102 PEMANFAATAN KITOSAN DARI CANGKANG KEPITING SEBAGAI MEDIUM FILTER UNTUK FILTRASI Cr(VI) DALAM LARUTAN Utami Irawati, Umi Baroroh Lili Utami Program Studi Kimia FMIPA Universitas Lambung Mangkurat
ABSTRAK Telah dilakukan isolasi kitosan dari cangkang kepiting melalui proses demineralisasi, deproteinasi, dan deasetilasi. Kitosan yang telah diisolasi digunakan sebagai medium filter dalam suatu unit filtrasi bersama-sama dengan arang aktif dari limbah kayu ulin. Unit filtrasi yang dirakit digunakan untuk mengadsorp Cr(VI) dalam larutan. Hasil penelitian menunjukkan konsentrasi Cr(VI) dalam larutan mengalami penurunan setelah melalui pengolahan dengan unit filtrasi. Adsorpsi Cr(VI) pada proses filtrasi dipengaruhi oleh waktu kontak. Adsorpsi Cr(VI) maksimum terjadi pada menit ke-15 pengamatan, dimana konsentrasi Cr(VI) turun dari 125 ppm menjadi 55,5 ppm. Kata kunci : kitosan, adsorpsi, filtrasi, Cr(VI) ABSTRACT Isolation of chitosan from crab sheel has been conducted by demineralization, deproteination and deacetylation process. Isolated chitosan was used as a filter medium in a filtration unit together with activated charcoal. The filtration unit was used to remove Cr(VI) from its solution.. The result of the researh showed that by filtration treatment, the concentration of Cr(VI) in the solution reduced from its initial concentration. Removal of metal in this filtration process is highly affected by the period of contact between the metal and filter medium. Adsorption of Cr(VI) by this method reached its maximum removal of Cr(VI) after 15 minutes of contact, when the concentration of Cr(VI) in the solution was significantly decreased from 125 ppm to 55,5 pm. Key word
: chitosan, adsorption, filtration, Cr(VI)
Sains dan Terapan Kimia, Vol.1, No.2 (Juli 2007), 102 - 110
103
kepiting
PENDAHULUAN Kitosan adalah senyawa organik
sebagai
Pemanfaatan
sumber
cangkang
kitosan.
kepiting
di
yang strukturnya mirip glukosa. Kitosan
Indonesia belum optimal. Kitosan dari
berasal dari deasetilasi kitin dengan
cangkang kepiting memiliki kemampuan
larutan basa pekat. Kitin merupakan
sebagai biosorben, karena mengandung
senyawa
yang
kitin. Penelitian Volesky dan Niu (2000)
menyusun bagian keras dari cangkang
menunjukkan bahwa cangkang kepiting
kulit
Crustacea
ternyata memiliki kemampuan biosorpsi
(Muzzarelli, 1977). Kitosan diperoleh
yang lebih baik untuk mengikat logam
dari sumber alamiah dengan tahapan
dalam
proses
Bacillus, Penicillium dan Sargassum.
organik
hewan
yang
alamiah
golongan
sedikit
lebih
panjang
dibanding dengan memperoleh kitin. Kitosan
digunakan
anion
dibandingkan
Salah satu alternatif penggunaan
berbagai
kitosan untuk mengurangi kadar logam
beberapa
dalam larutan adalah metode filtrasi.
mudah
Kitosan digunakan sebagai medium
dimodifikasi daripada kitin, karena dapat
filter utama. Larutan yang mengandung
larut
pelarut
logam dialirkan melalui suatu medium
keberadaan
filter tersebut. interaksi antara medium
keperluan,
karena
keunggulan.
Kitosan
dalam
sederhana. gugus
lebih
beberapa
Selain
amina
itu,
yang
memudahkan dengan
dalam
bentuk
lebih
banyak
filter dengan logam yang akan diserap
berinteraksi
terjadi melalui kontak antara logam
dibandingkan
dalam larutan dengan kitosan sebagai
kitosan
senyawa
lain
dengan kitin (Ogawa et al., 2004).
medium filter.
Isolasi kitosan berlangsung melalui tahapan demineralisasi, deproteinasi,
METODOLOGI
dan deasetilasi. Tahapan deasetilasi
Isolasi Kitosan
bertujuan
untuk
gugus
Cangkang kepiting dicuci dengan
asetil dari kitin sehingga tersisa lebih
air panas, dikeringkan dan ditumbuk
banyak gugus amina. Banyaknya gugus
sampaii
asetil
menunjukkan
kepiting direfluks dengan NaOH 3,5%
deasetilasi.
(perbandingan 1 : 10) selama 2 jam
Besaran proses deasetilasi dinyatakan
pada suhu 60˚C. Campuran kemudian
sebagai derajat deasetilasi atau Degree
disaring, dan residu berupa serbuk
of Deacetylation (Zhang et al., 2005).
dicuci dengan aquadest sampai tidak
yang
efektivitas
melepaskan
terlepas
dari
proses
Sumber daya kelautan Indonesia yang
melimpah
mengembangkan
memiliki limbah
halus.
Serbuk
cangkang
lagi bersifat basa. Serbuk dikeringkan
potensi
dalam oven pada suhu 60˚ C selama 4
cangkang
jam. Serbuk cangkang kepiting yang
Pemanfaatan Citosan dari.... (Utami Irawati dan Umi Barororoh L.U)
104 telah
mengalami
deproteinase
diperhatikan. Asap putih dan tebal
kemudian didemineralisasi dalam HCl
menunjukkan
1,0 M (perbandingan 1:15) pada suhu
mengering, sedangkan asap kuning
kamar selama 30 menit, dan disaring.
tebal
Residu yang diperoleh adalah kitin yang
sedang
berupa serbuk berwarna krem pucat.
pengkarbonan,
Kitin dicuci dengan aquadest sampai
jumlah
tidak
pengarangan
bersifat
dikeringkan
asam,
dalam
kemudian
oven.
Untuk
bahwa
kayu
menunjukkan
sedang
pengkarbonan
berlangsung. tungku
oksigen
Pada
fase
ditutup
agar
pada
ruang
serendah-rendahnya.
Pengaturan udara di dalam tungku
memperoleh kitosan dari kitin, dilakukan
diatur
deasetilasi dengan mereaksikan kitin
memasang
dan larutan NaOH 50% (perbandingan
Pengarangan
1 : 10) pada suhu 100˚ C selama 30
semakin menipis dan berwarna biru.
menit. Serbuk kitosan yang diperoleh
Arang
dicuci dengan aquadest sampai netral,
kemudian dihaluskan dengan lumpang,
disaring, dan dikeringkan dalam oven.
Arang disaring dengan ukuran 20-40
Serbuk kitosan yang diperoleh dianalisis
mesh. Arang direbus selama 3 jam, lalu
dengan
Infra
disaring dan dikeringkan selama 1 jam.
Merah untuk menentukan gugus fungsi
Hasil saringan disimpan dalam wadah
yang ada.
tertutup.
Pembuatan Arang Limbah Kayu Ulin
Pembuatan Unit Filtrasi
metode
Spektroskopi
Wadah pengarangan dibuat dari suatu
kaleng
bekas
yang
lengkap
dengan tutup. Tutup diberi lubanglubang ukuran 1x1 cm. Saat pembuatan arang, wadah diletakkan
di atas dua
buah pipa dengan bagian yang ada lubangnya berada dibawah. Sebelum pengarangan,
pada
bagian
bawah
dengan pipa
yang
Unit
secara
merata
proses udara
bakarnya.
pengarangan, dibiarkan
dilubangi
karakteristik
asap
yang
diperoleh
dan
asap
didinginkan,
dibuat
dengan
diberi
sumbat
untuk
mengalirkan limbah yang telah diolah keluar dari unit filtrasi. Medium filter disusun dalam unit filtrasi dengan urutan sebagai berikut :
pada
lubang-lubang terbuka,
saat
wadah.
mineral). Pada bagian botol plastik
serta
Selanjutnya
bawah
atau
memanfaatkan botol plastik (bekas air
menggunakan minyak tanah sebagai bahan
di
selesai
filtrasi
wadah diberi bahan bakar berupa sabut kelapa
melepaskan
dan
terbentuk
Sains dan Terapan Kimia, Vol.1, No.2 (Juli 2007), 102 - 110
kerikil ijuk arang kitosan arang ijuk
105 Analisis Kadar Cr(VI) Cr6+
Larutan
dibuat
dari
dari
mengadsorpsi Cr(VI)
dalam larutan.
Beberapa
dalam
perlakuan
isolasi
K2CrO4 yang dilarutkan dalam akuades.
kitosan
Konsentrasi awal larutan adalah 125
deproteinasi
mg/L. Larutan limbah sintetik dialirkan
Proses konversi kitin menjadi kitosan,
ke dalam unit filtrasi, dan setiap selang
dilakukan dengan langkah deasetilasi,
waktu tertentu, sumbat pada unit filtrasi
yang
bertujuan
dibuka,
gugus
asetil
dan
ditampung.
limbah Limbah
yang
keluar
sintetik
yang
meliputi
demineralisasi
hingga
dan
diperoleh
untuk yang
kitin.
melepaskan ada
pada
kitin,sehingga tersisa gugus amina.
tertampung pada setiap interval waktu,
Mekanisme deasetilasi pada kitin
dianalisis kadar Cr yang tertinggal di
dapat dilihat dalam gambar 1. Analisis
dalamnya dengan metode Spektroskopi
keberhasilan
Serapan Atom.
kitosan
PEMBAHASAN
spektra IR. Hasil spektra infra merah
Penelitian mengisolasi kepiting
ini
bertujuan
kitosan
yang
dari
untuk
cangkang
selanjutnya
akan
digunakan sebagai medium filter untuk
konversi
dilakukan
kitin
menjadi
dengan
melihat
hasil analisis kitin dan kitosan telah
diisolasi
ditunjukkan
dalam
dalam
.
+ .OH
adisi
Gambar 4.
O
O
R N C CH3
R N C CH3
H OH
H kitin
danserahterimaproton
2
..
.O
eliminasi
penelitian
Gambar
.
R N C CH3
yang
O
R NH2 + kitosan
C. CH3 O.
Gambar 1. Mekanisme deasetilasi pada kitin
Pemanfaatan Citosan dari.... (Utami Irawati dan Umi Barororoh L.U)
H OH
ini dan
106
Gambar 2. Spektra inframerah kitin
Berdasarkan
spektra
inframerah
1635,5 cm-1.
Serapan ini merupakan
kitin pada Gambar 2, didapat beberapa
serapan khas untuk kitin.
buah puncak utama antara lain pada
dengan intensitas tinggi pada 1434,9
-1
cm-1 menunjukkan adanya gugus –CH2-.
menunjukkan adanya rentangan –OH
Selain itu, pada bilangan gelombang
yang
1319,2
bilangan
gelombang
berikatan
3448,5
hidrogen
puncaknya melebar.
cm
sehingga
Serapan pada
cm-1
Serapan
menunjukkan
rentangan –CH3-
adanya
Adanya gugus C-O
-1
ditunjukkan dengan munculnya serapan
merupakan vibrasi rentangan –NH dari
pada bilangan gelombang 1157,2 cm-1.
gugus amina skunder.
Serapan
bilangan
gelombang
3274,9
cm
Pada bilangan
pada
gelombang 3112,9 cm-1 menunjukkan
1033,8
adanya
rentang –CN amina.
rentang
=CH.
Bilangan
cm-1
bilangan
gelombang
menunjukkan
adanya
gelombang di sebelah kanan dari 3000
Berdasarkan data di atas dapat
cm-1 menunjukkan adanya rentangan
disimpulkan bahwa senyawa di atas
dan uluran –CH, yaitu pada 2927,7 cm-1
mengandung –NHCO (amida), -OH, -
dan
2858,3
-1
cm .
Serapan
pada
CH jenuh, -CH2-. –CN, dan adanya
bilangan gelombang 1747,4 dan 1797,5
gugus C=O.
cm-1
C=O.
dengan struktur kitin yang mengandung
Vibrasi rentangan C=O pada amida
gugus asetamida pada rantaipolimernya
terdapat
yang ditunjukkan pada gambar 3.
menunjukkan
pada
rentangan
bilangan
gelombang
Sains dan Terapan Kimia, Vol.1, No.2 (Juli 2007), 102 - 110
Hal tersebut sesuai
107
Gambar 3. Berdasarkan
spektra
inframerah
Struktur Kitin penambahan konsentrasi gugus amina
kitosan pada Gambar 4, dapat dilihat
hasil reaksi deasetilasi.
bahwa
terjadi
muncul serapan pada 3448,5 cm-1 yang
antara
spektra
beberapa kitin
perubahan
dan
kitosan.
berasal
dari
gugus
Pada kitosan
–OH
berikatan
Beberapa perubahan tersebut antara
hidrogen. Serapan –CH jenuh tampak
lain adalah serapan yang muncul pada
pada spektra kitosan di sebelah kanan
spektra kitin pada bilangan gelombang
3000 cm-1 yaitu 2923,9 cm-1 dan 2877,6
3274,9 cm-1, yang menunjukkan adanya
cm-1 yang diperkuat oleh serapan –CH2-
vibrasi
rentangan
pada bilangan gelombang 1454,2 cm-1.
amina.
Pada spektra kitosan serapan
tersebut
tidak
–NH
terlihat
dari
jelas
gugus
karena
Serapan khas
untuk kitosan terdapat
pada bilangan gelombang 1654,8 cm-1
dimungkinkan terjadi tumpang tindih
yangmenunjukkan
antara gugus –NH dengan –OH yang
C=O dari gugus amida.
berikatan
hidrogen
sebagai
Gambar 4.
adanya
akibat
Spektra infra merah kitosan
Pemanfaatan Citosan dari.... (Utami Irawati dan Umi Barororoh L.U)
rentangan
108 Berdasarkan tersebut,
spektra
terjadi
inframerah
perubahan
pada
bilangan gelombang 1747,4 dan 1797,5 -1
yang
yang
tersisa
dalam
disajikan dalam Tabel 1.
larutan Tabel 1
memperlihatkan bahwa sampai dengan
rentangan
menit kelima belas dari pengamatan,
Pada spektra kitin, hal ini
konsentrasi Cr yang tersisa dalam
menunjukkan bahwa kitin mengandung
larutan terus mengalami penurunan.
adanya
Penurunan jumlah Cr6+ dalam larutan ini
cm
C=O.
menunjukkan
total
gugus
amida
(asetamida). kitosan
diakibatkan terjadi interaksi antara Cr6+
gelombang
dengan situs-situs aktif yang ada pada
1747,4 dan 1797,5 cm-1 tersebut tidak
kitosan, yang didominasi oleh gugus
muncul karena gugus asetil yang ada
amina. Mulai dari menit ketiga puluh
pada kitin telah dilepaskan sebagai
dari pengamatan, konsentrasi Cr dalam
akibat reaksi deasetilasi dengan larutan
larutan kembali mengalami kenaikan.
basa berkonsentrasi tinggi.
Perubahan
Sedangkan serapan
pada
pada
Adsorpsi
spektra
bilangan
Cr(VI)
dalam
Larutan
sebagai
Cr
fungsi
dalam waktu
divisualisasikan dalam grafik berikut :
dengan Filtrasi Metode
larutan
konsentrasi
yang
digunakan
Diperkirakan
pola
perubahan
mengurangi kadar Cr(VI) dalam larutan
konsentrasi
adalah melalui filtrasi, dengan suatu
dikarenakan pengikatan Cr oleh kitosan
sistem kontinyu. Larutan K2CrO7 yang
pada saat filtrasi berlangsung berjalan
dialirkan ke dalam medium filter berisi
dengan efektif hingga menit kelima
kitosan
ditampung
yang
sedemikian
untuk
beberapa
belas.
dan
dilakukan
pengamatan tersebut, situs-situs aktif
pengukuran konsentrasi Cr(VI) yang
yang ada pada kitosan kemungkinan
tersisa dalam filtrat tersebut. Hasil
telah jenuh dengan logam yang terikat,
pengukuran terhadap konsentrasi Cr
sehingga tidak lagi dapat mengikat
innterval
waktu,
Setelah
jangka
logam yang ada dalam larutan. Tabel 1. Konsentrasi Cr yang Tersisa dalam Larutan untuk Setiap Interval Waktu yang Diamati t (menit) [Cr] dalam filtrat (mg/L) Persentase Cr6+ yang terserap 0 109,9 12.08% 5 67,4 46.08% 10 61,5 50.80% 15 55,5 55.60% 30 58 53.60% 45 78,3* 43.52% 60 70,6 25.68% 120 92,9 24.08% 180 94,9 12.08%
Sains dan Terapan Kimia, Vol.1, No.2 (Juli 2007), 102 - 110
waktu
109
[Cr6+] dalam filtrat (mg/L)
120 100 80 60 40 20 t (menit) 0 0
Gambar 4
50
100
150
200
Grafik Konsentrasi Cr untuk Setiap Interval Waktu yang Diamati
Selain itu, interaksi yang terjadi antara ion logam dengan medium filter
Cr6+ oleh medium filter yang digunakan tercapai pada menit ke-15.
diperkirakan didominasi oleh adsorpsi
Mulai dari menit ke-30, adsorpsi
6+
tidak lagi dapat berlangsung secara
terlepas
optimum, dan konsentrasi logam dalam
kembali. Kemungkinan akan terjadinya
filtrat untuk interval waktu tersebut mulai
adsorpsi fisik ini sesuai dengan hasil
mengalami kenaikan.
fisik, sehingga ada kemungkinan Cr yang
semula
telah
terikat
penelitian oleh Xue et al (2000) yang menggunakan spektra infra merah dari
KESIMPULAN
kitosan
1. Kitosan yang diisolasi dari cangkang
yang
telah
diinteraksikan
dengan Cr6+ untuk menyatakan bahwa adsorpsi Cr
6+
oleh kitosan merupakan
adsorpsi fisik.
melalui
demineralisasi,,
proses
deproteinasi,
dan
deasetilasi dari cangkang kepiting
Selain mekanisme yang terjadi pada saat adsorpsi, banyaknya logam yang
kepiting
teradsorp
2. Kitosan dapat dimanfaatkan sebagai
kitosan
juga
medium filter untuk mengadsorp
faktor-faktor
lain,
Cr(VI) dalam larutan, terbukti dari
seperti bentuk dan ukuran dari kitosan
penurunan kadar logam tersebut
yang digunakan (Dambies et al., 2001),
setelah dialirkan melalui unit filtrasi
ukuran partikel kitosan (Qi dan Xu,
yang berisi kitosan dan arang aktif.
dipengaruhi
oleh
oleh
mengndung gugus amina.
2004). Berdasarkan pengamatan
3. Waktu data tersebut,
hasil dapat
dengan
optimum metode
adsorpsi filtrasi
penelitian ini adalah 15 menit.
disimpulkan bahwa adsorpsi optimum
Pemanfaatan Citosan dari.... (Utami Irawati dan Umi Barororoh L.U)
Cr6+ dalam
110 DAFTAR PUSTAKA Dambies, L., Guimon,C., Yiacoumi, S., Guibal E., 2001, ‘Characterization of metal ion interactions with chitosan by X-ray photoelectron spectroscopy’, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, Vol. 177, pp. 203–214 Muzzarelli, 1977, Chitin, Pergamon Press: Oxford, England Ogawa, K., Yui, T., Okuyama, K., 2004, Three D Structures of Chitosan, International Journal of Biological Macromolecules, Vol. 34, pp.1 – 8 Qi, L., Xu, Z., 2004, ‘Lead sorption from aqueous solutions on chitosan nanoparticles‘,Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects, Vol. 251, pp.183–190
Volesky, B., Niu, H., 2000, Biosorption of anionic metal complexes, diakses tanggal 25 Maret 2007
Xue,A., Qian, S., Huang, G., and Chen, L., 2000, ‘Separation and preconcentration of chromium speciation on chitosan and determination by graphite furnace atomic absorption spectrometry’, J. Anal. At. Spectrom., Vol. 15, pp.1513-1515 Zhang, Y., Xue, C., Xue,Y., Gao, R., and Zhang, X., 2005, ‘Determination of the degree of deacetylation of chitin and chitosan by X-ray powder diffraction’, Carbohydrate Research, Vol 340, pp. 1914 1917
Sains dan Terapan Kimia, Vol.1, No.2 (Juli 2007), 102 - 110
