PemanfaatanJerami Untuk PenyerapanLogam Berat 1imbal (Ph)(Siti Wardiyati)
PEMANFAATAN JERAMI UNTUK PENYERAPAN LOGAM BERAT TIMBAL
(Pb)
Siti Wardiyati daDWildaD Zakiah Lubis Puslitbang Iptek Bahan (P31B) -BATAN Kawasan Puspiptek, Serpong, Tangerang 13514
ABSTRAK PEMANFAATAN JERAMI UNTUK PENYERAPAN LOGAM BERAT TIMBAL (Pb). Telah dilakukan penelitian pemanl'aatanjerami untuk penyerapanlogam berat Timbal (Pb) dalam air. Penelitian ini dilakukan guna menaikkan nilai ekonomis jerami serta mendapatkan kondisi optimum penyerapan logam berat Pb oleh jerami. Percobaan dilakukan secara catu dengan menggunakan larutan umpan Pb-nitrat dengan konsentrasiPb 10 mg/L. Parameteryang dipelajari adalah pengaruh pH larutan umpan,waktu kontak, ukuranjerami dan perbandinganlarutan umpan terhadapjerami. PenentuanPb dilakukandenganmenggunakan alat Spektrolotometer UV-VIS DMS 100. Dari basil percobaan diperoleh kondisi optimum pH larutan 5-6, waktu kontak 20 menit, ukuran jerami lolos ayakan 40 mesh dan perbandingan larutan umpan terhadap jerami 50 mL : 0,5 g, dengan kondisi tersebut efisiensi penyerapan mencapai 95 0/0. Kala kunci : Jerami, logam berat timbal
ABSTRACT APLICATION OF HAYSTACK FOR ABSORPTION OF LEAD HEAVY METAL. Researchofaplication of hay tor absorption of lead heavy metal from water was carried out. This experiment done to increassing of economic point of hay and to find an optimum condition of absorption process. The method of experiment is batch process with using 10 ppm lead-nitric as feed solution. The parameter studied in this experiments are pH feed solution, contact time, size of hay and ratio of volume of teed solution to weihgt of hay. Determination ofPb using Spektrofotometer UV-VIS DMS 100. The result of experiment found of optimum contidion was obtained pH offeed solution is 5 -6, contact time Of20 minutes, size of hay is passedof sieve 40 mesh and ratio of feed solution to weight of hay are 50 cc : 0.5 g. The efficiency of absorption on those condition is 95 %. Key wordY : Haystack, lead heavy metal
PENDAHULUAN Jerami ataubatangpadi banyak ditemui disawahsawah bila musim pallen tiba. Diketahui penggunaan jerami sampai saat ini sebagai makanan temak, bahan pembuatkertas daDpupuk organik. Penggunaanjerami dapatditingkatkan, untuk menaikkannilai ekonomisnya, diantaranya untuk penyerapanlogam beratyang terlarut dalamair. Dewasa ini sebagian besar air diduga telah tercemar logam berat yang diakibatkan oleh adanya gas otomotif dan gasbuangan serta limbah daTipabrik. [1 ,2] Dengan adanya logam-logam berat seperti merkuri, mangan,timbal , nikel, peTak,seng,kobal, kadmium dan krom dalam air, maka perlu dilakukan penelitian pemanfaatanjerami untuk penyerapan logam berat. Penelitian ini bertujuan untuk menyelesaikan masalahlingkungan dan menaikkan nilai tambahjerami. Jerami merupakan salah satu limbah nut yang dapat dimanfaatkan sebagai penyerap logam berat seperti timbal, merkuri, aluminium, perak, cadmium, mangan,
zeng,dan nike1.[3] Limbah nut lain yang bisa digunakan untuk penyerapanlogam berat diantaranya kulit kacang, ku1itbuah-buahan, serbukkayu, ku1it pohon, dan sabut ke1apa.[3] Jeramiterdiri dari lignin 12 -14 %, se1u1osa 28 -36 %, pentosan23-25 % dankadarabu 14-20%. [4] Dinding setyang mengandung selulosa tersusun atasbeberapa gabunganpolisakarida. Salah satupo1isakaridatersebut berupa senyawaalginate dengan sifat sebagaipenukar ion. Mekanisme reaksi pertukaranion po1isakaridadalam limbah nut (biomassa) dengan logam berat dapat ditu1iskansebagaiberikut : [5] 2 NaAlg
+
Me+2
(Natrium Algirate)
(Logam)
--.
Me(Alg)2 + 2 Na'
(1)
Selain faktor tersebut diatas ada faktor lain yang juga berpengaruh pada penyerapan logam berat. yaitu faktor fisis dari padajerami yang berfungsi sebagaimedia
281
ProsidingPertemuanIlmiah Ilmu Pengetahuandan TeknologiBahan 2002 Serpong,22 -23 Oktober2002 penyaring (molekuler sieve). Dengan demikian proses penyerapan logam berat oleh jerami merupakan kombinasi antara penukar ion, adsorpsi dan kompleksasi. [5] Limbah nut berupa jerami tidak langsung digunakan begitu saja, mengingat limbah tersebutpada umumnya berwarna. Apabila limbah tersebutdigunakan langsung, maka air hasil treatment akan terkontaminasi oleh pigmen limbah nut. Untuk menghindari hal tersebut perIn dilakukan modifikasi limbah. Dengan adanya modifikasi ini struktur daripada limbah akan stabil, sehingga menaikkan waktu pemakaian. [3]Modiflkasi dilakukan dengan cara mereaksikan limbah nut dengan senyawakimia. Ada beberapakimia yang bisa digunakan diantaranya lanItan HNO, dan campuran ~SO 4dengan formaldehyde. [3,5] Parameter yang dipelajari pada penelitian pemanfaatan jerarni untuk penyerapan logam berat Timbal (Pb) yaitu pH larutan umpan, waktu kontak, ukuran jerarni dan perbandingan antara lamtan umpan danjerami.
ISSN1411-2213
lamtannya, dicuci dengan air bebasmineral hingga air cucian tidak berwarnadan kemudian dikeringkan dengan udara.
Penyerapan
Timbal
oleh Jerami
yang
Termodifikasi Proses penyerapan timbal dengan jerami yang termodifikasi dengan campuran asam sulfat dan formaldehyde dilakukan secara batch (catu). Caranya larutan Pb nitrat dengan konsentrasi Pb tertentu dikontakkan denganjerami pada sebuahbeaker gelas, kemudian diaduk dengan menggunakan pengaduk magnet. Setelah proses penyerapan selesai, jerami dipisahkan daTi efluentnya dan selanjutnya efluent dianalisis kandungan timbalnya dengan menggunakan alat SpektrofotometerUV -VIS D MS 100. Parameteryang dipelajari pada percobaanini adalah pengarnhpH larntan umpan( 1,2,3,4,5,6,7,8), waktukontak(5, 10, 15,20, 25,30,35,40) menit, ukuranj(;T.urn(Iolos ayakan 20, 40, 60, 80) mesh dan konsentrasi Pb pada larutan umpan (petbandingan antara Ph danjerami).
PERCOBAAN
PenentuanPb
Bahan
PenentuanPb dilakukan dengan menggunakan alat Spektrofotometer UV-VIS DMS 100 produk VARIAN, dengan menggunakan larutan 4-2 Pyridilazo Resorcinol (PAR) sebagaipengkhelat. [6,7] Timbal (Pb) dalam media alkali kuat (pH 10) akan bereaksi cepat dengan PAR membentuk khelat stabil berwama merah. WarDainilah yang dijadikan dasar untuk penentuan Pb dengan metode Spektrofotometer.
Jerami,formaldehyde(Aldrich), ~SO 4 (Aldrich), Pb(N°J2 (Aldrich), 4-2-Pyridylazo Resorcinol (PAR) (Aldrich), Air bebas mineral, HCI (Aldrich), NaOH (Aldrich), kertas saling Whatman. Bahan-bahan yang digunakan dalam tingkatpure analysis.
Alat Motor pengaduk magnet, Spektrofotometer UV. VIS DMS 100(Varian),Oven, ayakan,dan peralatan
HASILDANPEMBAHASAN
CARA KERJA
Percobaan penyerapantimbal olehjerami yang termodifikasi oleh campuran H2SO40,2 N daD formaldehyde 35 % memberikanbasil seperti yang ditunjukkanpadagambardaDlabelberikutini.
PreparasiJerami
Pengaruh pH Larutan Umpan.
gelas.
Jerami dikeringkan denganpanas matahari hinggakadarairnyasekitar10%, selanjutnya dipotongpotongsepanjang2- 3 mm,digerusdandiayakdengan ukuran 20, 40, 60, dan 80 mesh.Jeramihasil ayakan tersebutsiapuntukdimodiflkasi.
Modifikasi Jerami Modifikasi jerami dilakukan agar diperoleh struktur jerami yang stabil, bebas dari pigmen luar daD senyawa organik. Modifikasi dilakukan dengan cara mereaksikan jerami yang tidak dicuci sebelumnya sebanyak 10 g dengan 1 liter 0,2 N ~SO4 daD 50 g formaldehyde 35 %. Campuran tersebut selanjutnya diaduk sampai campur sempurna daD kemudian didiamkan selama 2 jam pada suhu 50°C. Jerami yang telah termodifikasi selanjutnya dipisahkan dari
282
Percobaan penyerapan 10gam berat Pb oleh jerami termodiftkasi dilakukan dengan menggunakan larntan umpan Pb nitrat dengankonsentrasi Pb 10 mg/L. Caranya larntan Pb nitrat sebanyak50 mL dikontakkan dengan0,5 gjerami denganukuran 1010sayakan40 mesh pada bekergelas 150 ml, kemudian diaduk secarapelanpelan dengan menggunakan pengaduk magnet selama 20 meDii, setelah proses penyerapan selesai jerami dipisahkan dan efluent dianalisis kandungan Pb dengan menggunakan SpketrofometerUV-VIS DMS 100. Pada percobaanini pH larntan umpan divariasi daTi 1,2, 3,4, 5, 6, 7, daD8. Dari Gambar 1 diatas terlihat bahwa kenaikan pH dari pH 1 sampaidengan pH 0 dkan menaikkan jumlah Pb yang terserap oleh jerami, akan tetapi untuk pH 7 keatas terjadi penurunan efisiensi penyerapan karena
PemanfaatanJerami Untuk PenyerapanLogam Berat Timbal (Ph) (Siti Wardiyati)
100
~
; ;
901
c"
eoi
[~
..
70 .;
Qj
>-
::1
c
~ "in
c
Qj
"in
'= w
i
10 0
,
2
3
4
5
6
7
35
8
pH larutan UrT1Jan
Gambar 1. Pengaruh pH larutan umpan terhadap penyerapan timbal oleh jerami, Pada konsentrasi Ph 10 mg/L. waktu kontak 10 menit. ukuran jerami lo1oN ayakan 40 mesh, perbandingan larutan umpan terhadap jerami SO mL : O,S g.
pactapH tersebut terjadi endapan putih Pb(OH), pacta lamtan umpan sehinggaprosespenyerapantidak efisien lagi. Hal ini dikarenakan permukaanjerami tertutup oleh endapan yang terbentuk, sehingga mempengaruhi proses penyerapan. Sedangkan untuk pH dibawah 7 kenaikan pH menaikkan efisiensipenyerapan,haI ini bisa kita lihat pactareaksi berikut ini :
2 NaAlg + Pb(N°J2 ~ Pb(NOJ2 + H+
~
Pb(Alg)2 +2 NaNO) PbT2 + HNO ,
(2) (3)
Melihat reaksi yang terjadi pacta proses penyerapan Pb oleh alginate tersebut diatas terlihat bahwa dengan kenaikkan pH, akan mempermudah lepasnya ion NO; membentuk HNO"
daTi Pb(NO)2 yang selanjutnya Sedangkan Pb+2 yang terbentuk
Gambar 2. Pengaruh waktu kontak terhadap penyerapan timbal oleh jerami, pada konsentrasi Pb 10 mg/L. pH larutan umpan S. ukuran jerami lolos ayakan 40 mellh. perbandingan larutan umpan erhadap jerami SO mL : O,S g.
waktu kontak akan menaikkan efisiensi penyerapan Ph, akan tetapi setelah waktu kontak mencapai 20 menit, kenaikan waktu tidak lagi menaikkan efisiensi penyerapan.Untuk waktu kontak kurang dari 20 menit, kenaikkan waktu kontak akan menaikkan efisiensi penyerapankarenajerarni yang digunakan belumjenuh terhadap Pb. Sedangkan untuk Waktu kontak diatas 20 menit efisiensipenyerapanmenurun, hal ini dikarenakan jerami mulai jenuh terhadap Pb dan disebabkan pula kemampuan jerami untuk menyerap Pb dibatasi oleh perbandingan stoikiometri antara ion Pb+2dengan alginate seperti yang dituliskan pacta pada reaksi 2. Lebih lanjut lagi untuk waktu kontak diatas 20 menit terjadi sedikit penurunan efisiensi penyerapan, hal ini kemungkinan disebabkan Pb yang terikat oleh jerami secara fisis yang sifatnya kurang kuat ikatannya,
membentuk kompl"eks Pb(Alg)2' Dengan demikianjelas
sehingga
dengan
pengadukan, Pb yang tadinya terikat akan terlepas kembali.
kenaikkan
pH akan menaikkan
efisiensi
penyerapan Pb olehjerami, Pernyataan ini diperkuat oleh TOBIN, J, M, dkk yang menyatakan bahwa pacta pH asam gugus fungsional biomassa dalam hat ini jerami bermuatan negatip, sehingga akan terjadi pengikatan logam yang actapacta larutan [3], Dari percobaan ini dapat disimpulkan bahwa pH optimum terjadi pacta pH 4 -6,
Pengaruh Waktu Kontak Terbad!p tflSi,ensi Penyerapan Pengaruh waktu kontak terhadap efisiensi penyerapan Pb oleh jerarni terrnodifikasi ditunjukkan pacta Garnbar 2. Cara percobaan sarna seperti pacta percobaan pengaruh pH larutan terhadap penyerapan Pb,hanya kondisi operasinya sedikit berbedayaitu pacta percobaan ini pH larutan ditetapkan 5 dan waktu percobaandivariasi dari 5,10,15,20,25,30,35 dan 40 rnenit. Dari Gambar 2 diatas menunjukkanbahwa proses penyerapan Pb oleh jerami yang termodifikasi relatip singkat. Untuk waktu kontak 5 menit, efisiensi penyerapan telah mencapai 80 0/0.Dengan kenaikkan
dengan bertambahnya waktu dan
Ukuran Jerami Secarateoritis ukuran jerami akan mempengamhi daya serapjerami itu sendiri,karena semakinkecil ukuran jerami, luas permukaannya akan semakin bertambah, sehingga bertambah pula daya serapnya. Akan tetapi apabila ukuran jerami terlalu kecil, hal ini akan berpengamh terhadap fungsi daripadajerami itu sendiri yaitu sebagaimedia penyaring dia akan terikut dalam efluent. Ukuran jerami yang merupakan salah satu parameter pada percobaan ini, dipelajari pada ukuran jerami yang lolos ayakan 20, 40, 60, dan 80 mesh. Hasil percobaanditunjukan pada Gambar 3. Dari Gambar 3 tersebut diatas terlihat bahwa ukuranjerami yang lolos ayakan 20 sampai dengan 80 meshmemberikan basil penyerapanPb yang tidak jauh berbeda. Hal ini disebabkan karena perbedaan luas permukaanjerami pada ukuran kisaran tersebut diatas tidak jauh berbeda, sehingga daya serapnya tidak jauh berbeda. Dari percobaan ini dapat disimpulkan bahwa
283
Prosiding Pertemuanlbniah llmu Pengetahuandan TeknologiBahan 2002 Serpong,22 -23 Oktober2002
ISSN1411-2213
Tabell. Efisiensi penyerapan Ph oleh jerami 0,5 g (ukuran lolos ayakan 40 mesh) dengan 50 ml larutan umpan,pada pH 5 dan waktu kontak 20 menit.
-, 100
ukuranjerami yang lolos ayakan20 hingga 80 mesh memberikanperbedaanbasil yang tidak signifIkan terhadappenyerapanPb.
Pengaruh Perbandingan Larutan Pb dengan Jerami Terhadap Efisiensi Penyerapan Percobaan pengaruh perbandingan larutan umpanterhadapjerami dilakukan dengancara menvariasi konsentrasi Pb dalam larutan umpan. Pada percobaan ini konsentrasiPb dalam larutan umpan divariasi dari 5, 10, 15,20, daD 25 mg/L, sedangkan beratjerami tetap 0,5 g daDpH lamtan 5. Hasil percobaanditunjukan pada Tabell berikut ini. Dari Tabel I terlihat bahwa dengan kenaikan konsentrasi Pb dalam larutan umpan, prosentase efisiensi penyerapan berkurang, hal ini jelas karena dengan kenaikan konsentrasi dalam larutan, jumlah Pb yang hams diserap oleh jerami semakin bertambah, sehingga prosentaseefisien penyerapanberkurang. Hal ini disebabkan karena kemampuan jerami untuk menyerap Pb terbatas yaitu dibatasi oleh perbandingan stoikiometri antara Pb+2dengan senyawa alginate yang ada pada jerami. Dari percobaan dapat disimpulkan perbandingan optimal antara Pb denganjerami adalah 0,5 mg Pb : 0,5 gjerami . Dari keseluruhan percobaan diatas bila kita bandingkan dengan percobaan penyerapan Pb oleh limbah nut lain yaitu sabutkelapa yang dilakukan oleh JUMIARTI dan kawan-kawan dapat dilihat padaTabe12 berikut ini. Tabel 2. Penyerapanlogam berat Pb oleh limbah
284
Dan Tabel 2 terlihat bahwa penyerapan Pb oleh jerami yang temlodifikasi oleh carnpuran ~SO 4 daD formaldehyde, efisiensi penyerapan lebih tinggi dibandingkan dengan sabutkelapa yang dicuci dengan HNO) pada kondisi operasiyang sarnadan waktu kontak penyerapanPb olehjerami relatiflebih pendek.
KESIMPULAN Dan basil percobaan pemanfaatanjerami untuk penyerapanlogam beratPb dalam air dapatdisimpulkan babwa jerami yang termodifikasi oleh campuran 0,2 N H2SO4dan Formaldehyde 35 % terbukti bisa digunakan untuk penyerapan logam berat Pb. Dengan efisiensi penyerapan 95 % untuk larutan Pb 10 mg/L sebanyak 50 mL , pH larutan 5 dan waktu kontak 20 menit danjumlah jerami 0,5 g.
DAFTARPUSTAKA [1].
WISNU ARYA WARDHANA, Dampak PencemaranLingkungan, Andi Offset,Yogyakarta, (1995). [2]. SITI WARDIYATI, WILD AN ZAKIAH LUBIS, SUTISNA, SUMARDJO, ARI HANDAYANI., PemanfaatanZeolite Alam Untuk Pemumian Air Minum, Seminar Nasional Kimia 2002, Jurusan Ff\.1:IPA UNNES -UNDJP Sernarang. [3]. RANDALL, JOHNM., RANTALA, EARL WAlSS JR., ANTHONI C., KUHNLE, JUDITH A., Removing heavy ions from water, United States Patent,3,944,415,March 16, (1976).
PemanfaatanJerami Untuk PenyerapanLogam Berat Timhal (Ph) (Siti Wardiyati)
[4]. TRI DARWINTO, Degradasi Lignin Kayu Jati (TectonaGrandis L.), Skripsi FakultasMatemateka dan IImu Pengetahuanalam , Universitas Gadjah [5]
[6]. [7].
MadYogyakarta, (1994). JUMIARTI, JUNE MELAWATI, SURIPTO, MARYOTO, PenyerapanIon Logam Berat Dalam Larutan 01eh Sabut Kelapa Sawit, Hasil-hasil Penelitian Aplikasi Isotop dan Radiasi, (1994), BATAN. sm WARDIYATI, PenentuanTimbal (Pb)Dengan Metoda Spektrofotometri, Laporan Teknis P3IB 301002/2002,BATAN Serpong. ZYGMUNT MARCZENKO, Separation and Spetrophotomettric Determination of Elemens, Ellis Horwood Limited England, (1986).
2. Apakahyangberpengaruhdalampenyerapanoleh jernmi 3. Berapapersenkeuntungan jika dihubungkandengan produkindustri Jawaban
I.
Campuranantara ~SO4 dengan formaldehyde terhadap kuantitas penyerapan logam tidak berpengaruh,tetapi sangat berpengaruhterhadap kualitasair basilolahan. 2. Kandungan unsur dalam jerami yang paling berpengaruhadalahsenyawaalginate 3. Belumdikaji IbrahimG., P3TIR-BATAN Pertanyaan
TANYAJAWAB Sugik,P3IB -BATAN
Sebaiknyadiketahuijuga kandungansilika yang ada dalamjerami, karenakemungkinansilika akan dapat mengikatPb,
Pertanyaan 1. SubstitusiPbke dalamjerami (lignin, selulosaatau bagianlainnya) 2. BagaimanadayajerapjeramiterhadapPb 3. Kondisioptimal penyerapanPb
Jawaban
Jawaban 1. SubstitusiPb menggantikanNa+yang berikatan dengansenyawaalginatesepertiyang ditunjukkan padareak.siberikut: 2NaAlg + Pb(N°3)2-:t Pb(Alg)2+ 2NaN°3 2. Dayajerabjerami mencapai95% untuk larutanPb 10mg,iLsebanyak50rnL denganjerarni0,5g 3. Kondisi Optimal: pH larutan5-6, waktukontak20 menit, ukuran jerami lolos ayakan 40 mesh, perbandingan umpan terhadap jerami sebesar 50rnL: 0,5g
Pertanyaan
SaranBapaksara terima dan akansara lakukan percobaan Desmawita, P3TIR -BATAN 1. Apakahfuu sudahmencobauntuk logamberatyang lainnyadanbagaimanahasilnya. 2. Saranuntuk melanjutkanpenelitian dengansabut kelapasawit Jawaban 1. Untuk logam berat yang lain belum kami lakukan karena penelitian ini merupakan penelitian pendahuluan,untuk peneltian selanjutnyaakan kami lanjutkan terhadap logam berat lainnya 2. Saran Ibu akan saya lakukan
Lely H., P3TIR -BATAN Pertanyaan
I. Apakahpernahdicobadenganlogam lain 2. Apakah pernah dicoba dengan sistem kontinyu (kolom) Jawaban 1. Belum daD akan dicoba 2. Belum, dalam percobaan ini ditentukan kondisi optimal terlebih dahulu seperti pH larutan, waktu kontak daDukuran jerami. Setelahdiperolehkondisi optimal tersebut diatas, akan dilanjutkan dengan sistem kontinyu (kolom) Tri Ismirani, Fisika FIv1IPA-UNn.A Pertanyaan 1. Apakah campuran antara H2SO4 dengan formadehyde berpengaruh terhadap kuantitas
penyerapanlogam
Ke Daftar Isi 285
