APLIKASI KITOSAN SEBAGAI KOAGULAN UNTUK PENJERNIHAN AIR KERUH
TESIS Karya tulis sebagai salah satu syarat Untuk memperoleh gelar Magister dari Institut Teknologi Bandung
Oleh
MU’MINAH NIM : 20506062 Program Studi Kimia
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2008
ABSTRAK APLIKASI KITOSAN SEBAGAI KOAGULAN UNTUK PENJERNIHAN AIR KERUH
Oleh Mu’minah NIM: 20506062 Kitosan adalah kitin termodifikasi yang diperoleh dari deasetilasi kitin. Adanya gugus amina dalam kitosan meningkatkan aktifitasnya, sehingga menjadi suatu senyawa polikationik yang sangat bermanfaat untuk koagulasi air keruh. Karena kitin adalah polimer alam yang ditemukan dalam cangkang udang, kitosan juga terbiodegradasi dan ramah lingkungan. Dengan demikian, tujuan penelitian ini menggunakan limbah cangkang udang sebagai material dasar untuk mendapatkan kitosan, dan mempelajari efisiensi dan efektifitas kitosan sebagai koagulan yang dibandingkan dengan tawas (aluminium sulfat). Kitin pertama diisolasi dari cangkang udang dengan menghilangkan protein dan mineral dan selanjutnya hasilnya dideasetilasi. Kitosan yang diperoleh dikarakterisasi menggunakan Fourier Transform Infra Red (FTIR) dan ditentukan derajat deasetilasinya. Massa molekul rata-rata viskositas ( Mv ) diukur dengan menggunakan metode viskometri. Penjernihan air keruh dilakukan menggunakan 2 macam air keruh, yang pertama adalah air keruh simulasi dari larutan FeSO4, jenis yang kedua adalah air sungai. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kitosan dapat menurunkan 99,88% kekeruhan dari kedua jenis air yang digunakan, dengan konsentrasi optimum kitosan 4 ppm. Di lain pihak, tawas hanya dapat menurunkan 57,63% dari air keruh simulasi dan 54,74% dari air sungai dengan konsentrasi optimum tawas sebesar 10 ppm. Dari penelitian ini dapat disimpulkan bahwa kitosan lebih efektif dan efisien sebagai koagulan dibanding tawas.
Kata kunci: Kitin, Kitosan, Koagulan, Polikationik, Air keruh
i
ABSTRACT APPLICATION OF CHITOSAN AS COAGULANT FOR CLARIFICATION OF TURBID WATER
By Mu’minah NIM : 20506062 Chitosan is modified chitin obtained from deacetylation of chitin. The presence of amine groups in chitosan increases its activity as it becomes a polycationic compound which is very useful for coagulation of turbid water. Since chitin is a natural polymer found in shrimp shells, chitosan is also biodegradable and environmental friendly. Therefore, the objective of this research is to use shrimp shell waste as the basic material for obtaining chitosan and to study the efficiency and effectiveness of chitosan as coagulant compared to tawas (aluminium sulphate). Chitin was first isolated from shrimp shells by removal of protein and minerals and the product was then deacetylated. The obtained chitosan was characterized using Fourier Transform Infra Red (FTIR) by which the degree of acetylation was determined. The viscosity-average molecular weight ( Mv ) was measured by using viscometric method. The clarification of turbid water was done using two kinds of turbid water, the first was a simulated turbid water of FeSO4 solution and the second was river water. It was found that chitosan could decrease 99,88% of the turbidity of both kinds of water using an optimum concentration of 4 ppm chitosan. On the other hand, tawas can only decrease 57,63% of the turbidity of simulated turbid water and 54,74% of the turbidity of river water, using an optimum concentration of 10 ppm tawas. Hence, it can be concluded that chitosan is much more efficient and effective as coagulant compared to tawas. Key Words : Chitin, Chitosan, Coagulant, Polycationic, Turbid water
ii
LEMBAR PENGESAHAN APLIKASI KITOSAN SEBAGAI KOAGULAN UNTUK PENJERNIHAN AIR KERUH
Oleh
Mu’minah NIM : 20506062
Program Studi Kimia Institut Teknologi Bandung
Menyetujui Pembimbing Tanggal …………………………………….
( Dr. Ing. Cynthia L. Radiman ) NIP.130604382
iii
PEDOMAN PENGGUNAAN TESIS Tesis S2 yang tidak dipublikasikan terdaftar dan tersedia di Perpustakaan Institut Teknologi Bandung, dan terbuka untuk umum dengan ketentuan bahwa hak cipta ada pada pengarang dengan mengikuti aturan HaKI yang berlaku di Institut Teknologi Bandung. Referensi kepustakaan diperkenankan dicatat, tetapi pengutipan atau peringkasan hanya dapat dilakukan seizin pengarang dan harus disertai dengan kebiasaan ilmiah untuk menyebutkan sumbernya. Memperbanyak atau menerbitkan sebagian atau seluruh tesis haruslah seijin Direktur Program Pascasarjana, Institut Teknologi Bandung.
iv
PERSEMBAHAN
Rpµß ÜÊ Aß `Î`F ¢Í Ý/ÊÐÙ{ G% V³l¡`Î% ±¯® 89µ´X o´ Dan Kami telah menjadikan untukmu di bumi keperluan-keperluan hidup, dan (Kami menciptakan pula) makhluk-makhluk yang kamu sekali-kali bukan pemberi rezki kepadanya. (Q.S. Al-Hijr ; ayat 20)
Tulisan ini kupersembahkan untuk suamiku tercinta, dan anak-anakku tersayang, atas segala pengertian, dan kasih sayang yang tidak terbatas
v
KATA PENGANTAR
Puji beserta syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT, pemilik segala ilmu pengetahuan, yang telah mencurahkan kasih sayang serta petunjuk-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tesis yang berjudul ”Aplikasi Kitosan Sebagai Koagulan untuk Penjernihan Air Keruh”. Penulis senantiasa menyampaikan rasa hormat dan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada ibu Dr. Ing. Cynthia L. Radiman yang telah memberikan bimbingan secara optimal kepada penulis sejak pengajuan proposal hingga menghasilkan tesis ini. Pada kesempatan ini penulis juga menyampaikan ucapan terima kasih kepada : 1. Dirjen Binbagais Departemen Agama RI sebagai pemberi bantuan dana dalam bentuk beasiswa untuk guru-guru MA. 2. Kepala MAN Darussalam Ciamis, Dra. Hj. Eulis Fadilah Jauhar Nafisah, M.Pd.I atas izin dan dukungannya kepada penulis untuk melanjutkan pendidikan S2. 3. Dr.Veinardi sebagai Kepala Laboratorium Kimia Fisika Material yang telah menyediakan fasilitas untuk kelancaran penelitian ini. 4. Bapak dan Ibu staf pengajar Departemen Kimia FMIPA ITB yang telah memberikan bimbingan dan bantuan selama penulis menimba ilmu. 5. Bapak Dr. Ahmad Mudzakir, M.Si, atas segala masukan dan sarannya. 6. Bapak Laode Ahmad Ramadhan, M.Si, atas segala saran dan penyediaan literatur, Bapak Bambang P, M.Si dan Bapak Maskuri, M.Si atas segala saran selama penulis melakukan penelitian dan penulisan tesis ini. 7. Suamiku Drs. Nana Al-Husna dan anak-anakku Aldi Safrida M.F, Alfiani Husna Agira, atas segala ketabahan, kesabaran, do’a dan dukungannya 8. Ibunda, Kakak-kakakku, dan adikku atas nasehat dan dorongan semangat hingga dapat terselesaikannya tesis ini.
vi
9. Seluruh staf pegawai di Laboratorium Kimia Fisik Material terutama Bu Entin dan Pak Wahyo yang banyak membantu penulis selama penelitian. 10. Rekan-rekan Mahasiswa Pascasarjana ITB Bandung kerja sama Depag RI sebagai teman seperjuangan, senasib dan sepenanggungan yang telah banyak membantu penulis selama belajar di ITB. 11. Rekan-rekan di Laboratorium Kimia Fisik Material terutama Bu Suyati, Yu Rina, Pa Hae, Teh Eni, Evi, Mia, Siti yang telah banyak membantu penulis dalam menyelesaikan penelitian ini. 12. Semua fihak yang telah membantu kelancaran pelaksanaan kegiatan dan penulisan tesis ini. Dengan segala keterbatasannya, tesis ini diharapkan dapat memberikan sumbangan bagi kemajuan perkembangan ilmu pengetahuan di masa mendatang.
Bandung, Penulis
Mu’minah
vii
Juni 2008
DAFTAR ISI
ABSTRAK ............................................................................................................... i ABSTRACT............................................................................................................ ii LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................... iii PEDOMAN PENGGUNAAN TESIS ................................................................... iv PERSEMBAHAN ................................................................................................... v KATA PENGANTAR ........................................................................................... vi DAFTAR ISI........................................................................................................ viii DAFTAR GAMBAR .............................................................................................. x DAFTAR TABEL................................................................................................. xii DAFTAR LAMPIRAN....................................................................................... xiiii DAFTAR PERSAMAAN.....................................................................................xiv Bab I
Pendahuluan ............................................................................................ 1
I.1 Latar Belakang Masalah ............................................................................... 1 I.2 Tujuan Penelitian .......................................................................................... 3 I.3 Ruang Lingkup Penelitian ............................................................................ 3 I.4 Batasan Penelitian......................................................................................... 3 I.5 Manfaat Penelitian ........................................................................................ 4 I.6 Metodologi Penelitian................................................................................... 4 Bab II Tinjauan Pustaka ......................................................................................... 5 II.1 Limbah Udang ............................................................................................. 5 II.2 Kitin dan Kitosan......................................................................................... 5 II.3 Manfaat Kitin dan Kitosan .......................................................................... 8 II.4 Massa Molekul Relatif Rata-rata................................................................. 9 II.5 Spektroskopi FTIR (FourierTransform Infra Red).................................... 10 II.6 Koloid ........................................................................................................ 11 II.7 Koagulasi dan Flokulasi ............................................................................ 12 II.8 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Proses Koagulasi dan Flokulasi ........ 13 II.9 Polielektrolit sebagai Flokulan .................................................................. 15 Bab III Metodologi Penelitian.............................................................................. 17
viii
III.1 Alat dan Bahan Penelitian........................................................................ 17 III.1.1 Alat.................................................................................................... 17 III.1.2 Bahan ................................................................................................ 17 III.2 Prosedur Penelitian................................................................................... 17 III.2.1 Sampel limbah udang........................................................................ 17 III.2.2 Isolasi kitin dari limbah udang.......................................................... 18 III.2.3 Pembuatan Kitosan............................................................................ 18 III.2.4 Penggunaan Kitosan Untuk Penjernihan Air .................................... 20 III.2.5 Karakterisasi Awal Sampel Air......................................................... 22 III.2.6 Pengolahan sampel............................................................................ 23 III.2.7 Analisis Sampel Air ......................................................................... 23 III.3 Bagan Alir Penelitian ............................................................................... 24 Bab IV Hasil Penelitian dan Pembahasan............................................................ 26 IV.1 Isolasi Kitin dari Limbah Udang.............................................................. 26 IV.2 Pembuatan Kitosan .................................................................................. 27 IV.2 1 Deasetilasi Kitin menjadi Kitosan .................................................... 27 IV.2.2 Karakterisasi kitosan......................................................................... 27 IV.2.3 Penentuan Massa Molekul Relatif Rata-rata..................................... 31 IV.3 Penggunaan Kitosan Untuk Penjernihan Air ........................................... 31 IV.3.1 Pengaruh Konsentrasi Kitosan Dan Tawas Terhadap Efektifitas Penjernihan Sampel Air Keruh Simulasi ..................................................... 32 IV.3.2 Pengaruh Konsentrasi Kitosan Dan Tawas Terhadap Efektifitas Penjernihan Air Sungai ................................................................................. 38 IV.3.3 Tinjauan Kekeruhan dan pH ............................................................. 44 Bab V Kesimpulan dan Saran .............................................................................. 46 V.1 Kesimpulan ............................................................................................... 46 V.2 Saran.......................................................................................................... 46 Daftar Pustaka ....................................................................................................... 47 LAMPIRAN - LAMPIRAN.................................................................................. 49
ix
DAFTAR GAMBAR Gambar II.1 Struktur Kitn8..................................................................................... 7 Gambar II.2 Struktur Kitosan8 ............................................................................... 7 Gambar II.3 Analisa semikuantitatif dalam spektrometri infra merah dengan.... 11 Gambar II.4 Contoh-contoh dari jenis polimer .................................................... 15 Gambar II.5 Skema reaksi antara partikel koloid dan polimer 21 ........................ 16 Gambar III.1 Diagram alir metode isolasi kitin dan kitosan dari limbah udang.. 24 Gambar III.2 Diagram alir prosedur pengolahan sampel air................................ 25 Gambar IV.1 Transformasi kitin menjadi kitosan................................................ 28 Gambar IV.2 Spektrum FTIR kitin ...................................................................... 29 Gambar IV.3 Spektrum FTIR kitosan.................................................................. 29 Gambar IV.4 Pengaruh konsentrasi kitosan dan tawas terhadap kekeruhan air .. 33 Gambar IV.5 Pengaruh konsentrasi kitosan dan tawas terhadap persen penurunan kekeruhan air keruh simulasi.................................................................................33 Gambar IV.6 Skema hidrolisis untukFe3+.............................................................35 Gambar IV.7 Air keruh simulasi hasil pengolahan dengan kitosan sebelum penyaringan............................................................................................................36 Gambar IV.8 Air keruh simulasi hasil pengolahan dengan tawas sebelum penyaringan............................................................................................................36 Gambar IV.9 Air keruh simulasi hasil pengolahan dengan kitosan setelah penyaringan............................................................................................................37 Gambar IV.10 Air keruh simulasi hasil pengolahan dengan tawas setelah penyaringan............................................................................................................37 Gambar IV.11 Pengaruh konsentrasi kitosan dan tawas terhadap kekeruhan air sungai.....................................................................................................................38 Gambar IV.12 Pengaruh konsentrasi kitosan dan tawas terhadap persentase penurunan kekeruhan air sungai.............................................................................39 Gambar IV.13 Air sungai hasil pengolahan dengan kitosan sebelum penyaringan............................................................................................................42 Gambar IV.14 Air sungai hasil pengolahan dengan tawas sebelum penyaringan............................................................................................................42
x
Gambar IV.15 Air sungai hasil pengolahan dengan kitosan setelah penyaringan............................................................................................................43 Gambar IV.16 Air sungai hasil pengolahan dengan tawas setelah penyaringan............................................................................................................43
xi
DAFTAR TABEL Tabel IV 1 Rincian Massa Tiap Proses Pembuatan Kitosan................................ 27 Tabel IV 2 Jenis Vibrasi Gugus-gugus Fungsi Yang Terdapat Dalam................ 30 Tabel IV 3 Jenis Vibrasi Gugus-gugus Fungsi Yang Terdapat Dalam................ 30 Tabel IV 4 Karakteristik sampel air sebelum pengolahan ................................... 31 Tabel IV 5 Persen penurunan kekeruhan air keruh simulasi dengan ................... 34 Tabel IV 6 Persen penurunan kekeruhan air keruh simulasi dengan ................... 34 Tabel IV 7 Persen penurunan kekeruhan air sungai dengan koagulan kitosan.... 40 Tabel IV 8 Persen penurunan kekeruhan air sungai dengan koagulan tawas
xii
40
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Penentuan Derajat Deasetilasi Kitosan............................................. 50 Lampiran 2 Penentuan Massa Molekul Relatif Rata-rata Viskositas ( Mv ) Kitosan .................................................................................................................. 51 Lampiran 3 Penentuan Panjang Gelombang Maksimum..................................... 52 Lampiran 4 Penentuan Persamaan Regresi Linier Larutan Standar..................... 53 Lampiran 5 Data Hasil Pengolahan Air Keruh Simulasi ..................................... 54 Lampiran 6 Data Hasil Pengolahan Air Sungai ................................................... 55 Lampiran 7 Petunjuk Praktikum Untuk Kelas III MAN...................................... 56 Lampiran 8 Petunjuk Praktikum Untuk Kelas II MAN ....................................... 59
xiii
DAFTAR PERSAMAAN
Persamaan Persamaan Persamaan Persamaan
(II.1) Penentuan viskositas relatif ( ηr )..............................................9 (II.2) Penentuan viskositas spesifik ( ηsp )..........................................9 (II.3) Penentuan viskositas tereduksi ( ηred ).......................................9 (II.4) Penentuan viskositas intrinsik ( [ η] ).......................................10
Persamaan (II.5) Hubungan massa molekul relatif rata-rata viskositas ( Mv ) dengan viskositas intrinsik ( [ η] )...........................................................................10 Persamaan (III.1) Penentuan nilai absorbansi.....................................................19 Persamaan (III.2) Penentuan derajat deasetilasi metode baseline.......................19
Persamaan (III.3) Penentuan viskositas spesifik (ηsp).........................................20 Persamaan (III.4) Hubungan massa molekul relatif rata-rata viskositas ( Mv ) dengan viskositas intrinsik ( [ η] )...........................................................................20
xiv
