PEMANFAATAN ZEOLIT ALAM DAN LIMBAH KAYU AREN (Arenga pinnata) UNTUK MENURUNKAN LOGAM Cr(VI) PADA LIMBAH CAIR BATIK TESIS

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

PEMANFAATAN ZEOLIT ALAM DAN LIMBAH KAYU AREN (Arenga pinnata) UNTUK MENURUNKAN LOGAM Cr(VI) PADA LIMBAH CAIR BATIK

TESIS Disusun untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan Mencapai Derajat Magister Program Studi Ilmu Lingkungan

Disusun oleh: Dian Kresnadipayana A130809004

PROGRAM PASCASARJANA UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2012

commit to user


digilib.uns.ac.id

HALAMAN PENGESAHAN PEMANFAATAN ZEOLIT ALAM DAN LIMBAH KAYU AREN (Arenga pinnata) UNTUK MENURUNKAN LOGAM Cr(VI) PADA LIMBAH CAIR BATIK

TESIS

Oleh: Dian Kresnadipayana A130809004 Jabatan Ketua merangkap anggota

Nama

Tanda Tangan

Tanggal

Dr. Prabang Setyono, M.Si. NIP. 19720524 199903 1 002 ………………… …………

Inayati, S.T., M.T., Ph.D. Sekretaris merangkap anggota NIP. 19710829 199903 2 001 ………………… ………… Anggota Penguji

Prof. Drs. Sutarno, M.Sc., Ph.D. NIP. 19600809 198612 1 001 ………………… …………

Anggota Penguji

Dr. Mohammad Masykuri, M.Si. NIP. 19681124 199403 1 001 ………………… ………… Telah dipertahankan di depan penguji Dinyatakan telah memenuhi syarat Pada tanggal 20 Februari 2012

Direktur Program Pascasarjana UNS

Ketua Program Studi Ilmu Lingkungan

Prof. Dr. Ir. Ahmad Yunus, M.S. NIP. 19610717 198601 1 001

Dr. Prabang Setyono, M.Si. NIP. 19720524 199903 1 002

commit to user ii


digilib.uns.ac.id

PERNYATAAN

Saya menyatakan dengan sebenarnya bahwa: 1.

Tesis yang berjudul: “PEMANFAATAN ZEOLIT ALAM DAN LIMBAH KAYU AREN (Arenga pinnata) UNTUK

MENURUNKAN LOGAM

Cr(VI) PADA LIMBAH CAIR BATIK” ini adalah karya penelitian saya sendiri dan bebas plagiat, serta tidak terdapat karya ilmiah yang pernah diajukan oleh orang lain untuk memperoleh gelar akademik serta tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain kecuali secara tertulis digunakan sebagian acuan dalam naskah ini dan disebutkan dalam sumber acuan serta daftar pustaka. Apabila di kemudian hari terbukti terdapat plagiat dalam karya ini, maka saya bersedia menerima sanksi ketentuan peraturan perundang-undangan (Permendiknas No. 17 tahun 2010) 2.

Publikasi sebagian atau keseluruhan isi Tesis pada jurnal atau forum ilmiah lain harus seijin dan menyertakan tim pembimbing sebagai author dan PPs UNS sebagai institusi. Apabila dalam waktu sekurang-kurangnya satu semester (enam bulan sejak pengesahan Tesis) saya tidak melakukan publikasi dari sebagian atau keseluruhan Tesis ini, maka Prodi Ilmu Lingkungan PPs-UNS berhak mempublikasikan pada jurnal ilmiah yang diterbitkan oleh Prodi Ilmu Lingkungan PPs-UNS. Apabila saya melakukan pelanggaran dari ketentuan publikasi ini maka saya bersedia mendapatkan sanksi akademik yang berlaku.

Surakarta, Februari 2012 Yang membuat pernyataan

Dian Kresnadipayana

commit to user iii


digilib.uns.ac.id

ABSTRAK

Dian Kresnadipayana. 2012. Pemanfaatan Zeolit Alam dan Limbah Kayu Aren (Arenga pinnata) untuk Menurunkan Logam Cr(VI) pada Limbah Cair Batik. TESIS. Pembimbing I: Prof. Drs. Sutarno, M.Sc., Ph.D., II: Dr. Mohammad Masykuri, M.Si. Program Studi Ilmu Lingkungan, Program Pascasarjana, Universitas Sebelas Maret Surakarta. Pemanfaatan zeolit alam dan limbah kayu aren (Arenga pinnata) telah dilakukan untuk menurunkan logam Cr(VI) pada limbah cair batik. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kualitas limbah cair batik dari kandungan logam Cr(VI) dan mengetahui perbandingan antara adsorpsi zeolit alam (ZA), limbah kayu aren (LKA) dan zeolit alam-limbah kayu aren (ZA-LKA) yang telah teraktivasi pada sistem kolom untuk menurunkan kadar logam Cr(VI) pada limbah cair batik. Zeolit alam diaktivasi secara fisika dengan pemanasan pada suhu 150 oC dan secara kimia dengan HCl 6 M dan NH4NO3 2 M. Limbah kayu aren diaktivasi secara fisika dengan pemanasan pada suhu 105 oC dan aktivasi secara kimia dengan HNO3 0.6 M dan NaOH 0.1 M. Variasi isian matrik adsorben pada kolom digunakan untuk mengetahui perbandingan besarnya adsorpsi dengan panjang unggun 20 cm. Aplikasi ZA, LKA dan ZA-LKA terhadap larutan K2Cr2O7 80 ppm dilanjutkan aplikasi terhadap limbah cair batik. Analisis kadar logam Cr(VI) menggunakan metode spektrofotometer serapan atom (SSA). Hasil penelitian menunjukkan bahwa kadar logam Cr(VI) pada sampel limbah cair sebesar 14,68 ppm. Satu kali elusi larutan K2Cr2O7 80 ppm pada kolom adsorpsi ZA, LKA dan ZA-LKA berturut-turut kemampuan adsorpsinya sebesar 99,96 %; 81,40 %; dan 99,83 %. Satu kali elusi sampel limbah cair batik pada kolom adsorpsi ZA, LKA dan ZA-LKA berturut-turut kemampuan adsorpsinya sebesar 99,97 %; 98,39 %; dan 99,39 %. Limbah cair batik setelah perlakuan telah memenuhi kriteria baku mutu air limbah ditinjau dari kandungan logam Cr(VI). Kata kunci: limbah cair batik, logam Cr(VI), adsorpsi, zeolit alam, limbah kayu aren (Arenga pinnata).

commit to user iv


digilib.uns.ac.id

ABSTRACT Dian Kresnadipayana. 2012. The Use of Natural Zeolites and Solid Waste of Palm (Arenga pinnata) to Reduce Metal Cr(VI) in Liquid Waste of Batik. THESIS. Concultant I: Prof. Drs. Sutarno, M.Sc., Ph.D., II: Dr. Masykuri Mohammad, M.Sc. Postgraduate Program of Environmental Science Study Program of Surakarta Sebelas Maret University. Natural zeolite and solid waste of palm (Arenga pinnata) have been used to reduce the metal Cr(VI) content in liquid waste of batik manufacturing. The aims of the research were to determine the quality of liquid waste of batik manufacturing in term of from the metal Cr(VI) content and to compare the adsorption using three activated adsorbents, i.e, natural zeolite (ZA), solid waste of palm (LKA) and natural zeolite-solid waste of palm (ZA-LKA) that has been activated in the column system. The natural zeolite was activated physically by heating it at temperature of 150° C and chemically using 6 M HCl and NH4NO3 2 M. The solid waste of palm was activated physically by heating it at temperature of 105 °C and was activated of chemical using HNO3 0.6 M and NaOH 0.1 M. Three columns were filled by ZA, LKA and LKA, respectively each bed was 20 cm height. Solution of 150 mL 80 ppm of K2Cr2O7 was flown to each column. The same experiment was done for liquid waste of batik manufacturing. Both experiment apllied one time elution. The Cr(VI) content were analyze using atomic absorption spectrophotometer (AAS). The Cr(VI) content in waste water was 14,68 ppm. The result showed that 99.96%, 81.40% and 99.83% of Cr(VI) in K2Cr2O7 have been removed when using ZA, LKA, and ZA-LKA. Meanwhile, for waste water sample, percentage of Cr(VI) removed when using ZA, LKA, and ZA-LKA respectively of 99.97%, 98.39% and 99.39 %. This system have been proven to be able to improve the quality of the waste and have been fullfilled the requrement in term of Cr(VI) content. Key words: liquid waste of batik manufacturing, metal Cr (VI), adsorption, natural zeolite, solid waste of palm (Arenga pinnata).

commit to user v


digilib.uns.ac.id

MOTTO

“... dan apabila dikatakan : “Berdirilah kamu”, Maka berdirilah, niscaya Allah akan meninggikan orang-orang yang beriman dan orang-orang yang diberi ilmu pengetahuan beberapa derajat, dan Allah Maha Mengetahui apa yang kamu kerjakan.” (QS. Al Mujaadilah :11)

commit to user vi


digilib.uns.ac.id

PERSEMBAHAN :

Karya ini dipersembahkan, Kepada : • Alloh dan Rasul-Nya, semoga karya ini dapat menjadi pemberat amal kebaikan pada yaumul mizan nantinya. • Ibu dan Ayah, yang memberikan kepercayaan kepadaku untuk meneruskan perjuangan ini. • Bidadariku, Betty Herawati yang telah memberikan senyuman manis, canda tawa, doa, dukungan, semangat dan motivasi. • Sulungku, Arkan Dian Husnayan yang telah memberikan senyuman semangat dan wajah penyejuk cahaya mata. • Kakakku, Yoga Aristo dan Yona Arthea yang telah membantu penyelesaian tesis ini. • Ikhwah fillah, semoga hati kita senantiasa dipersatukan dalam ikatan cinta kepada-Nya.

commit to user vii


digilib.uns.ac.id

KATA PENGANTAR

Assalamu’alaikum Warahmatullahi Wabarokatuh, Puji syukur dipanjatkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat, hidayah serta inayah-Nya sehingga penulisan tesis ini dapat diselesaikan dengan lancar. Penyelesaian penulisan skripsi ini tidak lepas dari bantuan berbagai pihak, maka dalam kesempatan ini diucapkan banyak terimakasih kepada : 1. Prof. Dr. Ir. Ahmad Yunus, M.S. selaku Direktur Pascasarjana Universitas Sebelas Maret. 2. Dr. Prabang Setyono, selaku Ketua Program Studi Ilmu Lingkungan Pascasarjana Universitas Sebelas Maret. 3. Dr. Sunarto, M.S. selaku Sekretaris Program Magister Program Studi Ilmu Lingkungan Pascasarjana Universitas Sebelas Maret. 4. Prof. Dr Sri Budiastuti, M.Si selaku Sekretaris Program Doktor Program Studi Ilmu Lingkungan Pascasarjana Universitas Sebelas Maret. 5. Prof. Drs. Sutarno, M.Sc., Ph.D. selaku Pembimbing I yang telah banyak memberikan arahan dan masukan. 6. Dr. Mohammad Masykuri, M.Si. selaku Pembimbing II yang dengan sabar membimbing dan memberikan motivasi serta mengarahkan pemikiran penulis. 7. Seluruh dosen Program Studi Ilmu Lingkungan yang telah memberikan ilmu selama menempuh studi.

commit to user viii


digilib.uns.ac.id

8. Teman-teman satu perjuangan di Program Studi Ilmu Lingkungan: Habib, Andhika Bayu, Mas Narno, Pak Yoni, Pak Wahyono, Pak Wondo, Bu Handayani, Bu Indriati, Pak Gunawan, Pak Edy, Pak Rusdiansjah, Hendrik Boby, Sylvia Pulot, Sacksy Vilayhak, Pak Haruddin, Mas Budi, dan Pak Arif, tetap jaga semangat dan kekompakan angkatan 2009. Mas Joni, Dek Mila dan Dek Dhina yang telah membantu secara administrasi selama ini. 9. Ikhwah fillah: Ustadz Abdul Hakim, S.HI., Ustadz Muhammad Rodhi, S.T., Ustadz Sugeng Riyanto, S.Sos., dan teman-teman jebres yang telah memberikan semangat, doa dan dukungan. 10. Semua pihak yang telah membantu penulis selama penulis menempuh pendidikan yang tidak dapat disebutkan satu persatu, terimakasih semua.

Menyadari masih banyak kekurangan dalam penulisan tesis ini, maka dengan segala kerendahan hati mengharapkan kritik dan saran yang membangun demi perbaikan dan penyempurnaan. Akhir kata semoga tesis ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Amin. Wassalamu’alaikum Warahmatullahi Wabarokatuh.

Surakarta, Februari 2012 Penulis

DIAN KRESNADIPAYANA

commit to user ix


digilib.uns.ac.id

DAFTAR ISI

Halaman HALAMAN JUDUL ............................................................................................

i

HALAMAN PERSETUJUAN..............................................................................

ii

HALAMAN PERNYATAAN …………………………………………………

iii

ABSTRAK ……………………………………………………………………..

iv

HALAMAN MOTTO ………………………………………………………….

vi

HALAMAN PERSEMBAHAN ……………………………………………….

vii

KATA PENGANTAR …………………………………………………………

viii

DAFTAR ISI …………………………………………………………………..

x

DAFTAR TABEL ..............................................................................................

xiii

DAFTAR GAMBAR...........................................................................................

xiv

BAB I. PENDAHULUAN ...................................................................................

1

A. Latar Belakang .........................................................................................

1

B. Perumusan Masalah .................................................................................

6

C. Tujuan Penelitian .....................................................................................

7

D. Manfaat Penelitian ....................................................................................

7

BAB II. LANDASAN TEORI … ........................................................................

8

A. Tinjauan Pustaka.......................................................................................

8

1. Limbah Cair Batik .................................................................................

8

2. Logam Krom (Cr) ..............................................................................

9

3. Pengolahan Air Limbah ..................................................................... 11

commit to user x


digilib.uns.ac.id

4. Zeolit .................................................................................................. 14 5. Aren (Arenga pinnata)........................................................................ 20 6. Komponen Kimia Kayu ..................................................................... 23 7. Adsorpsi.............................................................................................. 29 8. Spektrofotometer Serapan Atom ....................................................... 32 B. Penelitian Terkait ..................................................................................... 33 C. Kerangka Pemikiran ................................................................................. 35 BAB III. METODE PENELITIAN ...................................................................... 38 A. Tempat dan Waktu Penelitian .................................................................. 38 1. Lokasi Penelitian ............................................................................... 38 2. Waktu Penelitian ............................................................................... 38 B. Peralatan Penelitian .................................................................................. 39 1. Alat..................................................................................................... 39 2. Bahan.................................................................................................. 40 C. Prosedur Penelitian ................................................................................... 41 1. Survei Pendahuluan ...................................................................... 41 2. Persiapan Awal ...........................................................................

41

3. Aktivasi Adsorben Zeolit Alam ................................................... 42 4. Aktivasi Adsorben Limbah Kayu Aren…………………………. 43 5. Persiapan Seperangkat Alat Adsorpsi Kolom..............................

43

6. Aplikasi Adsorben pada Larutan Standard ……………………..

44

7. Aplikasi Adsorben pada Limbah Cair Batik …………………… 44 D. Teknik Analisis Data................................................................................. 45

commit to user xi


digilib.uns.ac.id

BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ……………………………………… A. Limbah Cair Batik ……………………………………………………..

46 46

B. Aktivasi Adsorben..................................................................................... 48 1. Aktivasi Zeolit Alam (ZA) ................................................................ 48 2. Aktivasi Limbah Kayu Aren (LKA) .................................................. 53 C. Karakterisasi Adsorben ............................................................................ 55 1. Karakterisasi Zeolit Alam.................................................................

55

2. Karakterisasi Limbah Kayu Aren ....................................................

58

D. Aplikasi Adsorben ……………………………………………………...

61

1. Larutan Standard K2Cr2O7 ................................................................

61

2. Limbah Cair Batik ……………………………………………........

66

E. Dampak Penggunaan Adsorben terhadap Lingkungan ………………… 72 BAB V. PENUTUP …………………………………………………………….

75

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 76 LAMPIRAN ………………………………………………………………........

commit to user xii

83


digilib.uns.ac.id

DAFTAR TABEL

Halaman Tabel 1.

Sifat Zeolit Jenis Mordenit ………………………………………..

18

Tabel 2.

Karakteristik Limbah Kayu Aren dan Baku Mutu ..........................

23

Tabel 3.

Jadwal Penelitian ………………………………………………….

36

Tabel 4.

Spektra Inframerah dari Zeolit Alam ..............................................

55

Tabel 5.

Karakteristik Air Sumur dan Baku Mutu KEP51/MENLH/10/1995, untuk Golongan B .......................................

Tabel 6.

Hasil Aplikasi Adsorben Sistem Kolom pada 150 mL Larutan K2Cr2O7 80 ppm…………………………………………………...

Tabel 7.

54

Hasil Elusi ke-n pada Aplikasi Adosrben Sistem Kolom pada 150 mL Larutan K2Cr2O7 80 ppm ..........................................................

Tabel 8.

58

63

Hasil Aplikasi Adsorben Sistem Kolom pada 150 mL Limbah Cair Batik dengan Kadar Cr (VI) sebesar 14,68 ppm ……………

commit to user xiii

66


digilib.uns.ac.id

DAFTAR GAMBAR

Halaman Gambar 1.

Diagram Masuknya Krom dalam Tubuh ……………………..

11

Gambar 2.

Kerangka Utama Zeolit ……………………………………….

14

Gambar 3.

Skematika Pembetuktan Struktur Zeolit Tiga Dimens .............

15

Gambar 4.

(a) Struktur Zeolit Jenis Mordenit Na8 [Al8Si40O96]. 24H2O

19

(b) Struktur Zeolit Jenis Klinoptilolit Na6 [Al6Si30O72]. 24H2O. Gambar 5.

Diagram Alir Proses Pembuatan Tepung Aren ……………….

21

Gambar 6.

Selulosa ......................................................................................

23

Gambar 7.

Model Struktur Lignin ……………………………………….

27

Gambar 8.

Mekanisme Gugus OH pada Selulosa dengan Ion Logam ……

24

Gambar 9.

Diagram Alir Kerangka Pemikiran Penelitian ………………..

35

Gambar 10. Seperangkat Alat Adsorpsi Kolom …………………………..

37

Gambar 11. Komposisi Matrik Isian. (a) ZA, (b) LKA dan (c) ZA-LKA…

42

Gambar 12. Kurva Standard dengan Persamaan abs = mC + A ……………

43

Gambar 13. Lokasi Pembuangan Sampel Limbah Cair Batik ……………..

45

Gambar 14. Lokasi Pengambilan Sampel Limbah Cair Batik ……………..

46

Gambar 15. Zeolit Wonosari Ayakan (-80+100) mesh ……………………

47

Gambar 16. Perendaman Zeolit 500 gr dengan 1 L HCl 1 M (1:2) selama 24 jam ………………………………………………………… Gambar 17.

48

(a) Perendaman zeolit setelah 4 jam. (b) Perbandingan HCl 6 M dengan HCl setelah dipakai untuk Perendaman Zeolit …….

commit to user xiv

49


digilib.uns.ac.id

Gambar 18. Pencucian Zeolit dengan Akuades dan Penyaringan …………

49

Gambar 19. Mekanisme Reaksi Aktivasi Zeolit ...........................................

50

Gambar 20. Limbah Kayu Aren ……………………………………………

52

Gambar 21. Impregnasi Basa NaOH Limbah Kayu Aren setelah perlakuan Asam Nitrat (HNO3) dan Pencucian dengan Akuades Panas setelah Impregnasi Basa ………………………………………

52

Gambar 22. Mekanisme Reaksi Aktivasi Limbah Kayu Aren menggunakan HNO3 dan NaOH ...............................................

53

Gambar 23. Spektra FTIR (a) Zeolit Alam dan (b) Zeolit Terdealuminasi...

54

Gambar 24. Difraktogram Sinar X pada Zeolit Alam ...................................

56

Gambar 25. Difraktogram Sinar X pada Zeolit Alam Dealumunasi ............

56

Gambar 26. Aplikasi Absorben pada 150 mL Larutan K2Cr2O7 80 ppm pada sistem kolom. (a) Kombinasi zeolit alam dan limbah kayu aren (ZA-LKA), (b) limbah kayu aren (LKA) dan (c) zeolit alam (ZA) .......................................................................

61

Gambar 27. Hasil Aplikasi Adosrben Sistem Kolom pada 150 mL Larutan K2Cr2O7 80 ppm ………………………………………………

62

Gambar 28. Hasil Elusi ke-n pada Aplikasi Adosrben Sistem Kolom pada 150 mL Larutan K2Cr2O7 80 ppm .............................................

63

Gambar 29. Perbedaan Warna Hasil Aplikasi Adosrben Sistem Kolom Larutan K2Cr2O7 80 ppm............................................................

64

Gambar 30. Aplikasi Absorben pada 150 mL sampel Limbah Cair Batik dengan kadar Cr (VI) 14,68 ppm.pada sistem kolom................

commit to user xv

65


digilib.uns.ac.id

Gambar 31. Hasil Aplikasi Adosrben Sistem Kolom pada 150 mL sampel limbah cair batik dengan kadar Cr (VI) 14,68 ppm ..................

66

Gambar 32. Mekanisme Adsorpsi Cr(VI) dengan adsorben zeolit alam (ZA) ...........................................................................................

67

Gambar 33. Mekanisme Adsorpsi Cr(VI) dengan adsorben limbah kayu aren (LKA) ……………………………………………………

67

Gambar 34. Perbedaan Warna Hasil Aplikasi Adosrben Sistem Kolom Limbah Cair Batik .....................................................................

commit to user xvi

70


digilib.uns.ac.id

BAB I PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Masalah Aktivitas kehidupan manusia yang sangat tinggi ternyata telah menimbulkan bermacam-macam efek yang buruk bagi kehidupan manusia dan tatanan lingkungan hidupnya. Akibatnya akan terjadi pergeseran keseimbangan dalam tatanan lingkungan ke bentuk baru yang cenderung lebih buruk. Seiring dengan perkembangan teknologi dan ilmu pengetahuan penggunaan logam-logam berat terutama dalam industri semakin meningkat. Salah satu contohnya adalah pencemaran yang berasal dari limbah industri. Keberadaan logam berat dalam lingkungan bisa membahayakan berbagai macam spesies hidup dan perlu dihilangkan (Palar, 2008). Zat pencemar berupa logam-logam berat merupakan masalah yang lebih serius dibandingkan dengan polutan organik karena ion-ion logam berat merupakan racun bagi organisme serta sangat sulit diuraikan secara biologi maupun kimia. Menurut harian

Joglo Semar (24 Nopember 2007), limbah batik mencemari sungai dan air sumur warga sekitarnya, hal ini terlihat warna merah pada air sumur milik warga, yang disebabkan karena buangan pabrik batik yang tidak dilengkapi dengan Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL). Hal ini sesuai dengan asas lingkungan ke-2 bahwa tidak ada sistem pengubahan energi yang betul-betul efisien. Limbah cair industri batik cetak tersebut di atas adalah karakteristik berwarna keruh, berbusa, pH tinggi, konsentrasi BOD tinggi, kandungan lemak alkali dan zat

commit to user 1


digilib.uns.ac.id 2

warna di dalamnya terdapat kandungan logam berat. Senyawa logam berat yang bersifat toksis yang terdapat pada buangan industri batik cetak, diduga krom(Cr), Timbal (Pb), Nikel (Ni), tembaga (Cu), dan mangan (Mn). Sumber logam berat Krom (Cr) dan Timbal (Pb) yang bersifat toksis, dapat berasal dari zat pewarna (CrCl3, K2Cr2O7) maupun sebagai mordan yaitu merupakan pengikat zat warna meliputi Cr(NO3)2 dan PbCrO4 (Muljadi, 2009). Kromium adalah salah satu logam yang sering merusak lingkungan. Pemanfaatan logam krom dan senyawaannya dapat dijumpai dalam industri elektroplating, penyamakan kulit, dan lain-lain. Cr(VI) merupakan bahan pengoksidasi kuat, mempunyai potensi karsinogenik, bersifat lebih toksik terhadap makhluk hidup termasuk manusia dibandingkan dengan Cr(III) (Anderson, 1997). Berbagai dampak negatif yang ditimbulkan oleh logam kromium khususnya Cr(VI) bagi makhluk hidup dan lingkungan, maka keberadaan logam tersebut sebagai pencemar di lingkungan perlu diminimalkan bahkan dihilangkan. Berkaitan dengan hal tersebut, berbagai metode telah dikembangkan untuk menurunkan kandungan logam kromium di lingkungan. Salah satunya adalah metode adsorpsi. Pada proses adsorpsi terjadi penjerapan molekul-molekul gas atau cairan pada permukaan sorben. Peningkatan daya guna atau optimalisasi zeolit sebagai adsorben dapat dilakukan melalui aktivasi secara fisis maupun kimia. Proses aktivasi secara fisis dilakukan dengan

pemanasan (kalsinasi). Pemanasan ini bertujuan untuk menguapkan air yang terparangkap dalam pori-pori kristal zeolit sehingga jumlah pori dan luas permukaan spesifiknya bertambah (Suyartono dan Husaini, 1991). Aktivasi secara kimia dapat

commit to user


digilib.uns.ac.id 3

dilakukan dengan menggunakan larutan asam klorida atau asam sulfat yang bertujuan untuk membersihkan permukaan pori, membuang senyawa pengganggu dan menata

kembali letak atom yang dapat dipertukarkan (Suyartono dan Husaini, 1991). Kemampuan zeolit alam dapat menurunkan kadar logam ion Zn, Cd (Bujnova dan Lesny, 2006), Mn, Cr, Pb dan As (Campos, 2009). Kemampuan zeolit Jordania yang telah diaktivasi dengan pemanasan dapat 105 oC menghilangkan logam Hg dalam air (Salem, 2010). Kemampuan zeolit alam dan vermuculite yang telah diaktivasi dengan HNO3 sebagai adsorben dalam menghilangkan logam Cu (Stylianou, 2007). Kemampuan zeolit alam yang telah diaktivasi dengan pemanasan 150 oC selama 60 menit dapat mereduksi kadar logam Cr dalam limbah cair (Susetyaningsih et al., 2009), menghilangkan Zn2+, Cd2+, Pb2+ dalam air (Minceva et al., 2007), meremediasi logam beracun Cu, Cr dan Cd (Minato et al., 1999) dan dapat menurunkan kadar Zn, Cd, Pb, Fe pada air tambang buatan (Wingenfelder et al., 2005) ,dan Mn pada penyaringan air tanah (Rahman dan Hartono, 2004). Pemanfaatan zeolit alam digunakan untuk adsorpsi fenol yang diaktivasi dengan HCl 1 N (Swantomo et al., 2009) dan teraktivasi dengan HCl dan NH4NO3 (Mutngimaturrohmah et al., 2009). Pemnfaatan zeolit alam dapat menjerap logamlogam air kesadahan (Ca dan Mg) yang telah diaktifkan dengan larutan HCl (Srihapsari, 2006). Selain zeolit yang merupakan senyawa kimia anorganik sebagai adsorpsi ion logam, senyawa organik juga dapat sebagai biosorpsi. Limbah cair kayu aren dari pohon aren (Arenga pinnata) mengandung bahan organik berupa pati atau serat selulosa baik terlarut maupun partikel tersuspensi. Tingginya kandungan bahan

commit to user


digilib.uns.ac.id 4

organik bergantung pada efisiensi proses pemisahan pati dari air. Pembuatan tepung aren dilakukan melalui terlebih dahulu menebang batang pohon aren kemudian dipotong-potong sepanjang 1,25 - 2 meter. Pada industri tradisional, serat tadi dimasukkan ke bak yang dialiri air serta diaduk-aduk dengan cara menginjak-injak untuk memisahkan antara ampas aren dan tepungnya. (Firdayati dan Handajani, 2005). Penggunaan sorben dari bahan organik (biosorben) akhir-akhir ini sangat banyak dikembangkan. Biosorben lain yang dapat digunakan untuk mengatasi pencemaran logam kromium di lingkungan antara lain bahan-bahan organik mati, serbuk gergaji, hasil samping pertanian, dan mikro alga. Biosorben mempunyai keunggulan untuk mengatasi logam berbahaya dan beracun di lingkungan karena harganya yang relatif murah, mudah didapat, dapat diperbaharui serta sifatnya yang ramah lingkungan (Shukla et al., 2002). Selulosa, hemiselulosa dan lignin mempunyai potensi yang cukup besar untuk dijadikan sebagai penjerap karena gugus OH yang terikat dapat berinteraksi dengan komponen adsorbat. Adanya gugus OH, pada selulosa dan hemiselulosa menyebabkan terjadinya sifat polar pada adsorben tersebut. Dengan demikian selulosa dan hemiselulosa lebih kuat menjerap zat yang bersifat polar dari pada zat yang kurang polar (Yantri, 1998).

Beberapa penelitian menunjukkan bahwa biosorben dari limbah hasil pertanian yang mengandung selulosa, hemiselulosa dan lignin dapat dijadikan sebagai biosorpsi logam berat Cr(VI). Pemanfaatan daun Azadirachta indica yang diaktivasi dengan H2SO4 dan NaOH dapat menurunkan logam Cr(VI) sebesar 94 –

commit to user


digilib.uns.ac.id 5

97 %. (Rao, et.al,. 2007). Pemanfaatan tongkol jagung dengan ukuran 100 mesh tanpa diaktivasi dan diaktivasi dengan HNO3 disertai NaOH sebagai adsorben zat warna biru metilena menunjukkan bahwa dengan aktivasi lebih efektif daripada tanpa aktivasi (Fahrizal, 2008). Tongkol jagung (Zea maize), ampas tebu (Saccharum officinarum) dan sekam padi (Oryza sativa) sebagai limbah pertanian dapat menurunkan logam Cr(VI) berturut-turut sebesar 98,7 ; 98,64 ; dan 100 % yang berbentuk serbuk dengan ukuran 200 mesh diaktivasi dengan pemanasan 105 oC selama 3 menit (Abbas et al., 2010). Serabut kelapa telah diaktivasi dengan larutan KNO3 (Nogueira et al., 2008) dapat menurunkan logam Cr(VI) pada limbah. Limbah organik pertanian seperti kulit pisang, kulit kacang dan sekam padi yang telah teraktivasi dapat menurunkan logam berat Cr(VI). Aktivasi dengan pemanasan di antaranya adalah daun-daunan Platanus orientalis (Mahvi et al., 2007), serbuk gergaji (Vinodhini and Das, 2009) dan serbuk gergaji pohon cemara (Biparva et al., 2011) dapat menurunkan logam Cr(VI). Serat sabut kelapa hijau (Cocos nucifera) dapat sebagai adsorpsi ion logam Cr(VI) dengan jenis interaksi yang terjadi antara ion Cr(VI) dengan biosorben serat sabut kelapa hijau (Cocos nucifera) adalah ikatan hidrogen, ikatan Van der Waals, pertukaran kation, dan ikatan kompleks (Sudiharta dan Yulihastuti, 2010). Serbuk gergaji kayu Albizia (Albizzia falcata) berukuran 40 mesh diaktivasi dengan campuran pelarut etanol-toluena dapat sebagai adsorpsi ion logam Cr(III) (Sukarta, 2008). Serbuk gergaji yang telah diaktivasi dengan NaOH dapat digunakan untuk adsorpsi logam Cu (II) (Subakti, 2009). Pada penelitian ini akan digunakan zeolit alam dan limbah kayu aren (Arenga pinnata) yang telah teraktivasi untuk menurunkan kadar Cr(VI) pada limbah cair

commit to user


digilib.uns.ac.id 6

batik. Zeolit alam akan diaktivasi menggunakan HCl serta dilanjutkan pemanasan pada suhu suhu tertentu. Limbah kayu aren akan diaktivasi menggunakan HNO3 dan dilanjutkan proses impregnasi NaOH disertai dengan pemanasan pada suhu tertentu. Perlunya aktivasi pada adsorben untuk optimalisasi adosrben secara kimia dan fisis. Penentuan baku mutu limbah cair batik menggunakan Peraturan Daerah Provinsi Jawa Tengah no. 10 tahun 2004 tentang baku mutu air limbah. Perbandingan antara penggunaan adsorben zeolit alam sebagai adsorpsi, adsorben limbah kayu aren (Arenga pinnata) dan kombinasi keduanya digunakan untuk mengetahui penggunaan pengolahan yang efektif.

B. Rumusan Permasalahan Berdasarkan uraian di atas, maka masalah yang diharapkan dapat dikaji dalam penelitian ini adalah : 1. Bagaimana kualitas limbah cair batik ditinjau dari kandungan logam Cr(VI) berdasarkan Peraturan Daerah Provinsi Jawa Tengah no. 10 tahun 2004 ? 2. Bagaimana perbandingan kemampuan adsorpsi antara zeolit alam (ZA), limbah kayu aren (Arenga pinnata) (LKA) dan zeolit alam-limbah kayu aren (ZA-LKA) yang telah teraktivasi pada sistem kolom untuk menurunkan kadar logam Cr(VI) pada larutan standard K2Cr2O7? 3. Bagaimana perbandingan antara kemampuan adsorpsi antara zeolit alam (ZA), limbah kayu aren (Arenga pinnata) (LKA) dan zeolit alam-limbah kayu aren (ZA-LKA) yang telah teraktivasi pada sistem kolom untuk menurunkan kadar logam Cr(VI) pada limbah cair batik?

commit to user


digilib.uns.ac.id 7

C. Tujuan Penelitian 1. Mengetahui besarnya kandungan logam Cr(VI) pada sampel limbah cair batik dan kualitas limbah cair batik berdasarkan Peraturan Daerah Provinsi Jawa Tengah no. 10 tahun 2004. 2. Mengetahui kemampuan adsorpsi zeolit alam (ZA), limbah kayu aren (Arenga pinnata) (LKA) dan zeolit alam-limbah kayu aren (ZA-LKA) yang telah teraktivasi pada sistem kolom untuk menurunkan kadar logam Cr(VI) pada larutan standard K2Cr2O7. 3. Mengetahui kemampuan adsorpsi zeolit alam (ZA), limbah kayu aren (Arenga pinnata) (LKA) dan zeolit alam-limbah kayu aren (ZA-LKA) yang telah teraktivasi pada sistem kolom untuk menurunkan kadar logam Cr(VI) pada limbah cair batik.

D. Manfaat Penelitian 1. Manfaat bagi peneliti: Penelitian ini diharapkan mampu menambah sumbangan pemikiran secara ilmiah bagi ilmu kimia lingkungan dalam hal menurunkan kadar Cr(VI) pada limbah cair batik. 2. Manfaat bagi masyarakat: Penelitian ini diharapkan sebagai bahan pertimbangan dalam pengolahan limbah cair batik pada industri rumah tangga batik khususnya masyarakat di karesidenan Surakarta. 3. Manfaat bagi pemerintah: Penelitian ini diharapkan sebagai bahan pertimbangan untuk membuat kebijakan pemerintah daerah setempat untuk pengendalian pencemaran dan pengolahan limbah cair batik.

commit to user


digilib.uns.ac.id

BAB II LANDASAN TEORI A. Tinjauan Pustaka

1. Limbah Cair Batik Pada proses industri batik cetak dari persiapan kain putih, pengkanjian dan penghilangan kanji, pewarnaan (deying), pencetakan (printing), pencelupan, pengeringan, pencucian sampai penyempurnaan menghasilkan pencemar limbah cair dengan parameter BOD, COD dan bahan lain dari zat pewarna yang dipakai mengandung seperti zat organik, dan logam berat. Karakteristik limbah batik cetak adalah meliputi karakteristik fisika yaitu warna, bau, zat padat tersuspensi , temperatur, sedangkan karakteristik kimia yaitu bahan organik,anorganik, fenol, sulfur, pH, logam berat senyawa racun (nitrit), maupun gas. Limbah cair industri batik cetak juga mempunyai karakteristik berwarna keruh, berbusa, pH tinggi, konsentrasi BOD tinggi, kandungan lemak alkali dan zat warna dimana didalamnya terdapat kandungan logam berat. Senyawa logam berat yang bersifat toksis yang terdapat pada buangan industry batik cetak, diduga krom(Cr), Timbal (Pb), Nikel (Ni), tembaga (Cu), dan mangan (Mn). Sumber logam berat Krom (Cr) dan Timbal (Pb) yang bersifat toksis, dapat berasal dari zat pewarna (CrCl3, K2Cr2O7) maupun sebagai mordan yaitu merupakan pengikat zat warna meliputi Cr(NO3)2 dan PbCrO4 (Muljadi, 2009). Mordan disebut juga sebagai zat khusus yang dapat meningkatkan lekatnya berbagai pewarna pada kain. (Hasanudin, 2001).

commit to user 8


digilib.uns.ac.id 9

2. Logam Krom (Cr) Logam krom merupakan logam golongan transisi, diketemukan di alam sebagai bijih terutama kromit (Fe(CrO2)2). Krom merupakan elemen berbahaya di permukaan bumi dan dijumpai dalam kondisi oksida antara Cr(II) sampai Cr(VI). Krom bervalensi tiga umumnya merupakan bentuk yang umum dijumpai di alam, dan dalam material biologis krom selalu berbentuk valensi tiga, karena krom valensi enam

merupakan

salah

satu

material

organik

pengoksidasi

yang

tinggi

(Suhendrayatna, 2001). Ada beberapa jenis kromium yang berbeda dalam efek pada organisme. Kromium memasuki udara, air dan tanah di Cr(III) dan Cr(VI) bentuk melalui proses-proses alam dan aktivitas manusia. kegiatan utama manusia yang meningkatkan konsentrasi Cr(III) yang meracuni kulit dan manufaktur tekstil. Kegiatan utama manusia yang meningkatkan Cr(VI) konsentrasi kimia, kulit dan manufaktur tekstil, elektro lukisan dan Cr(VI) aplikasi dalam industri. Aplikasi ini terutama akan meningkatkan konsentrasi kromium dalam air. Melalui kromium pembakaran batubara juga akan berakhir di udara dan melalui pembuangan limbah kromium akan berakhir di tanah. Sebagian besar kromium di udara pada akhirnya akan menetap dan berakhir di perairan atau tanah. Kromium dalam tanah sangat melekat pada partikel tanah dan sebagai hasilnya tidak akan bergerak menuju tanah. Kromium dalam air akan menyerap pada endapan dan menjadi tak bergerak. Hanya sebagian kecil dari kromium yang berakhir di air pada akhirnya akan larut. Cr(III) merupakan unsur penting untuk organisme yang dapat mengganggu metabolisme gula dan

commit to user


digilib.uns.ac.id 10

menyebabkan kondisi hati, ketika dosis harian terlalu rendah. Cr(VI) adalah terutama racun bagi organisme. Dapat mengubah bahan genetik dan menyebabkan kanker. Tanaman mengandung sistem yang mengatur kromium-uptake harus cukup rendah tidak menimbulkan bahaya. Tetapi ketika jumlah kromium dalam tanah meningkat, hal ini masih dapat mengarah pada konsentrasi yang lebih tinggi dalam tanaman. Peningkatan keasaman tanah juga dapat mempengaruhi pengambilan kromium oleh tanaman. Tanaman biasanya hanya menyerap kromium (III). Ini mungkin merupakan jenis penting kromium, tetapi ketika konsentrasi melebihi nilai tertentu, efek negatif masih dapat terjadi. Kromium tidak diketahui terakumulasi dalam tubuh ikan, tetapi konsentrasi tinggi kromium, karena pembuangan produk-produk logam di permukaan air, dapat merusak insang ikan yang berenang di dekat titik pembuangan. Pada hewan, kromium dapat menyebabkan masalah pernapasan, kemampuan yang lebih rendah untuk melawan penyakit, cacat lahir, infertilitas dan pembentukan tumor. Dalam perairan, krom berada pada bilangan oksidasi +2, +3, dan +6, dan hanya +6 merupakan tingkat oksidasi yang paling dominan. Ion kromos (Cr2+) merupakan krom tingkat oksidasi +2, bersifat tidak stabil, dan jumlahnya relatif sedikit. Cr2+ dengan cepat teroksidasi ke tingkat oksidasi +3 yang lebih stabil dalam lingkungan aerobik. Di samping itu, sebagai Cr(OH)2, Cr2+ akan mengendap dalam air pada pH mendekati 6. Dengan demikian krom tingkat oksidasi +3 dan +6 lebih banyak berperan dalam lingkungan perairan (Bert,1982). Senyawa Cr(III) dan Cr(VI) sering dipakai untuk bahan pelapis logam lain agar lebih tahan korosi dan kelihatan lebih baik. Selain itu senyawa Cr(III) dan Cr(VI) juga dipakai sebagai bahan

commit to user



pembuatan cat, pewarna tekstil dan lain-lain. Dalam zat warna tekstil jenis Grey Lanaset G mengandung krom (III) sebesar 2,5 % sebagai senyawa kompleks organologam (Blanques et al., 2004). Cr(VI) lebih mudah diserap oleh tubuh dibandingkan dengan Cr(III). Namun, Cr(VI) setelah di dalam tubuh segera mengalami reduksi menjadi Cr(III) (ATSDR, 2000). Keterdapatan Cr(III) dalam tubuh dapat menyebabkan kanker paru-paru. Proses penjerapan krom oleh tubuh dan dampaknya bagi kesehatan disajikan pada Gambar 1 (Kaim and Schwederski, 1994).

Gambar 1. Diagram Masuknya Krom dalam Tubuh

3. Pengolahan Air Limbah Secara umum, metode pengolahan yang dikembangkan tersebut dapat digolongkan atas 3 jenis metode pengolahan, yaitu secara fisika, kimia maupun biologis.

commit to user



Cara fisika, merupakan metode pemisahan sebagian dari beban pencemaran khususnya padatan tersuspensi atau koloid dari air dengan memanfaatkan gaya-gaya fisika (Eckenfelder, 1989; MetCalf dan Eddy, 2003). Dalam pengolahan air industri secara fisika, proses yang dapat digunakan antara lain adalah filtrasi dan pengendapan (sedimentasi). Filtrasi (penyaringan) menggunakan media penyaring terutama untuk menjernihkan dan memisahkan partikel-partikel kasar dan padatan tersuspensi dari air. Dalam sedimentasi, flok-flok padatan dipisahkan dari aliran dengan memanfaatkan gaya gravitasi. Cara kimia, merupakan metode penghilangan atau konversi senyawasenyawa polutan dalam air dengan penambahan bahan-bahan kimia atau reaksi kimia lainnya (MetCalf dan Eddy, 2003). Proses netralisasi biasanya diterapkan dengan cara penambahan asam atau basa guna menetralisir ion-ion terlarut dalam air sehingga memudahkan proses pengolahan selanjutnya. Dalam proses koagulasi-flokulasi menurut Mysels (1959), partikel-partikel koloid hidrofobik cenderung menyerap ion-ion bermuatan negatif dalam air melalui sifat adsorpsi koloid tersebut, sehingga partikel tersebut menjadi bermuatan negatif. Koloid bermuatan negatif ini melalui gaya-gaya Van der Waals menarik ion-ion bermuatan berlawanan dan membentuk lapisan kokoh (lapisan stern) mengelilingi partikel inti. Selanjutnya lapisan kokoh stern yang bermuatan positif menarik ion-ion negatif lainnya dari dalam larutan membentuk lapisan kedua (lapisan difus). Kedua lapisan tersebut bersama-sama menyelimuti partikel-partikel koloid dan membuatnya menjadi stabil. Partikel-partikel koloid dalam keadaan stabil menurut Davis dan Cornwell (1991), cenderung tidak mau bergabung satu sama

commit to user



lainnya membentuk flok-flok berukuran lebih besar, sehingga tidak dapat dihilangkan dengan proses sedimentasi ataupun filtrasi. Koagulasi pada dasarnya merupakan proses destabilisasi partikel koloid bermuatan dengan cara penambahan ion-ion bermuatan berlawanan (koagulan) ke dalam koloid, dengan demikian partikel koloid menjadi netral dan dapat beraglomerasi satu sama lain membentuk mikroflok. Selanjutnya mikroflokmikroflok yang telah terbentuk dengan dibantu pengadukan lambat megalami penggabungan menghasilkan makroflok (flokulasi), sehingga dapat dipisahkan dari dalam larutan dengan cara pengendapan atau filtrasi (Eckenfelder, 1989; Farooq dan Velioglu, 1989). Koagulan yang biasa digunakan antara lain polielektrolit, aluminium, kapur, dan garam-garam besi. Masalah dalam pengolahan limbah secara kimiawi adalah banyaknya endapan lumpur yang dihasilkan (Eckenfelder, 1989; MetCalf dan Eddy, 2003), sehingga membutuhkan penanganan lebih lanjut. Cara biologi dapat menurunkan kadar zat organik terlarut dengan memanfaatkan mikroorganisme atau tumbuhan air. Pada dasarnya cara biologi adalah pemutusan molekul kompleks menjadi molekul sederhana. Proses ini sangat peka terhadap factor suhu, pH, oksigen terlarut (DO) dan zat-zat inhibitor terutama zat-zat beracun. Mikroorganisme yang digunakan untuk pengolahan limbah adalah bakteri, algae, atau protozoa (Ritmann dan McCarty, 2001). Sedangkan tumbuhan air yang mungkin dapat digunakan termasuk gulma air (aquatic weeds) (Lisnasari, 1995).

commit to user



4. Zeolit Kata “zeolit” berasal dari kata Yunani zein yang berarti membuih dan lithos yang berarti batu. Zeolit merupakan mineral hasil tambang yang bersifat lunak dan mudah kering. Warna dari zeolit adalah putih keabu-abuan, putih kehijau-hijauan, atau putih kekuning-kuningan. Ukuran kristal zeolit kebanyakan tidak lebih dari 10– 15 mikron. Zeolit terbentuk dari abu vulkanik yang telah mengendap jutaan tahun silam. Sifat-sifat mineral zeolit sangat bervariasi tergantung dari jenis dan kadar mineral zeolit. Zeolit mempunyai struktur berongga biasanya rongga ini diisi oleh air serta kation yang bisa dipertukarkan dan memiliki ukuran pori tertentu. Oleh karena itu zeolit dapat dimanfaatkan sebagai penyaring molekuler, senyawa penukar ion, sebagai filter dan katalis. (Sutarti, 1994)

a. Struktur Zeolit Zeolit mengandung unsur utama silikon, aluminium, dan oksigen serta mengikat sejumlah tertentu molekul air di dalam porinya. Unsur lain yang juga terdapat pada zeolit adalah unsur logam alkali dan alkali tanah.

Gambar 2. Kerangka Utama Zeolit (Guisnet, M. dan Gilson, JP., 2002)

commit to user



Dalam struktur tersebut Si4+ dapat diganti Al4+ (Gambar 2), sehingga rumus umum komposisi zeolit dapat dinyatakan sebagai berikut : Mx/n [(AlO2)x(SiO2)y] m H2O (Lesley et al., 2001) dengan : n = Valensi kation M (alkali / alkali tanah) x dan y = Jumlah tetrahedron per unit sel m = Jumlah molekul air per unit sel M = Kation alkali / alkali tanah Struktur zeolit yang merupakan senyawa aluminosilikat dapat dijabarkan seperti pada gambar di bawah. Tetrahedral SiO4 dan AlO4 saling berhubungan pada sudut-sudut tetrahedralnya untuk membentuk Al, Si framework tiga dimensi yang berpori. Kation-kation alkali monovalen atau divalen menempati posisinya di dalam pori-pori. Kehadiran kation-kation ini akan menetralkan muatan zeolit. Sebagian pori ditempati atau diisi oleh molekul-molekul air.

Gambar 3. Skematika Pembetuktan Struktur Zeolit Tiga Dimensi (Guisnet, M. dan Gilson, JP., 2002)

commit to user



b. Sifat Zeolit Zeolit mempunyai sifat-sifat kimia, di antaranya : 1. Dehidrasi Sifat dehidrasi zeolit berpengaruh terhadap sifat jerapannya. Keunikan zeolit terletak pada struktur porinya yang spesifik. Pada zeolit alam di dalam pori-porinya terdapat kation-kation atau molekul air. Bila kation-kation atau molekul air tersebut dikeluarkan dari dalam pori dengan suatu perlakuan tertentu maka zeolit akan meninggalkan pori yang kosong (Bambang et al., 1995). 2. Penjerapan Dalam keadaan normal ruang hampa dalam kristal zeolit terisi oleh molekul air yang berada disekitar kation. Bila zeolit dipanaskan maka air tersebut akan keluar. Zeolit yang telah dipanaskan dapat berfungsi sebagai penjerap gas atau cairan (Bambang et al., 1995). 3. Penukar Ion Ion-ion pada rongga berguna untuk menjaga kenetralan zeolit. Ion-ion ini dapat bergerak bebas sehingga pertukaran ion yang terjadi tergantung dari ukuran dan muatan maupun jenis zeolitnya. Sifat sebagai penukar ion dari zeolit antara lain tergantung dari sifat kation, suhu, dan jenis anion (Bambang et al., 1995). 4. Katalis Zeolit sebagai katalis hanya mempengaruhi laju reaksi tanpa mempengaruhi kesetimbangan reaksi karena mampu menaikkan perbedaan lintasan molekular dari reaksi. Katalis berpori dengan pori-pori sangat kecil akan memuat molekul-molekul kecil tetapi mencegah molekul besar masuk. Selektivitas molekuler seperti ini

commit to user



disebut molecular sieve yang terdapat dalam substansi zeolit alam (Bambang et al., 1995). 5. Penyaring / pemisah Zeolit sebagai penyaring molekul maupun pemisah didasarkan atas perbedaan bentuk, ukuran, dan polaritas molekul yang disaring. Molekul yang berukuran lebih kecil dari ruang hampa dapat melintas sedangkan yang berukuran lebih besar dari ruang hampa akan ditahan (Bambang et al., 1995). Kekuatan zeolit sebagai penjerap, katalis, dan penukar ion sangat tergantung dari perbandingan Al dan Si, sehingga dikelompokkan menjadi 3 (Sutarti, 1994) sebagai berikut: 1. Zeolit dengan kadar Si rendah yaitu zeolit jenis ini banyak mengandung Al (kaya Al), berpori, mempunyai nilai ekonomi tinggi karena efektif untuk pemisahan atau pemurnian dengan kapasitas besar. Volume porinya dapat mencapai 0,5 cm3/cm3 volume zeolit. Kadar maksimum Al dicapai jika perbandingan Si/Al mendekati 1 dan keadaan ini mengakibatkan daya penukaran ion maksimum. 2. Zeolit dengan kadar Si sedang yaitu kerangka tetrahedral Al dari zeolit tidak stabil terhadap pengaruh asam dan panas. Jenis zeolit mordenit mempunyai perbandingan Si/Al = 5 sangat stabil. 3. Zeolit dengan kadar Si tinggi yaitu zeolit ini mempunyai perbandingan Si/Al =10100 sehingga sifat permukaannya tidak dapat diperkirakan lebih awal. Sangat higroskopis dan menyerap molekul non-polar sehingga baik digunakan sebagai katalisator asam untuk hidrokarbon.

commit to user



c. Zeolit Alam Komposisi dan struktur zeolit alam kebanyakan terdiri dari mineral mordernit dan klinoptillit (Gambar 4). Dari uji pendahuluan terhadap zeolit alam Wonosari dengan menggunakan difraksi sinar x diketahui bahwa sebagian besar penyusunnya adalah mordernit. Analisis lebih lanjut terhadap zeolit alam Wonosari menunjukkan bahwa zeolit mempunyai rasio Si/Al 4,75; keasaman sebesar 2,39 mmol/g; luas permukaan 24,13 m2/g; volume pori 74,25 x 10-3 mL/g; rerata jejari pori 60,54 dan memilki kandungan logam Na, K, Ca dan Fe masing-masing sebesar 4,29 %; 1,34 %; 2,39 5 dan 1,04 %. (Budi, 2006) Beberapa penelitian yang telah dilakukan menunjukkan bahwa zeolit alam mampu dimanfatkan sebagai adsorben limbah pencemar dari beberapa industri. Zeolit mampu menjerap berbagai macam logam, antara lain Ni, Np, Pb, U, Zn, Ba, Ca, Mg, Sr, Cd, Cu dan Hg (Kosmulski, 2001). Tabel 1. Sifat Zeolit Jenis Mordenit Zeolit Mordenit

Sifat

Struktur kristal

Framework 3 dimensi

Swelling

Sangat kecil

Kestabilan panas

Tinggi

Kestabilan radiasi

Sedang

Adsorpsi

Tinggi

Penukar kation

Sedang

Penyaring molekul

Tinggi

Katalis

Tinggi

commit to user



(a)

(b)

Gambar 4. (a) Struktur Zeolit Jenis Mordenit Na8 [Al8Si40O96]. 24H2O (b) Struktur Zeolit Jenis Klinoptilolit Na6 [Al6Si30O72]. 24H2O. (Guisnet, M. dan Gilson, JP., 2002)

d. Aktivasi Zeolit Alam Proses aktivasi zeolit alam dapat dilakukan dengan 2 cara, yang pertama yaitu secara fisika melalui pemanasan dengan tujuan untuk menguapkan air yang terperangkap di dalam pori-pori kristal zeolit, sehingga luas permukaannya bertambah (Khairinal, 2000). Proses pemanasan zeolit dikontrol, karena pemanasan yang berlebihan kemungkinan akan menyebabkan zeolit tersebut rusak. Aktivasi zeolit secara kimia dengan tujuan untuk membersihkan permukaan pori, membuang senyawa pengotor dan mengatur kembali letak atom yang dapat dipertukarkan. Proses aktivasi zeolit dengan perlakuan asam HCl pada konsentrasi 0,1N hingga 11 N menyebabkan zeolit mengalami dealuminasi dan dekationisasi yaitu keluarnya Al dan kation-kation dalam kerangka zeolit. Aktivasi asam

commit to user



menyebabkan terjadinya dekationisasi yang menyebabkan bertambahnya luas permukaan zeolit karena berkurangnya pengotor yang menutupi pori-pori zeolit. Luas permukaan yang bertambah diharapkan meningkatkan kemampuan zeolit dalam proses penjerapan (Weitkamp, 1999). Menurut Hamdan yang dikutip oleh Dina tingginya kandungan Al dalam kerangka zeolit menyebabkan kerangka zeolit sangat hidrofilik. Sifat hidrofilik dan polar dari zeolit ini merupakan hambatan dalam kemampuan penjerapannya. Proses aktivasi dengan asam dapat meningkatkan kristalinitas, keasaman dan luas permukaan (Hari, 2001). Heraldy (2003) juga mengkaji aktivasi asam terhadap zeolit alam asal Ponorogo dan Wonosari. Asam yang dipergunakan adalah HCl, HNO3, H2SO4 dan H3PO4. Hasilnya menunjukkan bahwa perlakuan asam terhadap zeolit alam asal Ponorogo dan Wonosari meningkatkan daya jerap zeolit terhadap limbah cair. Penelitian tersebut menyimpulkan bahwa perlakuan asam telah berhasil melepaskan alumunium dari kerangka zeolit dan mampu meningkatkan keasaman zeolit. Peningkatan keasaman zeolit disebutkan mampu memperbesar kemampuan penjerapan zeolit. Hal itu terjadi karena banyaknya pori-pori zeolit yang terbuka dan permukaan padatannya menjadi bersih dan luas.

5. Aren (Arenga pinnata) Aren (Arenga pinnata) merupakan tumbuhan berbiji tertutup dimana biji buahnya terbungkus daging buah. Tepung aren dapat digunakan untuk pembuatan aneka produk makanan, terutama produk yang sudah dikenal masyarakat luas, yaitu soun, cendol, bakmi, dan hun kwe. Sampai saat ini tepung dari pati batang aren

commit to user



belum dapat disubstitusi. Pembuatan tepung aren dilakukan melalui terlebih dahulu menebang batang pohon aren kemudian dipotong-potong sepanjang 1,25 - 2 meter. Pada industri tradisional, serat tadi dimasukkan ke bak yang dialiri air serta diaduk-aduk dengan cara menginjak-injak untuk memisahkan antara ampas aren dan tepungnya. Diagram alir proses pembuatan tepung pati aren dapat dilihat pada Gambar 5.

Gambar 5. Diagram alir proses pembuatan tepung aren (Firdayati dan Handajani, 2005)

commit to user



Industri tepung aren berada di Dukuh Bendo, Desa Daleman Kecamatan Tulung, Kabupaten Klaten Jawa Tengah, sekitar 15-18 km ke arah utara kota Klaten. 2

Luas Dukuh Bendo mencapai 61.190 m , dengan jumlah penduduk 1.164 jiwa. Mata pencaharian penduduk terutama adalah dari industri aren yang mencapai jumlah 35 buah. Industri yang kebanyakan rumahan tersebut mendapatkan pasokan bahan baku batang pohon aren dari 3 pabrik yang juga berlokasi di dukuh tersebut. Saat ini, industri tepung aren menghasilkan limbah limbah cair dan limbah padat (Firdayati dan Handajani, 2005). Limbah cair berasal dari proses pemarutan/pelepasan pati dari serat dan pengendapan tepung aren. Limbah padat yang berupa serbuk serat aren semula dimanfaatkan oleh industri budidaya jamur di kota Yogyakarta. Namun pada dua tahun terakhir, industri tersebut tidak beroperasi lagi, akibatnya timbunan limbah padat memenuhi bantaran sungai dan daerah sekitar sawah. Lindi dari limbah padat ini mulai terasa mencemari badan air dan sistem irigasi yang ada di daerah tersebut. Dampak yang dirasakan penduduk berupa timbulnya gangguan kulit setelah menggunakan sumber air yang sudah tercemar oleh lindi ampas aren dan juga matinya ikan-ikan pada kolam ikan milik penduduk, selain bau yang menyengat, khususnya setelah ampas terbasahi oleh hujan (Firdayati dan Handajani, 2005). Limbah padat yang tidak ditangani dengan baik, berpotensi menimbulkan masalah bagi komunitas sekitarnya. Limbah padat yang komponen dasarnya ada materi organik akan terdekomposisi secara alamiah di lingkungan. Namun dalam prosesnya sering sekali timbul gangguan bau dan estetika dari timbunan limbah padat ini (Firdayati dan Handajani, 2005).

commit to user



Kandungan fosfor dan kalium limbah kayu aren dalam bentuk ampas masih tinggi (Tabel 4). Tingginya kandungan besi (Fe) dan Mangan (Mn) pada limbah diperkirakan berasal dari air sumur yang digunakan selama proses (Tabel 2) (Firdayati dan Handajani, 2005). Tabel 2. Karakteristik Limbah Kayu Aren dan Baku Mutu (Firdayati dan Handajani, 2005) No. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11.

Parameter C-Organik N-Organik Total Phospat Amoniak Kalium (K) Magnesium (Mg) Besi (Fe) Seng (Zn) Tembaga (Cu) Fosfor (P) Mangan (Mn)

Satuan % BK % BK mg/kg BK mg/kg BK mg/kg BK mg/kg BK mg/kg BK mg/kg BK mg/kg BK mg/kg BK mg/kg BK

Hasil Analisa 69,94 0,70 1464,46 0,04 2206,96 635,85 652,23 106,06 5,82 487,67 41,86

6. Komponen Kimia Kayu Kayu sebagian besar tersusun atas tiga unsur yaitu unsur C, H dan O. Unsurunsur tersebut berasal dari udara berupa CO2 dan dari tanah berupa H2O. Namun, dalam kayu juga terdapat unsur-unsur lain seperti N, P, K, Ca, Mg, Si, Al dan Na. Unsur-unsur tersebut tergabung dalam sejumlah senyawa organik, secara umum dapat dibedakan menjadi dua bagian (Fengel dan Wegener, 1995) yaitu: 1. Komponen lapisan luar yang terdiri atas fraksi-fraksi yang dihasilkan oleh kayu selama pertumbuhannya. Komponen ini sering disebut dengan zat ekstraktif. Zat ekstraktif ini adalah senyawaan lemak, lilin, resin dan lain-lain.

commit to user



2. Komponen lapisan dalam terbagi menjadi dua fraksi yaitu fraksi karbohidrat yang terdiri atas selulosa dan hemiselulosa, fraksi non karbohidrat yang terdiri dari lignin. a. Selulosa dan Hemiselulosa Selulosa merupakan senyawa organik yang terdapat pada dinding sel bersama lignin berperan dalam mengokohkan struktur tumbuhan. Selulosa pada kayu umumnya berkisar 40-50%, sedangkan pada kapas hampir mencapai 98%. Selulosa terdiri atas rantai panjang unit-unit glukosa yang terikat dengan ikatan 1-4βglukosida.

Gambar 6. Model Struktur Selulosa Hemiselulosa adalah polimer polisakarida heterogen tersusun dari unit Dglukosa, D-manosa, L-arabiosa dan D-xilosa. Hemiselulosa pada kayu berkisar antara 20-30%. Dilihat dari strukturnya, selulosa dan hemiselulosa mempunyai potensi yang cukup besar untuk dijadikan sebagai penjerap karena gugus OH- yang terikat dapat berinteraksi dengan komponen adsorbat. Adanya gugus OH-, pada selulosa dan hemiselulosa menyebabkan terjadinya sifat polar pada adsorben tersebut. Dengan demikian selulosa dan hemiselulosa lebih kuat menjerap zat yang bersifat polar dari pada zat yang kurang polar. Mekanisme jerapan yang terjadi antara gugus

commit to user



OH- yang terikat pada permukaan dengan ion logam yang bermuatan positif (kation) merupakan mekanisme pertukaran ion sebagai berikut (Yantri, 1998).

Gambar 7. Mekanisme Gugus OH- pada Selulosa dengan Ion Logam

+

M dan M

2+

adalah ion logam, OH- adalah gugus hidroksil dan Y adalah

matriks tempat gugus OH- terikat. Interaksi antara gugus OH- dengan ion logam juga memungkinkan melalui mekanisme pembentukan kompleks koordinasi karena atom oksigen (O) pada gugus OH- mempunyai pasangan elektron bebas, sedangkan ion logam mempunyai orbital d kosong. Pasangan elektron bebas tersebut akan menempati orbital kosong yang dimiliki oleh ion logam, sehingga terbentuk suatu senyawa atau ion kompleks. Menurut Terada et al. (1983) ikatan kimia yang terjadi antara gugus aktif pada zat organik dengan molekul dapat dijelaskan sebagai perilaku interaksi asambasa Lewis yang menghasilkan kompleks pada permukaan padatan. Pada sistem adsorpsi larutan ion logam.

commit to user



b. Lignin Lignin adalah polimer tiga dimensi yang terdiri dari unit fenil propana yang diikat dengan ikatan eter (C-O-C) dan ikatan karbon (C-C). Lignin bersifat tahan terhadap hidrolisis karena adanya ikatan arilalkil dan ikatan eter. Lignin adalah suatu polimer yang komplek dengan bobot molekul tingi yang tersusun atas unit-unit fenilpropana. Lignin termasuk ke dalam kelompok bahan yang polimerisasinya merupakan polimerisasi cara ekor (endwisepolymerization), yaitu pertumbuhan polimer terjadi karena satu monomer bergabung dengan polimer yang sedang tumbuh. Polimer lignin merupakan polimer bercabang dan membentuk struktur tiga dimensi (Gambar 8) (Judoamidjojo et al., 1989). Di alam keberadaan lignin pada kayu berkisar antara 25-30%, tergantung pada jenis kayu atau faktor lain yang mempengaruhi perkembangan kayu. Pada kayu, lignin umumnya terdapat di daerah lamela tengah dan berfungsi pengikat antar sel serta menguatkan dinding sel kayu. Kulit kayu, biji, bagian serabut kasar, batang dan daun mengandung lignin yang berupa substansi kompleks oleh adanya lignin dan polisakarida yang lain. Kadar lignin akan bertambah dengan bertambahnya umur tanaman. Lignin bersifat tidak larut dalam kebanyakan pelarut organik. Lignin yang melindungi selulosa bersifat tahan terhadap hidrolisa yang disebabkan oleh adanya ikatan alkil dan ikatan eter. Pada suhu tinggi, lignin dapat mengalami perubahan struktur dengan membentuk asam format, metanol, asam asetat, aseton, vanilin dan lain-lain. Sedangkan bagian lainnya mengalami kondensasi (Judoamidjojo et al., 1989).

commit to user



Gambar 8. Model Struktur Lignin (Brunow, 1995) Proses delignifikasi merupakan perlakuan pendahuluan terhadap bahan baku sehingga mempermudah pelepasan hemiselulosa. Proses ini berfungsi untuk membersihkan lignin. Berbagai perlakuan pendahuluan atau delignifikasi dapat dilakukan seperti perlakuan secara fisik (penggilingan, pemanasan dengan uap, radiasi atau pemanasan dengan udara kering) dan secara kimia (pelarut, larutan pengembang, gas SO2) (Frida, 1998). Menurut Foody et al., (1999) menyatakan bahwa perlakuan pendahuluan dapat dilakukan dengan mengkombinasikan antara perlakuan fisik dan kimia. Perlakuan fisik seperti penggilingan, tekanan, pengepresan dan sebagainya sedangkan kimia seperti penggunaan panas, pelarut dan asam.

commit to user



c. Modifikasi Biosorben Modifikasi biosorben bertujuan meningkatkan kapasitas adsorpsi dari biosorben. Modifikasi dapat dilakukan dengan memberi perlakuan kimia seperti direaksikan dengan asam dan basa atau perlakuan fisika seperti pemanasan dan pencucian (Marshall dan Mitchell, 1996). Pada penelitian ini, biosorben dimodifikasi dengan menggunakan asam, kemudian dilanjutkan dengan impregnasi basa. Modifikasi asam merupakan cara paling umum yang digunakan untuk mengaktivasi biosorben sehingga kapasitas penjerapannya jauh lebih besar dibanding arang aktif (David, 2000). Menurut Gufta (1998), modifikasi biosorben dengan asam paling umum dilakukan dan terbukti sangat efektif dalam meningkatkan kapasitas adsorpsi dari biosorben. Asam yang digunakan pada percobaan ini adalah asam nitrat, sedangkan basa yang digunakan pada proses impregnasi adalah natrium hidroksida (NaOH). Impregnasi adalah suatu proses penjenuhan sampai ke bagian dalam adsorben dengan gas atau cairan yang akan membentuk pori-pori atau rongga. Impregnan NaOH pada permukaan biosorben membuat unsur karbon (C) bereaksi dengan oksigen menjadi gas CO2 pada saat proses impregnasi. Hilangnya unsur karbon tersebut meninggalkan ruang kosong sehingga mampu membentuk rongga yang makin lama makin mendalam. Dengan fenomena ini, maka pori-pori terbentuk di permukaan biosorben (Setiadi dan Edi, 1999). Rongga atau pori ini akan menjerap zat warna biru metilena. Impregnasi dengan NaOH mampu mempercepat kinetika reaksi penjerapan zat warna dan logam oleh adsorben (Wu dan Paul, 1998).

commit to user



7. Adsorpsi Salah satu metode yang digunakan untuk menghilangkan zat pencemar dari air limbah adalah adsorpsi (Rios et al., 1999). Adsorpsi merupakan terjerapnya suatu zat (molekul atau ion) pada permukaan adsorben. Mekanisme penjerapan tersebut dapat dibedakan menjadi dua yaitu, jerapan secara fisika (fisisorpsi) dan jerapan secara kimia (kemisorpsi). Pada proses fisisorpsi gaya yang mengikat adsorbat oleh adsorben adalah gaya-gaya van der Waals. Molekul terikat sangat lemah dan energi yang dilepaskan pada adsorpsi fisika relatif rendah sekitar 20 kJ/mol (Castellan, 1982). Sedangkan pada proses adsorpsi kimia, interaksi adsorbat dengan adsorben melalui pembentukan ikatan kimia. Kemisorpsi terjadi diawali dengan adsorpsi fisik, yaitu partikel-partikel adsorbat mendekat ke permukaan adsorben melalui gaya van der Waals atau melalui ikatan

hidrogen. Kemudian diikuti oleh adsorpsi kimia yang terjadi setelah adsorpsi fisika. Dalam adsorpsi kimia partikel melekat pada permukaan dengan membentuk ikatan kimia

(biasanya

ikatan

kovalen),

dan

cenderung

mencari

tempat

yang

memaksimumkan bilangan koordinasi dengan substrat (Atkins, 1999). Kekuatan interaksi adsorbat dengan adsorben dipengaruhi oleh sifat dari adsorbat maupun adsorbennya. Gejala yang umum dipakai untuk meramalkan komponen mana yang diadsorpsi lebih kuat adalah kepolaran adsorben dengan adsorbatnya. Apabila adsorbennya bersifat polar, maka komponen yang bersifat polar akan terikat lebih kuat dibandingkan dengan komponen yang kurang polar. Kekuatan interaksi juga dipengaruhi oleh sifat keras-lemahnya dari adsorbat maupun adsorben. Sifat keras untuk kation dihubungkan dengan istilah polarizing power cation, yaitu kemampuan suatu kation untuk mempolarisasi anion dalam suatu

commit to user



ikatan. Kation yang mempunyai polarizing power cation besar cenderung bersifat keras. Sifat polarizing power cation yang besar dimiliki oleh ion-ion logam dengan ukuran (jari-jari) kecil dan muatan yang besar. sebaliknya sifat polarizing power cation yang rendah dimiliki oleh ion-ion logam dengan ukuran besar namun muatannya kecil, sehingga diklasifikasikan ion lemah. Pengertian keras untuk anion dihubungkan dengan istilah polarisabilitas anion yaitu, kemampuan suatu anion untuk mengalami polarisasi akibat medan listrik dari kation. Anion bersifat keras adalah anion berukuran kecil, muatan besar dan elektronegativitas tinggi, sebaliknya anion lemah dimiliki oleh anion dengan ukuran besar, muatan kecil dan elektronegatifitas yang rendah. Ion logam keras berikatan kuat dengan anion keras dan ion logam lemah berikatan kuat dengan anion lemah (Atkins, 1999). Pearson (1963) mengklasifikasikan asam-basa Lewis menurut sifat keras dan lemahnya. Menurut Pearson, situs aktif pada permukaan padatan dapat dianggap sebagai ligan yang dapat mengikat logam secara selektif. Logam dan ligan dikelompokkan menurut sifat keras dan lemahnya berdasarkan pada polarisabilitas unsur. Pearson (1963) mengemukakan suatu prinsip yang disebut Hard and Soft Acid Base (HSAB). Ligan-ligan dengan atom yang sangat elektronegatif dan berukuran kecil merupakan basa keras, sedangkan ligan-ligan dengan atom yang elektron terluarnya mudah terpolarisasi akibat pengaruh ion dari luar merupakan basa lemah. Sedangkan ion-ion logam yang berukuran kecil namun bermuatan positip besar, elektron terluarnya tidak mudah dipengaruhi oleh ion dari luar, ini dikelompokkan ke dalam asam keras, sedangkan ion-ion logam yang berukuran besar dan bermuatan

commit to user



kecil atau nol, elektron terluarnya mudah dipengaruhi oleh ion lain, dikelompokkan ke dalam asam lemah. Menurut prinsip HSAB, asam keras akan berinteraksi dengan basa keras untuk membentuk kompleks, begitu juga asam lemah dengan basa lemah. Interaksi asam keras dengan basa keras merupakan interaksi ionik, sedangkan interaksi asam lemah dengan basa lemah, interaksinya lebih bersifat kovalen. Porositas adsorben juga mempengaruhi daya adsorpsi dari suatu adsorben. Adsorben dengan porositas yang besar mempunyai kemampuan menjerap yang lebih tinggi dibandingkan dengan adsorben yang memilki porositas kecil. Untuk meningkatkan porositas dapat dilakukan dengan mengaktivasi secara fisika seperti mengalirkan uap air panas ke dalam pori-pori adsorben, atau mengaktivasi secara kimia. Salah satu cara mengaktivasi adsorben secara kimia adalah aktivasi selulosa -

melalui penggantian gugus aktif OH- pada selulosa dengan gugus HSO melalui 3

proses sulfonasi. Selulosa yang teraktivasi dengan cara sulfonasi memberikan daya adsorpsi yang meningkat dua kali lipat dibandingkan daya adsorpsi selulosa yang tidak diaktivasi (Setiawan et al., 2004) Jumlah zat yang diadsorpsi pada permukaan adsorben merupakan proses berkesetimbangan, sebab laju peristiwa adsorpsi disertai dengan terjadinya desorpsi. Pada awal reaksi, peristiwa adsorpsi lebih dominan dibandingkan dengan peristiwa desorpsi, sehingga adsorpsi berlangsung cepat. Pada waktu tertentu peristiwa adsorpsi cendung berlangsung lambat, dan sebaliknya laju desorpsi cendrung meningkat. Waktu ketika laju adsorpsi adalah sama dengan laju desorpsi sering

commit to user



disebut sebagai keadaan berkesetimbangan. Pada keadaan berkesetimbangan tidak teramati perubahan secara makroskopis. Waktu tercapainya keadaan setimbang pada proses adsorpsi adalah berbeda-beda, Hal ini dipengaruhi oleh jenis interaksi yang terjadi antara adsorben dengan adsorbat. Secara umum waktu tercapainya kesetimbangan adsorpsi melalui mekanisme fisika (fisisorpsi) lebih cepat dibandingkan dengan melalui mekanisme kimia atau kemisorpsi (Castellans, 1982).

8. Spektrofotometer Serapan Atom Prinsip dasar pengukuran dengan SSA adalah penyerapan energi (sumber cahaya) oleh atom-atom dalam keadaan dasar menjadi atom-atom dalam keadaan tereksitasi. Pembentukan atom-atom dalam keadaan dasar atau proses atomisasi pada umumnya dilakukan dalam nyala. Cuplikan sampel yang mengandung logam M sebagai ion M+ dalam bentuk larutan garam M+ dan A- akan melalui serangkaian proses dalam nyala, sebelum akhirnya menjadi atom logam dalam keadaan dasar M0. Atom-atom dalam keadaan dasar (M0) akan menyerap energi sumber energi berupa lampu katode berongga, yang mana jumlah energi yang diserap adalah sebanding dengan populasi atau konsentrasi atom-atom dalam sampel (Welz, 1985). Penentuan konsentrasi unsur logam dalam sampel dapat dilakukan dengan bantuan kurva kalibrasi yang merupakan aluran antara absorbansi terhadap konsentrasi larutan standar. Hal ini sesuai dengan Hukum Lambert-Beer yang menyatakan bahwa jumlah energi yang diserap (absorbansi) adalah sebanding dengan konsentrasi (C) (Khopkar, 2003).

commit to user



B. Penelitian Terkait Penelitian mengenai zeolit alam dan limbah kayu aren sebagai alternatif sebagai adsorben untuk menurunkan logam Cr(VI) terkait dengan beberapa penelitian sebelumnya. Penelitian tersebut turut mendasari dan menjadi referensi bagi pelaksanaan penelitian. Penelitian ini memiliki nilai-nilai yang terbarukan apabila dibandingkan dengan penelitian sebelumnya. Maknanya bahwa terdapat halhal baru dan belum diangkat pada penelitian sebelumnya. Beberapa penelitian yang terkait penggunaan zeolit alam untuk menurunkan logam Cr dan beberapa logam antara lain : 1. Susetyaningsih et al. (2009) melakukan penelitian bahwa kemampuan zeolit alam untuk ukuran (-80+100) mesh memiliki kondisi yang paling baik dan telah diaktivasi dengan pemanasan 150 oC selama 60 menit dapat mereduksi kadar logam Cr dalam limbah B3 cair industri penyamakan kulit yaitu sebesar 92,60 %. 2. (Mutngimaturrohmah et al., 2009) melakukan penelitian bahwa pemanfaatan zeolit teraktivasi dengan dengan HCl 6 M dan NH4NO3 2 M dapat digunakan untuk adsorpsi fenol 100 ppm teradsorpsi sebesar 65,89 ppm. 3. Rahman dan Hartono (2004) melakukan penelitian tentang penyaringan air tanah dengan zeolit alami untuk menurunkan kadar besi dan mangan. Kolom adsorpsi terbuat dari kolom gelas ber-stopcock berdiameter 4 cm panjang 50 cm. 4. Campos (2009) melakukan penelitian dari zeolit alam dari Sao Paulo, Brasil yang telah diaktivasi dengan cara pemanasan dapat menurunkan kadar logam Cr(VI).

commit to user



Beberapa penelitian yang terkait penggunaan selulosa untuk menurunkan logam Cr antara lain: 1. Rao et al. (2007) melakukan penelitian tentang pemanfaatan daun Azadirachta indica yang diaktivasi dengan H2SO4 dan NaOH dapat menurunkan logam Cr(VI) sebesar 94 – 97 %. 2. Fahrizal (2008) melakukan penelitian tentang pemanfaatan tongkol jagung dengan ukuran 100 mesh tanpa diaktivasi dan diaktivasi dengan HNO3 disertai NaOH sebagai adsorben zat warna biru metilena menunjukkan bahwa dengan aktivasi lebih efektif daripada tanpa aktivasi 3. Abbas et al. (2010) melakukan penelitian tentang pemanfaatan tongkol jagung (Zea maize), ampas tebu (Saccharum officinarum) dan sekam padi (Oryza sativa) sebagai limbah pertanian dapat menurunkan logam Cr(VI) berturut-turut sebesar 98,7 ; 98,64 ; dan 100 % yang berbentuk serbuk dengan ukuran 200 mesh diaktivasi dengan pemanasan 105 oC selama 3 menit. 4. Sudiharta dan Yulihastuti (2010) melakukan penelitian tentang pemanfaatan serat sabut kelapa hijau (Cocos nucifera) dapat sebagai adsorpsi ion logam Cr(VI) dengan jenis interaksi yang terjadi adalah ikatan hidrogen, ikatan Van der Waals, pertukaran kation, dan ikatan kompleks. Kapasitas biosorpsi serat sabut kelapa hijau (Cocos nucifera) terhadap ion logam Cr(VI) yaitu 12,6152 mg/g.

commit to user



C. Kerangka Pemikiran Zat pencemar berupa logam-logam berat merupakan masalah yang lebih serius dibandingkan dengan polutan organik karena ion-ion logam berat merupakan racun bagi organisme serta sangat sulit diuraikan secara biologi maupun kimia.Senyawa logam

berat yang bersifat toksis yang terdapat pada buangan industri batik, salah satunya adalah krom (Cr). Sumber logam berat krom total (Cr) dapat berasal dari zat pewarna (CrCl3, K2Cr2O7). Berdasarkan Peraturan Daerah Provinsi Jawa Tengah no. 10 tahun 2004 tentang baku mutu air limbah, logam Cr(VI) pada golongan I sebesar 0,1 ppm dan golongan II sebesar 0,5 ppm. Pemanfaatan zeolit alam dan limbah kayu aren yang teraktivasi merupakan salah satu upaya pengolahan air limbah secara kimia. Salah satu metode yang digunakan untuk menghilangkan zat pencemar dari air limbah adalah adsorpsi. Adsorpsi merupakan terjerapnya suatu zat (molekul atau ion) pada permukaan adsorben.

Komposisi dan struktur zeolit alam kebanyakan terdiri dari mineral mordernit dan klinoptillit. Zeolit alam Wonosari dengan menggunakan difraksi sinar x diketahui bahwa sebagian besar penyusunnya adalah zeolit dengan jenis mordernit Na8[Al8Si40O96].24H2O. Zeolit alam sebagai material awal dipanaskan dan diaktivasi secara kimia dengan perlakuan asam klorida (HCl). Dealuminasi zeolit alam menggunakan konsentrasi HCl 1 M yang merupakan konsentrasi untuk dealuminasi zeolit alam (Swantomo et al., 2009). Pada dealuminasi, ion H+ yang dihasilkan dari reaksi penguraian HCl dalam medium air akan mengurai ikatan atom Al yang berada pada framework zeolit. Ion H+ ini akan diserang oleh atom oksigen yang terikat pada

commit to user



Si dan Al. Ion H+ akan cenderung menyebabkan terjadinya pemutusan ikatan Al-O dan akan terbentuk gugus silanol. Dengan demikian gugus hidroksi OH- yang nantinya akan berikatan dengan ion logam Cr secara kovalen. Limbah kayu aren mengandung bahan organik berupa pati atau serat selulosa baik terlarut maupun partikel tersuspensi. Selulosa merupakan senyawa organik yang terdapat pada dinding sel bersama lignin berperan dalam mengokohkan struktur tumbuhan. Selulosa pada kayu umumnya berkisar 40-50%, sedangkan pada kapas hampir mencapai 98%. Selulosa terdiri atas rantai panjang unit-unit glukosa yang terikat dengan ikatan 1-4β-glukosida.

Limbah kayu aren sebagai material awal dipanaskan dan diaktivasi menggunakan asam dan basa. Asam yang digunakan adalah asam nitrat yang berfungsi mengaktifkan gugus hidroksi pada selulosa. Asam nitrat telah digunakan untuk memodifikasi karbon aktif dan menunjukkan hasil adsorpsi yang lebih baik dibanding karbon aktif tak termodifikasi (Wu dan Paul, 1998). Kemudian diikuti dengan impregnasi basa untuk mengaktifkan biosorben sampai ke dalam pori dan bukan hanya terbatas pada permukaan. Menurut Alamsyah (2007) asam nitrat dapat mengaktifkan gugus hidroksi pada selulosa sehingga dapat mengikat logam berat. Dengan demikian gugus hidroksi (OH-) yang nantinya akan berikatan dengan ion logam Cr secara kovalen. Pengolahan limbah cair batik untuk menurunkan kadar logam Cr(VI) dilakukan dengan adsorpsi sistem kolom di mana terlebih dahulu digunakan larutan standard larutan K2Cr2O7 dengan konsentrasi tertentu sehingga dapat diketahui bersarnya adsorpsi yang terjadi. Aplikasi pada limbah cair batik dapat dilakukan

commit to user



setelah aplikasi larutan standard K2Cr2O7 dengan konsentrasi tertentu. Parameter yang diukur adalah kadar Cr(VI) menggunakan spektrofotometer serapan atom (SSA). Untuk lebih jelasnya mengenai diagram kerangka pemikiran dapat dilihat pada gambar berikut: Limbah Cair Batik Peraturan Daerah Provinsi Jawa Tengah no. 10 tahun 2004 tentang baku mutu air limbah

Tidak Melebihi Baku Mutu

Hasil Uji Lab. Sampel Limbah Parameter Cr(VI)

Melebihi Baku Mutu

Adsorpsi

Zeolit Alam

Limbah Kayu Aren

Aktivasi Fisika dan Kimia

Analisa SSA

Aplikasi Larutan Standard K2Cr2O7

Aplikasi Limbah Cair Batik

Analisa SSA Gambar 9. Diagram Alir Kerangka Pemikiran Penelitian

commit to user


digilib.uns.ac.id

BAB III METODE PENELITIAN

A. Tempat dan Waktu Penelitian 1. Lokasi Penelitian Penelitian ini dilaksanakan di daerah industri batik rumah tangga Jalan Mayor Kusmanto dusun Pokoh Baru, desa Ngijo, kecamatan Tasikmadu, kabupaten Karanganyar, provinsi Jawa Tengah dengan titik koordinat 7° 35' 12.02" lintang selatan dan 110° 56' 58.69" bujur timur. Sampel limbah cair batik dianalisis di Sub Laboratorium Kimia Pusat, Universitas Sebelas Maret, Surakarta. 2. Waktu Penelitian Penelitian dilaksanakan pada bulan Agustus – Desember 2011, meliputi tahapan persiapan adsorben, tahapan pengambilan sampel, tahapan perlakuan adsorben terhadap larutan standard dan sampel, analisis laboratorium yang dilaksanakan segera setelah sampel diambil dan sampel setelah perlakuan. Tabel 3. Jadwal Penelitian Kegiatan • Proposal • Pengumpulan Data • Analisis Data • Penyusunan Laporan • Perbaikan dan Penyerahan Hasil Tesis

7/ 2011 V

8/ 2011 V

Bulan / Tahun 9/2011 10/2011 11/2011 12/2011 1/2012 V

V V

V V

V

commit to user 38

V


digilib.uns.ac.id

39

B. Peralatan Penelitian 1. Alat : Seperangkat alat adsorpsi kolom seperti pada Gambar 10

1 2

3 4

5

6 9 7 8 11

10

Keterangan: 1. Kolom adsorpsi: kolom terbuat dari acrylic berdiameter 4 cm dan panjang 50 cm. 2. Klem 3. Statif 4. Adsorben 5. Panjang Unggun 20 cm 6. Kain yang dibungkus dengan kertas saring 7. Ijuk 8. Kran 9. Selang Plastik 10. Erlenmeyer 11. Eluen

Gambar 10. Seperangkat Alat Adsorpsi Kolom

a. Labu Erlenmeyer (25 mL, 100 mL, 250 mL, 500 mL, 1000 mL) Iwaki Pyrex b. Beakerglass (50 mL, 100 mL, 250 mL, 600 mL) Iwaki Pyrex c. Labu takar (500 mL, 1000 mL) Iwaki Pyrex d. Gelas ukur (100 mL, 500 mL) Iwaki Pyrex e. Pipet volume (10 ml, 50 ml) Iwaki Pyrex

commit to user


digilib.uns.ac.id

40

f. Corong Gelas g. Corong Buchner h. Karet Hisap i. Termometer j. Pemanas merk Cimarec 2 thermolyne k. Timbangan digital merk Ohaus Explorer l. Oven pemanas merk Memmert m. Furnace merk n. Spektrometer Serapan Atom (SSA) merk Perkin Elmer o. Seperangkat Alat Adsorpsi Kolom

2. Bahan : a. Zeolit alam Wonosari, kabupaten Gunung Kidul, provinsi Daerah Istimewa Yogyakarta (DIY). b. Limbah kayu aren dari industri bihun dusun Bendo, desa Daleman, kecamatan Tulung, kabupaten Klaten, provinsi Jawa Tengah. c. Limbah cair batik dari industri batik rumah tangga Jalan Mayor Kusmanto dusun Pokoh Baru, desa Ngijo, kecamatan Tasikmadu, kabupaten Karanganyar, provinsi Jawa Tengah dengan titik koordinat 7° 35' 12.02" lintang selatan dan 110° 56' 58.69" bujur timur. d. Bahan kimia yang digunakan dalam penelitian ini adalah, meliputi: HCl 6 M, NH4NO3 2 M, AgCl, H2NO3 0.6 M, NaOH 0.1 M, larutan K2Cr2O7 dan akuades.

commit to user


digilib.uns.ac.id

41

C. Prosedur Penelitian 1. Survei Pendahuluan a. Populasi Populasi dalam penelitian ini adalah limbah cair batik. b. Sampel Sampel yang digunakan adalah limbah cair batik industri rumah tangga di Jalan Mayor Kusmanto dusun Pokoh Baru, desa Ngijo, kecamatan Tasikmadu, kabupaten Karanganyar, provinsi Jawa Tengah dengan titik koordinat 7° 35' 12.02" lintang selatan dan 110° 56' 58.69" bujur timur. c. Variabel 1) Variabel bebas yang dipelajari adalah perbedaan panjang unggun adsorben. 2) Varibel terikat dalam penelitian ini adalah kualitas air limbah dengan parameter yang diukur adalah kadar Cr(VI) 3) Varibel kontrol dalam penelitian ini adalah panjang unggun (panjang kolom yang diisi dengan matrik isian zeolit alam, limbah kayu aren dan kombinasi keduanya) 20 cm Sebanyak 150 mL sampel limbah cair dan 150 mL larutan standard larutan K2Cr2O7 konsentrasi 80 ppm.

2. Persiapan Awal a. Sampel Zeolit Alam Wonosari Zeolit alam yang digunakan adalah zeolit alam yang berasal dari Wonosari, kabupaten Gunung Kidul, provinsi Daerah Istimewa Yogyakarta (DIY). Zeolit dalam bentuk kerikil dicuci dengan akuades, dikeringkan dan ditumbuk. Hasil

commit to user


digilib.uns.ac.id

42

penumbukan disaring menggunakan penyaring Tyler sehingga diperoleh zeolit dengan ukuran butir (-80+100) mesh kemudian dimasukkan ke dalam cawan porcelin, dipanaskan dalam tungku pada 150 oC selama 60 menit, didiamkan dalam tungku sampai suhu kamar dan ditampung dalam wadah tertutup rapat. (Susetyaningsih, et.al., 2009). Material ini digunakan sebagai bahan awal untuk membuat adsorben. b. Sampel Limbah Kayu Aren Limbah kayu aren yang diperoleh dari industri kayu aren di Klaten, Jawa Tengah. Limbah dibersihkan dan dicuci dengan akuades. Di ayak dengan ukuran 40 mesh (Sukartana, 2008) dan dipanaskan pada 105 oC selama 3 menit (Abbas, et.al., 2010). Material ini digunakan sebagai bahan awal untuk membuat adsorben. c. Sampel Limbah Cair Batik Sampel yang digunakan adalah limbah cair batik di suatu industri batik di kabupaten Karanganyar. Limbah ditampung selama sehari di tempat bak penampungan kemudian baru dibuang ke saluran pembuangan. Pengambilan sampel dilakukan pada saluran sebelum masuk ke perairan penerima air limbah, dengan cara sesaat (grab sampling). (SNI 6989.59:2008). Pengukuran kadar Cr(VI) menggunakan metode Spektrometer Serapan Atom. 3. Aktivasi Adsorben Zeolit Alam Sebanyak 1000 g zeolit alam direndam dalam 2 L HCl 6M selama 4 jam (Ernawati, 2003). Campuran selanjutnya disaring dan dicuci dengan akuades hingga filtrat menunjukkan pH netral. Pencucian dihentikan apabila sudah tidak terdapat endapan pada filtrat ketika ditambah dengan Ag+. Setelah kering, zeolit

commit to user


digilib.uns.ac.id

43

kemudian direndam kembali dalam 2 L NH4NO3 2M selama 4 jam (Ernawati, 2003). Campuran disaring dan dicuci dengan akuades hingga filtrat menunjukkan pH netral. Filtrat kemudian dicek dengan NaOH 2 M untuk mengendapkan Al(OH)3. Residu kemudian dikeringkan dalam oven 300 oC selama 4 jam. Zeolit ini telah aktif dan siap digunakan sebagai pengadsorpsi (ZA). 4. Aktivasi Adsorben Limbah Kayu Aren Sebanyak 100 g biosorben dimasukkan ke dalam gelas piala 1 L lalu ditambahkan 1 L HNO3 0.6 M. Campuran direndam selama 30 menit, kemudian disaring. Sampel dikeringkan dalam oven pada suhu 50oC selama 24 jam, kemudian suhu dinaikkan menjadi 105oC lalu didinginkan. Setelah itu, direndam dalam air deionisasi panas untuk menghilangkan kelebihan asam dan dikeringkan pada suhu 50oC selama 24 jam (Marshall dan Mitchell 1996). Kemudian sampel ditambahkan 1 L NaOH 0.1 M. Campuran direndam selama 20 menit sambil dipanaskan pada suhu 80oC kemudian disaring dan airnya dibuang. Setelah itu, dicuci dengan menggunakan air deionisasi untuk menghilangkan kelebihan basa. Sampel dikeringkan dalam oven pada suhu 50oC selama 24 jam (Marshall dan Mitchell 1996). Sampel yang dihasilkan selanjutnya disebut adsorben limbah kayu aren (LKA). 5. Persiapan Seperangkat Alat Adsorpsi Kolom Ke dalam kolom adsorpsi dimasukkan adsorben dan ditekan pelan-pelan menjadikan adsorben sedikit padat sampai panjang unggun 20 cm. Variasi adsorben; (a) ZA panjang unggun 20 cm, (b) LKA panjang unggun 20 cm dan (c) Kombinasi ZA-LKA masing-masing panjang unggun 10 cm (Gambar 11).

commit to user


digilib.uns.ac.id

44

10 cm 20 cm

20 cm 10 cm

(a)

(b)

(c)

Gambar 11. Komposisi Matrik Isian. (a) ZA, (b) LKA dan (c) ZA-LKA. Keterangan: ZA (zeolit alam dengan panjang unggun 20 cm), LKA (limbah kayu aren dengan panjang unggun 20 cm) dan ZA-LKA (zeolit alam panjang unggun 10 cm dan limbah kayu aren panjang unggun 10 cm) 6. Aplikasi Adsorben pada Larutan Standard Ke dalam kolom adsorpsi (ZA, LKA dan ZA-LKA) dimasukkan masing-masing 150 mL larutan K2Cr2O7 dengan konsentrasi 80 ppm. Hasil elusi pertama disaring dan filtrat dianalisis kadar Cr (VI) dengan menggunakan spektrofotometer serapan atom (SSA).

7. Aplikasi Adsorben pada Limbah Cair Batik Ke dalam kolom adsorpsi (ZA, LKA dan ZA-LKA) dimasukkan masing-masing 150 mL limbah cair batik. Hasil elusi pertama disaring dan filtrat dianalisis kadar Cr(VI) dengan menggunakan spektrofotometer serapan atom (SSA)..

commit to user


digilib.uns.ac.id

45

D. Teknik Analisis Data Pembuatan larutan standard K2Cr2O7 untuk pembuatan kurva standard sehingga diperoleh persamaan abs = mC + A , dimana Abs = absorbansi, m = gradient, C = konsentrasi dan A = intersep.

Gambar 12. Kurva Standard dengan Persamaan abs = mC + A

Analisis parameter limbah cair batik yaitu besarnya kadar Cr(VI), ditentukan sebelum dan sesudah perlakuan dengan adsorben zeolit (ZA), adsorben limbah kayu aren (LKA) dan kombinasi adsorben zeolit-limbah kayu aren (ZA-LKA) pada sistem kolom dengan menggunakan metode Spektrofotomer Serapan Atom (AAS). Hasil dapat diperoleh efisiensi penyerapan logam Cr(VI) (efisiensi sorpsi). Formula sederhana untuk menghitung nilai efiensi sorpsi adalah sebagai berikut : Ef =

Co − Ct x100% Co

Keterangan : Ef : nilai efisiensi sorpsi Co : kadar logam Cr(VI) dalam limbah awal Ct : kadar logam Cr(VI) dalam efluen setelah proses sorpsi

commit to user


digilib.uns.ac.id

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Limbah Cair Batik Hasil uji logam Cr(VI) pada sampel limbah cair batik diperoleh konsentrasi logam Cr(VI) sebesar 14,68 ppm. Berdasarkan Peraturan Daerah Provinsi Jawa Tengah no. 10 tahun 2004 tentang baku mutu air limbah, logam Cr(VI) pada golongan I sebesar 0,1 ppm dan golongan II sebesar 0,5 ppm. Konsentrasi logam Cr(VI) pada sampel sebesar 14,68 ppm maka limbah tersebut sudah melebihi baku mutu air limbah. Wawancara pada tanggal 28 November 2011 dengan salah satu pekerja pada industri tersebut, mengatakan bahwa mereka menggunakan larutan krom yang berwarna jingga (baca K2Cr2O7) dalam proses pewarnaan (Gambar 13). Kegunaan larutan K2Cr2O7 yaitu sebagai pewarna dan sebagai mordan atau beits untuk menimbulkan warna krem dan jika ditambahkan CuSO4 menimbulkan coklat (Susanto, 1974). Menurut Kusriniati et al. (2008) bahwa makin tinggi konsentrasi mordan, ketahanan luntur warna terhadap pencucian makin baik, dan warna makin tua. Limbah tersebut sudah melebihi baku mutu air limbah pada peraturan di atas maka diperlukan pengolahan limbah cair batik tersebut sebelum dibuang. Pada kenyataanya, limbah dibuang begitu saja tanpa ada pengolahan lebih lanjut sehingga menimbulkan bau yang tidak sedap dan menimbulkan pencemaran di lingkungan sekitarnya mengandung logam Cr(VI) yang sangat berbahaya (Gambar 14).

commit to user 46


digilib.uns.ac.id

47

Larutan K2Cr2O7 Gambar 13. Proses Pewarnaan pada Batik Keterangan: Penggunan larutan K2Cr2O7 diduga sebagai zat warna dan mordan. (Foto: Dian Kresnadipayana, November 2011).

Gambar 14. Pencemaran Limbah Cair Batik Keterangan: Limbah cair batik yang mencemari pekarangan rumah di sekitarnya. (Foto: Dian Kresnadipayana, November 2011)

commit to user


digilib.uns.ac.id

48

Zat warna dan mordan yang digunakan adalah bahan kimia buatan sehingga perlunya pergantian zat warna dan mordan alam. Zat warna dan mordan alam mempunyai kelebihan yaitu lebih murah, mudah diperoleh, dan ramah lingkungan. Salah satu di antaranya adalah kulit akar pohon mengkudu (Morinda Citrifolia) (Hamid dan Muhlis, 2005), daun tembakau (Nicotiana tabacum) (Kusumawati dan Kusumastuti, 2008) dan daun sengon (Albizia falcataria) (Kusriniati et al.,2008) sebagai pewarna kain sutera.

B. Aktivasi Adsorben

1. Aktivasi Zeolit Alam (ZA) Sifat fisis dari zeolit alam yang digunakan dalam penelitian ini ialah berbentuk batuan kecil dan berwarna putih kehijau-hijauan. Pemanasan zeolit pada ukuran (-80+100) mesh telah dilakukan dalam tungku pada suhu 150 oC selama 60 menit (Gambar 15).

Gambar 15. Hasil Pemanasan Zeolit Wonosari Ayakan (-80+100) mesh pada suhu 150 oC. (Foto: Dian Kresnadipayana, Oktober 2011)

commit to user


digilib.uns.ac.id

49

Menurut Susetyaningsih et al. (2009) bahwa aktivasi fisika dengan pemanasan 150 oC selama 60 menit merupakan kondisi terbaik dalam kemampuan adsorpsi sebesar 92,60 % (tanpa aktivasi HCl). Aktivator zeolit alam yang digunakan adalah HCl 6 M dengan perendaman selama 4 jam (Gambar 16). Menurut Mutngimaturrohmah et al., (2009) bahwa konsentrasi HCl 6 M merupakan konsentrasi maksimum untuk proses penguraian Al-O (dealuminasi) sehingga gugus hidroksi pada Si-O dapat aktif untuk menjerap suatu ion logam Cr(VI).

Gambar 16. Perendaman Zeolit 500 gr dengan 1 L HCl 6 M (1:2) selama 4 jam (Foto: Dian Kresnadipayana, November 2011)

Gambar 17 menunjukkan bahwa setelah perendaman, HCl yang semula berwarna bening setelah dipakai perendaman berwarna hijau kekuning-kuningan. Perubahan warna ini menjelaskan bahwa HCl berfungsi untuk menghilangkan pengotor-pengotor yang mungkin berupa kation-kation yang terdapat dalam zeolit

commit to user


digilib.uns.ac.id

50

tersebut. Kation-kation tersebut berupa logam Na, K, Ca dan Fe yang terdapat dalam zeolit alam Wonosari. HCl dapat juga untuk menguraikan ikatan Al-O pada framework zeolit sehingga gugus hidroksi menjadi aktif.

(a)

(b)

Gambar 17. (a) Perendaman Zeolit setelah 4 jam. (b) Perbandingan HCl 6 M (kanan) dengan HCl setelah Perendaman Zeolit (kiri) (Foto: Dian Kresnadipayana, November 2011)

Gambar 18. Pencucian Zeolit dengan Akuades dan Penyaringan setelah perendaman NH4NO3 2 M selama 4 jam (Foto: Dian Kresnadipayana, November 2011)

commit to user


digilib.uns.ac.id

51

Pencucian zeolit dengan akuades secara berulang-ulang dilakukan untuk menghilangkan asam HCl yang tersisa sampai filtrat (hasil pencucian) menunjukkan pada pH netral (Gambar 18). Hasil pencucian zeolit dibakar dalam furnace pada suhu 300°C selama 2 jam untuk menghilangkan air sisa pencucian. Menurut Swantomo et al. (2009) bahwa pembakaran pada suhu tersebut merupakan pembakaran maksimum untuk suatu zeolit. Jika pemanasan melebihi suhu 300°C maka struktur kimia zeolit akan rusak. Dealuminasi zeolit alam menggunakan konsentrasi HCl yang merupakan konsentrasi untuk dealuminasi zeolit alam (Swantomo et al., 2009). Pada dealuminasi, ion H+ yang dihasilkan dari reaksi penguraian HCl dalam medium air akan mengurai ikatan atom Al yang berada pada framework zeolit (Gambar 19). Ion H+ ini akan diserang oleh atom oksigen yang terikat pada Si dan Al. Berdasarkan harga energi dissosiasi ikatan Al-O (116 kkal/mol) jauh lebih rendah dibandingkan enrgi disosiasi ikatan Si-O (190 kkal/mol), maka ikatan Al-O jauh lebih mudah terurai dibandingkan Si-O. Sehingga ion H+ akan cenderung menyebabkan terjadinya pemutusan ikatan Al-O dan akan terbentuk gugus silanol. Ion Cl- hasil penguraian ion HCl juga akan mempengaruhi kekuatan ikatan Al-O dan Si-O. Ion Cl- memiliki elektronegativitas yang tinggi (3,16) dan berukuran kecil (r = 0,97A0), sehingga menyebabkan ion ini mudah berikatan dengan kation bervalensi besar seperti Si4+ dan Al3+. Tetapi ion Cl- akan cenderung berikatan dengan atom Al dikarenakan harga elektronegativitas atom Al lebih kecil (1,61) dibanding elektronegativitas atom Si (1,90).

commit to user


digilib.uns.ac.id

52

Perendaman NH4NO3 dilakukan untuk membuka pori-pori zeolit pada Al-O sehingga terbentuk gugus hidroksi. Hal ini bertujuan untuk mengoptimalkan Si (dalam bentuk Si(OH)4) yang akan dimasukkan untuk mengganti (replacement) atom-atom Al pada framework zeolit.

Gambar 19. Mekanisme Reaksi Aktivasi Zeolit menggunakan HCl (Weitkamp, J. and Puppe, L., 1999)

commit to user


digilib.uns.ac.id

53

2. Aktivasi Limbah Kayu Aren (LKA) Limbah kayu aren yang diperoleh dari industri bihun dibuang begitu saja di pinggir jalan menyebabkan pencemaran dan timbul gangguan bau karena limbah kayu aren mengandung bahan organik berupa pati, selulosa, hemiseluosa dan lignin. Menurut Firdayati dan Handajani (2005) bahwa kualitas air disekitar pembuangan limbah memiliki nilai BOD dan COD yang tinggi (melebih baku mutu). Limbah kayu aren yang masih mengandung pati, selulosa, hemiseluosa dan lignin dalam keadaan lembab ditumbuhi beberapa jenis jamur (Gambar 20).

Gambar 20. Pencemaran Limbah Kayu Aren Keterangan: limbah yang dibuang begitu saja di pinggir jalan. (Foto: Dian Kresnadipayana, November 2011)

Aktivasi adsorben limbah kayu aren menggunakan HNO3 dan NaOH. Asam nitrat (HNO3) berfungsi untuk mengaktifkan gugus hidroksi pada selulosa, hemiseluosa dan lignin. Asam nitrat telah digunakan untuk memodifikasi karbon aktif dan menunjukkan hasil adsorpsi yang lebih baik dibanding karbon aktif tak

commit to user


digilib.uns.ac.id

54

termodifikasi (Wu dan Paul, 1998). Pencucian dengan akuades panas berfungsi untuk mempercepat hilangnya asam nitrat (HNO3) pada aktivasi asam dan NaOH pada proses impregnasi basa (gambar 21).

Gambar 21. Impregnasi Basa NaOH Limbah Kayu Aren setelah perlakuan Asam Nitrat (HNO3) (kiri) dan Pencucian dengan Akuades Panas setelah Impregnasi Basa (Foto: Dian Kresnadipayana, November 2011).

Impregnasi NaOH untuk mengaktifkan biosorben sampai ke dalam pori dan bukan hanya terbatas pada permukaan. Impregnasi NaOH pada permukaan biosorben membuat unsur karbon (C) bereaksi dengan oksigen menjadi gas CO2 pada saat proses impregnasi. Hilangnya unsur karbon tersebut meninggalkan ruang kosong sehingga mampu membentuk rongga yang makin lama makin mendalam. Peristiwa ini mengakibatkan pori-pori terbentuk di permukaan dan di dalam pori-pori biosorben (Gambar 22). Perlakuan fisik seperti penggilingan dan tekanan serta penambahan aktivator asam dan basa mengakibatkan proses delignifikasi. Proses ini merupakan

perlakuan

limbah

kayu

aren

untuk

mempermudah

pelepasan

hemiselulosa. Proses delignifikasi masih menyisakan beberapa lignin karena lignin bersifat tahan terhadap hidrolisa yang disebabkan oleh adanya ikatan alkil dan ikatan

commit to user


digilib.uns.ac.id

55

eter. Lignin juga mempunyai gugus hidroksi yang dapat diaktifkan sehingga dapat menjerap suatu ion logam Cr(VI).

Gambar 22. Mekanisme Reaksi Aktivasi Limbah Kayu Aren menggunakan HNO3 dan NaOH (Fahrizal, 2008).

C. Karakterisasi Adsorben 1. Karakterisasi Zeolit Alam Zeolit alam yang digunakan untuk adsorben adalah zeolit yang berasal dari Wonosari, kabupaten Gunung Kidul. Sifat fisis dari zeolit alam yang digunakan dalam penelitian ini ialah berbentuk batuan kecil dan berwarna hijau muda. Karakterisasi zeolit alam sebelum aktivasi dan sesudah aktivasi (dealumunisasi) dilakukan menggunakan FTIR. Secara spektroskopis, zeolit dapat diamati pada rentang daerah bilangan gelombang 300-1300 cm-1. Pita pada 300-420 cm-1 merupakan daerah untuk pore opening pada external linkage. Rentangan simetri O-Al-O atau O-Si-O pada internal tetrahedral akan muncul pada 650-720 cm-1 sedang untuk external linkage akan muncul pada 750-820 cm-1. Tekukan Si-O atau Al-O akan muncul pada daerah 420500 cm-1. Adsorban pada daerah 950-1250 cm-1 menunjukkan rentangan asimetri (Wietkamp dan Puppe, 1999). Pada zeolit alam rentangan asimetri ditunjukkan pada pita 1055,06 cm-1 dan pada zeolit alam aktivasi ditunjukkan pada pita 1058,92 cm-1.

commit to user


digilib.uns.ac.id

56

Terjadinya dealuminasi dapat diamati dari adanya pergeseran pada spektra vibrasi internal dan external. Bila terjadi proses dealuminasi, maka akan ada pergeseran spektra ke arah bilangan gelombang yang lebih tinggi pada vibrasi ulur internal zeolit dan pergeseran pita ke arah bilangan gelombang yang lebih rendah pada vibrasi eksternal. Hal ini seiring dengan menurunnya jumlah Al dalam struktur zeolit (Flanigen dan Khatami, 1997) (Gambar 25). Hasil penelitian, bahwa terjadi pergeseran pita pada daerah vibrasi internal zeolit alam yaitu dari 1055,06 cm-1 menjadi 1058,92 cm-1 pada zeolit alam terdealuminasi. Ini diperkuat dengan adanya pergeseran pada vibrasi pore opening yaitu dari 353,8 cm-1 pada zeolit alam menjadi 332,5 cm-1 pada zeolit alam termodifikasi. Spektra FTIR pada zeolit alam dan zeolit dealuminasi membuktikan telah terjadi proses dealuminasi (Gambar 23) (Tabel 4).

Gambar 23. Spektra FTIR (a) Zeolit Alam dan (b) Zeolit Teraktivasi

commit to user


digilib.uns.ac.id

57

Tabel 4. Spektra Inframerah dari Zeolit Alam Bilangan Gelombang (cm-1) Zeolit Alam teraktivasi Referensi (b) 3435,22 3442,7 dan 3448,5 (Heraldy et al., 2003)

Vibrasi ulur O-H

Zeolit Alam (a) 3435,22

Tekuk O-H

1631,78

1629,85

(Saikia et al., 2010)

Vibrasi ulur TO4

1055,06

1058,92

1080 (Li and Wu, 2003)

Vibrasi tekuk T-O pada jalinan eksternal (kerangka zeolit) atau Si-O quartz Tekukan Si-O atau Al-O

798,53

798,53

780 dan 800 (Li and Wu, 2003) 794,6 (Heraldy et al., 2003) 797 (Saikia et al., 2010)

464,84

466,77

Vibrasi T-O pore 353,8 opening Keterangan: T = Si atau Al

332,5

470 (framework modernit) (Li and Wu, 2003) 447,2 dan 470,6 (Heraldy et al., 2003) 350 – 330 (Li and Wu, 2003)

Jenis Vibrasi

Hasil analisa fourier tramsform infrared spectroscopic (FTIR) diperkuat dengan analisa XRD dari referensi. Mutngimaturrohmah et al. (2009) telah melakukan dealumunisasi zeolit alam menggunakan konsentrasi HCl 6M dan NH4NO3 2 M. Pada difraktogram tampak bahwa pada intensitas yang sama (100) telah terjadi pergeseran, yaitu pada zeolit alam adalah 3,33269 sedangkan pada zeolit terdealuminasi adalah 3,34869. Pergeseran difraktogram ini merupakan pendekatan dalam memprediksi telah terjadi dealuminasi pada zeolit (Gambar 24 dan 25).

commit to user


digilib.uns.ac.id

58

Gambar 24. Difraktogram Sinar X pada Zeolit Alam (Mutngimaturrohmah et al., 2009).

Gambar 25. Difraktogram Sinar X pada Zeolit Alam Dealumunasi (Mutngimaturrohmah et al., 2009)

2.

Karakterisasi Limbah Kayu Aren Limbah kayu aren merupakan limbah padat sisa dari pencucian parutan kayu

aren (ampas terakhir). Limbah kayu aren yang tidak ditangani dengan baik, berpotensi menimbulkan masalah bagi komunitas sekitarnya. Limbah kayu aren yang komponen dasarnya materi organik akan terdekomposisi secara alamiah di lingkungan. Namun dalam prosesnya sering sekali timbul gangguan bau dan estetika dari timbunan limbah kayu aren ini. Limbah kayu aren yang masih mengandung pati

commit to user


digilib.uns.ac.id

59

dan dalam keadaan lembab, diketahui kadang ditumbuhi beberapa jenis jamur, sehingga dalam tiga tahun terakhir, limbah tersebut diambil oleh sebuah perusahaan jamur. Ini cukup mengurangi namun belum mampu menyerap limbah kayu aren yang ada. Hasil analisis karakteristik air sumur yang digunakan untuk proses produksi diperoleh bahwa air tersebut diukur parameter Fe (besi) dan Cr(VI). Hasil menunjukkan adanya Fe(II) dalam air sebesar 14,26 ppm dan Cr(VI) sebesar 0,002 ppm. Kandungan Fe(II) dalam air untuk produksi telah melebihi baku mutu air sebesar 5 ppm berdasarkan Peraturan Pemerintah Nomor 82 Tahun 2001 tentang Pengelolaan Kualitas Air dan Pengendalian Pencemaran Air. Dari hasil penelitian yang lain mengandung beberapa parameter yang melebihi baku mutu, yakni: Fe, Amoniak (NH3-N), minyak dan lemak, BOD serta COD (Firdayati dan Handajani, 2005) (Tabel 5). Mengingat sampel air tersebut diambil dari tempat penampungan air yang ada pada industri tersebut diperkirakan keberadaan amoniak, minyak dan lemak, materi organik berasal dari kontaminasi air baku dengan bahan baku proses produksi (serbuk aren). Sumber air baku untuk produksi kemungkinan berasal dari sumur terbuka. Tingginya kandungan besi (Fe) dalam air sumur dapat mempengaruhi proses produksi karena ion besi Fe(II) yang terlarut dalam air apabila kontak dengan oksigen yang terdapat di udara akan membentuk presipitat Fe(III) yang berwarna kuning kemerahan. Kehadiran presipitat besi berpotensi memberikan warna merah pada endapan pati aren sehingga menyebabkan peningkatan kebutuhan air untuk mencuci endapan pati. (Firdayati dan Handajani, 2005).

commit to user


digilib.uns.ac.id

60

Tabel 5. Karakteristik Air Sumur dan Baku Mutu KEP-51/MENLH/10/1995, untuk Golongan B (Firdayati dan Handajani, 2005).

Pada aktivasi dengan NaOH disertai dengan pemanasan (impregnasi basa) terlihat bahwa filtrat hasil penyaringan menunjukkan warna coklat kemerah-merahan. Warna tersebut kemungkinan berasal dari Fe(II) yang terlarut dalam air apabila kontak dengan oksigen yang terdapat di udara akan membentuk presipitat Fe(III) yang berwarna coklat kemerah-merahan.

commit to user


digilib.uns.ac.id

61

Salah satu kelemahan adsorben LKA yaitu adsorben tersebut ketika sudah lama tidak digunakan mudah ditumbuhi beberapa jenis jamur karena masih adanya kandungan organik pada adsorben LKA. Menurut Firdayati dan Handajani (2005) bahwa hasil analisis limbah kayu aren mengadung C-Organik sebesar 69,94 % BK. Jamur dapat tumbuh karena kondisi yang lembab dan adanya materi organik sebagai nutrisi jamur.

D. Aplikasi Adsorben 1. Larutan Standard K2Cr2O7 Larutan standard yang dipilih adalah K2Cr2O7, untuk mewakili larutan Cr(VI) dan menguji keefektifan adsorben adsorpsi sebelum diaplikasikan ke limbah cair batik. Limbah cair batik terkadang mempunyai zat pencemar logam Cr. Sumber logam berat Krom Cr yang bersifat toksis, dapat berasal dari zat pewarna (CrCl3, K2Cr2O7) maupun sebagai mordan yaitu merupakan pengikat zat warna meliputi Cr(NO3)2 dan PbCrO4 (Muljadi, 2009). Pada Gambar 26 menunjukkan bahwa semua adsorben diperlakukan aplikasi pada masing-masing 150 mL Larutan K2Cr2O7 80 ppm. Gambar 26a menunjukkan adanya kombinasi adsorben yaitu zeolit alam (ZA) berada di bawah limbah kayu aren (LKA) masing-masing dengan panjang unggun 10 cm sehingga total panjang unggun 20 cm. Gambar 26b menunjukkan limbah kayu aren (LKA) dengan panjang unggun 20 cm dan Gambar 26c menunjukkan zeolit alam (ZA) dengan panjang unggun 20 cm. Jadi adanya variasi banyaknya adsorben pada kolom dengan panjang unggun tetap (20 cm).

commit to user


digilib.uns.ac.id

62

Larutan K2Cr2O7 80 ppm sebanyak 150 mL masing-masing dimasukkan dalam sistem adsorpsi kolom. Adanya perbedaan kecepatan elusi dari tiap-tiap kolom ZA, LKA dan ZA-LKA. Kolom LKA mempunyai kecepatan elusi yang paling besar karena ruang pori-pori adsorbennya sangat besar sehingga larutan eluen segera keluar dari output. Kolom ZA kecepatannya paling lambat dikarenakan zeolit alam sangat lembut dan pori-porinya sangat rapat sehingga larutan eluen sangat lama mencapai titik jenuh dan larutan eluen sangat lama keluar dari output. Kolom ZALKA relatif lebih cepat jenuhnya dari pada kolom ZA, karena panjang unggun zeolitnya hanya 10 cm.

(a)

(b)

(c)

Gambar 26. Aplikasi Absorben pada 150 mL Larutan K2Cr2O7 80 ppm pada sistem kolom. Keterangan: (a) Kombinasi zeolit alam dan limbah kayu aren (ZA-LKA), (b) limbah kayu aren (LKA) dan (c) zeolit alam (ZA). (Foto: Dian Kresnadipayana, November 2011)

commit to user


digilib.uns.ac.id

63

Berdasarkan hasil elusi satu kali dengan larutan K2Cr2O7 80 ppm pada masing-masing kolom adsorpsi ZA, LKA dan ZA-LKA menunjukkan bahwa adsorpsi yang paling besar adalah ZA yaitu 99,96 %, kemudian diikuti ZA-LKA yang adsorpsinya hampir sama dengan ZA yaitu 99,83 % dan yang paling kecil adalah adsorpsi ZA-LKA yaitu 81,24 % (gambar 27) (tabel 6).

Tabel 6. Hasil Elusi Pertama pada Aplikasi Adosrben Sistem Kolom pada 150 mL Larutan K2Cr2O7 80 ppm. Adsorben ZA LKA ZA-LKA

Awal (ppm) 80 80 80

Akhir (ppm) 0,031 15,010 0,138

Adsorpsi (%) 99,96 81,24 99,83

Gambar 27. Hasil Aplikasi Adosrben Sistem Kolom pada 150 mL Larutan K2Cr2O7 80 ppm. Pada tabel 7 dan Gambar 28 menunjukkan bahwa adsorpsi tidak begitu berarti pada elusi ke-2 sampai elusi ke-16 karena Cr(VI) yang teradsorpsi matrik

commit to user


digilib.uns.ac.id

64

isian LKA pada proses elusi pertama ikut terbawa ke eluen pada elusi ke-2 sampai ke-16 sehingga konsentrasi Cr(VI) terus meningkat dari elusi ke-2 (15,036 ppm) sampai elusi ke-16 (15,719 ppm). Jadi, elusi pertama merupakan elusi maksimum untuk aplikasi pada larutan standard K2Cr2O7 80 ppm. Tabel 7. Hasil Elusi ke-n pada Aplikasi Adosrben Sistem Kolom pada 150 mL Larutan K2Cr2O7 80 ppm Elusi ke-n Aborbansi 1 0,6259 2 0,6270 4 0,6264 6 0,6315 8 0,6343 10 0,6316 12 0,6387 14 0,6440 16 0,6552

[Cr(VI)] akhir (ppm) 15,010 15,036 15,022 15,145 15,213 15,148 15,320 15,448 15,719

Absorpsi (%) 81,24 81,20 81,22 81,07 80,98 81,07 80,85 80,69 80,35

Gambar 28. Hasil Elusi ke-n pada Aplikasi Adosrben Sistem Kolom pada 150 mL Larutan K2Cr2O7 80 ppm.

commit to user


digilib.uns.ac.id

65

Hasil elusi dari semua adsorben ZA, LKA dan ZA-LKA sangat efektif dalam adsoprsi Cr(IV) yaitu di atas 80 %. Ini menunjukkan bahwa gugus-gugus hidroksi pada masing adosrben dapat mengikat atom Cr(VI) pada senyawa K2Cr2O7. Pada Gambar 29 menunjukkan adanya perubahan warna pada aplikasi adsorben pada K2Cr2O7 80 ppm. Menurut Wu et al. (2010) bahwa zeolit alam dapat mengadsorpsi warna merah (acid red) dan hitam (amido black). Zeolit alam juga dapat menurunkan warna kuning pada kuning telur (Kermanshasi et al., 2010). Larutan K2Cr2O7 80 ppm yang berwarna kuning setelah dimasukkan ke dalam kolom ZA dan ZA-LKA berubah warna menjadi bening sedangkan kolom LKA berubah menjadi kuning muda.

a

b

c

d

Gambar 29. Perbedaan Warna Hasil Aplikasi Adosrben Sistem Kolom Larutan K2Cr2O7 80 ppm. Keterangan. (a) larutan K2Cr2O7 80 ppm, (b) eluen pada ZA (c) eluen pada LKA dan (d) eluen pada ZA-LKA (Foto: Dian Kresnadipayana, Januari 2012).

Suatu limbah hasil pertanian yang mengandung selulosa, hemiselulosa dan lignin juga dapat menurunkan beberapa warna. Tongkol jagung yang telah diaktivasi digunakan untuk biosorben zat warna biru metilena (Fahrizal, 2008) dan kulit kacang

commit to user


digilib.uns.ac.id

66

yang telah diaktivasi digunakan untuk adsorpsi zat warna reaktif cibracon red (Susanti, 2008). Hal ini menunjukkan bahwa semua adsorben zeolit alam dan limbah kayu aren yang telah teraktivasi pada kolom dapat digunakan untuk aplikasi adsorpsi zat warna pada larutan standard K2Cr2O7.

2.

Limbah Cair Batik Pengolahan limbah cair batik untuk menurunkan logam Cr(VI) dilakukan

adsorpsi pada kolom adsorpsi ZA, LKA dan ZA-LKA dengan sistem kolom (Gambar 30). Semua adosrben diaplikasikan ke larutan standard K2Cr2O7 80 ppm sebanyak 150 mL sebelum diaplikasikan ke limbah cair batik yang menghasilkan kemampuan adsorpsi yang efektif.

(a)

(b)

(c)

Gambar 30. Aplikasi Absorben pada 150 mL sampel Limbah Cair Batik dengan kadar Cr (VI) 14,68 ppm.pada sistem kolom. Keterangan: (a) Kombinasi zeolit alam dan limbah kayu aren (ZALKA), (b) limbah kayu aren (LKA) dan (c) zeolit alam (ZA) (Foto: Dian Kresnadipayana, Desember 2011).

commit to user


digilib.uns.ac.id

67

Berdasarkan hasil elusi satu kali dengan sampel limbah cair batik dengan kadar Cr(VI) 14,68 ppm pada masing-masing kolom adsorpsi ZA, LKA dan ZALKA menunjukkan bahwa adosrpsi yang paling besar adalah ZA yaitu 99,97 % dengan kadar akhir 0,005 ppm, kemudian diikuti ZA-LKA yang adsorpsinya hampir sama dengan ZA yaitu 99,39 % dengan kadar akhir 0,236 ppm dan yang paling kecil adalah adsorpsi LKA yaitu 98,39 % dengan kadar akhir 0,236 (Gambar 31) (tabel 8).

Tabel 8. Hasil Aplikasi Adsorben Sistem Kolom pada 150 mL Limbah Cair Batik dengan kadar Cr (VI) sebesar 14,68 ppm. Adsorben ZA LKA ZA-LKA

Awal (ppm) 14,68 14,68 14,68

Akhir (ppm) 0,005 0,236 0,062

Adsorpsi (%) 99,97 98,39 99,58

Gambar 31. Hasil Aplikasi Adosrben Sistem Kolom pada 150 mL Sampel Limbah Cair Batik dengan Kadar Logam Cr (VI) 14,68 ppm.

commit to user


digilib.uns.ac.id

68

Hasil elusi dari semua adsorben ZA, LKA dan ZA-LKA sangat efektif dalam adsoprsi Cr (IV) yaitu di atas 90 %. Ini menunjukkan bahwa gugus-gugus hidroksi pada masing adosrben dapat mengikat atom Cr(VI) pada sampel limbah cair batik (Gambar 32 dan 33).

O

O O O

2

O +

K

-

-

O

+Zeolit

Cr

Cr O

Cr

Cr

O

O

OH O

-

O

-

O HO

O

O

O O

Si

-2K+

+

K

Si OH O-

O

-

HO O

O

O

O

kalium dichromate

Cr

Cr O

O

O

Gambar 32. Mekanisme Adsorpsi Cr(VI) sebagai Anion (Cr2O72-) dengan adsorben zeolit alam (ZA).

NO2 O

NO2

2

Selulosa

OH

Cr O

O

O

Cr

O

+

O

Selulosa

OH -O

Selulosa

OH -O

Cr O-

-

O

O

O

Cr NO2

O O

Gambar 33. Mekanisme Adsorpsi Cr(VI) sebagai Anion (Cr2O72-) dengan adsorben limbah kayu aren (LKA). Keterangan: Selulosa dapat juga berupa suatu hemiselulosa atau lignin.

Zeolit alam Wonosari sebagian besar penyusunnya adalah mordernit Na8[Al8Si40O96].24H2O (Budi, 2006). Sifat yang dimilki oleh zeolit jenis mordenit adalah memiliki adsorpsi dan penyaring molekul yang tinggi sehingga pada hasil elusi ZA mempunyai adsorpsi yang paling tinggi yaitu 99,97 % untuk panjang

commit to user


digilib.uns.ac.id

69

unggun 20 cm. Pada zeolit alam di dalam pori-porinya terdapat kation-kation atau molekul air. Jika kation-kation atau molekul air tersebut dipanaskan pada suhu tertentu maka zeolit akan meninggalkan pori yang kosong. Pori-pori kosong inilah inilah yang dapat menjerap ion logam Cr(VI). Zeolit alam yang teraktivasi juga dapat sebagai penukar kation. Ion H+ yang dapat bertukar dengan suatu kation Cr(VI) pada limbah cair batik. Persamaan reaksi penukar kation dapat ditulis yaitu Zeolit–H+ + Cr+6 → Zeolit–Cr+6 + H+. Penggunaan ZA mempunyai kelemahan yaitu waktu jenuh atau keluarnya eluen yang sangat lama karena zeolit yang digunakan sangat lembut untuk sistem kolom. Limbah kayu aren mempunyai kandungan selulosa, hemiselulosa dan lignin dengan potensi yang cukup besar untuk dijadikan sebagai penjerap karena gugus OH– yang terikat dapat berinteraksi dengan komponen adsorbat. Adanya gugus OH–, pada selulosa, hemiselulosa dan lignin menyebabkan terjadinya sifat polar pada adsorben tersebut. Dengan demikian selulosa dan hemiselulosa lebih kuat menjerap zat yang bersifat polar dari pada zat yang kurang polar di mana setelah aktivasi gugus hidroksi pada selulosa menjadi aktif sehingga dapat menurunkan kadar Cr(VI). Jenis interaksi yang terjadi pada adsorpsi ion logam Cr(VI) kemungkinan yang terjadi adalah ikatan hidrogen, ikatan kovalen koordinasi, ikatan Van der Waals, pertukaran kation, dan ikatan kompleks karenai ion logam Cr(VI) yang berupa kation dan anion dapat berinteraksi dengan pasangan elektron bebas pada atom O dari gugus hidroksi yang berasal dari selulosa, hemiselulosa dan lignin. Mekanisme adsorpsi dari adsorben zeolit alam dan limbah kayu aren dapat dibedakan menjadi dua yaitu, jerapan secara fisika (fisisorpsi) dan jerapan secara

commit to user


digilib.uns.ac.id

70

kimia (kemisorpsi). Pada proses fisisorpsi gaya yang mengikat adsorbat oleh adsorben adalah gaya-gaya van der Waals. Pada proses adsorpsi kimia, interaksi adsorbat dengan adsorben melalui pembentukan ikatan kimia. Kemisorpsi terjadi diawali dengan adsorpsi fisik, yaitu partikel-partikel adsorbat mendekat ke permukaan adsorben melalui gaya van der Waals atau melalui ikatan hidrogen. Kemudian diikuti oleh adsorpsi kimia yang terjadi setelah adsorpsi fisika. Dalam adsorpsi kimia partikel melekat pada permukaan dengan membentuk ikatan kimia (biasanya ikatan kovalen koordinasi), dan cenderung mencari tempat yang memaksimumkan bilangan koordinasi dengan substrat. Kation Cr(VI) mempunyai peran sebagai penangkap 6 pasang elektron bebas pada atom O dari gugus hidroksi pada –Si–OH karena kation Cr(VI) mempunyai orbital d yang kosong yang berjumlah 6 pasang sehingga dapat terjadi ikatan kovalen koordinasi. Pada Gambar 34 menunjukkan adanya perubahan warna pada aplikasi adsorben pada limbah cair batik. Limbah cair batik yang berwarna coklat tua kemerah-merahan setelah dimasukkan ke dalam kolom ZA dan ZA-LKA berubah warna menjadi bening sedangkan kolom LKA berubah menjadi coklat agak kemerah-merahan. Menurut Halimoon dan Yin (2010) bahwa zeolit alam dapat mengadsorpsi warna limbah cair tekstil dan menurunkan logam Cd, Pb, Cr, dan Cu. Suatu limbah hasil pertanian yang mengandung selulosa juga dapat menurunkan beberapa warna. Tongkol jagung (Fahrizal, 2008) dan kulit kacang (Susanti, 2008). yang telah diaktivasi digunakan untuk adsorpsi zat warna pada limbah cair tekstil. Semua

commit to user


digilib.uns.ac.id

71

adsorben (kecuali LKA) pada kolom adsorpsi yang telah teraktivasi pada kolom dapat digunakan untuk aplikasi adsorpsi zat warna pada limbah cair batik yang mengandung logam Cr(VI).

a

b

c

d

Gambar 34. Perbedaan Warna Hasil Aplikasi Adosrben Sistem Kolom Limbah Cair Batik. Keterangan. (a) limbah cair batik, (b) eluen pada ZA (c) eluen pada LKA dan (d) eluen pada ZA-LKA (Foto: Dian Kresnadipayana, Januari 2012).

Perbandingan kemampuan adsorpsi semua adsorben pada aplikasi larutan standard dengan aplikasi limbah cair batik menunjukkan konsistensi kemampuan adsorpsi kecuali pada adsorben LKA. Pada adsorben LKA pada aplikasi larutan standard menghasilkan kemampuan adsorpsi sebesar 81,24 % sedangkan pada aplikasi limbah cair batik kemampuan adsorpsinya sebesar 98,39 %. Ada perbedaan interval yang cukup besar disebabkan larutan standard yang digunakan mempunyai konsentrasi ion logam Cr(VI) yang tinggi yaitu 80 ppm sedangkan pada limbah cair batik sebesar 14,68 ppm. Perbedaan interval yang cukup besar konsentrasi Cr(VI) antara larutan standard dengan limbah cair batik yang menyebabkan perbedaan pada kemampuan adsorpsi. Semakin tinggi konsentrasi Cr(VI) maka adsorben LKA

commit to user


digilib.uns.ac.id

72

kemampuan adsorpsinya semakin kecil sehingga diperlukan aktivator yang lebih baik untuk menghasilkan kemampuan adsorpsi LKA yang efektif. Berdasarkan Peraturan Daerah Provinsi Jawa Tengah no. 10 tahun 2004 tentang baku mutu air limbah, logam Cr(VI) pada golongan I sebesar 0,1 ppm dan golongan II sebesar 0,5 ppm (Lampiran). Kadar akhir Cr(VI) pada limbah cair batik setelah pengolahan menunjukkan bahwa sampel limbah cair batik setelah perlakukan memenuhi kriteria baku mutu air limbah pada golongan II untuk semua perlakuan adsorben. Sampel limbah cair batik setelah perlakuan menggunakan adsorben LKA tidak memenuhi baku mutu pada golongan I yaitu 0,236 ppm sehingga pada adsorben LKA perlu ada peningkatan kualitas adsorben. Kemungkinan limbah cair batik tidak hanya mengandung logam Cr(VI) dan mungkin masih adanya logam-logam dari air sumur yang digunakan untuk pencucian parutan kayu aren terkandung pada adsorben LKA.

E. Dampak Penggunaan Adsorben terhadap Lingkungan

Adsorben yang digunakan untuk adsorpsi pada larutan standard K2Cr2O7 dan limbah cair batik masih mengandung logam Cr(VI). Adsorben tersebut ketika dibuang akan menyebabkan pencemaran lingkungan karena logam Cr(VI) bersifat toksik dan karsinogenik sehingga adsorben perlu dilakukan regenerasi atau recovery. Logam Cr(VI) merupakan logam yang sangat berharga dan dapat digunakan lagi. Penerapan sistem 3R (reuse, reduce, dan recycle) dapat diterapkan menjadi salah satu solusi dalam pengolahan limbah dan regenerasi adsorben setelah pemakaian.

commit to user


digilib.uns.ac.id

73

Reuse merupakan penggunaan kembali limbah yang masih dapat digunakan untuk fungsi yang sama ataupun fungsi lainnya. Pada penelitian ini, prinsip reuse diterapkan pada penggunaan kembali limbah kayu aren yang digunakan untuk bahan baku adsorben yang diaktivasi untuk menurunkan logam Cr(VI) pada limbah cair batik. Prinsip reuse juga diterapkan pada penggunaan kembali adsorben setelah penggunaan. Adsorben ZA dan LKA yang mengandung Cr(VI) dilakukan regenerasi dengan cara recovery dengan penambahan reagen tertentu sehingga adsorben dapat digunakan kembali untuk adsorpsi limbah cair batik yang mengandung Cr(VI). Adsorben zeolit alam perlu dilakukan regenerasi sehingga adosorben dapat dibuang bebas atau digunakan kembali. Menurut Martini et al. (2009) bahwa KH2PO4 0,01 M merupakan reagen terbaik untuk regenerasi kromat dari adsorben zeolit yang termodifikasi, bersifat ramah lingkungan dan memiliki daya regenerasi yang cukup besar yaitu sebesar 26,8%. Adsorben limbah kayu aren setelah penggunaan dilakukan recovery logam Cr(VI). Menurut Liu et al. (2001) bahwa suatu kolom adsorpsi yang berisi jenis selulosa dapat diregenerasi dengan larutan 1,2 M HCl dengan prosentase recovery sebesar 85,2 %. Regenerasi adsorben zeolit alam diperlukan penelitian lebih lanjut. Reduce merupakan prinsip dengan mengurangi segala sesuatu yang mengakibatkan limbah atau mengurangi penggunaan bahan-bahan yang bisa merusak lingkungan. Pada penelitian ini, prinsip reduce diterapkan pada regenerasi adsorben ZA dan LKA sehingga ketika adsorben tidak digunakan lagi tidak mencemari lingkungan. Pada prinsip ini disarankan menggunakan reagen regenerasi yang bersifat ramah lingkungan, seperti suatu garam basa atau garam asam. Larutan

commit to user


digilib.uns.ac.id

74

KH2PO4 termasuk dalam golongan garam yang terhidrolisis parsial dalam air dan bersifat sedikit basa. Menurut Martini et al. (2009) bahwa KH2PO4 merupakan reagen terbaik untuk regenerasi kromat dari adsorben zeolit yang bersifat ramah lingkungan. Regenerasi menggunakan beberapa reagen untuk adsorben zeolit alam diperlukan penelitian lebih lanjut. Recycle merupakan prinsip mengolah kembali (daur ulang) limbah menjadi barang atau produk baru yang bermanfaat. Pada penelitian ini, adsoben yang mengandung limbah kayu aren yang tidak terpakai lagi (setelah recovery) dapat digunakan alternatif sebagai media jamur yang sudah menjadi bahan makanan yang disukai. Permasalahannya adalah bagaimana mencari formula media yang tepat untuk pertumbuhan jamur, karena limbah aren hanya menjadi salah satu sumber formula. Proses pengolahan limbah juga dapat dilakukan melalui proses pengomposan. Tingginya kadar selulosa dapat menjadi masalah, supaya bisa menjamin kelangsungan produksi kompos dan tentunya menjadi penghasilan tambahan bagi penduduk maka diperlukan penelitian lebih lanjut.

commit to user


digilib.uns.ac.id

BAB V PENUTUP A. Kesimpulan Berdasarkan hasil analisis data dan hasil uji laboratorium, maka dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut: 1. Kandungan logam Cr(VI) pada sampel limbah cair batik sebesar 14,68 ppm yang telah melebih baku mutu air limbah berdasarkan Peraturan Daerah Provinsi Jawa Tengah no. 10 tahun 2004 tentang baku mutu air limbah. 2. Kolom adsorpsi ZA, ZA-LKA, dan LKA dapat menurunkan kadar logam Cr(VI) dengan elusi satu kali pada larutan standard K2Cr2O7 80 ppm berturutturut sebesar 99,96 %; 99,83 dan 81,24 %. 3. Kolom adsorpsi ZA, ZA-LKA, dan LKA dapat menurunkan kadar logam Cr(VI) dengan elusi satu kali pada sampel limbah cair batik berturut-turut sebesar 99,97 %; 99,39 % dan 98,39 %. B. Saran Berdasarkan pada hasil penelitian, maka dapat diajukan beberapa saran, antara lain : 1. Perlunya penelitian lebih lanjut untuk modifikasi zeolit dengan surfaktan untuk memperoleh zeolit yang memiliki kemampuan yang lebih baik. 2. Perlunya penelitian lebih lanjut untuk regenerasi masing-masing adsorben. 3. Perlunya pembinaan dan pelatihan bagi para pengusaha industri batik rumah tangga untuk menggunakan zat pewarna dan mordan yang berasal dari tumbuh-tumhuhan (alami) sehingga ramah terhadap lingkungan.

commit to user 75

PEMANFAATAN ZEOLIT ALAM DAN LIMBAH KAYU AREN (Arenga pinnata) UNTUK MENURUNKAN LOGAM Cr(VI) PADA LIMBAH CAIR BATIK TESIS

Recommend Documents