BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pencemaran lingkungan baik udara, tanah, ataupun air banyak terjadi akibat dari aktivitas manusia. Menurut UU No.32 tahun 2009, yang dimaksud dengan pencemaran adalah masuk atau dimasukkannya makhluk hidup, zat, energi dan atau komponen lain ke dalam lingkungan hidup oleh kegiatan manusia, sehingga melampaui baku mutu lingkungan hidup yang telah ditetapkan. Keberadaan logam berat dalam limbah cair memberikan kontribusi pada pencemaran air dan menunjukkan peningkatan bahaya pada lingkungan, kehidupan manusia, dan organisme lainnya (Pouretedal dan Kazemi, 2012). Banyak fakta yang menunjukkan betapa berbahayanya kontaminasi perairan terutama oleh logam berat, baik akibat penggunaan airnya untuk konsumsi seharihari ataupun ketika mengkonsumsi biota yang hidup dalam perairan yang tercemar (USDA NRCS, 2000). Logam berat merupakan istilah yang digunakan untuk unsur-unsur transisi yang mempunyai massa jenis atom lebih besar dari 6 g/cm3 (Widaningrum dkk., 2007). Polusi logam berat berasal dari banyak sumber tetapi sebagian besar berasal dari pemurnian logam, misalnya peleburan biji tambang dan pengolahan bahan bakar nuklir. Selain itu polusi logam berat juga berasal dari pembuangan air industri seperti industri metallurgical, penyamakan kulit, pertambangan dan industri pembuatan baterai, yang semua industri tersebut mengandung satu atau lebih racun logam berat. Konsentrasi dari logam tersebut terkadang lebih tinggi daripada batas yang diizinkan. Konsentrasi logam yang tinggi tersebut akan menyebabkan efek buruk bagi lingkungan dan kehidupan manusia (Shen dkk, 2009). Connel (1974) dalam Tarigan (2003) menyatakan bahwa logam berat yang sering terdapat dalam pencemaran air adalah merkuri (Hg), timbal (Pb), cadmium (Cd), krom (Cr) dan seng (Zn) dalam bentuk senyawa toksik. Selain industri skala pabrik, penyumbang polusi logam berat juga berasal dari industri rumah tangga, salah satunya seperti industri perak di Kotagede (Nurandia, 2011) dan juga 1
2
industri batik di Ngasem (Putra dkk, 2014) Yogyakarta, yang menghasilkan beberapa jenis logam berat diantaranya besi (Fe), nikel (Ni) dan tembaga (Cu). Berbagai penelitian mulai diarahkan untuk mengatasi pencemaran lingkungan yang diakibatkan oleh logam berat tersebut. Sejak tahun 1988 hingga 2010 setidaknya ada 185 publikasi internasionl yang mempelajari metode yang digunakan untuk mengatasi pencemaran logam berat pada limbah cair (Fengliang dan Wang, 2011). Logam Cu(II) sebenarnya merupakan salah satu nutrisi essensial untuk manusia, hewan, dan mikro-organisme, tapi kelebihan Cu(II)
ternyata
menghasilkan banyak racun dan efek berbahaya pada kehidupan organisme (Kawasaki dkk., 2010 dan Atakli dkk., 2013). Cu(II) adalah salah satu bahan kontaminasi terbesar yang berasal dari beberapa limbah industri kimia seperti electroplating dan industri besi baja (Molinari dkk., 2009). Begitupun dengan Ni(II) termasuk dalam logam trace essential yang jika berlebihan dalam tubuh akan bersifat toksik. Sifat toksik memungkinkan terbentuknya senyawa kompleks dengan ligan pada permukaan membran sel makhluk hidup ketika dalam bentuk ion (Moreno dkk., 2010). Dalam proses mengatasi pencemaran, untuk menghilangkan warna, bau, polutan organik ataupun anorganik, adsorpsi merupakan salah satu teknologi dalam pemisahan dan pemurnian yang banyak digunakan. Jika dibandingkan dengan metode lainnya seperti filtrasi membran, oksidasi kimia, solvent extraction, ion exchange, dan photocatalist, adsorpsi adalah alternatif terpercaya karena mudah, efisien, dan low-cost (Wei dkk., 2014). Metode adsorpsi bergantung pada kemampuan permukaan adsorben untuk menarik molekul-molekul gas, uap, atau cairan. Oleh karena itu, secara prinsip metode adsorpsi dapat digunakan untuk mengatasi pencemaran air oleh logam berat (Moreno dkk., 2010). Untuk itu, berbagai penelitian dilakukan untuk mencari adsorben yang efektif, murah dan mudah didapatkan. Peneliti di bidang lingkungan khususnya menaruh perhatian besar pada adsorben berbasis nanopartikel untuk menanggulangi pencemaran logam berat. Adsorben berbasis nanopartikel adalah adsorben yang memiliki ukuran partikel
3
lebih kecil dari 1 mikron dan berpotensi sekecil atom dengan panjang molekul sekitar 0.2 nm. Adsorben nanopartikel dapat berbentuk amorfus atau berbentuk kristal dan permukaannya dapat bertindak sebagai pembawa tetesan cairan atau gas
(Buzeal
dkk., 2007). Selain itu,
adsorben nanopartikel memiliki
fungsionalisasi permukaan yang besar, mampu mengikat, menyerap dan membawa senyawa lain seperti obat, protein dan senyawa lainnya (Abhilash, 2010). Lebih khusus lagi, penggunaan adsorben berbasis nanopartikel magnetik memiliki kelebihan dibanding non-magnetik yakni efisiensi adsorpsi yang tinggi, tingkat pereduksian bahan kontaminan tinggi, serta pemisahan sedimen hasil adsorpsi dengan larutan menggunakan medan magnet luar dapat dilakukan dengan mudah dan cepat (Singh dkk., 2011). Dan karena adsorben magnetik berukuran nano memiliki luas permukaan partikel yang besar sehingga memiliki kapasitas besar untuk mengadsorpsi logam secara maksimal. Baru-baru ini, nanopartikel seperti magnetite (Fe3O4) dan maghemite ( Fe2O3) telah diteliti untuk menyelesaikan berbagai permasalahan lingkungan, seperti menghilangkan kandungan logam yang beracun. Dan diantara banyak nanopartikel magnetik, cobalt ferrite sangat menarik perhatian karena memiliki magnetisasi saturasi yang tinggi (Song dkk., 2011). Salah satu kelebihan dari cobalt ferrite adalah memiliki anisotropi kristal yang besar, dan relaksasi magnetik moment yang lebih lambat. Artinya, cobalt ferrite menunjukkan respon magnetik yang lebih baik daripada ferrite lainnya untuk ukuran yang sama (Baldi dkk., 2007). Pada penelitian ini akan dilakukan studi adsorpsi logam Cu(II), Fe(II), dan Ni(II)
menggunakan
adsorben
nanopartikel
CoFe2O4
yang
disintesis
menggunakan metode kopresipitasi untuk melihat efektifitas penurunan kadar logam dibawah pengaruh variasi karakteristik adsorben (ukuran partikel, sifat kemagnetan bahan), pelapisan adsorben dengan silika (konsentrasi 50%), variasi adsorben serta juga akan dilakukan penyaringan ion logam menggunakan sistem High Gradient Magnetic Separation (HGMS). Dari referensi yang telah diungkapkan sebelumnya, perlunya dilakukan penelitian dengan variasi ukuran partikel untuk memastikan asumsi bahwa ukuran partikel yang kecil memiliki
4
surface area yang besar, sehingga memiliki kapasitas adsorpsi yang lebih tinggi dibandingkan dengan ukuran partikel yang lebih besar (bulk). Sementara itu, variasi sifat kemagnetan bahan akan berkontribusi untuk memudahkan pemisahan polutan (nanopartikel yang telah mengikat ion-ion logam) dengan larutannya. Pelapisan adsorben dengan silika berfungsi untuk mengurangi aglomerasi dan oksidasi nanopartikel, dan juga menambah jumlah site aktif untuk meningkatkan kapasitas adsorpsi. Sedangkan HGMS adalah teknik pemisahan yang berdasarkan gaya magnet dan memungkinkan pemisahan partikel magnetik lemah dari nonmagnetik yang tidak dapat dipisahkan dengan pemisah magnetik konvensional.
1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan pada latar belakang yang telah dipaparkan di atas, maka rumusan masalah dalam penelitian ini adalah : 1. Bagaimana pengaruh karakteristik adsorben nanopartikel CoFe2O4 (ukuran partikel dan sifat magnetik) dalam mengadsorpsi logam Cu(II), Fe(II), dan Ni(II) pada limbah cair? 2. Bagaimana pengaruh pelapisan adsorben dengan silika (konsentrasi 50%) terhadap penurunan kadar logam Cu(II), Fe(II), dan Ni(II) pada limbah cair? 3. Bagaimana perbandingan efektifitas adsorpsi logam Cu(II), Fe(II) dan Ni(II) oleh nanopartikel CoFe2O4 dengan nanopartikel magnetik Fe3O4 dan MgFe2O4? 4. Bagaimana pengaruh sistem High Gradient Magnetic Separation (HGMS) yang berbasis nanopartikel terhadap penurunan kadar logam Cu(II), Fe(II), dan Ni(II) ?
1.3 Batasan Masalah Pembahasan dalam penelitian ini dibatasi hanya pada pengkajian penurunan kadar logam Cu(II), Fe(II) dan Ni(II) dalam limbah cair buatan di bawah pengaruh ukuran partikel, sifat kemagnetan adsorben, enkapsulasi adsorben dengan silika (1:1), komparasi efektifitas CoFe2O4 dengan Fe3O4 dan MgFe2O4, serta pemberian
5
medan eksternal dalam sistem HGMS dengan parameter tetap yakni lama pengadukan 3 jam pada suhu 80 °C dengan pH 9.
1.4 Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah : 1. Menganalisis pengaruh karakteristik adsorben nanopartikel CoFe2O4 (ukuran partikel dan sifat kemagnetan) terhadap penurunan kadar logam Cu(II), Fe(II), dan Ni(II). 2. Menganalisis pengaruh pelapisan adsorben dengan silika (konsentrasi 50%) terhadap penurunan kadar logam Cu(II), Fe(II), dan Ni(II). 3. Menganalisis keefektifan penurunan kadar logam Cu(II), Fe(II), dan Ni(II) menggunakan CoFe2O4 dengan adsorben nanopartikel lain (Fe3O4 dan MgFe2O4). 4. Menghitung penurunan kadar logam Cu(II), Fe(II), dan Ni(II) pada limbah cair dengan metode adsorpsi dan metode High Gradient Magnetic Sparation (HGMS) yang berbasis nanopartikel CoFe2O4.
1.5 Manfaat Penelitian Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi terkait kemampuan CoFe2O4 sebagai adsorben dalam menyerap dan menurunkan kadar logam Cu(II), Fe(II), dan Ni(II) yang terlarut dalam limbah cair, serta informasi mengenai pengaruh pemberian medan magnet luar terhadap penurunan kadar logam pada limbah cair menggunakan sistem High Gradient Magnetic Separation (HGMS). Sehingga hasil tersebut dapat digunakan sebagai salah satu solusi alternatif untuk menanggulangi pencemaran limbah cair oleh logam berat dan dapat dijadikan acuan bagi penelitian selanjutnya untuk mengembangkan nanopartikel CoFe2O4 untuk mengadsorpsi jenis ion logam berat lainnya terutama yang sangat berbahaya bagi manusia dan lingkungan.
6
1.6 Sistematika Penulisan Tesis ini ditulis dengan sistematika sebagai berikut : 1. Bab I merupakan pendahuluan yang menjelaskan latar belakang dilakukannya penelitian mengenai penggunaan nanopartikel magnetik CoFe2O4 sebagai adsorben untuk menyerap logam Cu(II), Fe(II), dan Ni(II), rumusan masalah, batasan masalah, tujuan, manfaat dan sistematika penulisan tesis. 2. Bab II berisi tinjauan pustaka yang menjelaskan tentang penelitian-penelitian sebelumnya yang berhubungan dengan metode adsorpsi, CoFe2O4, dan aplikasinya sebagai adsorben. 3. Bab III berisi dasar teori yang berkaitan dengan sifat ferromagnetik material, metode sintesis dengan kopresipitasi, sifat-sifat CoFe2O4, teknik karakterisasi nanopartikel CoFe2O4 dengan XRD dan FTIR, pelapisan CoFe2O4 dengan silika, metode adsorpsi dengan HGMS, logam berat, AAS, serta perhitungan prosentase penurunan kadar logam pada limbah cair. 4. Bab IV menjelaskan metode penelitian yang mencakup alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian, prosedur penelitian, dan teknik pengolahan data. 5. Bab V berisi hasil dan pembahasan. 6. Bab VI berisi kesimpulan dan saran. 7. Daftar pustaka mencantumkan seluruh pustaka yang diacu dalam penelitian ini.
