ADSORPSI ION Cr3+ OLEH SERBUK GERGAJI KAYU ALBIZIA (Albizzia falcata): Studi Pengembangan Bahan Alternatif Penjerap Limbah Logam Berat
I NYOMAN SUKARTA
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2008
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis Adsorpsi Ion Cr3+ Oleh Serbuk Gergaji Kayu Albizia (Albizzia Falcata): Studi Pengembangan Bahan Alternatif Penjerap Limbah Logam Berat adalah karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.
Bogor, Agustus 2008
I Nyoman Sukarta G451060011
ABSTRACT I NYOMAN SUKARTA. Adsorption Cr3+ Ion By Sawdust of Albizia Wood (Albizzia Falcata): Study of Alternative Substance Development of adsorber Waste of Heavy Metal. Under direction of HAJI MUCHAMMAD SRI SAENI and ETI ROHAETI. The aims of this research were to know (1) optimum time that is needed for Cr3+ ions adsorbed by sawdust of albizia wood, (2) characteristic of Cr3+ ions adsorbed by sawdust of albizia wood, and (3) the adsorption capacity of unactivated sawdust of albizia wood (Albizzia falcata) and activated by ethanol– toluene (1:1) toward Cr3+ ions. Consentration of Cr3+ was measured by using Atomic Absorption Spectrophotometer (AAS). The results of this research showed that, optimum time of adsorption Cr3+ by sawdust albizia wood was 60 hours, characteristic of Cr3+ ions by unactivated of sawdust of albizia wood followed the model of adsorption Langmuir isotherm, but did not follow adsorption Freundlich isotherm. Conversely, activated sawdust of albizia wood follow Langmuir and Freundlich isotherm. Adsorption capacity of activated sawdust was better than that of unactivated sawdust. The maximum adsorption of unactivated and activated sawdust of albizia wood was 1.56 mg/g and 2.21 mg/g, respectively. Keywords: ion characteristic
Cr3+,
adsorption,
sawdust,
albizzia
falcata,
activated,
RINGKASAN
I NYOMAN SUKARTA. Adsorpsi Ion Cr3+ oleh Serbuk Gergaji Kayu Albizia (Albizzia Falcata): Studi Pengembangan Bahan Alternatif Penjerap LimbahLogam Berat. Dibimbing oleh HAJI MUCHAMMAD SRI SAENI dan ETI ROHAETI.
Logam krom (Cr) adalah salah satu jenis polutan logam berat yang bersifat toksik, dalam tubuh logam krom biasanya berada dalam keadaan sebagai ion Cr3+. Krom dapat menyebabkan kanker paru-paru, kerusakan hati (liver) dan ginjal. Jika kontak dengan kulit menyebabkan iritasi dan jika tertelan dapat menyebabkan sakit perut dan muntah. Usaha-usaha yang dilakukan untuk mengurangi kadar pencemar pada perairan biasanya dilakukan melalui kombinasi proses biologi, fisika dan kimia. Pada proses fisika, dilakukan dengan mengalirkan air yang tercemar ke dalam bak penampung yang telah diisi campuran pasir, kerikil serta ijuk. Hal ini lebih ditujukan untuk mengurangi atau menghilangkan kotoran-kotoran kasar dan penyisihan lumpur. Pada proses kimia, dilakukan dengan menambahkan bahanbahan kimia untuk mengendapkan zat pencemar misalnya persenyawaan karbonat. Beberapa bahan lain yang telah digunakan sebagai penjerap adalah karbon aktif, lempung, dan batu cadas. Namun, bahan-bahan tersebut relatif sulit diperoleh dan karbon aktif mempunyai harga yang cukup mahal. Oleh karena itu, penelusuran terhadap material baru yang lebih murah, mudah didapat serta mempunyai daya adsorpsi besar sangat perlu diupayakan. Serbuk gergaji kayu mengandung komponen-komponen kimia seperti selulosa, hemiselulosa, lignin dan zat ekstraktif. Terdapatnya selulosa dan hemiselulosa menjadikan serbuk gergaji kayu berpotensi untuk digunakan sebagai bahan penjerap. Serbuk gergaji kayu sebagai hasil samping dari industri gergaji kayu sampai saat ini hanya sebagian kecil saja dimanfaatkan oleh masyarakat, seperti digunakan dalam pembuatan batu-bata, industri keramik, campuran dalam pembuatan pupuk organik, sedangkan selebihnya terbuang secara percuma. Pemanfaatan serbuk gergaji kayu sebagai bahan material penjerap merupakan salah satu teknologi yang murah karena bahan bakunya mudah didapat mengingat negara Indonesia merupakan negara yang memiliki hutan yang sangat luas. Dalam penelitian ini, penulis mencoba mempelajari daya adsorpsi serbuk gergaji kayu terhadap ion logam krom (Cr3+) melalui studi laboratorium. Serbuk gergaji kayu yang digunakan adalah serbuk gergaji kayu albizia ukuran 40 mesh yang sebelumnya diberikan perlakuan berbeda yaitu tanpa diaktivasi dan diaktivasi menggunakan pelarut campuran etanol-toluena (1:1). Daya adsorpsi maksimum terhadap ion logam Cr3+ dari serbuk gergaji kayu albizia tersebut dibandingkan secara deskriptif. Aktivasi dilakukan dengan cara ekstraksi Soxlet menggunakan pelarut campuran etanol-toluena (1:1) untuk menghilangkan zat
ekstraktif seperti lemak dan lilin yang dapat menghalangi kontak antara adsorbat (ion logam) dengan permukaan penjerap (adsorben). Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Pendidikan Ganesha Singaraja, dari bulan Nopember 2007 sampai dengan bulan Mei 2008. Subyek dalam penelitian ini adalah serbuk gergaji kayu albizia yang diambil dari industri gergajian kayu di Desa Mas, Kecamatan Ubud, Kabupaten Gianyar Propinsi Bali. Sedangkan obyeknya adalah (1) waktu optimal yang diperlukan untuk adsorpsi ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia yang tidak diaktivasi dan diaktivasi menggunakan campuran etanol-toluena (1:1), (2) karakteristik adsorpsi ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia, dan (3) daya adsorpsi maksimum ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia. Hasil penelitian menunjukkan, bahwa: (1) waktu optimum yang diperlukan untuk adsorpsi ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia yang telah diaktivasi menggunakan campuran etanol-toluena adalah 60 jam, (2) karakteristik adsorpsi ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu yang telah diaktivasi mengikuti pola isoterm adsorpsi Langmuir maupun isoterm adsorpsi Freundlich. Namun demikian, karakteristik adsorpsi ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia yang belum diaktivasi hanya mengikuti pola isoterm adsorpsi Langmuir tetapi tidak mengikuti pola isoterm adsorpsi Freundlich, dan (3) kapasitas adsorpsi maksimum ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia yang diaktivasi dengan campuran pelarut etanol-toluena meningkat dari 1,56 mg/g menjadi 2,21 mg/g. Kata-kata kunci: ion Cr3+, adsorpsi, serbuk gergaji kayu albizia, aktivasi, karakteristik
Hak Cipta milik IPB, tahun 2008 Hak cipta dilindungi undang-undang 1. Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumber a. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik atau tinjauan suatu masalah b. Pengutipan tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB 2. Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis dalam bentuk apapun tanpa izin IPB
ADSORPSI ION Cr3+ OLEH SERBUK GERGAJI KAYU ALBIZIA (Albizzia falcata): Studi Pengembangan Bahan Alternatif Penjerap Limbah Logam Berat
I NYOMAN SUKARTA G451060011
Tesis Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magester Sains pada Departemen Kimia
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2008
Judul Tesis
: Adsorpsi Ion Cr3+ oleh Serbuk Gergaji kayu Albizia (Albizzia falcata): Studi Pengembangan Bahan Alternatif Penjerap Limbah Logam Berat
Nama NIM
: I Nyoman Sukarta : G451060011
Disetujui Komisi Pembimbing
Prof. Dr. Ir. H.M. Sri Saeni, MS Ketua
Dr. Ir. Eti Rohaeti, MS. Anggota
Diketahui
Ketua Program Studi Kimia
Prof. Dr. Ir. Latifah. K. Darusman, MS.
Tanggal Lulus: .........................
Dekan Sekolah Pascasarjana
Prof.Dr. Ir. Khairil A. Notodiputro,MS.
Tanggal Ujian 22 Juli 2008
Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis: Betty Marita Soebroto, S.Si., M.Si
PRAKATA
Puji syukur penulis panjatkan Kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas segala rahmat dan karunia-Nya, sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Nopember 2007 ini ialah adsorpsi dengan judul “Adsorpsi Ion Cr3+ oleh Serbuk Gergaji kayu Albizia (Albizzia falcata): Studi Pengembangan Bahan Alternatif Penjerap Limbah Logam Berat”. Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Prof. Dr. Ir. H.M. Sri Saeni, M.S dan Ibu Dr. Eti Rohaeti, M.S selaku pembimbing. Terima kasih juga penulis sampaikan kepada semua pihak yang telah membantu dalam penulisan karya ilmiah ini. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat. Akhir kata penulis berharap hasil penelitian dan tulisan ini dapat bermanfaat dan berguna sebagai bahan informasi dalam kemajuan ilmu pengetahuan alam. Bogor, Agustus 2008 I Nyoman Sukarta
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Gianyar Bali pada tanggal 6 pebruari 1976 sebagai putra kedua dari ayah I Wayan Karep (Alm) dan ibu Ni Wayan Kerti (Alm). Pendidikan sarjana ditempuh di jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam IKIP Negeri Singaraja, lulus pada tahun 1999. Melelui Beasiswa Pendidikan Pascasarjana dari Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi, penulis berkesempatan melanjutkan studi ke program magister pada program studi Ilmu Kimia Sekolah Pascasarjana IPB tahun 2006. Penulis bekerja sebagai staf pengajar di Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Pendidikan Ganesha Singaraja Bali sejak tahun 2005.
DAFTAR ISI Halaman DAFTAR TABEL................................................................................................. xii DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xiii DAFTAR LAMPIRAN........................................................................................ xiv I. PENDAHULUAN ............................................................................................... 1 1.1 Latar Belakang ......................................................................................... 1 1.2 Perumusan Masalah ................................................................................. 3 1.3 Tujuan Penelitian ..................................................................................... 4 1.4 Manfaat Penelitian ................................................................................... 4 II TINJAUAN PUSTAKA...................................................................................... 5 2.1 Komponen Kimia Kayu ........................................................................... 5 2.2 Adsorpsi ................................................................................................... 7 2.2.1 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Adsorpsi................................. 7 2.2.2 Persamaan Isoterm Adsorpsi Langmuir ........................................ 10 2.2.3 Persamaan Isoterm Adsorpsi Freundlich ...................................... 11 2.3 Logam Kromium dan Keberadaannya ................................................... 11 2.4 Spektrofotometer dan Keberadaannya ................................................... 13 III. METODE PENELITIAN................................................................................ 15 3.1 Rencana Penelitian ................................................................................. 15 3.2 Subyek dan Obyek Penelitian ................................................................ 16 3.3 Prosedur Penelitian ................................................................................ 16 3.3.1 Tahap Persiapan ............................................................................ 16 3.3.1.1 Penyediaan Alat dan Bahan .............................................. 16 3.3.1.2 Pencucian Serbuk Gergaji Kayu Albizia........................... 16 3.3.1.3 Aktivasi Serbuk Gergaji Kayu Albizia ............................. 17 3.3.2 Tahap Pelaksanaan Penelitian ....................................................... 17 3.3.2.1 Penentuan Waktu Kontak Maksimum Adsorpsi Ion Cr3+ oleh Serbuk Gergaji Kayu Albizia. .................... 17 3.3.2.2. Penentuan Adsorpsi maksimum Ion Cr3+ oleh Serbuk Gergaji Kayu Albizia ........................................................ 17 3.4 Analisis Data .......................................................................................... 18 IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ...................................................................... 19 4.1. Waktu Optimal yang Diperlukan untuk Adsorpsi Ion Cr3+ Oleh Serbuk Gergaji Kayu Albizia ...................................................... 19 4.2. Karakteristik Adsorpsi Ion Cr3+ Oleh Serbuk Gergaji Kayu Albizia ...................................................... 22 4.2.1. Uji Linearitas Langmuir dan Freundlich Adsorpsi Ion Cr3+ Oleh Serbuk Gergaji Kayu Albizia Sebelum Diaktivasi.............. 22 4.2.2. Uji Linearitas Langmuir dan Freundlich Adsorpsi Ion Cr3+ Oleh Serbuk Gergaji Kayu Albizia Setelah Diaktivasi ................ 24
x
V. KESIMPULAN DAN SARAN........................................................................ 29 5.1. Kesimpulan ........................................................................................... 29 5.2. Saran ..................................................................................................... 29
xi
DAFTAR TABEL
Tabel
Halaman
1
Asam dan basa beberapa senyawa dan ion menurut prinsip HSAB dari Pearson.......................................................... 9
2
Data konsentrasi Cr3+ yang teradsorpsi oleh serbuk gergaji kayu albizia yang diaktivasi pada berbagai waktu kontak ........................ 19
3
Data konsentrasi Cr3+ yang teradsorpsi oleh serbuk gergaji kayu albizia yang tidak diaktivasi pada berbagai waktu kontak ............... 20
4
Data adsorpsi ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albesia yang tidak diaktivasi pada berbagai konsentrasi...................................... 22
5
Data adsorpsi ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albesia yang telah diaktivasi pada berbagai konsentrasi ...................................... 25
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar
Halaman
1 Kurva isoterm adsorpsi Langmuir..................................................................... 10 2 Kurva isoterm adsorpsi Freundlich ................................................................... 11 3 Diagram masuknya kromium dalam tubuh ....................................................... 12 4 Pembentukan atom-atom dalam keadaan dasar yang dilakukan dalam proses atomisasi menggunakan nyala. .......................... 13 5 Kurva kalibrasi .................................................................................................. 14 6 Rancangan penelitian ........................................................................................ 15 7 Kurva hubungan antara konsentrasi Cr3+ yang teradsorpsi oleh serbuk gergaji kayu albizia yang diaktivasi dengan berbagai waktu kontak .................................................................................... 19 8 Kurva hubungan antara konsentrasi Cr3+ yang teradsorpsi oleh serbuk gergaji kayu albizia yang tidak diaktivasi dengan berbagai waktu kontak.......................................................................... 20 9 Kurva linearitas Langmuir : hubungan antara konsentrasi Cr3+ setimbang terhadap c/(x/m) pada adsorpsi ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia yang tidak teraktivasi ........................................... 23 10 Kurva linearitas Freundlich: hubungan antara log [Cr(III)] setimbang terhadap log (x/m) pada adsorpsi ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia yang tidak teraktivasi .......................................... 24 11 Kurva linearitas Langmuir : hubungan antara konsentrasi Cr3+ setimbang terhadap c/(x/m) pada adsorpsi ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia yang tidak teraktivasi .......................................... 26 12 Kurva linearitas Freundlich: hubungan antara log [Cr(III)] setimbang terhadap log (x/m) pada adsorpsi ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia yang tidak teraktivasi ........................................... 27
xiii
DAFTAR LAMPIRAN
1 Perhitungan dan Pembuatan Larutan Cr3+ ....................................................... 35 2 Kurva Kalibrasi Larutan Standar Cr3+ .............................................................. 38 3 Kurva Kondisi Spektrofotometer Serapan Atom (AAS SHIMADZU AA-6300).......................................................................... 39 4 Data Hasil Pengukuran SSA Terhadap Konsentrasi Awal Larutan Ion Cr3+ Sebelum Adsorpsi Berlangsung ............................................ 40 5 Data Hasil Pengukuran SSA Terhadap Adsorpsi Ion Cr3+ Oleh Serbuk Gergaji Kayu Pada Konsentrasi Awal 60 ppm Pada Selang Waktu Kontak Yang Berbeda ...................................................... 41 6 Perhitungan Konsentrasi Ion Cr3+ yang Teradsorpsi oleh Serbuk Gergaji kayu Albizia dengan konsentrasi awal 60 ppm pada Berbagai Waktu Kontak ........................................................................... 43 7 Data Hasil Pengukuran SSA Terhadap Adsorpsi Ion Cr3+ Oleh Serbuk Gergaji Kayu dengan Berbagai Konsentrasi Pada Waktu Kontak 60 Jam .............................................................................. 45 8 Data Hasil Pengukuran pH Larutan Sebelum dan Sesudah Diadsorpsi oleh Serbuk Gergaji Kayu Albizia Menggunakan pH Meter ................................................................................. 47 9 Foto serbuk gergaji kayu albizia ................................................................... 48 10 Foto Adsorpsi Ion Cr3+ Oleh Serbuk Gergaji Kayu Albizia .......................... 48 11 Foto Seprangkat Alat AAS ........................................................................... 49 12 Foto Seprangkat Alat pH Meter ..................................................................... 49
xiv
1
I. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Limbah cair sebagai hasil samping dari aktivitas industri sering menimbulkan permasalahan bagi lingkungan (Krim et al. 2006). Limbah cair tersebut mengandung bahan-bahan berbahaya dan beracun yang keberadaannya dalam perairan dapat menghalangi sinar matahari menembus lingkungan akuatik, sehingga mengganggu proses-proses biologi yang terjadi di dalamnya, di samping itu juga mengganggu estetika badan perairan akibat munculnya bau busuk. Pencemaran air oleh logam-logam berat dapat berasal dari proses-proses industri seperti industri metalurgi, industri penyamakan kulit, industri pembuatan fungisida, industri cat dan zat warna tekstil (Redhana 1994). Zat pencemar berupa logam-logam berat merupakan masalah yang lebih serius dibandingkan dengan polutan organik karena ion-ion logam berat merupakan racun bagi organisme serta sangat sulit diuraikan secara biologi maupun kimia. Logam krom (Cr) adalah salah satu jenis polutan logam berat yang bersifat toksik, dalam tubuh logam krom biasanya berada dalam keadaan sebagai ion Cr3+. Krom dapat menyebabkan kanker paru-paru, kerusakan hati (liver) dan ginjal (Kaim and Schwederski 1994). Jika kontak dengan kulit menyebabkan iritasi dan jika tertelan dapat menyebabkan sakit perut dan muntah (Khasani 2001). Usaha-usaha yang dilakukan untuk mengurangi kadar pencemar pada perairan biasanya dilakukan melalui kombinasi proses biologi, fisika dan kimia. Pada proses fisika, dilakukan dengan mengalirkan air yang tercemar ke dalam bak penampung yang telah diisi campuran pasir, kerikil serta ijuk. Hal ini lebih ditujukan untuk mengurangi atau menghilangkan kotoran-kotoran kasar dan penyisihan lumpur. Pada proses kimia, dilakukan dengan menambahkan bahanbahan kimia untuk mengendapkan zat pencemar misalnya persenyawaan karbonat (Sutrisno 2002). Di samping itu, pengurangan zat pencemar secara kimia juga sering dilakukan dengan menggunakan bahan-bahan yang dapat menjerap zat-zat pencemar seperti karbon aktif, biomassa sel, dan lempung. Lempung dapat digunakan sebagai adsorben untuk menjerap senyawa fosfat dari air limbah (Masduqi 2004). Sementara itu, Amri et al. (2004) melaporkan bahwa zeolit alam
2
terimpregnasi 2-merkaptobenzotiazol dapat digunakan untuk menjerap ion Cd (II) dan Cr (III). Beberapa bahan lain yang telah digunakan sebagai penjerap adalah karbon aktif, lempung, dan batu cadas. Namun, bahan-bahan tersebut relatif sulit diperoleh dan karbon aktif mempunyai harga yang cukup mahal. Oleh karena itu, penelusuran terhadap material baru yang lebih murah, mudah didapat serta mempunyai daya adsorpsi besar sangat perlu diupayakan. Bahan-bahan alam organik yang mempunyai gugus hidroksil (-OH) dapat dipakai untuk mengadsorpsi ion-ion logam berat (Yantri 1998). Kulit kacang tanah yang mengandung selulosa dapat digunakan sebagai adsorben untuk mengadsorpsi zat warna Remazol Golden Yellow 6 yang merupakan zat warna reaktif kelas azo dan termasuk golongan vinilsulfon (Mulyatna et al. 2003). Gupta dan Bahu (2006) juga melaporkan daun mimba dapat digunakan sebagai penjerap krom dengan kapasitas serapan maksimum 10 mg/g. Serbuk gergaji kayu mengandung komponen-komponen kimia seperti selulosa, hemiselulosa, lignin dan zat ekstraktif. Terdapatnya selulosa dan hemiselulosa menjadikan serbuk gergaji kayu berpotensi untuk digunakan sebagai bahan penjerap. Serbuk gergaji kayu sebagai hasil samping dari industri gergaji kayu sampai saat ini hanya sebagian kecil saja dimanfaatkan oleh masyarakat, seperti digunakan dalam pembuatan batu-bata, industri keramik, campuran dalam pembuatan pupuk organik, sedangkan selebihnya terbuang secara percuma. Pemanfaatan serbuk gergaji kayu sebagai bahan material penjerap merupakan salah satu teknologi yang murah karena bahan bakunya mudah didapat mengingat negara Indonesia merupakan negara yang memiliki hutan yang sangat luas. Rehmen et al. (2006) melaporkan bahwa, serbuk gergaji kayu dapat digunakan sebagai adsorben untuk menjerap ion nikel. Sementara itu, McKay at al (1999) melaporkan serbuk gergaji kayu mempunyai kemampuan untuk menjerap zat warna safranin sebesar 1119 ppm. Namun dalam penelitian tersebut tidak disebutkan jenis kayu yang dipakai sebagai penjerap zat warna safranin. Setiawan at al (2004) juga melaporkan kemampuan mengadsorpsi zat warna kationik oleh serbuk gergaji kayu albizia dapat ditingkatkan dengan memodifikasi gugus aktif permukaan menggunakan gugus sulfonat. Dari hasil penelitian tersebut, serbuk gergaji albizia yang tersulfonasi kapasitas jerapannya mengalami
3
peningkatan dua kali lebih besar dibandingkan dengan kapasitas jerapan serbuk gergaji kayu albizia alami. Dalam penelitian ini, penulis mencoba mempelajari daya adsorpsi serbuk gergaji kayu terhadap ion logam krom (Cr3+) melalui studi laboratorium. Serbuk gergaji kayu yang digunakan adalah serbuk gergaji kayu albizia ukuran 40 mesh yang sebelumnya diberikan perlakuan berbeda yaitu tanpa diaktivasi dan diaktivasi menggunakan pelarut campuran etanol-toluena (1:1). Daya adsorpsi maksimum terhadap ion logam Cr3+ dari serbuk gergaji kayu albizia tersebut dibandingkan secara deskriptif. Aktivasi dilakukan dengan cara ekstraksi Soxlet menggunakan pelarut campuran etanol-toluena (1:1) untuk menghilangkan zat ekstraktif seperti lemak dan lilin yang dapat menghalangi kontak antara adsorbat (ion logam) dengan permukaan penjerap (adsorben). Adsorpsi molekul atau ion pada permukaan padatan umumnya hanya terbatas pada satu lapisan (monolayer). Dengan demikian adsorpsi tersebut biasanya mengikuti persamaan isoterm adsorpsi Langmuir atau Freundlich. Dengan menggunakan persamaan isoterm adsorpsi Langmuir atau Freundlich, dapat ditentukan karakteristik jerapan dan daya adsorpsi maksimum ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia. Hasil penelitian ini diharapkan menjadikan sebagai salah satu informasi untuk memperkaya sumber-sumber bahan penjerap dalam usaha menanggulangi limbah-limbah cair yang mengandung logam-logam berat.
1.2. Perumusan Masalah Berdasarkan uraian dalam latar belakang tersebut, permasalahan yang akan dicarikan pemecahan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Berapakah waktu optimal yang diperlukan untuk adsorpsi ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia jika tidak diaktivasi dan diaktivasi menggunakan campuran etanol-toluena (1:1)? 2. Bagaimana karakteristrik adsorpsi ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia? 3. Berapakah daya adsorpsi maksimum ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia jika tidak diaktivasi dan diaktivasi menggunakan campuran etanol-toluena (1:1)?
4
1.3. Tujuan Penelitian Tujuan umum penelitian ini adalah untuk menelusuri sumber-sumber material yang murah, mudah didapat serta berpotensi untuk digunakan sebagai bahan penjerap limbah cair yang mengandung logam berat. Secara khusus tujuan penelitian ini adalah: 1. Untuk mengetahui waktu optimal yang diperlukan pada adsorpsi ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia yang tidak diaktivasi dan yang diaktivasi menggunakan campuran etanol-toluena (1:1) 2. Untuk mengetahui karakteristrik adsorpsi ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia 3. Untuk mengetahui daya adsorpsi maksimum ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia yang tidak diaktivasi dan yang diaktivasi menggunakan etanol-toluena (1:1)
1.4. Manfaat Penelitian Penelitian ini nantinya memberikan informasi tentang daya adsorpsi Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia. Selanjutnya, penelitian ini pula diharapkan dapat memperkaya sumber-sumber bahan penjerap yang dapat dipakai untuk menangani limbah cair yang mengandung logam-logam berat yang sering menjadi permasalahan bagi lingkungan.
5
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Komponen Kimia Kayu Kayu sebagian besar tersusun atas tiga unsur yaitu unsur C, H dan O. Unsur-unsur tersebut berasal dari udara berupa CO2 dan dari tanah berupa H2O. Namun, dalam kayu juga terdapat unsur-unsur lain seperti N, P, K, Ca, Mg, Si, Al dan Na. Unsur-unsur tersebut tergabung dalam sejumlah senyawa organik, secara umum dapat dibedakan menjadi dua bagian (Fengel dan Wegener 1995) yaitu: 1. Komponen lapisan luar yang terdiri atas fraksi-fraksi yang dihasilkan oleh kayu selama pertumbuhannya. Komponen ini sering disebut dengan zat ekstraktif. Zat ekstraktif ini adalah senyawaan lemak, lilin, resin dan lain-lain. 2. Komponen lapisan dalam terbagi menjadi dua fraksi yaitu fraksi karbohidrat yang terdiri atas selulosa dan hemiselulosa, fraksi non karbohidrat yang terdiri dari lignin.
Selulosa dan Hemiselulosa Selulosa merupakan senyawa organik yang terdapat pada dinding sel bersama lignin berperan dalam mengokohkan struktur tumbuhan. Selulosa pada kayu umumnya berkisar 40-50%, sedangkan pada kapas hampir mencapai 98%. Selulosa terdiri atas rantai panjang unit-unit glukosa yang terikat dengan ikatan 14β-glukosida.
CH2O O
H H
H
OH
OH
H
CH2O
H
O
H
H
OH O
.
H H
O H
CH2O
O
H
H H
-
OH
O
H OH
H
OH
n
Selulosa Hemiselulosa adalah polimer polisakarida heterogen tersusun dari unit Dglukosa, D-manosa, L-arabiosa dan D-xilosa. Hemiselulosa pada kayu berkisar antara 20-30%. Dilihat dari strukturnya, selulosa dan hemiselulosa mempunyai
6
potensi yang cukup besar untuk dijadikan sebagai penjerap karena gugus OH yang terikat dapat berinteraksi dengan komponen adsorbat. Adanya gugus OH, pada selulosa dan hemiselulosa menyebabkan terjadinya sifat polar pada adsorben tersebut. Dengan demikian selulosa dan hemiselulosa lebih kuat menjerap zat yang bersifat polar dari pada zat yang kurang polar. Mekanisme jerapan yang terjadi antara gugus -OH yang terikat pada permukaan dengan ion logam yang bermuatan positif (kation) merupakan mekanisme pertukaran ion sebagai berikut (Yantri 1998). Y
OH + M+
YO
M + H+
YO Y
OH + M2+
M + 2 H+ YO
M+ dan M2+ adalah ion logam, -OH adalah gugus hidroksil dan Y adalah matriks tempat gugus -OH terikat. Interaksi antara gugus -OH dengan ion logam juga memungkinkan melalui mekanisme pembentukan kompleks koordinasi karena atom oksigen (O) pada gugus -OH mempunyai pasangan elektron bebas, sedangkan ion logam mempunyai orbital d kosong. Pasangan elektron bebas tersebut akan menempati orbital kosong yang dimiliki oleh ion logam, sehingga terbentuk suatu senyawa atau ion kompleks. Menurut Terada et al. (1983) ikatan kimia yang terjadi antara gugus aktif pada zat organik dengan molekul dapat dijelaskan sebagai perilaku interaksi asam-basa Lewis yang menghasilkan kompleks pada permukaan padatan. Pada sistem adsorpsi larutan ion logam, interaksi tersebut dalam bentuk umum ditulis: [GH] + Mz+ ↔ [GM(z-1)]+ + H+ 2[GH] + Mz+ ↔ [G2M(z-2)]+ + 2H+ dengan GH adalah gugus fungsional yang terdapat pada zat organik, dan M adalah ion bervalensi z.
7
2.2. Adsorpsi Salah satu metode yang digunakan untuk menghilangkan zat pencemar dari air limbah adalah adsorpsi (Rios et al. 1999 dan Saiful et al. 2005). Adsorpsi merupakan terjerapnya suatu zat (molekul atau ion) pada permukaan adsorben. Mekanisme penjerapan tersebut dapat dibedakan menjadi dua yaitu, jerapan secara fisika (fisisorpsi) dan jerapan secara kimia (kemisorpsi). Pada proses fisisorpsi gaya yang mengikat adsorbat oleh adsorben adalah gaya-gaya van der Waals. Molekul terikat sangat lemah dan energi yang dilepaskan pada adsorpsi fisika relatif rendah sekitar 20 kJ/mol (Castellan 1982). Sedangkan pada proses adsorpsi kimia, interaksi adsorbat dengan adsorben melalui pembentukan ikatan kimia. Kemisorpsi terjadi diawali dengan adsorpsi fisik, yaitu partikel-partikel adsorbat mendekat ke permukaan adsorben melalui gaya van der Waals atau melalui ikatan hidrogen. Kemudian diikuti oleh adsorpsi kimia yang terjadi setelah adsorpsi fisika. Dalam adsorpsi kimia partikel melekat pada permukaan dengan membentuk ikatan kimia (biasanya ikatan kovalen), dan cenderung mencari tempat yang memaksimumkan bilangan koordinasi dengan substrat (Atkins 1999).
2.2.1. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Adsorpsi Kekuatan interaksi adsorbat dengan adsorben dipengaruhi oleh sifat dari adsorbat maupun adsorbennya. Gejala yang umum dipakai untuk meramalkan komponen mana yang diadsorpsi lebih kuat adalah kepolaran adsorben dengan adsorbatnya. Apabila adsorbennya bersifat polar, maka komponen yang bersifat polar akan terikat lebih kuat dibandingkan dengan komponen yang kurang polar. Kekuatan interaksi juga dipengaruhi oleh sifat keras-lemahnya dari adsorbat maupun adsorben. Sifat keras untuk kation dihubungkan dengan istilah polarizing power cation, yaitu kemampuan suatu kation untuk mempolarisasi anion dalam suatu ikatan. Kation yang mempunyai polarizing power cation besar cenderung bersifat keras. Sifat polarizing power cation yang besar dimiliki oleh ion-ion logam dengan ukuran (jari-jari) kecil dan muatan yang besar. sebaliknya sifat polarizing power cation yang rendah dimiliki oleh ion-ion logam dengan ukuran besar namun muatannya kecil, sehingga diklasifikasikan ion lemah.
8
Sedangkan
pengertian
keras
untuk
anion
dihubungkan
dengan
istilah
polarisabilitas anion yaitu, kemampuan suatu anion untuk mengalami polarisasi akibat medan listrik dari kation. Anion bersifat keras adalah anion berukuran kecil, muatan besar dan elektronegativitas tinggi, sebaliknya anion lemah dimiliki oleh anion dengan ukuran besar, muatan kecil dan elektronegatifitas yang rendah. Ion logam keras berikatan kuat dengan anion keras dan ion logam lemah berikatan kuat dengan anion lemah (Atkins at al. 1990). Pearson (1963) mengklasifikasikan asam-basa Lewis menurut sifat keras dan lemahnya. Menurut Pearson, situs aktif pada permukaan padatan dapat dianggap sebagai ligan yang dapat mengikat logam secara selektif. Logam dan ligan dikelompokkan menurut sifat keras dan lemahnya berdasarkan pada polarisabilitas unsur. Pearson (1963) mengemukakan suatu prinsip yang disebut Hard and Soft Acid Base (HSAB). Ligan-ligan dengan atom yang sangat elektronegatif dan berukuran kecil merupakan basa keras, sedangkan ligan-ligan dengan atom yang elektron terluarnya mudah terpolarisasi akibat pengaruh ion dari luar merupakan basa lemah. Sedangkan ion-ion logam yang berukuran kecil namun bermuatan positip besar, elektron terluarnya tidak mudah dipengaruhi oleh ion dari luar, ini dikelompokkan ke dalam asam keras, sedangkan ion-ion logam yang berukuran besar dan bermuatan kecil atau nol, elektron terluarnya mudah dipengaruhi oleh ion lain, dikelompokkan ke dalam asam lemah. Pengelompokan asam-basa menurut prinsip HSAB Pearson dapat dilihat pada Tabel 1. Menurut prinsip HSAB, asam keras akan berinteraksi dengan basa keras untuk membentuk kompleks, begitu juga asam lemah dengan basa lemah. Interaksi asam keras dengan basa keras merupakan interaksi ionik, sedangkan interaksi asam lemah dengan basa lemah, interaksinya lebih bersifat kovalen. Ion krom (Cr3+) merupakan kation yang bersifat asam keras, sehingga akan berinteraksi secara kuat dengan anion-anion yang bersifat basa keras seperti dengan OH-. Selulosa mempunyai banyak gugus -OH, dengan demikian selulosa akan mengikat ion krom secara kuat. Ikatan antara ion Cr3+ dengan -OH pada selulosa melalui pembentukan ikatan koordinasi, di mana pasangan elektron bebas dari O pada -OH akan menempati orbital kosong yang dimiliki oleh Cr3+, sehingga terbentuk kompleks terkoordinasi.
9
Tabel 1 Asam dan basa beberapa senyawa dan ion menurut prinsip HSAB dari Pearson. Asam Basa Keras
Madya
Lemah
Keras
Madya
Lemah
H+, Li+, Na+, K+, Mg2+, Ca2+, Al3+, Cr3+, Co3+, Fe3+ , CH3Sn3+, Si4+, Ti4+, RCO+, CO2, NC+, HX (molekul dengan ikatan hidrogen)
Fe2+, Co2+, Ni2+, Pb2+, Zn2+, Cu2+, Sn2+, B(CH3)3, SO2, NO+, R3C+, C6H5+
Cu+,Ag+, Au+, Ti+, Cd2+, Hg+, CH3Hg+, Co(CN)52 , I+, Br+, HO+, (atom logam) CH2
H2O,OH-, F-, CH3CO2-, PO43-, Cl-, ClO4-, ROH, RO, SO4-, NO3-, NH3, RNH2, N2H4
C6H5NH2, NO2-, SO32-, Br-, C5H5N, N3-, N2
R2S, RSH, RS-, I-, SCN-, R3P, R3As, (RO)3P, CN-, RCN, CO, C2H4, S2O32-, C6H6, H-, R-
Porositas adsorben juga mempengaruhi daya adsorpsi dari suatu adsorben. Adsorben dengan porositas yang besar mempunyai kemampuan menjerap yang lebih tinggi dibandingkan dengan adsorben yang memilki porositas kecil. Untuk meningkatkan porositas dapat dilakukan dengan mengaktivasi secara fisika seperti mengalirkan uap air panas ke dalam pori-pori adsorben, atau mengaktivasi secara kimia. Salah satu cara mengaktivasi adsorben secara kimia adalah aktivasi selulosa melalui penggantian gugus aktif -OH pada selulosa dengan gugus HSO3melalui proses sulfonasi. Selulosa yang teraktivasi dengan cara sulfonasi memberikan daya adsorpsi yang meningkat dua kali lipat dibandingkan daya adsorpsi selulosa yang tidak diaktivasi (Setiawan et al. 2004) Jumlah zat yang diadsorpsi pada permukaan adsorben merupakan proses berkesetimbangan, sebab laju peristiwa adsorpsi disertai dengan terjadinya desorpsi. Pada awal reaksi, peristiwa adsorpsi lebih dominan dibandingkan dengan peristiwa desorpsi, sehingga adsorpsi berlangsung cepat. Pada waktu tertentu peristiwa adsorpsi cendung berlangsung lambat, dan sebaliknya laju desorpsi cendrung meningkat. Waktu ketika laju adsorpsi adalah sama dengan laju desorpsi sering disebut sebagai keadaan berkesetimbangan. Pada keadaan berkesetimbangan tidak teramati perubahan secara makroskopis. Waktu
10
tercapainya keadaan setimbang pada proses adsorpsi adalah berbeda-beda, Hal ini dipengaruhi oleh jenis interaksi yang terjadi antara adsorben dengan adsorbat. Secara umum waktu tercapainya kesetimbangan adsorpsi melalui mekanisme fisika (fisisorpsi) lebih cepat dibandingkan dengan melalui mekanisme kimia atau kemisorpsi (Castellans 1982)
2.2.2. Persamaan Isoterm Adsorpsi Langmuir Isoterm adsorpsi Langmuir didasarkan atas beberapa asumsi, yaitu (a) adsorpsi hanya terjadi pada lapisan tunggal (monolayer), (b) panas adsorpsi tidak tergantung pada penutupan permukaan, dan (c) semua situs dan permukaannya bersifat homogen (Oscik J 1994). Persamaan isoterm adsorpsi Langmuir dapat diturunkan secara teoritis dengan menganggap terjadinya kesetimbangan antara molekul-molekul zat yang diadsorpsi pada permukaan adsorben dengan molekulmolekul zat yang tidak teradsorpsi. Persamaan isoterm adsorpsi Langmuir dapat dituliskan sebagai berikut. C 1 1 C = + x / m ( x / m) mak k ( x / m) mak
............................................................... (1)
C merupakan konsentrasi adsorbat dalam larutan, x/m adalah konsentrasi adsorbat yang terjerap per gram adsorben, k adalah konstanta yang berhubungan dengan afinitas adsorpsi dan (x/m)mak adalah kapasitas adsorpsi maksimum dari adsorben. Kurva isoterm adsorpsi Langmuir dapat disajikan seperti pada Gambar 1.
x/m
C Gambar 1 Kurva isoterm adsorpsi Langmuir
11
2.2.3. Persamaan Isoterm Adsorpsi Freundlich Persamaan isoterm adsorpsi Freundlich didasarkan atas terbentuknya lapisan monolayer dari molekul-molekul adsorbat pada permukaan adsorben. Namun pada adsorpsi Freundlich situs-situs aktif pada permukaan adsorben bersifat heterogen. Persamaan isoterm adsorpsi Freundlich dapat dituliskan sebagai berikut. Log (x/m) = log k + 1/n log c............................................................................ ..(2), sedangkan kurva isoterm adsorpsinya disajikan pada Gambar 2.
Log x/m
Log C Gambar 2 Kurva isoterm adsorpsi Freundlich
2.3. Logam Krom dan Keberadaannya Logam krom merupakan logam golongan transisi, diketemukan di alam sebagai bijih terutama kromit (Fe(CrO2)2). Krom merupakan elemen berbahaya di permukaan bumi dan dijumpai dalam kondisi oksida antara Cr(II) sampai Cr(VI). Krom bervalensi tiga umumnya merupakan bentuk yang umum dijumpai di alam, dan dalam material biologis krom selalu berbentuk valensi tiga, karena krom valensi enam merupakan salah satu material organik pengoksidasi yang tinggi (Suhendrayatna 2001). Krom valensi tiga memiliki sifat racun yang rendah dibandingkan dengan valensi enam. Pada bahan makanan dan tumbuhan mobilitas krom relatif rendah dan diperkirakan konsumsi harian komponen ini pada manusia dibawah 100 μg, kebanyakan berasal dari makanan, sedangkan dari air dan udara dalam tingkat yang rendah. Dalam perairan, krom berada pada bilangan oksidasi +2, +3, dan +6, dan hanya +6 merupakan tingkat oksidasi yang paling dominan. Ion kromos (Cr2+) merupakan krom tingkat oksidasi +2, bersifat tidak stabil, dan jumlahnya relatif
12
sedikit. Cr2+ dengan cepat teroksidasi ke tingkat oksidasi +3 yang lebih stabil dalam lingkungan aerobik. Di samping itu, sebagai Cr(OH)2, Cr2+ akan mengendap dalam air pada pH mendekati 6. Dengan demikian krom tingkat oksidasi +3 dan +6 lebih banyak berperan dalam lingkungan perairan (Bert,1982). Senyawa Cr(III) dan Cr(VI) sering dipakai untuk bahan pelapis logam lain agar lebih tahan korosi dan kelihatan lebih baik. Selain itu senyawa Cr(III) dan Cr(VI) juga dipakai sebagai bahan pembuatan cat, pewarna tekstil dan lain-lain. Dalam zat warna tekstil jenis Grey Lanaset G mengandung krom (III) sebesar 2,5 % sebagai senyawa kompleks organologam (Blanques et al. 2004). Krom (VI) lebih mudah diserap oleh tubuh dibandingkan dengan Cr(III). Namun, setelah di dalam tubuh Cr(VI) segera mengalami reduksi menjadi Cr(III) (ATSDR, 2000). Keterdapatan Cr(III) dalam tubuh dapat menyebabkan kanker paru-paru. Proses penjerapan krom oleh tubuh dan dampaknya bagi kesehatan disajikan pada Gambar 3 (Kaim and Schwederski 1994). ruang membran ruang membran extra seluler sel intra seluler inti kompleks Cr(III)
kompleks Cr(III)
Reduksi CrO4=
reduksi
CrO4=
kompleks Cr(III) reduksi CrO4=
inti sel kompleks Cr(III) DNA atau protein perbaikan replikasi DNA kesalahan Mutasi DNA
kanker Gambar 3 Diagram masuknya krom dalam tubuh Senyawa krom dalam bentuk Cr2(SO4)3 banyak digunakan dalam aplikasi komersial termasuk penyamakan kulit, pengawetan kayu, dan produksi pigmen. Hampir 90% industri penyamakan kulit menggunakan krom trivalen dalam proses penyamakan karena efektif, murah, dan tersedia di pasaran. Menurut Tutem et al. (2001), selama proses produksi, krom dalam jumlah besar dibuang ke atmosfir, tanah, dan air. Oleh karena itu, limbah penyamakan kulit diolah untuk
13
memperoleh krom, sehingga krom dapat digunakan kembali pada proses penyamakan kulit.
2.4. Spektrofotometer Serapan Atom Spektrofotometer serapan atom (SSA) ditujukan untuk analisis kuantitatif terhadap unsur-unsur logam. Alat ini memiliki sensitivitas yang sangat tinggi, sehingga sering dijadikan sebagai pilihan utama dalam menganalisis unsur logam yang konsentrasinya sangat kecil (ppm bahkan ppb). Prinsip dasar pengukuran dengan SSA adalah penyerapan energi (sumber cahaya) oleh atom-atom dalam keadaan dasar menjadi atom-atom dalam keadaan tereksitasi. Pembentukan atomatom dalam keadaan dasar atau proses atomisasi pada umumnya dilakukan dalam nyala. Cuplikan sampel yang mengandung logam M sebagai ion M+ dalam bentuk larutan garam M+ dan A- akan melalui serangkaian proses dalam nyala, sebelum akhirnya menjadi atom logam dalam keadaan dasar M0 seperti terlihat pada Gambar 4. Atom-atom dalam keadaan dasar (Mo) akan menyerap energi sumber energi berupa lampu katode berongga, yang mana jumlah energi yang diserap adalah sebanding dengan populasi atau konsentrasi atom-atom dalam sampel (Welz 1985). M+ + A- (larutan) M+ + A- (aerosol) MA (padat) MA (cair) MA (gas) Mo + Ao (gas) Mo (gas) Gambar 4 Proses atomisasi Penentuan konsentrasi unsur logam dalam sampel dapat dilakukan dengan bantuan kurva kalibrasi yang merupakan aluran antara absorbansi terhadap
14
konsentrasi larutan standar. Hal ini sesuai dengan Hukum Lambert-Beer yang menyatakan bahwa jumlah energi yang diserap (absorbansi) adalah sebanding dengan konsentrasi ( C ) (Khopkar 2003).
Abs
C Gambar 5 Kurva kalibrasi
15
III. METODE PENELITIAN 3.1. Rancangan Penelitian Penelitian ini termasuk penelitian deskriptif mengenai daya adsorpsi dari serbuk gergaji kayu albizia yang tidak diaktivasi dan yang diaktivasi menggunakan pelarut campuran etanol-toluena (1:1). Serbuk gergaji kayu albizia diambil dari industri penggergajian kayu yang berlokasi di Desa Mas, Kecamatan Ubud, Kabupaten Gianyar. Secara garis besarnya tahapan penelitian ini dapat disajikan dalam rancangan penelitian pada Gambar 6.
Serbuk gergaji kayu albizia ukuran 40 mesh
dicuci dengan aquades diekstraksi dengan etanol-toluena (1:1) selama 3 jam (± 20 sirkulasi)
dikeringkan dalam oven pada 50oC 2 jam (bobot tetap)
dikeringkan dalam oven pada 50oC 2 jam (bobot tetap) Blangko. Adsorben (serbuk gergaji kayu) dalam 50 mL Aquades
Penentuan waktu kontak. adsorben (serbuk gergaji) dalam 50 mL larutan Cr3+ dengan konsentrasi (60 ppm) dalam selang waktu 12, 24, 36, 48, 60, dan 72 jam
Penentuan daya jerap maksimum adsorben (serbuk gergaji) dalam 50 mL larutan Cr3+ dengan konsentrasi bervariasi (20-120 ppm) selama waktu kontak maksimum
disaring residu
filtrat
Konsentrasi Cr(III) diukur menggunakan SSA
Hitung Cr(III) terjerap
Gambar 6 Rancangan Penelitian
Konsentrasi Cr(III) sebelum penjerapan
16
3.2. Subyek dan Obyek Penelitian Subyek dalam penelitian ini adalah serbuk gergaji kayu albizia yang diambil dari industri gergajian kayu di Desa Mas, Kecamatan Ubud, Kabupaten Gianyar Propinsi Bali. Sedangkan obyeknya adalah (1) waktu optimal yang diperlukan untuk adsorpsi ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia yang tidak diaktivasi dan diaktivasi menggunakan campuran etanol-toluena (1:1), (2) karakteristik adsorpsi ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia, dan (3) daya adsorpsi maksimum ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia.
3.3. Prosedur Penelitian Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Jurusan Kimia, Fakultas MIPA Universitas Pendidikan Ganesha Singaraja, dari bulan Nopember 2007 sampai dengan bulan Mei 2008. Tahapan-tahapan penelitian ini adalah meliputi dua tahapan, yaitu tahap persiapan dan tahap pelaksanaan penelitian.
3.3.1. Tahap Persiapan 3.3.1.1. Penyediaan Alat dan Bahan Peralatan utama yang digunakan dalam penelitian ini adalah SSA model AA-6300 merek Shimadzu, oven, seperangkat alat Soxlet, dan neraca, serta beberapa peralatan tambahannya seperti batang pengaduk, gelas piala, labu ukur, pengocok (shaker), dan ayakan ukuran 40 mesh, sedangkan bahan-bahan kimia yang digunakan antara lain : CrCl3.6H2O, toluena, etanol, kertas saring, aquades dan serbuk gergaji kayu albizia.
3.3.1.2. Pencucian Serbuk Gergaji Kayu Albizia Serbuk gergaji kayu albizia ditimbang 50 gram ukuran 40 mesh, dimasukkan dalam gelas piala ukuran satu liter, kemudian tambahkan aquades sebanyak 500 mL. Campuran tersebut diaduk menggunakan pengocok (shaker) selama 3 jam, aquades yang dipakai untuk mencuci diganti setiap satu jam
17
pengadukan. Campuran didekantasi, dan selanjutnya serbuk gergaji dikeringkan dalam oven pada suhu 50oC selama kurang lebih 2 jam (sampai bobot tetap).
3.3.1.2. Aktivasi Serbuk Gergaji Kayu Albizia Serbuk gergaji kayu albizia yang sudah dicuci dan dikeringkan, ditimbang sebanyak 25 gram. Serbuk gergaji tersebut selanjutnya diekstraksi dengan cara Soxlet menggunakan pelarut campuran etanol-toluena (1:1). Ekstraksi dihentikan apabila warna pelarut pada sirkulasi tertentu tidak berubah lagi (diperlukan waktu 3 jam atau 20 kali sirkulasi). Serbuk gergaji yang telah diekstraksi dikeringkan kembali dalam oven pada suhu 50o C selama 2 jam (sampai bobot tetap).
3.3.2. Tahap Pelaksanaan Penelitian 3.3.2.1. Penentuan Waktu Kontak Maksimum Ke dalam 6 buah labu Erlenmeyer ukuran 100 mL dimasukkan masingmasing 1 gram serbuk gergaji kayu albizia kering yang telah dicuci, selanjutnya ke dalam gelas piala tersebut dimasukkan 50 mL larutan krom klorida heksahidrat (CrCl3.6H2O), dengan konsentrasi 60 ppm dan dikocok dengan menggunakan pengocok masing-masing selama 12, 24, 36, 48, 60, dan 72 jam. Kemudian disaring dan filtratnya ditampung untuk diukur kadar kromnya (Cr3+) dengan SSA. Dengan cara yang sama dilakukan juga untuk serbuk gergaji kayu albizia yang telah diaktivasi menggunakan pelarut campuran etanol-toluena (1:1). 3.3.2.2. Penentuan Adsorpsi maksimum Ke dalam 6 buah labu Erlenmeyer ukuran 100 mL, dimasukkan masingmasing sebanyak 1 gram serbuk gergaji kayu albizia kering yang telah dicuci. Selanjutnya, ke dalam gelas piala tersebut dimasukkan secara berturut-turut 50 mL larutan krom klorida heksahidrat (CrCl3.6H2O) dengan konsentrasi 20, 40, 60, 80, 100 dan 120 ppm. Campuran tersebut dikocok selama waktu kontak maksimum, kemudian disaring dan filtratnya ditampung untuk diukur kadar kromnya (Cr3+) dengan SSA. Kadar krom (III) pada larutan krom sebelum adsorpsi juga diukur. Selain itu dilakukan pengukuran pH pada sampel sebelum
18
dan sesudah adsorpsi berlangsung. Prosedur yang sama juga dilakukan terhadap serbuk gergaji kayu albizia yang telah diaktivasi menggunakan pelarut campuran etanol-toluena (1:1).
3.4. Analisis Data Penentuan waktu kontak maksimum yang diperoleh dalam penelitian ini ditentukan dengan grafik hubungan antara lama waktu kontak dengan konsentrasi ion Cr3+ yang dijerap oleh adsorben. Data kuantitatif tentang daya jerap ion Cr3+ per gram serbuk gergaji kayu albizia (x/m) yang tidak diaktivasi dan diaktivasi yang diperoleh dalam penelitian ini akan ditentukan dengan persamaan :
x (C o - C st ) 50 = gram/gram adsorben ........................................................(3) m 10 6 x/m adalah banyaknya ion Cr3+ (gram) yang dijerap per gram adsorben, Co adalah konsentrasi ion Cr3+ mula-mula, Cst adalah konsentrasi ion Cr3+ setimbang (tidak dijerap). Untuk mengetahui karakteristik adsorpsi ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia melalui uji isoterm adsorpsi Langmuir digunakan persamaan C 1 1 = + C dan isoterm adsorpsi Freundlich digunakan x / m ( x / m) mak k ( x / m) mak
persamaan log(x/m) = log k + 1/n log C, sedangkan daya adsorpsi maksimum dari adsorben ditentukan dengan membuat kurva berdasarkan karakteristik adsorpsi yang diperoleh.
19
IV. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN 4.1. Waktu Optimal yang Diperlukan untuk Adsorpsi Ion Cr3+ Oleh Serbuk Gergaji Kayu Albizia Data konsentrasi Cr3+ yang teradsorpsi oleh serbuk gergaji kayu albizia yang diaktivasi menggunakan campuran etanol-toluena (1:1) pada berbagai waktu kontak disajikan pada Tabel 2, sedangkan data secara lengkap disajikan pada Lampiran 5. Tabel 2 Data konsentrasi Cr3+ yang teradsorpsi oleh serbuk gergaji kayu albizia yang diaktivasi pada berbagai waktu kontak Waktu Konsentrasi Cr3+ Konsentrasi [Cr3+] Konsentrasi [Cr3+] kontak Sebelum Adsorpsi Setimbang (ppm) Yang teradsorpsi (Jam) Berlangsung (ppm) (ppm) 12 59,0592 23,7595 35,2997 24
59,0592
23,4053
35,6539
36
59,0592
22,6205
36,4387
48
59,0592
20,2308
38,8284
60
59,0592
19,6100
39,4492
72
59,0592
19,7238
39,3354
Dari Tabel 2 di atas dapat dibuat kurva hubungan antara konsentrasi ion Cr3+ yang teradsorpsi oleh serbuk gergaji kayu albizia yang diaktivasi menggunakan campuran etanol-toluena (1:1) terhadap waktu kontak seperti disajikan pada
Teradsorpsi (ppm)
Konsentrasi Cr
3+
Yang
Gambar 7. 40 39,5 39 38,5 38 37,5 37 36,5 36 35,5 35 0
10
20
30
40
50
60
70
80
waktu kontak (Jam)
Gambar 7 Kurva hubungan antara konsentrasi Cr3+ yang teradsorpsi oleh serbuk gergaji kayu albizia yang diaktivasi terhadap berbagai waktu kontak.
20
Untuk data konsentrasi Cr3+ yang teradsorpsi oleh serbuk gergaji kayu albizia yang tidak diaktivasi menggunakan campuran etanol-toluena (1:1) pada berbagai waktu kontak disajikan pada Tabel 3, sedangkan data secara lengkap disajikan pada Lampiran 5. Tabel 3 Data konsentrasi Cr3+ yang teradsorpsi oleh serbuk gergaji kayu albizia yang tidak diaktivasi pada berbagai waktu kontak Waktu Konsentrasi Cr3+ Konsentrasi [Cr3+] Konsentrasi [Cr3+] kontak sebelum Adsorpsi Setimbang (ppm) Yang teradsorpsi (Jam) Berlangsung (ppm) (ppm) 12 59,0592 28,0552 31,004 24
59,0592
25,1872
33,872
36
59,0592
24,3378
34,7214
48
59,0592
22,8814
36,1778
60
59,0592
21,8466
37,2126
72
59,0592
22,2366
36,8226
Dari Tabel 3 di atas dapat dibuat kurva hubungan antara konsentrasi ion Cr3+ yang teradsorpsi oleh serbuk gergaji kayu albizia yang tidak diaktivasi menggunakan campuran etanol-toluena (1:1) terhadap waktu kontak seperti disajikan pada
40,00 35,00 30,00 25,00 (ppm)
Konsentrasi Cr 3+ Yang Teradsorpsi
Gambar 8.
20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 0
20
40
60
80
Waktu Kontak (Jam)
Gambar 8 Kurva hubungan antara konsentrasi Cr3+ yang teradsorpsi oleh serbuk gergaji kayu albizia yang tidak diaktivasi terhadap berbagai waktu kontak.
21
Dari Gambar 7 dan 8 terlihat bahwa adsorpsi ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia berlangsung cepat pada awal reaksi yaitu pada waktu kontak 12 jam sebesar 35,2997 ppm (59,77%) dan berlangsung lebih lambat untuk waktu kontak berikutnya, yaitu hanya bertambah 0,6% yaitu menjadi 35,6539 ppm (60,37%) untuk waktu kontak 12 jam kemudian. Penambahan waktu kontak setiap 12 berikutnya penjerapan menjadi berturut-turut sebesar; 36,4387 ppm (61,70%); 38,8284 ppm (65,74%); 39,4492 ppm (66,79%) dan 39,3354 ppm (66,60%) pada waktu kontak 24, 36, 48, 60 dan 72 jam, untuk serbuk gergaji kayu albizia yang diaktivasi. Untuk serbuk gergaji kayu albizia yang tidak diaktivasi, adsorpsi ion Cr3+ berturut-turut pada waktu kontak 12, 24, 36, 48, 60 dan 72 jam adalah 31,004 ppm (52,50%); 33,872 ppm (57,35%); 34, 7214 ppm (58,79%); 36,1778 ppm (61,27%); 37,2126 ppm (63,01%) dan 36,8226 ppm (62,35%). Hal ini terjadi karena adsorpsi antara ion Cr3+ dan serbuk gergaji kayu albizia merupakan peristiwa kesetimbangan. Pada awal reaksi saat serbuk gergaji kayu albizia masih kosong adsorpsi yang terjadi akan cepat dan banyak karena masih kosongnya permukaan serbuk gergaji kayu albizia yang bisa digunakan untuk menjerap ion Cr3+ dan masih banyaknya ion Cr3+ dalam larutan. Setelah itu akan terjadi penataan ulang. Menurut teori asam-basa keras-lemah dari person, ion Cr3+ termasuk asam keras sehingga akan cenderung berinteraksi dengan gugus aktif yang bersifat basa keras seperti gugus hidroksil (-OH) membentuk interaksi ion-polar. Pada awal reaksi akan terjadi adsorpsi secara fisik dan kemudian diikuti oleh adsorpsi secara kimia. Karena ion Cr3+ bersifat asam keras maka ion Cr3+ akan berinteraksi dengan ion hidroksil (-OH) terlebih dahulu. Setelah itu baru berinteraksi dengan gugus fungsi yang lain, sehingga pada keadaan ini reaksi berjalan lambat. Dari Gambar 7 dan 8 juga terlihat bahwa waktu optimal yang diperlukan oleh serbuk gergaji kayu albizia untuk menjerap ion Cr3+ adalah 60 jam. Secara umum terlihat bahwa ion Cr3+ teradsorpsi lebih banyak pada serbuk gergaji kayu albizia yang teraktivasi yaitu sebesar 39, 4492 ppm atau 66,79% dibandingkan dengan oleh serbuk gergaji kayu yang tidak teraktivasi dengan campuran etanoltoluena (1:1) yaitu sebesar 37,2126 ppm atau 63,01%. Hal ini terjadi karena pada serbuk gergaji kayu albizia yang tidak diaktivasi menggunakan campuran etanol-
22
toluena (1:1) masih banyak terdapat senyawa-senyawa seperti lapisan lilin dan lemak. Sedangkan pada serbuk gergaji kayu yang telah diaktivasi senyawasenyawa tersebut sudah berkurang, sehingga kontak antara adsorben dengan ion Cr3+ dapat berlangsung lebih efektif. Hilangnya minyak dan lilin menyebabkan interaksi gugus fungsi hidroksil dan karbonil dengan ion Cr3+ menjadi semakin efektif. 4.2. Karakteristik Adsorpsi Ion Cr3+ Oleh Serbuk Gergaji Kayu Albizia Untuk mengetahui karaktristik adsorpsi ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia dilakukan dengan mengamati jerapannya terhadap ion Cr3+ pada konsentrasi yang bervariasi dan pada suhu isoterm sekitar 30oC. Dari hasil penjerapan tersebut selanjutnya dianalisis menggunakan persamaan isoterm adsorpsi Langmuir dan isoterm adsorpsi Freundlich untuk mengetahui karakteristik jerapan dan juga daya adsorpsi maksimum. 4.2.1. Uji Linearitas Langmuir dan Freundlich Adsorpsi Ion Cr3+ oleh Serbuk Gergaji Kayu Albizia sebelum Diaktivasi Data adsorpsi Ion Cr3+ oleh serbuk kayu albizia yang belum diaktivasi disajikan pada Tabel 4 dan data lengkap disajikan pada Lampiran 6. Tabel 4 Data adsorpsi ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia yang tidak diaktivasi pada berbagai konsentrasi [Cr3+] [Cr3+] Cr3+ [Cr3+] Log Log c/(x/m) mulateradsor teradsor setimbang x/m x/m [Cr3+] stimbang mula psi psi (g) (ppm) (ppm) (x) (c) (ppm) 23,8503
21,5296
1,0765
2,3207
1,0765
0,0320
0,3656
2,1558
37,9153
23,6759
1,1838
14,2394
1,1838
0,0733
1,1535
12,0286
59,0592
26,208
1,3104
32,8512
1,3104
0,1174
1,5166
25,0696
75,2206
32,3209
1,6160
42,8997
1,6160
0,2085
1,6325
26,5461
108,7636
32,7686
1,6384
75,995
1,6384
0,2144
1,8808
46,3828
117,508
28,7706
1,4385
88,7374
1,4385
0,1579
1,9481
61,6862
23
Dari Tabel 4 dapat dilakukan uji pola isoterm adsorpsi Langmuir dan Freundlich seperti terlihat pada Gambar 9 dan 10.
70 y = 0,6398x + 1,5685
60
R2 = 0,9831 c(x/m)
50 40 30 20 10 0 0
20
40
60
80
100
c (konsentrasi Cr3+ Setimbang)
Gambar 9 Kurva linearitas Langmuir: hubungan antara konsentrasi Cr3+ setimbang terhadap c/(x/m) pada adsorpsi ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia yang tidak teraktivasi. Berdasarkan kurva linearitas Langmuir seperti pada Gambar 9, adsorpsi ion Cr
3+
oleh serbuk gergaji kayu albizia memenuhi isoterm adsorpsi Langmuir,
oleh karena itu maka, adsorpsi ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia terjadi pada lapisan monolayer. Hal ini ditujukkan oleh harga R2 pada isoterm adsorpsi Langmuir sebesar 0,9831. Namun, pola jerapan yang terjadi pada serbuk gergaji yang belum diaktivasi nampaknya belum memenuhi isoterm adsorpsi Freundlich dengan nilai R2 sebesar 0,7557, seperti terlihat pada Gambar 10. Hal ini disebabkan karena interaksi antara ion Cr3+ dengan serbuk gergaji kayu albizia yang belum diaktivasi tersebut masih didominasi oleh salah satu interaksi yaitu fisik atau interaksi kimia saja. Hal yang sama diperoleh dari penelitian Setiawan (2004) bahwa pola adsorpsi zat warna kationik (methylene blue) oleh serbuk gergaji kayu yang belum diaktivasi (termodifikasi) mengikuti pola isoterm adsorpsi Langmuir (R2= 0,904) namun pola adsorpsi tersebut tidak memenuhi pola isoterm adsorpsi Freundlich (R2= 0,817).
24
0,25 y = 0,1086x - 0,0198 2 R = 0,7557
Log (x/m)
0,2 0,15 0,1 0,05 0 0
0,5
1
1,5
2
2,5
3+
Log [Cr ] setimbang
Gambar 10 Kurva linearitas Freundlich: hubungan antara log [Cr(III)] setimbang terhadap log (x/m) pada adsorpsi ion cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia yang tidak teraktivasi. Kurva isoterm adsorpsi Langmuir, selanjutnya dapat dipakai untuk menentukan harga kapasitas adsorpsi maksimum (x/m)mak yaitu berdasarkan nilai dari slope (kemiringan garis) pada persamaan Y = 0,6398X + 1,5685, yaitu 1/(x/m)mak. Dengan mensubstitusi 1/(x/m)mak = 0,6398 maka diperoleh nilai (x/m)mak = 1,56 mg/g. Harga adsorpsi maksimum ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia yang belum diaktivasi diperoleh sebesar 1,56 mg/g. 4.2.2. Uji Linearitas Langmuir dan Freundlich Adsorpsi Ion Cr3+ oleh Serbuk Gergaji Kayu Albizia Setelah Diaktivasi Aktivasi serbuk gergaji kayu albizia bertujuan untuk meningkatkan kapasitas adsorpsi ion Cr3+. Aktivasi serbuk gergaji kayu dapat dilakukan dengan beberapa cara, yaitu dengan menggantikan sisi-sisi aktif yang terdapat pada selulosa ataupun hemiselulosa dengan gugus yang lebih aktif (kuat) seperti melalui reaksi sulfonasi dan dengan menghilangkan bahan yang mengahalangi kontak adsoben dengan adsorbat. Pada penelitian ini, aktivasi dengan
25
menghilangkan materi seperti lemak, lilin atau pengotor lain yang mengahalangi kontak gugus aktif dengan ion Cr3+ dengan cara mengekstraksi menggunakan campuran pelarut etanol-toluena pada perbandingan volume 1:1. Data adsorpsi Ion Cr3+ oleh serbuk kayu albizia sesudah diaktivasi menggunakan campuran pelarut etanol-toluena tersebut disajikan pada Tabel 5 dan data lengkap disajikan pada Lampiran 7. Tabel 5 Data adsorpsi ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia yang telah diaktivasi menggunakan pelarut campuran etanol-toluena(1:1) [Cr3+] mula-mula (ppm)
[Cr3+] [Cr3+] Cr3+ teradsorp teradsorpsi setimbang x/m si (g) (x) (ppm) (c) (ppm)
23,8503
22,1437 1,1072
1,7066
1,1072
0,0442
0,2321
1,5414
37,9153
29,0919 1,4546
8,8234
1,4546
0,1627
0,9456
6,0659
59,0592
39,0882 1,9544
19,9710
1,9544
0,2910
1,3004
10,2184
75,2206
39,4837 1,9742
35,7369
1,9742
0,2954
1,5531
18,1021
108,7636
43,478
65,2856
2,1739
0,3372
1,8148
30,0316
117,508
42,4958
75,0122 2,1248
0,3273
1,8751
35,3033
2,1739 2,1248
Log [Cr3+] Log x/m setimbang c/(x/m)
Dari Tabel 5 di atas terlihat bahwa semakin besar konsentrasi ion Cr3+ pada larutan, semakin besar pula ion Cr3+ yang teradsorpsi oleh serbuk gergaji kayu albizia. Untuk menentukan pola isoterm adsorpsi ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia yang telah teradsorpsi apakah memenuhi pola isoterm adsorpsi Langmuir atau tidak, maka dilakukan uji linieritas dengan membuat kurva hubungan antara konsentrasi Cr3+ dengan c/(x/m) seperti terlihat pada Gambar 11, sedangkan untuk menentukan pola isoterm adsorpsi ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia yang telah diaktivasi apakah memenuhi pola isoterm adsorpsi Freundlich atau tidak, dilakukan uji linieritas Freundlich dengan membuat kurva hubungan antara log konsentrasi Cr3+ setimbang terhadap log (x/m) seperti terlihat pada Gambar 12.
26
40 y = 0,4527x + 1,3633 2 R = 0,9976
35 30 c/(x/m)
25 20 15 10 5 0 0
20
40
60
80
3+
Konsentrasi Cr setimbang
Gambar 11 Kurva linearitas Langmuir: hubungan antara konsentrasi Cr3+ setimbang terhadap c/(x/m) pada adsorpsi ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia yang teraktivasi. Berdasarkan Gambar 11 dan 12 nampak bahwa adsorpsi ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia setelah diaktivasi mengikuti pola isoterm adsorpsi Langmuir maupun Freundlich dengan nilai R2 secara berturut-turut sebesar 0,9976 dan 0,9418. Hal ini menunjukkan bahwa adsorpsi ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia yang telah diaktivasi menggunakan pelarut etanol-toluena tetap merupakan adsorpsi monolayer. Harga R2 dari isoterm adsorpsi Freundlich sebesar 0,9418 menunjukkan adsorpsi ion Cr3+ berlangsung baik secara fisik yaitu melalui pori-pori maupun secara kimia melalui interaksi gugus karbonil (CO) dan hidroksidanya (OH). Gugus-gugus ini dapat mengikat ion Cr3+ melalui ikatan ionion atau ion-polar (Mamaril, et al., 1997). Hal ini sesuai dengan Suhendrayatna (2001) yang menyatakan bahwa polisakarida memegang peranan yang sangat penting dalam proses biosorpsi ion logam berat, karena terjadinya ikatan kovalen termasuk juga dengan gugus karbonil.
27
0,4 y = 0,1801x + 0,011 2 R = 0,9418
0,35
Log (x/m)
0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 0
0,5
1
Log konsentrasi Cr
1,5 3+
2
setimbang
Gambar 11 Kurva linearitas Freundlich: hubungan antara log konsentrasi Cr3+ setimbang terhadap log (x/m) pada adsorpsi ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia yang teraktivasi. Serbuk gergaji kayu albizia yang diaktivasi menggunakan campuran etanol-toluena dengan perbandingan volume 1:1 menyebabkan harga linearitas isoterm adsorpsi Freundlich meningkat dari 0,7557 menjadi 0,9418. Hasil penelitian ini sejalan dengan hasil penelitian yang dilakukan oleh Setiawan (2004) juga menujukkan bahwa adsorpsi zat warna kationik (methylene blue) dengan serbuk gergaji kayu yang diaktivasi dengan sulfonasi menyebabkan nilai linearitas isoterm adsorpsi Freundlich meningkat dari 0,817 menjadi 0,978. Kapasitas adsorpsi maksimum ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia setelah diaktivasi meningkat dari 1,56 mg/g menjadi 2,21 mg/g. Meningkatnya kapasitas adsorpsi maksimum ion Cr3+ oleh serbuk gergaji setelah diaktivasi diakibatkan oleh berkurangnya zat-zat yang dapat mengganggu seperti lilin, lemak dan pengotor lain yang dapat menghalangi kontak antara gugus aktif pada selulosa, hemiselulosa serta lignin dengan ion Cr3+. Di samping itu adanya pengotor lain yang ada pada pori-pori serbuk gergaji kayu albizia menyebabkan adsorpsi ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia berlangsung tidak maksimal.
28
Data pH larutan yang diukur pada saat sebelum dan sesudah adsorpsi berlangsung, baik pada adsorpsi yang menggunakan serbuk gergaji kayu yang diaktivasi maupun yang tidak diaktivasi menggunakan campuran etanol-toluena (1:1) seperti terlihat pada Lampiran 8, menunjukkan bahwa pH larutan secara umum mengalami peningkatan setelah proses adsorpsi berlangsung. Keadaan ini menunjukkan bahwa larutan CrCl3 setelah mengalami adsorpsi lebih bersifat basa dibandingkan dengan sebelum adsorpsi berlangsung. Hal ini terjadi karena ion Cr3+ yang menurut prinsip HSAB dari
Pearson bersifat asam keras telah
diadsorpsi oleh serbuk gergaji kayu albizia, sehingga sifat asam pada larutan yang telah teradsorpsi tersebut menjadi berkurang. Dari peningkatan harga pH larutan yang telah diadsorpsi juga mengindikasikan kemungkinan pada proses adsorpsi tidak terjadi reaksi penukar kation antara kation H+ pada selulosa dan hemiselulosa yang terdapat pada serbuk gergaji kayu albizia oleh ion Cr3+ pada larutan CrCl3. Adsorpsi ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia terjadi melalui ikatan koordinasi antara kation Cr3+ yang bertindak sebagai ion pusat dan selulosa serta hemiselulosa bertindak sebagai ligan.
29
V. SIMPULAN DAN SARAN
5.1. Simpulan Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan, maka beberapa simpulan yang dapat diperoleh adalah sebagai berikut. 1. Waktu optimum yang diperlukan untuk adsorpsi ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia yang telah diaktivasi menggunakan campuran etanoltoluena adalah 60 jam. 2. Karakteristik adsorpsi ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu yang telah diaktivasi mengikuti pola isoterm adsorpsi Langmuir maupun isoterm adsorpsi Freundlich. Namun demikian, karakteristik adsorpsi ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia yang belum diaktivasi hanya mengikuti pola isoterm adsorpsi Langmuir tetapi tidak mengikuti pola isoterm adsorpsi Freundlich. 3. Kapasitas adsorpsi maksimum ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia yang diaktivasi dengan campuran pelarut etanol-toluena meningkat dari 1,56 mg/g menjadi 2,21 mg/g.
5.2. Saran Penelitian ini diharapkan dapat digunakan di industri-industri yang menggunakan zat-zat yang mengandung krom, sehingga dapat mengurangi pencemaran lingkungan akibat pembuangan limbah krom. Namun demikian masih perlu dilakukan penelitian lanjutan terhadap usaha meningkatkan kapasitas adsorpsi maksimum dari serbuk gergaji kayu, sehingga memperkaya informasi dalam pemanfaatan potensi serbuk gergaji kayu dalam pemanfaatannya sebagai adsorben dalam menanggulangi pencemaran lingkungan akibat limbah cair.
30
DAFTAR PUSTAKA
Achmad H. 2001. Kimia Unsur dan Radiokimia. Bandung, PT Citra Aditya Bakti. Al-Hamdan AZ and Reddy Krishna R. 2006. Geochemical Reconnaissance of Heavy Metals in Kaolin after Electrokinetic Remediation. Journal of Environmental Science and Health. Part A, 41:17–33 Alumaa P, Stainnes E, Kirso U, Petersell V. 2001. Heavy Metal Sorption By Different Estonian Soil Types At Low Equilibrium Solution Concentrations. Proc. Estonian Acad. Sci. Chem., 50,(2): 104–115 Amri A, Supranto M, Fahrurozi. 2004. Kesetimbangan Adsorpsi Optional Campuran Biner Cd(II) dan Cr(III) dengan Zeolit Alam Terimpregnasi 2- merkaptobenzotiazol. Jurnal Natur Indonesia 6(2): 111-117. Ansari R. 2006. Application of Polyaniline and its Composites for Adsorption/Recovery of Chromium (VI) from Aqueous Solutions. Acta Chim. Slov. 53: 88–94 Atkins PW, Shriver DF, and Langford C. 1990. Inorganic Chemistry. Oxford Uniersity Press. Atkins PW. 1999. Kimia Fisika. “Ed ke-2 Kartahadiprojo Irma I, penerjemah; Indarto Purnomo Wahyu, editor. Jakarta Erlanga. Terjemahan dari: Pysical Chemistry. ATSDR. 2000. Toxicological Profile for Chromium. Hair Analysis Panel Discussion. Lexington: 12-13 Juni 2001. The Agency for Toxic Subtances and Disease Registry. www.atdsr.cdc.gov/toxprofile [30 Des 2002] Azhar SS, Ghaniey Liew A, Suhardy D, Hafiz KF, Irfan Hatim MD. 2005. Dye Removal from Aqueous Solution by using Adsorption on Treated Sugarcane Bagasse. American Journal of Applied Sciences 2 (11): 1499-1503 Baig MA, Mehmood B, and Martin A. 2003. Removal Of Chromium From Industrial Effluents By Sand Filtration. Elektronic Journal Of Environmental, Agricultural And Food Chemistry, 2 (3): 374-379 Baroto dan Siradz SA. 2006. Tarap Pencemaran Dan Kandungan Kromium (Cr) Pada Air Dan Tanah Di Daerah Aliran Sungai Code Yogyakarta. Jurnal Ilmu Tanah dan Lingkungan Vol. (2) p: 82-100
31
Bert AE and Chen KT., 1982, Origin and Nature of Selected Inorganic Constituens in Natural Waters, In Water Analysis Inorganic Species (Minar R A and Krith LH., ed,), Vol. 1, Academic Press, New York. Bhattacharya P, Mukherjee AB, Jacks G, Nordqvist S. 2002. Metal contamination at a wood preservation site: characterisation and experimental studies on remediation. The Science of the Total Environment 290: 165–180 Bl!anqueza P, Casasa N, Fontc X, Gabarrella X, Sarr”aa M, Caminalb G, Vicenta T. 2004. Mechanism of textile metal dye biotransformation by Trametes versicolor. Water Research 38: 2166–2172. Castellan GW. 1982 Physical Chemistry. Third Edition. New York: General Graphic Servies Covelo EF at al. 2006. Heavy metal adsorption and desorption by a Eutric Regosol and a Distric Regosol. Geophysical Research Abstracts, Vol. 8, 04553 Fengel D dan Wegener G. 1995. Kayu: Kimia, Ultrastruktur, Reaksi-reaksi.“Ed ke-1. Harjono Sastroamidjoyo penerjemah: Soenardi Prawirohatmodjo, penyunting. Gajah mada University Press. Terjemahan dari: Wood: Chemistry, Ultrastructure, reactions. Gupta S dan Babu B. 2006. Adsorption of Cr(VI) by Low-Cost Adsorbent Prepared Neem Leaves. Di dalam: Babu BV and Ramakrisnha V, editor. Environmental Engineering. Proceeding of National Conference on Environmental Conservation (NCEC-2006). 1-3 sep 2006. hlm. 175-180. Igwe JC and Abia AA. 2006. A Bioseparation Process For Removing Heavy Metals From Waste Water Using Biosorbents. African Journal of Biotechnology Vol. 5 (12), pp. 1167-1179. Kadirvelu K, Thamaraiselvi K, Narmasivayam C. 2001. Removal Of Heavy Metals From Industrial Wastewaters By Adsorption Onto Activated Carbon Prepared From An Agricultural Solid Waste. Bioresource Technology 76: 63-65 Kaim W and Schwederski B. 1994. Bioinorganic Chemistry: Inorganic Elements in the Chemistry of Life. John Wiley & Sons. Khasani SI. 2001. Lembar Data Keselamatan Bahan. Vol. IV. Bandung: Pusat Penelitian Kimia. Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia. Khopkar SM. 2007. Konsep Dasar Kimia Analitik. A. Saptorahardjo, Penerjemah. Jakarta UI Press
32
Krim L, Sahmoune N, and Goma B. 2006. Kinetics of Chromium Sorption on Biomass Fungi from Aqueous Solution. American Journal of Environmental Sciences 2 (1): 31-36. Mahvi AH, Nabizadeh R, Gholami F, and Khairi A. 2007. Adsorption Of Chromium From Wastewater By Platanus Orientalis Leaves. Iran. J. Environ. Health. Sci. Eng., Vol. 4, No. 3, pp. 191-196 Mamaril JC, Paner ET, Alpante BM. 1997. Biosorpsi and Desorption of Chromium (III) by Free and Immobilized Rhizobium (BJ Vr 12) cell Biomess. Biodegradation 8: 275-285. Martawijaya A, Kartasujana I, Mandang YI, Prawira SA, Kadir K. 1989. Atlas Kayu Indonesia Jilid II. Departemen Kehutanan Badan Penelitian dan Pengembangan Kehutanan Bogor-Indonesia. Masduqi A. 2004. Penurunan Senyawa Fosfat Dalam Air Limbah Buatan Dengan Proses Adsorpsi Menggunakan Tanah Haloisit. Majalah IPTEK - Vol. 15, No. 1: hal 47-53 McKay G, Porter JF and Prasad GR. 1999. Removal of dye colours from aqeouse solution by adsorption on low-cost materials. Water air and soil pollution. 114 hal 423-438. Mulyatna L, Hary P, dan Umi KN. 2003. Pemilihan Persamaan Adsorpsi Kulit Kacang Tanah Terhadap Zat Warna Remazol Golden Yellow 6. INFOMATEK Vol. 5. Nomor 3. hal. 131-143. Nur Hadi et al. 2005. Simultanius Adsoption of a Mixture of Paraquat and Dye by NaY Zeolite Covered with Alkylsilane. Journal of Hazardous Materials B117: 35-40. Oscik J & Cooper IL. 1994. Adsorption. Ellis Horwood Publisher, Ltd. Chichester. Pearson RG. 1963. Hard and soft acids and bases. J.Am.Soc. 85: 3533-3539. Redhana IW. 1994. Penentuan Isoterm Adsorpsi Amonia dalam Larutan Air oleh Karbon Aktif pada Suhu Kamar. Laporan Penelitian (Tidak diterbitkan) Program Pra-S2 Kimia Pascasarjana. ITB. Rehman H, Shakirullah M, Ahmad I, Shah S, and Hameedullah. 2006. Sorption Studies of Nickel Ions onto Sawdust of Dalbergia sissoo. Journal of the Chinese Chemical Society 53, 1045-1052 Rios JP, Bess-Oberto L, Tiemann KJ, and Gardea-Torresdey. 1999. Investigation of Metal Ion Binding by Agricultural by Products. Proceedings of the 1999 Conference on Hazardous Waste Research
33
Rivera-Utrilla J, S!anchez-Polo M. 2003. Adsorption of Cr(III) on ozonised activated carbon.Importance of Cp—cation interactions. Water Research 37, 3335–3340 Rohaeti E. 2007. Pencegahan Pencemaran Lingkungan Oleh Logam Berat Krom Limbah Cair Penyamakan Kulit (Studi Kasus Di Kabupaten Bogor). Disertasi. Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian Bogor. Sajidu SMI, Henry EMT, Persson I, Masamba WRL, and Kayambazinthu D. 2006. pH Dependence of Sorption of Cd2+, Zn2+, Cu2+ and Cr3+ on Crude Water and Sodium Chloride Exstracts of Moringa stenopetala and Moringa oleifera. African journal of Biotechnology Vol.5 (23), pp. 2397-2401 Senin HB, Subhi O, Rosliza R, Kancono N, Azhar MS, Hasiah S, and Wan Nik WB. 2005. Role of Sawdust In The Removal of Iron From Aqueous Solution. AJSTD Vol. 23 Issue 3 pp. 223-229. Setiawan HA, Wiloso, EI, Soleha V, Barliati IF, Anggraeni. 2004. Peningkatan kemampuan Daya serap Sorben Serbuk Gergaji Kayu Albizia dengan Pengsulfonasi dan Pengujiannya dengan Zat Warna Tekstil Kationik, Alcheny Vol.3, Hal. 10-15. Suhendrayatna 2001. Bioremoval logam berat dengan menggunakan microorganisme: suatu kajian kepustakaan. Disampaikan pada seminar on-Air Bioteknologi untuk Indonesia Abad 21. 1-14 Februari 2001. Sinergy Forum-PPI Tokyo Institute of Technology Sutrisno T, Eni Suciastuti. 2002. Teknologi Penyediaan Air Bersih. Penerbit Rineka Cipta. Terada K, Matsumoto K & Kimura H. 1983. Sorption Of Copper(II) By Some Complexing Agents Loaded On Varioussupport. Anal. Chim. Acta 153: 273-247. Tutem E, Sozgen K, Babacan E. 2001. Individual And Simultaneous Determinaton Of Cr6+ And Mo6+ In Binery Mixture By Spectrophotometry And First-Derivative Spectrophotometry. Analytical Science. 17:857-860. Venkateswarlu P, Venkata Ratman M, Subba Rao D, and Vankateswara Raos M. 2007. Removal of chromium from an aqueous solution using Azadirachta indica (neem) leaf powder as an adsorbent. International Journal of Physical Sciences Vol. 2 (8), pp. 188-195. Welz B. 1985. Atomic Absorption Spectrometry. Second Edition.
34
Yantri Ni Ketut. 1998. Pemanfaatan Jerami Padi (Oryza Sativa) Sebagai Bahan Penyerap Ion Cu2+, Cd2+ Dan Pb2+ Pada Limbah Pencelupan Perusahaan Garmen. Skripsi. PSP Kimia Jurusan MIPA. STKIP Negeri Singaraja.
1
I. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Limbah cair sebagai hasil samping dari aktivitas industri sering menimbulkan permasalahan bagi lingkungan (Krim et al. 2006). Limbah cair tersebut mengandung bahan-bahan berbahaya dan beracun yang keberadaannya dalam perairan dapat menghalangi sinar matahari menembus lingkungan akuatik, sehingga mengganggu proses-proses biologi yang terjadi di dalamnya, di samping itu juga mengganggu estetika badan perairan akibat munculnya bau busuk. Pencemaran air oleh logam-logam berat dapat berasal dari proses-proses industri seperti industri metalurgi, industri penyamakan kulit, industri pembuatan fungisida, industri cat dan zat warna tekstil (Redhana 1994). Zat pencemar berupa logam-logam berat merupakan masalah yang lebih serius dibandingkan dengan polutan organik karena ion-ion logam berat merupakan racun bagi organisme serta sangat sulit diuraikan secara biologi maupun kimia. Logam krom (Cr) adalah salah satu jenis polutan logam berat yang bersifat toksik, dalam tubuh logam krom biasanya berada dalam keadaan sebagai ion Cr3+. Krom dapat menyebabkan kanker paru-paru, kerusakan hati (liver) dan ginjal (Kaim and Schwederski 1994). Jika kontak dengan kulit menyebabkan iritasi dan jika tertelan dapat menyebabkan sakit perut dan muntah (Khasani 2001). Usaha-usaha yang dilakukan untuk mengurangi kadar pencemar pada perairan biasanya dilakukan melalui kombinasi proses biologi, fisika dan kimia. Pada proses fisika, dilakukan dengan mengalirkan air yang tercemar ke dalam bak penampung yang telah diisi campuran pasir, kerikil serta ijuk. Hal ini lebih ditujukan untuk mengurangi atau menghilangkan kotoran-kotoran kasar dan penyisihan lumpur. Pada proses kimia, dilakukan dengan menambahkan bahanbahan kimia untuk mengendapkan zat pencemar misalnya persenyawaan karbonat (Sutrisno 2002). Di samping itu, pengurangan zat pencemar secara kimia juga sering dilakukan dengan menggunakan bahan-bahan yang dapat menjerap zat-zat pencemar seperti karbon aktif, biomassa sel, dan lempung. Lempung dapat digunakan sebagai adsorben untuk menjerap senyawa fosfat dari air limbah (Masduqi 2004). Sementara itu, Amri et al. (2004) melaporkan bahwa zeolit alam
2
terimpregnasi 2-merkaptobenzotiazol dapat digunakan untuk menjerap ion Cd (II) dan Cr (III). Beberapa bahan lain yang telah digunakan sebagai penjerap adalah karbon aktif, lempung, dan batu cadas. Namun, bahan-bahan tersebut relatif sulit diperoleh dan karbon aktif mempunyai harga yang cukup mahal. Oleh karena itu, penelusuran terhadap material baru yang lebih murah, mudah didapat serta mempunyai daya adsorpsi besar sangat perlu diupayakan. Bahan-bahan alam organik yang mempunyai gugus hidroksil (-OH) dapat dipakai untuk mengadsorpsi ion-ion logam berat (Yantri 1998). Kulit kacang tanah yang mengandung selulosa dapat digunakan sebagai adsorben untuk mengadsorpsi zat warna Remazol Golden Yellow 6 yang merupakan zat warna reaktif kelas azo dan termasuk golongan vinilsulfon (Mulyatna et al. 2003). Gupta dan Bahu (2006) juga melaporkan daun mimba dapat digunakan sebagai penjerap krom dengan kapasitas serapan maksimum 10 mg/g. Serbuk gergaji kayu mengandung komponen-komponen kimia seperti selulosa, hemiselulosa, lignin dan zat ekstraktif. Terdapatnya selulosa dan hemiselulosa menjadikan serbuk gergaji kayu berpotensi untuk digunakan sebagai bahan penjerap. Serbuk gergaji kayu sebagai hasil samping dari industri gergaji kayu sampai saat ini hanya sebagian kecil saja dimanfaatkan oleh masyarakat, seperti digunakan dalam pembuatan batu-bata, industri keramik, campuran dalam pembuatan pupuk organik, sedangkan selebihnya terbuang secara percuma. Pemanfaatan serbuk gergaji kayu sebagai bahan material penjerap merupakan salah satu teknologi yang murah karena bahan bakunya mudah didapat mengingat negara Indonesia merupakan negara yang memiliki hutan yang sangat luas. Rehmen et al. (2006) melaporkan bahwa, serbuk gergaji kayu dapat digunakan sebagai adsorben untuk menjerap ion nikel. Sementara itu, McKay at al (1999) melaporkan serbuk gergaji kayu mempunyai kemampuan untuk menjerap zat warna safranin sebesar 1119 ppm. Namun dalam penelitian tersebut tidak disebutkan jenis kayu yang dipakai sebagai penjerap zat warna safranin. Setiawan at al (2004) juga melaporkan kemampuan mengadsorpsi zat warna kationik oleh serbuk gergaji kayu albizia dapat ditingkatkan dengan memodifikasi gugus aktif permukaan menggunakan gugus sulfonat. Dari hasil penelitian tersebut, serbuk gergaji albizia yang tersulfonasi kapasitas jerapannya mengalami
3
peningkatan dua kali lebih besar dibandingkan dengan kapasitas jerapan serbuk gergaji kayu albizia alami. Dalam penelitian ini, penulis mencoba mempelajari daya adsorpsi serbuk gergaji kayu terhadap ion logam krom (Cr3+) melalui studi laboratorium. Serbuk gergaji kayu yang digunakan adalah serbuk gergaji kayu albizia ukuran 40 mesh yang sebelumnya diberikan perlakuan berbeda yaitu tanpa diaktivasi dan diaktivasi menggunakan pelarut campuran etanol-toluena (1:1). Daya adsorpsi maksimum terhadap ion logam Cr3+ dari serbuk gergaji kayu albizia tersebut dibandingkan secara deskriptif. Aktivasi dilakukan dengan cara ekstraksi Soxlet menggunakan pelarut campuran etanol-toluena (1:1) untuk menghilangkan zat ekstraktif seperti lemak dan lilin yang dapat menghalangi kontak antara adsorbat (ion logam) dengan permukaan penjerap (adsorben). Adsorpsi molekul atau ion pada permukaan padatan umumnya hanya terbatas pada satu lapisan (monolayer). Dengan demikian adsorpsi tersebut biasanya mengikuti persamaan isoterm adsorpsi Langmuir atau Freundlich. Dengan menggunakan persamaan isoterm adsorpsi Langmuir atau Freundlich, dapat ditentukan karakteristik jerapan dan daya adsorpsi maksimum ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia. Hasil penelitian ini diharapkan menjadikan sebagai salah satu informasi untuk memperkaya sumber-sumber bahan penjerap dalam usaha menanggulangi limbah-limbah cair yang mengandung logam-logam berat.
1.2. Perumusan Masalah Berdasarkan uraian dalam latar belakang tersebut, permasalahan yang akan dicarikan pemecahan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Berapakah waktu optimal yang diperlukan untuk adsorpsi ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia jika tidak diaktivasi dan diaktivasi menggunakan campuran etanol-toluena (1:1)? 2. Bagaimana karakteristrik adsorpsi ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia? 3. Berapakah daya adsorpsi maksimum ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia jika tidak diaktivasi dan diaktivasi menggunakan campuran etanol-toluena (1:1)?
4
1.3. Tujuan Penelitian Tujuan umum penelitian ini adalah untuk menelusuri sumber-sumber material yang murah, mudah didapat serta berpotensi untuk digunakan sebagai bahan penjerap limbah cair yang mengandung logam berat. Secara khusus tujuan penelitian ini adalah: 1. Untuk mengetahui waktu optimal yang diperlukan pada adsorpsi ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia yang tidak diaktivasi dan yang diaktivasi menggunakan campuran etanol-toluena (1:1) 2. Untuk mengetahui karakteristrik adsorpsi ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia 3. Untuk mengetahui daya adsorpsi maksimum ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia yang tidak diaktivasi dan yang diaktivasi menggunakan etanol-toluena (1:1)
1.4. Manfaat Penelitian Penelitian ini nantinya memberikan informasi tentang daya adsorpsi Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia. Selanjutnya, penelitian ini pula diharapkan dapat memperkaya sumber-sumber bahan penjerap yang dapat dipakai untuk menangani limbah cair yang mengandung logam-logam berat yang sering menjadi permasalahan bagi lingkungan.
5
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Komponen Kimia Kayu Kayu sebagian besar tersusun atas tiga unsur yaitu unsur C, H dan O. Unsur-unsur tersebut berasal dari udara berupa CO2 dan dari tanah berupa H2O. Namun, dalam kayu juga terdapat unsur-unsur lain seperti N, P, K, Ca, Mg, Si, Al dan Na. Unsur-unsur tersebut tergabung dalam sejumlah senyawa organik, secara umum dapat dibedakan menjadi dua bagian (Fengel dan Wegener 1995) yaitu: 1. Komponen lapisan luar yang terdiri atas fraksi-fraksi yang dihasilkan oleh kayu selama pertumbuhannya. Komponen ini sering disebut dengan zat ekstraktif. Zat ekstraktif ini adalah senyawaan lemak, lilin, resin dan lain-lain. 2. Komponen lapisan dalam terbagi menjadi dua fraksi yaitu fraksi karbohidrat yang terdiri atas selulosa dan hemiselulosa, fraksi non karbohidrat yang terdiri dari lignin.
Selulosa dan Hemiselulosa Selulosa merupakan senyawa organik yang terdapat pada dinding sel bersama lignin berperan dalam mengokohkan struktur tumbuhan. Selulosa pada kayu umumnya berkisar 40-50%, sedangkan pada kapas hampir mencapai 98%. Selulosa terdiri atas rantai panjang unit-unit glukosa yang terikat dengan ikatan 14β-glukosida.
CH2O O
H H
H
OH
OH
H
CH2O
H
O
H
H
OH O
.
H H
O H
CH2O
O
H
H H
-
OH
O
H OH
H
OH
n
Selulosa Hemiselulosa adalah polimer polisakarida heterogen tersusun dari unit Dglukosa, D-manosa, L-arabiosa dan D-xilosa. Hemiselulosa pada kayu berkisar antara 20-30%. Dilihat dari strukturnya, selulosa dan hemiselulosa mempunyai
6
potensi yang cukup besar untuk dijadikan sebagai penjerap karena gugus OH yang terikat dapat berinteraksi dengan komponen adsorbat. Adanya gugus OH, pada selulosa dan hemiselulosa menyebabkan terjadinya sifat polar pada adsorben tersebut. Dengan demikian selulosa dan hemiselulosa lebih kuat menjerap zat yang bersifat polar dari pada zat yang kurang polar. Mekanisme jerapan yang terjadi antara gugus -OH yang terikat pada permukaan dengan ion logam yang bermuatan positif (kation) merupakan mekanisme pertukaran ion sebagai berikut (Yantri 1998). Y
OH + M+
YO
M + H+
YO Y
OH + M2+
M + 2 H+ YO
M+ dan M2+ adalah ion logam, -OH adalah gugus hidroksil dan Y adalah matriks tempat gugus -OH terikat. Interaksi antara gugus -OH dengan ion logam juga memungkinkan melalui mekanisme pembentukan kompleks koordinasi karena atom oksigen (O) pada gugus -OH mempunyai pasangan elektron bebas, sedangkan ion logam mempunyai orbital d kosong. Pasangan elektron bebas tersebut akan menempati orbital kosong yang dimiliki oleh ion logam, sehingga terbentuk suatu senyawa atau ion kompleks. Menurut Terada et al. (1983) ikatan kimia yang terjadi antara gugus aktif pada zat organik dengan molekul dapat dijelaskan sebagai perilaku interaksi asam-basa Lewis yang menghasilkan kompleks pada permukaan padatan. Pada sistem adsorpsi larutan ion logam, interaksi tersebut dalam bentuk umum ditulis: [GH] + Mz+ ↔ [GM(z-1)]+ + H+ 2[GH] + Mz+ ↔ [G2M(z-2)]+ + 2H+ dengan GH adalah gugus fungsional yang terdapat pada zat organik, dan M adalah ion bervalensi z.
7
2.2. Adsorpsi Salah satu metode yang digunakan untuk menghilangkan zat pencemar dari air limbah adalah adsorpsi (Rios et al. 1999 dan Saiful et al. 2005). Adsorpsi merupakan terjerapnya suatu zat (molekul atau ion) pada permukaan adsorben. Mekanisme penjerapan tersebut dapat dibedakan menjadi dua yaitu, jerapan secara fisika (fisisorpsi) dan jerapan secara kimia (kemisorpsi). Pada proses fisisorpsi gaya yang mengikat adsorbat oleh adsorben adalah gaya-gaya van der Waals. Molekul terikat sangat lemah dan energi yang dilepaskan pada adsorpsi fisika relatif rendah sekitar 20 kJ/mol (Castellan 1982). Sedangkan pada proses adsorpsi kimia, interaksi adsorbat dengan adsorben melalui pembentukan ikatan kimia. Kemisorpsi terjadi diawali dengan adsorpsi fisik, yaitu partikel-partikel adsorbat mendekat ke permukaan adsorben melalui gaya van der Waals atau melalui ikatan hidrogen. Kemudian diikuti oleh adsorpsi kimia yang terjadi setelah adsorpsi fisika. Dalam adsorpsi kimia partikel melekat pada permukaan dengan membentuk ikatan kimia (biasanya ikatan kovalen), dan cenderung mencari tempat yang memaksimumkan bilangan koordinasi dengan substrat (Atkins 1999).
2.2.1. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Adsorpsi Kekuatan interaksi adsorbat dengan adsorben dipengaruhi oleh sifat dari adsorbat maupun adsorbennya. Gejala yang umum dipakai untuk meramalkan komponen mana yang diadsorpsi lebih kuat adalah kepolaran adsorben dengan adsorbatnya. Apabila adsorbennya bersifat polar, maka komponen yang bersifat polar akan terikat lebih kuat dibandingkan dengan komponen yang kurang polar. Kekuatan interaksi juga dipengaruhi oleh sifat keras-lemahnya dari adsorbat maupun adsorben. Sifat keras untuk kation dihubungkan dengan istilah polarizing power cation, yaitu kemampuan suatu kation untuk mempolarisasi anion dalam suatu ikatan. Kation yang mempunyai polarizing power cation besar cenderung bersifat keras. Sifat polarizing power cation yang besar dimiliki oleh ion-ion logam dengan ukuran (jari-jari) kecil dan muatan yang besar. sebaliknya sifat polarizing power cation yang rendah dimiliki oleh ion-ion logam dengan ukuran besar namun muatannya kecil, sehingga diklasifikasikan ion lemah.
8
Sedangkan
pengertian
keras
untuk
anion
dihubungkan
dengan
istilah
polarisabilitas anion yaitu, kemampuan suatu anion untuk mengalami polarisasi akibat medan listrik dari kation. Anion bersifat keras adalah anion berukuran kecil, muatan besar dan elektronegativitas tinggi, sebaliknya anion lemah dimiliki oleh anion dengan ukuran besar, muatan kecil dan elektronegatifitas yang rendah. Ion logam keras berikatan kuat dengan anion keras dan ion logam lemah berikatan kuat dengan anion lemah (Atkins at al. 1990). Pearson (1963) mengklasifikasikan asam-basa Lewis menurut sifat keras dan lemahnya. Menurut Pearson, situs aktif pada permukaan padatan dapat dianggap sebagai ligan yang dapat mengikat logam secara selektif. Logam dan ligan dikelompokkan menurut sifat keras dan lemahnya berdasarkan pada polarisabilitas unsur. Pearson (1963) mengemukakan suatu prinsip yang disebut Hard and Soft Acid Base (HSAB). Ligan-ligan dengan atom yang sangat elektronegatif dan berukuran kecil merupakan basa keras, sedangkan ligan-ligan dengan atom yang elektron terluarnya mudah terpolarisasi akibat pengaruh ion dari luar merupakan basa lemah. Sedangkan ion-ion logam yang berukuran kecil namun bermuatan positip besar, elektron terluarnya tidak mudah dipengaruhi oleh ion dari luar, ini dikelompokkan ke dalam asam keras, sedangkan ion-ion logam yang berukuran besar dan bermuatan kecil atau nol, elektron terluarnya mudah dipengaruhi oleh ion lain, dikelompokkan ke dalam asam lemah. Pengelompokan asam-basa menurut prinsip HSAB Pearson dapat dilihat pada Tabel 1. Menurut prinsip HSAB, asam keras akan berinteraksi dengan basa keras untuk membentuk kompleks, begitu juga asam lemah dengan basa lemah. Interaksi asam keras dengan basa keras merupakan interaksi ionik, sedangkan interaksi asam lemah dengan basa lemah, interaksinya lebih bersifat kovalen. Ion krom (Cr3+) merupakan kation yang bersifat asam keras, sehingga akan berinteraksi secara kuat dengan anion-anion yang bersifat basa keras seperti dengan OH-. Selulosa mempunyai banyak gugus -OH, dengan demikian selulosa akan mengikat ion krom secara kuat. Ikatan antara ion Cr3+ dengan -OH pada selulosa melalui pembentukan ikatan koordinasi, di mana pasangan elektron bebas dari O pada -OH akan menempati orbital kosong yang dimiliki oleh Cr3+, sehingga terbentuk kompleks terkoordinasi.
9
Tabel 1 Asam dan basa beberapa senyawa dan ion menurut prinsip HSAB dari Pearson. Asam Basa Keras
Madya
Lemah
Keras
Madya
Lemah
H+, Li+, Na+, K+, Mg2+, Ca2+, Al3+, Cr3+, Co3+, Fe3+ , CH3Sn3+, Si4+, Ti4+, RCO+, CO2, NC+, HX (molekul dengan ikatan hidrogen)
Fe2+, Co2+, Ni2+, Pb2+, Zn2+, Cu2+, Sn2+, B(CH3)3, SO2, NO+, R3C+, C6H5+
Cu+,Ag+, Au+, Ti+, Cd2+, Hg+, CH3Hg+, Co(CN)52 , I+, Br+, HO+, (atom logam) CH2
H2O,OH-, F-, CH3CO2-, PO43-, Cl-, ClO4-, ROH, RO, SO4-, NO3-, NH3, RNH2, N2H4
C6H5NH2, NO2-, SO32-, Br-, C5H5N, N3-, N2
R2S, RSH, RS-, I-, SCN-, R3P, R3As, (RO)3P, CN-, RCN, CO, C2H4, S2O32-, C6H6, H-, R-
Porositas adsorben juga mempengaruhi daya adsorpsi dari suatu adsorben. Adsorben dengan porositas yang besar mempunyai kemampuan menjerap yang lebih tinggi dibandingkan dengan adsorben yang memilki porositas kecil. Untuk meningkatkan porositas dapat dilakukan dengan mengaktivasi secara fisika seperti mengalirkan uap air panas ke dalam pori-pori adsorben, atau mengaktivasi secara kimia. Salah satu cara mengaktivasi adsorben secara kimia adalah aktivasi selulosa melalui penggantian gugus aktif -OH pada selulosa dengan gugus HSO3melalui proses sulfonasi. Selulosa yang teraktivasi dengan cara sulfonasi memberikan daya adsorpsi yang meningkat dua kali lipat dibandingkan daya adsorpsi selulosa yang tidak diaktivasi (Setiawan et al. 2004) Jumlah zat yang diadsorpsi pada permukaan adsorben merupakan proses berkesetimbangan, sebab laju peristiwa adsorpsi disertai dengan terjadinya desorpsi. Pada awal reaksi, peristiwa adsorpsi lebih dominan dibandingkan dengan peristiwa desorpsi, sehingga adsorpsi berlangsung cepat. Pada waktu tertentu peristiwa adsorpsi cendung berlangsung lambat, dan sebaliknya laju desorpsi cendrung meningkat. Waktu ketika laju adsorpsi adalah sama dengan laju desorpsi sering disebut sebagai keadaan berkesetimbangan. Pada keadaan berkesetimbangan tidak teramati perubahan secara makroskopis. Waktu
10
tercapainya keadaan setimbang pada proses adsorpsi adalah berbeda-beda, Hal ini dipengaruhi oleh jenis interaksi yang terjadi antara adsorben dengan adsorbat. Secara umum waktu tercapainya kesetimbangan adsorpsi melalui mekanisme fisika (fisisorpsi) lebih cepat dibandingkan dengan melalui mekanisme kimia atau kemisorpsi (Castellans 1982)
2.2.2. Persamaan Isoterm Adsorpsi Langmuir Isoterm adsorpsi Langmuir didasarkan atas beberapa asumsi, yaitu (a) adsorpsi hanya terjadi pada lapisan tunggal (monolayer), (b) panas adsorpsi tidak tergantung pada penutupan permukaan, dan (c) semua situs dan permukaannya bersifat homogen (Oscik J 1994). Persamaan isoterm adsorpsi Langmuir dapat diturunkan secara teoritis dengan menganggap terjadinya kesetimbangan antara molekul-molekul zat yang diadsorpsi pada permukaan adsorben dengan molekulmolekul zat yang tidak teradsorpsi. Persamaan isoterm adsorpsi Langmuir dapat dituliskan sebagai berikut. C 1 1 C = + x / m ( x / m) mak k ( x / m) mak
............................................................... (1)
C merupakan konsentrasi adsorbat dalam larutan, x/m adalah konsentrasi adsorbat yang terjerap per gram adsorben, k adalah konstanta yang berhubungan dengan afinitas adsorpsi dan (x/m)mak adalah kapasitas adsorpsi maksimum dari adsorben. Kurva isoterm adsorpsi Langmuir dapat disajikan seperti pada Gambar 1.
x/m
C Gambar 1 Kurva isoterm adsorpsi Langmuir
11
2.2.3. Persamaan Isoterm Adsorpsi Freundlich Persamaan isoterm adsorpsi Freundlich didasarkan atas terbentuknya lapisan monolayer dari molekul-molekul adsorbat pada permukaan adsorben. Namun pada adsorpsi Freundlich situs-situs aktif pada permukaan adsorben bersifat heterogen. Persamaan isoterm adsorpsi Freundlich dapat dituliskan sebagai berikut. Log (x/m) = log k + 1/n log c............................................................................ ..(2), sedangkan kurva isoterm adsorpsinya disajikan pada Gambar 2.
Log x/m
Log C Gambar 2 Kurva isoterm adsorpsi Freundlich
2.3. Logam Krom dan Keberadaannya Logam krom merupakan logam golongan transisi, diketemukan di alam sebagai bijih terutama kromit (Fe(CrO2)2). Krom merupakan elemen berbahaya di permukaan bumi dan dijumpai dalam kondisi oksida antara Cr(II) sampai Cr(VI). Krom bervalensi tiga umumnya merupakan bentuk yang umum dijumpai di alam, dan dalam material biologis krom selalu berbentuk valensi tiga, karena krom valensi enam merupakan salah satu material organik pengoksidasi yang tinggi (Suhendrayatna 2001). Krom valensi tiga memiliki sifat racun yang rendah dibandingkan dengan valensi enam. Pada bahan makanan dan tumbuhan mobilitas krom relatif rendah dan diperkirakan konsumsi harian komponen ini pada manusia dibawah 100 μg, kebanyakan berasal dari makanan, sedangkan dari air dan udara dalam tingkat yang rendah. Dalam perairan, krom berada pada bilangan oksidasi +2, +3, dan +6, dan hanya +6 merupakan tingkat oksidasi yang paling dominan. Ion kromos (Cr2+) merupakan krom tingkat oksidasi +2, bersifat tidak stabil, dan jumlahnya relatif
12
sedikit. Cr2+ dengan cepat teroksidasi ke tingkat oksidasi +3 yang lebih stabil dalam lingkungan aerobik. Di samping itu, sebagai Cr(OH)2, Cr2+ akan mengendap dalam air pada pH mendekati 6. Dengan demikian krom tingkat oksidasi +3 dan +6 lebih banyak berperan dalam lingkungan perairan (Bert,1982). Senyawa Cr(III) dan Cr(VI) sering dipakai untuk bahan pelapis logam lain agar lebih tahan korosi dan kelihatan lebih baik. Selain itu senyawa Cr(III) dan Cr(VI) juga dipakai sebagai bahan pembuatan cat, pewarna tekstil dan lain-lain. Dalam zat warna tekstil jenis Grey Lanaset G mengandung krom (III) sebesar 2,5 % sebagai senyawa kompleks organologam (Blanques et al. 2004). Krom (VI) lebih mudah diserap oleh tubuh dibandingkan dengan Cr(III). Namun, setelah di dalam tubuh Cr(VI) segera mengalami reduksi menjadi Cr(III) (ATSDR, 2000). Keterdapatan Cr(III) dalam tubuh dapat menyebabkan kanker paru-paru. Proses penjerapan krom oleh tubuh dan dampaknya bagi kesehatan disajikan pada Gambar 3 (Kaim and Schwederski 1994). ruang membran ruang membran extra seluler sel intra seluler inti kompleks Cr(III)
kompleks Cr(III)
Reduksi CrO4=
reduksi
CrO4=
kompleks Cr(III) reduksi CrO4=
inti sel kompleks Cr(III) DNA atau protein perbaikan replikasi DNA kesalahan Mutasi DNA
kanker Gambar 3 Diagram masuknya krom dalam tubuh Senyawa krom dalam bentuk Cr2(SO4)3 banyak digunakan dalam aplikasi komersial termasuk penyamakan kulit, pengawetan kayu, dan produksi pigmen. Hampir 90% industri penyamakan kulit menggunakan krom trivalen dalam proses penyamakan karena efektif, murah, dan tersedia di pasaran. Menurut Tutem et al. (2001), selama proses produksi, krom dalam jumlah besar dibuang ke atmosfir, tanah, dan air. Oleh karena itu, limbah penyamakan kulit diolah untuk
13
memperoleh krom, sehingga krom dapat digunakan kembali pada proses penyamakan kulit.
2.4. Spektrofotometer Serapan Atom Spektrofotometer serapan atom (SSA) ditujukan untuk analisis kuantitatif terhadap unsur-unsur logam. Alat ini memiliki sensitivitas yang sangat tinggi, sehingga sering dijadikan sebagai pilihan utama dalam menganalisis unsur logam yang konsentrasinya sangat kecil (ppm bahkan ppb). Prinsip dasar pengukuran dengan SSA adalah penyerapan energi (sumber cahaya) oleh atom-atom dalam keadaan dasar menjadi atom-atom dalam keadaan tereksitasi. Pembentukan atomatom dalam keadaan dasar atau proses atomisasi pada umumnya dilakukan dalam nyala. Cuplikan sampel yang mengandung logam M sebagai ion M+ dalam bentuk larutan garam M+ dan A- akan melalui serangkaian proses dalam nyala, sebelum akhirnya menjadi atom logam dalam keadaan dasar M0 seperti terlihat pada Gambar 4. Atom-atom dalam keadaan dasar (Mo) akan menyerap energi sumber energi berupa lampu katode berongga, yang mana jumlah energi yang diserap adalah sebanding dengan populasi atau konsentrasi atom-atom dalam sampel (Welz 1985). M+ + A- (larutan) M+ + A- (aerosol) MA (padat) MA (cair) MA (gas) Mo + Ao (gas) Mo (gas) Gambar 4 Proses atomisasi Penentuan konsentrasi unsur logam dalam sampel dapat dilakukan dengan bantuan kurva kalibrasi yang merupakan aluran antara absorbansi terhadap
14
konsentrasi larutan standar. Hal ini sesuai dengan Hukum Lambert-Beer yang menyatakan bahwa jumlah energi yang diserap (absorbansi) adalah sebanding dengan konsentrasi ( C ) (Khopkar 2003).
Abs
C Gambar 5 Kurva kalibrasi
15
III. METODE PENELITIAN 3.1. Rancangan Penelitian Penelitian ini termasuk penelitian deskriptif mengenai daya adsorpsi dari serbuk gergaji kayu albizia yang tidak diaktivasi dan yang diaktivasi menggunakan pelarut campuran etanol-toluena (1:1). Serbuk gergaji kayu albizia diambil dari industri penggergajian kayu yang berlokasi di Desa Mas, Kecamatan Ubud, Kabupaten Gianyar. Secara garis besarnya tahapan penelitian ini dapat disajikan dalam rancangan penelitian pada Gambar 6.
Serbuk gergaji kayu albizia ukuran 40 mesh
dicuci dengan aquades diekstraksi dengan etanol-toluena (1:1) selama 3 jam (± 20 sirkulasi)
dikeringkan dalam oven pada 50oC 2 jam (bobot tetap)
dikeringkan dalam oven pada 50oC 2 jam (bobot tetap) Blangko. Adsorben (serbuk gergaji kayu) dalam 50 mL Aquades
Penentuan waktu kontak. adsorben (serbuk gergaji) dalam 50 mL larutan Cr3+ dengan konsentrasi (60 ppm) dalam selang waktu 12, 24, 36, 48, 60, dan 72 jam
Penentuan daya jerap maksimum adsorben (serbuk gergaji) dalam 50 mL larutan Cr3+ dengan konsentrasi bervariasi (20-120 ppm) selama waktu kontak maksimum
disaring residu
filtrat
Konsentrasi Cr(III) diukur menggunakan SSA
Hitung Cr(III) terjerap
Gambar 6 Rancangan Penelitian
Konsentrasi Cr(III) sebelum penjerapan
16
3.2. Subyek dan Obyek Penelitian Subyek dalam penelitian ini adalah serbuk gergaji kayu albizia yang diambil dari industri gergajian kayu di Desa Mas, Kecamatan Ubud, Kabupaten Gianyar Propinsi Bali. Sedangkan obyeknya adalah (1) waktu optimal yang diperlukan untuk adsorpsi ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia yang tidak diaktivasi dan diaktivasi menggunakan campuran etanol-toluena (1:1), (2) karakteristik adsorpsi ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia, dan (3) daya adsorpsi maksimum ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia.
3.3. Prosedur Penelitian Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Jurusan Kimia, Fakultas MIPA Universitas Pendidikan Ganesha Singaraja, dari bulan Nopember 2007 sampai dengan bulan Mei 2008. Tahapan-tahapan penelitian ini adalah meliputi dua tahapan, yaitu tahap persiapan dan tahap pelaksanaan penelitian.
3.3.1. Tahap Persiapan 3.3.1.1. Penyediaan Alat dan Bahan Peralatan utama yang digunakan dalam penelitian ini adalah SSA model AA-6300 merek Shimadzu, oven, seperangkat alat Soxlet, dan neraca, serta beberapa peralatan tambahannya seperti batang pengaduk, gelas piala, labu ukur, pengocok (shaker), dan ayakan ukuran 40 mesh, sedangkan bahan-bahan kimia yang digunakan antara lain : CrCl3.6H2O, toluena, etanol, kertas saring, aquades dan serbuk gergaji kayu albizia.
3.3.1.2. Pencucian Serbuk Gergaji Kayu Albizia Serbuk gergaji kayu albizia ditimbang 50 gram ukuran 40 mesh, dimasukkan dalam gelas piala ukuran satu liter, kemudian tambahkan aquades sebanyak 500 mL. Campuran tersebut diaduk menggunakan pengocok (shaker) selama 3 jam, aquades yang dipakai untuk mencuci diganti setiap satu jam
17
pengadukan. Campuran didekantasi, dan selanjutnya serbuk gergaji dikeringkan dalam oven pada suhu 50oC selama kurang lebih 2 jam (sampai bobot tetap).
3.3.1.2. Aktivasi Serbuk Gergaji Kayu Albizia Serbuk gergaji kayu albizia yang sudah dicuci dan dikeringkan, ditimbang sebanyak 25 gram. Serbuk gergaji tersebut selanjutnya diekstraksi dengan cara Soxlet menggunakan pelarut campuran etanol-toluena (1:1). Ekstraksi dihentikan apabila warna pelarut pada sirkulasi tertentu tidak berubah lagi (diperlukan waktu 3 jam atau 20 kali sirkulasi). Serbuk gergaji yang telah diekstraksi dikeringkan kembali dalam oven pada suhu 50o C selama 2 jam (sampai bobot tetap).
3.3.2. Tahap Pelaksanaan Penelitian 3.3.2.1. Penentuan Waktu Kontak Maksimum Ke dalam 6 buah labu Erlenmeyer ukuran 100 mL dimasukkan masingmasing 1 gram serbuk gergaji kayu albizia kering yang telah dicuci, selanjutnya ke dalam gelas piala tersebut dimasukkan 50 mL larutan krom klorida heksahidrat (CrCl3.6H2O), dengan konsentrasi 60 ppm dan dikocok dengan menggunakan pengocok masing-masing selama 12, 24, 36, 48, 60, dan 72 jam. Kemudian disaring dan filtratnya ditampung untuk diukur kadar kromnya (Cr3+) dengan SSA. Dengan cara yang sama dilakukan juga untuk serbuk gergaji kayu albizia yang telah diaktivasi menggunakan pelarut campuran etanol-toluena (1:1). 3.3.2.2. Penentuan Adsorpsi maksimum Ke dalam 6 buah labu Erlenmeyer ukuran 100 mL, dimasukkan masingmasing sebanyak 1 gram serbuk gergaji kayu albizia kering yang telah dicuci. Selanjutnya, ke dalam gelas piala tersebut dimasukkan secara berturut-turut 50 mL larutan krom klorida heksahidrat (CrCl3.6H2O) dengan konsentrasi 20, 40, 60, 80, 100 dan 120 ppm. Campuran tersebut dikocok selama waktu kontak maksimum, kemudian disaring dan filtratnya ditampung untuk diukur kadar kromnya (Cr3+) dengan SSA. Kadar krom (III) pada larutan krom sebelum adsorpsi juga diukur. Selain itu dilakukan pengukuran pH pada sampel sebelum
18
dan sesudah adsorpsi berlangsung. Prosedur yang sama juga dilakukan terhadap serbuk gergaji kayu albizia yang telah diaktivasi menggunakan pelarut campuran etanol-toluena (1:1).
3.4. Analisis Data Penentuan waktu kontak maksimum yang diperoleh dalam penelitian ini ditentukan dengan grafik hubungan antara lama waktu kontak dengan konsentrasi ion Cr3+ yang dijerap oleh adsorben. Data kuantitatif tentang daya jerap ion Cr3+ per gram serbuk gergaji kayu albizia (x/m) yang tidak diaktivasi dan diaktivasi yang diperoleh dalam penelitian ini akan ditentukan dengan persamaan :
x (C o - C st ) 50 = gram/gram adsorben ........................................................(3) m 10 6 x/m adalah banyaknya ion Cr3+ (gram) yang dijerap per gram adsorben, Co adalah konsentrasi ion Cr3+ mula-mula, Cst adalah konsentrasi ion Cr3+ setimbang (tidak dijerap). Untuk mengetahui karakteristik adsorpsi ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia melalui uji isoterm adsorpsi Langmuir digunakan persamaan C 1 1 = + C dan isoterm adsorpsi Freundlich digunakan x / m ( x / m) mak k ( x / m) mak
persamaan log(x/m) = log k + 1/n log C, sedangkan daya adsorpsi maksimum dari adsorben ditentukan dengan membuat kurva berdasarkan karakteristik adsorpsi yang diperoleh.
19
IV. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN 4.1. Waktu Optimal yang Diperlukan untuk Adsorpsi Ion Cr3+ Oleh Serbuk Gergaji Kayu Albizia Data konsentrasi Cr3+ yang teradsorpsi oleh serbuk gergaji kayu albizia yang diaktivasi menggunakan campuran etanol-toluena (1:1) pada berbagai waktu kontak disajikan pada Tabel 2, sedangkan data secara lengkap disajikan pada Lampiran 5. Tabel 2 Data konsentrasi Cr3+ yang teradsorpsi oleh serbuk gergaji kayu albizia yang diaktivasi pada berbagai waktu kontak Waktu Konsentrasi Cr3+ Konsentrasi [Cr3+] Konsentrasi [Cr3+] kontak Sebelum Adsorpsi Setimbang (ppm) Yang teradsorpsi (Jam) Berlangsung (ppm) (ppm) 12 59,0592 23,7595 35,2997 24
59,0592
23,4053
35,6539
36
59,0592
22,6205
36,4387
48
59,0592
20,2308
38,8284
60
59,0592
19,6100
39,4492
72
59,0592
19,7238
39,3354
Dari Tabel 2 di atas dapat dibuat kurva hubungan antara konsentrasi ion Cr3+ yang teradsorpsi oleh serbuk gergaji kayu albizia yang diaktivasi menggunakan campuran etanol-toluena (1:1) terhadap waktu kontak seperti disajikan pada
Teradsorpsi (ppm)
Konsentrasi Cr
3+
Yang
Gambar 7. 40 39,5 39 38,5 38 37,5 37 36,5 36 35,5 35 0
10
20
30
40
50
60
70
80
waktu kontak (Jam)
Gambar 7 Kurva hubungan antara konsentrasi Cr3+ yang teradsorpsi oleh serbuk gergaji kayu albizia yang diaktivasi terhadap berbagai waktu kontak.
20
Untuk data konsentrasi Cr3+ yang teradsorpsi oleh serbuk gergaji kayu albizia yang tidak diaktivasi menggunakan campuran etanol-toluena (1:1) pada berbagai waktu kontak disajikan pada Tabel 3, sedangkan data secara lengkap disajikan pada Lampiran 5. Tabel 3 Data konsentrasi Cr3+ yang teradsorpsi oleh serbuk gergaji kayu albizia yang tidak diaktivasi pada berbagai waktu kontak Waktu Konsentrasi Cr3+ Konsentrasi [Cr3+] Konsentrasi [Cr3+] kontak sebelum Adsorpsi Setimbang (ppm) Yang teradsorpsi (Jam) Berlangsung (ppm) (ppm) 12 59,0592 28,0552 31,004 24
59,0592
25,1872
33,872
36
59,0592
24,3378
34,7214
48
59,0592
22,8814
36,1778
60
59,0592
21,8466
37,2126
72
59,0592
22,2366
36,8226
Dari Tabel 3 di atas dapat dibuat kurva hubungan antara konsentrasi ion Cr3+ yang teradsorpsi oleh serbuk gergaji kayu albizia yang tidak diaktivasi menggunakan campuran etanol-toluena (1:1) terhadap waktu kontak seperti disajikan pada
40,00 35,00 30,00 25,00 (ppm)
Konsentrasi Cr 3+ Yang Teradsorpsi
Gambar 8.
20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 0
20
40
60
80
Waktu Kontak (Jam)
Gambar 8 Kurva hubungan antara konsentrasi Cr3+ yang teradsorpsi oleh serbuk gergaji kayu albizia yang tidak diaktivasi terhadap berbagai waktu kontak.
21
Dari Gambar 7 dan 8 terlihat bahwa adsorpsi ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia berlangsung cepat pada awal reaksi yaitu pada waktu kontak 12 jam sebesar 35,2997 ppm (59,77%) dan berlangsung lebih lambat untuk waktu kontak berikutnya, yaitu hanya bertambah 0,6% yaitu menjadi 35,6539 ppm (60,37%) untuk waktu kontak 12 jam kemudian. Penambahan waktu kontak setiap 12 berikutnya penjerapan menjadi berturut-turut sebesar; 36,4387 ppm (61,70%); 38,8284 ppm (65,74%); 39,4492 ppm (66,79%) dan 39,3354 ppm (66,60%) pada waktu kontak 24, 36, 48, 60 dan 72 jam, untuk serbuk gergaji kayu albizia yang diaktivasi. Untuk serbuk gergaji kayu albizia yang tidak diaktivasi, adsorpsi ion Cr3+ berturut-turut pada waktu kontak 12, 24, 36, 48, 60 dan 72 jam adalah 31,004 ppm (52,50%); 33,872 ppm (57,35%); 34, 7214 ppm (58,79%); 36,1778 ppm (61,27%); 37,2126 ppm (63,01%) dan 36,8226 ppm (62,35%). Hal ini terjadi karena adsorpsi antara ion Cr3+ dan serbuk gergaji kayu albizia merupakan peristiwa kesetimbangan. Pada awal reaksi saat serbuk gergaji kayu albizia masih kosong adsorpsi yang terjadi akan cepat dan banyak karena masih kosongnya permukaan serbuk gergaji kayu albizia yang bisa digunakan untuk menjerap ion Cr3+ dan masih banyaknya ion Cr3+ dalam larutan. Setelah itu akan terjadi penataan ulang. Menurut teori asam-basa keras-lemah dari person, ion Cr3+ termasuk asam keras sehingga akan cenderung berinteraksi dengan gugus aktif yang bersifat basa keras seperti gugus hidroksil (-OH) membentuk interaksi ion-polar. Pada awal reaksi akan terjadi adsorpsi secara fisik dan kemudian diikuti oleh adsorpsi secara kimia. Karena ion Cr3+ bersifat asam keras maka ion Cr3+ akan berinteraksi dengan ion hidroksil (-OH) terlebih dahulu. Setelah itu baru berinteraksi dengan gugus fungsi yang lain, sehingga pada keadaan ini reaksi berjalan lambat. Dari Gambar 7 dan 8 juga terlihat bahwa waktu optimal yang diperlukan oleh serbuk gergaji kayu albizia untuk menjerap ion Cr3+ adalah 60 jam. Secara umum terlihat bahwa ion Cr3+ teradsorpsi lebih banyak pada serbuk gergaji kayu albizia yang teraktivasi yaitu sebesar 39, 4492 ppm atau 66,79% dibandingkan dengan oleh serbuk gergaji kayu yang tidak teraktivasi dengan campuran etanoltoluena (1:1) yaitu sebesar 37,2126 ppm atau 63,01%. Hal ini terjadi karena pada serbuk gergaji kayu albizia yang tidak diaktivasi menggunakan campuran etanol-
22
toluena (1:1) masih banyak terdapat senyawa-senyawa seperti lapisan lilin dan lemak. Sedangkan pada serbuk gergaji kayu yang telah diaktivasi senyawasenyawa tersebut sudah berkurang, sehingga kontak antara adsorben dengan ion Cr3+ dapat berlangsung lebih efektif. Hilangnya minyak dan lilin menyebabkan interaksi gugus fungsi hidroksil dan karbonil dengan ion Cr3+ menjadi semakin efektif. 4.2. Karakteristik Adsorpsi Ion Cr3+ Oleh Serbuk Gergaji Kayu Albizia Untuk mengetahui karaktristik adsorpsi ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia dilakukan dengan mengamati jerapannya terhadap ion Cr3+ pada konsentrasi yang bervariasi dan pada suhu isoterm sekitar 30oC. Dari hasil penjerapan tersebut selanjutnya dianalisis menggunakan persamaan isoterm adsorpsi Langmuir dan isoterm adsorpsi Freundlich untuk mengetahui karakteristik jerapan dan juga daya adsorpsi maksimum. 4.2.1. Uji Linearitas Langmuir dan Freundlich Adsorpsi Ion Cr3+ oleh Serbuk Gergaji Kayu Albizia sebelum Diaktivasi Data adsorpsi Ion Cr3+ oleh serbuk kayu albizia yang belum diaktivasi disajikan pada Tabel 4 dan data lengkap disajikan pada Lampiran 6. Tabel 4 Data adsorpsi ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia yang tidak diaktivasi pada berbagai konsentrasi [Cr3+] [Cr3+] Cr3+ [Cr3+] Log Log c/(x/m) mulateradsor teradsor setimbang x/m x/m [Cr3+] stimbang mula psi psi (g) (ppm) (ppm) (x) (c) (ppm) 23,8503
21,5296
1,0765
2,3207
1,0765
0,0320
0,3656
2,1558
37,9153
23,6759
1,1838
14,2394
1,1838
0,0733
1,1535
12,0286
59,0592
26,208
1,3104
32,8512
1,3104
0,1174
1,5166
25,0696
75,2206
32,3209
1,6160
42,8997
1,6160
0,2085
1,6325
26,5461
108,7636
32,7686
1,6384
75,995
1,6384
0,2144
1,8808
46,3828
117,508
28,7706
1,4385
88,7374
1,4385
0,1579
1,9481
61,6862
23
Dari Tabel 4 dapat dilakukan uji pola isoterm adsorpsi Langmuir dan Freundlich seperti terlihat pada Gambar 9 dan 10.
70 y = 0,6398x + 1,5685
60
R2 = 0,9831 c(x/m)
50 40 30 20 10 0 0
20
40
60
80
100
c (konsentrasi Cr3+ Setimbang)
Gambar 9 Kurva linearitas Langmuir: hubungan antara konsentrasi Cr3+ setimbang terhadap c/(x/m) pada adsorpsi ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia yang tidak teraktivasi. Berdasarkan kurva linearitas Langmuir seperti pada Gambar 9, adsorpsi ion Cr
3+
oleh serbuk gergaji kayu albizia memenuhi isoterm adsorpsi Langmuir,
oleh karena itu maka, adsorpsi ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia terjadi pada lapisan monolayer. Hal ini ditujukkan oleh harga R2 pada isoterm adsorpsi Langmuir sebesar 0,9831. Namun, pola jerapan yang terjadi pada serbuk gergaji yang belum diaktivasi nampaknya belum memenuhi isoterm adsorpsi Freundlich dengan nilai R2 sebesar 0,7557, seperti terlihat pada Gambar 10. Hal ini disebabkan karena interaksi antara ion Cr3+ dengan serbuk gergaji kayu albizia yang belum diaktivasi tersebut masih didominasi oleh salah satu interaksi yaitu fisik atau interaksi kimia saja. Hal yang sama diperoleh dari penelitian Setiawan (2004) bahwa pola adsorpsi zat warna kationik (methylene blue) oleh serbuk gergaji kayu yang belum diaktivasi (termodifikasi) mengikuti pola isoterm adsorpsi Langmuir (R2= 0,904) namun pola adsorpsi tersebut tidak memenuhi pola isoterm adsorpsi Freundlich (R2= 0,817).
24
0,25 y = 0,1086x - 0,0198 2 R = 0,7557
Log (x/m)
0,2 0,15 0,1 0,05 0 0
0,5
1
1,5
2
2,5
3+
Log [Cr ] setimbang
Gambar 10 Kurva linearitas Freundlich: hubungan antara log [Cr(III)] setimbang terhadap log (x/m) pada adsorpsi ion cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia yang tidak teraktivasi. Kurva isoterm adsorpsi Langmuir, selanjutnya dapat dipakai untuk menentukan harga kapasitas adsorpsi maksimum (x/m)mak yaitu berdasarkan nilai dari slope (kemiringan garis) pada persamaan Y = 0,6398X + 1,5685, yaitu 1/(x/m)mak. Dengan mensubstitusi 1/(x/m)mak = 0,6398 maka diperoleh nilai (x/m)mak = 1,56 mg/g. Harga adsorpsi maksimum ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia yang belum diaktivasi diperoleh sebesar 1,56 mg/g. 4.2.2. Uji Linearitas Langmuir dan Freundlich Adsorpsi Ion Cr3+ oleh Serbuk Gergaji Kayu Albizia Setelah Diaktivasi Aktivasi serbuk gergaji kayu albizia bertujuan untuk meningkatkan kapasitas adsorpsi ion Cr3+. Aktivasi serbuk gergaji kayu dapat dilakukan dengan beberapa cara, yaitu dengan menggantikan sisi-sisi aktif yang terdapat pada selulosa ataupun hemiselulosa dengan gugus yang lebih aktif (kuat) seperti melalui reaksi sulfonasi dan dengan menghilangkan bahan yang mengahalangi kontak adsoben dengan adsorbat. Pada penelitian ini, aktivasi dengan
25
menghilangkan materi seperti lemak, lilin atau pengotor lain yang mengahalangi kontak gugus aktif dengan ion Cr3+ dengan cara mengekstraksi menggunakan campuran pelarut etanol-toluena pada perbandingan volume 1:1. Data adsorpsi Ion Cr3+ oleh serbuk kayu albizia sesudah diaktivasi menggunakan campuran pelarut etanol-toluena tersebut disajikan pada Tabel 5 dan data lengkap disajikan pada Lampiran 7. Tabel 5 Data adsorpsi ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia yang telah diaktivasi menggunakan pelarut campuran etanol-toluena(1:1) [Cr3+] mula-mula (ppm)
[Cr3+] [Cr3+] Cr3+ teradsorp teradsorpsi setimbang x/m si (g) (x) (ppm) (c) (ppm)
23,8503
22,1437 1,1072
1,7066
1,1072
0,0442
0,2321
1,5414
37,9153
29,0919 1,4546
8,8234
1,4546
0,1627
0,9456
6,0659
59,0592
39,0882 1,9544
19,9710
1,9544
0,2910
1,3004
10,2184
75,2206
39,4837 1,9742
35,7369
1,9742
0,2954
1,5531
18,1021
108,7636
43,478
65,2856
2,1739
0,3372
1,8148
30,0316
117,508
42,4958
75,0122 2,1248
0,3273
1,8751
35,3033
2,1739 2,1248
Log [Cr3+] Log x/m setimbang c/(x/m)
Dari Tabel 5 di atas terlihat bahwa semakin besar konsentrasi ion Cr3+ pada larutan, semakin besar pula ion Cr3+ yang teradsorpsi oleh serbuk gergaji kayu albizia. Untuk menentukan pola isoterm adsorpsi ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia yang telah teradsorpsi apakah memenuhi pola isoterm adsorpsi Langmuir atau tidak, maka dilakukan uji linieritas dengan membuat kurva hubungan antara konsentrasi Cr3+ dengan c/(x/m) seperti terlihat pada Gambar 11, sedangkan untuk menentukan pola isoterm adsorpsi ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia yang telah diaktivasi apakah memenuhi pola isoterm adsorpsi Freundlich atau tidak, dilakukan uji linieritas Freundlich dengan membuat kurva hubungan antara log konsentrasi Cr3+ setimbang terhadap log (x/m) seperti terlihat pada Gambar 12.
26
40 y = 0,4527x + 1,3633 2 R = 0,9976
35 30 c/(x/m)
25 20 15 10 5 0 0
20
40
60
80
3+
Konsentrasi Cr setimbang
Gambar 11 Kurva linearitas Langmuir: hubungan antara konsentrasi Cr3+ setimbang terhadap c/(x/m) pada adsorpsi ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia yang teraktivasi. Berdasarkan Gambar 11 dan 12 nampak bahwa adsorpsi ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia setelah diaktivasi mengikuti pola isoterm adsorpsi Langmuir maupun Freundlich dengan nilai R2 secara berturut-turut sebesar 0,9976 dan 0,9418. Hal ini menunjukkan bahwa adsorpsi ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia yang telah diaktivasi menggunakan pelarut etanol-toluena tetap merupakan adsorpsi monolayer. Harga R2 dari isoterm adsorpsi Freundlich sebesar 0,9418 menunjukkan adsorpsi ion Cr3+ berlangsung baik secara fisik yaitu melalui pori-pori maupun secara kimia melalui interaksi gugus karbonil (CO) dan hidroksidanya (OH). Gugus-gugus ini dapat mengikat ion Cr3+ melalui ikatan ionion atau ion-polar (Mamaril, et al., 1997). Hal ini sesuai dengan Suhendrayatna (2001) yang menyatakan bahwa polisakarida memegang peranan yang sangat penting dalam proses biosorpsi ion logam berat, karena terjadinya ikatan kovalen termasuk juga dengan gugus karbonil.
27
0,4 y = 0,1801x + 0,011 2 R = 0,9418
0,35
Log (x/m)
0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 0
0,5
1
Log konsentrasi Cr
1,5 3+
2
setimbang
Gambar 11 Kurva linearitas Freundlich: hubungan antara log konsentrasi Cr3+ setimbang terhadap log (x/m) pada adsorpsi ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia yang teraktivasi. Serbuk gergaji kayu albizia yang diaktivasi menggunakan campuran etanol-toluena dengan perbandingan volume 1:1 menyebabkan harga linearitas isoterm adsorpsi Freundlich meningkat dari 0,7557 menjadi 0,9418. Hasil penelitian ini sejalan dengan hasil penelitian yang dilakukan oleh Setiawan (2004) juga menujukkan bahwa adsorpsi zat warna kationik (methylene blue) dengan serbuk gergaji kayu yang diaktivasi dengan sulfonasi menyebabkan nilai linearitas isoterm adsorpsi Freundlich meningkat dari 0,817 menjadi 0,978. Kapasitas adsorpsi maksimum ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia setelah diaktivasi meningkat dari 1,56 mg/g menjadi 2,21 mg/g. Meningkatnya kapasitas adsorpsi maksimum ion Cr3+ oleh serbuk gergaji setelah diaktivasi diakibatkan oleh berkurangnya zat-zat yang dapat mengganggu seperti lilin, lemak dan pengotor lain yang dapat menghalangi kontak antara gugus aktif pada selulosa, hemiselulosa serta lignin dengan ion Cr3+. Di samping itu adanya pengotor lain yang ada pada pori-pori serbuk gergaji kayu albizia menyebabkan adsorpsi ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia berlangsung tidak maksimal.
28
Data pH larutan yang diukur pada saat sebelum dan sesudah adsorpsi berlangsung, baik pada adsorpsi yang menggunakan serbuk gergaji kayu yang diaktivasi maupun yang tidak diaktivasi menggunakan campuran etanol-toluena (1:1) seperti terlihat pada Lampiran 8, menunjukkan bahwa pH larutan secara umum mengalami peningkatan setelah proses adsorpsi berlangsung. Keadaan ini menunjukkan bahwa larutan CrCl3 setelah mengalami adsorpsi lebih bersifat basa dibandingkan dengan sebelum adsorpsi berlangsung. Hal ini terjadi karena ion Cr3+ yang menurut prinsip HSAB dari
Pearson bersifat asam keras telah
diadsorpsi oleh serbuk gergaji kayu albizia, sehingga sifat asam pada larutan yang telah teradsorpsi tersebut menjadi berkurang. Dari peningkatan harga pH larutan yang telah diadsorpsi juga mengindikasikan kemungkinan pada proses adsorpsi tidak terjadi reaksi penukar kation antara kation H+ pada selulosa dan hemiselulosa yang terdapat pada serbuk gergaji kayu albizia oleh ion Cr3+ pada larutan CrCl3. Adsorpsi ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia terjadi melalui ikatan koordinasi antara kation Cr3+ yang bertindak sebagai ion pusat dan selulosa serta hemiselulosa bertindak sebagai ligan.
29
V. SIMPULAN DAN SARAN
5.1. Simpulan Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan, maka beberapa simpulan yang dapat diperoleh adalah sebagai berikut. 1. Waktu optimum yang diperlukan untuk adsorpsi ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia yang telah diaktivasi menggunakan campuran etanoltoluena adalah 60 jam. 2. Karakteristik adsorpsi ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu yang telah diaktivasi mengikuti pola isoterm adsorpsi Langmuir maupun isoterm adsorpsi Freundlich. Namun demikian, karakteristik adsorpsi ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia yang belum diaktivasi hanya mengikuti pola isoterm adsorpsi Langmuir tetapi tidak mengikuti pola isoterm adsorpsi Freundlich. 3. Kapasitas adsorpsi maksimum ion Cr3+ oleh serbuk gergaji kayu albizia yang diaktivasi dengan campuran pelarut etanol-toluena meningkat dari 1,56 mg/g menjadi 2,21 mg/g.
5.2. Saran Penelitian ini diharapkan dapat digunakan di industri-industri yang menggunakan zat-zat yang mengandung krom, sehingga dapat mengurangi pencemaran lingkungan akibat pembuangan limbah krom. Namun demikian masih perlu dilakukan penelitian lanjutan terhadap usaha meningkatkan kapasitas adsorpsi maksimum dari serbuk gergaji kayu, sehingga memperkaya informasi dalam pemanfaatan potensi serbuk gergaji kayu dalam pemanfaatannya sebagai adsorben dalam menanggulangi pencemaran lingkungan akibat limbah cair.
30
DAFTAR PUSTAKA
Achmad H. 2001. Kimia Unsur dan Radiokimia. Bandung, PT Citra Aditya Bakti. Al-Hamdan AZ and Reddy Krishna R. 2006. Geochemical Reconnaissance of Heavy Metals in Kaolin after Electrokinetic Remediation. Journal of Environmental Science and Health. Part A, 41:17–33 Alumaa P, Stainnes E, Kirso U, Petersell V. 2001. Heavy Metal Sorption By Different Estonian Soil Types At Low Equilibrium Solution Concentrations. Proc. Estonian Acad. Sci. Chem., 50,(2): 104–115 Amri A, Supranto M, Fahrurozi. 2004. Kesetimbangan Adsorpsi Optional Campuran Biner Cd(II) dan Cr(III) dengan Zeolit Alam Terimpregnasi 2- merkaptobenzotiazol. Jurnal Natur Indonesia 6(2): 111-117. Ansari R. 2006. Application of Polyaniline and its Composites for Adsorption/Recovery of Chromium (VI) from Aqueous Solutions. Acta Chim. Slov. 53: 88–94 Atkins PW, Shriver DF, and Langford C. 1990. Inorganic Chemistry. Oxford Uniersity Press. Atkins PW. 1999. Kimia Fisika. “Ed ke-2 Kartahadiprojo Irma I, penerjemah; Indarto Purnomo Wahyu, editor. Jakarta Erlanga. Terjemahan dari: Pysical Chemistry. ATSDR. 2000. Toxicological Profile for Chromium. Hair Analysis Panel Discussion. Lexington: 12-13 Juni 2001. The Agency for Toxic Subtances and Disease Registry. www.atdsr.cdc.gov/toxprofile [30 Des 2002] Azhar SS, Ghaniey Liew A, Suhardy D, Hafiz KF, Irfan Hatim MD. 2005. Dye Removal from Aqueous Solution by using Adsorption on Treated Sugarcane Bagasse. American Journal of Applied Sciences 2 (11): 1499-1503 Baig MA, Mehmood B, and Martin A. 2003. Removal Of Chromium From Industrial Effluents By Sand Filtration. Elektronic Journal Of Environmental, Agricultural And Food Chemistry, 2 (3): 374-379 Baroto dan Siradz SA. 2006. Tarap Pencemaran Dan Kandungan Kromium (Cr) Pada Air Dan Tanah Di Daerah Aliran Sungai Code Yogyakarta. Jurnal Ilmu Tanah dan Lingkungan Vol. (2) p: 82-100
31
Bert AE and Chen KT., 1982, Origin and Nature of Selected Inorganic Constituens in Natural Waters, In Water Analysis Inorganic Species (Minar R A and Krith LH., ed,), Vol. 1, Academic Press, New York. Bhattacharya P, Mukherjee AB, Jacks G, Nordqvist S. 2002. Metal contamination at a wood preservation site: characterisation and experimental studies on remediation. The Science of the Total Environment 290: 165–180 Bl!anqueza P, Casasa N, Fontc X, Gabarrella X, Sarr”aa M, Caminalb G, Vicenta T. 2004. Mechanism of textile metal dye biotransformation by Trametes versicolor. Water Research 38: 2166–2172. Castellan GW. 1982 Physical Chemistry. Third Edition. New York: General Graphic Servies Covelo EF at al. 2006. Heavy metal adsorption and desorption by a Eutric Regosol and a Distric Regosol. Geophysical Research Abstracts, Vol. 8, 04553 Fengel D dan Wegener G. 1995. Kayu: Kimia, Ultrastruktur, Reaksi-reaksi.“Ed ke-1. Harjono Sastroamidjoyo penerjemah: Soenardi Prawirohatmodjo, penyunting. Gajah mada University Press. Terjemahan dari: Wood: Chemistry, Ultrastructure, reactions. Gupta S dan Babu B. 2006. Adsorption of Cr(VI) by Low-Cost Adsorbent Prepared Neem Leaves. Di dalam: Babu BV and Ramakrisnha V, editor. Environmental Engineering. Proceeding of National Conference on Environmental Conservation (NCEC-2006). 1-3 sep 2006. hlm. 175-180. Igwe JC and Abia AA. 2006. A Bioseparation Process For Removing Heavy Metals From Waste Water Using Biosorbents. African Journal of Biotechnology Vol. 5 (12), pp. 1167-1179. Kadirvelu K, Thamaraiselvi K, Narmasivayam C. 2001. Removal Of Heavy Metals From Industrial Wastewaters By Adsorption Onto Activated Carbon Prepared From An Agricultural Solid Waste. Bioresource Technology 76: 63-65 Kaim W and Schwederski B. 1994. Bioinorganic Chemistry: Inorganic Elements in the Chemistry of Life. John Wiley & Sons. Khasani SI. 2001. Lembar Data Keselamatan Bahan. Vol. IV. Bandung: Pusat Penelitian Kimia. Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia. Khopkar SM. 2007. Konsep Dasar Kimia Analitik. A. Saptorahardjo, Penerjemah. Jakarta UI Press
32
Krim L, Sahmoune N, and Goma B. 2006. Kinetics of Chromium Sorption on Biomass Fungi from Aqueous Solution. American Journal of Environmental Sciences 2 (1): 31-36. Mahvi AH, Nabizadeh R, Gholami F, and Khairi A. 2007. Adsorption Of Chromium From Wastewater By Platanus Orientalis Leaves. Iran. J. Environ. Health. Sci. Eng., Vol. 4, No. 3, pp. 191-196 Mamaril JC, Paner ET, Alpante BM. 1997. Biosorpsi and Desorption of Chromium (III) by Free and Immobilized Rhizobium (BJ Vr 12) cell Biomess. Biodegradation 8: 275-285. Martawijaya A, Kartasujana I, Mandang YI, Prawira SA, Kadir K. 1989. Atlas Kayu Indonesia Jilid II. Departemen Kehutanan Badan Penelitian dan Pengembangan Kehutanan Bogor-Indonesia. Masduqi A. 2004. Penurunan Senyawa Fosfat Dalam Air Limbah Buatan Dengan Proses Adsorpsi Menggunakan Tanah Haloisit. Majalah IPTEK - Vol. 15, No. 1: hal 47-53 McKay G, Porter JF and Prasad GR. 1999. Removal of dye colours from aqeouse solution by adsorption on low-cost materials. Water air and soil pollution. 114 hal 423-438. Mulyatna L, Hary P, dan Umi KN. 2003. Pemilihan Persamaan Adsorpsi Kulit Kacang Tanah Terhadap Zat Warna Remazol Golden Yellow 6. INFOMATEK Vol. 5. Nomor 3. hal. 131-143. Nur Hadi et al. 2005. Simultanius Adsoption of a Mixture of Paraquat and Dye by NaY Zeolite Covered with Alkylsilane. Journal of Hazardous Materials B117: 35-40. Oscik J & Cooper IL. 1994. Adsorption. Ellis Horwood Publisher, Ltd. Chichester. Pearson RG. 1963. Hard and soft acids and bases. J.Am.Soc. 85: 3533-3539. Redhana IW. 1994. Penentuan Isoterm Adsorpsi Amonia dalam Larutan Air oleh Karbon Aktif pada Suhu Kamar. Laporan Penelitian (Tidak diterbitkan) Program Pra-S2 Kimia Pascasarjana. ITB. Rehman H, Shakirullah M, Ahmad I, Shah S, and Hameedullah. 2006. Sorption Studies of Nickel Ions onto Sawdust of Dalbergia sissoo. Journal of the Chinese Chemical Society 53, 1045-1052 Rios JP, Bess-Oberto L, Tiemann KJ, and Gardea-Torresdey. 1999. Investigation of Metal Ion Binding by Agricultural by Products. Proceedings of the 1999 Conference on Hazardous Waste Research
33
Rivera-Utrilla J, S!anchez-Polo M. 2003. Adsorption of Cr(III) on ozonised activated carbon.Importance of Cp—cation interactions. Water Research 37, 3335–3340 Rohaeti E. 2007. Pencegahan Pencemaran Lingkungan Oleh Logam Berat Krom Limbah Cair Penyamakan Kulit (Studi Kasus Di Kabupaten Bogor). Disertasi. Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian Bogor. Sajidu SMI, Henry EMT, Persson I, Masamba WRL, and Kayambazinthu D. 2006. pH Dependence of Sorption of Cd2+, Zn2+, Cu2+ and Cr3+ on Crude Water and Sodium Chloride Exstracts of Moringa stenopetala and Moringa oleifera. African journal of Biotechnology Vol.5 (23), pp. 2397-2401 Senin HB, Subhi O, Rosliza R, Kancono N, Azhar MS, Hasiah S, and Wan Nik WB. 2005. Role of Sawdust In The Removal of Iron From Aqueous Solution. AJSTD Vol. 23 Issue 3 pp. 223-229. Setiawan HA, Wiloso, EI, Soleha V, Barliati IF, Anggraeni. 2004. Peningkatan kemampuan Daya serap Sorben Serbuk Gergaji Kayu Albizia dengan Pengsulfonasi dan Pengujiannya dengan Zat Warna Tekstil Kationik, Alcheny Vol.3, Hal. 10-15. Suhendrayatna 2001. Bioremoval logam berat dengan menggunakan microorganisme: suatu kajian kepustakaan. Disampaikan pada seminar on-Air Bioteknologi untuk Indonesia Abad 21. 1-14 Februari 2001. Sinergy Forum-PPI Tokyo Institute of Technology Sutrisno T, Eni Suciastuti. 2002. Teknologi Penyediaan Air Bersih. Penerbit Rineka Cipta. Terada K, Matsumoto K & Kimura H. 1983. Sorption Of Copper(II) By Some Complexing Agents Loaded On Varioussupport. Anal. Chim. Acta 153: 273-247. Tutem E, Sozgen K, Babacan E. 2001. Individual And Simultaneous Determinaton Of Cr6+ And Mo6+ In Binery Mixture By Spectrophotometry And First-Derivative Spectrophotometry. Analytical Science. 17:857-860. Venkateswarlu P, Venkata Ratman M, Subba Rao D, and Vankateswara Raos M. 2007. Removal of chromium from an aqueous solution using Azadirachta indica (neem) leaf powder as an adsorbent. International Journal of Physical Sciences Vol. 2 (8), pp. 188-195. Welz B. 1985. Atomic Absorption Spectrometry. Second Edition.
34
Yantri Ni Ketut. 1998. Pemanfaatan Jerami Padi (Oryza Sativa) Sebagai Bahan Penyerap Ion Cu2+, Cd2+ Dan Pb2+ Pada Limbah Pencelupan Perusahaan Garmen. Skripsi. PSP Kimia Jurusan MIPA. STKIP Negeri Singaraja.
35
Lampiran 1 Perhitungan dan Pembuatan Larutan Cr3+ 1. Perhitungan dan pembuatan larutan Cr3+ 1000 ppm Diketahui : konsentrasi larutan 1000 ppm Volume Larutan 1 Liter (Ar Cr = 52; Cl = 35,5 ; H = 1; O = 16; jadi Mr CrCl3.6H2O =266,5) Ditanya
: massa CrCl3.6H2O yang ditimbang = .............gram
Jawab
: ppm
= 1/106 mg/mg = 1 mg/kg Untuk pelarut air (ρ = 1 kg/L) maka ≈ 1 mg/L
Jadi Cr3+ dalam larutan (x) dapat dicari dengan membandingkan Massa Cr
: massa CrCl3.6H2O
52
: 266,5
X gram
: 5,14 gram
Jumlah Cr3+ dalam larutan
= (52 x 5,14)/ 266,5 = 1 gram = 1000 mg
CrCl3.6H2O ditimbang sebanyak 5,14 gram kemudian dilarutkan dengan aquades dalam labu ukur 1000 mL sampai tanda batas batas dan dikocok kemudian disimpan dalam botol. Sehingga dalam 1 liter larutan konsentrasi ion Cr3+ = 1000 ppm. 2. Pembuatan Larutan Cr3+ 120 ppm Diambil larutan Cr3+ 1000 ppm sebanyak 125 mL dengan pipet volumetri berukuran 125 mL, kemudian larutan tersebut dikurangi 5 mL dengan cara memipet dengan pipet Volumetri berukuran 5 mL sehingga larutan sekarang bervolume 120 mL, kemudian larutan tersebut dilarutkan dengan aquades dalam labu ukur 1000 mL sampai tepat tanda batas dan dikocok sehingga larutan Cr3+ 120 ppm sebanyak 1 Liter.
36
3. Pembuatan Larutan Cr3+ 100 ppm Diambil larutan Cr3+ 1000 ppm sebanyak 10 mL dengan pipet volumetri berukuran 100 mL, kemudian dilarutkan dengan aquades dalam labu ukur 1000 mL sampai tepat tanda batas dan dikocok sehingga larutan Cr3+ 100 ppm sebanyak 1 Liter. 4.
Pembuatan Larutan Cr3+ 80 ppm Diambil larutan Cr3+ 1000 ppm sebanyak 100 mL dengan pipet volumetri berukuran 100 mL, kemudian kemudian larutan tersebut dikurangi 20 mL dengan pipet volumetri 20 mL sehingga volume larutan menjadi 80 mL, kemudian larutan tersebut dilarutkan dengan aquades dalam labu ukur 1000 mL sampai tepat tanda batas dan dikocok sehingga larutan Cr3+ 80 ppm sebanyak 1 Liter.
5.
Pembuatan Larutan Cr3+ 60 ppm Diambil larutan Cr3+ 1000 ppm sebanyak 60 mL dengan pipet volumetri berukuran 60 mL, kemudian dilarutkan dengan aquades dalam labu ukur 1000 mL sampai tepat tanda batas dan dikocok sehingga larutan Cr3+ 60 ppm sebanyak 1 Liter.
6. Pembuatan Larutan Cr3+ 50 ppm Diambil larutan Cr3+ 1000 ppm sebanyak 50 mL dengan pipet volumetri berukuran 50 mL, kemudian dilarutkan dengan aquades dalam labu ukur 1000 mL sampai tepat tanda batas dan dikocok sehingga larutan Cr3+ 50 ppm sebanyak 1 Liter. 7. Pembuatan Larutan Cr3+ 40 ppm Diambil larutan Cr3+ 80 ppm sebanyak 250 mL dengan pipet volumetri berukuran 250 mL, kemudian dilarutkan dengan aquades dalam labu ukur 500 mL sampai tepat tanda batas dan dikocok sehingga larutan Cr3+ 40 ppm sebanyak 500 mL. 8. Pembuatan Larutan Cr3+ 30 ppm Diambil larutan Cr3+ 1000 ppm sebanyak 30 mL dengan pipet volumetri berukuran 25 mL dan 5 mL, kemudian dilarutkan dengan aquades dalam labu ukur 1000 mL sampai tepat tanda batas dan dikocok sehingga larutan Cr3+ 30 ppm sebanyak 1 Liter.
37
9. Pembuatan Larutan Cr3+ 20 ppm Diambil larutan Cr3+ 1000 ppm sebanyak 20 mL dengan pipet volumetri berukuran 20 mL, kemudian dilarutkan dengan aquades dalam labu ukur 1000 mL sampai tepat tanda batas dan dikocok sehingga larutan Cr3+ 20 ppm sebanyak 1 Liter. 10. Pembuatan Larutan Cr3+ 10 ppm Diambil larutan Cr3+ 1000 ppm sebanyak 10 mL dengan pipet volumetri berukuran 10 mL, kemudian dilarutkan dengan aquades dalam labu ukur 1000 mL sampai tepat tanda batas dan dikocok sehingga larutan Cr3+ 10 ppm sebanyak 1 Liter.
38
Lampiran 2 Kurva Kalibrasi Larutan Standar Cr3+.
39
Lampiran 3 Kurva Kondisi Spektrofotometer Serapan Atom (AAS SHIMADZU AA-6300)
40
Lampiran 4 Data Hasil Pengukuran SSA Terhadap Konsentrasi Awal Larutan Ion Cr3+ Sebelum Adsorpsi Berlangsung. Tabel Data Konsentrasi Awal Ion Cr3+ Sebelum Adsorpsi Berlangsung Nomor Konsentrasi ion Cr3+ (ppm) Konsentrasi ion Cr3+ yang terukur oleh SSA (ppm) 1 20 23,8503 2 40 37,9153 3 60 59,0592 4 80 75,2206 5 100 108,7636 6 120 117,508
41
Lampiran 5 Data Hasil Pengukuran SSA Terhadap Adsorpsi Ion Cr3+ Oleh Serbuk Gergaji Kayu Pada Konsentrasi Awal 60 ppm Pada Selang Waktu Kontak Yang Berbeda. Tabel Data adsorpsi ion cr3+ oleh serbuk gergaji kayu yang diaktivasi pada konsentrasi awal 60 ppm pada selang waktu kontak yang berbeda. Waktu kontak dalam Jam Konsentrasi sisa setelah adsorpsi (ppm) Waktu (jam) ulangan 1 24,7326 12 2 23,3655 3 23,1804 Rata-rata 23,7595 1 23,4795 24 2 23,2133 3 23,5232 Rata-rata 23,4053 1 22,8335 36 2 22,1277 3 22,9003 Rata-rata 22,6205 1 20,4115 48 2 20,8268 3 19,4541 Rata-rata 20,2308 1 20,3842 60 2 19,8010 3 18,6448 Rata-rata 19,6100 1 19,7369 72 2 19,5958 3 19,8386 Rata-rata 19,7238
42
Lampiran 5 (lanjutan) Tabel Data adsorpsi ion cr3+ oleh serbuk gergaji kayu yang tidak diaktivasi pada konsentrasi awal 60 ppm pada selang waktu kontak yang berbeda. Waktu kontak dalam Jam Konsentrasi sisa setelah adsorpsi (ppm) Waktu (jam) ulangan 1 28,0283 12 2 28,0821 3 28,0552 Rata-rata 28,0552 1 25,1872 24 2 25,3606 3 25,0167 Rata-rata 25,1872 1 24,3378 36 2 24,4574 3 24,2182 Rata-rata 24,3378 1 22,7887 48 2 22,8813 3 22,9741 Rata-rata 22,8814 1 21,8735 60 2 21,8297 3 21,8366 Rata-rata 21,8466 1 22,4896 72 2 21,7543 3 22,4659 Rata-rata 22,2366
43
Lampiran 6 Perhitungan Konsentrasi Ion Cr3+ yang Teradsorpsi oleh Serbuk Gergaji kayu Albizia dengan konsentrasi awal 60 ppm pada Berbagai Waktu Kontak . 1. Perhitungan ion Cr3+ yang teradsorpsi pada konsentrasi awal 59, 0592 ppm Diketahui
: [Cr3+] mula-mula = 59,0592 ppm [Cr3+] Setimbang = 23,7595
Ditanya
: [Cr3+] teradsorpsi = ........ppm
Jawab
: [Cr3+] teradsorpsi = [Cr3+] mula-mula -[Cr3+] setimbang = 59,0592 ppm – 23,7595 ppm = 35,2997 ppm
2. Dengan menggunakan rumus yang sama, konsentrasi ion Cr3+ yang teradsorpsi oleh serbuk gergaji kayu albizia pada masing-masing waktu kontak disajikan pada tabel dibawah. Tabel Data konsentrasi cr3+ yang teradsorpsi oleh serbuk gergaji kayu albizia yang diaktivasi pada berbagai waktu kontak Waktu Konsentrasi Konsentrasi [Cr3+] Konsentrasi [Cr3+] Yang 3+ kontak Cr sebelum Setimbang teradsorpsi Menggunakan (Jam) Adsorpsi Menggunakan Serbuk Serbuk Gergaji Kayu Albizia Berlangsung Gergaji Kayu Albizia Yang Diaktivasi (ppm) (ppm) Yang Diaktivasi (ppm) 12 59,0592 23,7595 35,2997 24
59,0592
23,4053
35,6539
36
59,0592
22,6205
36,4387
48
59,0592
20,2308
38,8284
60
59,0592
19,6100
39,4492
72
59,0592
19,7238
39,3354
44
Lampiran 6 (lanjutan) Tabel Data konsentrasi cr3+ yang teradsorpsi oleh serbuk gergaji kayu albizia yang tidak diaktivasi pada berbagai waktu kontak Waktu Konsentrasi Konsentrasi [Cr3+] Konsentrasi [Cr3+] Yang 3+ kontak Cr sebelum Setimbang teradsorpsi Menggunakan Adsorpsi (Jam) Menggunakan Serbuk Serbuk Gergaji Kayu Albizia Berlangsung Gergaji Kayu Albizia Yang tidak Diaktivasi (ppm) (ppm) Yang tidak Diaktivasi (ppm) 12 59,0592 28,0552 31,004 24
59,0592
25,1872
33,872
36
59,0592
24,3378
34,7214
48
59,0592
22,8814
36,1778
60
59,0592
21,8466
37,2126
72
59,0592
22,2366
36,8226
45
Lampiran 7 Data Hasil Pengukuran SSA Terhadap Adsorpsi Ion Cr3+ Oleh Serbuk Gergaji Kayu dengan Berbagai Konsentrasi Pada Waktu Kontak 60 Jam Tabel Konsentrasi ion Cr3+ sesudah diadsorpi oleh 1 gram serbuk gergaji kayu albizia yang tidak diaktivasi pada masing-masing konsentrasi Konsentrasi Awal Sebelum Konsentrasi sisa setelah adsorpsi (ppm) Adsorpsi (ppm) ulangan 1 2,2908 20 2 2,3566 3 2,3148 Rata-rata 2,3207 1 13,8287 40 2 15,1326 3 13,7569 Rata-rata 14,2394 1 33,1722 60 2 32,2211 3 33,1602 Rata-rata 32,8512 1 42,8319 80 2 42,8260 3 43,0413 Rata-rata 42,8997 1 75,8734 100 2 77,1056 3 75,0050 Rata-rata 75,9950 1 88,5590 120 2 88,7713 3 88,8820 Rata-rata 88,7374
46
Lampiran 7 (lanjutan) Tabel Konsentrasi ion Cr3+ sesudah diadsorpi oleh 1 gram serbuk gergaji kayu albizia yang diaktivasi pada masing-masing konsentrasi Konsentrasi Awal Sebelum Konsentrasi Sisa Setelah Adsorpsi (ppm) Adsorpsi (ppm) ulangan 1 1.7286 20 2 1,6179 3 1,7734 Rata-rata 1,7066 1 8,3170 40 2 9,5132 3 8,6400 Rata-rata 8,8234 1 24,7326 60 2 23,1804 3 24,6873 Rata-rata 24,2001 1 36,5994 80 2 35,0981 3 35,5131 Rata-rata 35,7369 1 65,0473 100 2 65,1321 3 65,6775 Rata-rata 65,2856 1 75,3351 120 2 75,9901 3 75,5115 Rata-rata 75,6122
47
Lampiran 8 Data Hasil Pengukuran pH Larutan Sebelum dan Sesudah Diadsorpsi oleh Serbuk Gergaji Kayu Albizia Menggunakan pH Meter. Tabel pH larutan CrCl3 sebelum dan sesudah adsorpsi menggunakan serbuk gergaji kayu albizia yang diaktivasi Konsentrasi Awal Ion Cr3+ pH Sebelum Adsorpsi pH Setelah Adsorpsi (ppm) (waktu kontak 60 Jam) 20 40 60 80 100 120
3,70 3,59 3,56 3,46 3,40 3,32
5,70 4,33 4,09 3,98 3,97 3,95
Tabel pH larutan CrCl3 sebelum dan sesudah adsorpsi menggunakan serbuk gergaji kayu albizia yang tidak diaktivasi Konsentrasi Awal Ion Cr3+ pH Sebelum Adsorpsi pH Setelah Adsorpsi (ppm) (waktu kontak 60 Jam) 20 40 60 80 100 120
3,70 3,59 3,56 3,46 3,40 3,32
5,13 4,33 4,03 3,92 3,78 3,66
48
Lampiran 9 Foto serbuk gergaji kayu albizia
Lampiran 10 Foto Adsorpsi Ion Cr3+ Oleh Serbuk Gergaji Kayu Albizia
49
Lampiran 11 Foto Seperangkat Alat AAS
Lampiran 12 Foto Seperangkat Alat pH meter
