Muzakky,dkk.
ISSN 0216 -3128
KEREAKTIFAN TANAH GAMBUT DAN ASAM HUMAT SEBAGAI BAHAN ISIAN PENUKAR ION Cu(lI) DAN UO2(1I) Muzakky, Agus Taftazani daD Surnining Puslitbang.TekllologiMaju BATAN, Yogyakarta
ABSTRAK KEREAKTIFAN TANAH GAMBUT DAN ASAM HUMAT SEBAGAI BAHAN ISIAN PENUKAR ION Cu(ll) DAN UO2(1l). Telah dilakukan kajian tentang kemampuan tanah gambut dan asam humat sebagai bahan isian penukar ion ion Cu(ll) dan UO2(1/). Tujuan penelitian adalah untuk mempejari efek perlakuan awal tanah gambut atau asam humat dengan HCI dan KCI, sebagai bahan isian penukar ion Cu(l/) dan UO2(1/). Hasil percobaan menunjukan bahwa kereaktifan tanah gambut dengan HCI adalah yang terbaik untuk menangkap Cu(l/) dari pada UO2(1/),pada waktu alir 600 menit, dengan harga % efisiensi pemisahan sebesar 62%, sementara kereaktifan dengan KCI % efisiensi nya hanya 59%. Dibandingkan dengan % efisiensi pemisahan asam humat yang telah diaktijkan dengan KCI , % efisiensi pemisahan tanah gambut masih lebih rendah. Pada waktu alir 600 menit, asam humat yang direatijkan dengan KCI mempunyai harga % efisiensi pemisahan sebesar 82% untuk menangkap UOil/), sementara tanah gambut % efisiensi nya hanya 46%
ABSTRACT REACTIVITY OF PEAT SOIL AND HUMIC ACID AS THE FILLER OF CU(II) AND U(IV) ION EXCHANGER. The capability study of peat soil and humic acid as the filler of Cuff/) and UO2(//) ion exchanger has been done. The purpose of the study is to investigate the effect ofHCI and KCI pre-treatment of peat soil or humic acid, as filler of ion exchanger of Cu(//) and U(/V). Result of experiment show that, pre-treatment reactivity of peat soil by HCI treatment is better in adsorbing Cu(//) than that of UO2(//), at the flow rate of 600 minutes, with separation efficiency value of 62%, while the pre-treatment reactivity of which by KCI resulted the efficiency of 59%. Comparing with % efficiency of humic acid by KCI % efficiency of peat soil is still lower. At the 600 minutes time flow, humic acid pre-treatment by KCI % efficiency of 82%, while peat soil is 46%.
PENDAHULUAN P
roses
pengambilan
konsentrasi
sangat
ion kecil
tetapi
logam
dengan
sangat berbahaya
didalam larutan limbah yang her volume besar, merupakan pekerjaan yang sangat mahal. Pekerjaan ini perlu dilakukan karena dapat berdampak negatif terhadap kehidupan sosial daD lingkungan yang luas(\). Kation bervalensi dua seperti Cu(lI) dari limbah industri pengalengan atau valensi tinggi U(VI) dari sisa pabrik pengolahan bahan bakar nuklir, dalam bentuk larutan akan mudah terbawa daD masuk mencemari lingkungan oleh penanganan yang kurang profesional. Maka solusi dari persoalan ini pernah dirintis oleh Chaney, RL daD Hunderman, P.T (2),yang memakai tanah gambut sebagai bahan isian kolom untuk menghilangkan cadnium dari air limbah.. Tanah gambut dipilih karena (1) mempunyai kapasitas, kecepatan dan kesetimbangan adsorpsi cukup baik terhadap larutan limbah logam yang cukup asam. (2) Tanah gambut seperti halnya tanah organik dapat berfungsi sebagai penukar kation, karena mempunyai kumpulan gugus reaktif -OH, -COOH, -HSO3 daD NH2 dari senyawa asam humat daD Prosldlng
Pertemuan
asam fulvat yang dikandungnya. (3) Kapasitas adsorpsi tanah gambut lebih baik dari adsorbeD lain (carbon aktif, silika daD alumina), daD harganya pun lebih murah $ 88 per metrik ton dibandingkan adsorpben lain yang berkisar $2200 -$4400 per metrik ton Sebagaimana karbon aktif, tanah gambut pada umumnya hanya melalui proses pencucian yang sederhana daD pengayakan sudah dapat dipakai dalam penjerapan air limbah. Tetapi sifat stabilitas kimia, "clogging", kapasitas jerapan daD kekuatan mekanik yang rendah serta afinitas air yang begitu tinggi, menyebabkan tanah gambut perlu perlakuan pendahuluan (pretreatment) sebelum dipakai bahan penjerap air limbah(3). Menurut Smith.E.p4) , tanah gambut yang diproses awal dengan asam sulfat mampu menghilangkan 90% miriyak daD memperbaiki sifat stabilitas kimia dari tanah gambut. Sementara itu dalam pustaka yang lain Kosarevich, J.<S).,yang memperlakukan awal tanah gambut dengan NaOH/HCI, untuk studi sifat rheologi clan kemampuan jerapan terhadap beberapa polutan logam. Sheppard,S.C(6)besar kecilnya ion K+yang
dan Presentasilimiah Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan P3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl 2002
den Teknologl
Nukllr
dapat pertukaran ion didalam gugus aktif, akan menentukan sifat kereaktifan tanah gambut sebagai penukar ion alamiah di alamo Maka tujuan dari penelitian ini adalah mempejari perlakuan awal tanah gambut dengan HCI daD KCI sebagai bahan isian kolom kromatogafi untuk penukar ion Cu(lI) daD U(VI), sekaligus membandingkannya dengan asam humat. Hasil penelitian diharapkan mendapatkan bahan isian yang aktif terhadap ion logam dalam air limbah, murah daDekonomis.
sekaligus percobaan ini dapat aplikasikan atau divisualisasikan sebagai grafik. Adapun cara kerja daTi percobaan ini secara garis besar dapat dilihat pacta diagram berikut.
TATA KERJA Bahan dan Alat Bahanyang dipergunakan
TEORI Tanahgambutmempunyaikandunganasam humat yang tinggi 65%, sedangkansisanya45% adalah campuran dari asam fulvat, senyawa hepatomelanikdan humin. Asam humat sebagai senyawamayor memiliki gugus aktif atau gugus fungsional seperti karboksilat, hidroksil fenolik, alkohol, gugus asam amino, amida, keton dan aldehid(7). Hal ini mengakibatkanpartikel koloid tanah gambut dapat mengikat kation yang melewatinya. Pertukaranion merupakanproses dapat balik antar permukaanrase padat dan cair, yang ditandai dengan netralisasi elektron bebas yang terdapatdidalamrasepadat. Reaksiinteraksi pertukaran ion tanah gambut atau asam humat denganlogam bervalensidua (M2+)dapat dibuat modelsbb(I):
Tanah garnbut dari Kalimantan, NOH, KOH, CuNO3 daD Uranil nitrat buatan E. Merck. HCI daD KCI buatan E. Merck, serta Asam humate standard "Granula"
Alat yang dipergunakan Seperangkat pengaduk magnet, seperangkat alat AAS "Varian", seperangkat alat pengering "Buhneer", seperangkat reaktor Kartini, seperangkatalat spektrometer-y, daD peralatan gelas laboratorium lain Alat proses adsorpsi dapat digambarkan sbb :
0 I
~
-
c;
(I) Nondiaktifkan.
4 I'
2P'+ M2+ ~
MP2
(I)
(;:"'\ AJ
,." f5'
-\:J
MP2 +2W
MP2 +2K+
(3)
Dengan P merupakangugusfungsionalatau sisi aktif dari tanah gambut atau asam humat. Untuk mengamati parameter percobaan yang terukur dari persamaan(1) sam pai (3), diatas diukur dengan% efisiensipemisahan sbb(l): EP
=
Ao-
AI ,
Kolom kaca Glasswool Tanah humat agregat gambut/
4.
~~~~;ir (serbuk
5.
Klem besi
6.
Selang plastik
(2)
(3) Diaktifkan denganKCl 2KP + M2+ ~
I. 2. 3.
0
(2) DiaktifkandenganHCl 2HP + M2+~
Keterangan :
.X
100
0/0
Ao
Dengan Ao adalah konsentrsi ion logam (M2+) sebelum dialirkan kedalam kolom, sedangkan AR konsentrasi sesudah dialirkan kedalam kolom. Karena proses kromatografi kolom dipengaruhi oleh adanya gravitasi, maka parameter waktu alir dan % efisiensi pemisahan merupakan pilihan daTi evaluasi dati persamaan (1) hingga (3) tersebut,
Gambar 1. Alat prosestanahgambut/asam humor untukbahanisianpenukarion
Tala kerja Diambil tanah gambut atau asam humat sebanyak 5 gram (ukuran 100 mash) dimasukkan kedalam beaker glass 100 ml, dimasukkan larutan kedalamnya HCI 1,5.10.3 M atau KCI 0,5 M seban~)c 50 ml, aduk selama 24 jam, disaring dan keringkan hingga berat tetap. Ke dalam kolom penukar ion (diameter I cm, panjang 4 cm) yang telah berisi tanah gambut atau asam humat sebanyak I gram, dialiri larutan yang mengandung uranium atau tembaga dengan konsentrasi 500 ppm, volume 300 ml dan larutan dibuat pada kondisi 0,1 NaNO3 serta pH 3. Kecepatan alir diatlir kontinu 0,2 mVrnenit setiap SO rnenit larutan ditarnpung masing-masing sebanyak 10 ml untuk di analisis.
Proslding Pertemuan den Presentasilimiah Penelltlan Oasar IImu Pengetahuan den Teknologl Nukllr P3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl2002
~
Muzakky, dkk.
ISSN 0216. 3128
Larutan tertampung yang mengandungtembaga dianalisis dengan AAS sedangkanlarutan yang mengandunguranium, setelah diaktivasi dengan Reaktor Kartini, dan dianalisis dengan spektrometer-y.
197
yang diaktitkan akan tetap besar %efisiensi pemisahannyanya.
HASIL DAN PEMBAHASAN Berdasarkan grafik yang dibuat antara % efisiensi pemisahan lawan waktu alir hasil percobaan dapat dilakukan evaluasi percobaan seperti dibawah ini. Dari Gambar 1 dan Gambar 2, dapat dilihat bahwa pada awal waktu alir tanah gambut yang tidak diaktitkan dengan HCl untuk pemisahan Cu(lI) dan UO2(1I) akan sarna bahkan lebih besar % efisiensi pemisahan dari pada tanah gambut yang diaktitkan. Tetapi pada waktu alir 600 menit, % efisiensinya pemisahan akan menurun hingga 50% bahkan pada waktu alir 1250 menit % efisiensi pemisahaan tinggal 20%. Pada ke dua Gambar tersebut juga dapat dilihat bahwa tanah gambut yang diaktitkan dengan HCl hanya sedikit mengalami penurunan % efisiensi pemisahan dari 74 % menjadi 53%-43%, baik untuk pemisahan Cu(lI) dan UO2(1I). Kecederungan ini dapat dilihat pada harga konstante kesetimbangan dari persamaanreaksi (1) dan (2) diatas sbb :
2P- + M2+
MP2
50
100
600
650
850
950
1200
1250
Waktu alir (~nit)
Gambar 2. Efisiensi pemisahan Cu(ll) pada kolom tanah gambut yang diaktijkan dengan ~~:' I HCll.5.10-3Mdantidakdiaktijkan.
(1) (la)
Gambar 3. Efisiensi pemisahan VOill) pada kolom tanah gambut yang diaktijkan dengan HCI 1,5.10"3 M dan tidak diaktijkan.
100-
Dari percobaan Kadlec.R.W!), ternyata harga kesetimbangan persamaan (la) dan (2a) diatas pada suasanapH 3 harga Kf lebih kecil daTi pada K M2+, yaitu log K M2+= -2,3 sedangkan H+
H+
untuk log Kf = -4,8.
Pertemuan
40 20
o. , i 50
Jadi karena konstante kesetimbangan tanah gambut yang tidak diaktifkan lebih rendah, maka kecenderungan untuk terjadinya proses desorpsi ion logam yang telah teradsorpsi akan meningkat. Akibat peristiwa ini dengan semakin lama waktu kontak % efisiensi tanah gambut yang tidak diaktifkan akan turun, sedangkan tanah gambut Prosiding
\.,=::~-
80
60
I
I
100
I
600
I
650
I
850
I
950
I
1200
1250
Waktu alir (menit)
Gambar4.
Efisiensi pemisahan Cu (II) pada kolom tanah gambut yang diaktijkan dengan KCI D,S.M
den Presentasl IImiah Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan P3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl 2002
den Teknologl
Nukllr
KCI 0,5 M akan mempunyai harga %efisiensi lebih besar dalam mengikat Cu(II) daTipada UO2(II).
§: c
m .c , m In
'E
..Co
l
c co .c
'in
c .. ,
co In
:§ w
.,
'E
Co
, ,
Gambar 5. Efisiensi pemisahan UOiI/) pada kolom tanah gambutyang diaktijkan denganKCl 0.5 M. Pacta Garnbar (1), daD (3) diperlihatkan bahwa pacta waktu alir yang sarna daD sarna rnenangkap Cu(II), kereaktifan tanah garnbut yang diaktifkan dengan HCI akan rnernpunyai %efisiensi yang lebih tinggi dari pacta tanah garnbut yang direaktikan dengan KCI, Seperti pacta waktu alir 600 rnenit, nilai efisiensi untuk HCI 62% daD 52% KCI. Hal ini dapat terjadi karena adanya perbedaan ukuran ion dari W daD K+yang terperangkap pacta sisi-sisi aktif tanah garnbut. Menurut Susetyo,W (8) bahwa jari-jari ion W adalah 0,25 A sedangkan jari-jari ion K+ dalah 0,59 A. Ion Wdengan ukuran yang lebih kecil akan lebih rnarnpu rnasuk kedalarn pori-pori dari tanah garnbut daD akan terikat kuat dibandingkan dengan ion K+ yang berukuran lebih besar. Akibatnya %efisiensi pernisahan untuk ion Cu(lI) dari tanah garnbut yang diaktifkan dengan HCI akan lebih tinggi dari pacta yang diaktifkan dengan KC1. Selanjutnya kernungkinan ion K+ hanya terakurnulasi pacta permukaan tanah garnbut daD lebih rnudah dipertukarkan dengan ion M2+, Hal ini dapat dilihat dari konstante keseirnbangannya yang lebih rendah dari
Sebaliknya daTi Garnbar 3 daD 4, bahwa pada waktu alir yang sarna kereaktifan tanah garnbut yang diaktitkan dengan KCI 0,5 M akan nilai harga %efisiensi lebih besar dalarn rnengikat Cu(II) daTi pada UO2(II). Seperti pada waktu alir 600 rnenit, nilai efisiensinya 59% untuk Cu(II) daD 46% UO2(II). Hal ini dapat dibahas daTi perbedaan ukuran ion Cu(II) daD UO2(II). Menurut Susetyo,W (8)bahwa jari-jari ion Cu adalah 0,72 A sedangkan jari-jari ion U dalah 0,80 A. Jadi dengan ukuran yang kecil Cu(II) akan lebih rnarnpu terjerap rnasuk kedalarn pori-pori tanah garnbut, sedangkan UO2(II) yang berukuran lebih besar akan suiit rnasuk kedalarn pori-pori tanah garnbut. Akibatnya
tanah garnbut yang diaktitkan
dengan
Gambar 6. EfisiensipemisahanCu(ll) pada kolom asam humat yang diaktijkan dengan KCl 0.5. M dan tidak diaktijkan.
Gambar 7. Efisiensi pemisahan Vaill) pada kolom asam humat yang diaktijkan dengan KCl 0,5. M dan tidak diaktijkan. Dari sernua percobaan-percobaandiatas dari Garnbar (4) hingga (6), yang lebih rnenarik ternyata pada waktu alir yang sarna %efisiensi tanah garnbut yang diaktitkan dengan KCl 0,5 M dalarn rnengikat Cu(lI) atau UO2(1I) masih rendah dibandingkan dengan % efisiensi pernisahan asarnhurnat. Hal ini disebabkan oleh susunan rnolekul asarn hurnat yang lebih hornogin daTi pada tanah garnbut itu sendiri (sangat hiterogin). Kisi-kisi aktif asarn hurnat tediri dari gugus fungsional seperti korboksilat, hidroksi phenol, gugus asarnarnino, arnida, keton daD aldehid, yang relatif bebas daTi logarn bawaan dari pada tanah garnbut itu sendiri.
KESIMPULAN Tanah gambut daD asam humat dapat dipakai sebagai bahan isian kolom kromatographi, baik dengan tidak diaktifkan terlebih dahulu ataupun diaktifkan HCl atau KC1. Tanah gambut yang tidak diaktifkan pada awal-awal waktu
Prosldlng Pertemuan dan Presentasilimiah Penelltlan Dasar Ilmu Pengetahuan dan Teknologl Nukllr P3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl 2002
Muzakky,dkk.
199
ISSN 0216 -3128
6. SHEPPARD,S.C AT ALL., "Fate of contaminants during utilization of peat materials, Journal of Environmental quality, vo.lS, p.503-506,1989.
kecepatan alir akan mempunyai %efisiensi yang tinggi, kemudian akan cenderung mengecil %efisiensinya. Kereaktifan tanah gambut dengan HCl adalah yang terbaik untuk menangkap Cu(lI) daTi pada UO2(1I), pada waktu alir 600 menit, dengan harga % efisiensi pernisahan sebesar62%, sementara kereaktifan dengan KCl % efisiensi nya hanya 59%. Dibandingkan dengan % efisiensi pernisahan asam humat yang telah diaktifkan dengan KCl, % efisiensi pemisahan tanah gambut masih lebih rendah. Pada waktu alir 600 menit, asam humat yang direatifkan dengan KCl mempunyai harga % efisiensi pemisahan sebesar 82% untuk meng adsorsi UO2(1I), sementara tanah gambut nilai efisiensi nya hanya46%.
7. MUZAKKY, "Karakterisasiasam humat basil isolasi tanah gambut produksi P3TM-Batan", Presentasi Peneliti Muda" P3TM-BATAN Yogyakarta,2000 8. SUSETYO,W.,"kimia AnorganikTeori, Gajah Mada Press,Yogyakarta,1987.
TANYAJAWAB
DAFTARPUSTAKA 1. KADLEC.R.H AT ALL., "Metal ion exchange on peat"., "peat and Water aspectsof water retention and dewatering in peat", Ed.by Fuchsman.C.H., Elsevier applied science publishers.,London.,1986. 2. CHANEY,R.L., DAN HUNDERMAN,P.T., "Use of peatmosscolumnsto removecadnium from wastewater"., J.WaterPollution Control, V.51 (1)., p.17-21,1997. 3. COUILLARD.D.,"Appropriate wastewater managementtechnologiesusing peat" Journal of environmentalsystems,Vol.21(1) p.1-20, 1992. 4. SMITH.E.F., AT ALL,"Sulphuric acid treatment of peat for cation Exchange"., Journal of the water pollution control federation,Vol 49: 4, p.633-638,1977
Sulamdari ..Apakah tanahgambutitu ? Muzakky .Tanah yang terhumidifikasi cukup lama (> 10 th), yang terdiri dari pelapukanbotani dan hewani. Sunardjo ..Apa latar belakang anda mengambil tanah gambut sebagi obyek penelitian mohon dijelaskan? Muzakky .Tanah gambut sangat murah dan banyak terdapat di Indonesia (24 -50 jura hektar) dan juga tanah gambut menarik karena kapasitas adsorpsinga serra sifat penukar ion
nya.
5. KOSAREVICH,I.V., "Structural-rheological properties of peat dispersions,Tofiyanaya Promyshlennost, vol. 10,p.16-18,1988.
Prosldlng Pertemuan dan Presentasilimiah
Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl Nukllr
P3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl2002
