Indonesia Chimica Acta, , Vol.7. No. 2, Desember 2014
Arninda, dkk.
ISSN 2085-014X
ADSORPSI ION LOGAM Pb(II) DENGAN MENGGUNAKAN KULIT PISANG KEPOK (Musa paradisiaca Linn) Andi Arninda1, M. Sjahrul2, Muhammad Zakir2
2
1 Laboratory of Physics Chemistry, Chemistry Department, Faculty of Science, Hasanuddin University. Department of Chemistry, Faculty of Science, Hasanuddin University, Jl. Perintis Kemerdekaan KM. 10 Tamalanrea, Makassar, Indonesia 90245
Abstrak. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh pH dan konsentrasi, serta menentukan orde kinetika adsorpsi kulit pisang kepok terhadap ion logam Pb(II). Data dianalisis dengan menggunakan persamaan kapasitas adsorpsi, kinetika orde satu semu dan orde kedua semu. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pH optimum pada adsorpsi kulit pisang kepok terhadap ion logam Pb(II) terjadi pada pH 4, konsentrasi optimum logam Pb(II) yang teradsorpsi terjadi pada 150 ppm dengan nilai kapasitas adsorpsi 0,4827 mg g1 , dan orde reaksinya merupakan orde kinetika kedua semu dengan nilai k2 = 0,0425 g mg-1 menit-1. Kata Kunci : adsorpsi, kulit pisang kepok, logam Pb(II), kinetika
Abstract. This research aims to determine the effect of pH, concentration, and to determine the order adsorption kinetics kepok banana peel. Data were analyze using adsorption capacity equation, pseudo first order kinetics and the second-order false. The results showed that the optimum pH on the adsorption of the metal ion Pb (II) with kepok banana peel occurs at pH 4, the optimum concentration of Pb (II) adsorption occurs at 150 ppm with an adsorption capacity of 0.4827 mg g-1, and order a second-order reaction kinetics with the apparent value of k2 = 0.0425 g mg-1 min-1. Keywords: adsorption, kepok banana peel, metal ion Pb(II), kinetics
1
Alamat korespondensi:
[email protected] 21
Indonesia Chimica Acta, , Vol.7. No. 2, Desember 2014
Arninda, dkk.
ISSN 2085-014X
menggunakan berbagai macam adsorben, yakni pemanfataan jerami padi, kulit batang jambu biji, karbon aktif, abu tanaman bambu dan karbon aktif tongkol jagung, juga serbuk kayu gergaji (Darmayanti et al., 2012), di samping bahan adsorben tersebut di atas terdapat alternatif lain untuk digunakan sebagai adsorben yaitu berbahan kulit pisang (Sutrasno et al., 2008). Pemilihan kulit pisang sebagai adsorben ini disebabkan karena produksi pisang di Indonesia cukup besar. Produksi pisang di Indonesia yaitu 40% dari produksi buah nasional. Daerah sentra produksi pisang Kepok di Indonesia adalah Kalimantan dan Sulawesi (Anonim, 2005). Sulawesi Selatan sendiri, memproduksi pisang sebesar 149.061 ton pada tahun 2012, dan pada tahun 2013 sebesar 185.357 ton (Anonim, 2014). Produksi pisang yang tinggi tersebut, akan meningkatkan jumlah limbah kulit pisang setiap tahunnya. Menurut Castro et al (2011), kulit pisang memiliki kemampuan dalam mengikat ion logam berat, dikarenakan dalam kulit pisang terdapat berbagai gugus fungsi yang berperan sebagai gugus aktif seperti gugus hidroksil (-OH), gugus karboksilat (-COOH), dan gugus amina (-NH2). Penelitian dengan memanfaatkan kulit pisang untuk proses adsorpsi telah banyak dilakukan, antara lain penggunakan kulit pisang sebagai adsorben untuk menghilangkan ion logam Cd2+ dari larutan (Kaewsam et al., 2008), penggunaan kulit pisang untuk 2+ pengurangan logam Pb(II), Cu , Zn2+ dan Ni2+ dengan system batch pada kondisi yang terkontrol dengan perlakuan system logam tunggal dan system logam ganda (Ashraf et al., 2011). Adapun tujuan penelitian adalah untuk mengetahui pengaruh pH, konsentrasi dan orde kinetika adsorpsi kulit pisang kepok (Musa paradisiaca Linn) terhadap ion logam Pb(II).
PENDAHULUAN Sektor Industri semakin berkembang sejalan dengan kemajuan dan perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi, dan memberikan dampak positif serta negatif. Salah satu dampak negatif perkembangan industri adalah peningkatan volume limbah yang dapat mencemari perairan. Limbah yang umumnya terdapat di perairan adalah logam berat, yang sangat berbahaya bagi makhluk hidup karena merusak habitat serta ekosistem perairan, dan merupakan zat yang beracun serta bersifat karsinogenik. Igwe dan Abia, 2006 dan Prasad dan Abdullah dalam (Kurniasari, 2010). Timbal merupakan jenis logam berat yang berbahaya karena unsur ini beresiko terhadap pembuluh darah dan menimbulkan penyakit kanker. Timbal (Pb) yang terdapat di lingkungan berasal dari sumber alami maupun dari aktifitas manusia. Timbal banyak digunakan untuk industri baterai, kabel, penyepuhan, pestisida, sebagai zat anti letup pada bensin, sebagai formulasi penyambung pipa. Keberadaan timbal di lingkungan terutama karena akumulasinya hingga ke rantai makanan (Widihati et al., 2012). Beberapa metode yang dapat digunakan untuk menurunkan konsentrasi ion logam berat dalam perairan diantaranya adalah adsorpsi, pengendapan, penukar ion dengan menggunakan resin, filtrasi, dan penyerapan bahan pencemar oleh adsorben baik berupa resin sintetik. maupun karbon aktif (Lopes, 1997; Giequel et al., 1997 dalam Darmayanti et al., 2012). Adsorpsi merupakan metode yang paling umum dipakai diantara metode-metode tersebut, karena memiliki konsep yang lebih sederhana, tidak menimbulkan efek samping yang beracun, dapat diregenerasi, serta ekonomis (Darmayanti et al., 2012). Teknik adsorpsi terhadap logam berat telah banyak dilakukan dengan 22
Indonesia Chimica Acta, , Vol.7. No. 2, Desember 2014
Arninda, dkk.
BAHAN DAN METODE
ISSN 2085-014X
3. Pengaruh Konsentrasi Sebanyak masing-masing 1 gram kulit pisang kepok dimasukkan ke dalam dua belas set larutan ion Pb(II) dengan konsentrasi masing-masing 1; 2,5; 5; 10, 15, 20, 30, 40, 50, 100, 150 dan 200 ppm, yang telah diatur pada pH optimum. Larutan tersebut kemudian diaduk selama 60 menit. Setelah selesai, filtrat yang diperoleh kemudian dianalisis konsentrasi timbal yang tersisa dengan menggunakan AAS (Hossain et al., 2012).
Bahan penelitian Bahan yang digunakan untuk penelitian ini adalah kulit pisang kepok yang diambil dari penjual gorengan dan pisang epe di wilayah kota Makassar, aquades, aquabides, Pb(NO3)2 p.a, HNO3 p.a, NaOH p.a, kertas saring Whatman 42, dan kertas indikator universal. Alat-alat penelitian Alat yang digunakan adalah alat-alat gelas yang umum digunakan dilaboratorium, Spektroftometer Serapan Atom (AAS) Buck Scientific Model 20 VGP, oven (tipe SPNISSFD), multi stirrer, magnetic stirrer, ayakan, neraca analitik (OHAUS), Moisture Analizer MB 35 Halogen Ohauss.
4. Penentuan Model Kinetika 1 gram kulit pisang kepok dimasukkan dalam 500 mL larutan ion Pb(II) pada konsentrasi 150 ppm pada pH 4. Penentuan model kinetika dilakukan dengan dua tahap yaitu adsorpsi ion logam Pb(II) dalam berbagai variasi waktu yang menghasilkan datadata konsentrasi ion logam Pb(II) dan menerapkan data-data tersebut pada model kinetika orde satu semu dan orde kedua semu.
Prosedur 1. Pembuatan Adsorben Kulit Pisang Kulit pisang kepok dipotong kecil (< 5 mm), kemudian dicuci dengan air keran lalu dicuci dengan aquades. Kulit pisang kepok dikeringkan dalam oven pada suhu 80oC selama 2 x 24 jam. Kulit pisang kemudian diblender hingga mencapai ukuran ayakan yang diinginkan dan disimpan dalam wadah kedap udara hingga akan digunakan (Hossain et al., 2012).
5. Metode Analisa Data Data yang diperoleh dihitung kapasitas adsorpsi kulit pisang kepok terhadap ion logam Pb(II) dengan rumus: (𝐶 − 𝐶 ) 𝑞 = 0𝑚 𝑒 × 𝑉 dimana : q = kapasitas adsorpsi adsorben kulit pisang kepok terhadap ion logam Pb(II) (mg/g) Co = konsentrasi awal (mg/L) Ce = konsentrasi akhir (mg/L) V = volume larutan ion logam Pb(II) atau Cr(III) (L) m = massa adsorben (g) Data yang diperoleh dilakukan analisa orde reaksinya dengan rumus orde pertama semu dan orde kedua semu, dan nilai k dapat ditentukan. Rumus orde pertama semu yaitu: q −q ln eq = −𝑘1 𝑡
2. Pengaruh pH 1 gram bubuk kulit pisang kepok diinteraksikan dengan 100 mL larutan ion Pb(II) 5 ppm yang telah diatur pHnya. pH diatur pada erlenmeyer menjadi 1, 2, 3, 4, 5, 6 dan 7 dengan menambahkan HNO3 1M atau NaOH 1M. Pada masing masing erlenmeyer, adsorben kulit pisang kepok diaduk selama 60 menit pada suhu ruang. Setelah selesai, filtrat yang diperoleh kemudian dianalisis untuk mengetahui konsentrasi timbal yang tersisa dengan menggunakan AAS (Hossain et al., 2012).
𝑒
Rumus orde kedua semu yaitu: 𝑡 1 1 = + 𝑡 2 𝑞 𝑘 𝑞 𝑞 2 𝑒
23
𝑒
Indonesia Chimica Acta, , Vol.7. No. 2, Desember 2014
Arninda, dkk.
beberapa kemungkinan yaitu pertama, pada pH rendah terjadi persaingan antara H+ dengan Pb(II) untuk berinteraksi dengan situs aktif pada permukaan adsorben; kedua, pada pH rendah situs aktif yang ada pada permukaan adsorben dikelilingi oleh ion H+, sehingga mencegah terjadinya interaksi antara ion logam timbal dengan situs aktif pada permukaan adsorben (Tumin et al., 2008 dalam Darmayanti et al., 2012). Pada pH 4 kapasitas adsorpsi sangat besar disebabkan karena jumlah ion H+ mulai berkurang, sehingga persaingan dengan H+ berkurang dan pada permukaan adsorben situs aktif kulit pisang kepok cenderung akan terioisasi dengan melepas ion H+ dan permukaan adsorben mejadi negatif (Vasu, 2008 dalam Darmayanti et al., 2012), sehingga terjadi interaksi elektrostatik antara permukaan adsorben dengan ion logam Pb(II). Pada pH yang lebih tinggi terjadi penurunan kapasitas adsorpsi, hal ini disebabkan karena pada pH yang agak tinggi timbal akan mengalami hidrolisis menjadi PbOH+ (Ghazy dan Er-Morsy, 2009 dalam Darmayanti et al., 2012). Timbal terhidrolisis mengurangi muatan positifnya menjadi +1, sehingga interaksinya dengan permukaan adsorben berkurang. Ashraf et al (2011) dan Darmayanti et al (2012), mendapatkan kondisi pH yang sama yaitu pH 4 sebagai kondisi pH optimum untuk adsorpsi ion logam Pb(II) dengan menggunakan kulit pisang dan arang hayati dari kulit pisang sebagai adsorben. Hasil pengukuran untuk pengaruh konsentrasi awal Pb(II) terhadap kemampuan adsorben kulit pisang kepok ditunjukkan pada Gambar 2. Jumlah ion logam yang teradsorpsi terus mengalami peningkatan sebesar 0 – 8,3614 mg/g. Setelah konsentrasi 150 ppm, kapasitas adsorpsi mencapai nilai maksimum dengan nilai kapasitas adsorpsi sebesar 13,4058 mg/g, dan mengalami penurunan pada konsentrasi 200 ppm.
HASIL DAN PEMBAHASAN Penelitian ini didahului dengan pembuatan adsorben kulit pisang kepok.Adsorben kulit pisang kepok dibuat dengan cara mengeringkan kulit pisang kepok yang telah dipotong kecil. Setelah kulit pisang kepok tersebut kering maka kulit pisang kepok dihaluskan hingga ukuran partikel yang diinginkan. Hasil pengukuran pengaruh pH awal larutan seperti terlihat pada Gambar 1. Penelitian ini menunjukkan bahwa pH awal dari larutan mempengaruhi kapasitas adsorpsi logam Pb(II) yang teradsorpsi. Gambar 1 memperlihatkan jumlah ion yang teradsorpsi akan mengalami peningkatan pada pH awal larutan dan mencapai optimum pada pH 4, kemudian pada pH 5-7 mengalami penurunan kapasitas adsorpsi logam Pb(II) yang teradsorpsi meskipun tidak terlalu besar, sehingga pH optimum yang diperoleh yaitu pada pH 4 dengan kapasitas adsorpsi logam yang teradsorpsi sebesar 0,4791mg/g. Ion logam Pb2+ yang teradsorpsi (mg/g)
ISSN 2085-014X
0.50 0.45 0.40 0.35 0.30 0.25 0 1 2 3 4 5 6 7 8 pH
Gambar 1. Grafik hubungan antara pH dengan kapasitas adsorpsi logam Pb(II) yang diadsorpsi kulit pisang
Gambar 1 menunjukkan bahwa kenaikan jumlah ion logam Pb(II) yang teradsorpsi mengalami kenaikan hingga pada pH 4 dan cenderung mengalami penurunan pada pH yang lebih tinggi. Rendahnya kapasitas adsorpsi ion logam Pb(II) yang terjadi pada awal pH disebabkan karena adanya beberapa 24
Kapasitas adsorpsi, q (mg/g)
Indonesia Chimica Acta, , Vol.7. No. 2, Desember 2014
Arninda, dkk.
ISSN 2085-014X
menit-1 untuk kinetika orde satu semu. Sedangkan untuk orde dua semu diperoleh nilai R2 = 0,9988 dengan nilai k2 = 0,0425 g mg-1 menit-1. Hal ini menunjukkan bahwa adsorpsi logam Pb(II) oleh kulit pisang kepok mengikuti kinetika orde kedua semu.
15 10 5 0 0
30 60 90 120 150 180 210
Tabel 1.
Nilai koefisien korelasi, slope, intersept serta konstanta orde reaksi satu semu dan dua semu ion logam Pb(II) pada konsentrasi 150 ppm Ion logam Pb(II) Parameter Orde satu Orde dua semu semu 2 R 0,4293 0,9988 Slope -0,0087 0,0943 intercept 0,671 0,2094 0,0087 menit 0,0425 g mg-1 k 1 menit-1
Konsentrasi
Gambar 2. Grafik pengaruh konsentrasi terhadap adosorpsi ion logam Pb(II)
Gambar 2 menunjukkan kenaikan jumlah ion logam yang teradsorpsi per gram adsorben seiring dengan naiknya konsentrasi ion logam yang diinteraksikan dan terjadi penurunan kapasitas adsorpsi setelah konsentrasi pada konsentrasi yang lebih tinggi, hal ini disebabkan gugus aktif pada adsorben telah jenuh dengan logam dan terjadi proses desorpsi pada larutan. Dari Gambar 2 menunjukkan bahwa proses adsorpsi berjalan mengikuti proses nonlinear, yaitu jumlah ion yang teradsorp dengan jumlah ion yang tidak teradsorp tidak proporsional atau tidak mengikuti suatu konstanta rasio yang konstan (Giddings, 1991 dalam Rahmawati & Santoso, 2012). Konsentrasi ion logam menunjukkan jumlah ion logam yang terdapat dalam larutan. Pada konsentrasi rendah jumlah ion logam dalam larutan hanya sedikit, sehingga hanya sedikit ion logam yang membentuk ikatan koordinasi dengan adsorben, dan pada konsentrasi yang tinggi jumlah ion logam dalam larutan semakin banyak, sehingga banyak ion logam yang membentuk ikatan koordinasi dengan adsorben. Sehingga semakin besar konsentrasi semakin banyak pula jumlah adsorbat yang terserap (Ningrum et al., 2008). Hasil penentuan kinetika orde reaksi logam Pb(II) dapat dilihat pada Tabel 1. Pada Tabel 1 diperoleh nilai R2 = 0,4293 dengan nilai tetapan k1 = 0,0087
Kemampuan adsorpsi dapat dilihat dari kapasitas adsorpsi yang dilakukan melalui penentuan orde reaksi secara eksperimen. Pada tahap ini adsorben kulit pisang kepok diinteraksikan dengan ion logam Pb(II) pada konsentrasi 150 ppm dengan variasi waktu yang digunakan yaitu 5, 10, 15, 30, 60, 90 dan 120 menit. Untuk mengetahui orde kinetika adsorpsi kulit pisang kepok dengan logam Pb(II) digunakan persamaan orde satu semu dan orde kedua semu. Kapasitas adsorpsi logam yang teradsorpsi sebagai fungsi konsentrasi ditentukan untuk menghitung isotermal adsorpsi. Isotermal adsorpsi merupakan hubungan keseimbangan antara konsentrasi adsorbat dalam fase fluida dan konsentrasi adsorbat di dalam partikel adsorben pada temperatur tertentu. Menurut teori adsorpsi Langmuir, pada permukaan adsorben terdapat sejumlah situs aktif yang sebanding dengan luas permukaan. Selama situs aktif yang terdapat pada adsorben belum jenuh oleh adsorbat, maka penambahan konsentrasi adsorbat yang diinteraksikan akan mengalami peningkatan secara linear. Apabila situs aktif yang terdapat pada adsorbat telah 25
Indonesia Chimica Acta, , Vol.7. No. 2, Desember 2014
Arninda, dkk.
jenuh, maka penambahan konsentrasi selanjutnya tidak akan meningkatkan jumlah adsorbat yang teradsorpsi (Oscik, 1982).
ISSN 2085-014X
Berdasarkan Variasi pH. J. Akad. Kim, 1(4): 159-165. Hossain, M. A., Ngo, H. H. & Nguyen, T. V. (2012). Removal of Copper from Water by Adsorpstion onto Banana Peel as Bioadsrbent. Int. J. of GEOMATE, 2(2): 227-234. Kaewsam, P., Saikaew, W. & Wongcharee, S. (2008). Dried Biosorbent Derived From Banana Peel: A Potential Biosorbent For Removal of Cadmium Ions From Aqueous Solution. Pattaya, Thailang, The 18th Thailand Chemical Engineering and Applied Chemistry Conference. Kurniasari, L. (2010). Pemanfaatan Mikroorganisme dan Limbah Pertanian Sebagai Bahan Baku Biosorben Logam Berat. J. Momentum, 6(2): 5-8. Ningrum, L. P., Lusiana, R. A. & Nuryanto, R. (2008). Dekolorisasi Remazol Briliant Blue Dengan Menggunakan Karbon Aktif. Jurnal Online. Oscik, J. (1982). Adsorption. New York: John Wiley and Sons. Rahmawati, A. & Santoso, S. J. (2012). Studi Adsorpsi Logam Pb(II) Pada Asam Humat Dalam Medium Air. Alchemy, 2(1): 4657. Sutrasno, K., Lukman, M. A. & Manik, G. P. (2008). Pemanfaatan Kulit Batang Jambu Biji (psidium guajava) Untuk Adsorpsi Cr(VI) Dari Larutan. Depok, Part A, 28, 447-457, Fakultas Teknik Universitas Indonesia. Widihati, I. A. G., Suastuti, N. G. A. M. D. A. & Nirmalasarii, M. A. Y. (2012). Studi Kinetika Adsorpsi Larutan Ion Logam Kromium (Cr) Menggunakan Arang Batang Pisang (Musa paradisiaca). Jurnal Kimia, 6(1): 8-16.
KESIMPULAN Adsorpsi optimum kulit pisang kepok dengan logam Pb(II) pada pH 4, dengan kapasitas adsorpsi sebesar 0,4791mg/g adsorben. Konsentrasi awal larutan Pb(II) yang memberikan nilai kapasitas adsorpsi (q) optimum adalah pada 150 ppm, dengan q = 13,4058 mg/g adsorben. Kinetika reaksi adsorpsi larutan Pb(II) terhadap adsorben kulit pisang kepok mengikuti kinetika reaksi orde dua semu, dengan konstanta laju adsorpsi k2 = 0,0425 g mg-1 menit-1. DAFTAR PUSTAKA Anonim. (2005). Road Map Pisang Pasca Panen, Pengolahan dan Pemasaran hasil Pisang, Direktorat Pengolahan dan Pemasaran Hasil Holtikultura Anonim. (2014). Potensi Pisang di Sulawesi Selatan, Statistik Pertanian Ashraf, M. A., Mahmood, K. & Wajid, A. (2011). Studi of Low Cost Biosorbent for Biosorption of Heavy Metals. Singapore, Press Singapore, pp 60-68 Castro, R. S. D et al. (2011). Banana Peel Applied to the Solid Phase Extraction of Copper and Lead from River Water: Preconcentration of Metal Ions with a Fruit Waste. J. American Chemistry Society, 50: 3446-3451 Darmayanti, Rahman, N. & Supriadi. (2012). Adsorpsi Timbal (Pb) dan Zink (Zn) dari Larutannya Menggunakan Arang Hayati (Biocharcoal) Kulit Pisang Kepok
26
