PENGARUH ION Na+, K+, Mg2+, dan Ca2+ PADA PENJERAPAN KROMIUM TRIVALEN OLEH ZEOLIT LAMPUNG
RITA FEBRIANTI
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2008
ABSTRAK RITA FEBRIANTI. Pengaruh Ion Na+, K+, Mg2+, dan Ca2+ pada Penjerapan Kromium Trivalen oleh Zeolit Lampung. Dibimbing oleh ETI ROHAETI dan BETTY MARITA SOEBRATA. Industri penyamakan kulit menghasilkan limbah yang mengandung kromium trivalen (Cr3+). Logam berat ini teroksidasi menjadi kromium heksavalen yang bersifat toksik. Salah satu upaya untuk mengurangi limbah kromium ialah mengendapkannya dengan basa seperti NaOH. Akan tetapi, cara ini hanya efektif saat konsentrasinya tinggi, sehingga untuk limbah kromium berkadar rendah harus digunakan cara lain seperti penjerapan oleh zeolit. Kemampuan zeolit menjerap kromium dipengaruhi oleh kationkation lain yang ada di dalam limbah. Dalam penelitian ini, pengaruh ion-ion Na+, K+, Mg2+, dan Ca2+ pada penjerapan Cr3+ oleh zeolit lampung dipelajari dengan metode penjerapan tumpak (batch). Tahapan analisisnya meliputi penjerapan larutan tunggal (Cr3+, Na+, K+, Mg2+, dan Ca2+) dan larutan campuran (Cr3+/Na+, Cr3+/K+, Cr3+/Mg2+, dan Cr3+/Ca2+). Diperoleh bahwa urutan selektivitas penjerapan zeolit lampung terhadap larutan kation tunggal ialah Cr3+>K+>Na+>Ca2+>Mg2+, dengan nilai kapasitas jerapan maksimum berturut-turut sebesar 10.67, 2.96, 2.63, 2.09, dan 0.41 mg/g. Dalam larutan campuran, urutan ion yang memengaruhi penjerapan kromium adalah Mg2+>K+>Ca2+>Na+. Hal ini ditunjukkan oleh berkurangnya nilai kapasitas jerapan maksimum terhadap Cr3+ menjadi sebesar 8.50, 8.96, 9.06 dan 9.07 mg/g berturut-turut untuk larutan campuran Cr3+/Mg2+, Cr3+/K+, Cr3+/Ca2+ dan Cr3+/Na+. Zeolit lampung lebih selektif terhadap ion trivalen dibandingkan ion monovalen dan divalen. Faktor ukuran ion lebih memengaruhi selektivitas dibandingkan dengan faktor muatan ion. Campuran larutan kromium dengan larutan Na+, K+, Mg2+, dan Ca2+ dapat menurunkan kapasitas jerapan maksimum kromium.
ABSTRACT RITA FEBRIANTI. Effect of Na+, K+, Mg2+, and Ca2+ Ions to Chromium Trivalent Adsorption by Lampung’s Zeolite. Supervised by ETI ROHAETI and BETTY MARITA SOEBRATA. Tanning industries produce waste containing chromium trivalent (Cr3+). This heavy metal can be oxidized to chromium hexavalent which is toxic. One of the efforts to reduce chromium waste is by precipitating it with base, such as NaOH. However, this way is only effective at high concentration, and for low concentration of chromium, is needed other way such as adsorption with zeolite. Adsorption capacity of zeolite towards Cr3+ was influenced by the existence of other metal ions such as Na+, K+, Mg2+, and Ca2+. In this research, the effect of Na+, K+, Mg2+, and Ca2+ ions to Cr3+ adsorption on lampung’s zeolite were studied with batch adsorption. The analysis included single solution (Cr3+, Na+, K+, Mg2+, and Ca2+) and mixture solution adsorption (Cr3+/Na+, Cr3+/K+, Cr3+/Mg2+, and Cr3+/Ca2+). It was found that lampung’s zeolite towards single solutions selectivities was Cr3+>K+>Na+>Ca2+>Mg2+, with maximum adsorption capacities of 10.67, 2.96, 2.63, 2.09, and 0.41 mg/g, respectively. In mixture solutions, the order of ions influencing Cr3+ adsorption was Mg2+>K+>Ca2+>Na+. It was shown by decreasing maximum adsorption capacity values of Cr3+ to 8.50, 8.96, 9.06 and 9.07 mg/g for Cr3+/Mg2+, Cr3+/K+, Cr3+/Ca2+ and Cr3+/Na+, respectively. Lampung’s zeolite was more selective to the trivalent ion than divalent and the monovalent ion. Zeolite selectivity more influenced by ion size factor rather than ion charge factor. Metal ions mixture of Na+, K+, Mg2+, and Ca2+ will reduce chromium maximum adsorption capacity.
PENGARUH ION Na+, K+, Mg2+, dan Ca2+ PADA PENJERAPAN KROMIUM TRIVALEN OLEH ZEOLIT LAMPUNG
RITA FEBRIANTI
Skripsi Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Kimia
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2008
: Pengaruh Ion Na+, K+, Mg2+, dan Ca2+ pada Penjerapan Kromium Trivalen oleh Zeolit Lampung Nama : Rita Febrianti NIM : G44203003
Judul
Menyetujui,
Pembimbing I,
Pembimbing II,
Dr. Eti Rohaeti, M.S. 131 663 051
Betty Marita Soebrata, S.Si, M.Si. 131 694 523
Mengetahui: Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Dr. drh. Hasim, DEA NIP 131 578 806
Tanggal Lulus:
PRAKATA Alhamdulillahirobil’alamin, puji dan syukur ke hadirat Allah SWT atas segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Penelitian ini dilakukan selama bulan Juni 2007 sampai November 2007, tema yang dipilih ialah Pengaruh Ion Na+, K+, Mg2+, dan Ca2+ pada Penjerapan Kromium Trivalen oleh Zeolit Lampung. Terima kasih penulis ucapkan kepada Ibu Dr. Eti Rohaeti, M.S. dan Ibu Betty Marita Soebrata, S.Si, M.Si selaku pembimbing atas segala saran, kritik, dorongan, dan bimbingannya selama penelitian dan dalam penyusunan karya ilmiah ini. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Pak Eman, Ibu Nunung, Pak Kosasih, Pak Dede, Pak Ridwan, serta seluruh staf Kimia Analitik atas fasilitas dan kemudahan yang diberikan. Selain itu penulis juga mengucapkan terima kasih kepada teman-teman seperjuangan di Laboratorium Kimia Analitik dan rekan-rekan di Pondok Molekul atas semangat dan saran selama penelitian. Ucapan terima kasih juga disampaikan kepada orang tua tercinta (Bapak dan Mama), adikku (Devi, Winda, dan Fitra), serta seluruh keluarga atas kasih sayang, dorongan dan doanya, serta semua teman-teman khususnya Nurul, Lia, Noerhayati, Utin dan Siti atas dukungan dan kebersamaannya, serta rekan-rekan kimia angkatan ’40. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat. Bogor, Maret 2008
Rita Febrianti
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Subang tanggal 18 Februari 1985 dari ayah Thoyib Hadiwijaya dan ibu Mia Mulyati. Penulis merupakan putri pertama dari empat bersaudara. Tahun 2003 penulis lulus dari SMU Negeri 01 Ciasem dan pada tahun yang sama lulus dari seleksi masuk IPB melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB. Penulis memilih Program Studi Kimia, Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Selama mengikuti perkuliahan, penulis menjadi asisten praktikum mata kuliah Kimia Analitik Layanan ITP, Kimia Lingkungan Program Kimia, Kimia Dasar TPB, Elektroanalitik dan Teknik Pemisahan, Kimia Fisik Program Biokimia, dan Pemeliharaan dan Pengoperasian Alat program Diploma Analisis Kimia. Pada tahun 2006, penulis melaksanakan praktik lapangan di Balai Penelitian Tanaman Padi Sukamandi.
DAFTAR ISI
Halaman DAFTAR TABEL......................................................................................................................viii DAFTAR GAMBAR .................................................................................................................viii DAFTAR LAMPIRAN..............................................................................................................viii PENDAHULUAN ......................................................................................................................1 TINJAUAN PUSTAKA Zeolit..................................................................................................................................... 1 Jerapan .................................................................................................................................. 2 Kromium............................................................................................................................... 2 Analisis Kromium, Natrium, Kalium, Magnesium, dan Kalsium ........................................ 2 BAHAN DAN METODE Alat dan Bahan ..................................................................................................................... 3 Metode .................................................................................................................................. 3 HASIL DAN PEMBAHASAN Preparasi Zeolit ..................................................................................................................... 5 Aktivasi Zeolit ....................................................................................................................... 5 Pembuatan Kurva Standar Kromium ..................................................................................... 5 Penentuan Waktu Optimum Penjerapan ................................................................................ 6 Penjerapan Kromium Tunggal ............................................................................................... 6 Penjerapan Natrium Tunggal ................................................................................................. 7 Penjerapan Kalium Tunggal .................................................................................................. 7 Penjerapan Magnesium Tunggal ........................................................................................... 7 Penjerapan Kalsium Tunggal................................................................................................. 8 Penjerapan Campuran (Cr3+/Na+) .......................................................................................... 8 Penjerapan Campuran (Cr3+/K+) ............................................................................................ 9 Penjerapan Campuran (Cr3+/Mg2+) ........................................................................................ 9 Penjerapan Campuran (Cr3+/Ca2+) ......................................................................................... 9 SIMPULAN DAN SARAN ........................................................................................................ 10 DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................................ 10 LAMPIRAN............................................................................................................................... 13
DAFTAR TABEL Halaman 1 2 3
Penentuan konsentrasi logam-logam ...................................................................................4 Perbandingan hasil penelitian...............................................................................................7 Perbandingan hasil penelitian...............................................................................................7
DAFTAR GAMBAR Halaman 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Struktur unit sel zeolit .........................................................................................................2 Reaksi antara DPC dan kromium heksavalen.......................................................................3 Warna kompleks kromium heksavalen dengan DPC pada berbagai konsentrasi................6 Hubungan waktu pengocokan dengan kapasitas jerapan kromium......................................6 Hubungan konsentrasi kromium dengan kapasitas jerapan..................................................6 Hubungan konsentrasi natrium dengan kapasitas jerapan ...................................................7 Hubungan konsentrasi kalium dengan kapasitas jerapan ....................................................7 Hubungan konsentrasi magnesium dengan kapasitas jerapan .............................................7 Hubungan konsentrasi kalsium dengan kapasitas jerapan...................................................8 Hubungan konsentrasi larutan kromium dan natrium dengan kapasitas jerapan .................8 Hubungan konsentrasi larutan kromium dan kalium dengan kapasitas jerapan...................9 Hubungan konsentrasi larutan kromium dan magnesium dengan kapasitas jerapan ...........9 Hubungan konsentrasi larutan kromium dan kalsium dengan kapasitas jerapan .................9
DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Bagan alir penelitian metode tumpak ...................................................................................14 Alat-alat ukur pada penentuan konsentrasi ion Cr3+, Na+, K+, Mg2+, dan Ca2+ ...................15 Kadar air zeolit .....................................................................................................................16 Kapasitas jerapan Cr3+pada pemanasan suhu 200°C dan 400°C .........................................17 Kurva standar kromium........................................................................................................18 Penentuan waktu optimum penjerapan Cr3+ .........................................................................19 Penjerapan Cr3+ berbagai konsentrasi...................................................................................20 Penjerapan Na+ tunggal pada berbagai konsentrasi.............................................................21 Penjerapan K+ tunggal pada berbagai konsentrasi................................................................21 Penjerapan Mg2+ tunggal pada berbagai konsentrasi...........................................................22 Penjerapan Ca2+ tunggal pada berbagai konsentrasi.............................................................22 Penjerapan Cr3+/ Na + pada berbagai konsentrasi .................................................................23 Penjerapan Cr3+/K + pada berbagai konsentrasi ....................................................................24 Penjerapan Cr3+/Mg2 + pada berbagai konsentrasi ................................................................25 Penjerapan Cr3+/Ca2 + pada berbagai konsentrasi .................................................................26
PENDAHULUAN Industri penyamakan kulit mengolah kulit mentah menjadi kulit jadi dengan menggunakan kromium sebagai bahan penyamak. Jumlah industri penyamakan kulit di Indonesia sekitar dua puluh delapan. Limbah penyamakan kulit yang terbuang sekitar 1.9 juta liter per tahun (Bapedal 2003). Kromium trivalen banyak digunakan dalam industri penyamakan kulit dikarenakan murah, efektif, dan banyak terdapat di pasaran. Ortega et al. (2005) melaporkan bahwa 90% penyamakan di dunia menggunakan kromium. Limbah kromium trivalen dapat membahayakan masyarakat. Kromium trivalen dapat teroksidasi menjadi kromium heksavalen. Kromium heksavalen lebih beracun dibandingkan dengan kromium trivalen (EPA 1998). Hal ini dikarenakan kromium heksavalen bersifat mutagenik dan karsinogenik. Keberadaan kromium dalam limbah memerlukan penanganan khusus agar tidak mencemari lingkungan. Metode yang digunakan adalah pengendapan menggunakan basa, seperti NaOH, MgO, dan Ca(OH)2. Pengendapan dengan basa hanya efektif jika konsentrasi kromium trivalen dalam limbah sekitar 20–8000 mg/l. Konsentrasi kromium limbah penyamakan kulit setelah pengendapan sekitar 20 mg/l (Esmaeili et al. 2005). Nilai tersebut jauh lebih tinggi jika dibandingkan dengan nilai ambang batas yang diperbolehkan, yaitu sebesar 0.60 mg/l (Bapedal 1996). Konsentrasi kromium trivalen sekitar 20 mg/l kurang ekonomis jika diendapkan dengan basa. Oleh karena itu, diperlukan suatu metode lain untuk mengurangi kadar kromium dalam limbah. Salah satu metode yang digunakan akhirakhir ini adalah metode penjerapan dengan zeolit sebagai adsorben. Studi pemanfaatan zeolit sebagai penjerap di antaranya telah dilakukan oleh Aningrum (2006) yang meneliti zeolit dapat menurunkan konsentrasi kromium dalam limbah penyamakan kulit. Rohaeti (2007) telah melakukan penelitian mengenai upaya pencegahan pencemaran kromium pada limbah penyamakan kulit dengan menggunakan zeolit. Zeolit sintetik dapat menjerap kromium trivalen dari limbah penyamakan kulit (Barros et al. 2003). Namun, zeolit sintetik ini memiliki kelemahan, yaitu komposisinya sangat dipengaruhi oleh sifat fisik dan kimia reaktan yang digunakan, contohnya adalah zeolit NaA, NaX, dan NaY (Barros et al.
2002). Zeolit alam yang telah ditambang secara intensif di Indonesia di antaranya terdapat di Lampung, dengan kelimpahan sebesar tiga puluh dua juta ton (Arryanto et al. 2002). Zeolit lampung belum dioptimumkan penggunaannya. Zeolit lampung termasuk jenis zeolit klinoptilolit. Zeolit dapat menjerap ion kromium. Selain itu juga, zeolit dapat menjerap ion logam lain, seperti natrium, kalium, magnesium, dan kalsium (Barros et al. 2003). Menurutnya, keberadaan ion lain seperti Na+, K+, Mg2+, dan Ca2+ dalam limbah akan berkompetisi dengan Cr3+ sehingga berpengaruh pada penjerapan zeolit terhadap Cr3+. Penelitian ini bertujuan mengetahui pengaruh ion Na+, K+, Mg2+, dan Ca2+ pada penjerapan kromium trivalen oleh zeolit lampung. Penjerapannya dipelajari dengan metode tumpak (batch adsorption).
TINJAUAN PUSTAKA Zeolit Zeolit adalah mineral kristalin kelompok aluminosilikat terhidrasi yang mengandung kation alkali dan alkali tanah dengan struktur tiga dimensi yang tidak terhingga. Rumus umum zeolit, ialah MxDy[Alx+2ySin-(x+2y)O2n].mH2O, dengan M : K+, Na+, atau kation monovalen lainnya; D : Mg2+, Ca2+, atau kation bivalen lainnya; x, y : bilangan tertentu; n : bilangan tertentu; m : jumlah mol kristal air. Zeolit berbeda dengan mineral golongan lain, seperti feldspar dan kuarsa. Dalam proses pembentukannya, unsur silikon yang bervalensi empat sebagian digantikan oleh unsur aluminium yang bervalensi tiga sehingga terjadi kelebihan muatan negatif. Kelebihan muatan negatif ini dapat dinetralkan oleh adanya kation-kation yang didominasi oleh natrium (Na), kalium (K), magnesium (Mg), dan kalsium (Ca) (Suwardi 2002). Ukuran jari-jari ion Na+ sebesar 1.02 Å, K+ 1.33 Å, Mg2+ 0.72 Å, dan Ca2+ 1.06 Å (Patnaik 2003). Diameter rongga zeolit sebesar 2.9–7.0 Å (Mumpton 1978), maka ion-ion tersebut dapat terjerap masuk ke dalam rongga zeolit. Zeolit merupakan batuan lempung (mineral aluminosilikat) yang mempunyai struktur lapisan (layer) (Zamroni & Thamzil 2002). Kation yang ada dalam zeolit umumnya berasal dari kation monovalen dan divalen
