1
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Nanoteknologi memiliki jangkauan keilmuan yang bersifat interdisipliner. Satu bidang kajian terkait dengan bidang kajian lainnya. Sebagai contoh, ilmu fisika terkait dengan ilmu kimia untuk menghasilkan berbagai aplikasi dalam bidang medis, alat rumah tangga, militer, dan lain sebagainya. Ilmu-ilmu fisika dan biologi saling berkaitan untuk menghasilkan teknologi di bidang lingkungan hidup. Dengan demikian, nanoteknologi memiliki jangkauan keilmuan sangat luas (Dwandaru, 2012). Salah satu tema penelitian di bidang nanoteknologi adalah nanopartikel magnetik. Nanopartikel magnetik telah dipelajari secara ekstensif lebih dari setengah abad yang lalu baik secara eksperimen maupun teori (Sun, dkk. 2006). Nanopartikel magnetik merupakan kelas material berukuran dibawah 100 nm yang bisa direkayasa atau dimanipulasi dibawah pengaruh medan magnet eksternal. Berdasarkan sifat kimianya, nanopartikel magnetik cenderung mengelompok, membentuk sebuah aglomerat, kecuali jika permukaannya dilapisi dengan bahan non-magnetik (Buzea, dkk. 2007). Nanopartikel magnetit (Fe3O4) adalah salah satu jenis nanopartikel magnetik yang paling sering digunakan. Nanopartikel magnetit secara luas digunakan dalam imobilisasi dan pemisahan protein atau enzim, pemberian obat dan pemurnian DNA (Deoxyribonucleic Acid). Selain itu juga digunakan untuk menghilangkan katalis, dan unsur-unsur beracun dari limbah industri (Saoud, 2010). Fe3O4 adalah material hitam dengan sifat magnetik yang kuat sehingga membuat permukaan magnetit bersifat reaktif dan memiliki luas permukaan yang besar. Selain itu magnetit juga menunjukkan perilaku superparamagnetik untuk ukuran butir dibawah 30 nm. Oleh karena itu, secara teori magnetit dapat diaplikasikan dibidang lingkungan khususnya dijadikan sebagai adsorben untuk mengikat ion logam berat (Tartaj, dkk. 2003).
2
Pada penelitian ini cara pemanfaatan nanoteknologi dalam mengurangi permasalahan lingkungan, khususnya logam berat Co dan Fe yaitu dengan memanfaatkan nanopartikel Fe3O4 sebagai adsorben pada limbah logam berat. Nanopartikel Fe3O4 dipilih sebagai adsorben karena memiliki beberapa keunggulan seperti mudah termagnetisasi sehingga dapat menarik logam-logam berat tersebut dan menempel di permukaan Fe3O4. Metode ini dipilih karena merupakan metode yang cepat, mudah dan lebih tepat daripada menggunakan metode tradisional (Khajeh dan Khajeh, 2009). Metode dalam sintesis nanopartikel magnetit banyak sekali, diantaranya hidrolisis, mikroemulsi dan kopresipitasi. Metode ini merupakan salah satu metode sintesis senyawa anorganik yang didasarkan pada pengendapan lebih dari satu substansi secara bersama-sama ketika melewati titik jenuhnya. Kelebihan lain dari metode kopresipitasi yaitu menggunakan suhu kamar dan mudah mengontrol ukuran partikel sehingga waktu yang dibutuhkan relatif lebih singkat (Fernandez, 2011). Sedangkan untuk karakterisasi nanopartikel magnetit dapat dilakukan dengan menggunakan Transmission Electron Microscopy (TEM), X-Ray Diffraction (XRD), Fourier Transform Infra Red (FTIR) dan Vibrating Sample Magnetometer (VSM). Pada penelitian ini nanopartikel magnetik berbasis Fe3O4 akan digunakan sebagai adsorben untuk mengadsorbsi ion logam berat seperti Co dan Fe. Tujuannya adalah untuk mengetahui pengaruh konsentrasi, ukuran nanopartikel, sifat magnetik adsorben Fe3O4 dan pengaruh amplifikasi (readsorpsi) terhadap penurunan kadar logam berat Co dan Fe dalam limbah cair.
1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang yang telah dipaparkan di atas, maka rumusan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Bagaimana menghitung penurunan kadar logam Fe dan Co dalam larutan yang diadsorpsi dengan menggunakan adsorben Fe3O4?
3
2. Bagaimana mempelajari pengaruh variasi ukuran partikel adsorben, konsentrasi adsorben, sifat magnetik dan amplifikasi terhadap penurunan kadar logam Fe dan Co? 1.3 Batasan Masalah Pembahasan dalam penelitian ini dibatasi hanya pada pengaruh ukuran partikel dan konsentrasi adsorben Fe3O4 serta sifat magnetik Fe3O4 terhadap tingkat penjerapan limbah logam berat Co dan Fe dalam larutan limbah yang dibuat dengan parameter suhu dan lama pengadukan konstan.
1.4 Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah: 1 Menghitung penurunan kadar logam Fe dan Co dalam larutan yang diadsorpsi dengan menggunakan adsorben Fe3O4 2 Mempelajari pengaruh variasi ukuran partikel adsorben, konsentrasi adsorben, sifat magnetik dan amplifikasi terhadap penurunan kadar logam Fe dan Co.
1.5 Manfaat Penelitian Bila adsorben nanopartikel Fe3O4 dengan variasi konsentrasi dan ukuran partikelnya mampu menjerap logam berat Co dan Fe dengan baik, serta sifat magnetik Fe3O4 dapat berpengaruh dengan baik terhadap kadar penurunan logam berat Co dan Fe maka penelitian ini dapat digunakan sebagai referensi untuk melanjutkan penelitian lain dengan perlakuan lebih banyak variasi.
1.6 Sistematika Penelitian Tesis ini ditulis dengan sistematika sebagai berikut: 1. Bab I menjelaskan latar belakang dilakukannya penelitian mengenai pengaruh ukuran partikel, konsentrasi, dan sifat magnetik Fe3O4 serta pengaruh amplifikasi terhadap adsorpsi limbah logam Co dan Fe dalam larutan, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, dan sistematika penulisan.
4
2. Bab II berisikan tinjauan pustaka yang menjelaskan berbagai penelitian terdahulu mengenai penerapan adsorben pada purifikasi dan tentang pengaruh variasi ukuran partikel serta konsentrasi adsorben terhadap penurunan kadar logam 3. Bab III menjelaskan teori dasar mengenai terminologi magnetik, klasifikasi sifat magnetik, konsep domain dan histeresis magnetik, nanopartikel dan sifat superparamagnetik, magnetit (Fe3O4) dan strukturnya, logam berat besi (Fe), logam berat kobalt (Co), sistem purifikasi limbah cair menggunakan adsorben, dan penjelasan beberapa karakterisasi dengan AAS, difraksi sinar-X, TEM, dan rumus perhitungan penurunan kadar logam. 4. Bab 1V menjelaskan alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian, prosedur penelitian, dan teknik pengolahan data. 5. Bab V memuat pembahasan hasil penelitian yang telah dilakukan 6. Bab VI memuat kesimpulan dan saran
5
BAB II KAJIAN PUSTAKA Kochen dan Navratil (1997) melakukan penelitian menggunakan Fe3O4 sebagai adsorben. Adsorpsi dilakukan menggunakan magnetit yang diberi medan magnet luar. Penelitian difokuskan untuk membandingkan adsorpsi dengan menggunakan magnetit dan absorbsi menggunakan magnetit yang telah difungsionalisasi dengan magnetic polymine-epichlorohydrine (PE). Absorben yang difungsionalisasi dengan PE dan diberi medan magnet luar mengadsorpsi ion membrane. Adsorpsi gas-filled membrane digunakan untuk menghilangkan logam lebih baik. Shen dkk. (2006) melakukan penelitian terkait dengan adsorpsi sianida dalam limbah cair praziquantel menggunakan adsorpsi integrated coagulationgas-filled limbah cair yang mengandung sianida. Limbah cair mengandung konsentrasi dan kekeruhan sianida yang tinggi karena adanya koloid lipophilic. Coagulation digunakan untuk menghilangkan koloid lipophilic sebelum sianida dihilangkan pada tahap adsorpsi gas-filled membrane. Dengan menggunakan proses integrasi ini, kekeruhan limbah cair menurun dari 100-800 NTU sampai 10-40 NTU. Selanjutnya, konsentrasi sianida yang direduksi dari 1000-3500 mg/L turun menjadi 0,5 mg/mL. Lebih dari 98% sianida dapat dikembalikan dan digunakan kembali. Wardiyati dkk. (2007) melakukan penelitian adsorpsi ion logam berat Pb2+ dan Ni2+ oleh nanopartikel -Fe2O3/Fe3O4. Penelitian dilakukan untuk mengetahui daya serap nanopartikel -Fe2O3/Fe3O4 murni terhadap ion logam berat Pb2+ dan Ni2+. Penentuan jumlah ion yang teradsorpsi diukur meggunakan Atomic Absorption Spectrophotometer (AAS). Efisiensi adsorpsi pada kondisi optimum mencapai 100% untuk Pb2+maupun Ni2+ dengan kapasitas serap masing-masing adalah 37,73585 mg/g dan 18,51852 mg/g. Ridwan dan Manaf (2007) melakukan penelitian pengolahan limbah cair menggunakan nanopartikel magnetik. Bahan komposit magnet oksida besi dengan variasi modifikasi permukaan berpotensi untuk penyerapan unsur kontaminan di
