BAB II TINJAUAN PUSTAKA

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1

JAGUNG (Zea Mays) Tanaman jagung dalam bahasa latin disebut Zea mays L, salah satu jenis

tanaman biji-bijian dari keluarga rumput-rumputan (Gramineae) yang sudah populer diseluruh dunia [9] khususnya di Indonesia. Tanaman jagung merupakan tanaman andalan Indonesia karena selain digunakan sebagai bahan pangan di sebagian wilayah di tanah air ini, juga menjadi bahan utama untuk pakan ternak [2]. Tanaman jagung terdiri dari akar, batang, daun, dan buah jagung. Batang jagung merupakan bagian terbesar dari tanaman jagung. Batang jagung tegak, beruas-ruas terbungkus pelepah daun, mudah terlihat [2], bulat silindris, berisi berkas-berkas pembuluh sehingga memperkuat berdirinya batang [9]. Tabel 2.1 Komponen kimia yang terdapat pada batang jagung [28] Komponen Ukuran Panjang Serat 0,7 – 1,5 Diameter Serat 11,6 – 12,1 Selulosa 39,9 Lignin 21,2 Pentosan 21,8 Ekstrak dalam Aseton 5,2 Debu 4,8 Tanaman jagung banyak kegunaannya, hampir seluruh bagian tanaman dapat dimanfaatkan untuk berbagai macam keperluan. Batang dan daun tanaman yang muda digunakan untuk pakan ternak. Batang dan daun tanaman jagung yang sudah tua (setelah dipanen) dapat digunakan sebagai pupuk hijau dan kompos [1]. Di daerah sentra tanaman jagung, batang dan daun jagung yang kering digunakan untuk kayu bakar. Kegunaan lain jagung adalah sebagai bahan baku pembuatan ternak dan industri bir, industri farmasi, dextrin termasuk untuk perekat dan industri tekstil [9].

6 Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.1 Permukaan batang jagung dengan 500 perbesaran menggunakan (Scanning electron microscope) SEM [3]

2.2

LOGAM BERAT Logam berat terdapat di seluruh lapisan alam, namun dalam konsentrasi yang

sangat rendah. Dalam air laut konsentrasinya berkisar antara 10-5 – 10-3 ppm. Pada tingkat kadar yang rendah, beberapa logam berat umumnya dibutuhkan oleh organisme hidup untuk pertumbuhan dan perkembangan hidupnya. Namun sebaliknya bila kadarnya meningkat, logam berat berubah sifat menjadi racun [10]. Telah diketahui bahwa beberapa jenis logam yang beracun mengakibatkan dampak berbahaya terhadap banyak bentuk kehidupan. Logam yang beracun terhadap manusia dan lingkungan ekologi termasuk Kromium (Cr), Tembaga (Cu), Timbal (Pb), Merkuri (Hg), Mangan (Mn), Kadmium (Cd), Nikel (Ni), Zinc (Zn) dan Besi (Fe) [11]. Beberapa logam berat tersebut banyak digunakan dalam berbagai keperluan. oleh karena itu diproduksi secara rutin dalam skala industri. Penggunaan logamlogam berat tersebut dalam berbagai keperluan sehari-hari secara langsung telah mencemari lingkungan [6]. Peningkatan kadar logam berat dalam air laut terjadi karena masuknya limbah yang mengandung logam berat ke lingkungan laut. Limbah yang banyak mengandung logam berat biasanya berasal dari kegiatan industri, pertambangan, pemukiman dan pertanian [10].


Limbah cair dari industri seperti pengolahan metalurgi, pengulitan, industri kimia, tambang, industri baterai mengandung satu atau lebih logam berat beracun tersebut. Beberapa industri menggunakan metode seperti electroplating, pelapisan logam dan proses pengendapan menghasilkan limbah cair yang mengandung logam berat yang berbahaya. Polusi sumber air yang berkaitan dengan pembuangan logam berat dari berbagai aktivitas telah menyebabkan perhatian seluruh dunia beberapa dekade terakhir [11]. Logam berat berdasarkan sifat racunnya dapat dikelompokkan menjadi 4 golongan menurut Hasrianti [6] yaitu : a. Sangat beracun, dapat mengakibatkan kematian ataupun gangguan kesehatan yang pulih dalam waktu yang lama. logam-logam tersebut adalah Hg, Pb, Cd, Cr dan As. b. Moderat. yaitu mengakibatkan gangguan kesehatan baik dalam waktu yang relatif lama. logam-logam tersebut adalah Ba, Be, Cu, Au, Li, Mn, Se, Te, Co dan Rb. c. Kurang beracun. logam ini dalam jumlah besar menimbulkan gangguan kesehatan. logam-logam tersebut adalah Al, Bi, Co, Fe, Ca, Mg, Ni, K, Ag, Ti dan Zn. d. Tidak beracun. yaitu tidak menimbulkan gangguan kesehatan. Logamlogam tersebut adalah Na, Al, Sr dan Ca. Nursanti,dkk [12] melaporkan bahwa Limbah cair pabrik kelapa sawit berwarna kecoklatan, terdiri dari padatan terlarut dan tersuspensi berupa koloid dan residu minyak dengan kandungan COD (Chemical Oxygen Demand) dan BOD (Bio Oxygen Demand) tinggi 68.000 mg/L dan 27.000 mg/L, bersifat asam (pH nya 3,5 - 4), terdiri dari 95% air, 4-5% bahan-bahan terlarut dan tersuspensi (selulosa, protein, dan lemak) dan 0,5-1% residu minyak yang sebagian besar berupa emulsi. Kandungan TSS (Total Suspensi Solid) LCPKS tinggi sekitar 1.330 – 50.700 mg/L, besi (Fe) 46,5 mg/L dan seng (Zn) 2,3 mg/L serta amoniak 35 mg/L. Peraturan Menteri Negara Lingkungan Hidup nomor 09 tahun 2006 menerangkan bahwa kadar maksimum logam besi (Fe) pada baku mutu air limbah sebesar 5 mg/L.


2.3

PROSES PENYERAPAN Reaksi yang melibatkan pengambilan beberapa komponen dari larutan yang

mengandung mineral disebut penyerapan (sorption), absorpsi atau adsorpsi. Pada reaksi absorpsi, komponen kimia dihilangkan dari larutan dan menembus pori-pori padatan. Istilah adsorpsi digunakan jika komponen yang diambil dari larutan dan terikat pada permukaan antarmuka mineral yang ditunjukkan pada Gambar 2.2

Gambar 2.2 Skema yang menggambarkan adsorpsi, absorpsi dan presipitasi Zn pada permukaan besi oksida [29] Jika mekanisme pengambilan komponen kimia dari larutan tidak diketahui, istilah penyerapan umum bisa dipakai untuk menjelaskannya. Pada adsorpsi fisik, adsorbat terikat pada permukaan oleh ikatan yang relatif lemah yaitu ikatan van der waals. Pada adsorpsi kimia, ikatan kimia ionik atau kovalen yang lebih kuat terbentuk antara adsorbat dan permukaan adsorben. Istilah adsorpsi yang umum seringkali ditujukan kepada adsorpsi fisik, sementara adsorpsi kimia mengacu kepada adsorpsi khusus.


Larutan

H o

H H

H

H H

H

H

H

H H

H

H

H

o H o

Fe

o o

H

o

H

o

H

o

o

o

H

H

o

H H

H

o

o

Fe

H H

H

o

o

H

o

Permukaan Batang Jagung

Gambar 2.3 Interaksi Adsorben Batang Jagung dengan Ion Logam Fe2+ [29] Gambar 2.3 menunjukkan bahwa pada proses adsorpsi, ada dua bagian interaksi antara adsorben dan ion logam, yaitu inner sphere dan outer sphere. Inner sphere adalah interaksi antara adsorben dan ion logam Fe2+ dimana atom Fe kehilangan satu gugus H dan langsung berikatan dengan functional group batang jagung. Sedangkan outer sphere adalah interaksi antara adsorben dan ion logam Fe2+ dimana salah satu gugus OH pada atom Fe berikatan dengan functional group batang jagung [29].

2.4

ADSORPSI Adsorpsi adalah proses yang terjadi pada permukaan suatu zat padat yang

berkontak dengan suatu larutan dimana terjadi akumulasi molekul-molekul larutan pada permukaan zat padat tersebut. Zat-zat organik dalam larutan yang memiliki kelarutan yang rendah di dalam air, makin mudah pula untuk diadsorpsi dari larutannya. Hal yang sama, makin kurang polar suatu senyawa organik makin baik teradsorpsi dari larutan yang bersifat polar ke permukaan yang non polar [13]. Substansi yang diserap disebut adsorbat sedangkan material yang berfungsi sebagai penyerap disebut adsorban [6]. 2.3.1 Mekanisme Adsorpsi Adsorpsi secara umum adalah proses penggumpalan substansi terlarut yang ada dalam larutan, oleh permukaan zat atau benda penyerap, dimana terjadi suatu


ikatan kimia-fisika antara substansi terlarut (adsorbat) dengan penyerapnya (adsorban). Proses interaksi dapat saja terjadi antara cairan dan gas, padatan atau cairan lain. Adsorpsi fisika terjadi karena adanya ikatan Van der waals, dan bila ikatan tarik antar molekul adsorbat dengan adsorban lebih besar dari ikatan antara molekul zat terlarut dengan pelarutnya maka zat terlarut akan dapat diadsorpsi [14]. Sedangkan adsorpsi kimia merupakan hasil dari reaksi kimia antara molekul

Permukaan Batang Jagung

adsorbat dan adsorban dimana terjadi pertukaran elektron [15].

Gambar 2.4 Ilustrasi Proses Adsorpsi [32] Adsorpsi terhadap air buangan mempunyai tahapan proses seperti berikut [14]: 1. Transfer molekul-molekul adsorbat menuju lapisan film yang mengelilingi adsorban. 2. Difusi adsorbat melalui lapisan film (film diffusion). 3. Difusi adsorbat melalui kapiler atau pori-pori dalam adsorban (proses pore diffusion) 4. Adsorbsi adsorbat pada permukaan adsorban.


2.3.2 Faktor-faktor yang mempengaruhi Adsorpsi Faktor-faktor yang mempengaruhi mekanisme adsorpsi adalah agitasi, karakteristik adsorbat, ukuran molekul adsorbat, pH larutan, temperatur dan waktu kontak [14]. 1. Agitasi Jika agitasi yang terjadi antara partikel karbon dengan cairan relatif kecil, permukaan film dari liquid sekitar partikel akan menjadi tebal dan difusi film akan terbatas. 2. Karakteristik adsorban Ukuran partikel dan luas permukaan merupakan karakteristik terpenting dari adsorban. Ukuran partikel adsorban mempengaruhi tingkat adsorpsi yang terjadi. Tingkat adsorpsi meningkat seiring mengecilnya ukuran partikel. Total kapasitas adsorpsi tergantung pada total luas permukaan dimana ukuran partikel adsorban tidak berpengaruh besar pada total luas permukaan adsorban. 3. Ukuran molekul adsorbat Ukuran molekul merupakan bagian yang penting dalam adsorpsi karena molekul harus memasuki micropore dari partikel adsorban untuk diadsorpsi. Tingkat adsorpsi biasanya meningkat seiring dengan semakin besarnya ukuran molekul dari adsorbat. Kebanyakan limbah terdiri dari bahan-bahan campuran sehingga ukuran molekulnya berbeda-beda. Pada situasi ini akan memperburuk penyaringan molekul karena molekul yang lebih besar akan menutup pori sehingga mencegah jalan masuknya molekul yang lebih kecil. 4. Waktu Kontak Waktu yang diperlukan untuk mencapai keadaan setimbang pada proses penyerapan ion logam oleh adsorban hanya beberapa menit saja [16]. Jumlah zat yang diadsorpsi pada permukaan adsorban merupakan proses untuk mencapai kesetimbangan karena laju adsorpsi juga diikuti dengan proses desorpsi. Pada saat mula-mula reaksi, proses adsorpsi lebih dominan daripada proses desorpsi sehingga proses adsorpsi berlangsung cepat. Pada akhir-akhir mencapai keadaan setimbang, peristiwa adsorpsi juga cenderung mengalami perlambatan proses penyerapan pada keadaan setimbang namun hal ini tidak terlihat secara makroskopis. Pada setiap jenis adsorban yang


digunakan, waktu untuk mencapai saat setimbang berbeda-beda. Perbedaan waktu untuk mencapai keadaan setimbang dikarenakan jenis interaksi yang terjadi antara adsorban dan adsorbat. Secara umum, waktu untuk mencapai kesetimbangan melalui mekanisme secara fisika (physisorption) lebih cepat bila dibandingkan dengan mekanisme secara kimia (chemisorption) [17]. Adsorpsi secara fisika, interaksi antara adsorban dan adsorbat terjadi melalui pembentukan ikatan yang lebih kuat bila dibandingkan dengan mekanisme secara kimia. Mekanisme secara kimia diawali dahulu dengan mekanise fisika, yaitu pada partikel-partikel adsorbat mendekat ke permukaan adsorban melalui gaya Van der waals atau juga melalui ikatan hidrogen, kemudian diikuti mekanisme secara kimia dengan menimbulkan ikatan yang lebih kuat yaitu ikatan kovalen dengan energi yang dilepaskan relatif tinggi, sekitar 100 kJ/mol [18]. 5. Keasaman (pH) Tingkat keasaman atau pH mempunyai pengaruh dalam proses adsorpsi. Untuk mencapai pH optimum dalam proses adsorpsi ditandai dengan jumlah maksimum yang dapat diserap adsorban adalah ditetapkan melalui uji laboratorium. Keasaman (pH) akan mempengaruhi sisi aktif biomassa serta berpengaruh pada mekanisme adsorpsi ion logam. Pada pH yang rendah, proses adsorpsi ion logam juga semakin rendah atau lambat. Hal ini dikarenakan pada kondisi asam, gugus fungsi yang terdapat pada adsorban terprotonasi sehingga terjadi pengikatan ion hidrogen (H+) dan ion hidronium [18]. Sementara itu ion-ion logam dalam larutan sebelum teradsorpsi oleh adsorban terlebih dahulu mengalami hidrolisis dan menghasilkan proton [19]. Dalam kondisi pH rendah (<7) permukaan adsorban akan bermuatan positif sehingga mengalami tolakan antara pemukaan adsorban dengan ion logam akibatnya proses adsorpsi menjadi lambat dan rendah. Sementara itu pada pH tinggi (>7), maka proses adsorpsi relatif tinggi, hal ini dikarenakan komplek hidrokso logam (MOH+) yang akan terbentuk di dalam larutan lebih banyak, demikian juga permukaan adsorban akan bermuatan negatif sehingga melepaskan proton sehingga melalui gaya elektrostatik akan terjadi tarik menarik yang menyebabkan peningkatan adsorpsi [20].


2.5

KAPASITAS ADSORPSI Prinsip proses adsorpsi sangat sesuai dalam menyerap untuk memisahkan

suatu bahan dengan konsentrasi yang rendah dari campuran yang mengandung bahan dengan konsentrasi tinggi. Dalam proses adsorpsi, konsentrasi dalam larutan begitu berpengaruh pada pengambilan spesifik ion logam dan dengan adanya variasi konsentrasi larutan maka dapat ditentukan kapasitas adsorpsi dengan menggunakan metode isotermal adsorpsi. Proses adsorpsi larutan juga diikuti pengamatan isotermal adsorpsi yaitu hubungan antara banyaknya zat yang teradsorpsi persatuan berat adsorden dengan konsentrasi zat terlarut pada temperatur tertentu. Permukaan zat padat dapat mengadsorpsi zat terlarut dari larutannya, hal ini dikarenakan adanya pengumpulan molekul-molekul suatu zat pada permukaan zat lain sebagai akibat ketidakseimbangan gaya-gaya pada permukaan tersebut. Kemampuan interaksi antara adsorbat dengan adsorban dipengaruhi dari sifat masing-masing adsorbat dan adsorbannya. Salah satu cara untuk menentukan komponen mana yang diadsorpsi lebih kuat adalah dengan menentukan kepolaran dari adsorbat dan adsorbannya. Apabila adsorbannya bersifat polar, maka komponen yang memiliki sifat polar akan terikat lebih kuat dibandingkan dengan komponen yang kurang polar. Sifat keras dan lunaknya dari adsorbat maupun adsorban akan mempengaruhi kekuatan interaksi. Sifat keras pada kation yaitu kemampuan suatu kation untuk mempolarisasi anion dalam suatu ikatan (polarizing power cation). Kation yang mempunyai kekuatan yang besar untuk mempolarisasi anion yang cenderung bersifat keras. Kemampuan yang besar suatu kation untuk mempolarisasi anion dimiliki oleh ion-ion logam dengan ukuran (jari-jari) kecil dan muatan yang besar. Sebaliknya, kemampuan yang kecil suatu kation untuk mempolarisasi anion dimiliki oleh logam-logam dengan ukuran besar namun muatannya kecil, sehingga diklasifikasikan sebagai ion lunak. Sedangkan pengertian keras untuk anion yaitu kemampuan suatu anion untuk mengalami polarisasi (polarisabilitas anion) akibat medan listrik dari kation. Anion yang bersifat keras adalah anion yang berukuran kecil, muatannya besar dan elektronegativitas tinggi, sebaliknya anion lunak dimiliki oleh anion dengan ukuran


besar, muatannya kecil dan elektronegativitas yang rendah. Ion logam keras berikatan kuat dengan anion keras dan ion logam lunak berikatan kuat dengan anion lunak [17]. Selain itu adalah porositas adsorban. Porositas adsorban juga mempengaruhi daya adsorpsi suatu adsorpsi. Adsorban dengan porositas yang besar mempunyai kemampuan menyerap yang lebih tinggi bila dibandingkan dengan adsorban yang memiliki porositas kecil. Untuk meningkatkan porositas adsorban bisa dengan cara mengaktivasi secara fisika seperti mengalirkan uap air panas ke dalam pori-pori adsorban atau dengan mengaktivasi secara kimia yaitu dengan aktivasi selulosa melalui penggantian gugus –OH pada selulosa dengan gugus HSO3- melalui proses sulfonasi [16]. 2.6

ADSORBEN ALAMI Kebanyakan penelitian tentang adsorpsi telah difokuskan pada limbah

tanaman yang terbuang seperti batang pepaya, daun maizena, bubuk daun jati, bubuk daun lalang (Imperata cylindrica), bubuk daun karet (Hevea brasiliensis), batang pakis, sekam padi, limbah batang anggur [22], kulit kayu, tongkol jagung batok kelapa dan lain-lain [23]. Beberapa keuntungan menggunakan limbah tanaman untuk pengolahan limbah cair yaitu teknik yang sederhana, membutuhkan proses yang sederhana, kemampuan adsorpsi yang baik, adsorpsi selektif terhadap ion logam berat, biaya rendah, mudah didapat dan regenerasi yang mudah [22]. Penelitian tentang teknik pengolahan alternatif dan inovatif telah terfokus pada penggunaan bahan-bahan biologis dalam hal penghilangan logam berat dan teknologi-teknologi pemulihan (biosorpsi) dan telah menunjukkan peran yang penting selama beberapa tahun belakangan karena performa bagus dan biaya rendah pada bahan-bahan yang kompleks. Berbagai jenis biosorbent diteliti untuk menghilangkan logam dari limbah industri. Begitu banyak biosorbent, secara alami mudah untuk dapat digunakan sebagai metode sederhana untuk menghilangkan ion logam dari larutan sintetis dan buangan industri [24].


2.7 ANALISA EKONOMI Sumber bahan baku (batang jagung) tersedia cukup banyak. Hal ini terlihat dari hasil statistik dari Badan Pusat Statistik dan Kementerian Pertanian tahun 2013 yang menunjukkan bahwa tanaman jagung cukup banyak tersedia sehingga ketersediaan limbah batang jagung koheren dengan tanaman batang jagung. Data tahun 2013 menunjukkan ada 19.387.022 ton produksi tanaman jagung di Indonesia. Besarnya kebutuhan dalam negeri akan konsumsi masyarakat Indonesia dan juga sebagai rangsum pakan ternak akan diperkirakan terus naik tiap tahunnya. Melihat pada Rencana Strategis Ditjen Pangan Tahun 2014, untuk tahun 2013 rencana produktivitas jagung dalam negeri mencapai 53,92 Ku/Ha dan target produksi mencapai 26.000.000 Ton jagung. Dengan terus bertambahnya perluasan area tanaman jagung juga diikuti bertambahnya jumlah batang jagung yang dihasilkan maka ini menjadi peluang untuk meningkatkan nilai ekonominya bila diolah menjadi bahan yang bermanfaat, pemanfaatan ini juga dapat mengurangi potensi pencemaran lingkungan. Untuk itu perlu dilakukan kajian potensi ekonomi adsorben dari limbah batang jagung. Namun, dalam tulisan ini hanya akan dikaji potensi ekonomi secara sederhana. Sebelum melakukan kajian tersebut, perlu diketahui harga bahan baku yang digunakan, biaya produksi, biaya kebutuhan listrik dan harga jual adsorben. Perhitungan analisis ekonomi dapat dilihat pada tabel 2.2 dan 2.3 di bawah ini: Tabel 2.2 Perhitungan Biaya Bahan Baku No

Bahan Baku

Harga (Rp)

Satuan

Biaya

1

Batang Jagung

-

200 gram

-

Tabel 2.3 Perhitungan Biaya Kebutuhan Listrik No 1

Alat

Harga/kWh

Blender

Rp. 1.112

Kebutuhan

Waktu

(kW)

(Jam)

0,18

6

Total

Biaya (Rp) 1.200,48

Rp. 1.200,48


-

Total biaya produksi

= biaya penyediaan bahan baku + kebutuhan listrik = Rp. 0 + Rp. 1.200,48 = Rp. 1200,48/200 gr

-

Harga jual adsorben dari batang jagung = Rp. 1200,48/200 gr Sehingga dapat diestimasi harga jual adsorben batang jagung seharga Rp.

1200,48/200 gr atau Rp. 6.000,4/kg. Sedangkan harga jual adsorben dipasaran sebagai berikut. Berikut merupakan harga masing-masing jenis adsorben di pasaran [30] : 1. Karbon Aktif Lokal

= Rp 15.000/kg

2. Karbon Aktif Haycarb

= Rp 40.000/kg

3. Manganese

= Rp 11.000/kg

4. Silika (Pasir Kuarsa)

= Rp 3.000/kg

5. Zeolit

= Rp 7.000/kg

6. Pasir Aktif

= Rp 11.000/kg

Sebagai perbandingan, maka diambil contoh perhitungan estimasi biaya bahan baku adsorben zeolit sebagai berikut : Zeolit = 1 kg x Rp 7.000,00 = Rp 7.000,00 Jika dibandingkan harga jual zeolit di pasaran , harga jual adsorben dari proses ini lebih murah dengan selisih Rp 1.000,00/kg. Maka adsorben batang jagung juga memiliki nilai jual dan layak dipertimbangkan, mengingat bahan baku adsorben batang jagung terbuang percuma.


BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Recommend Documents