dan tidak searah tetapi masih dalam satu bidang datar.

Gambar 7. Vibrasi regangan

Vibrasi bengkokan ini terbagi menjadi empat jenis, yaitu : 1. Vibrasi Goyangan (Rocking), unit struktur bergerak mengayun asimetri tetapi masih dalam bidang datar. 2. Vibrasi Guntingan (Scissoring), unit struktur bergerak mengayun simetri dan masih dalam bidang datar. 3. Vibrasi Kibasan (Wagging), unit struktur bergerak mengibas keluar dari bidang datar. 4. Vibrasi Pelintiran (Twisting), unit struktur berputar mengelilingi ikatan yang menghubungkan dengan molekul induk dan berada di dalam bidang datar (Giwangkara S., 2007). Contoh dari vibrasi adalah siklo pentana. Senyawa ini memiliki vibrasi bengkokan pada gugus C–H, berada pada daerah bilangan gelombang 1455 cm-1.

41   

Gambar 8. Vibrasi bengkokan

2.7.3. Daerah Spektrum Infra Red Vibrasi suatu gugus fungsi spesifik pada bilangan gelombang tertentu. Dapat dilihat pada tabel 5 dibawah ini masing-masing gugus fungsi memiliki bilangan gelombang tertentu. Tabel 5. Daerah spektrum infra red serta jenis vibrasinya

42   

2.7.4. Prinsip Kerja Alat FTIR Prinsipnya didasarkan pada besarnya frekuensi sinar infra merah yang diserap dengan tingkat energi tertentu. Apabila frekuensi tertentu diserap ketika melewati sebuah senyawa yang diselidiki, maka energi dari frekuensi tersebut akan ditransfer ke senyawa tersebut. Radiasi dari sumber infra merah dipecah oleh pencacah sinar menjadi dua bagian yang sama dengan arah yang saling tegak lurus. Kemudian kedua radiasi tersebut dipantulkan kembali ke dua cermin sehingga bertemu kembali di pencacah sinar untuk saling berinteraksi. Dari sini sebagian sinar diarahkan ke sampel menuju ke detektor, sedangkan sebagian dibalikkan ke sumber gerak, maju mundur cermin akan menyebabkan sinar mencapai ke detektor berfluktuasi tetapi terkendali.

Gambar 9. Diagram alir FTIR

43   

2.7.5. Keunggulan FTIR Analisis menggunakan Spektrofotometer FTIR memiliki dua kelebihan utama dibandingkan metoda konvensional lainnya, yaitu: a. Dapat digunakan pada semua frekuensi dari sumber cahaya secara simultan sehingga analisis dapat dilakukan lebih cepat daripada menggunakan cara sekuensial atau scanning. b. Sensitifitas dari metoda Spektrofotometri FTIR lebih besar daripada cara dispersi, sebab radiasi yang masuk ke sistem detektor lebih banyak karena tanpa harus melalui celah (slitless) (Giwangkara, 2006).

2.8. Spektroskopi Serapan Atom (Atomic Adsorption Spectroscopy/AAS) Peristiwa serapan atom pertama kali diamati oleh Fraunhofer, ketika menelaah

garis-garis

hitam

pada

spektrum

matahari.

Sedangkan

yang

memanfaatkan prinsip serapan atom pada bidang analisis adalah seorang Australia bernama Alan Walsh pada tahun 1955. Sebelumnya ahli kimia banyak tergantung pada cara-cara spektrofotometrik atau analisis spektrografik. Beberapa cara ini sulit dan membutuhkan waktu yang lama, kemudian digantikan dengan spektroskopi serapan atom. Metode ini sangat tepat untuk analisis zat pada konsentrasi rendah. (Dewi Puspita, 2007). Spektroskopi serapan atom atau yang biasa disebut dengan AAS mempunyai beberapa kelebihan dibandingkan dengan metode spektroskopi emisi konvensional, contohnya spektroskopi nyala. Pada metode konvensional, emisi tergantung pada sumber eksitasi. Bila eksitasi dilakukan secara termal, maka ia bergantung pada temperatur sumber. Selain itu eksitasi termal tidak selalu spesifik, dan eksitasi secara serentak pada berbagai spesies dalam suatu campuran dapat saja terjadi. Sedangkan dengan nyala, eksitasi unsur-unsur dengan tingkat 44   

eksitasi yang rendah dapat dimungkinkan. Tentu saja perbandingan banyaknya atom yang tereksitasi terhadap atom yang berada pada tingkat dasar harus cukup besar, karena metode serapan atom hanya tergantung pada perbandingan ini dan tidak bergantung pada temperatur. Logam-logam yang membentuk campuran kompleks dapat dianalisis dan selain itu tidak selalu diperlukan sumber energi yang besar (Khopkar, 2003). Perbedaan AAS dengan spektroskopi emisi yaitu AAS berdasarkan absorbsi yang merupakan pengukuran spektrum serapan cahaya dari suatu atom, molekul atau bahan. Sedangkan spektroskopi emisi merupakan pengukuran spektrum frekuensi suatu cahaya.

2.8.1. Prinsip Kerja AAS Metode ini berprinsip pada absorbsi cahaya oleh atom. Atom-atom menyerap cahaya tersebut pada panjang gelombang tertentu, tergantung pada sifat unsurnya. Dengan absorpsi energi, berarti memperoleh lebih banyak energi, suatu atom pada keadaan dasar dinaikan tingkat energinya ketingkat eksitasi. Keberhasilan analisis ini tergantung pada proses eksitasi dan memperoleh garis resonansi yang tepat (Khopkar, 2003). Secara proporsional konsentrasi atom bebas dalam nyala ditunjukkan menurut hukum Lambert-Beer: A = -log lt / lo =

bc

Keterangan: lo lt c b A

= Intensitas sumber sinar = Intensitas sinar yang diteruskan = Absortivitas molar = Konsentrasi atom-atom yang menyerap sinar = Panjang medium = Absorbansi 45 

 

2.8.2. Komponen-komponen AAS a. Lampu katoda berongga (Hollow Cathode Lamp) Lampu katoda berongga terdiri atas tabung gelas yang diisi dengan gas argon (Ar) atau neon (Ne) bertekanan rendah (4-10 torr) dan di dalamnya dipasang sebuah katoda berongga dan anoda. Rongga katoda berlapis logam murni dari unsur obyek analisis. Batang anoda terbuat dari logam wolfram/tungsten (W). b. Ruang pengkabutan (Spray Chamber) Merupakan bagian di bawah burner dimana larutan contoh diubah menjadi aerosol. Dinding dalam dari spray chamber ini dibuat dari plastik/teflon. Dalam ruangan ini dipasang peralatan yang terdiri atas: 1. Nebulizer glass bead atau impact bead (untuk memecahkan larutan menjadi partikel butir yang halus). 2. Flow spoiler (berupa baling-baling berputar, untuk mengemburkan butir / partikel larutan yang kasar). 3. Inlet dari fuel gas dan drain port (lubang pembuangan). c. Pembakar (Burner) Merupakan alat dimana campuran gas (bahan bakar dan oksida) dinyalakan. Dalam nyala yang bersuhu tinggi itulah terjadi pembentukan atom-atom analit yang akan diukur. Alat ini terbuat dari logam yang tahan panas dan tahan korosi. Desain burner harus dapat mencegah masuknya nyala ke dalam spray chamber. Hal ini disebut ”blow back” dan amat berbahaya. Burner untuk nyala udara asetilen (suhu 2000-2200 0C) berlainan dengan untuk nyala nitrous oksida-asetilen (suhu 2900-3000 0C). Burner harus selalu bersih untuk menjamin kepekaan yang tinggi dan kedapatulangan (repeatability) yang baik. 46   

d. Monokromator & Slit (Peralatan optik) Fungsinya untuk mengisolir sebuah resonansi dari sekian banyak spektrum yang dihasilkan oleh lampu katoda berongga. e. Detektor Detektor yang biasa digunakan dalam AAS ialah jenis photomultiplier tube, yang jauh lebih peka daripada phototube biasa dan responnya juga sangat cepat (10-9 det). Fungsinya untuk mengubah energi radiasi yang jatuh pada detektor menjadi sinyal elektrik / perubahan panas. f. Lain-lain 1. Pembuangan gas dan udara kotor (exhaust dust) 2. Pipa saluran gas

Gambar 10. Diagram alir AAS (Al Anshori, 2005)

2.8.3. Preparasi Sampel Cara melakukan preparasi sampel untuk keperluan analisis dengan AAS, dapat dilakukan tahapan-tahapan kerja sebagai berikut: a. Saring 50 mL larutan sampel menggunakan kertas saring.

47   

b.

Tambahkan 5 mL HNO3, kemudian panaskan diatas hotplate sampai larutan jernih dan volumenya kira-kira 25 mL.

c. Dinginkan, kemudian pindahkan larutan sampel kedalam labu takar dan saring kembali menggunakan kertas saring untuk mengambil sisasisa endapan. d. Larutan sampel yang menyusut dan telah disaring ditambahkan aquadest hingga volumenya sama dengan volume awal 50 mL e. Larutan sampel siap diuji (Nurul Chaerani, 2010).

2.8.4. Keuntungan AAS Keuntungan menggunakan metode AAS diantaranya adalah: a. Dari satu larutan yang sama, beberapa unsur yang berlainan dapat diukur. b. Pengukuran dapat langsung dilakukan terhadap larutan contoh. Jadi berbeda dengan kolorimetri (yang membutuhkan pembentukan senyawa berwarna), gravimetri (endapan perlu dikeringkan terlebih dahulu) dan sebagainya, preparasi contoh sebelum pengukuran cukup sederhana. c. Output data (absorban) dapat langsung dibaca. d.

Dapat diaplikasikan kepada jenis unsur dalam banyak jenis (Apriliani, 2010).

2.9. Scanning Electron Microscope (SEM) Scanning

Electron

Microscope

(SEM)

adalah

mikroskop

yang

menggunakan berkas elektron sebagai sumber pencahayaannya, mempunyai daya pisah yang tinggi sehingga dapat difokuskan ke titik (spot) yang sangat kecil. Dengan alat ini dapat dilakukan analisa struktur dan morfologi.

48   

  Gambar 11. Diagram alir SEM

SEM memiliki perbesaran bervariasi mulai dari 500 kali sampai 10.000 kali pembesaran sehingga dapat menunjukan bagian-bagian yang tidak terlihat ketika diuji dengan mikroskop optik. Elektron ditembakkan ke lintasan yang memiliki kevakuman yang tinggi. Molekul gas (dalam hal ini gas nitrogen) akan menangkap elektron sehingga elektron yang terhambur akan mengenai benda uji (Kurniawan Siregar, 2007).

49   

BAB III METODE PENELITIAN

3.1. Waktu dan Tempat Penelitian ini dilaksanakan pada tanggal 1 Maret sampai 1 Juli 2010. Bertempat di Laboratorium Pusat Penelitian Metalurgi, LIPI, PUSPIPTEK Serpong.

3.2. Bahan dan Alat 3.2.1. Bahan Bahan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain cangkang rajungan (Portunus pelagicus) dari Serang, pasir kuarsa dari Kalimantan Timur, Na2CO3 anhidrat, NaOH pa. 1M, NaOH pa. 50%, HCl pa. 1M, aquadest, dan larutan standar Fe (1 ppm; 2 ppm; 3 ppm; dan 4 ppm), Mn (0,2 ppm; 0,5 ppm; 1,0 ppm; dan 2,0 ppm) dan kitosan produk BATAN (spesifikasi: derajat deasetilasi 91,12%, ukuran 1 mm, rendemen 20%, kadar abu 0,2% dan kadar air 10%).

3.2.2. Alat Alat yang digunakan diantaranya neraca analitik, muffle furnace (Carbolite), cawan silikon karbida/krusibel, gelas beaker, gelas ukur, labu ukur, botol pereaksi, botol semprot, hotplate magnetic (Nuova), timer, termometer, kertas saring Whatman no. 40, pH indikator (Merck), FTIR (Perkin Elmer), AAS (Analytikjena novAA

300), dan SEM (JEOL JSM-6390 A).

50   

3.3. Metode Kerja 3.3.1. Persiapan Awal Roasting Pasir Kuarsa Pasir kuarsa diambil, kemudian dicuci dengan menggunakan air bersih sampai hilang kotoran berupa humus maupun lumpur. Setelah bersih, ditandai dengan air cucian yang sudah jernih, maka pasir kuarsa tersebut dikeringkan dalam oven pada suhu 105oC ± 2 jam sehingga air cucian menguap sempurna. 165 gram pasir kuarsa dan 135 gram natrium karbonat (Sulistiyono, 2005) dimasukkan ke dalam mixer, kemudian dilakukan proses pencampuran secara merata. Setelah campuran merata kemudian campuran tersebut dimasukkan dalam krusibel dan dipanaskan sampai temperatur 1200oC, lalu setelah tercapai termperatur tersebut kemudian ditahan sampai 2 jam. Pada percobaan ini diperoleh leburan natrium silikat dimana leburan tersebut langsung dikeluarkan dan dalam kondisi cair dituangkan dari dalam krusibel ke dalam loyang stainless steel. Kemudian lelehan didinginkan dalam pendingin kipas agar cepat dingin, kemudian lelehan yang telah dingin digerus sehingga menjadi serbuk. Serbuk ini dinamakan dengan Natrium Silikat Kotor (NSK) karena masih mengandung pengotor ion-ion logam.

3.3.2. Pembuatan Larutan Natrium Silikat Serbuk Natrium Silikat Kotor (NSK) diperoleh, ditimbang sebanyak 20 gram dilarutkan dalam 200 mL air mendidih (1:10) (berdasarkan penelitian sebelumnya) dan diaduk selama 2 jam. Larutan selanjutnya disaring dengan kertas saring Whatman no. 40, sehingga dapat dipisahkan masing-masing residu dan filtrat. Dilakukan proses analisa terhadap larutan dan residu untuk menentukan pengotor logam Fe dan Mn yang ada di dalammya dengan menggunakan AAS.

51   

3.3.3. Persiapan Awal Pembuatan Kitosan Cangkang rajungan basah, dicuci dan dikeringkan dibawah sinar matahari. Kemudian dihaluskan lalu diayak dengan ukuran 100 mesh, maka jadilah tepung rajungan. a. Demineralisasi Penghilangan mineral dilakukan pada suhu 25-30°C (suhu kamar) dengan menggunakan larutan HCl 1 M dengan perbandingan sampel dengan larutan HCl = 1:15 (gr serbuk/ml HCl) sambil diaduk selama 60 menit. Kemudian di dekantasi dan dicuci dengan aquadest sampai pH netral, lalu dikeringkan endapannya. b. Deproteinasi Proses ini dilakukan pada suhu 80-90°C dengan menggunakan larutan NaOH 1 M dengan perbandingan NaOH = 1:15 (gr serbuk/ml NaOH) sambil diaduk selama 3 jam. Kemudian campuran didekantasi dan dicuci dengan aquadest sampai pH netral, lalu disaring untuk diambil endapannya. c. Deasetilasi Kitin menjadi Kitosan Kitin yang telah dihasilkan pada proses diatas dimasukkan dalam larutan NaOH 50% 1:15 (gr serbuk/ml NaOH) pada suhu 90°C sambil diaduk dengan kecepatan konstan selama 60 menit. Hasilnya disaring, endapan dicuci dengan aquadest lalu ditambah larutan HCl encer agar pH netral kemudian dikeringkan. Maka terbentuklah kitosan. Gambar proses dapat dilihat pada lampiran hal. 76.

3.3.4. Analisis FTIR Sebanyak 2 mg sampel kitosan ditambahkan 200 mg KBr (1:100) lalu digerus sampai halus. Campuran sampel dan KBr dimasukan dalam alat pencetak pellet dan di pres dengan tekanan 7-8 ton sambil di vakum untuk menarik uap air

52   

yang ada. Film yang terbentuk kemudian dibaca dengan alat FTIR pada panjang gelombang 450-4000 cm-1.

3.3.5. Analisis SEM Sampel yang telah bersih dan kering ditempelkan pada sample holder dengan perekat dua sisi, dilanjutkan dengan pelapis tipis emas dalam mesin pelapis

tipis (sputler). Kemudian dilakukan pengamatan struktur mikro dan

komposisi kimianya dengan SEM pada 20 kV dan perbesaran 1000 kali.

3.3.6. Proses Adsorpsi dengan Metode Batch a. Pengaruh Massa Kitosan Kitosan dengan massa yang berbeda (0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5 dan 0,6 gram) dicampurkan dalam 50 mL larutan Natrium Silikat Kotor (NSK) dalam suasana asam. Kemudian diaduk pada temperatur ruang selama 30 menit. Setelah itu campuran disaring dengan kertas saring Whatman no. 40. Filtrat yang dihasilkan dianalisis dengan menggunakan AAS untuk mengetahui seberapa besar penyerapan kitosan. Analisis dilakukan secara berulang (duplo). Persen logam yang teradsorpsi/diserap dihitung dengan rumus sebagai berikut: Persentasi adsorpsi = C0 – C x 100% C0 Keterangan: C0 = konsentrasi awal logam (mg/L) C = konsentrasi logam setelah adsorpsi pada fasa cair (mg/L)

b. Pengaruh Waktu Kontak Kitosan dengan massa 0,2 gram dicampurkan dengan 50 mL larutan Natrium Silikat Kotor (NSK), kemudian diaduk pada temperatur ruang. Waktu kontak divariasikan selama 15 menit, 30 menit, 60 menit, 90 menit dan 120 menit. 53   

Setelah itu campuran disaring dengan kertas saring Whatman no. 40. Filtrat yang dihasilkan dianalisis dengan menggunakan AAS untuk mengetahui konsentrasi masing-masing ion logam yang masih tersisa dalam larutan. Analisis dilakukan secara berulang (duplo). Waktu kontak dengan penyerapan yang terbaik digunakan untuk analisis selanjutnya.

c. Pengaruh Konsentrasi Asam Sebanyak 50 mL larutan Natrium Silikat Kotor (NSK) dengan variasi pH 2, 3, 4, 5, 6, dan 7, dicampurkan dengan kitosan sebanyak 0,2 gram kemudian diaduk pada temperatur ruang dengan menggunakan waktu kontak yang terbaik. Setelah itu campuran disaring dengan kertas saring Whatman no. 40. Filtrat yang dihasilkan dianalisis dengan menggunakan AAS untuk mengetahui konsentrasi masing-masing ion logam yang masih tersisa dalam larutan. Analisis dilakukan secara berulang (duplo). pH dengan penyerapan yang terbaik digunakan untuk analisis selanjutnya.

d. Pengaruh Suhu Kitosan dengan massa 0,2 gram dicampurkan dengan 50 mL larutan Natrium Silikat Kotor (NSK) dengan pH yang terbaik, kemudian diaduk pada temperatur yang divariasikan (30oC, 40oC, 50oC, 60oC, 70oC, dan 80oC) dengan menggunakan waktu kontak yang terbaik. Setelah itu campuran disaring dengan kertas saring Whatman no. 40. Filtrat yang dihasilkan dianalisis dengan menggunakan AAS untuk mengetahui konsentrasi masing-masing ion logam yang masih tersisa dalam larutan. Analisis dilakukan secara berulang (duplo).

54   

e. Perbandingan Kitosan Sintesis dengan Kitosan Produk BATAN Sebanyak 0,2 gram kitosan sintesis maupun kitosan produk BATAN, masing-masing dicampurkan dalam 50 mL larutan Natrium Silikat Kotor (NSK) dengan kondisi pH, suhu dan waktu yang terbaik. Setelah itu campuran disaring dengan kertas saring Whatman no. 40. Filtrat yang dihasilkan dianalisis dengan menggunakan AAS untuk mengetahui konsentrasi masing-masing ion logam yang masih tersisa dalam larutan. Analisis dilakukan dua kali pengulangan (duplo). Hasil adsorpsi antara kitosan sintesis dengan kitosan produk BATAN dibandingkan.

55   

56   

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Karakterisasi Pasir Kuarsa dan Preparasi Natrium Silikat Pasir kuarsa merupakan bahan baku pada penelitian ini. Pasir kuarsa yang digunakan diharapkan mempunyai kemurnian yang tinggi, sehingga perlu dilakukan karakterisasi terhadap pasir kuarsa dengan menggunakan SEM dan AAS. Analisis dengan menggunakan SEM dilakukan untuk mengetahui bentuk (morfologi) dari suatu permukaan pasir kuarsa. Adapun gambar hasil analisis SEM sebagai berikut:

100 100 µm µm

Gambar 13. Hasil analisa pasir kuarsa

Selain itu, untuk mengetahui pengotor apa saja yang terdapat pada pasir kuarsa, maka dilakukan analisis terhadap pasir kuarsa dengan menggunakan AAS dari laboratorium pengujian tekMIRA Bandung. Hasil analisis AAS (lihat pada lampiran 10 hal. 81) didapatkan kandungan pengotor yang terdapat pada pasir kuarsa sebagai berikut:

57   

Tabel 6. Pengotor pada pasir kuarsa

Pengotor pasir kuarsa SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO K2O Na2O MnO LOI

Massa (%) 99,2 0,063 0,19 0,04 0,008 0,008 0,023 0,020 0,0134 0,39

Sumber : Laboratorium Pengujian tekMIRA, Bandung

Natrium silikat dibuat dari campuran pasir kuarsa (silika) dengan natrium karbonat (Na2CO3). Pasir yang digunakan berasal dari Samboja, Kalimantan Timur. Campuran pasir kuarsa dengan Na2CO3 dibakar dalam tanur pada suhu 1200 oC selama ± 2 jam. Pada pencampuran ini terjadi reaksi sebagai berikut: Na2CO3 (s) + SiO2 (s)

Na2SiO3 (s) + CO2 (g) ………4.1)

Pasir kuarsa dengan natrium karbonat dapat membentuk kaca jika dipanaskan di atas titik lelehnya dan kemudian harus didinginkan dengan cepat untuk menghindari kristalisasi. Setelah dingin natrium silikat dijadikan serbuk dengan cara digrinding. Natrium silikat yang dihasilkan kemudian dilarutkan dengan air mendidih, lalu direaksikan dengan kitosan untuk menghilangkan ionion logam pengotornya.

4.2. Isolasi Kitin dan Transformasi Kitosan Bahan awal yang digunakan untuk membuat kitin dan kitosan adalah limbah cangkang rajungan (Portunus pelagicus) yang telah dikeringkan dan telah dibuat serbuk. Limbah cangkang rajungan ini berasal dari Serang, Banten-Jawa Barat. Kitin dapat diperoleh dari cangkang rajungan melalui proses demineralisasi

58   

dan deproteinasi, kemudian untuk mendapatkan kitosan dilakukan proses deasetilasi. Tahap demineralisasi dilakukan untuk menghilangkan mineral yang terkandung dalam cangkang rajungan. Pada tahap demineralisasi ini dilakukan dengan menambahkan HCl 1 M karena mineral yang terdapat dalam bahan, terutama CaCO3 dan sedikit Ca3(PO4)2 mudah hilang dengan penambahan HCl dan dapat menghasilkan kitin dengan kandungan mineral yang lebih rendah (Ruswanti dkk, 2007). Pada tahap ini, ketika HCl 1M direaksikan dengan serbuk rajungan akan terbentuk buih yang terkumpul pada permukaan larutan. Setelah 1 jam buih berkurang dan larutan berwarna kuning keruh. Terbentuknya buih tersebut menandakan adanya gas karbon dioksida (CO2) dan uap air. Reaksi yang terjadi sebagai berikut: CaCO3 (s) + 2HCl (aq)

CaCl2 (aq) + H2O (l) + CO2 (g)

…..(4.2)

Ca3(PO4)2 (s) + 4HCl (aq)

2CaCl2 (aq)+ Ca(H2PO4)2 (aq)

…..(4.3)

Tahap kedua yaitu deproteinasi yang merupakan suatu proses pemisahan atau pelepasan ikatan antara protein dan kitin. Deproteinasi dilakukan dengan menggunakan NaOH 1 M selama 1 jam pada suhu 80-90 oC. Pada tahap ini, protein akan terlepas dan membentuk Na-proteinat yang dapat larut dan hilang selama proses pencucian dan penyaringan (Ruswanti dkk, 2007). Hal ini ditunjukan dengan perubahan warna larutan dari jernih menjadi coklat. Filtrat yang dihasilkan berwarna coklat dan endapan putih kecoklatan. Reaksi yang terjadi sebagai berikut: Protein + NaOH

Na-proteinat + H2O ………………….. 4.4)

59   

Pada setiap tahap dilakukan pencucian sampai larutan netral, bertujuan untuk menghilangkan sisa-sisa dari larutan reagen. Pencucian yang kurang sempurna akan mengakibatkan mineral yang terlepas dapat melekat kembali pada permukaan molekul kitin. Pencucian juga dimaksudkan untuk mencegah terjadinya degradasi produk selama proses pengeringan. Karena kitin juga mengandung beberapa gugus amino bebas baik disebabkan adanya sedikit deasetilasi selama proses pengeringan atau akibat pembentukan asetilasi yang tidak sempurna (Hendri, 2008). Tahap terakhir adalah deasetilasi yang diperlukan untuk mengubah kitin menjadi kitosan dengan proses hidrolisis. Pada tahap ini digunakan larutan NaOH 50% disebabkan pada kondisi tersebut merupakan kondisi optimum pada proses transformasi gugus asetil yang berikatan dengan atom nitrogen membentuk gugus amina (Rochima dkk, 2007). Perendaman dalam NaOH konsentrasi tinggi (≥40%) akan

meningkatkan

derajat

deasetilasi

dan

mengakibatkan

terjadinya

depolimerisasi memutuskan ikatan rangkap antara gugus karboksil dengan atom nitrogen Rochima dkk, 2007). Larutan NaOH berfungsi membantu pemutusan (katalis) ikatan antara gugus asetil dengan atom nitrogen sehingga berubah menjadi gugus amino (-NH2). Pada tahap ini tidak menggunakan air atau alkohol untuk mendeasetilasi, karena dikhawatirkan akan menghidrolisis hidroksidanya atau ikatan glikosidik yang terdapat pada struktur kitosan dapat putus. Reaksi pada tahap deasetilasi sebagai berikut:

60   

Gambar 14. Reaksi kitin menjadi kitosan (Rahayu dan Purnavita, 2007)

Dengan adanya sifat-sifat kitin dan kitosan yang dihubungkan dengan gugus amino dan hidroksil yang terikat, maka menyebabkan kitin dan kitosan mempunyai reaktifitas kimia yang tinggi dan menyebabkan sifat polielektrolit kation sehingga dapat berperan sebagai penukar ion (ion exchanger) dan dapat berperan sebagai adsorben logam berat dalam air limbah (Marganof, 2003). Kitosan yang didapatkan dari hasil sintesis sebesar 34,89 gram (57 % berat) dari 200 gram cangkang rajungan (lihat lampiran 3). Sulitnya menghasilkan kitosan dengan derajat deasetilasi yang tinggi diduga karena kitin secara alami berbentuk kristalin yang mengandung rantairantai polimer kitin berkerapatan sangat tinggi, yang satu sama lain terikat dengan ikatan hidrogen yang sangat kuat, sehingga menghalangi enzim berpenetrasi mencapai substrat spesifiknya (Rochima, 2008). Deasetilasi yang terjadi pada kitin hampir tidak pernah selesai sehingga dalam kitosan masih ada gugus asetil yang terikat pada beberapa gugus N (Kusumawati, 2009). Derajat deasetilasi juga dipengaruhi oleh waktu. Menurut Purnawan dkk (2009), bahwa semakin lama waktu proses deasetilasi menyebabkan derajat deasetilasi (DD) kitosan semakin 61   

tinggi. Hal ini disebabkan semakin lama waktu reaksi hidrolisis kitin, gugus asetil yang tersubstitusi menjadi gugus amina semakin banyak sehingga DD kitosan semakin tinggi. Pada penelitian ini, ketika masih sebagai serbuk rajungan memiliki derajat deasetilasi 21,39%. Akan tetapi setelah menjadi kitosan, derajat deasetilasinya meningkat menjadi 75,99%. Kitosan

yang

terbentuk

diidentifikasi

dengan

menggunakan

spektrofotometer infra merah (FTIR). Hasil analisis kuantitatif spektrum FTIR yang didapatkan untuk menghitung derajat deasetilasi (DD) kitosan. Derajat Deasetilasi menunjukkan persentase gugus asetil yang dapat dihilangkan dari kitin sehingga dihasilkan kitosan. Makin berkurangnya gugus asetil pada kitosan maka interaksi antar ion dan ikatan hidrogen dari kitosan akan semakin kuat. Spektrum FTIR hasil analisis dapat dilihat sebagai berikut: 17.0

Laboratory Test Result

16

Serbuk Rajungan

15 14 13 2523.86

12 11 10 9

CH

%T 8

953.14

491.27

7 6

712.86

2958.412928.85

5 4

NH2

3 2

565.40

1154.35

C=O

1029.67 1072.72 873.06

3295.94 3423.02 3446.62

1654.61 1541.20

1

1416.73

0.0 4000.0

3600

3200

2800

2400

2000

1800 cm-1

1600

1400

1200

1000

800

600

450.0

Gambar 15. Spektrum FTIR bahan dasar cangkang rajungan

62   

26.4 26

Laboratory Test Result Kitosan Sintesis

25 24 23 22 21 20

895.14

1260.55

19 %T

1419.39

18

1323.97

CH

17

1559.45 1624.53 1661.76

16 15

1380.14 1156.54 1028.43 1078.35

2883.11

NH

14

NH2

13

530.05 577.01

953.59

C-O

C=O

12 10.9 4000.0

3426.27

3600

3200

2800

2400

2000

1800 1600 cm-1

1400

1200

1000

800

600

450.0

Gambar 16. Spektrum FTIR kitosan

Data spektrum FTIR kitosan memberikan informasi sejumlah pita serapan utama yang menunjukkan gugus-gugus fungsi dalam molekulnya. Tabel 7. Perbandingan pita absorpsi FTIR cangkang rajungan dan kitosan Pita absorpsi FTIR (cm-1)

Pita absorpsi FTIR (cm-1)

cangkang rajungan

kitosan

3423,03

3426,27

Gugus fungsi kitin dan kitosan O-H stretching dan N-N (-NH2) amina

2958,41 - 2928,85

2883,11

C-H stretching (C-H ring, -CH3 dan -CH2-)

1654,61

1661,76

C=O

stretching

(NHCOCH3)

amida I -

1559,45

N-H dan C-N (NHCOCH3) amida II dan III

1416,73

1419,39 - 1380,14

C-H bending (C-H ring, -CH2, CH3) dan C-C

1154,35

1156,54

Bridge-O-stretching (C-O-C)

1072,72 – 1029,67

1078,35 – 1028,43

C-Oasym & C-Osym stretching

873,06

895,14

Ring stretching (C-H ring)

63   

NH2 

C=O 

Gambar 17. Spektrum FTIR kitin standar produksi Wako, Jepang (Hendri, 2008)

Pada kitin standar, pita serapan 3388,7 cm-1 menunjukkan gugus O-H dan NH amida sekunder. Pita serapan 1627,8- 1662,55 cm-1 didapatkan gugus C=O stretching (NHCOCH3, amida I) menunjukkan adanya gugus asetamida yang melebar. Bila dibandingkan antara kitosan hasil sintesis dengan kitin standar dapat dibedakan pada gugus C=O. Untuk kitin standar serapannya masih melebar sedangkan kitosan sintesis terlihat lebih tajam. Hal ini menandakan bahwa gugus asetamida banyak yang sudah berubah menjadi gugus amina. Pada proses deasetilasi, gugus asetilamino pada kitin diubah menjadi gugus amino. Dapat ditandai dengan hilangnya/ berkurangnya serapan gugus C=O dari molekul pada spektrum FTIR (Syahmani dan Sholahuddin, 2009). Akan tetapi dalam penelitian ini gugus C=O masih ada, sehingga hasil deasetilasi belum sempurna. Derajat deasetilasi yang didapatkan yaitu 75,99%. Hal ini disebabkan kurang lamanya proses pemanasan dan suhu yang kurang tinggi, sehingga pemutusan gugus asetil kurang sempurna. Menurut Rahayu dan Purnavita (2007) 64   

secara umum derajat deasetilasi untuk kitosan sekitar 60% dan sekitar 90-100% untuk kitosan yang mengalami deasetilasi penuh.

4.3. Pengaruh Variasi Massa Kitosan Terhadap Adsorpsi Logam Fe dan Mn Pada analisis ini dilakukan sebanyak dua kali (duplo). Kondisi variabel pada percobaan ini dilakukan pada suhu kamar (30 0C) pH 3 dan waktu 30 menit. Pada gambar 18. dapat dilihat massa yang terbaik untuk penyerapan ion logam Fe dan Mn sebesar 0,5 gram kitosan. Banyaknya massa kitosan yang direaksikan mempengaruhi adsorpsi ion logam Fe maupun Mn dalam larutan natrium silikat. Pada penambahan kitosan 0,5 gram diperoleh adsorpsi optimum Fe sebesar 59,09% dan Mn sebesar 51,69%. Hal ini disebabkan semakin banyaknya jumlah kitosan maka semakin besar pula kemampuan mengikat ion-ion logam yang ada dalam larutan (Tanindya Apsari dan Dina Fitriasti, 2010).

Gambar 18. Variasi massa kitosan terhadap adsorpsi ion Fe dan Mn

Pada massa kitosan 0,6 gram terjadi penurunan penyerapan. Menurut Hargono, dkk (2008), penurunan penyerapan oleh kitosan disebabkan karena larutan menjadi kental sehingga proses pengadukan tidak sempurna, akibatnya persentase penyerapannya menurun (lihat lampiran 5 no.1). 65   

Secara teori, jika dalam adsorpsi telah tercapai massa optimum, maka selanjutnya tidak akan terjadi kenaikan atau penurunan adsorpsi, akan tetapi bersifat statis dan relatif konstan. Hal ini berarti proses adsorpsi diperkirakan telah mencapai kesetimbangan. Akan tetapi pada gambar 18, adsorpsi ion logam Fe setelah tercapai keadaan optimum menurun kembali. Hal ini kemungkinan terjadinya kesalahan pada analisis atau kurang teliti pada saat melakukan analisis.

4.4. Pengaruh Variasi Waktu Terhadap Adsorpsi Logam Fe dan Mn Data pengaruh waktu terhadap adsorpsi ion logam Fe dan Mn dapat dilihat pada gambar 19. yang menunjukkan bahwa adsorpsi ion logam Fe tidak terlihat kenaikan yang signifikan, sedangkan pada adsorpi ion logam Mn terlihat kenaikan yang signifikan dari waktu 15 menit menuju ke 30 menit. Pada percobaan ini, dilakukan pada kondisi suhu kamar (30 0C), pH 3 dan jumlah kitosan 0,2 gram. Menurut teori, semakin lama waktu kontak memungkinkan proses difusi dan penempelan molekul adsorbat berlangsung lebih baik. Selain itu semakin kecil ukuran partikel kitosan yang digunakan, maka semakin besar kecepatan adsorpsinya, sehingga dalam waktu 30 menit sudah tercapai waktu yang optimum dengan persentase Fe dan Mn masing-masing 72,07% dan 52,50%. Hal ini dikarenakan reaksi yang terjadi dapat berlangsung dengan cepat dan sempurna. Berdasarkan penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Rachdiati, dkk (2007) bahwa kitosan dapat menyerap ion logam secara optimum selama 15 menit (lihat data lampiran 5 no.2).

66   

Gambar 19. Variasi waktu terhadap adsorpsi ion Fe dan Mn

Pada proses adsorpsi dengan waktu 60 menit, terjadi penurunan persentase adsorpsi, diduga karena gugus amin dan hidroksil yang terdapat pada kitosan sudah penuh mengikat komponen lain (H+) atau sudah jenuh. Pada kondisi adsorpsi yang terlalu lama, kemungkinan ion logam yang sudah terikat oleh adsorben (kitosan) dapat terlepas lagi atau terjadi desorpsi (Khotimah dkk, 2010). Atau kemungkinan lain disebabkan juga oleh suhu percobaan yang rendah (suhu kamar), sehingga ikatan yang terjadi bersifat ikatan lemah. Selain itu perubahan pH larutan menjadi naik kemungkinan dapat terjadi karena kontak dengan kitosan. Semakin lama proses adsorpsi berlangsung, maka larutan akan semakin basa, sehingga daya adsorpsi kitosan menurun dan semakin tidak efektif. Menurut Shofiyani dkk (2005), hasil penelitian menunjukkan bahwa laju terikatnya logam transisi persatuan waktu meningkat dengan urutan Fe (II) > Mn (II). Semua hasil penelitian diatas menunjukkan bahwa setelah kondisi optimum tercapai, peningkatan waktu kontak tidak meningkatkan adosrpsi secara signifikan, mengindikasikan bahwa situs aktif kitosan telah jenuh oleh ion logam atau telah tercapai kondisi kesetimbangan.

67   

4.5. Pengaruh Konsentrasi Asam Terhadap Adsorpsi Logam Fe dan Mn Adsorpsi ion logam dipengaruhi oleh pH larutan, maka dilakukan variasi pH. Keasaman dan kebasaan larutan natrium silikat mempengaruhi adsorpsi ion logam. Kondisi percobaan disini pada suhu kamar (30 0C) dengan massa kitosan 0,2 gram dan waktu yang optimum. Karena kitosan tidak dapat bereaksi dalam pH basa, maka adsorpsi dilakukan di pH asam untuk mengetahui berapa pH optimum dari masing-masing ion logam tersebut. Hasil adsorpsi optimum dari ion logam besi (Fe) dan mangan (Mn) oleh kitosan terjadi pada pH 3 (lihat data lampiran 5 no.3). Dalam larutan asam, gugus amina bebas sangat cocok sebagai polikationik untuk mengkelat logam atau membentuk dispersi.

Gambar 20. Variasi konsentrasi asam terhadap adsorpsi ion Fe dan Mn

Kitosan mempunyai gugus amina (NH2) yang memiliki sepasang elektron bebas pada atom N. Gugus amina ini bertindak sebagai basa lewis dengan mendonorkan pasangan elektron bebasnya, sehingga pada pH rendah/ asam akan memungkinkan terdapat banyak proton H+ yang tertarik ke NH2 menjadi NH3, Pada pH yang sangat asam (misalnya pH 2) jumlah ion hidrogen (H+) sangat banyak sehingga terjadi kompetisi antara ion logam dengan ion hidrogen untuk menempati sisi aktif (NH2). Kompetisi ini mengakibatkan terganggunya proses 68   

pertukaran ion dan penyerapan terhadap ion logam Fe maupun Mn. Berdasarkan penelitian yang dilakukan Ruswanti dan Lusiana (2007), bahwa pH optimum untuk adsorpsi logam Fe (II) oleh kitosan termodifikasi adalah pH 3. Penelitian menyebutkan bahwa dalam keadaan asam kitosan mempunyai daya reaktifitas kimia yang tinggi dan menyebabkan sifat polielektrolit kation sehingga dapat berperan sebagai penukar ion dan berfungsi sebagai adsorben terhadap logam berat (Ruswanti dan Lusiana, 2007; Marganof, 2003). Penurunan penyerapan setelah pH 3 disebabkan terjadinya kenaikan pH setelah proses adsorpsi. Kenaikan pH terjadi karena kitosan yang digunakan dideasetilasi dengan menggunakan NaOH 50% sehingga kemungkinan larutan menjadi basa, maka terjadi pengendapan ion logam. Larutan dalam keadaan basa tersebut menjadikan daya kerja dari kitosan menjadi menurun, karena kitosan hanya efektif bekerja pada pH asam. Selain itu, pada standar kalibrasi seharusnya dibuat dalam berbagai pH, sehingga analisis pada AAS akan didapatkan hasil yang lebih akurat. Menurut Syahmani dan Arif Sholahuddin (2009), menyatakan bahwa kapasitas serapan suatu bahan ditentukan oleh pH dan lamanya waktu berinteraksi yang spesifik untuk setiap bahan. Semakin naik pH, maka semakin kecil adsorpsi yang dihasilkan, karena kemungkinan Fe telah membentuk endapan Fe(OH)3 dan Mn mengendap menjadi Mn(OH)2, dimana Ksp Fe(OH)3  sebesar 1x10-36 sedangkan Mn(OH)2 sebesar 2x10-13. Pada umumnya dalam medium asam, logam (M) berada sebagai ion kation bebas. Tetapi pada kondisi netral hingga basa, kation akan terhidrolisis membentuk hidroksidanya, dimana sebagian besar hidroksida logam bersifat tidak larut (Day & Underwood, 2002).

69   

4.6. Pengaruh Variasi Suhu Terhadap Adsorpsi Logam Fe dan Mn Pada percobaan ini, dilakukan dengan menggunakan massa 0,2 gram pada kondisi waktu dan pH yang optimum. Dilihat pada gambar 18, suhu yang paling optimum untuk Fe adalah 70 oC menghasilkan adsorpsi 85,39%, sedangkan untuk Mn pada suhu 60 oC menghasilkan adsorpsi 65,72% (lihat data lampiran 5 no.4). Semakin tinggi suhu yang digunakan, maka reaksi berlangsung lebih cepat karena makin besar energi kinetik molekul zat dan gerak partikel-partikel kitosan makin besar. Akibatnya frekuensi tumbukan yang terjadi akan makin besar, sehingga sampel yang bereaksi dengan kitosan akan lebih banyak dibandingkan dengan adsorpsi sampel pada suhu rendah.

Gambar 21. Variasi suhu terhadap adsorpsi ion Fe dan Mn

Peningkatan suhu akan meningkatkan kecepatan gerak partikel dalam sistem sehingga semakin banyak tumbukan antar partikel yang dapat terjadi maka akan mempercepat terbentuknya flok (Fathul Karamah dan Septiyanto, 2009). Kenaikan suhu sampel akan menaikan kelarutan dari kitosan sehingga akan mempercepat dan memperbanyak proses adsorpsi. Setelah suhu optimum tercapai, tidak terjadi peningkatan adsorpsi, akan tetapi terjadi penurunan adsorpsi. Hal ini diperkirakan suhu yang terlalu tinggi mungkin akan memberikan energi yang berlebih sehingga ion logam yang telah terikat akan terlepas kembali. 70   

4.7. Perbandingan Kitosan Sintesis dengan Kitosan Produk BATAN Pada penelitian ini, selain menggunakan kitosan yang dibuat sendiri untuk adsorpsi, juga digunakan kitosan produk BATAN sebagai pembanding. Dari data yang didapatkan, adsorpsi Fe dengan kitosan sintesis sebesar 85,39%, sedangkan dengan kitosan produk BATAN hanya didapatkan 69,33%. Begitu pula pada adsorpsi Mn dengan kitosan sintesis didapatkan 65,72% sedangkan dengan kitosan produk BATAN 56,48%.

Gambar 22. Diagram perbandingan kitosan sintesis dengan kitosan produk BATAN

Adsorpsi kitosan hasil sintesis ternyata lebih baik dibandingkan dengan kitosan produk BATAN. Hal ini bisa disebabkan: 1) Karena perbedaan bahan dasar kitosan, dimana kitosan sintesis dibuat dari cangkang rajungan sedangkan kitosan produk BATAN berasal dari cangkang udang. 2) Ukuran partikelnya, kitosan produk BATAN ukuran partikelnya lebih besar daripada kitosan sintesis. Sudah dicoba untuk menyamakan ukuran partikel, akan tetapi kitosan produk BATAN tidak dapat diperkecil lagi ukurannya, diduga hal ini mempengaruhi hasil adsorpsi. Semakin kecil ukuran partikel dari kitosan sehingga luas permukaan semakin besar, maka semakin besar pula daya adsorpsinya.

71   

4.8.

Isoterm Adsorpsi Isoterm adsorpsi ini diambil dengan menggunakan data variasi waktu.

Isoterm adsorpsi dapat digunakan untuk mempelajari mekanisme adsorpsi. Pada isoterm Langmuir berlangsung secara kimisorpsi satu lapis (monolayer). Sedangkan pada isoterm Freundlich, proses adsorpsi yang terjadi secara fisisorpsi banyak lapis (multilayer).

(a)

(b) Gambar 23. (a) grafik isoterm Langmuir dan (b) grafik isoterm Freundlich adsorpsi ion Fe

Pada gambar 23(a), menunjukkan grafik isoterm Langmuir, dapat dilihat bahwa grafik yang didapatkan merupakan grafik yang linear dengan persamaan y= a + bx, dengan nilai koefisien korelasi adalah 99,9% (R2 = 0,999). Sedangkan gambar 23(b) menunjukkan grafik isoterm Freundlich yang mempunyai R2 =

72   

0,992 (lihat data lampiran 6 no.1). Dilihat dari nilai R2 ini dapat diketahui model persamaan kesetimbangan mana yang dapat mewakili reaksi yang terjadi pada penelitian ini. Dari kedua grafik isoterm adsorpsi ion logam Fe, dapat dilihat linieritas isoterm adsorpsi tipe Langmuir (99,9%) lebih tinggi dibandingkan tipe Freundlich (99,2%). Data ini menunjukan bahwa mekanisme adsorpsi ion logam Fe termasuk dalam tipe keduanya (Langmuir dan Freundlich) karena linieritasnya diatas 90%, akan tetapi lebih dominan terjadi secara kimisorpsi (isoterm Langmuir).

(a)

(b) Gambar 24. (a) grafik isoterm Langmuir dan (b) grafik isoterm Freundlich adsorpsi ion Mn

Pada gambar 24(a), menunjukkan grafik isoterm Langmuir untuk ion logam Mn mempunyai nilai linearitas yang tinggi yaitu 99,9% (R2 = 0,999),

73   

sedangkan pada gambar 24(b) yang merupakan grafik isoterm Freundlich ion logam Mn mempunyai nilai linearitas 98,3% (R2 = 0,983). Dilihat dari data diatas, adsorpsi ion logam Mn dapat terjadi secara kimia maupun fisika, dan termasuk ke dalam tipe isoterm Langmuir dan Freundlich karena mempunyai nilai linearitas diatas 90%, akan tetapi lebih dominan ke dalam tipe Langmuir (lihat data lampiran 6 no.2). Adsorpsi isoterm Langmuir merupakan adsorpsi yang terjadi secara kimia karena adanya ikatan kimia antara adsorbat dengan permukaan adsorben. Karena ikatan kimia yang terjadi cukup kuat maka ketika permukaan adsorben sudah tertutupi adsorbat, adsorbat hanya teradsorpsi pada lapisan pertama atau satu lapisan meskipun dilakukan peningkatan temperatur dan konsentrasi. Langmuir diperoleh dengan asumsi bahwa adsorpsi terjadi pada permukaan homogen dari adsorben (Wahyuni dan Widiyastuti, 2009). Kelemahan dari reaksi isoterm Langmuir ini adalah daya regenerasi dari adsorben lebih kecil karena ikatan kimia yang terjadi sangat kuat sehingga ion-ion logam yang sudah terserap oleh adsorben sulit untuk dilepaskan kembali, dan dibutuhkan reagent lain untuk melepaskannya. Menurut Wahyuni dan Widiyastuti (2009), dari data dan koefisien korelasi (R2) dapat diketahui adsorpsi logam dapat mengikuti model Langmuir ataupun Freundlich. Menurut Atkins (1999), adsorpsi monolayer terjadi karena ikatan kimia lebih spesifik, sehingga adsorben mampu mengikat logam dengan ikatan kimia antara logam dengan permukaan adsorben. Mekanisme fisisorpsi memungkinkan terjadinya ikatan antara ion logam yang terdapat dalam larutan, selain ikatannya dengan adsorben, kedua ikatan tersebut hanya terikat oleh gaya Van Der Waals sehingga ikatan antara adsorbat dengan adsorben bersifat lemah.

74   

Hal ini memungkinkan adsorbat leluasa bergerak hingga akhirnya berlangsung proses adsorpsi banyak lapisan (multilayer).

4.9. Kemurnian Natrium Silikat Dapat dilihat pada gambar 25, dari hasil adsorpsi ion besi (Fe) dan mangan (Mn), maka sudah dipastikan kadar ion-ion pengotor pada natrium silikat mengalami pengurangan. Ion pengotor besi (Fe) telah berkurang dari konsentrasi 0,8534 ppm menjadi 0,2121 ppm atau sebesar 85,39%. Sedangkan logam pengotor Mn telah berkurang dari konsentrasi 0,12540 ppm menjadi 0,04299 ppm atau sebesar 65,72%.

Gambar 25. Pengurangan kadar ion Fe dan Mn

Dengan demikian jika dilihat dari gambarnya, pengurangan ion besi lebih besar daripada pengurangan ion mangan. Semakin rendah kadar ion besi dan mangan, maka semakin besar kemurnian pada natrium silikat.

75   

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan Kesimpulan yang dapat diambil dari penelitian ini adalah: 1. Sintesis kitosan dari limbah cangkang rajungan terjadi melalui tahap demineralisasi, deproteinasi dan deasetilasi. Besarnya kitosan yang didapatkan pada penelitian ini, dari 200 gram cangkang rajungan sebesar 34,89 gram. 2. Derajat deasetilasi yang didapatkan pada kitosan hasil sintesis cangkang rajungan sebesar 75,99%. 3. Massa yang paling optimum dari kitosan adalah 0,5 gram untuk dapat mengadsorpsi ion Fe sebesar 59,09% dan Mn sebesar 51,69%. 4. Waktu kontak optimum adsorpsi ion Fe (72,07%) dan Mn (52,50%) adalah 30 menit. 5. pH optimum adsorpsi ion Fe (77,68%) maupun Mn (58,67%) terjadi pada pH 3. 6. Suhu optimum adsorpsi 85,39% ion Fe adalah 70oC, sedangkan untuk adsorpsi 65,72% ion Mn adalah 60oC. 7. Adsorpsi terhadap ion logam Fe dan Mn berlangsung secara kimisorpsi maupun fisisorpsi, akan tetapi masih lebih dominan secara kimisorpsi dengan nilai linearitas 99,9% (R2 = 0,999).

76   

5.2. Saran Saran untuk penelitian selanjutnya adalah: 1. Perlu dilakukan modifikasi kitosan karena dapat menambah kereaktifan gugus aktif pada kitosan sehingga dapat meningkatkan kapasitas adsorpsi dari kitosan. 2. Mencoba metode lain untuk melakukan adsorpsi terhadap natrium silikat, misalnya dengan metode kolom atau yang lainnya.

77   

DAFTAR PUSTAKA

Adhi. 2008. Membuat Sel Surya Sendiri? Bagian 1: Pengolahan Silikon. http://energisurya.wordpress.com/2008/10/10/membuat-sel-surya-sendiribagian-1-pengolahan-silikon/ Al Anshori, Jamaludin. 2005. Spektrometri Serapan Atom. UNPAD, Bandung. Anonim. 2003. Batuan Sediment. http://batuan-sediment.blogspot.com/ Anonim. 2008. Batuan sediment (Batu Pasir). http://bara-komp.blogspot.com/2008/06/batuan-sediment.html Anonim. 2008. Batu Pasir. http://www.scribd.com/doc/42269884/batu-pasir Anonim. 2009. Faktor-faktor yang mempengaruhi adsorpsi. http://wawan-junaidi.blogspot.com/2009/12/faktor-faktor-yangmempengaruhi_27.html Anonim. 2004. Kimia Unsur 2. Departemen Pendidikan Nasional, Jakarta.

Apriliani, Ade. 2010. Pemanfaatan Arang Ampas Tebu Sebagai Adsorben Ion Logam Cd, Cr, Cu, dan Pb dalam Air Limbah [skripsi]. UIN, Jakarta. Asmuni. 2008. Karakterisasi Pasir Kuarsa (SIO2) dengan Metode XRD [jurnal]. Universitas Sumatera Utara. Atkins, P.W. 1999. Kimia Fisika 2. Erlangga, Jakarta. CW, Hersenanto dkk. 2009. Potensi Mineralisasi Hidrothermal Prospek Cibobos, Panggarangan, Lebak, Propinsi Banten. Puslitbang Geologi Kelautan. Day, R. A. JR & A. L. Underwood. 2002. Analisis Kimia Kuantitatif. Edisi keenam, diterjemahkan oleh Iis Sopyan. Erlangga, Jakarta. Departemen Kelautan dan Perikanan. 2000. Statistik Data Perikanan. Departemen Kelautan dan Perikanan. Jakarta. Dewi Puspita, Chrisye. 2007. Spektroskopi Serapan Atom. Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.  

Dian, 2010. Pembuatan Kitosan. FATIR- BATAN Pasar Jumat. Jakarta. Edi Cahyaningrum, Sari dkk. 2007. Pemakaian Kitosan Limbah Udang Windu sebagai Matriks Pendukung pada Imobilisasi Papain [jurnal kimia vol.2]. Universitas Negeri Surabaya, Surabaya. 78   

Ermawati, Yunita, dkk. 2009. Pemanfaatan Kitosan Dari Limbah Rajungan (Portunus pelagicus) Sebagai Antimikroba Pada Obat Kumur [jurnal]. UGM, Yogyakarta. Fathul Karamah, Evi dan Adhi Septiyanto. 2009. Pengaruh Suhu dan Tingkat Keasaman (pH) pada Tahap Pralakuan Koagulasi (Koagulan Aluminum Sulfat) dalam Proses Pengolahan Air Menggunakan Membran Mikrofiltrasi Polipropilen Hollow Fibr [jurnal]. Universitas Indonesia, Depok Firdaus, Dery. 2008. Proses Pemurnian Air Dengan Modifikasi Filtrasi Kitosan [skripsi]. IPB, Bogor. Giwangkara S., EG. 2007. Spektrofotometri Infra Merah. http://www.chem-istry.org/artikel_kimia/kimia_analisis/spektrofotometri_infra_merah/ Guntoro, Helmi. 2008. Membuat Sel Surya. UPI. Bandung. Hargono, Abdullah dan Indro Sumantri. 2008. Pembuatan Kitosan Dari Limbah Cangkang Udang Serta Aplikasinya Dalam Mereduksi Kolesterol Lemak Kambing [jurnal]. UNDIP, Semarang. Hendri, John. 2008. Teknik Deproteinasi Kulit Rajungan (Portunus pelagious) secara Enzimatik dengan Menggunakan Bakteri Pseudomonas aeruginosa untuk Pembuatan Polimer Kitin dan Deasetilasinya [jurnal]. Universitas Lampung. Hersenanto, dkk. 2009. Potensi Mineralisasi Hydrothermal Prospek Cibobos, Panggarangan Lebak, Propinsi Banten. Artikel Puslitbang Geologi Kelautan. Herwanto, Bimbing dan Eko Santoso. 2006. Adsorpsi Ion Logam Pb(II) pada Membran Selulosa-Khitosan Terikat Silang [jurnal]. ITS, Surabaya. Indah, Sinta dan Rohaniah. 2009. Studi Regenerasi Adsorben Kulit Jagung (zea mays l.) Untuk Menyisihkan Logam Besi (Fe) dan Mangan (Mn) dari Air Tanah [jurnal]. Universitas Andalas, Padang. Khopkar, S.M. 2003. Konsep Dasar Kimia Analitik. UI Press, Jakarta. Khotimah, Nurul dkk. 2010. Adsorpsi Logam Kromium (IV) oleh Biomassa Chara Fragilis Menggunakan Spektroskopi Serapan Atom [PKM-GT]. Universitas Sebelas Maret, Surakarta. Kimung. 2008. Pasir Kuarsa. Blitar. http://blitarian.com/content/view/126/52/ Kurniawan Siregar, SK. 2007. Perubahan Fasa Baja Mangan (FeMn) Hadfield 3401 pada Proses Pemanasan dan Perlakuan Pendinginan Cepat (water quenching) dan Lambat (air cooling) [tesis]. Universitas Sumatera Utara. 79   

Kusumawati, Yuli. 2009. Mengenal Lebih Dekat Kitosan. Kusumawati, Nita. 2009. Pemanfaatan Limbah Kulit Udang Sebagai Bahan Baku Pembuatan Membrane Ultrafiltrasi [jurnal]. UNS. Laboratorium Pusat Pengujian tekMIRA. 18 Juni 2010. Bandung. Mahendra, Jarot. 2007. Pemanfaatan Kitosan Dan Kitosan Termodifikasi Dari Limbah Udang Sebagai Adsorben Logam Cu, Cr, Dan Zn [skripsi]. Universitas Indonesia, Depok. Marganof. 2003. Potensi Limbah Udang Sebagai Penyerap Logam Berat (timbal, kadmium, dan tembaga) di Perairan [tesis]. IPB, Bogor. Nugroho Catur Saputro, Agung dkk. 2009. Pengaruh Metode Isolasi Terhadap Sifat Karakterisasi Kitosan. Prosiding seminar nasional kimia dan pendidikan kimia 2009. UNS & UGM. Nurul Chaerani, Annisa. 2010. Atomic Absorption Spectroscopy (AAS). STIK Jendral A. Yani, Cimahi. Oscik, J. 1982. Adsorption. John Wiley and Sons, New York. Oxtoby, David W., et al. 2003. Prinsip-prinsip Kimia Modern. Edisi keempat, diterjemahkan oleh Suminar Setiati Achmadi. Erlangga, Jakarta. Purnawan, C. dkk. 2009. Kajian Parameter Deasetilasi Kitin dari Cangkang Udang Berdasarkan Karakter Spektra Infra Merah (IR). Prosiding seminar nasional kimia dan pendidikan kimia 2009. UNS & UGM. Puspawati, N. M. dan I. N. Simpen. 2010. Optimasi deasetilasi kitin dari kulit udang dan cangkang kepiting limbah restoran seafood menjadi kitosan melalui variasi konsentrasi NaOH [jurnal kimia]. ISSN 1907-9850. Universitas Udayana, Bukit Jimbaran. Rachdiati, Henny dkk. 2007. Penggunaan kitosan untuk penghilangan krom VI dalam air [jurnal]. Pusat Penelitian Metalurgi. Serpong. Rahayu, L. H. dan S. Purnavita. 2007. Optimasi Pembuatan Kitosan Dari Kitin Limbah Cangkang Rajungan (Portunus pelagicus) untuk Adsorben Ion Logam Merkuri [jurnal]. Akademi Kimia Industri St. Paulus, Semarang. Rochima, Emma dkk. 2007. Viskositas dan Berat Molekul Kitosan Hasil Reaksi Enzimatis Kitin Deasetilase Isolat [makalah nasional]. IPB, Bogor. Rochima, Emma. 2008. Karakterisasi Kitin dan Kitosan Asal Limbah Rajungan Cirebon Jawa Barat [jurnal]. IPB, Bogor. Rohayati, Yati. 2009. Silikon. Bandung. http://duniakimiaku.blogspot.com/ 80   

Rora, Elis. 2007. Modifikasi Kitosan Menjadi Karboksimetil Kitosan Dan Aplikasinya Sebagai Pengikat Logam Berat Hg, Pb, Dan Cd Pada Daging Kerang Hijau (Perna viridis Linn.)[skripsi]. Universitas Indonesia, Depok. Rosita, Nina. 2005. Efektifitas Kitosan dalam Menurunkan Kandungan Timbal (Pb) pada Kerang Hijau (Mytilus viridis) dengan Sistem Resirkulasi Sederhana [Skripsi]. Universitas Indonesia, Depok. Ruswanti, Indah, Khabibi, dan Retno Ariadi Lusiana. 2007. Membran Kitosan Padat Dari Cangkang Rajungan (Portunus pelagicus) dan Aplikasinya Sebagai Adsorben Ion Mangan(II) dan Besi(II) [jurnal]. Universitas Diponegoro, Semarang. Saniyyah, Nubzah. 2010. Penyerapan Cd, Cr, Cu, dan Pb dalam Air Limbah Menggunakan Sekam Padi [skripsi]. UIN, Jakarta.

Sedjati, Sri. 2006. Pengaruh Kitosan Terhadap Mutu Ikan Teri (Stolephorus heterolobus) Asin Kering Selama Penyimpanan Suhu Kamar [tesis]. UNDIP, Semarang. Setiasih, Lilis. 2009. Pembuatan Kitosan Untuk Penjernihan Air Dari Cangkang Udang. Bandung. Shofiyani, Anis dan Titin Anita Zaharah. 2005. Kinetika Adsorpsi Cu(II) pada Adsorben Karbon Aktif dan Chitosan Hasil Preparasi dari Cangkang Udang Windu (Penaus monodon) [jurnal]. Universitas Tanjungpura, Pontianak.

Silverstein, R.M. 1991. Penyelidikan Spektrometrik Senyawa Organik. Edisi 4, diterjemahkan oleh Hartomo. Erlangga, Jakarta. Sinamo, Alim Senina. 2007. Mengenal Solar Cell Sebagai Energi Alternatif. Jurnal Puslitbang Iptekhan Balitbang Dephan. Sulistiyono, Eko. 2005. Kajian proses ekstraksi unsur besi dari pasir kuarsa [jurnal]. Pusat Penelitian Metalurgi, LIPI. Serpong. Syahmani dan Arif Sholahuddin. 2009. Interaksi Cd(II) dengan Kitin dan Kitosan Isolat Limbah Kulit Udang [jurnal]. Banjarmasin. Tanindya Apsari, Ajeng dan Dina Fitriasti. 2010. Studi kinetika penjerapan ion kromium dan ion tembaga menggunakan kitosan produk dari cangkang kepiting [jurnal]. Universitas Diponegoro, Semarang. Wahyuni, Suci dan Nurul Widiastuti. 2009. Adsorpsi Ion Logam Zn(II) pada Zeolit A yang Disintesis dari Abu Dasar Batubara Pt Ipmomi Paiton Dengan Metode Batch [jurnal]. Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya. Widowati, Wahyu; Astiana Sastiono; dan Raymond Jusuf. 2008. Efek Toksik Logam, Pencegahan dan Penanggulangan Pencemaran. Penerbit ANDI, Yogyakarta. 81   

Lampiran 1. Bagan Kerja Pembuatan Kitosan

Limbah kulit rajungan

Pencucian

Pengeringan

Penghancuran

Demineralisasi (25- 30o C, 1 jam, 1:15 HCl 1M)

Pemisahan dan pencucian (aquades hingga pH netral)

Deproteinasi (80-90o C, 3 jam, NaOH 1 M)

Pemisahan dan pencucian (aquades hingga pH netral)

Kitin

Deasetilasi (90o C, 1 jam, NaOH 50%)

Pemisahan dan pencucian (aquades hingga pH netral)

Pengeringan

Kitosan

82   

Lampiran 2. Bagan Kerja Pembuatan Natrium Silikat

Pasir

Dicuci

Dikeringkan

Pasir kuarsa + Na2CO3 (homogenkan)

Dimasukan dalam krusibel

Panaskan (1200oC, tahan sampai 2 jam)

Leburan silika dikeluarkan dan didinginkan

Digerus menjadi serbuk

Dilarutkan dalam air mendidih (aduk, 2 jam)

disaring

Dilakukan analisis dengan AAS

83   

Lampiran 3. Rendemen, derajat deasetilasi, dan tekstur kitosan dari cangkang rajungan Sampel Bobot sampel Bobot hasil demineralisasi Bobot hasil deproteinasi (kitin) Bobot hasil deasetilasi (kitosan) Rendemen kitin Rendemen kitosan Derajat deasetilasi Tekstur kitosan

Cangkang rajungan 200,00 gram 72,60 gram 61,20 gram 34,89 gram 30,60% 57,00 % 75,99 % Serbuk putih kecoklatan

a. Perhitungan rendemen kitin dan kitosan Rendemen kitin =

x 100%

=

x 100% = 30,60%

Rendemen kitosan = =

x 100% x 100% = 57,00%

b. Untuk menentukan Derajat Deasetilasi (DD) dengan metode Base Line yang dilakukan oleh Rosita (2005) dengan rumus sebagai berikut:

Keterangan: A = log P0 = Jarak antara garis dasar dengan garis singgung antar puncak P = Jarak antara garis dasar dengan lembah -1 A1655 = Absorbansi pada panjang gelombang 1655 cm untuk serapan gugus amida/asetamida (CH3CONH ) -1

A3450 = Absorbansi pada panjang gelombang 3410 cm untuk serapan gugus hidroksil (OH )

84   

25.2

Laboratory Test Result

24

kitosan sintesis

23 22 21 20 19 18 17 16 15 %T 14

Po

13 12 11 10

1661.76

9

Po1380.14

8

P

7 6 5

P

1078.35

3426.27

3.5 4000.0

3600

3200

2800

2400

2000

1800 cm-1

1600

1400

1200

1000

800

600

450.0

A1 = log Po = log 22 = 0,5295 P 6,5 A2 = log Po = log 15,5 = 0,1691 P 10,5 Derajat deasetilasi = [ 1- (

) ] x 100%

= 75,99%

85   

Lampiran 4. Kurva Standar Logam 1. Kurva Standar Fe Standar Fe (ppm) 1 2 3 4

Absorbansi 0,0118 0,0242 0,0369 0,0530

2. Kurva Standar Mn Standar Mn (ppm) 0 0,2 0,5 1,0 2

Absorbansi -0,00512 0,00681 0,02861 0,06815 0,14460

86   

Lampiran 5. Data adsorpsi ion Fe dan Mn 1. Adsorpsi logam berdasarkan variasi massa kitosan a. Besi Massa kitosan (g) 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

Konsentrasi seteleh di adsorpsi (C1) (ppm) 0,6548 0,6099 0,5517 0,5305 0,4598 0,6314

Konsentrasi seteleh di adsorpsi (C2) (ppm) 0,6512 0,6083 0,5603 0,5301 0,4640 0,6395

Konsentrasi seteleh di adsorpsi (Crata-rata) (ppm) 0,6530 ±2,55 x 10-3 0,6091 ± 1,13 x 10-3 0,5560 ± 6,08 x 10-3 0,5303 ± 2,83 x 10-4 0,4619 ± 2,97 x 10-3 0,6355 ± 5,73 x 10-3

Konsentrasi yang teradsorpsi (ppm) 0,4760 0,5199 0,5730 0,5987 0,6671 0,4935

Persentase adsorpsi (%) 42,16 46,05 50,75 53,03 59,09 43,71

Konsentrasi larutan Natrium Silikat sebelum diadsorpsi (C0) adalah 1,1290 ppm. b. Mangan Massa kitosan (g) 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

Konsentrasi setelah di adsorpsi (C1) (ppm) 0,07432 0,06730 0,06573 0,05610 0,04891 0,05105

Konsentrasi setelah di adsorpsi (C2) (ppm) 0,07408 0,06734 0,06487 0,05644 0,04906 0,05179

Konsentrasi seteleh di adsorpsi (Crata-rata) (ppm) 0,07420 ± 1,69 x 10-4 0,06732 ± 2,83 x 10-5 0,06530 ± 6,08 x 10-4 0,05627 ± 2,40 x 10-4 0,04899 ± 1,60 x 10-4 0,05142 ± 5,23 x 10-4

Konsentrasi yang teradsorpsi (ppm) 0,02720 0,03408 0,03610 0,04513 0,05241 0,04998

Persentase adsorpsi (%) 26,82 33,61 35,60 44,51 51,69 49,29

Konsentrasi larutan Natrium Silikat sebelum diadsorpsi (C0) adalah 0,10140 ppm.

87   

2. Adsorpsi logam berdasarkan variasi waktu a. Besi Waktu (menit) 15 30 60 90 120

Konsentrasi setelah di adsorpsi (C1) (ppm) 0,2603 0,2379 0,2684 0,2798 0,3341

Konsentrasi setelah di adsorpsi (C2) (ppm) 0,2641 0,2355 0,2706 0,2766 0,3401

Konsentrasi seteleh di adsorpsi (Crata-rata) (ppm) 0,2622 ± 2,69 x 10-3 0,2367 ± 1,70 x 10-3 0,2695 ± 1,56 x 10-3 0,2782 ± 2,26 x 10-3 0,3371 ± 4,24 x 10-3

Konsentrasi yang teradsorpsi (ppm) 0,5854 0,6109 0,5781 0,5694 0,5105

Persentase adsorpsi (%) 69,07 72,07 68,20 67,18 60,23

Konsentrasi larutan Natrium Silikat sebelum diadsorpsi (C0) adalah 0,8476 ppm. b. Mangan Waktu (menit) 15 30 60 90 120

Konsentrasi setelah di adsorpsi (C1) (ppm) 0,05382 0,04061 0,06064 0,06255 0,06148

Konsentrasi setelah di adsorpsi (C2) (ppm) 0,05424 0,04099 0,06266 0,06289 0,05960

Konsentrasi seteleh di adsorpsi (Crata-rata) (ppm) 0,05403 ± 2,97 x 10-4 0,04080 ± 2,69 x 10-4 0,06165 ± 1,43 x 10-3 0,06272 ± 2,40 x 10-4 0,06054 ± 1,33 x 10-3

Konsentrasi yang teradsorpsi (ppm) 0,03187 0,04510 0,02425 0,02318 0,02536

Persentase adsorpsi (%) 37,10 52,50 28,23 26,98 29,52

Konsentrasi larutan Natrium Silikat sebelum diadsorpsi (C0) 0,08590 ppm.

88   

3. Adsorpsi logam berdasarkan variasi konsentrasi asam a. Besi

pH 2 3 4 5 6 7

Konsentrasi sebelum di adsorpsi (Co) (ppm) 0,4441 0,4422 0,4404 0,4425 0,4781 0,4789

Konsentrasi seteleh di adsorpsi (C1) (ppm) 0,2099 0,0975 0,2821 0,3085 0,3647 0,3774

Konsentrasi seteleh di adsorpsi (C2) (ppm) 0,2069 0,0999 0,2903 0,3115 0,3707 0,3824

Konsentrasi seteleh di adsorpsi (Crata-rata) (ppm)

Konsentrasi seteleh di adsorpsi (C1) (ppm) 0,03034 0,01878 0,02591 0,03590 0,03706 0,03494

Konsentrasi seteleh di adsorpsi (C2) (ppm) 0,03116 0,01916 0,02629 0,03598 0,03744 0,03430

Konsentrasi seteleh di adsorpsi (Crata-rata) (ppm)

0,2084 ± 2,12 x 10-3 0,0987 ± 1,70 x 10-3 0,2862 ± 5,80 x 10-3 0,3100 ± 2,12 x 10-3 0,3677 ± 4,24 x 10-3 0,3799 ± 3,54 x 10-3

Konsentrasi yang teradsorpsi (ppm) 0,2357 0,3435 0,1542 0,1325 0,1104 0,0990

Persentase adsorpsi (%) 53,16 77,68 35,01 29,94 23,09 20,67

b. Mangan

pH 2 3 4 5 6 7

Konsentrasi sebelum di adsorpsi (Co) (ppm) 0,04644 0,04590 0,04765 0,05264 0,05696 0,05219

0,03075 ± 5,80 x 10-4 0,01897 ± 2,69 x 10-4 0,02610 ± 2,69 x 10-4 0,03594 ± 5,66 x 10-5 0,03725 ± 2,69 x 10-4 0,03462 ± 4,53 x 10-4

Konsentrasi yang teradsorpsi (ppm) 0,01569 0,02693 0,02155 0,01670 0,01971 0,01757

Persentase adsorpsi (%) 33,79 58,67 45,23 31,72 34,60 33,67

89   

4. Adsorpsi logam berdasarkan variasi suhu a. Besi Suhu (oC) 30 40 50 60 70 80

Konsentrasi setelah di adsorpsi (C1) (ppm) 0,4795 0,3533 0,3022 0,2140 0,1236 0,1510

Konsentrasi setelah di adsorpsi (C2) (ppm) 0,4757 0,3593 0,2954 0,2102 0,1258 0,1536

Konsentrasi seteleh di adsorpsi (Crata-rata) (ppm) 0,4776 ± 2,69 x 10-3 0,3563 ± 4,24 x 10-3 0,2988 ± 4,81 x 10-3 0,2121 ± 2,69 x 10-3 0,1247 ± 1,56 x 10-3 0,1523 ± 1,84 x 10-3

Konsentrasi yang teradsorpsi (ppm) 0,3758 0,4971 0,5546 0,7287 0,7287 0,7011

Persentase adsorpsi (%) 44,04 58,25 64,99 75,15 85,39 82,15

Konsentrasi larutan Natrium Silikat sebelum diadsorpsi (C0) adalah 0,8534 ppm. b. Mangan Suhu (oC) 30 40 50 60 70 80

Konsentrasi setelah di adsorpsi (C1) (ppm) 0,05235 0,04927 0,04554 0,04312 0,04705 0,07067

Konsentrasi setelah di adsorpsi (C2) (ppm) 0,05297 0,04901 0,04616 0,04286 0,04723 0,07111

Konsentrasi seteleh di adsorpsi (Crata-rata) (ppm) 0,05266 ± 4,38 x 10-4 0,04914 ± 1,84 x10-4 0,04585 ± 4,38 x 10-4 0,04299 ± 1,84 x 10-4 0,04714 ± 1,27 x 10-4 0,07089 ± 3,11 x 10-4

Konsentrasi yang teradsorpsi (ppm) 0,07274 0,07626 0,07955 0,08241 0,07826 0,05451

Persentase adsorpsi (%) 58,01 60,81 63,44 65,72 62,41 43,47

Konsentrasi larutan Natrium Silikat sebelum diadsorpsi (C0) adalah 0,12540 ppm.

90   

5. Perbandingan kitosan sintesis dengan kitosan produk BATAN a. Besi

Jenis kitosan Kitosan sintesis Kitosan BATAN

Konsentrasi sebelum di adsorpsi (Co) (ppm) 0,8534

Konsentrasi seteleh di adsorpsi (C1) (ppm) 0,2140

Konsentrasi seteleh di adsorpsi (C2) (ppm) 0,2102

Konsentrasi seteleh di adsorpsi (Crata-rata) (ppm)

0,8534

0,2601

0,2633

Konsentrasi sebelum di adsorpsi (Co) (ppm) 0,12540

Konsentrasi seteleh di adsorpsi (C1) (ppm) 0,04312

Konsentrasi seteleh di adsorpsi (C2) (ppm) 0,04286

0,12540

0,05435

0,05481

Persentase adsorpsi (%)

0,2121 ± 1,56 x 10-3

Konsentrasi yang teradsorpsi (ppm) 0,7287

0,2617 ± 2,26 x 10-3

0,5917

69,33

85,39

b. Mangan

Jenis kitosan Kitosan sintesis Kitosan BATAN

Konsentrasi seteleh di adsorpsi (Crata-rata) (ppm) 0,04299 ± 1,84 x 10-4 0,05458 ± 3,25 x 10-4

Konsentrasi yang teradsorpsi (ppm) 0,08241

Persentase adsorpsi (%)

0,07082

56,48

Konsentrasi yang teradsorpsi (ppm) 0,7287 0,07082

Persentase adsorpsi (%)

65,72

6. Pengurangan ion Fe dan Mn pada natrium silikat

Ion logam Fe Mn

Konsentrasi sebelum di adsorpsi (Co) (ppm) 0,8534 0,12540

Konsentrasi seteleh di adsorpsi (C1) (ppm) 0,2140 0,05435

Konsentrasi seteleh di adsorpsi (C2) (ppm) 0,2102 0,05481

Konsentrasi seteleh di adsorpsi (Crata-rata) (ppm) 0,2121 ± 1,56 x 10-3 0,05458 ± 3,25x10-4

85,39 56,48

91   

Lampiran 6. Adsorpsi logam dengan persamaan isoterm adsorpsi 1. Besi No.

Co (mg/L)

m (gram)

Isoterm Langmuir C

x

x/m

1.

0,8476

0,20

0,2622

0,5854

2,9270

2.

0,8476 

0,20

0,2367

0,6109

3,0545

3.

0,8476 

0,20

0,2695

0,5781

2,8905

4.

0,8476 

0,20

0,2783

0,5694

2,8470

5.

0,8476 

0,20

0,3371

0,5105

2,5525

Keterangan: m = bobot adsorben kitosan (gram) = konsentrasi awal (mg/L) C0 C = konsentrasi akhir (mg/L) x = konsentrasi awal- konsentrasi akhir (mg/L) Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = -4,999x + 4.238 dengan R² = 0,999. No.

Co (mg/L)

m (gram)

Isoterm Freundlich Log C

X

Log x/m

1.

0,8476

0,20

-0,5814

0,5854

0,4664

2.

0,8476 

0,20

-0,6258

0,6109

0,4849

3.

0,8476 

0,20

-0,5694

0,5781

0,4610

4.

0,8476 

0,20

-0,5556

0,5694

0,4544

5.

0,8476 

0,20

-0,4722

0,5105

0,4070

Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh adalah y = -0.514x + 0.166 dengan R² = 0.992.

92   

2. Mangan No.

Co (mg/L)

m (gram)

Isoterm Langmuir C

x

x/m

1.

0,08590 

0,20

0,05403

0,03187

0,15935

2.

0,08590 

0,20

0,04080

0,04510

0,22550

3.

0,08590 

0,20

0,06165

0,02425

0,12125

4.

0,08590 

0,20

0,06272

0,02318

0,11590

5.

0,08590 

0,20

0,06054

0,02536

0,12680

Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = -5x + 0,429 dengan R² = 0,999. No.

Co (mg/L)

m (gram)

Isoterm Freundlich Log C

X

Log x/m

1.

0,08590 

0,20

-1,26737

0,03187

-0,79765

2.

0,08590 

0,20

-1,38934

0,04510

-0,64685

3.

0,08590 

0,20

-1,21007

0,02425

-0,91632

4.

0,08590 

0,20

-1,20259

0,02318

-0,93592

5.

0,08590 

0,20

-1,21796

0,02536

-0,89688

Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh adalah y = -1,523x – 2,753 dengan R² = 0.983.

93   

Lampiran 7. Foto-foto hasil penelitian

Lelehan hasil pemanggangan pasir

Proses demineralisasi

Cangkang rajungan

Kitosan sintesis

Kristal natrium silikat

Proses deproteinasi

Proses deasetilasi

Serbuk rajungan 100 mesh

Kitin

Kitosan produk BATAN

94   

Tanur

Grinder

Demineralizer

Stirer bar

Alat penyaringan

Oven

95   

Timbangan analitik

Eksikator

FTIR

AAS

SEM

Krusibel

96   

Lampiran 8: Hasil analisa pasir kuarsa dengan SEM

100 100 µm µm

Title

: IMG2

Acquisition Parameter

---------------------------

Instrument

Instrument

:

Acc. Voltage : 20.0 kV

Volt

: 20,00 kV

Probe Current : 1.00000 nA

Mag.

: x 500

PHA mode

: T3

Date

: 2010/05/07

Real Time

: 66.12 sec

Pixel

: 640 x 480

Live Time

: 50.00 sec

Dead Time

: 24 %

: 6390(LA)

Counting Rate : 5433 cps Energy Range : 0 - 20 keV        

97   

Lampiran 9: Hasil Analisa Kandungan Pasir Kuarsa dengan AAS

     

98   

Bagan Alir Kerja Penelitian Serbuk rajungan

Pasir + Na2CO3

Kitin

Serbuk natrium silikat + H2O

Kitosan

+ Larutan natrium silikat

Analisis FTIR

Gugus fungsional kitosan

Pengaruh massa kitosan

Pengaruh waktu

Pengaruh pH

Analisis kadar logam Fe dan Mn dengan AAS

Gambar 12. Kerangka kerja penelitian

40   

Pengaruh temperatur