BIOSORPSI LOGAM BERAT Pb(II) MENGGUNAKAN KULIT BUAH KAKAO
ANGGA RAJAWANE
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2008
ABSTRAK ANGGA RAJAWANE. Biosorpsi Logam Berat Pb (II) Menggunakan Kulit Buah Kakao. Dibimbing oleh BETTY MARITA SOEBRATA dan HENNY PURWANINGSIH SUYUTI. Berbagai usaha telah dilakukan untuk mengatasi pencemaran logam berat, diantaranya dengan metode fisikokimia seperti presipitasi kimia dan bioreduksi. Akan tetapi metode tersebut mahal dan tidak efektif. Oleh karena itu, metode bioteknologi seperti biosorpsi menjadi metode alternatif untuk mengatasi pencemaran logam berat yang lebih murah dan efektif. Pada penelitian ini, adsorpsi logam berat Pb(II) dilakukan menggunakan kulit buah kakao (KBK). Biosorben yang dibuat adalah biosorben tanpa modifikasi (BTM), biosorben modifikasi asam (BMA), dan adsorben arang aktif (AA) sebagai pembanding. Hasil penelitian menunjukkan bahwa KBK merupakan biosorben yang potensial untuk mengadsorpsi logam berat Pb(II). Hasil adsorpsi pada larutan tunggal Pb(II) dan limbah pabrik PT Nitress Tbk menunjukkan bahwa nilai kapasitas adsorpsi Pb(II) dari tertinggi sampai terendah, yaitu AA, BMA, kemudian BTM. Jenis adsorpsi dari biosorben dilihat melalui penentuan isoterm Langmuir dan Freundlich. Jenis adsorpsi BTM adalah isoterm Freundlich sehingga dapat diperkirakan bahwa mekanisme adsorpsi BTM bersifat fisisorpsi. Jenis adsorpsi BMA adalah isoterm Langmuir sehingga dapat diperkirakan adsorpsi BMA bersifat kimisorpsi. Demikian juga, jenis adsorpsi AA adalah isoterm Langmuir sehingga dapat diperkirakan adsorpsi AA bersifat kimisorpsi.
ABSTRACT ANGGA RAJAWANE. Biosorption of Heavy Metal Pb(II) by Cacao Rind. Supervised by BETTY MARITA SOEBRATA and HENNY PURWANINGSIH SUYUTI. Various efforts have been conducted to overcome heavy metal contamination, among other things with physical and chemical method such as chemical precipitation and bioreduction. However these methods costly and are not effective. Therefore, biotechnology method like biosorption becomes an alternative method to overcome effective and cheaper heavy metal contamination. This experiment, biosorption of heavy metal Pb (II) by cacao rind (KBK). Adsorbent were biosorbent without modification (BTM), acid biosorbent modification (BMA), and the actived charcoal (AA) as a comparator. Result of research showed KBK was biosorbent which potential for adsorb Pb (II) heavy metal. Adsorption result in Pb(II) single solution and waste of PT Nitress Tbk accumulator factory showed that Pb(II) capacity adsorption value at higest to lowest were AA, BMA, and then BTM. Adsorption type of adsorption can be evaluated by the determination of Langmuir and Freundlich isotherm. Adsorption type of BTM was Freundlich isotherm, so can be estimated that BTM adsorption mechanism was physisorption. Adsorption type of BMA was Langmuir isotherm, so can be estimated that BTM adsorption mechanism was chemisorption. And also, adsorption type of BTM was Freundlich isotherm, so can be estimated AA adsorption mechanism was chemisorption.
BIOSORPSI LOGAM BERAT Pb(II) MENGGUNAKAN KULIT BUAH KAKAO
ANGGA RAJAWANE
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Kimia
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2008
Judul Nama NIM
: Biosorpsi Logam Berat Pb(II) Menggunakan Kulit Buah Kakao : Angga Rajawane : G44202057
Menyetujui: Pembimbing I,
Pembimbing II,
Betty Marita Soebrata, S.Si, M.Si. NIP 131 694 523
Henny Purwaningsih Suyuti S.Si, M.Si. NIP 132 311 914
Mengetahui: Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Dr. Drh. Hasim, DEA NIP 131 578 806
Tanggal Lulus:
PRAKATA Bismillahirrahmanirrahim… Alhamdulillah, segala puji bagi Allah SWT karena atas rahmat dan karunia-Nya penulis dapat menyelesaikan karya ilmiah ini. Karya ilmiah ini berjudul Biosorpsi Logam Berat Pb(II) Menggunakan Kulit Buah Kakao, yang dilaksanakan pada bulan November 2006 sampai dengan Juli 2007 bertempat di Laboratorium Kimia Fisik dan Lingkungan, IPB. Karya ilmiah ini didanai oleh Hibah Penelitian Internal Departemen Kimia FMIPA IPB. Penulis mengucapkan terima kasih kepada Ibu Betty Marita, S.Si, M.Si. dan Ibu Henny Purwaningsih Suyuti S.Si, M.Si selaku pembimbing yang telah memberikan masukan dan pengarahan kepada penulis. Ungkapan terima kasih dihaturkan kepada Papa, Mama, dan Nona atas doa dan dorongannya. Ucapan terima kasih juga disampaikan kepada Departemen Kimia IPB atas dana hibah penelitian internalnya, Ibu Ai, Bapak Nano, Bapak Mail,Bapak Eman, Bapak Didi dan Mas Heri atas bantunnya. Saya haturkan banyak terima kasih kepada Lukman, Obie, David, Tri, Zulfikar, dan Fahrizal atas kerjasamanya dan kebaikannya selama ini. Dan juga kepada teman-teman angkatan 39 (Azzumar), marboth dan pengurus DKM Al-Ghifari atas dukungan dan kenangan manisnya selama ini. Akhir kata, penulis menyampaikan semoga karya ilmiah ini bermanfaat bagi ummat manusia pada umumnya dan dunia pendidikan Indonesia pada khususnya. Amin
Bogor, Januari 2008 Angga Rajawane
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Jakarta pada tanggal 24 Februari 1985 sebagai anak pertama dari dua bersaudara, putra dari pasangan Joni Rajawane dan Dasri. Tahun 2002 penulis lulus dari SMU Negeri 52 Jakarta Utara dan memperoleh kesempatan melanjutkan studi di Departemen Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam IPB melalui jalur Seleksi Penerimaan Mahasiswa Baru (SPMB). Selama mengikuti perkuliahan penulis aktif di dalam organisasi kampus di IPB. Periode kepengurusan 2004/2005 menjadi staf di Departemen Kerohanian, Ikatan Mahasiswa Kimia (Imasika) IPB dan staf Biro Syiar DKM Al-Ghifari, 2005-2006 menjadi Ketua Imasika IPB dan staf Biro Kaderisasi DKM Al-Ghifari. 2006-2007 menjadi Ketua Harian DKM Al-Ghifari. Penulis juga sangat aktif menjadi asisten-asisten praktikum Kimia Fisik dan Lingkungan serta Penanggung jawab asistensi Pendidikan Agama Islam FMIPA tahun ajaran 2005-2006. Selain itu, penulis aktif mengikuti seminar-seminar, baik yang berbasis IPTEK dan wirausaha selama mengikuti perkuliahan di IPB.
DAFTAR ISI
Halaman DAFTAR TABEL .....................................................................................................
vii
DAFTAR GAMBAR ................................................................................................
viii
DAFTAR LAMPIRAN .............................................................................................
ix
PENDAHULUAN ....................................................................................................
1
TINJAUAN PUSTAKA Tanaman dan Perkebunan Kakao .................................................................... Senyawa-senyawa dalam KBK......................................................................... Isoterm Adsorpsi ............................................................................................. Isoterm Adsorpsi Freundlich .......................................................................... Isoterm Adsorpsi Langmuir............................................................................. Logam Berat .................................................................................................... Biosorpsi .......................................................................................................... Modifikasi Biosorben .......................................................................................
1 1 2 2 2 3 3 3
BAHAN DAN METODE Bahan dan Alat ................................................................................................ Prosedur Penelitian ..........................................................................................
3 3
HASIL DAN PEMBAHASAN Biosorben ......................................................................................................... Penentuan Kondisi Optimum .......................................................................... Kondisi-kondisi Optimum BTM....................................................................... Kondisi-kondisi Optimum BMA ...................................................................... Kondisi-kondisi Optimum AA ......................................................................... Adsorpsi Larutan Tunggal ............................................................................... Adsorpsi Limbah Industrii ............................................................................... Isoterm Adsorpsi ..............................................................................................
4 5 5 6 7 8 9 9
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan .......................................................................................................... Saran ................................................................................................................
11 11
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................
11
LAMPIRAN ...............................................................................................................
14
DAFTAR TABEL Halaman 1 Kondisi optimum BTM............................................................................................
6
2 Kondisi optimum BMA............................................................................................
7
3 Kondisi optimum AA................................................................................................
8
DAFTAR GAMBAR Halaman 1 Rantai molekul pektin ............................................................................................
2
2 Rantai molekul selulosa .........................................................................................
2
3 Adsorben (a) BTM, (b) BMA, dan (c) AA .....................................................
5
4 Waktu biosorpsi optimum ion Pb (II) oleh BTM...................................................
5
5 Pengaruh bobot BTM terhadap kapasitas logam Pb (II).........................................
5
6 Pengaruh pH terhadap kapasitas logam Pb (II) oleh BTM ....................................
6
7 Pengaruh konsentrasi logam Pb (II) terhadap kapasitas logam Pb (II) oleh BTM.
6
8 Waktu biosorpsi optimum ion Pb (II) oleh BMA ..................................................
6
9 Pengaruh bobot BMA terhadap kapasitas logam Pb (II) ......................................
6
10 Pengaruh pH terhadap kapasitas logam Pb (II) oleh BMA....................................
7
11 Pengaruh konsentrasi logam Pb (II) terhadap kapasitas logam Pb (II) oleh BMA
7
12 Waktu biosorpsi optimum ion Pb (II) oleh AA......................................................
7
13 Pengaruh bobot AA terhadap kapasitas logam Pb (II)..........................................
7
14 Pengaruh pH terhadap kapasitas logam Pb (II) oleh AA .......................................
8
15 Pengaruh konsentrasi logam Pb (II) terhadap kapasitas logam Pb (II) oleh AA ...
8
16 Adsorpsi logam berat Pb(II) pada larutan tunggal Pb(II) oleh BTM, BMA, dan AA...8 17 Adsorpsi logam berat Pb(II) pada limbah pabrik aki oleh BTM, BMA, dan AA .
9
18 Isoterm Freundlich adsospsi logam Pb (II) oleh BTM ..........................................
9
19 Isoterm Langmuir adsospsi logam Pb (II) oleh BTM ..........................................
10
20 Isoterm Freundlich adsospsi logam Pb (II) oleh BMA .........................................
10
21 Isoterm Langmuir adsospsi logam Pb (II) oleh BMA ..........................................
10
22 Isoterm Freundlich adsospsi logam Pb (II) oleh AA ............................................
10
23 Isoterm Langmuir adsospsi logam Pb (II) oleh AA ..............................................
11
DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1
Bagan alir penelitian ...........................................................................................
15
2
Kadar air kulit buah kakao kering
....................................................................
16
3
Kapasitas adsorpsi (Q) biosorben penentuan waktu optimum adsorpsi logam Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm (BTM, BMA, dan AA) ....................
17
Pengaruh bobot adsorben terhadap kapasitas adsorpsi (Q) logam berat Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm (BTM, BMA, dan AA) .............................
18
Pengaruh pH adsorben terhadap kapasitas adsorpsi (Q) logam berat Pb(II) dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm (BTM, BMA, dan AA) .............................
19
4
5
6
Pengaruh konsentrasi adsorben terhadap kapasitas adsorpsi (Q) logam berat Pb(II) 20 dari 50 mL larutan Pb(II) 15 ppm (BTM, BMA, dan AA) .............................
7
Mekanisme pengikatan Pb(II) oleh senyawa-senyawa dalam KBK ........
21
8
Perubahan struktur pektin oleh modifikasi asam nitrat ......................................
22
9
Pengujian adsorpsi BTM, BM, dan AA terhadap larutan tunggal Pb(II) pada kondisi optimum..........................................................................................
23
10 Pengujian adsorben (BTM, BM, dan AA) pada limbah pabrik aki pada kondisi optimum ………………………...……………………........
23
11 Data limbah pabrik aki .......................................................................................
24
12 Data untuk pembuatan isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam berat Pb(II) oleh BTM …………………………………………......
25
13 Data untuk pembuatan isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi Logam berat Pb(II) oleh BMA ……………...........………………………..
26
14 Data untuk pembuatan isoterm Langmuir dan Freundlich untuk adsorpsi logam berat Pb(II) oleh AA ………………...…..…………….…………..
27
PENDAHULUAN
TINJAUAN PUSTAKA
Berbagai usaha telah dilakukan untuk mengatasi pencemaran logam berat, diantaranya dengan metode fisikokimia seperti presipitasi kimia, osmosis balik, pertukaran ion, dan bioreduksi (Cabuk et al. 2005). Akan tetapi, metode tersebut mahal dan tidak efektif terutama pada konsentrasi larutan ion logam berat 1−100 ppm (Hussein et al. 2004). Oleh karena itu, metode bioteknologi seperti biosorpsi atau bioakumulasi menjadi metode alternatif untuk mengatasi pencemaran logam berat. Metode ini diketahui lebih murah dan efektif (Kapoor & Viraraghavan 1995). Tanaman kakao bagi Indonesia telah menjadi komoditas perdagangan dan sumber devisa negara yang sangat penting dalam dekade terakhir. Dirjenbun (2001) menyebutkan bahwa Indonesia menduduki peringkat ke-3 pasar produksi sebesar 8%, sedangkan Pantai Gading 52,5% (no. 1) dan Nigeria 13,7% (no. 2). Produksi biji kakao kering di Indonesia per tahun sebanyak 350 ribu ton sehingga perkebunan kakao akan menghasilkan limbah padat kulit buah kakao (KBK) kurang lebih 1 juta ton per tahun. KBK mengandung 84,06% air, 0,70% protein, 1,77% abu, 0,81% lemak, 8,5% serat kasar, dan 4,50% karbohidrat (Laili 1994). Selain itu, KBK juga mengandung 6-12% pektin (Gusmanizar 1993) dan selulosa yang cukup tinggi yang berpotensi sebagai biosorben (Sunanto 1992). Menurut Sunarya (2006), kulit jeruk siam mengandung senyawa pektin yang cukup tinggi. Adanya pektin tersebut menyebabkan kulit jeruk siam berpotensi sebagai biosorben logam berat Pb(II) yang lebih efektif dari pada zeolit sebagai adsorben pembanding. Selain itu, KBK sudah diujikan sebagai biosorben yang cukup efektif pada larutan biru metilena dan limbah zat pewarna (Alamsyah 2007). Penelitian ini bertujuan untuk memanfaatkan KBK sebagai biosorben dan memodifikasi KBK dengan larutan asam. Uji kapasitas adsorpsi dilakukan pada larutan logam tunggal Pb(II) dan limbah pabrik aki PT Nitress Tbk Arang aktif (AA) digunakan sebagai adsorben pembanding pada tahap uji kapasitas adsorpsi KBK.
Tanaman dan Perkebunan Kakao Tanaman kakao (Theobroma cacao L) merupakan salah satu tanaman perkebunan yang dapat tumbuh baik di Indonesia, terutama di dataran rendah atau di lereng gunung dengan ketinggian tidak lebih dari 500 m dari permukaan laut. Dalam dunia tumbuhan, klasifikasi kakao adalah sebagai berikut: Divisi : Spermatophyta Subdivisi : Angiospermae Kelas : Dicotyledoneae Ordo : Dialypetalae Famili : Sterculiaceae Genus : Theobroma Spesies : cacao L Buah kakao terdiri atas 73,37% kulit buah, 2,00% plasenta, dan 24,20% biji (Haryati & Hardjosuwito 1984). Adegbola (1997) menyatakan bahwa 75% bahan kering dari keseluruhan buah kakao merupakan KBK dan kulit biji kakao hanya berjumlah 10% dari bobot biji. Kakao termasuk tanaman kaulifori, artinya bunga dan buah tumbuh pada batang dan cabang tanaman. Biji dibungkus oleh daging buah atau pulp yang berwarna putih dan rasanya manis. KBK adalah bagian dinding buah yang mencakup kulit terluar sampai dinding buah sebelum kumpulan biji. KBK memiliki tekstur kasar, tebal, dan agak keras. Buah kakao yang matang berisi 30−40 biji yang diselubungi oleh daging buah dan biji. Biji kakao terdiri atas kulit biji dan kepingan biji. Senyawa-senyawa dalam KBK Senyawa yang cukup banyak terkandung dalam KBK adalah pektin dan selulosa. Kedua senyawa tersebut memungkinkan KBK mempunyai potensi sebagai biosorben. Pektin merupakan campuran polisakarida dengan komponen utama berupa polimer asam α-Dgalakturonat yang mengandung gugus metil ester pada konfigurasi C-2 (Gambar 1). Komposisi kimia pektin sangat bergantung pada sumber dan kondisi yang digunakan pada saat isolasi. Selulosa merupakan polimer yang mempunyai monomer D-glukosa yang dihubungkan melalui ikatan glikosida β (Gambar 2). Selulosa membentuk komponen
