J. Sains MIPA, Edisi Khusus Tahun 2007, Vol. 13, No. 2, Hal.: 139 - 142 ISSN 1978-1873
PENGARUH TEMPERATUR PADA LAJU ADSORPSI BIOMASSA Sargassum duplicatum YANG DIIMMOBILISASI DENGAN POLIETILAMINA-GLUTARALDEHIDA TERHADAP ION LOGAM Pb(II), Cu(II), DAN Cd(II) Mita Rilyanti, Buhani dan Fitriyah Jurusan Kimia FMIPA Universitas Lampung Jl. S. Brodjonegoro No.1 Gedong Meneng Bandar Lampung 35145 Diterima 28 Agustus 2007, perbaikan 10 Desember 2007, disetujui untuk diterbitkan 27 Desember 2007
ABSTRACT Sargassum duplicatum adalah is on of the species of brown algae (phaeophyceae) which can be used as biomass to absorb the metal ions. However the S. duplicatum biomass has weakness that it is easily ruined by microorganisms. To solve this weakness, in this research, immobilization suing polymer matrix obtained from cross-link between poliethylammine-glutaraldehide therefore has been done. The results showed that adsorption reate of Pb(II) and Cu(II) metal ion on immobilized Sargassum duplicatum biomass optimum at 30oC with speed of reaction constant were12.4 x 103 min-1 and 7.3 x 103 min-1 respectively, while for Cd(II) metal ion, the optimum condition obtained at27oC, with speed of reaction constant 7.4 x 103 mint-1. Keywords: S. duplicatum, poliethylammine-glutaraldehide, immobilisasion, adsorption rate
1. PENDAHULUAN Dewasa ini pemanfaatan bioteknologi makin dikembangkan, termasuk diantaranya pemanfaatan sistem adsorpsi menggunakan mikroorganisme untuk penyerapan logam-logam berat dari lingkungan perairan, salah satunya adalah pemanfaatan spesies alga coklat yaitu Sargassum duplicatum. Sargassum duplicatum dapat dimanfaatkan untuk mengadsorpsi ion logam baik dalam keadaan hidup (sel hidup) maupun dalam bentuk biomassa (sel mati). Namun demikian, kemampuan alga untuk mengikat ion-ion logam dalam bentuk biomassa memiliki beberapa kendala seperti ukurannya yang kecil, berat jenis yang rendah, dan mudah rusak karena degradasi oleh mikroorganisme lain2). Hal tersebut menjadi kelemahan dalam pemanfaatannya, oleh karena itu untuk mengatasi kelemahan tersebut berbagai upaya dilakukan antara lain dengan mengimmobilisasi biomassanya2). Pada penelitian ini akan digunakan zat pengimmobil matriks polimer yang merupakan hasil pengikatan silang (cross-link) antara polietilamina-glutaraldehida. Penggunaan matriks polimer polietilamina-glutaraldehida sebagai zat pengimmobil dikarenakan senyawa ini mempunyai gugus aktif yang reaktif yaitu NH2 dan CHO sehingga diperkirakan dapat menyerap logam. Menurut Valdman dan Leite3), gugus aktif dan permukaan yang reaktif dari polietilamina yaitu NH2 dapat membentuk kompleks dengan ion logam melalui interaksi ionik.
2. METODE PENELITIAN 2.1. Persiapan Adsorben 2.1.1. Persiapan biomassa Sargassum duplicatum (S. duplicatum) Biomassa alga diperoleh dari tumbuhan S. duplicatum yang diambil dari perairan Balai Budidaya Laut (BBL) Lampung. Sampel dicuci dan dibilas dengan akuades sampai air bilasannya mencapai pH 6,8-7,2. Kemudian dipotong kecil-kecil ± 1 cm, dikeringanginkan selama ± 1 minggu kemudian dikeringkan dalam oven pada temperatur 60oC selama 24 jam. Setelah itu dicuci kembali dengan akuades dan dikeringkan kembali, sampai benar-benar kering. Selanjutnya sampel digerus dengan mortar dan diayak sampai didapat biomassa berukuran100-150 mesh.
2007 FMIPA Universitas Lampung
139
Mita Rilyanti dkk Pengaruh Temperatur Pada Laju Adsorpsi Biomassa
2.1.2. Persiapan biomassa S. duplicatum yang diimmobilisasi polietilamina-glutaraldehida (SDPG) Immobilisasi biomassa S.duplicatum yang menggunakan polietilamina-glutraldehida (biomassa SDPG) dilakukan berdasarkan metode Brieley yang telah dimodifikasi oleh Valdman dan Leite (2000). Biomassa S. duplicatum diambil sebanyak 1,5 gram dicampur dengan 2 mL polietilamina dan 1 mL glutaraldehida. Kemudian dikeringkan dalam oven dengan temperatur 45oC. 2.2. Karakterisasi Hasil Immobilisasi Dengan Spektrofotometer Inframerah (IR) Untuk lebih mengetahui gugus fungsi dari biomassa yang telah diimmobilisasi oleh cross-link polietilamina dan glutaraldehida, maka dilakukan analisis dengan menggunakan Spektrofotometer Inframerah. 2.3. Proses Adsorpsi Sebanyak 20 mg biomassa SDPG diinteraksikan dengan 10 mL larutan Pb(II) pada konsentrasi optimum 10 ppm, dengan cara dikocok dalam shakker. Waktu interaksi dimulai dari 5, 10, 30, 60, 120 menit. Temperatur sistem diatur bervariasi 27, 30, 40, 50oC. Kemudian disentrifius untuk memisahkan filtrat dan endapannya. Filtrat diambil, dan selanjutnya analisis kadar Pb(II) yang terdapat didalamnya dengan alat Spektrofotometer Serapan Atom (Valdman and Leite, 2000). Perlakuan yang sama juga dilakukan terhadap ion logam Cu(II) dan Cd(II).
3. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1. Identifikasi Gugus Fungsi Adsorben Menggunakan Spektrofotometer Inframerah Interaksi kimia yang terjadi dalam proses adsorpsi logam oleh biomassa, melibatkan gugus kimia sebagai situs aktif dari adsorben. Untuk dapat melihat masing-masing gugus fungsi, maka sebelum diinteraksikan semua adsorben dianalisis dengan menggunakan spektrofotometer inframerah yang hasilnya disajikan pada Gambar 1 berikut :
Gambar 1. Spektrum Inframerah Adsorben PG, biomassa S. duplicatum dan SDPG Spektrum biomassa SDPG menunjukkan terjadi pemanjangan puncak pada daerah 3200 3000 cm-1 yang berpengaruh terhadap serapan gugus NH2 dan spektrum ini juga membedakan S. duplicatum dengan SDPG, pada spektrum SDPG beberapa gugus aktif pada S. duplicatum muncul kembali sebagai pita serapan yang lebih tajam. Di daerah sidik jari 1200 900 cm-1 juga terdapat puncak yang lebih lebar yang menunjukkan adanya ikatan C-O dan C-N. Adanya gugus karbonil ditandai dengan adanya puncak yang sempit yang berada pada daerah 1700 1600 cm-1. Spektrum inframerah biomassa S. duplicatum menunjukkan adanya serapan gugus karboksilat pada daerah 3700 3000cm-1 yang ada di sebelah kiri CH alifatik. Gugus OH dan NH ditandai dengan adanya ikatan C-O dan C-N yang muncul di daerah sidik jari 1200 900 cm-1. Gugus OH memiliki puncak melebar yang menunjukkan bahwa OH terikat pada gugus karbonil yang muncul pada daerah 1700 - 1600 cm-1. Dari data spektrum pada Gambar 1 di atas,
140
2007 FMIPA Universitas Lampung
J. Sains MIPA, Edisi Khusus Tahun 2007, Vol. 13, No. 2
dapat disimpulkan bahwa gugus fungsi yang terdapat dalam biomassa S. duplicatum didominasi oleh gugus karbonil dari gugus karboksilat dan amina. 3.2. Pengaruh Temperatur Terhadap Adsorpsi Ion Logam Pb2+ , Cu2+ , dan Cd2+ pada Biomassa SDPG Hasil pengukuran adsorpsi Pb(II) pada Biomassa SDPG pada temperatur 27, 30, 40, dan 50oC disajikan dalam Gambar 2 berikut : 60
mg/g adsorben
50 40
Temperatur 27 Temperatur 30
30
Temperatur 40 20
Temperatur 50
10 0 0
20
40
60
80
Waktu (menit)
(a) 60
m g/g adsorben
50 40
Temperatur 27 Temperatur 30
30
Temperatur 40 Temperatur 50
20 10 0 0
20
40
60
80
Waktu (menit)
(b) 60
m g/g adsorben
50 Temperatur 27
40
Temperatur 30 30
Temperatur 40 Temperatur 50
20 10 0 0
20
40
60
80
waktu (menit)
(c) Gambar 2. Pola adsorpsi logam (a) Pb(II), (b) Cu(II), (c) Cd (II) pada biomassa SDPG.
2007 FMIPA Universitas Lampung
141
Mita Rilyanti dkk Pengaruh Temperatur Pada Laju Adsorpsi Biomassa
Dari Gambar 2, dari masing-masing logam dapat dihitung harga laju adsorpsi (rA), konstanta laju reaksi (k1), dan konstanta kesetimbangan (K) yang disajikan pada Tabel 1, 2 dan 3 berikut : Tabel 1. Hasil perhitungan laju reaksi, konstanta laju reaksi, dan konstanta kesetimbangan biomassa SDPG pada temperatur bervariasi terhadap logam Pb(II).
Suhu
r
K(M-1)
k1(min-1) 103
rA(M.min-1) 102
27oC
0,97
7,45
7,4
9,92
30oC
0,93
20,52
40oC
0,94
8,92
2,5
2,75
50oC
0,91
5,27
1,5
2,81
5,2
2,53
Tabel 2. Hasil perhitungan laju reaksi, konstanta laju reaksi, dan konstanta kesetimbangan biomassa SDPG pada temperatur bervariasi terhadap logam Cu(II). K(M-1)
k1(min-1) 103
rA(M.min-1) 102
0,96
18,37
6,9
3,79
0,94
10,24
7,12
0,91
9,47
7,3 2,8
0,93
6,8
1,6
2,32
Suhu
r
27oC 30oC 40oC 50oC
3,08
Tabel 3. Hasil perhitungan laju reaksi, konstanta laju reaksi, dan konstanta kesetimbangan biomassa SDPG pada temperatur bervariasi terhadap logam Cd(II) K(M-1)
k1(min-1) 103
rA(M.min-1) 102
0,97
7,45
7,4
9,92
30oC
0,93
20,52
2,53
40oC
0,94
8,92
5,2 2,5
50oC
0,91
5,27
1,5
2,81
Suhu
r
27oC
2,75
Pada Tabel 1, 2, dan 3 terlihat bahwa konstanta laju adsorpsi untuk adsorpsi biomassa SDPG terhadap logam Pb(II) dan Cu(II) pada temperatur 30oC memiliki konstanta laju adsorpsi paling besar dibandingkan pada temperatur lainnya. Sedangkan terhadap logam Cd (II) optimum pada temperatur 27o C. Walaupun terdapat perbedaan temperatur optimum antara Pb(II), Cd(II), dan Cu(II) namun perbedaan ini tidaklah signifkan, masih pada batas suhu toleransi karena adsorpsi berjalan optimum pada batas suhu toleransi sekitar 25 - 30oC, hal ini menunjukan bahwa adsorpsi bersifat eksoterm, yang berarti bahwa adsorpsi akan bertambah dengan menurunnya temperatur4). Sedangkan adsorpsi pada kenaikkan temperatur yang cukup tinggi (lebih dari 30oC) dapat menyebabkan rusaknya gugus-gugus fungsi yang terdapat pada biomassa setelah pemanasan karena telah melampaui suhu toleransi. 3.3. Interaksi Adsorpsi Untuk dapat mengetahui interaksi adsorpsi yang terjadi antara adsorben dengan ion logam dengan Pb(II), Cd(II), dan Cu(II) maka dilakukan analisis dengan menggunakan spektrofotometer inframerah, yang hasilnya disajikan dalam Gambar 3 berikut :
142
2007 FMIPA Universitas Lampung
J. Sains MIPA, Edisi Khusus Tahun 2007, Vol. 13, No. 2
Gambar 3. pektrum Inframerah biomassa S. duplicatum, biomassa SDPG, SDPG-Pb, SDPG-Cu, dan SDPG-Cd. Dari spektrum inframerah pada Gambar 3, terlihat bahwa adanya matriks pendukung yang digunakan yaitu polietilaminaglutaraldehida, sangat mempengaruhi adsorpsi. Hal ini terlihat dari adanya puncak amina pada daerah sekitar 3300 cm1, dan juga puncak yang terlihat semakin tajam. Adanya penambahan ion logam pada S. duplicatum diimmobilisasi (SDPG), berpengaruh terhadap puncak yang berada pada 1100 1000 cm-1 yang merupakan daerah vibrasi ulur dari -Si-O-R atau -Si-O-Si. Hal ini menunjukkan bahwa ion logam masuk melalui ikatan amina, sehingga menghasilkan M Si-O-, masuknya ion logam pada biomassa diimmobilisasi (SDPG) juga berpengaruh terhadap ikatan antar gugus yang ada dalam biomassa. Dibuktikan dengan adanya pergeseran pita serapan menuju frekuensi yang lebih tinggi, pada gugus karbonil yang terletak pada daerah 1820 1640 cm-1 dan pada gugus amina yang terdapat pada daerah 3700 - 3000 cm-1.
4. KESIMPULAN Berdasarkan hasil dan pembahasan, maka dapat ditarik kesimpulan: (1) Laju adsorpsi biomassa SDPG terhadap ion logam Pb(II) dan Cu(II) optimum pada temperatur 30oC dengan konstanta laju reaksi masing-masing adalah 12,4 x 103 menit-1, 7,3 x 103 menit-1 , sedangkan pada logam Cd(II) optimum pada temperatur 27oC dengan konstanta laju reaksi adalah 7,4 x 103 menit-1; (2) Interaksi antara ion logam Pb2+, Cu 2+, Cd2+ dan biomassa terjadi melalui ikatan kimia dengan gugus-gugus fungsi dari amina, amida dan karboksilat dari biomassa.
DAFTAR PUSTAKA 1.
Harris, P. O. and Ramelow, G. J. 1990. Binding of Metal Ions By Particulate Quadricauda. Environ. Sci.Technol. 24:220-228.
2.
Lewis, R. 1994. Biological Sorption. In Internet. Biorecovery System. Inc.
3.
Valdman, E dan S. G. F Leite. 2000. Biosorption of Cd, Zn, and Cu by Sargasum Sp. Waste Biomass. J. Bioprocess Eng., 22: (171-173).
4.
Atkins, P.W. 1997. Kimia Fisik. Alih Bahasa oleh Irma I. Karto Hadiprojo. Erlangga. Jakarta.
2007 FMIPA Universitas Lampung
143
