5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA II.1 Definisi Logam Berat dan Jenisnya. Logam berat adalah unsur-unsur kimia dengan berat jenis lebih besar dari 5 g/cm3, terletak di sudut kanan bawah sistem periodik, mempunyai afinitas yang tinggi terhadap unsur S dan biasanya bernomor atom 22 sampai 92 dari periode 4 sampai 7. Kadmium, timbal, dan tembaga terikat pada sel-sel membran yang menghambat proses transformasi melalui dinding sel. Logam berat juga mengendapkan senyawa fosfat biologis atau mengkatalis penguraiannya. Adanya logam berat diperairan, berbahaya baik secara langsung terhadap kehidupan organisme, maupun efeknya secara tidak langsung terhadap kesehatan manusia. Hal ini terkait dengan sifat-sifat logam berat, yaitu : 1. Sulit didegadasi, sehingga mudah terakumulasi dalam lingkungan perairan dan keberadaannya secara alami sulit terurai (dihilangkan) 2. Dapat terakumulasi dalam organisme termasuk kerang dan ikan, dan akan membahayakan kesehatan manusia yang mengkonsumsi organisme tersebut 3. Mudah terakumulasi di sediment, sehingga konsentrasinya selalu lebih tinggi dari konsentrasi logam dalam air. Disamping itu sedimen mudah tersuspensi karena pergerakan massa air yang akan melarutkan kembali logam yang dikandungnya ke dalam air, sehingga sedimen menjadi sumber pencemar potensial dalam skala waktu tertentu Kadmium dalam air berasal dari pembuangan industri dan limbah pertambangan. Logam ini sering digunakan sebagai pigmen pada keramik, dalam penyepuhan listrik, pada pembuatan alloy, dan beterai alkali. Keracunan kadmium dapat bersifat akut dan kronis. Efek keracunan yang ditimbulkan berupa penyakit paru-paru, hati, tekanan darah tinggi, gangguan pada sistem ginjal
6 dan kelenjar pencernaan serta mengakibatkan kerapuhan pada tulang. Tembaga merupakan logam yang ditemukan di alam dalam bentuk senyawa dengan sulfide (CuS). Tembaga sering digunakan pada pabrik-pabrik yang memproduksi peralatan listrik, gelas, alloy. Tembaga masuk keperairan merupakan faktor alamiah seperti terjadinya pengikisan dari batuan mineral sehingga terdapat debu, partikel-partikel tembaga yang terdapat dalam lapisan udara akan terbawa oleh hujan. Tembaga juga berasal dari buangan bahan yang mengandung tembaga seperti dari industri galangan kapal, industri pengolahan kayu, dan limbah domestik. Pada konsentrasi 2.3 – 2.5 mg/l dapat mematikan ikan dan akan menimbulkan efek keracunan , yaitu kerusakan pada selaput lendir. Tembaga dalam tubuh berfungsi sebagai sintesa haemoglobin dan tidak mudah diekskresikan dalam urine karena sebagian terikat dengan protein, sebagian diekskresikan melalui empedu ke dalam usus dan dibuang ke feses, sebagian lagi menumpuk dalam hati dan ginjal, sehingga menyebabkan penyakit anemia dan tuberkolusis. Logam timbal (Pb) berasal dari buangan industri metalurgi, yang bersifat racun dalam bentuk Pb-arsenat. Dapat juga berasal dari proses korosi lead bearing alloys. Kadangkadang terdapat dalam bentuk kompleks dengan zat organik seperti hexaetil timbal, dan tetra alkil timbal (TAL). Pada manusia, timbal dapat masuk ke dalam tubuh melalui makanan dan minuman yang dikonsumsi serta melalui pernapasan dan penetrasi pada kulit. Didalam tubuh manusia, timbal dapat menghambat aktifitas enzim yang terlibat dalam pembentukan hemoglobin yang dapat menyebabkan penyakit anemia. Gejala yang diakibatkan dari keracunan logam timbal adalah kurangnya nafsu makan, kejang, kolik khusus, muntah, dan pusing-pusing. Timbal dapat juga menyerang susunan syaraf dan mengganggu sistem reproduksi, kalainan ginjal, dan kelainan jiwa. (Marganof, 2003)
7 II.2. Definisi Adsorbsi dan Jenisnya. Adsorbsi adalah proses pemisahan dimana komponenkomponen tertentu dalam fase fluida berpindah ke permukaan padatan. Padatan yang menyerapnya disebut adsorben sedangkan komponen yang terserap disebut adsorbat. Sebagian besar adsorben merupakan bahan yang sangat berpori dan adsorbsi terutama terjadi pada dinding berpori atau pada suatu tempat tertentu di dalam partikel. Proses pemisahan dapat terjadi karena adanya perbedaan berat molekul, bentuk atau kepolaran yang menyebabkan molekul-molekul tertentu melekat pada permukaan yang lebih kuat daripada molekul-molekul yang lain atau karena ukuran porinya terlalu kecil untuk dapat memuat molekul yang lebih besar. Adapun teknik yang digunakan untuk adsorbsi ini adalah : • Stagewise Untuk larutan cair, dimana solut yang akan dipisahkan relatif teradsorb secara kuat dibandingkan dengan larutan induknya, dapat dilakukan dengan teknik batch, continous, dan semicontinous dengan dianalogikan seperti ekstraksi liquid dengan operasi mixer-settler. Untuk pengoperasian secara continous countercurrent cascade dapat disimulasikan seperti teknik fluidized bed. • Continous Contact Metods Dalam pengoperasiannya fluida dikontakkan dengan adsorben melewati sebuah aparatus tanpa periode pemisahan dari fase.Operasi ini dapat terjadi secara kontinu, steady-state, dimana karakteristik dari pergerakan solid dapat sebaik fluidanya. Operasi seperti ini kita kenal dengan moving bed adsorbers. Selain itu dapat juga beroperasi secara semikontinu yang menghasilkan kondisi unsteady-state dan menyebabkan komposisi sistem berubah sesuai waktu. Jenis yang seperti ini kita kenal dengan fixed-bed adsorbers.
8 FIXED-BED ADSORBERS. Dalam fixed-bed adsorbers, fluida akam mengalir melalui packed bed dengan flowrate yang konstan. Resistensi dari transfer masa sangat penting dalam fixed-bed proses dan proses terjadi secara unsteady-state. Pada awal proses dapat diasumsikan konsentrasi solut dalam solid pada bed nol. Kemudian saat fluida pertama kontak dengan bed, saat inilah sebagian besar transfer massa dan adsorbsi terjadi. Saat fluida mengalir melalui bed, konsentrasi fluida akan berkurang drastis sebelum keluar dari bed. Breakthrough Curves (Kurva Penerobosan) Kurva yang ditunjukkan oleh gambar 2.1 disebut kurva breakthrough. Pada saat t1 dan t2, konsentrasi yang keluar persis sama dengan nol. Ketika konsentrasi mencapai nilai batas yang diizinkan atau breakpoint, aliran dihentikan atau diganti dengan adsorben baru. Harga breakpoint biasanya berdasarkan konsentrasi relatif antara 0,05 atau 0,10.
Gambar 2.1. Kurva Breakthrough Jika adsorbsi dilanjutkan setelah breakpoint, maka konsentrasi akan naik dengan cepat sampai sekitar 0,5 dan kemudian menjadi lambat sampai mendekati 1, seperti ditunjukkan oleh gambar 2.1 Kurva bentuk S ini serupa untuk profil konsentrasi internal dan sering mendekati bentuk simetri.
9 Dengan neraca massa ini dapat ditunjukkan bahwa daerah antara kurva dan garis c/c0 = 1 adalah sebanding dengan total solut yang teradsorbsi jika seluruh bed setimbang dengan feed. Jumlah yang teradsorbsi sebanding dengan daerah yang terarsir di sebelah kiri garis putus-putus pada tb, dapat dikatakan sebagai waktu adsorbsi ideal untuk kurva breakthrough vertikal. Untuk satu unit area penampang bed, kecepatan feed dari solute adalah hasil kali kecepatan superficial dan konsentrasi : (1) FA = u0c0 Waktu total solute yang terserap : ∞ c t t = 1 − dt (2) c0 0 Waktu total solute yang terserap sampai breakpoint :
∫
tb
c (3) t b = 1 − dt c0 0 Massa logam berta yang terserap setiap massa biji kelor pada keadaan jenuh (Wsat) dan pada saat breakpoint (Wb) dihitung dengan persamaan (4) dan (5) : F t W sa t = A t (4) Lρ b Ft Wb = A b (5) Lρ b
∫
Panjang bed yang tidak terpakai = 1 −
Wb Wsat
W Panjang bed yang tidak terpakai = L 1 − b Wsat Pada keadaan jenuh, tt dapat dihitung : Lρ W tt = b sat FA
(6) (7)
(8)
10 Dan pada breakpoint, tb dapat dihitung : Lρ W tb = b b FA
(9)
Scale-Up Lebar dari daerah transfer massa tergantung pada rate transfer massa, flowrate dan bentuk kurva kesetimbangan. Adsorber biasanya discale-up dari tes laboratorium dengan diameter bed yang kecil dan unit yang besar didesain untuk ukuran partikel dan kecepatan superficial yang sama. II.3. Kandungan dan Manfaat Kelor (Moringa Oleifera). Kelor (Moringa Oleifera) termasuk jenis tumbuhan perdu yang dapat memiliki ketinggian batang 7 -11 meter. Tanaman ini banyak tumbuh di India bagian utara, tetapi saat ini telah menyebar ke seluruh kawasan tropis, termasuk Indonesia. Di Indonesia, tanaman tersebut dikenal sebagai tanaman kelor dengan daun yang kecil-kecil. Yang perlu diperhatikan adalah tanaman tersebut tumbuh cepat sekali baik dari biji maupun dari stek, bahkan bila ia ditanam di lahan yang gersang yang tidak subur. Jadi bagus dikembangkan di lahan-lahan kritis yang mengalami musim kekeringan yang panjang. Budidaya tanaman Moringa atau kelor memerlukan pemeliharaan yang sangat minimal dan dapat tahan pada musim kering yang panjang. Cepat tumbuh sampai ketinggian 4-10 meter, berbunga, dan menghasilkan buah hanya dalam waktu 1 tahun sejak ditanam. Bahkan di kawasan India bagian selatan, setiap tahun dapat dilakukan dua kali panen. (www.moringaceae.com)
11 Adapun yang terkandung di dalam biji kelor : Tabel 2.1 Komposisi Biji Kelor No. Komponen % 1 Air 22.4 2 Protein 15.6 3 Asam amino 15.3 4 Abu 11.5 5 Lemak 10.1 6 Sukrosa 5.5 7 Serat 5.1 8 Starch 5.1 9 Kalsium 3.76 10 L-Fruktose 1.5 11 Kalium 1.43 12 Magnesium 0.96 13 Natrium 0.34 14 Besi 0.086 15 Mangan 0.008 16 Seng 0.0015 17 Tembaga 0.0005 Komposisi biji kelor dapat dilihat pada tabel 1 di atas. Dalam tabel tersebut dapat dilihat adanya beberapa kandungan yang memiliki kutub negatif (ion). Yang terbesar adalah asam amino. Dilihat dari komponen-komponen yang terkandung, maka biji kelor memenuhi kriteria sebagai zat yang bisa mengadakan ikatan dengan beberapa logam berat, karena logam berat sendiri biasanya bersifat kationik. Karena serbuk kelor mengandung ion negatif maka akan bersifat seperti magnet dan akan menarik ion positif dan terjadi ikatan antara ion-ion tersebut. Ikatan jenis ini hanya merupakan interaksi fisik tanpa menghasilkan zat baru, sehingga dapat dikategorikan sebagai ikatan logam.
