BAB III METODOLOGI PENELITIAN
A.Tempat Penelitian. Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Kimia 1 SMK Santo Paulus Surakarta B. Waktu Penelitian. Waktu dan jadwal penelitian yang dibutuhkan dalam kegiatan ini adalah 3 bulan efektif sejak di setujuinya proposal. 1. Waktu penelitian ini dilakukan pada bulan Oktober 2015 sampai Januari 2016 2. Jadwal penelitian dari studi pustaka sampai pembuatan tesis seperti pada tabel 2.
Tabel 2. Jadwal Penelitian
N o
Kegiatan
Bulan
Bulan
Bulan
Bulan
Bulan
Otober
Novem-
Desem-
Januari
Pebruari
ber
ber
1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1.
Proposal dan Studi Pustaka
2.
Preparasi adsorben
3.
Pembuatan
variasi
konsentrasi dan komposisi 4.
Uji kinerja penjerap
5.
Penentuan
isotherm
penjerap 6.
Pengolahan
data
pembuatan tesis
dan
C.Tata Laksana Penelitian. 1. Alat , bahan ,pembuatan larutan dan standarisasi larutan a). Alat Tabel 3. Daftar Alat. N Nama o 1 Neraca analitik 2 Oven 3 Ayakan 4 Lumpang dan morter 5 Desikator 6 Magnetic Stirrer 7 Beakerglass 8 Erlenmeyer 9 Pipet Volume 10 Labu Ukur 11 Pipet tetes 12 Pengaduk kaca 13 Mikro Buret 14 Statif dan klem 15 Perangkat alat Adsorpsi 16 Ember 17 Gelas ukur 18 Kertas Saring biasa 19 Tali kenur putih 20 Loyang 21 Pengaduk kayu b). Bahan
Spesifikasi/Tipe 0,0001 g 32 lt 150 mesh Porselin Ø 15 cm Kaca , Ø 35 cm 100 Rpm 100. 250. 500 ml 50. 100. 250 ml 5.10.25 ml 50. 100. 250.500 ml 20 cm 20 cm 10. 25 ml Standart PVC 5 liter. plastik 250. 1000 ml. plastik 1 x 1m 4 rol 20 X 20 cm 50 cm
Merek Ohaust Memmert Thermolyne Pyrex Pyrex Pyrex Pyrex Schot Duran Stainless Steel -
Tabel 4. Daftar Bahan No
Nama
Spesifikasi/Type
Merek
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Tanah alofan Arang tempurung kelapa/arang aktif Tawas Aquades Air limbah yang mengandung logam tembaga HNO3 KI Na2S2O3 5 H2O KIO3 HCl CH3COOH NH4OH Kertas saring Amylum
Cemoro Kandang Teknis Teknis Teknis Teknis Pro Analist (p.a) Pro Analist (p.a) Pro Analist (p.a) Pro Analist (p.a) Pro Analist (p.a) Pro Analist (p.a) Pro Analist (p.a) N0. 40 Teknis
E-Merk E-Merk E-Merk E-Merk E-Merk E-Merk E-Merk Whatman -
c). Pembuatan Larutan. 1). Pembuatan Larutan Na2S2O3 5 H2O 0,1 N Cara pembuatan : Menimbang 12,44 gram Na2S2O3 5 H2O dilarutkan dalam bekerglass yang berisi aquades dingin yang sebelumnya dididihkan dulu untuk menguapkan CO2 nya sebanyak 100 ml, kemudian masukkan kedalam labu ukur dan tambahkan
aquades
sampai
500
ml,
diamkan
sebentar
kemudian
distandarisasi. 2). Pembuatan Larutan KI 1 N Cara pembuatan : Menimbang 8,3 gram KI kemudian larutkan dalam bekerglass yang berisi aquades 25 ml, setelah larut sempurna masukkan kedalam labu ukur dan tambahkan aquades sampai 100 ml 3). Pembuatan Larutan HCl 1N Cara pembuatan : Mengambil dengan pipet HCl pekat sebanyak 4,256 ml masukkan pada bekerglass yang berisi 20 ml aquades aduk dan masukkan kedalam labu ukur dan tambahkan aquades sampai 50 ml. 4). Pembuatan HNO3 6N Cara pembuatan : Mengambil dengan pipet HNO3 pekat sebanyak 104,59 ml masukkan pada bekerglass yang berisi 100 ml aquades aduk dan masukkan kedalam labu ukur dan tambahkan aquades sampai 250 ml. 5). Pembuatan CH3COOH 2N Cara pembuatan: Mengambil dengan pipet CH3COOH pekat sebanyak 28,595 ml masukkan pada bekerglass yang berisi 100 ml aquades aduk dan masukkan kedalam labu ukur dan tambahkan aquades sampai 250 ml.
6). Pembuatan larutan NH4OH 5N Cara pembuatan : Mengambil dengan pipet NH4OH pekat sebanyak 75,269 ml masukkan pada bekerglass yang berisi 15 ml aquades aduk dan masukkan kedalam labu ukur dan tambahkan aquades sampai 100 ml. 7). Pembuatan Larutan Amilum 1 % Timbang 1 gram amilum larutkan dengan sedikit aquades, setelah larut sempurna tambahkan aquades panas sampai 100 ml d). Standarisasi Larutan Na2S2O3 0,1 N Menimbang dengan tepat ± 0,2 gram padatan KIO3 kemudian larutkan dengan aquades dalam labu ukur 50 ml. Pipet 10 ml larutan tersebut dan 5 ml larutan HCl 1N
masukkan ke dalam erlenmeyer 100 ml kemudian tambahkan 1gram
KI,tutuplah dengan aluminium foil , diamkan selama 3 menit kemudian titrasi cepat-cepat dengan larutan Na2S2O3 sampai larutan berwarna coklat hampir hilang, tambahkan 1 ml indikator amilum dan titrasi dilanjutkan sampai warna biru tepat hilang dan terlihat warna hijau. Lakukan titrasi secara duplo. 2. Preparasi Penjerap. a). Tawas Tawas yang dibeli dari toko kimia dikeringkan sebentar dalam oven dengan suhu 105 OC selama 10 menit, hal ini dilakukan apabila tawas dalam kondisi sedikit basah, apabila cukup kering bisa langsung digunakan. b). Arang tempurung kelapa Arang aktif dari tempurung kelapa yang dibeli dari PT.Brataco dicuci sampai bersih kemudian diaktifasi dengan merendamnya pada larutan HCl 0,1 N selama 24 jam , setelah 24 jam dilakukan penyaringan dan dijemur sampai agak kering kemudian dioven dengan suhu 105 OC selama 4 jam. c). Tanah Alofan Tanah alofan yang digunakan dalam penelitian ini berasal dari daerah Cemoro Kandang, Gunung Lawu, Jawa Timur. Alofan yang diperoleh dibersihkan dari pengotor, dan dikeringkan di udara terbuka hingga kering , lalu tanah alofan
digerus hingga halus. Selanjutnya, tanah alofan diayak dengan ayakan 150 mesh. Serbuk yang lolos 150 mesh lalu dikeringkan pada temperatur 105 OC dan 110 OC selama 4 jam (Sulistyarini, 2012). 3. Metode dan Identifikasi Penjerap. a. Pengikatan kotoran limbah laboratorium Air limbah laboratorium yang mengandung ion Cu dan kotoran lain dijernihkan dulu dengan tawas yang dilakukan dengan cara mengambil air limbah sebanyak 500 ml dalam bekerglass dan menambahkan tawas dengan berbagai macam konsentrasi dari 100, 150, 200, 250 ppm diaduk kemudian didiamkan selama 1 sampai 2 jam agar kotoran membentuk flok dan mengendap kemudian disaring kotorannya dengan kertas saring Whatman No. 40 yang sudah diketahui beratnya , flok yang tersaring dikeringkan dalam oven selama 5-10 menit , didinginkan dalam desikator dan akhirnya kertas saring ditimbang kembali untuk mengetahui banyaknya flok-flok kotoran yang tersaring. Alternatif model penjernihan air seperti pada gambar 8 1). Penambahan tawas 100 ppm
3). Penambahan tawas 200 ppm
2). Penambahan tawas 150 ppm
4). Penambahan tawas 250 ppm
Gambar 8. Uji flokulasi dengan tawas
Berbagai metode dan teknik penjernihan air telah dikembangkan dan dipasarkan secara luas. Namun, secara umum penjernih air harus memenuhi beberapa persyaratan. Pertama, penjernih air harus mampu meningkatkan kesehatan dengan menyaring partikulat dan mikroba berbahaya, seperti golongan protozoa (Cryptosporidium dan Giardia), bakteri (Vibrio cholerae dan Salmonella typhi) dan virus (Hepatitis A). Kedua, relatif murah atau dapat diperoleh semua tingkatan masyarakat. Ketiga, teknologinya haruslah sesuai dan dapat diaplikasikan disemua wilayah yang kondisi air bakunya memerlukan peningkatan kualitas. Keempat, tidak menimbulkan kontaminasi lain, seperti penggunaan bahan bakar yang dapat menyebabkan polusi udara dan gangguan pernapasan. Mekanisme penghilangan mikroba dalam air berdasarkan oklusi ukuran partikel, sedangkan penghilangan pencemar kimia menggunakan proses jerapan. Jerapan merupakan pengayaan satu atau lebih komponen pada lapisan antar muka. Proses penjerapan terjadi pada permukaan penjerap, sedangkan pada absorpsi (penyerapan), molekul absorbate (terjerap) masuk ke dalam absorben (penyerap). Efektifitas jerapan dari fase cair ditentukan oleh beberapa hal, misalnya konsentrasi awal penjerap, tipe dan luas permukaan penjerap, jumlah penjerap (perbandingan cair-padat), pH larutan, kekuatan ion, waktu kontak, kelarutan terjerap dalam pelarutnya dan suhu. Uji ini dilakukan dengan melakukan variasi pada konsentrasi tawas untuk mengetahui
pengaruhnya pada berat flok. Konsentrasi pemberian tawas divariasikan
mulai dari 100, 150, 200, 250, 300, 400, 500 dan 600 (ppm). Pengujian dilakukan dengan kurva estimasi SPSS. b. Proses penjerapan tembaga dalam air limbah dengan pipa kontinyu. Pranoto (2013) telah membuat penyerap logam berat alami yang terbuat dari tanah lempung (alofan) yang diberi nama Prans Water Filter (PWF), alat penjernih air ini bisa dibuat dari pipa atau juga dari bambu lalu diberi ijuk, lempung padat yang sudah dikeringkan seperti genteng, yang jika kena air tidak akan hancur dan arang batok. Alat ini pernah diuji coba di daerah Pandeglang Banten dan Sorong Papua. Pada penelitian ini menggunakan pipa kontinyu seperti pada gambar 9 berikut ini.
Gambar 9..Pipa kontinyu Pada penelitian ini, pipa penjernih dibuat dengan menggunakan pipa kontinyu yang pertama didalamnya terdapat tabung filter yang berisi tanah alofan dan pipa kedua berisi arang aktif dari tempurung kelapa, cara kerja pipa penjernih adalah sebagai berikut : Pipa pertama diisi air limbah sampai penuh dengan waktu dan suhu aktifasi alofan tertentu, kran ke tabung kedua ditutup, setelah variabel waktu dicapai kran dibuka sehingga air limbah masuk ke tabung kedua yang berisi arang aktif dengan waktu yang sama dengan tabung pertama. Variasi komposisi penjerap antara tanah alofan : arang aktif , yaitu 1 berbanding 1 ; 1 berbanding 0,75 ; 1 berbanding 0,5 ; 1 berbanding 0,25 kemudian dibalik 0,75 berbanding 1; 0,5 berbanding 1; dan 0,25 berbanding 1, dimana peletakan tanah alofan pada pipa pertama dan arang aktif pada pipa kedua . Pengambilan air limbah untuk dianalisis kadar tembaga secara kuantitatif dilakukan sebelum dan sesudah masuk ke pipa penjerap. Pelaksanaan eksperimen dilakukan ulangan sebanyak 3 (tiga) kali untuk masingmasing kombinasi perlakuan. Ulangan tersebut dilakukan untuk menambah data sampel yang akan dianalisis dengan statistik sehingga dapat memberikan hasil yang lebih akurat dan memudahkan dalam perhitungannya karena semakin banyak data yang ada hasilnya akan semakin kecil tingkat kesalahan intrepretasinya.Sedangkan gambar skema variasi perlakuan komposisi adsorben alofan dan arang aktif pada 2 suhu yang berbeda pada penelitian ini seperti gambar 10 berikut ini.
Alofan 200 ml Arang 200 ml dikombinasikan dikombinasikan dengan dengan Arang 200 Alofan 200 Suhu 105⁰ C
Arang 150
Alofan 150
Arang 100
Alofan 100
Arang 50
Alofan 50
Variasi perlakuan Suhu 110⁰ C
Alofan 200 Arang 200 dikombinasikan dikombinasikan dengan dengan Arang 200 Alofan 200 Arang 150
Alofan 150
Arang 100
Alofan 100
Arang 50
Alofan 50
Gambar 10. Skema variasi komposisi alofan-arang aktif
c. Penentuan Kadar Tembaga (Cu) Air limbah hasil proses penghilangan kotoran dengan tawas dan penjerapan menggunakan tanah alofan dan arang aktif dengan komposisi tertentu ditentukan kadar ion Cu sebelum proses penjerapan dan sesudah dijerap dengan cara analisis kuantitatif menggunakan metode titrasi yodometri dan sampel titrasi dilakukan duplo. Cara analisisnya sebagai berikut : Mengambil dengan gelas ukur plastic air limbah kemudian masukan ke dalam beaker glass 100 ml,. Pipet 25 mL larutan tersebut dan masukan ke dalam erlenmeyer 100 ml. Tambahkan tetes demi tetes larutan NH4OH 5N sampai warna menjadi biru tua, kemudian tambahkan 15 ml CH3COOH 2N dan 10 ml larutan KI 1N tutup dengan alluminium foil dan biarkan selama 3 menit sehingga warna larutan berubah menjadi coklat.Titrasi dengan larutan Na2S2O3 sampai warna coklat I2 menjadi kuning pucat atau hampir hilang kemudian tambahkan 1 ml larutan amilum 1 % . Lanjutkan titrasi dengan larutan Na2S2O3 sampai terlihat endapan putih susu. Lakukan duplo.
Perhitungan standarisasi tiosulfat : Mol ekivalen Na2S2O3 = mol ekivalen KIO3 Vtitrasi x N Na2S2O3 = V KIO3 x N KIO3 Perhitungan kadar Cu : mol ekivalen Cu2+ = Mol ekivalen Na2S2O3 = V sampel x N Cu2+ = Vtitrasi x N Na2S2O3
(3.1)
Prosentase penurunan kadar Cu :
(3.2)
d. Penentuan Persamaan Adsorpsi Isoterm. Penjerap terbaik sebanyak 5 gram dimasukkan ke dalam gelas beker 250 mL dan ditambahkan masing-masing 25 mL larutan Cu dengan variasi konsentrasi 0,1 N, 0,15 N, 0,2 N, 0,25 N lalu diaduk (stirer) selama 5 menit , kemudian disaring dengan kertas Whatman No. 40, selanjutnya filtrat yang diperoleh dilakukan pengukuran konsentrasi dengan Analisis Yodometri untuk mengetahui ion logam Cu yang tidak terjerap. Cara menganalisisnya yaitu mengambil 10 ml filtrat, tambahkan tetes demi tetes larutan NH4OH 5N sampai warna menjadi biru tua kemudian tambahkan 6 ml CH3COOH 2N dan 4 ml larutan KI 1N tutup dengan alluminium foil dan biarkan selama 3 menit sehingga warna larutan berubah menjadi coklat. Titrasi dengan larutan Na2S2O3 sampai warna coklat I2 menjadi kuning pucat atau hampir hilang kemudian tambahkan 1 ml larutan amilum 1%, lanjutkan titrasi dengan larutan Na2S2O3 sampai terlihat endapan putih susu. Hasil yang diperoleh lalu dianalisis untuk menentukan model adsorpsi isothermnya mengikuti persamaan isoterm Langmuir atau Freundlich. e. Identifikasi Penjerap. Tanah andisol berasal dari daerah Cemoro Kandang, Gunung Lawu, Jawa Tengah (S 07o39’47,7”, E 111o11’16.1”, 1829 mdpl). Arang aktif dan alluminium sulfat didapat dari PT.Brataco di Surakarta dan data lengkap dapat dilihat pada Lampiran. Bahan kimia untuk Analisa kuantitatif didapat dari PT.Aneka Kurnia Utama di Semarang.
4. Teknik Pengumpulan dan Analisis Data Penelitian ini dilakukan pada skala laboratorium untuk 1 kali praktik dan hasil yang diperoleh diaplikasikan untuk skala sekolah. Data yang diperoleh berupa data kualitatif dan kuantitatif. Uji yang dilakukan meliputi uji konsentrasi tawas, uji waktu kontak dan uji kadar Cu sebelum dan sesudah proses penjerapan menggunakan metode yodometri. Data-data yang diperoleh dalam penelitian ini dilakukan analisis sebagai berikut: a. Data konsentrasi tawas dengan berat flok digunakan untuk menganalisis secara statistic hubungan antara 2 variabel tersebut sehingga didapatkan persamaan. b. Data waktu kontak digunakan untuk menentukan waktu kontak yang paling optimum dalam proses penjerapan. c. Data kuantitatif Analisis kadar Cu sebelum dan sesudah proses jerapan digunakan untuk menghitung prosentase penurunan kadar Cu , dan isoterm jerapan. Nornalitas Cu sebelum atau sesudah proses penjerapan =
(3.3)
Prosentase penurunan Cu =
(3.4)
x 100 %
Penurunanan kadar Cu ini dari berbagai komposisi dan suhu digunakan untuk menganalisis secara statistik hubungan antara variabel-variabel tersebut sehingga didapatkan suatu bentuk persamaan. d. Data analisis sebelum dan sesudah proses jerapan pada suhu yang optimum digunakan untuk menganalisis secara statistik untuk menentukan isoterm jerapan mengikuti persamaan Langmuir atau Freundlich. 1) Persamaan Langmuir (3.5) Persamaan
diatas
bukan
merupakan
persamaan
linier
maka
harus
disederhanakan sehingga menjadi linier dengan jalan membaliknya dan lebih mudah untuk menggambarkan grafiknya. Bila persamaan diatas disederhanakan menjadi : (3.6) Jika
, maka persamaannya akan menjadi (3.7)
Keterangan: C : konsentrasi terjerap pada keadaan setimbang (mg/l) x : jumlah bahan terjerap (mg/l) k1, k2 : konstanta empiris m : masa penjerap (g) Persamaan garis diatas dapat digambarkan menjadi sebuah grafik persamaan Isoterm Langmuir antara
vs
seperti pada gambar 11
slope tg ᾴ = 1/k1
b 1/ C Gambar 11. Grafik Isoterm Langmuir 2) Persamaan Freundlich (3.8) Bentuk logaritma dari persamaan di atas menjadi : Log = log k + (log C)1/n
(3.9)
Persamaan diatas dapat juga ditulis dalam persamaan logaritma sebagai berikut. log
= log k + log C
(3.10)
Keterangan : x
: jumlah bahan terjerap (mg/l)
m
: massa penjerap (g)
C
: konsentrasi kesetimbangan terjerap pada keadaan setimbang (mg/l)
k dan n : konstanta empiris (Tan, 1982 dan Atkin, 1999) Seperti pada persamaan Langmuir , persamaan garis diatas dapat juga digambarkan menjadi sebuah grafik persamaan Isoterm Freundlich seperti pada gambar 12 Log (x/m)
Slope = tg ᾴ = 1/n Log k
Log C Gambar 12.Grafik Isoterm Freundlich
Kurva persamaan garis lurus Langmuir dan Freundlich diperoleh dengan memplotkan nilai m/x vs 1/C dan log x/m vs log C , serta harga r2 yang paling mendekati 1 akan menunjukkan jenis isoterm jerapan. e. Data penelitian yang diperoleh adalah data primer dan merupakan data parametrik maka perhitungan statistic pada analisis pengaruh konsentrasi tawas terhadap berat flok menggunakan analisis uji normalitas dan uji beda untuk mengetahui normalitas data dan data yang didapat betul-betul mempunyai perbedaan yang signifikan, kemudian dilakukan uji regresi. Sedangkan pada uji waktu kontak, komposisi dan suhu dilakukan konversi dulu data kualitatif dan kuantitatif menjadi data nominal , kemudian dilakukan uji General Linier Model atau Two Way Anova dan dilakukan uji regresi, untuk penentuan adsorpsi isotherm mengikuti Langmuir atau Freundlich dilakukan uji regresi.
