Prosiding Seminar Nasional Kimia Unesa 2012 – ISBN : 978-979-028-550-7 Surabaya, 25 Pebruari 2012
PEMANFAATAN PELET KOMPOSIT SCK-KHITOSAN SEBAGAI BIOSORBEN BERBAGAI ION LOGAM BERAT DARI AIR LIMBAH USING OF SCK-CHITOSAN COMPOSITE PELLET FOR BIOSORBEN OF HEAVY METALS IONS IN WASTEWATER Eko Santoso, Hendro Juwono, Mohammad Habibi, Valentinus Dwi P.W., Estiningtyas Asih, Fery Wahyu Saputra Jurusan Kimia FMIPA ITS Surabaya Email :
[email protected] Abstrak – Pada penelitian ini telah dibuat tiga jenis pelet komposit serbuk cangkang kupang (SCK) –khitosan terikat silang, yakni PB-A, PB-B, dan PB-C. Ketiga jenis pelet komposit dibuat secara berurutan dengan mencampurkan 3, 4, dan 5 g serbuk cangkang kupang berdiameter antara 40 – 60 mesh ke dalam 20 ml larutan khitosan 1 % dalam larutan asam asetat 2 % . Pelet komposit dibuat dengan teknik inversi fasa dan diikat silang dengan glutaraldehid. Kemampuan adsorpsi pelet komposit terikatsilang sebagai biosorben untuk ion logam Cu2+, Ni2+, Zn2+, Pb2+ dalam larutan telah diuji menggunakan sistem rendam. Kapasitas adsorpsi untuk ion Cu2+ pada PB-A, PB-B, dan PB-C berturu-turut adalah 14,93; 14,71; 14,49 mg/g, untuk ion Ni2+ adalah 11,77; 10,87; 10,31 mg/g, untuk ion Pb2+ adalah 217,40; 212,77; 208,33 mg/g, dan untuk ion Zn2+ adalah 15,87; 14,49; 13,69 mg/g. Abstract – In this research, three types of cross-linked SCK-chitosan composite pelletes, i.e. PB-A, PB-B, and PB-C, were made sequentially by mixing 3, 4, 5 g kupang shell powder (SCK) 40-60 mesh with 20 ml solution of acetic acid 2%. The Pellets were made using a phase inversion technique and cross-linked with glutardehide. The adsorption ability of the cross-linked composite pellets as a biosorbent for Cu2+, Ni2+, Zn2+, Pb2+ions in aqueous solution were studied. The experiments were done as batch systems. The results show that the adsorption of Cu2+, Ni2+, Zn2+, Pb2+ions onto the cross-linked composite pellets follow the Langmuir model. The adsorption capacity of PB-A, PB-B, and PB-C are 14,93; 14,71; 14,49 mg/g for Cu2+; 11,77; 10,87; 10,31 mg/g for Ni2+; 217,40; 212,77; 208,33 mg/g for Pb2+; and 15,87; 14,49; 13,69 mg/g for Zn2+. Kata kunci : serbuk cangkang kupang, khitosan, pelet komposit, Langmuir, biosorben.
industri sebelum dibuang ke perairan terbuka [Quek et al., 1998].
PENDAHULUAN Air limbah dari perindustrian dan pertambangan merupakan sumber utama polutan logam berat. Logam berat dapat membahayakaan bagi kesehatan manusia jika konsentrasinya melebihi batas ambang yang diijinkan. Meskipun konsentrasinya belum melebihi batas ambang, keberadaan logam berat tetap memiliki potensi yang berbahaya untuk jangka waktu yang panjang karena logam berat telah diketahui bersifat akumulatif dalam sistem biologis. Oleh karena itu, saat ini lembaga-lembaga pemerintahan juga memberikan perhatian yang serius dan membuat aturan yang ketat terhadap pengolahan air limbah
Salah satu usaha untuk mengatasi persoalan polutan logam berat dalam air limbah yang sekarang banyak diteliti adalah mencari biosorben alami yang melimpah dan murah [Babel and Kurniawan, 2003]. Biosorben yang melimpah dan murah dapat menjadikan proses pengolahan air limbah menjadi murah karena setelah proses adsorpsi tak perlu dilakukan regenerasi sebagaimana penggunaan karbon aktif dan resin sintetik yang mahal, mengingat proses regenerasi juga membutuhkan biaya [Ozcan and Ozcan, 2005].
C - 97
Prosiding Seminar Nasional Kimia Unesa 2012 – ISBN : 978-979-028-550-7 Surabaya, 25 Pebruari 2012
Kupang beras atau kupang putih (Tellina sp) merupakan binatang moluska dari jenis kerang-kerang bercangkang ganda (bivalve) yang sudah tidak asing bagi masyarakat. Bagi masyarakat Jawa Timur, khususnya daerah Surabaya, Sidoarjo dan sekitarnya, binatang ini sudah tidak asing lagi karena daging binatang ini biasa dimasak dan dimakan bersama lontong, yang terkenal dengan nama "Lontong Kupang". Ketika daging binatang ini dimasak maka cangkang atau kulit luar binatang biasanya hanya dibuang sebagai limbah. Meskipun tidak ada data kuantitatif yang tertulis, jumlah limbah cangkang kupang yang dihasilkan pasti sangat besar karena "Lontong Kupang" adalah makanan yang setiap hari dijual di warung makanan. Dalam situs pemprov jatim diungkapkan bahwa Sidoarjo mampu memproduksi kupang 10 ton per hari [dinfokom-jatim, 2007].
padatan ZnSO4.7H2O pa, padatan CuSO4.5H2O pa, larutan glutaraldehid 25 %, akuades dan akua demineralisasi. Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah Spektrofotometer Serapan Atom (SSA), pH meter, stop watch, pengaduk magnetik, neraca analitis, botol timbang, gelas beker, gelas ukur, pipet volum, pipet ukur, pipet tetes, corong gelas, botol semprot dan spatula. PROSEDUR Preparasi pelet komposit 1,0 gram khitosan dilarutkan dalam 100 ml larutan asam asetat 2% dan diaduk sampai larut sambil dipananskan. Khitosan yang sudah larut diangkat dari hotplate dan dibiarkan hingga agak dingin, kemudian diambil sebanyak 20 ml dan di tambahkan serbuk cangkang kupang sebanyak 3,0 gram. Campuran serbuk cangkang kupang dan larutan khitosan diaduk menggunakan stirer magnetik, dipipet lalu diteteskan ke dalam larutan NaOH 2N sehingga terbentuk butiran pelet komposit. Pelet komposit direndam dalam larutan glurtaraldehid 0,2 % selama 24 jam dan disaring, dicuci dengan akuades dan dikeringkan dalam oven. Pelet komposit ini disebut pelet biosorben A (PB-A). Perlakuan ini diulangi dengan penambahan serbuk kupang sebanyak 4,0 gram untuk memperoleh pelet biosorben B (PB-B) dan dengan penambahan serbuk cangkang kupang sebanyak 5,0 gram untuk memperoleh pelet biosorben C (PB-C). Penentuan pH optimum 1,0 g pelet komposit dimasukkan dalam 25 mL larutan yang mengandung ion logam berat 100 ppm dengan pH 2 dan diaduk selama 60 menit pada suhu kamar. Kadar ion logam yang tak teradsorpsi di analisa dengan spektroskopi serapan atom (SSA). Percobaan diulangi untuk pH 3, 4, 5, dan 6. Penentuan waktu kontak optimum 1,0 g pelet komposit dimasukkan dalam 25 mL larutan yang mengandung ion logam berat 100 ppm dengan pH optimum dan diaduk selama 30 menit pada suhu kamar. Kadar ion logam yang tak teradsorpsi di analisa dengan spektroskopi serapan atom (SSA). Percobaan diulang untuk waktu pengadukan selama 45, 60, 75, 90, 105, dan 120 menit. Penentuan kapasitas adsorpsi maksimum
Hasil penelitian menunjukkan bahwa serbuk cangkang kupang SCK) dapat digunakan sebagai biosorben untuk menghilangkan logam berat yang terkandung dalam air limbah. Kapasitas adsorpsi serbuk cangkang kupang untuk mengikat logam berat tidak kalah dengan biosorben alam lainnya, meskipun masih lebih kecil dibandingkan kapasitas adsorpsi karbon aktif dan khitosan [Santoso dan Isti’anah, 2009]. Pada peneltian ini telah dbuat pelet komposit SCK-khitosan sebagai biosorben yang dapat menghilangkan ion logam berat dari air limbah. Kadar khitosan dalam pelet komposit dibuat rendah, kurang dari 10 % w/w, agar biaya biosorben tetap murah tetapi dapat meningkatkan nilai kapasitas adsorpsi pelet komposit pada ion logam berat,. Ion logam yang akan dipisahkan meliputi ion Cu2+, Ni2+, Zn2+, dan Pb2+ dalam larutan, yang dianggap sebagai air limbah sintetis. Uji adsorpsi dilakukan mrnggunakan sistem rendam (batch system) pada suhu kamar dengan variasi konsentrasi ion logam. METOLOGI PENELITIAN Alat dan bahan Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah serbuk khitosan food grade, serbuk cangkang kupang 40 – 60 mesh, padatan NaOH pa, HCl 37 % pa, asam asetat glasial pa, padatan NiSO4∙6H2O pa, padatan Pb(NO3)2 pa, C - 98
Prosiding Seminar Nasional Kimia Unesa 2012 – ISBN : 978-979-028-550-7 Surabaya, 25 Pebruari 2012 (
1,0 g pelet komposit dimasukkan dalam 25 mL larutan yang mengandung ion logam berat dengan konesentrasi tertentu dengan pH optimum dan diaduk selama waktu optimum tertentu pada suhu kamar. Kadar ion logam yang tak teradsorpsi di analisa dengan spektroskopi serapan atom (SSA). Konsentrasi ion logam berat dalam larutan divariasi antara 100 – 1000 ppm. HASIL DAN PEMBAHASAN Pelet komposit SCK-khitosan Pada gambar 1 ditunjukkan tampilan secara fisik pelet komposit SCK-khitosan PB-A, PB-B, dan PB-C yang telah dipreparasi pada penelitian ini. Ukuran butir pelet rata-rata PB-A < PB-B
PB-A
)
= (1) dimana Co merupakan konsentrasi awal, Ce adalah konsentrasi yang tidak terserap, V merupakan volume larutan dan m merupakan massa dari adorben. Pada Tabel 1 ditunjukkan nilai pH optimum dan waktu kontak optimum yang menghasilkan kapasitas adsorpsi (qe) maksimum dari pelet komposit SCK-khitosan. Tabel 1. pH optimum dan waktu kontak optimum adsorpsi pelet SCK- khitosan pada ion logam Cu2+, Ni2+, Zn 2+, dan Pb2+. Jenis ion logam
pH optimum 4 4 5 4
Cu2+ Ni2+ Zn2+ Pb2+
Waktu optimum 110 menit 75 menit 60 menit 60 menit
Kapasitas adsorpsi maksimum pelet komposit Kapasitas adsorpsi maksimum pelet komposit SCK-khitosan terhadap ion logam Cu2+, Ni2+, Zn2+, dan Pb2+ dapat dikaji dari kurva qe versus ce yang ditunjukkan pada Gambar 2, Gambar 3, Gambar 4, dan Gambar 5.
PB-B
15
qe (mg/g)
14
PB-C Gambar 1. Foto pelet komposit SCK-khitosan : PB-A, PB-B, dan PB-C.
13 12
PB-A PB-B
11
PB-C
10 9
pH optimum dan waktu kontak optimum pH optimum adalah pH yang menghasilkan kapasitas adsorpsi maksimum pelet komposit SCK-khitosan pada ion logam berat. Dan waktu kontak optimum adalah waktu kontak yang yang menghasilkan kapasitas adsorpsi maksimum pelet komposit SCK-khitosan pada logam berat. Kapasitas adsorpsi pelet komposit dihitung berdasarkan persamaan (1).
0
10
20
30
Ce (mg/L)
Gambar 2. Kapasitas adsorpsi pelet komposit PBA, PB-B, dan PB-C pada ion Cu2+. Dari Gambar 2, Gambar 3, Gambar 4, dan Gambar 5 tampak bahwa kapasitas adsorpsi C - 99
Prosiding Seminar Nasional Kimia Unesa 2012 – ISBN : 978-979-028-550-7 Surabaya, 25 Pebruari 2012
meningkat kemudian konstan. Secara kualitatif, pola ini menunjukkan kedekatan model adsorpsi dengan model Langmuir. Yakni, kapasitas adsorpsi meningkat dengan semakin banyaknya adsorbat yang terikat pada adsorben dan kemudian konstan setelah seluruh permukaan aktif adsorben tertutup oleh adsorbat. Adsorbat yang terikat pada permukaan aktif adsorben membentuk lapis tunggal atau monolayer.
Hipotesa kualitatif tersebut dapat dibuktikan secara kuantitatif dengan uji “fitting” data adsorpsi pada model matematis Langmuir yang ditunjukkan oleh persamaan (2). = (2)
14.00 12.00
12
10.00 qe (mg/g)
qe (mg/g)
10 8 6
8.00
4.00 PBA PBB
4 2
2.00 0.00 0.00
0 0
225.00 220.00
PBA PBB
KESIMPULAN Berdasarkan data kapasitas adsorpsi maksimum menunjukkan bahwa pelet komposit SCK-khitosan dapat menjadi biosorben laternatif yang baik untuk menghilangkan logam berat yang terlarut dalam air limbah, yang tak kalah dengan biosorben alami lainnya. Model adsorpsi sangat cocok dengan model Langmuir dengan koefisien korelasi R2 mendekati 1 dan hasil perhitngan menurut model Langmuir, kapasitas adsorpsi
195.00 190.00 0.00
2.00
Hasil “fitting” data adsorpsi pada persamaan (3) ditunjukkan pada Tabel 2. Hasil “fitting” menunjukkan bahwa data adsorpsi sangaT cocok dengan model Langmuir karena memiliki koefisien korelasi R2 mendekati 1.
215.00
200.00
1.50
Dimana KL dan aL adalah tetapan Langmuir. Rasio KL dengan aL adalah nilai kapasitas adsorpsi maksimum (qm). Persamaan (2) dapat diubah menjadi persamaan linear yang ditunjukkan oleh persamaan (3). = + (3)
230.00
205.00
1.00
Gambar 5. Kapasitas adsorpsi pelet komposit PBA, PB-B, dan PB-C pada ion Zn2+.
Gambar 3. Kapasitas adsorpsi pelet komposit PBA, PB-B, dan PB-C pada ion Ni2+.
210.00
0.50
Ce (mg/L)
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Ce (mg/L)
qe (mg/g)
PBA PBB
6.00
20.00 40.00 60.00 80.00 100.00 Ce (mg/L)
Gambar 4. Kapasitas adsorpsi pelet komposit PBA, PB-B, dan PB-C pada ion Pb2+. C - 100
Prosiding Seminar Nasional Kimia Unesa 2012 – ISBN : 978-979-028-550-7 Surabaya, 25 Pebruari 2012
maksimum untuk ion Cu 2+ pada PB-A, PB-B, dan PB-C berturu-turut adalah 14,93; 14,71; 14,49 mg/g, untuk ion Ni2+ adalah 11,77; 10,87; 10,31 mg/g, untuk ion Pb2+ adalah 217,40; 212,77; 208,33 mg/g, dan untuk ion Zn2+ adalah 15,87;
14,49; 13,69 mg/g. Nilai kapasitas tersebut lebih tinggi dibandingkan dengan nilai kapasitas serbuk cangkang kupang murni.
UCAPAN TERIMA KASIH Penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada pemerintah Indonesia yang telah mendanai penelitian ini melalui Program Hibah PHKI Tema B Tabel 2. Hasil “fitting” data adsorpsi pada persamaan Langmuir
DAFTAR PUSTAKA
Jenis Ion Logam
2+
Cu
Ni
2+
Jenis Pelet
Kadar SCK dalam pelet (%w/w)
aL (L/mg)
KL (L/g)
qm (mg/g )
R2
PB-A
93.75
0.67
10
14.93
0.998
PB-B
95.24
1.33
19.61
14.71
0.999
PB-C
96.15
2.88
41.67
14.49
0.999
PB-A
93.75
0.03
0.33
11.77
0.994
PB-B
95.24
0.12
1.35
10.87
0.996
PB-C
96.15
0.61
10.31
0.999
PB-A
93.75
0.98
6.25 212.7 7
0.999
PB-B
95.24
1.18
250
PB-C
96.15
1.5
312.5
217.4 212.7 7 208.3 3
PB-A
93.75
2.17
15.87
15.87
0.992
PB-B
95.24
3.45
14.49
14.49
0.981
PB-C
96.15
4.06
13.39
13.69
0.975
2+
Pb
2+
Zn
Quek, SY., Wase, DAJ., and Forster, CF., 1998, “The use of sago waste for the sorption of lead and copper”, Water SA, Vol. 24, No. 3, pp. 251-256.
0.999 0.999
C - 101
Ozcan, A. and Ozcan, A.S., 2005, “Adsorption of Acid Red 57 from aqueous solutions onto surfactant – modified spiolite”, J. Hazardous Mat., B125, pp. 252-259. Santoso, E, dan Isti’anah, S., 2009, “Studi pemanfaatan cangkang kupang beras (Tellina sp) sebagai biosorben untuk mengolah air limbah yang mengandung ion tembaga (II)”, Jurnal Purifikasi, Vol. 10, No.1, hal. 39-48. .
