HALAMAN JUDUL MODIFIKASI ADSORBEN DARI ABU VULKANIK GUNUNG KELUD DENGAN HNO3 DAN UJI ADSORPTIVITASNYA TERHADAP ION LOGAM Ni(II) DAN Zn(II) DALAM LIMBAH CAIR INDUSTRI ELEKTROPLATING
TUGAS AKHIR SKRIPSI
Diajukan kepada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Yogyakarta untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan guna Memperoleh Gelar Sarjana Sains
Oleh : Nurul Islam Miyati NIM 13307144002
PROGRAM STUDI KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA 2017
i
MODIFIKASI ADSORBEN DARI ABU VULKANIK GUNUNG KELUD DENGAN HNO3 DAN UJI ADSORPTIVITASNYA TERHADAP ION LOGAM Ni(II) DAN Zn(II) DALAM LIMBAH CAIR INDUSTRI ELEKTROPLATING Oleh: Nurul Islam Miyati NIM 13307144002 ABSTRAK Tujuan penelitian ini adalah mengetahui karakter gugus fungsi, porositas, kadar air dan keasaman adsorben, daya adsorpsi dan efisiensi adsorpsi adsorben terhadap ion logam Ni(II) dan Zn(II) dalam limbah cair industri elektroplating, serta pH optimum adsorpsi. Subjek penelitian ini adalah abu vulkanik gunung kelud. Objek penelitian ini adalah karakter adsorben hasil sintesis meliputi gugus fungsi, porositas, keasaman dan kadar air adsorben, serta efisiensi dan daya adsorpsi adsorben. Metode pembuatan adsorben adalah metode sol gel. Asam yang digunakan pada sintesis adsorben adalah asam nitrat 3M. Kondisi pH pada pengujian efisiensi dan daya adsorpsi yaitu 1, 2, 4, 6, dan 8, dengan jenis ion logam yang diadsorpsi yaitu ion logam Ni(II) dan Zn(II) dalam limbah cair industri elektroplating. Hasil penelitian menunjukkan bahwa efisiensi produksi adsorben sebanyak 63,73%. Karakter spektra FTIR adsorben hasil sintesis memiliki kemiripan dengan kiesel gel 60G. Karakter porositas menunjukkan adsorben hasil sintesis memiliki luas permukaan 144,744 m2/g, volume total pori 0,771 cm3/g dan jarijari ukuran pori 106,54 Å. Nilai keasaman adsorben hasil sintesis adalah 5,6859 mmol/gram dan kadar air adalah 9%. Kondisi pH optimum dalam pengujian adsorpsi adalah pH 6 dengan daya adsorpsi terhadap ion logam Ni(II) dan Zn(II) secara berurutan adalah 1,44462 mg/g dan 0,01509 mg/g, sedangkan efisiensi adsorpsi secara berurutan adalah 57,98% dan 2,73%. Kata kunci: Adsorben, adsorpsi, ion logam Ni(II) dan Zn(II), pH
ii
MODIFICATION OF ADSORBENT FROM KELUD VOLCANIC ASH USING HNO3 FOR ADSORPTION OF NICKEL(II) AND ZINC(II) METAL IONS IN THE ELECTROPLATING WASTE Author: Nurul Islam Miyati NIM 13307144002 ABSTRACT The goal of the research is to find out the functional group, the porosity, the acidity, the water content of synthesized adsorbent, the adsorption capacity, the efficiency of adsorption, and optimum pH of adsorption synthesized adsorbent on Ni(II) and Zn(II) metal ions from the electroplating wastewater. The subject was Kelud volcanic ash. The object was the charateristic of synthesized adsorbent include the functional group in the chemical structure, the porosity, the acidity, and the water content. Furthermore, the object is to investigate the efficiency and the capacity of synthesized adsorbent in the removal of Ni(II) and Zn(II) metal ions from the electroplating wastewater. The method that used in the research was sol gel method. The acid that used for the synthesis of adsorbent was nitrate acid with 3M concentration. The effect of pH on Ni and Zn metal ions sorption were studied by varying the pH from 1, 2, 4, 6, and 8. The result showed that the production efficiency of synthesized adsorbent was 63.73%. Based on the FTIR spectra data that showing a similar pattern to kiesel gel 60G produced by Merck. The characteristic of porosity showed that synthesized adsorbent has the surface area was 144.744 m2/g, the pore volume was 0.771 cm3/g and the radius size pore was 106.54 Å. The acidity of synthesized adsorbent was 5.6859 mmol/gram. The water content was 9%. The optimum pH of adsorption of Ni(II) and Zn(II) was obtained at pH 6 with adsorption capacity of Ni(II) and Zn(II) ions were 1.44462 mg/g and 0.01509 mg/g respectively. The adsorption efficiency of Ni(II) and Zn(II) ions were 57.98% and 2.73% respectively. Keyword: Adsorbent, adsorpstion, Ni(II) metal ions and Zn(II) metal ions, pH
iii
SURAT PERNYATAAN
iv
LEMBAR PERSETUJUAN
v
HALAMAN PENGESAHAN
vi
MOTTO “...Sesungguhnya Allah tidak akan mengubah keadaan suatu kaum sebelum mereka mengubah keadaan diri mereka sendiri...” (QS. Ar-Ra‟du : 11) “Bersemangatlah atas hal-hal yang bermanfaat bagimu. Minta tolonglah pada Allah, jangan engkau lemah.” (HR. Muslim) “Jika kamu tidak kuat menanggung lelahnya belajar, maka kamu akan menanggung perihnya kebodohan.” (Imam Syafi‟i) “Bila kita bertemu dengan rintangan, Hadapi semua sebagai tantangan, Bila kita berjumpa dengan himpitan, Yakinlah Allah akan hadirkan kelapangan, Dan bila kita bersua dengan kesulitan, Niscaya Allah sudah siapkan kemudahan, Pantang mengaku kalah meski harus berteman lelah, Pantang mengeluh meski harus berkawan peluh, Pantang mundur meski semangat mulai mengendur, Pantang putus asa meski tubuh seakan tak kuasa, Pantanglah menyerah hingga akhir usia.” (Ustadzah Rochma Yulika, dalam bukunya Wahai Muslimah Jangan Menyerah)
vii
HALAMAN PERSEMBAHAN Alhamdulillahi rabbil „alamin. Segala puji hanya bagi Allah yang Maha Menghukumi segala sesuatunya, Maha Berkehendak atas segala yang Dia kehendaki, tiada cela atas ketetapanNya, Dialah Allah Yang Maha Berkuasa atas hamba-hambaNya. Karya kecil ini penulis persembahkan teruntuk: 1. Ayah dan Ibu, yang tiada henti mendoakan, mendukung dan meridhoi langkah ini. 2. Kakak terkasih, yang senantiasa membimbing dan mengingatkan agar selalu melibatkan Allah dalam perjuangan ini, karena Dialah sebenar-benarnya Eksekutor, atas ikhtiar dan doa hamba-hambaNya. 3. Ummu Sulayman, sang murabbi, dan akhwat-akhwat halaqah tarbiyah (Mbak Isti, Mbak Dede, Mbak Puji, Mbak Putu, Mbak Fitri, Mbak Ira, Mbak April, Mbak Lina, Mbak Munika, Hukma, dan Eni), jazakunnallahu khayr atas semangat dan nasihatnya. 4. Teman seperjuangan, calon bidadari Surga insyaaAllah (Asiah, Eka, Fifi, Fitri) jazakunnallahu khayr sudah banyak membantu, menemani dan menghibur selama perjalanan pencapaian ini. 5. Teman-teman Kimia E 2013, terimakasih atas dukungan, saran dan bantuannya. 6. Semua pihak yang tak bisa disebutkan satu per satu,..Syukron
viii
KATA PENGANTAR Segala puji hanya bagi Allah atas segala Rahmat dan Karunia-Nya sehingga penyusun dapat menyelesaikan laporan Tugas Akhir Skripsi ini. Penyusunan laporan ini dapat diselesaikan berkat bantuan, bimbingan dan pengarahan dari berbagai pihak, maka dari itu pada kesempatan ini penyusun menyampaikan terima kasih kepada: 1. Bapak Dr. Hartono selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Yogyakarta. 2. Bapak Drs. Jaslin Ikhsan, M.App.Sc., Ph.D selaku Ketua Jurdik Pendidikan Kimia dan Ketua Prodi Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Yogyakarta. 3. Bapak Crys Fajar Partana, M.Si. selaku Dosen Penasehat Akademik. 4. Ibu Susila Kristianingrum, M.Si selaku Dosen Pembimbing Utama Tugas Akhir Skripsi. 5. Ibu Dra. Regina Tutik Padmaningrum, M.Si selaku Penguji Utama Sidang Tugas Akhir Skripsi. 6. Ibu Sulistyani, M.Si selaku Penguji Pendamping Sidang Tugas Akhir Skripsi. 7. Seluruh pihak yang tidak dapat penyusun sebutkan satu persatu yang telah membantu dalam penyusunan Laporan Tugas Akhir Skripsi ini. Penyusun menyadari terdapat banyak kekurangan baik dalam pelaksanaan maupun penyusunan laporan ini. Oleh karena itu, penyusun mengucapkan terimakasih kepada semua pihak yang telah membantu dan mendukung dalam menyusun laporan ini. Laporan ini diharapkan bermanfaat dan dapat menjadi referensi bagi para mahasiswa. Yogyakarta, 26 Mei 2017 Penyusun,
Nurul Islam Miyati NIM 13307144002
ix
DAFTAR ISI HALAMAN HALAMAN JUDUL .............................................................................................. i ABSTRAK ............................................................................................................. ii SURAT PERNYATAAN ..................................................................................... iii LEMBAR PERSETUJUAN ................................................................................ iv HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................... v MOTTO ............................................................................................................... vii HALAMAN PERSEMBAHAN ........................................................................ viii KATA PENGANTAR .......................................................................................... ix DAFTAR ISI .......................................................................................................... x DAFTAR TABEL .............................................................................................. xiii DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xv DAFTAR LAMPIRAN ..................................................................................... xvii BAB I PENDAHULUAN ...................................................................................... 1 A.
Latar Belakang .......................................................................................... 1
B.
Identifikasi Masalah .................................................................................. 3
C.
Pembatasan Masalah ................................................................................ 4
D.
Perumusan Masalah .................................................................................. 4
E.
Tujuan Penelitian ...................................................................................... 5
F.
Manfaat Penelitian .................................................................................... 5
BAB II KAJIAN PUSTAKA ................................................................................ 7 A. 1.
Deskripsi Teori .......................................................................................... 7 Deskripsi Abu Vulkanik gunung kelud ................................................ 7
x
2.
Metode Sol Gel ........................................................................................ 8
3.
Adsorben Silika Gel ................................................................................ 8
4.
Adsorpsi ................................................................................................. 10
5.
Limbah Elektroplating......................................................................... 12
6.
Logam Zink ........................................................................................... 13
7.
Logam Nikel .......................................................................................... 13
8.
Spektrofotometer FTIR ....................................................................... 14
9.
Spektrofotometer Serapan Atom ........................................................ 17
10.
Gas Surface Analyzer ....................................................................... 18
B.
Penelitian Yang Relevan ......................................................................... 22
C.
Kerangka Berfikir ................................................................................... 24
BAB III METODE PENELITIAN .................................................................... 26 A.
Subjek dan Objek Penelitian .................................................................. 26
B.
Teknik Pengambilan Sampel .................................................................. 26
C.
Variabel Penelitian .................................................................................. 26
D.
Alat dan Bahan ........................................................................................ 27
E.
Prosedur Penelitian ................................................................................. 28
F.
Teknik Analisis Data ............................................................................... 31
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................ 33 A.
Hasil Penelitian ........................................................................................ 33
B.
Pembahasan ............................................................................................. 39
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .............................................................. 65 A.
Kesimpulan .............................................................................................. 65
xi
B.
Saran ......................................................................................................... 65
DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 67
xii
DAFTAR TABEL HALAMAN Tabel 1. Kandungan Abu Vulkanik gunung kelud................................................ 7 Tabel 2. Klasifikasi Lunak-Keras Asam-Basa Lewis ......................................... 12 Tabel 3. Sifat Kimia Logam Zn .......................................................................... 13 Tabel 4. Sifat Kimia Logam Ni ........................................................................... 14 Tabel 5. Korelasi Inframerah Gugus Fungsional Senyawa Organo-Silikon ....... 15 Tabel 6. Kondisi Analisis Unsur Ni dan Zn ........................................................ 18 Tabel 7. Data Keasaman dan Kadar Air Adsorben Hasil Sintesis dan Kiesel Gel 60G ....................................................................................................... 33 Tabel 8. Interpretasi Spektra Kiesel gel 60G dan Adsorben Hasil Sintesis (ADHNO3) ............................................................................................ 34 Tabel 9. Porositas Adsorben Hasil Sintesis ........................................................ 35 Tabel 10. Interpretasi Spektra Adsorben Hasil Sintesis (ADHNO3) Sebelum dan Sesudah Adsorpsi pada pH optimum.................................................... 36 Tabel 11. Data Efisiensi dan Daya Adsorpsi Ion Logam Ni(II) dalam Limbah Cair Industri Elektroplating oleh Adsorben Hasil Sintesis dan kiesel Gel 60 G ........................................................................................................... 37 Tabel 12. Data Efisiensi dan Daya Adsorpsi Ion Logam Zn(II) dalam Limbah Cair Industri Elektroplating oleh Adasorben Hasil Sintesis dan kiesel Gel 60 G ........................................................................................................... 38 Tabel 13. Interpretasi FTIR Abu Sebelum dan Sesudah dicuci dengan HCl 0,1 M..................................................................................................... 46 Tabel 14. Kondisi untuk analisis AAS logam Ni dan Zn ...................................... 88
xiii
Tabel 15. Data konsentrasi (x) dan absorbansi (y) larutan standar Ni(II) ............. 89 Tabel 16. Statistik penentuan persamaan garis regresi linear larutan standar Ni(II) ..................................................................................................... 90 Tabel 17. Data konsentrasi (x) dan absorbansi (y) larutan standar Zn(II) ............ 92 Tabel 18. Statistik penentuan persamaan garis regresi linear larutan standar Zn(II) .................................................................................................... 93 Tabel 19. Daftar r nilai koefisien korelasi ............................................................. 96 Tabel 20. Nilai F pada Taraf 5% dan 1% .............................................................. 97
xiv
DAFTAR GAMBAR HALAMAN Gambar 1. Skema Kerja Alat Spektrofotometer FTIR ........................................... 16 Gambar 2. Proses Serapan Atom .............................................................................. 17 Gambar 3. Contoh Data Grafik yang dihasilkan dari Analisa GSA ..................... 20 Gambar 4. Spektra FTIR Kiesel Gel 60G dan Adsorben Hasil Sintesis (ADHNO3)............................................................................................... 34 Gambar 5. Spektra FTIR Adsorben Hasil Sintesis (ADHNO3) Sebelum dan Sesudah Adsorpsi .................................................................................... 35 Gambar 6. Kurva Standar Larutan Ni(II) ................................................................. 36 Gambar 7. Kurva Standar Larutan Zn(II) ................................................................ 37 Gambar 8. Kurva % Efisiensi Adsorpsi Ion Logam Ni(II) dan Zn(II) oleh Adsorben kiesel gel 60G pada berbagai pH ........................................ 38 Gambar 9. Kurva % Efisiensi Adsorpsi Ion Logam Ni(II) dan Zn(II) oleh Adsorben Hasil Sintesis dengan HNO3 (ADHNO3) pada berbagai pH ......................................................................................................... 39 Gambar 10. Model Mekanisme Reaksi Pembentukan Natrium Silikat ............... 41 Gambar 11. Mekanisme Reaksi Pembentukan Monomer Asam Silikat .............. 43 Gambar 12. Mekanisme Pembentukan Gel. ......................................................... 43 Gambar 13. Proses Pembentukan Alkogel (Brinker & Scherer, 1990: 102) ....... 44 Gambar 14. Spektra FTIR Abu Vulkanik gunung kelud Sebelum dan Sesudah dicuci dengan HCl 0,1 M ................................................................. 45 Gambar 15. Reaksi Adsorben Hasil Sintesis dengan Basa NaOH ....................... 48 Gambar 16. Lapisan Molekul Air dalam Silika Gel ............................................ 50
xv
Gambar 17. Reaksi Pelepasan Air pada Silika Gel .............................................. 51 Gambar 18. Pengikatan Ion Hidrogen oleh Gugus Fungsi pada Permukaan Adsorben .......................................................................................... 56 Gambar 19. Distribusi Spesies Ion Logam Ni(II) ................................................ 57 Gambar 20. Distribusi Spesies Ion Logam Zn(II) ................................................ 57 Gambar 21. Reaksi antara Gugus Silanol pada Permukaan Adsorben dan Ion Logam dalam Larutan dengan pH Asam ......................................... 58 Gambar 22. Reaksi antara Gugus Siloksan pada Permukaan Adsorben dan Ion Logam dalam Larutan dengan pH Asam ......................................... 58 Gambar 23. Pemutusan Proton pada Permukaan Silanol ..................................... 59 Gambar 24. Reaksi antara Gugus Fungsi Silanol pada Permukaan Adsorben dengan Ion Logam pada pH 4-6 ...................................................... 60 Gambar 25. Reaksi antara Gugus Fungsi Siloksan pada Permukaan Adsorben dengan Ion Logam pada pH 4-6 ...................................................... 60 Gambar 26. Radius skematis ion yang terhidrasi dengan medan elektrostatis (a) tinggi (b) rendah............................................................................... 62 Gambar 28. Kurva Standar Larutan Ni(II) ........................................................... 89 Gambar 29. Kurva Standar Larutan Zn(II) .......................................................... 93 Gambar 30. Spektra FTIR Abu kelud ................................................................ 116 Gambar 31. Spektra FTIR Adsorben hasil sintesis ............................................ 116 Gambar 32. Spektra FTIR Kiesel gel 60G ......................................................... 117 Gambar 33. Spektra FTIR adsorben hasil sintesis setelah adsorpsi pada pH 6 . 117 Gambar 34. Spektra FTIR kiesel gel 60G setelah adsorpsi pada pH 6 .............. 118
xvi
DAFTAR LAMPIRAN HALAMAN Lampiran 1.
Perhitungan Efisiensi Produktivitas Silika Gel Hasil Sintesis ........ 73
Lampiran 2.
Pembuatan Larutan Asam Nitrat dengan Konsentrasi 3 M ............. 74
Lampiran 3.
Standarisasi Larutan NaOH 0,1 M dan HCl 0,1 M .......................... 75
Lampiran 4.
Penentuan Keasaman Adsorben.......................................................... 79
Lampiran 5.
Data Perhitungan Keasaman Adsorben ............................................. 81
Lampiran 6.
Penentuan Kadar Air Adsorben .......................................................... 82
Lampiran 7.
Data Perhitungan Kadar Air Adsorben .............................................. 85
Lampiran 8.
Pembuatan larutan induk Ni(II) 1000 ppm dan larutan standar Ni(II) berbagai konsentrasi .................................................................. 86
Lampiran 9.
Pembuatan larutan induk Zn(II) 1000 ppm dan larutan standar Zn(II) berbagai konsentrasi ................................................................. 87
Lampiran 10. Kondisi analisis ion logam dengan Spektrofotometer Serapan Atom .............................................................................................. 88 Lampiran 11. Penentuan Persamaan Garis Regresi Linear larutan Standar Ni(II) dan Zn(II)....................................................................................... 89 Lampiran 12. Penentuan Daya Adsorpsi dan Efisiensi Adsorpsi Ion Logam Ni(II) dan Zn(II) dalam Limbah Cair Industri Elektroplating oleh Adsorben Hasil Sintesis ................................................................. 98 Lampiran 13. Data Perhitungan Efisiensi Adsorpsi Ion Logam Ni(II) dalam Limbah Cair Industri Elektroplating ........................................... 104
xvii
Lampiran 14. Data Perhitungan Efisiensi Adsorpsi Ion Logam Zn(II) dalam Limbah Cair Industri Elektroplating ........................................... 105 Lampiran 15. Data hasil AAS Ion Logam Ni(II) dan Zn(II).............................. 106 Lampiran 16. Diagram Kerja ............................................................................. 108 Lampiran 17. Dokumentasi selama penelitian ................................................... 113
xviii
BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Limbah industri elektroplating merupakan limbah yang dihasilkan dari proses pelapisan padatan dengan logam menggunakan arus listrik melalui larutan elektrolit. Limbah cair elektroplating mengandung logam-logam berat, seperti Ni(II) dan Zn(II) (Marwati, Padmaningrum & Marfuatun, 2007: 1). Kadar Ni(II) dalam limbah elektroplating relatif cukup besar dibanding dengan logam-logam berat lainnya, yaitu 25,955 ppm, sedangkan kadar Zn(II) sebesar 20,982 ppm (Padmaningrum & Marwati, 2008: 87). Pada Keputusan Menteri Negara Lingkungan Hidup No.KEP-51/MENLH/10/1995 tentang baku mutu limbah cair bagi kegiatan industri disebutkan bahwa batas maksimum pencemaran logam Ni(II) 1,0 mg/L dan logam Zn(II) 1,0 mg/L. Berdasarkan keputusan tersebut, diketahui kadar Ni(II) dan Zn(II) dalam limbah cair elektroplating berada di atas batas maksimum yang diperbolehkan. Beberapa metode yang dapat digunakan untuk menangani limbah ion logam berbahaya secara umum termasuk ion logam Ni(II) dan Zn(II) adalah metode pengendapan, evaporasi, elektrokimia, dan adsorpsi (Lelifajri, 2010: 126). Metode adsorpsi merupakan salah satu metode yang paling sering dilakukan untuk mengurangi jumlah logam beracun dalam air limbah (Priadi dkk., 2014: 11). Adsorpsi merupakan proses fisika-kimiawi di mana adsorbat, dalam hal ini zat pencemar, terakumulasi di permukaan padatan yang disebut adsorben (Priadi dkk., 2014: 11).
1
Adsorben adalah zat padat yang dapat menyerap komponen tertentu dari suatu fase fluida. Adsorben memiliki struktur yang sangat berpori dengan luas permukaan yang besar (Rahmayanti & MZ, 2013: 2). Berbagai jenis adsorben karbon aktif telah berhasil dikembangkan dan terbukti mampu mengadsorpsi ion logam berat, hanya saja tergolong mahal dan sulit untuk diproduksi (Nurdila, Asri, & Suharyadi, 2015: 23). Pemanfaatan adsorben silika gel yang relatif lebih murah dibanding karbon aktif memiliki beberapa keunggulan, seperti stabil dalam kondisi asam, non swelling, porositas tinggi, luas permukaan yang besar, dan tahan terhadap temperatur tinggi (Buhani dkk., 2010: 83). Silika gel merupakan padatan organik yang memiliki gugus aktif silanol (Si-OH) dan siloksan (Si-O-Si) pada permukaannya. Adanya kedua gugus aktif ini, silika gel dapat digunakan untuk adsorpsi (Kristianingrum, Siswani, & Fillaeli, 2011: 282). Silika gel dapat dibuat dari bahan alam yang mengandung unsur silika, seperti abu vulkanik hasil erupsi Kelud Februari 2014 silam. Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh Bambang (2014), abu vulkanik yang dihasilkan dari letusan gunung Kelud tersebut, mengandung unsur silika sebesar 70,6%. Penelitian mengenai pemanfaatan abu vulkanik hasil erupsi Kelud pada Februari 2014 dalam pembuatan adsorben silika gel telah dilakukan oleh Melantika (2014). Pada penelitian ini telah berhasil dilakukan sintesis silika gel dengan asam nitrat pada variasi konsentrasi asam 1, 2 dan 3 M menggunakan metode sol gel dengan natrium silikat sebagai prekursornya. Hasil penelitian menunjukkan bahwa variasi konsentrasi asam yang digunakan dalam sintesis
2
silika gel berpengaruh pada jumlah silika gel yang dihasilkan dan efisiensi adsorpsi terhadap ion logam. Semakin tinggi konsentrasi asam, maka semakin banyak jumlah silika gel yang dihasilkan dan semakin meningkat harga efisiensi adsorpsi terhadap ion logam. Jumlah ion logam yang diserap oleh adsorben dipengaruhi oleh beberapa faktor, seperti pH medium, konsentrasi substrat, kekuatan ion, dan pembentukan kompleks ion (Ikhsan, Johnson, & Wells, 1999: 403). Menurut penelitian Buhani (2009: 309), efektivitas adsorben untuk berikatan dengan logam sangat ditentukan oleh interaksi kimia pembentukan kompleks antara ligan pada permukaan adsorben dan ion logam. Interaksi kimia yang terjadi dipengaruhi oleh kondisi asam-basa pada interaksi ion logam dan ligan yang terdapat pada permukaan adsorben (Buhani dkk., 2009: 302) Pada penelitian ini, dipelajari pengaruh pH interaksi ion logam Ni(II) dan Zn(II) dalam limbah cair industri elektroplating pada adsorben silika gel yang diperoleh dari sintesis silika gel dari abu Kelud melalui metode sol gel menggunakan asam nitrat 3 M. B. Identifikasi Masalah Berdasarkan latar belakang masalah yang diuraikan dapat diidentifikasi beberapa permasalahan sebagai berikut: 1. Metode yang digunakan untuk sintesis adsorben silika gel bervariasi. 2. Jenis asam yang digunakan untuk sintesis adsorben silika gel mempengaruhi hasil sintesis. 3. Konsentrasi asam yang digunakan mempengaruhi hasil sintesis.
3
4. Jenis ion logam yang diadsorpsi oleh adsorben silika gel bervariasi. 5. pH lingkungan mempengaruhi daya adsorpsi adsorben hasil sintesis terhadap ion logam. C. Pembatasan Masalah Berdasarkan identifikasi masalah di atas, maka dalam penelitian ini diberikan beberapa pembatasan masalah sebagai berikut: 1. Metode yang digunakan dalam sintesis adsorben silika gel adalah metode sol gel. 2. Jenis asam yang digunakan dalam sintesis adsorben silika gel adalah asam nitrat. 3. Konsentrasi asam nitrat dalam sintesis adsorben silika gel adalah 3 M. 4. Jenis ion logam yang diadsorpsi adalah logam Ni(II) dan Zn(II) dalam cuplikan limbah cair industri elektroplating. 5. pH lingkungan dalam adsorpsi adsorben hasil sintesis terhadap ion logam adalah 1, 2, 4, 6 dan 8. D. Perumusan Masalah Berdasarkan hasil identifikasi masalah dan pembatasan masalah di atas, maka dapat dirumuskan permasalahan sebagai berikut: 1. Bagaimana karakter gugus fungsi, porositas, keasaman dan kadar air adsorben hasil sintesis dari abu vulkanik gunung kelud? 2. Berapa daya adsorpsi dan efisiensi adsorpsi paling optimum adsorben hasil sintesis terhadap ion logam Ni(II) dan Zn(II) dalam cuplikan limbah cair industri elektroplating?
4
3. Berapa pH optimum dalam uji daya adsorpsi adsorben hasil sintesis terhadap ion logam Ni(II) dan Zn(II) dalam limbah cair industri elektroplating? E. Tujuan Penelitian Adapun tujuan dari penelitian ini adalah 1. Mengetahui karakter gugus fungsi, porositas, keasaman dan kadar air adsorben hasil sintesis dari abu vulkanik gunung kelud. 2. Mengetahui daya adsorpsi dan efisiensi adsorpsi paling optimum adsorben hasil sintesis terhadap ion logam Ni(II) dan Zn(II) dalam cuplikan limbah cair industri elektroplating. 3. Mengetahui pH optimum dalam uji daya adsorpsi adsorben hasil sintesis terhadap ion logam Ni(II) dan Zn(II) dalam limbah cair industri elektroplating. F. Manfaat Penelitian 1. Bagi perkembangan ilmu pengetahuan Dapat dijadikan sebagai bahan pustaka dalam pengembangan metode sintesis adsorben silika gel dari bahan baku murah dan mudah diperoleh sebagai upaya penanganan limbah. 2. Bagi praktisi Dapat dijadikan sebagai solusi untuk meminimalisir dampak buruk dari kandungan logam berat berbahaya di dalam limbah cair elektroplating. 3. Bagi mahasiswa
5
Dapat menambah pengetahuan dan wawasan, serta dijadikan sebagai sarana untuk mengaplikasikan ilmu baik teori maupun praktik selama perkuliahan.
6
BAB II KAJIAN PUSTAKA A. Deskripsi Teori 1. Deskripsi Abu Vulkanik gunung Kelud Abu vulkanik merupakan bahan material vulkanik jatuhan yang disemburkan ke udara pada saat terjadi letusan (Sinaga, Sembiring, & Lubis, 2015: 1160). Letusan tersebut terdiri dari batuan berukuran besar sampai berukuran halus. Batuan yang berukuran besar akan jatuh disekitar kawah, dan yang berukuran halus dapat jatuh pada jarak mencapai ratusan km dari kawah. Hal tersebut terjadi karena adanya hembusan angin (Khalis, Dewi, & Wisnumurti, 2016: 3). Letusan Kelud yang terjadi pada 14 Februari 2014 berdampak sangat luas. Sebaran abu vulkanik gunung kelud mencapai radius 200-300 km (Suntoro dkk., 2014: 69). Berdasarkan hasil analisis XRF (X-Ray Fluorescence), diketahui bahwa kandungan abu Kelud terdiri dari unsur-unsur seperti ditunjukkan dalam Tabel 1. Tabel 1. Kandungan Abu Vulkanik gunung kelud (Kasatriyanto, 2014) Unsur Kadar (%) Silika
70,60
Alumunium
9,00
Besi
5,70
Kalsium
5,00
Kalium
0,70
Sulfur
0,10
7
2. Metode Sol Gel Metode sol gel merupakan proses pembentukan jaringan oksida dengan reaksi polikondensasi yang dari molekul prekursor dalam medium air. Proses ini meliputi transisi sistem dari fasa larutan sol menjadi fasa padat gel (Brinker & Scherer, 1990 dalam Buhani dkk., 2012: 265). Melalui proses sol gel dapat dilakukan pengontrolan untuk memperoleh hasil berupa bahan oksida anorganik dengan sifat tertentu yang meliputi kekerasan, dan porositas sesuai yang dikehendaki. Proses ini dapat dilakukan pada temperatur rendah (Brinker & Scherer, 1990 dalam Nuryono & Narsito, 2005: 265). Reaksi kimia yang terjadi dalam proses sol gel terdiri dari reaksi hidrolisis dan kondensasi. Reaksi hidrolisis terjadi pada Na-silikat yang ditambahkan asam menghasilkan asam silikat yang mengandung gugus silanol (
) dengan reaksi berikut: NaSiO3(aq) + 2H+(aq) + H2O(l) → Si(OH)4(aq) + 2Na+(aq)
Silanol yang terbentuk (
) selanjutnya akan bereaksi dengan gugus
silanol dari monomer asam silikat lain membentuk siloksan (
)
dengan reaksi sebagai berikut:
Reaksi ini disebut dengan reaksi kondensasi. Reaksi kondensasi terjadi sebelum reaksi hidrolisis selesai (Brinker & Scherer, 1990: 108). 3. Adsorben Silika Gel Silika gel merupakan silika amorf yang terdiri dari globula-globula SiO4 tetrahedral yang tersusun secara tidak teratur dan beragregrasi membentuk
8
kerangka tiga dimensi yang lebih besar (sekitar 1-25
. Rumus kimia silika
gel secara umum adalah SiO2.xH2O (Sriyanti dkk., 2005: 2). Silika gel memiliki beberapa keunggulan, seperti stabil dalam kondisi asam, non swelling, porositas tinggi, luas permukaan yang besar, dan tahan terhadap temperatur tinggi (Buhani dkk., 2010: 83). Keunggulan dari silika gel ini menyebabkan silika gel banyak digunakan sebagai adsorben. Silika gel memiliki gugus silanol (
dan siloksan (
) yang merupakan gugus aktif pada permukaannya. Adanya kedua gugus ini menyebabkan
silika
gel
dapat
digunakan
untuk
keperluan
adsorpsi
(Kristianingrum, Siswani, & Fillaeli, 2011: 282). Silika gel dapat digunakan untuk menyerap ion-ion logam. Atom O sebagai situs aktif pada permukaan silika gel, berfungsi sebagai donor pasangan elektron, yang akan berinteraksi dengan logam berat. Atom O mempunyai ukuran relatif kecil dan polarisabilitas rendah atau bersifat basa keras (Atkins, 1990 dalam Mujiyanti, Nuryono, & Kunarti, 2010: 151). Sintesis silika gel dapat dilakukan dengan pencampuran antara natrium silikat dan asam. Natrium silikat dibuat dengan cara ekstraksi SiO2 dengan menggunakan NaOH (Rosmawati, Tjahjanto, & Prananto, 2013: 162). Adapun reaksinya adalah sebagai berikut: SiO2(s) + 2NaOH(aq) → Na2SiO3(aq) + H2O(l) Pada SiO2, elektronegativitas atom O yang tinggi menyebabkan Si lebih elektropositif dan terbentuk intermediet [SiO2OH]- yang tidak stabil. Lalu akan terjadi dehidrogenasi dan ion hidroksil dari NaOH akan berikatan dengan
9
hidrogen membentuk air. Dua ion Na+ akan menyeimbangkan muatan negatif yang terbentuk dan berinteraksi dengan ion SiO32- sehingga terbentuk natrium silikat (Na2SiO3) (Mujiyanti, Nuryono, & Kunarti, 2010: 156). Natrium silikat yang terbentuk ditambah dengan asam maka akan terbentuk asam silikat. Penambahan asam pada prekursor natrium silikat menyebabkan terjadinya protonasi gugus siloksi (SiO-) menjadi silanol (SiOH). Gugus silanol yang terbentuk kemudian diserang lanjut oleh gugus siloksi (SiO-) dengan bantuan katalis asam membentuk ikatan siloksan (
).
Reaksi ini akan menghasilkan alkogel yang akan mengalami sineresis apabila didiamkan (aging) dan menjadi hidrogel. Hidrogel dicuci dan dipanaskan hingga membentuk xerogel (Mujiyanti, Nuryono, & Kunarti, 2010: 157). 4. Adsorpsi Molekul-molekul pada permukaan zat padat atau zat cair, mempunyai gaya tarik ke arah dalam, karena tidak ada gaya-gaya lain yang mengimbangi. Adanya gaya-gaya ini menyebabkan zat padat dan zat cair mempunyai gaya adsorpsi (Sukardjo, 1997). Adsorpsi merupakan suatu fenomena fisik dimana molekul-molekul fluida menyentuh dan melekat pada permukaan padatan. Padatan yang berpori menyerap dan melepaskan suatu fluida disebut adsorben. Molekul yang terserap disebut adsorbat (Jufrianto, Martin, & Nasruddin, 2014: 3). Jenis adsorpsi ada dua macam yaitu a. Adsorpsi Fisik atau Fisisorpsi Dalam fisisorpsi, terdapat antaraksi van der Walls antara adsorben dengan adsorbat (Atkins, 1999: 437). Gaya van der waals merupakan gaya
10
terlemah dengan energi sekitar 0,4 sampai 40 kJ/mol. Gaya ini biasanya tertutupi oleh gaya kovalen yang lebih kuat di dalam molekul yang energinya sekitar 400 kJ/mol. Tidak seperti ikatan kovalen, yang bekerja pada jarak antar inti yang dekat dan dihubungkan dengan tumpang tindih atau pengalihan elektron dan mengakibatkan energi yang lebih tinggi, ikatan van der waals dapat bekerja pada jarak yang tidak dapat menyebabkan pertumpangtindihan atau pengalihan elektron, sehingga energinya lebih kecil (Companion, 1991). b. Adsorpsi Kimia atau Kemisorpsi Dalam kemisorpsi, partikel melekat pada permukaan dengan membentuk ikatan kovalen (Atkins, 1999: 438). Gaya kovalen lebih kuat dibanding dengan gaya van der waals. Ikatan kovalen bekerja pada jarak antarinti yang dekat dan dihubungkan
dengan tumpang tindih atau pengalihan elektron dan
mengakibatkan energi yang lebih tinggi (Companion, 1991). Adsorpsi dikategorikan sebagai proses kimiawi jika energinya lebih dari 20,92 kJ/mol, dan jika kurang dari itu dikategorikan sebagai adsorpsi fisik (Adamson, 1990 dalam Fahmiati, Nuryono, & Narsito, 2006: 55). Dalam proses adsorpsi dapat digunakan prinsip asam-basa keras dan lunak yang diusulkan oleh Pearson. Asam-basa keras merupakan asam-basa yang tidak mempunyai elektron valensi atau yang elektron valensinya sukar terpolarisasi. Sedangkan asam-basa lunak merupakan asam-basa yang elektronelektron valensinya mudah terpolarisasi atau dilepaskan. Pearson meramalkan reaksi berbagai macam spesies, yaitu asam-asam keras memilih bersenyawa dengan basa-basa keras, dan asam-asam lunak memilih bersenyawa dengan
11
basa-basa lunak (Sugiyarto dkk., 2013: 112-115). Klasifikasi asam-basa beberapa senyawa dan ion menurut prinsip HSAB dari Pearson dapat dilihat pada Tabel 2. Tabel 2. Klasifikasi Lunak-Keras Asam-Basa Lewis (Sugiyarto dkk., 2013: 113) Kelas Keras
Daerah batas Lunak
Asam H , Li , Na , K+ Be2+, Mg2+, Ca2+, Sr2+ Ti4+, Cr3+, Cr6+, Mn2+, Mn7+, Fe3+, Co3+, BF3, BCl3, Al3+, AlCl3, CO2, Si4+, Cl5+, Cl7+, I5+, I7+ HX (Molekul ikatan hidrogen) Fe2+, Co2+, Ni2+, Cu2+, Zn2+, Sn2+, Pb2+, C6H5+, NO+, Sb3+, Bi3+, SO2 Cu+, Ag+, Au+, CH3Hg+, Hg22+, Hg2+, Cd2+, Pd2+, Pt2+, Br2, Br+, I2, I+, O, Cl, Br, I, N, atom-atom logam +
+
+
Basa H2O, NH3, N2H4 F-, Cl-, OH-, ROH, R2O NO3-, ClO4-, CH3COO-, O2-, CO3-, SO42-, PO43-
C6H5NH2, N3-, N2, NO2-, Br, SO32H-, C2H4, C6H6, CO, SCN-, CN-, I-, S2-, S2O32-
5. Limbah Elektroplating Elektroplating merupakan salah satu proses pelapisan bahan padat dengan lapisan logam menggunakan arus listrik searah melalui suatu larutan elektrolit. Pada proses elektroplating, larutan elektrolit yang digunakan diganti setiap dua minggu untuk mempertahankan mutu dan kehalusan permukaan serta penampilan. Hal ini menyebabkan limbah yang dihasilkan semakin banyak (Marwati, Padmaningrum & Marfuatun, 2007: 1). Limbah dari proses elektroplating merupakan limbah logam berat yang termasuk dalam B3 (Bahan Beracun Berbahaya) (Nurhasni, Salimin, & Nurifitriyani, 2013: 41). Beberapa logam yang terdapat pada limbah cair 12
elektroplating antara lain Ag+, Hg22+, Pb2+, Hg2+, Bi3+, Cu2+, Co2+, Al3+, Cr3+, Fe2+, Mn2+, Ni2+ dan Zn2+ (Padmaningrum & Marwati, 2008). Keberadaan ion-ion logam tersebut menyebabkan tingkat toksisitas limbah cair elektroplating tinggi. Karakteristik dan tingkat toksisitas dari air limbah elektroplating bervariasi tergantung dari kondisi operasi dan proses pelapisan (Nurhasni dkk., 2013). 6. Logam Zink Zink adalah logam yang memiliki warna biru keputihan dan berkilau. Tekstur logam zink rapuh, namun pada temperatur 100 oC sampai 150 oC teksturnya lunak. Logam zink merupakan penghantar panas dan listrik yang baik. Pada umunya, zink digunakan untuk paduan dengan logam yang lain. Sebagian besar zink digunakan dalam industri otomotif, elektronik dan perangkat keras (Lide, 2002). Adapun sifat kimia logam Zn dapat dilihat pada Tabel 3. Tabel 3. Sifat Kimia Logam Zn (Cotton dan Wilkinson, 1972) Konfigurasi kulit terluar 3d10 4s2 Energi potensial 1 9,39 eV 2 17,89 eV 3 40,0 eV Titik leleh 419 oC Titik didih 907 oC Eo untuk M2+ + 2e- → M -0,762 V Jari-jari 0,69 Å Massa atom relatif 65,38 gram/mol
7. Logam Nikel Nikel adalah logam yang memiliki warna putih keperakan dan mengkilap. Teksturnya keras, mudah dibentuk, bersifat ferromagnetik, dan menghantarkan panas dan listrik yang baik. Nikel masuk ke dalam kelompok 13
logam besi-kobalt.
Secara umum, logam nikel digunakan untuk membuat
stainless steel dan paduan logam yang tahan terhadap korosi (Lide, 2002). Adapun sifat kimia logam Ni dapat dilihat pada Tabel 4. Tabel 4. Sifat Kimia Logam Ni (Cotton dan Wilkinson, 1972) Konfigurasi kulit terluar 3d8 4s2 Energi potensial 1 7,63 eV 2 18,15 eV 3 35,16 eV Titik leleh 1452 oC Titik didih 2913 oC Eo untuk M2+ + 2e- → M -0,24 V Jari-jari 1,24 Å Massa atom relatif 58,6934 gram/mol
8. Spektrofotometer FTIR Spektrofotometer FTIR adalah instrumen yang didasarkan pada vibrasi atom dalam molekul (Stuart, 2004: 2). Prinsip dasar metode spektrofotometri FTIR adalah molekul dalam sampel yang dianalisis akan menyerap radiasi inframerah, dan mengalami eksitasi ke tingkatan energi yang lebih tinggi. Penyerapan radiasi inframerah merupakan proses kuantisasi. Hanya frekuensi atau energi tertentu dari radiasi inframerah yang diserap oleh molekul. Penyerapan radiasi inframerah sesuai dengan perubahan energi yang memiliki orde dari 2 hingga 10 kkal/mol (Sastrohamidjojo, 1992: 4). Radiasi dalam kisaran energi ini sesuai dengan kisaran frekuensi vibrasi rentangan dan vibrasi bengkokan dari ikatan kovalen dalam kebanyakan molekul. Dalam proses penyerapan maka energi yang diserap akan menaikkan amplitudo gerakan vibrasi ikatan dalam molekul. Akan tetapi, tidak semua
14
ikatan dalam molekul dapat menyerap energi inframerah, meskipun frekuensi radiasi tetap sesuai dengan gerakan ikatan. Hanya ikatan yang mempunyai momen dipol dapat menyerap radiasi inframerah (Sastrohamidjojo, 1992: 6). Kegunaan dari spektrum inframerah adalah memberikan keterangan tentang struktur molekul. Untuk memperoleh informasi struktur dari spektra inframerah, maka harus diketahui frekuensi atau panjang gelombang dimana gugus fungsional menyerap (Sastrohamidjojo, 1992: 6). Korelasi inframerah yang memuat informasi berbagai gugus fungsional senyawa organo-silikon ditunjukkan dalam Tabel 5. Tabel 5. Korelasi Inframerah Gugus Fungsional Senyawa Organo-Silikon Gugus Fungsional Si – H
Frekuensi (cm-1) 2230-2150 890-860
Panjang gelombang (µm) 4,48-4,65 11,24-11,63
Si – OH
3390-3200
2,95-3,13
870-820
11,49-12,20
Si – O
1110-1000
9,01-10,00
Si – O – Si (linier) Si – O – Si (trimer siklis) Si – O – Si (tetramer siklis)
1080 1025 1020
9,26 9,76 9,80
1082
9,42
Keterangan Vibrasi rentangan Vibrasi bengkokan Vibrasi rentangan OH Vibrasi bengkokan OH Vibrasi rentangan Si – O (lebar) Vibrasi rentangan Si – O (lebar) Vibrasi rentangan Si - O Vibrasi rentangan Si – O -
(Sumber: Sastrohamidjojo, 1992) Skema kerja alat dari spektrofometer FTIR ditunjukkan dalam Gambar 1.
15
Gambar 1. Skema Kerja Alat Spektrofotometer FTIR (Stuart, 2004: 19) Sinar yang datang dari sumber sinar akan diteruskan, kemudian dipecah oleh pemecah sinar menjadi dua bagian sinar yang saling tegak lurus. Sinar ini kemudian dipantulkan oleh dua cermin yaitu cermin diam dan cermin bergerak. Sinar hasil pantulan kedua cermin akan dipantulkan kembali menuju pemecah sinar untuk saling berinteraksi. Dari pemecah sinar, sebagian sinar akan diarahkan menuju cuplikan dan sebagian menuju sumber. Gerakan cermin yang maju mundur akan menyebabkan sinar yang sampai pada detektor akan berfluktuasi. Sinar akan saling menguatkan ketika kedua cermin memiliki jarak yang sama terhadap detektor, dan akan saling melemahkan jika kedua cermin memiliki jarak yang berbeda. Fluktuasi sinar yang sampai pada detektor akan menghasilkan sinyal yang disebut interferogram. Interferogram diuvah menjadi spektra FTIR dengan bantuan komputer (Stuart, 2004: 19).
16
9. Spektrofotometer Serapan Atom Spektrofotometer serapan atom adalah alat yang digunakan untuk mendeteksi logam dan ultra logam dalam berbagai variasi sampel, seperti biologi, lingkungan, makanan, dan geologi dengan tingkat akurasi dan ketelitian yang baik (Settle, 1997: 373). Prinsip metode spektrofotometri serapan atom adalah absorbansi cahaya oleh atom. Pengukuran pada spektrofotometer didasarkan pada jumlah radiasi yang diserap oleh atom-atom bebas dalam keadaan dasar (ground state). Atom-atom menyerap cahaya pada panjang gelombang tertentu, tergantung pada sifat unsurnya. Cahaya pada panjang gelombang tertentu mempunyai cukup energi untuk mengubah tingkat elektronik suatu atom. Transisi elektronik suatu unsur bersifat spesifik, dengan absorbansi energi, berarti memperoleh lebih banyak energi, suatu atom pada keadaan dasar dinaikkan tingkat energinya ke tingkat eksitasi (Khopkar, 2010: 288).
Gambar 2. Proses Serapan Atom (Anonim, 1996: 5) Alat spektrofotometer serapan atom terdiri atas tiga komponen yaitu unit atomisasi, sumber radiasi dan sistem pengukur fotometrik. Atomisasi dapat dilakukan dengan nyala maupun tungku. Sampel yang dianalisis disedot melalui kapiler kemudian dikeluarkan sebagai kabut halus ke dalam nyala api, maka akan terjadi proses penguapan pelarut, proses penguapan padatan, dan proses
17
atomisasi uap sehingga terbentuk atom-atom bebas. Apabila cahaya dengan panjang gelombang tertentu dilewatkan pada atom-atom bebas tersebut, maka sebagian cahaya akan diserap dan intensitas penyerapan akan berbanding lurus dengan banyaknya atom bebas logam yang berada dalam sel (Khopkar, 2010: 291). Kondisi analisis unsur Ni dan Zn dengan SSA dapat dilihat pada Tabel 6. Tabel 6. Kondisi Analisis Unsur Ni dan Zn (Khopkar, 2010: 292-293) Unsur
Ni
Panjang gelombang (nm) 232,0
Zn
213,9
Tipe Nyala
Sensitivitas (µg/mL) 0,05
Daerah kerja (µg/mL) 3-12
Batas deteksi (µg/mL) 0,008
UdaraAsetilen UdaraAsetilen
0,009
0,4-1,6
0,001
10. Gas Surface Analyzer Gas Surface Analyzer merupakan suatu alat yang digunakan untuk pengukuran fisik terhadap suatu material, meliputi luas permukaan, volume poripori, jari-jari pori, dan distribusi pori. Pengukuran tersebut bertujuan untuk karakterisasi suatu bahan material. Prinsip kerja alat ini menggunakan mekanisme adsorpsi gas pada permukaan suatu bahan padatan pada berbagai tekanan dan temperatur yang konstan. Gas yang biasa digunakan adalah helium untuk mikropori, nitrogen untuk mesopori dan argon untuk makropori (Sudarlin, 2016). Sebelum dilakukan analisis, sampel dipreparasi terlebih dahulu untuk menghilangkan gas atau uap atau senyawa volatil yang mungkin telah teradsorpsi atau terperangkap dalam pori-pori atau permukaan padatan. Hal ini
18
penting dilakukan untuk memperoleh hasil ukuran distribusi pori pada permukaan secara tepat (Zielinski & Kettle, 2013: 4). Proses preparasi dilakukan pada alat degasser. Pada alat degasser, bahan uji dipanaskan dalam sampel sel yang dihubungkan dengan port degas menggunakan mantel pemanas. Proses ini dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu kondisi flow atau kondisi vakum. Pada kondisi flow, gas dari port degas dialirkan ke dalam sampel sel sehingga mendesak zatzat pengotor yang ada. Sedangkan pada kondisi vakum, dilakukan dengan cara mengurangi tekanan sehingga bahan-bahan pengotor yang ada dapat terlepas (Sudarlin, 2016). Proses degassing dilakukan selama 2 sampai 4 jam dengan temperatur pemanasan berkisar 40–300
o
C. Temperatur pemanasan bergantung pada
karakteristik padatan yang akan dianalisis. Temperatur yang terlalu tinggi dapat menyebabkan melelehnya padatan atau kerusakan pada padatan, sehingga tidak dapat dianalisis. Pada temperatur yang terlalu rendah, dimungkinkan masih banyak zat pengotor yang tersisa pada pori atau permukaan padatan (Sudarlin, 2016). Untuk menentukan temperatur pada proses degassing dapat dilakukan dengan analisis TGA (Thermogravimetric Analysis) pada padatan yang akan dianalisis. Setelah proses degassing selesai, padatan dilakukan analisis Gas Surface Analyzer. Proses analisis dengan GSA dilakukan pada kondisi isotherm, yaitu pada variasi tekanan dan temperatur konstan. Variasi tekanan relatif terhadap tekanan standar, yaitu (P/Po) yang besarnya berkisar 0,05 sampai 0,995 atm.
19
Bahan uji yang akan dianalisis diletakkan pada sampel sel yang dihubungkan dengan port gas dari alat analyzer GSA. Nitrogen cair dengan temperatur 77,035 K dimasukkan ke dalam thermostat hingga merendam sampel sel. Gas nitrogen dialirkan oleh port gas ke dalam tabung sampel sesuai dengan tekanan yang sudah diatur sebelumnya. Semakin tinggi tekanan maka semakin banyak gas nitrogen yang diadsorpsi oleh bahan padatan. Hubungan volume gas yang diadsorpsi dan tekanan tersebut akan diplot secara otomatis pada software komputer dalam bentuk grafik hubungan V (volume gas yang diadsorpsi/ desorpsi) dengan P/Po (tekanan relatif) (Sudarlin, 2016) seperti pada Gambar 3.
Gambar 3. Contoh Data Grafik yang dihasilkan dari Analisa GSA (Sudarlin, 2016) Pada Gambar 3 terdapat dua kurva yang sejajar. Kurva dengan garis merah menunjukkan volume gas yang diadsorpsi pada variasi P/Po dan kurva
20
dengan garis biru menunjukkan banyaknya gas yang didesorpsi pada variasi P/Po. Data berupa grafik pada Gambar 3 tersebut selanjutnya akan diolah secara otomatis dengan aplikasi dari instrument GSA untuk menghitung luas permukaan, ukuran pori dan volume pori. Secara umum, teknik yang digunakan dalam aplikasi GSA untuk mengukur luas permukaan dan porositas suatu material adalah teknik Brunauer, Emmet and Teller (BET) (Brunauer, et al., 1938 dalam Santamarina et al., 2002: 234). Untuk
menghitung
luas
permukaan
dapat
dilakukan
dengan
menggunakan persamaan berikut: s= N adalah bilangan avogadro, M adalah berat molekul dari gas yang teradsorp, Acs adalah cross-sectional area gas (untuk nitrogen 16,2 (Å)) dan Wm adalah berat gas nitrogen yang membentuk lapisan monolayer pada permukaan zat padat. Harga Wm dapat diperoleh dengan cara membuat grafik antara P/Po dengan 1/{W(P/Po-1)}. Berdasarkan grafik tersebut akan diperoleh persamaan garis regresi y = b + ax yang merupakan persamaan BET. Adapun persamaan BET adalah sebagai berikut:
=
............................(2)
Keterangan:
21
: Intersep : Slope W
: berat gas total yang terserap pada tekanan relatif P/Po (g gas/g adsorben)
Wm
: berat gas nitrogen yang membentuk lapisan monolayer pada permukaan zat padat (g gas/g adsorben)
P
: tekanan adsorbat dalam keadaan setimbang
Po
: tekanan uap jenuh adsorbat pada keadaan setimbang
P/Po
:
tekanan relatif dan C adalah tetapan BET
Harga Wm diperoleh dari: Wm = B. Penelitian Yang Relevan Yuri Melantika Azizah (2015) dalam penelitiannya yang berjudul “Sintesis Silika Gel dari Abu Vulkanik gunung kelud dengan Asam Nitrat (HNO3) dan Uji Adsorptivitasnya terhadap Ion Logam Kromium(VI) dan Timbal(II).” Telah berhasil melakukan sintesis silika gel dari abu vulkanik gunung kelud melalui ekstrasi basa dengan larutan NaOH 3 M hingga mendidih, dan menghasilkan natrium silikat. Larutan natrium silikat yang dihasilkan di tambahkan asam nitrat dengan variasi konsentrasi 1, 2, dan 3 M hingga terbentuk hidrogel. Gel yang terbentuk dikeringkan dalam oven pada temperatur 110 oC selama 2 jam untuk menghilangkan kandungan air. Hasil karakterisasi silika gel menunjukkan bahwa silika gel hasil sintesis memiliki gugus fungsional yang hampir sama dengan silika gel kiesel 60G (E-Merck). Silika dengan penambahan asam nitrat 3 M
22
mempunyai daya adsorpsi serta efisiensi adsorpsi maksimal terhadap ion logam Cr(II) dan Pb(II) dalam limbah simulasi. Buhani, Narsito, Nuryono dan Eko Sri Kunarti (2009) dalam penelitiannya yang berjudul “ Influence of pH Toward Interaction of Metal Ions Cd(II) and Cu(II) by Mercapto-Silica Hybrid Adsorbent in Aquaeos Solution” telah mempelajari pengaruh pH larutan terhadap interaksi adsorben dan logam. Hasil penelitian menunjukkan bahwa interaksi antara adsorben dan logam yang paling optimum di peroleh pada pH larutan 5,5. Kesamaan antara penelitian-penelitian tersebut di atas dengan penelitian ini adalah konsentrasi asam nitrat yang digunakan pada sintesis adsorben dari abu vulkanik gunung kelud yaitu 3 M. Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh Melantika Y dan Kristianingrum S bahwa pada sintesis silika gel dengan penambahan asam nitrat 3M memperoleh efisiensi produksi yang lebih optimum, daya adsorpsi dan efisiensi adsorpsi terhadap ion logam Cr(VI) dan Pb(II) yang lebih optimum. Selain itu, kesamaan dengan penelitian yang dilakukan oleh Buhani, Narsito, Nuryono dan Eko Sri Kunarti (2009) adalah dalam penelitian ini kami mempelajari pengaruh variasi pH medium terhadap adsorpsi ion logam. Perbedaan antara penelitian ini dengan penelitian sebelumnya adalah ion logam yang digunakan dalam uji adsorpsi adsorben hasil sintesis yaitu Ni(II) dan Zn(II). Ion logam bukan berasal dari limbah simulasi yang dibuat oleh peneliti, namun berasal dari limbah nyata yaitu limbah cair industri elektroplating yang diambil dari salah satu home industri di daerah Kotagede.
23
C. Kerangka Berfikir Silika gel merupakan salah satu jenis adsorben yang memiliki gugus silanol (
dan siloksan (
) yang merupakan gugus aktif
pada permukaannya. Adanya kedua gugus ini menyebabkan silika gel dapat digunakan untuk keperluan adsorpsi (Kristianingrum, Siswani, dan Fillaeli, 2011). Silika gel dapat dibuat dari bahan alam yang mengandung unsur silika di dalamnya. Berdasarkan hasil analisis XRF (X-Ray Fluorescence), diketahui bahwa kandungan silika (SiO2) dalam abu vulkanik gunung kelud hasil erupsi pada tanggal 14 Februari 2014 sebesar 70,6% (Kasatriyanto, 2014). Sintesis adsorben silika gel dapat dilakukan dengan pencampuran antara natrium silikat dan asam. Natrium silikat dibuat dengan cara meleburkan SiO2 pada abu vulkanik gunung kelud yang sudah dicuci dengan menggunakan NaOH (Rosmawati, Tjahjanto, dan Prananto, 2013). Natrium silikat yang terbentuk ditambah dengan asam nitrat 3 M tetes demi tetes hingga terbentuk asam silikat berupa gel berwarna putih. Penambahan asam pada prekursor natrium silikat menyebabkan terjadinya protonasi gugus siloksi (SiO-) menjadi silanol (SiOH). Gugus silanol yang terbentuk kemudian diserang lanjut oleh gugus siloksi (SiO-) dengan bantuan katalis asam membentuk ikatan siloksan (
).
Reaksi ini akan menghasilkan alkogel yang akan mengalami sinerisis apabila didiamkan (aging) dan menjadi hidrogel. Hidrogel dicuci dengan akuades hingga netral dan dipanaskan menggunakan oven pada temperatur 120 oC hingga membentuk xerogel (Mujiyanti, Nuryono, dan Kunarti, 2010). Adsorben yang diperoleh dianalisis menggunakan spektrofotometer FTIR untuk mengetahui
24
karakter gugus fungsi silanol dan siloksan, serta analisis menggunakan Gas sorption analyzer (GSA) untuk mengetahui karakter porositas adsorben yang meliputi luas permukaan, ukuran pori-pori dan distrbusi volume pori. Adsorpsi adsorben terhadap suatu logam dipengaruhi oleh beberapa faktor, salah satunya ada kondisi pH larutan. Buhani, Narsito, Nuryono dan Eko Sri Kunarti (2009) dalam penelitiannya yang berjudul “ Influence of pH Toward Interaction of Metal Ions Cd(II) and Cu(II) by Mercapto-Silica Hybrid Adsorbent in Aquaeos Solution” telah mempelajari pengaruh pH larutan terhadap interaksi adsorben dan logam. Hasil penelitian menunjukkan bahwa interaksi antara adsorben dan logam mencapai optimum pada pH larutan 5,5. Pada penelitian ini, adsorpsi adsorben terhadap ion logam Ni(II) dan Zn(II) dilakukan dalam cuplikan limbah cair elektroplating pada berbagai pH yaitu 1, 2, 4, 6 dan 8. Konsentrasi ion logam Ni(II) dan Zn(II) sebelum dan sesudah adsorpsi dianalisis dengan menggunakan spektrofotometer serapan atom.
25
BAB III METODE PENELITIAN A. Subjek dan Objek Penelitian 1. Subjek Penelitian Subjek penelitian ini adalah abu vulkanik hasil erupsi gunung Kelud periode Februari 2014 yang diambil di daerah Minomartani, Ngaglik, Sleman, Yogyakarta. 2. Objek Penelitian Objek penelitian ini adalah karakter adsorben hasil sintesis yang meliputi spektra FTIR, porositas (luas permukaan, ukuran pori dan volume pori adsorben), keasaman, kadar air adsorben, efisiensi adsorpsi dan daya adsorpsi adsorben terhadap ion logam Ni dan Zn dalam limbah cair industri elektroplating. B. Teknik Pengambilan Sampel Pengambilan sampel abu vulkanik gunung kelud dilakukan dengan purpossive sampling di daerah Minomartani, Ngaglik, Sleman, Yogyakarta. C. Variabel Penelitian 1. Variabel bebas Variabel bebas pada penelitian ini adalah pH larutan pada pengujian efisiensi dan daya adsorpsi ion logam dalam limbah cair industri elektroplating yaitu 1, 2, 4, 6, dan 8, serta jenis ion logam yang diadsorpsi yaitu ion logam Ni(II) dan Zn(II). 2. Variabel terikat
26
Variabel terikat pada penelitian ini adalah karakter adsorben hasil sintesis yang meliputi spektra FTIR, keasaman, kadar air, porositas (luas permukaan, ukuran pori dan volume pori adsorben), efisiensi adsorpsi dan daya adsorpsi adsorben terhadap ion logam Ni dan Zn dalam limbah cair industri elektroplating. 3. Variabel kontrol Variabel kontrol pada penelitian ini adalah konsentrasi asam nitrat yang ditambahkan pada proses sintesis adsorben yaitu 3M. D. Alat dan Bahan 1. Alat yang digunakan a. Seperangkat alat Spektrofotometer Serapan Atom b. Seperangkat Alat Spektrofotometer FTIR c. Seperangkat alat Gas Sorption Analyzer Nova Quantachrome d. Ayakan 200 mesh e. Timbangan analitik f. Muffle Furnace g.
Oven
h. Penyaring Buchner i. Pompa vakum j. Magnetik stirer k. Cawan porselen l. Lumpang porselen m. Alat-alat gelas pendukung
27
n. Alat-alat plastik pendukung o. Kertas saring Whatman No.42 p. Kertas pH Universal q. Desikator r. Shaker s. Sentrifuge
2. Bahan yang digunakan a. Abu vulkanik gunung kelud (di daerah Yogyakarta) b. Limbah cair elektroplating c. Larutan HNO3 3 M d. Larutan NaOH 0,1, 1, dan 3 M e. Akuabides f. Larutan HCl 0,1 M g. Kristal H2C2O4.2H2O h. Kristal Na2B4O7.10H2O i. Kristal kiesel gel 60G buatan E Merck j. Larutan standar Ni(II) k. Larutan standar Zn(II)
E. Prosedur Penelitian 1. Preparasi Abu Vulkanik
28
Sebanyak 500 gram abu vulkanik gunung Kelud di ayak menggunakan ayakan lolos 200 mesh. Sebanyak 200 gram abu vulkanik hasil ayakan ditempatkan pada krus porselin kemudian dikalsinasi dengan menggunakan muffle furnace pada temperatur 700 0C selama 4 jam. Abu halus sebanyak 25 gram dicuci dengan 150 mL larutan HCl 0,1 M melalui pengadukan selama 1 jam dan didiamkan selama 24 jam, kemudin abu yang telah dicuci tersebut disaring menggunakan kertas saring Whatman no.42 dan dibilas dengan akuabides hingga netral. Selanjutnya abu hasil pencucian dikeringkan dalam oven pada temperatur 110oC selama 2 jam. Abu halus diambil 0,1 gram untuk dikarakterisasi menggunakan spektrofotometer FTIR untuk mengetahui gugus fungsional silika. 2. Pembuatan Natrium Silikat Sebanyak 6 gram abu vulkanik hasil preparasi, dimasukkan ke dalam 200 mL larutan NaOH 3M pada teflon sambil diaduk dan dipanaskan hingga mendidih, kemudian didiamkan selama 24 jam. Larutan natrium silikat yang terbentuk disaring dengan kertas saring Whatman no.42 untuk memisahkan filtrat dengan endapan. 3. Sintesis Adsorben Sintesis adsorben dilakukan dengan menggunakan metode sol gel. Sebanyak 20 mL larutan natrium silikat ditempatkan pada wadah plastik, kemudian ditambahkan larutan HNO3 3M tetes demi tetes hingga terbentuk gel. Apabila sudah terbentuk gel, penambahan larutan HNO3 3M dilanjutkan hingga mencapai pH 7 dan didiamkan selama 24 jam. Kemudian gel yang terbentuk disaring dengan menggunakan kertas saring Whatman no.42 dan dicuci dengan
29
akuabides hingga pH netral. Gel tersebut dikeringkan dalam oven pada temperatur 120 oC selama 2 jam. Adsorben selanjutnya digerus dengan menggunakan mortar dan diayak menggunakan ayakan 200 mesh. Adsorben selanjutnya dianalisis dengan spektrofotometer FTIR dan membandingkannya dengan spektra FTIR pada kiesel gel 60G buatan E Merck 4. Penentuan Keasaman Adsorben Pada penelitian ini, penentuan keasaman adsorben dilakukan dengan metode volumetri. Sebanyak 0,1 gram adsorben direndam dalam 15 mL larutan NaOH 0,1 M (yang telah distandarisasi) selama 24 jam. Adsorben disaring dan dipisahkan dari campurannya dengan cara didekantir. Larutan NaOH sisa dititrasi dengan larutan standar HCl 0,1 M (yang telah distandarisasi) menggunakan indikator fenolftalein. 5. Penentuan Kadar Air Sebanyak 0,1 gram adsorben dipanaskan dalam oven pada temperatur 110oC selama 4 jam, kemudian didinginkan dan ditimbang, sehingga diperoleh berat adsorben awal. Selanjutnya adsorben dipanaskan dalam muffle furnace pada temperatur 600 oC selama 2 jam, kemudian didinginkan dan ditimbang. Proses ini diulang hingga diperoleh berat yang konstan. 6. Adsorpsi Adsorben pada Ion Logam Ni(II) dan Zn(II) Sebelum dilakukan variasi pH, terlebih dahulu diukur pH awal limbah cair industri elektroplating dengan menggunakan pH meter. Selanjutnya limbah cair elektroplating ditambahkan larutan NaOH 1 M hingga diperoleh larutan dengan pH yang dikehendaki. Sebanyak 0,1 gram adsorben diinteraksikan dengan 20 mL
30
limbah elektroplating pada pH yang bervariasi yaitu 1, 2, 4, 6, dan 8. Campuran tersebut diaduk dengan alat shaker selama 90 menit. Selanjutnya campuran dimasukkan ke dalam tabung reaksi dan disentrifuge dengan kecepatan 2000 rpm selama 30 menit. Kemudian endapan dan filtrat dipisahkan, dan filtrat yang diperoleh dianalisis konsentrasi ion Ni(II) dan Zn(II) dengan menggunakan AAS. Endapan dibilas dengan akuades, kemudian dikeringkan pada temperatur 60 oC selama 6 jam untuk dianalisis menggunakan spektrofotometer inframerah. F. Teknik Analisis Data 1. Menghitung Keasaman Adsorben Keasaman (mmol/gram) = = Jumlah mmol NaOH sisa setara dengan jumlah mmol HCl yang digunakan untuk titrasi. 2. Menentukan Kadar Air Adsorben Kadar air =
x 100%
Keterangan: Massa awal = berat adsorben sebelum pemanasan Massa akhir = berat adsorben setelah pemanasan Dengan mengasumsikan kandungan yang terdapat pada adsorben hanya H2O dan SiO2, maka rumus molekul adsorben (SiO2.xH2O) dapat ditentukan dengan rumus: % SiO2
= 100% - % H2O
x
=
31
3. Menghitung Daya Adsorpsi dan Efisiensi Adsorpsi Adsorben terhadap Ion Logam Ni(II) dan Zn(II) D
=
Ep
=
x 100%
Keterangan: Co
= konsentrasi ion logam Ni(II) dan ion logam Zn(II) mula-mula (ppm)
Ci
= konsentrasi ion logam Ni(II) dan ion logam Zn(II) setelah adsorpsi
(ppm) Ep
= efisiensi adsorpsi (%)
4. Menentukan konsentrasi ion logam Ni(II) dan Zn(II) Penentuan konsentrasi ion logam Ni(II) dan Zn(II) didasarkan pada persamaan garis linear yang diperoleh pada kurva larutan standar ion logam Ni(II) dan Zn(II) y = a + bx Keterangan: y
= absorbansi (A)
a
= konstanta
b
= slope
x
= konsentrasi ion logam Ni(II) atau Zn(II)
32
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN A. Hasil Penelitian Produk yang dihasilkan dari penelitian ini adalah adsorben yang disintesis dari abu vulkanik gunung kelud berupa padatan dengan tekstur yang halus dan berwarna putih. Sebanyak 20 mL natrium silikat yang diperoleh dari sintesis per 6 gram abu Kelud dalam 200 mL NaOH direaksikan dengan asam nitrat 3 M, diperoleh adsorben dengan efisiensi produksi sebesar 63,73%. Perhitungan selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran 1. 1.
Hasil Karakterisasi Adsorben Hasil Sintesis Adsorben hasil sintesis dikarakterisasi dan dibandingkan dengan kiesel gel
60G buatan E-Merck. Adapun yang dibandingkan adalah karakter yang meliputi spektra FTIR, keasaman dan kadar air. Berdasarkan data uji kadar air, diperoleh rumus adsorben hasil sintesis dan kiesel gel 60G, dan dari data keasaman akan diperoleh hubungan daya adsorpsi dan efisiensi adsorpsi dengan gugus fungsi silanol pada permukaan adsorben. Data keasaman dan kadar air adsorben hasil sintesis ditunjukkan pada Tabel 7. Tabel 7. Data Keasaman dan Kadar Air Adsorben Hasil Sintesis dan Kiesel Gel 60G No Nama Keasaman Kadar air Rumus kimia (mmol/gram) total *) *) ADHNO3 5,6859 9,00 % SiO2.0,329H2O 1. Kiesel gel 60G 5,6578 5,00 % SiO2.0,175H2O 2. *) Rerata dari dua kali pengulangan (duplo) Perhitungan selengkapnya untuk keasaman dan kadar air dapat dilihat pada Lampiran 4 dan 6.
33
Karakterisasi dengan spektrofotometer FTIR dilakukan untuk mengetahui keberadaan gugus fungsi silanol (Si–OH) dan siloksan (Si–O–Si) pada permukaan adsorben hasil sintesis. Keberadaan kedua gugus tersebut diketahui dengan cara menginterpretasi spektra hasil analisis FTIR dan membandingkannya dengan spektra FTIR kiesel gel 60G. Perbandingan spektra FTIR antara kiesel gel 60G dan adsorben hasil sintesis dapat dilihat pada Gambar 4. 110 105 % Tansmitance
100 95 90 85 80 3300
2300
1300
300
Wavenumber (1/cm) Silika Kiesel Gel 60
ADHNO3
Gambar 4. Spektra FTIR Kiesel Gel 60G dan Adsorben Hasil Sintesis (ADHNO3) Hasil interpretasi spektra FTIR dari abu vulkanik gunung kelud dan adsorben hasil sintesis dapat dilihat pada Tabel 8. Tabel 8. Interpretasi Spektra Kiesel gel 60G dan Adsorben Hasil Sintesis (ADHNO3) -1 Bilangan Gelombang (cm ) Adsorben No Silika Gel 60 Jenis Vibrasi Kiesel ADHNO3 3462,86 3434,18 Vibrasi regangan –OH pada Si–OH 1 2361,20 2360,31 Regangan Si–H 2 1637,09 1640,13 Vibrasi bengkokan –OH dari Si–OH 3 1097,17 1076,41 Regangan asimetri Si–O dari Si–O–Si 4 800,85 Rentangan Si–C 5 471,16 460,97 Vibrasi bengkokan Si–O dari Si–O–Si 6
34
Selain karakterisasi dengan spektrofotometer FTIR, adsorben hasil sintesis juga dikarakterisasi dengan alat Gas Sorpstion Analyzer (GSA) untuk mengetahui porositasnya. Karakter porositas adsorben hasil sintesis dapat dilihat pada Tabel 9. Tabel 9. Porositas Adsorben Hasil Sintesis Luas permukaan (m2/g) Volume total pori (cm3/g) Jari-jari pori (Å) 144,744
0,771
106,54
Karakterisasi dengan spektrofotometer FTIR dilakukan juga untuk mengetahui pergeseran panjang gelombang yang terjadi antara adsorben hasil sintesis sebelum adsorpsi dan sesudah adsorpsi. Perbandingan spektra FTIR adsorben hasil sintesis sebelum adsorpsi dan sesudah adsorpsi dapat dilihat pada Gambar 5.
% Transmitance
110 105 100 95 90 85 80 3400
2400
1400
400
Wavenumber (1/cm) ADHNO3 Sesudah adsorpsi
ADHNO3 Sebelum adsorpsi
Gambar 5. Spektra FTIR Adsorben Hasil Sintesis (ADHNO3) Sebelum dan Sesudah Adsorpsi Hasil interpretasi spektra FTIR dari abu vulkanik gunung kelud dan adsorben hasil sintesis dapat dilihat pada Tabel 10.
35
Tabel 10. Interpretasi Spektra Adsorben Hasil Sintesis (ADHNO3) Sebelum dan Sesudah Adsorpsi pada pH optimum Bilangan Gelombang (cm-1) Adsorben Adsorben No Jenis Vibrasi sebelum sesudah adsorpsi adsorpsi 3434,18 3432,39 Vibrasi regangan –OH pada Si–O–Si 1 2360,31 2362,62 Regangan Si – H 2 1640,13 1639,02 Vibrasi bengkokan –OH dari Si–OH 3 1076,41 1080,81 Regangan asimetri Si–O dari Si–O–Si 4 460,97 460,74 Vibrasi bengkokan Si–O dari Si–O– Si 5
2.
Hasil Daya Adsorpsi dan Efisiensi Adsorpsi Adsorben Hasil Sintesis Pada perhitungan efisiensi adsorpsi ion logam Ni(II) dan Zn(II) dalam
limbah cair industri elektroplating oleh adsorben, diperlukan adanya kurva standar untuk menentukan konsentrasi ion logam dari hasil analisis spektrofotometri serapan atom. Kurva standar larutan Ni(II) dan Zn(II) ditunjukkan pada Gambar 6 dan Gambar 7. 0,25
Absorbansi
0,2 0,15
y = 0,0386x - 0,0005 R² = 0,9993
0,1 0,05 0 0 -0,05
1
2
3
4
Konsentrasi (ppm)
Gambar 6. Kurva Standar Larutan Ni(II)
36
5
6
0,8 y = 0,4674x + 0,0589 R² = 0,9839
0,7 Absorbansi
0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0
0,5
1
1,5
2
Konsentrasi (ppm)
Gambar 7. Kurva Standar Larutan Zn(II) Perhitungan efisiensi adsorpsi ion logam Ni(II) dan Zn(II) dalam limbah cair industri elektroplating oleh adsorben hasil sintesis (ADHNO3) dan kiesel gel 60G, dilakukan dengan mengukur konsentrasi ion logam dalam limbah sebelum adsorpsi dan sesudah adsorpsi menggunakan spektrofotometri serapan atom. Selisih konsentrasi ion logam dalam limbah antara sebelum dan sesudah adsorpsi menunjukkan jumlah ion logam yang diserap oleh adsorben. Data efisiensi adsorpsi dan daya adsorpsi ion logam Ni(II) dapat dilihat pada Tabel 11. Data efisiensi adsorpsi dan daya adsorpsi ion logam Zn(II) dapat dilihat pada Tabel 12. Perhitungan selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran 9. Tabel 11. Data Efisiensi dan Daya Adsorpsi Ion Logam Ni(II) dalam Limbah Cair Industri Elektroplating oleh Adsorben Hasil Sintesis dan kiesel Gel 60 G % Efisiensi Daya adsorpsi % Efisiensi Daya adsorpsi pH adsorpsi oleh oleh ADHNO3 adsorpsi oleh oleh Kiesel gel ADHNO3 (mg/gram) Kiesel gel 60G 60G (mg/gram) 50,3090 1,25347 49,9670 1,24495 1 52,0999 1,29809 51,7688 1,28984 2 53,1667 1,32467 52,9383 1,31898 4 57,9810 1,44462 56,7075 1,41289 6 98,4845 2,45378 98,4640 2,45327 8
37
Tabel 12. Data Efisiensi dan Daya Adsorpsi Ion Logam Zn(II) dalam Limbah Cair Industri Elektroplating oleh Adasorben Hasil Sintesis dan kiesel Gel 60 G % Efisiensi Daya % Efisiensi Daya adsorpsi oleh adsorpsi oleh adsorpsi oleh adsorpsi oleh pH ADHNO3 ADHNO3 Kiesel gel Kiesel gel (mg/gram) 60G 60G (mg/gram) 1,8685 0,01032 0,8311 0,00459 1 2,0731 0,01145 1,1389 0,00629 2 2,0079 0,01109 1,9066 0,01053 4 2,7322 0,01509 2,6308 0,01453 6 78,4139 0,43308 75,4191 0,41654 8
Data pada Tabel 11 dan Tabel 12 mengenai efisiensi adsorpsi terhadap ion logam Ni(II) dan Zn(II) selanjutnya diinterpretasikan dalam bentuk grafik untuk mengetahui hubungan antara % efisiensi adsorpsi dengan perubahan pH. Grafik hubungan antara % efisiensi adsorpsi dengan pH ditunjukkan pada Gambar 8 dan Gambar 9. 120
%Efisiensi Adsorpsi
100 80 60
Ion logam Ni Ion logam Zn
40 20 0 0
2
4
6
8
10
pH
Gambar 8. Kurva % Efisiensi Adsorpsi Ion Logam Ni(II) dan Zn(II) oleh Adsorben kiesel gel 60G pada berbagai pH
38
120
% Efisiensi Adsorpsi
100 80 60
Ion logam Ni Ion logam Zn
40 20 0 0
2
4
6
8
10
pH
Gambar 9. Kurva % Efisiensi Adsorpsi Ion Logam Ni(II) dan Zn(II) oleh Adsorben Hasil Sintesis dengan HNO3 (ADHNO3) pada berbagai pH
B. Pembahasan 1. Pembuatan adsorben dari abu vulkanik gunung kelud Pada penelitian ini, sebelum dilakukan sintesis adsorben, terlebih dahulu dilakukan preparasi pada abu vulkanik gunung kelud. Preparasi ini penting dilakukan dengan tujuan untuk menghilangkan substansi-substansi berupa pengotor yang dapat memberikan interferensi pada abu. Pada tahap preparasi, abu vulkanik gunung kelud dikalsinasi dengan menggunakan muffle furnace pada temperatur 700 oC selama 4 jam.
Pemanasan abu pada temperatur 700 oC
merupakan temperatur yang paling optimum untuk proses kalsinasi abu, karena pada temperatur ini akan menghasilkan abu dengan silika dalam bentuk amorf (Aina, Nuryono, & Tahir, 2007: 9). Selain itu, pada temperatur 700 oC akan menghasilkan abu yang bebas dari pengotor berupa karbon berwarna hitam (Hadi, Arsa, & Sudiarta, 2006: 33).
39
Setelah dilakukan proses kalsinasi, selanjutnya abu dicuci dan direndam dalam larutan HCl 0,1 M. Proses ini dilakukan dengan tujuan untuk melarutkan kadar pengotor berupa oksida-oksida logam dan mineral selain silika yang terdapat dalam abu yang sudah dikalsinasi, sehingga ketika dilakukan proses penyaringan dan pencucian dengan akuades, oksida akan larut dalam filtrat dan abu bebas dari oksida-oksida selain silika (Mujiyanti, Nuryono, & Kunarti, 2010: 154).
Abu yang sudah disaring dan dipisahkan dari filtratnya, selanjutnya
dilakukan pemanasan pada temperatur 110 oC. Proses sintesis adsorben silika gel dari abu vulkanik gunung kelud, secara garis besar melalui beberapa tahap. Tahapan pertama adalah pembentukan natrium silikat dengan cara mereaksikan SiO2 pada abu dengan NaOH (Rosmawati, Tjahjanto, & Prananto, 2013: 162). Pada penelitian ini, abu yang sudah dicuci dimasukkan ke dalam larutan NaOH 3M lalu dilakukan pemanasan dan pengadukan hingga mendidih. Natrium silikat yang terbentuk didiamkan selama 24 jam dan disaring untuk memisahkan filtrat dan endapan abu. Filtrat natrium silikat ini yang akan digunakan sebagai prekursor pembuatan adsorben silika gel. Proses pembentukan natrium silikat ditunjukkan dalam reaksi berikut: SiO2(s) + 2NaOH(aq) → Na2SiO3(aq) + H2O(l) Mekanisme reaksi yang diperkirakan pada pembentukan natrium silikat tersebut ditampilkan pada Gambar 10. Pada SiO2, elektronegativitas atom O yang tinggi menyebabkan Si lebih elektropositif. Adanya gugus OH- dari NaOH akan menyerang Si sehingga terbentuk intermediet [SiO2OH]- yang tidak stabil.
40
OH O
Si
O
O
O
H
Si
O
O
O
H
Si
O
2-
2O
O
2Na+
+ 2Na+ O
Si
O
O
Si
O
+ H2O
Gambar 10. Model Mekanisme Reaksi Pembentukan Natrium Silikat (Alex, 2005 dalam Mujiyanti, Nuryono, & Kunarti, 2010: 156) Kemudian akan terjadi dehidrogenasi, di mana ion H+ dari senyawa intermediet akan dilepaskan dan akan berikatan dengan ion hidroksil dari NaOH yang lain membentuk H2O. Dua ion Na+ akan menyeimbangkan muatan negatif yang terbentuk dan berinteraksi dengan ion SiO32- sehingga terbentuk natrium silikat (Na2SiO3). Natrium silikat yang terbentuk larut dalam akuades sehingga menjadi larutan natrium silikat Na2SiO3. Larutan natrium silikat ini akan digunakan sebagai prekursor dalam pembuatan adsorben silika gel (Mujiyanti, Nuryono, & Kunarti, 2010: 156). Tahapan kedua adalah pembentukan silika gel dengan metode sol gel. Metode sol gel merupakan proses pembentukan jaringan oksida dengan reaksi polikondensasi dari molekul prekursor dalam medium air (Buhani dkk., 2012: 265). Pada metode sol gel, prekursor berupa natrium silikat ditambahkan dengan asam hingga terbentuk asam ortosilikat melalui reaksi hidrolisis asam (Essien et al., 2012: 977). Pada penelitian ini, larutan natrium silikat ditambahkan asam
41
nitrat 3 M tetes demi tetes hingga terbentuk gel berwarna putih. Penambahan asam dilakukan sampai larutan mencapai pH 7. Hal ini disebabkan di bawah pH 7, kelarutan silika dalam medium air semakin bertambah dan ukuran partikelnya semakin kecil (Brinker & Scherer, 1990: 105). Adapun reaksi kimia yang terjadi dalam proses ini adalah sebagai berikut: Na2SiO3(aq) + H2O(l) + 2H+(aq) → Si(OH)4 (s) + 2Na+ (aq) Menurut Nuryono dan Narsito (2005: 25), reaksi pembentukan gel asam silikat dari prekursor natrium silikat bergantung pada pH atau konsentrasi proton dalam larutan dan tidak bergantung pada jenis asam. Penambahan asam pada larutan prekursor menyebabkan terjadinya reaksi hidrolisis, di mana terjadi protonasi gugus siloksi (Si – O-) menjadi gugus silanol (Si – OH). Pada penambahan asam secara berlebih semua gugus silikat terprotonasi sempurna sehingga terbentuk monomer asam silikat bebas (Nuryono & Narsito, 2005: 25). Adapun mekanisme reaksi pembentukan asam silikat dapat dilihat pada Gambar 11. Monomer-monomer asam silikat yang terbentuk akan mengalami polimerisasi kondensasi membentuk dimer, trimer, dan seterusnya sampai akhirnya membentuk polimer asam silikat (Prastiyanto, Azmiyawati, & Darmawan, 2008: 5). Pembentukan polimer asam silikat terjadi karena reaksi antar gugus silanol satu dengan gugus silanol yang lain membentuk ikatan siloksan (Si–O–Si). Polimerasi asam silikat terus berlangsung membentuk bolabola polimer yang disebut partikel silika primer. Partikel ini pada kondisi tertentu akan mengalami kondensasi membentuk fasa padatan gel yang disebut alkogel
42
yang bertekstur lunak dan tidak kaku (Prastiyanto, Azmiyawati, & Darmawan, 2008: 6). Mekanisme pembentukan gel dapat dilihat pada Gambar 12.
O
Si
H
OH
OH
Si
Si
OH
O
O
O
O
O
Na
Na
Na
Na
Na
Na
H
O
O
Na
Na
OH
OH
- 2Na +
Si HO
Si
+ 2H
O
OH
O
H
HO
H
Si O
OH
H
H OH
- H
HO
Si
OH
OH
Gambar 11. Mekanisme Reaksi Pembentukan Monomer Asam Silikat (Prastiyanto, Azmiyawati, & Darmawan, 2008: 6)
HO
Si
OH
OH
OH OH
HO
+ H
Si
OH2
+
Si
HO
OH
OH
OH
OH
OH
OH
- H2O
-H HO
Si OH
O
Si
H
OH
OH
OH
HO
Si OH
OH O
Si
OH
OH
Gambar 12. Mekanisme Pembentukan Gel (Prastiyanto, Azmiyawati, & Darmawan, 2008: 6).
43
H
Alkogel memiliki ukuran partikel lebih besar dari pada silika primer. Proses pembentukan gel dapat dilihat pada Gambar 13.
Gambar 13. Proses Pembentukan Alkogel (Brinker & Scherer, 1990: 102) Alkogel yang terbentuk kemudian didiamkan selama 24 jam untuk melalui tahap pematangan. Pada tahap pematangan, kekuatan serta ukuran partikel dan pori menjadi semakin besar dan homogen (He et al., 2009: 1621). Pada tahap ini alkogel mengalami sineresis. Proses sineresis adalah proses pengerasan gel yang terjadi secara spontan tanpa proses penguapan. Proses sineresis terjadi karena pembentukan dan pertumbuhan permukaan gel yang disertai dengan pelepasan molekul H2O dari pori-pori silika gel (Scherer, 1989 dalam Saputra dkk, 2014: 38). Proses sineresis ini menghasilkan hidrogel. Hidrogel yang terbentuk disaring, dicuci dan dipanaskan pada temperatur 120 oC hingga membentuk xerogel dengan
44
berat yang konstan. Xerogel merupakan silika gel yang dihasilkan melalui penghilangan air dari pori-pori melalui proses penguapan (Kalapathy, Proctor, & Shultz, 2002: 285). Xerogel memiliki tekstur yang kaku dan berwarna putih. Xerogel yang terbentuk kemudian digerus dan diayak menggunakan ayakan 100 mesh. Hal ini dilakukan untuk menyamakan ukuran xerogel dan luas permukaannya. Xerogel yang sudah diayak lalu ditimbang, dan dihitung efisiensi produksinya. Berdasarkan perhitungan, diperoleh efisiensi produksi adsorben silika gel dengan asam nitrat 3M adalah 63,73%. 2. Karakter Spektra FTIR abu vulkanik gunung kelud sebelum dan sesudah dicuci dengan HCl Berdasarkan penelitian Kristianingrum (2016), perbandingan spektra FTIR antara abu vulkanik gunung Kelud sebelum dan sesudah dicuci dengan HCl dapat dilihat pada Gambar 14.
Mon Mar 30 09:22:54 2015 (GMT+07:00) 62 60
%Transmittance
58 56 54 52 50
: Abu Kelud sebelum
48 46
: Abu Kelud sesudah
44 4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
Wavenumbers (cm-1) Collection time: Wed Nov 19 07:34:21 2014 (GMT+07:00) Gambar 14. Spektra FTIR Abu Vulkanik gunung kelud Sebelum dan Sesudah No peak table for the selected spectrum! dicuci dengan HCl 0,1 M
Hasil interpretasi spektra FTIR dari abu vulkanik gunung kelud dan adsorben hasil sintesis dapat dilihat pada Tabel 13.
45
Tabel 13. Interpretasi FTIR Abu Sebelum dan Sesudah dicuci dengan HCl 0,1 M Bilangan Gelombang (cm-1) Abu Kelud Abu Kelud No Jenis Vibrasi sebelum dicuci sesudah dicuci *) *) 1 3460,83 3430,96 Regangan OH (SiOH) 2 1639,19 1635,64 Bengkokan OH (SiOH) 3 1071,45 1057,66 Regangan Asimetri SiO (SiOSi) 4 462,44 461,37 Bengkokan SiOSi *) Sumber Kristianingrum, dkk. 2016 Berdasarkan analisis spektrofotometer FTIR yang dilakukan oleh Kristianingrum (2016) menunjukkan bahwa pada abu vulkanik sebelum dan sesudah dicuci terdapat serapan pada pita gelombang 3460,83 cm-1 dan 3430,96 cm-1. Pada bilangan gelombang sekitar 3400 cm-1 menunjukkan vibrasi regangan gugus –OH dari gugus silanol atau molekul air yang terserap pada permukaan silika (Rida & Harb, 2014: 39). Hal ini diperkuat oleh adanya serapan pada bilangan gelombang 1639,19 cm-1 dan 1635,64 cm-1 pada spektra FTIR abu vulkanik gunung kelud sebelum dan sesudah dicuci yang menunjukkan vibrasi bengkokan dari gugus –OH. Pada bilangan gelombang 1071,45 cm-1 dan
1057,66 cm-1 secara
berurutan dari spektra FTIR abu vulkanik gunung kelud sebelum dan sesudah dicuci, menunjukkan vibrasi regangan asimetri gugus Si–O dari ikatan . Hal ini diperkuat dengan adanya serapan pada bilangan gelombang 462,44 cm-1 dan 461,37 cm-1 pada spektra FTIR abu vulkanik gunung kelud sebelum dan sesudah dicuci yang menunjukkan vibrasi bengkokan dari gugus . Pada spektra FTIR abu vulkanik gunung kelud sebelum dicuci, terdapat puncak pada bilangan gelombang sekitar 2900 cm-1, namun puncak tersebut tidak
46
ditemukan pada spektra FTIR abu vulkanik gunung kelud sesudah dicuci. Puncak pada bilangan gelombang tersebut dimungkinkan adalah zat pengotor yang hilang setelah abu vulkanik gunung kelud dicuci dengan HCl 0,1 M. Fungsi pencucian dengan larutan HCl 0,1 M adalah untuk melarutkan pengotor berupa logam-logam oksida selain SiO2 yang terdapat pada abu vulkanik.
3. Karakter spektra FTIR adsorben hasil sintesis Analisis karakter FTIR adsorben hasil sintesis dan kiesel gel 60G buatan E-Merck dilakukan dengan tujuan untuk mengetahui pergeseran daerah hasil serapan gugus silanol (
dan gugus siloksan (
).
Berdasarkan analisis spektrofotometer FTIR diperoleh bahwa pada kiesel gel 60G buatan E-Merck dan adsorben hasil sintesis, masing-masing secara berurutan terdapat serapan pada pita gelombang 3434,18 cm-1 dan 3462,82 cm-1. Pada bilangan gelombang sekitar 3400 cm-1 menunjukkan vibrasi regangan gugus –OH dari gugus silanol atau molekul air yang terserap pada permukaan silika (Rida & Harb, 2014: 39). Hal ini diperkuat oleh adanya serapan pada bilangan gelombang 1640,13 cm-1 dan 1637,09 cm-1 pada spektra FTIR kiesel gel 60G buatan E-Merck dan adsorben hasil sintesis yang menunjukkan vibrasi bengkokan dari gugus –OH. Vibrasi bengkokan tersebut berasal dari molekul air yang terjebak dalam matrik silika yang ditunjukkan pada intensitas puncak bilangan gelombang sekitar 1635 cm-1 (Rida & Harb, 2014: 39). Pada bilangan gelombang 1076,41 cm-1 dan
1097,17 cm-1 secara
berurutan dari spektra FTIR kiesel gel 60G buatan E-Merck dan adsorben hasil
47
sintesis, menunjukkan vibrasi regangan asimetri gugus Si – O dari ikatan . Hal ini diperkuat dengan adanya serapan pada bilangan gelombang 460,97 cm-1 dan 471,16 cm-1 pada spektra FTIR kiesel gel 60G buatan E-Merck dan adsorben hasil sintesis yang menunjukkan vibrasi bengkokan dari gugus . Pada spektra FTIR adsorben hasil sintesis dan kiesel gel 60G buatan EMerck secara berurutan terdapat serapan pada bilangan gelombang 2360,31 cm-1 dan 2361,20 cm-1. Menurut Sastrohamidjojo (1992), serapan pada bilangan gelombang tersebut merupakan serapan dari vibrasi rentangan Si – H.
4. Keasaman adsorben hasil sintesis Penentuan keasaman adsorben hasil sintesis dilakukan untuk mengetahui kemampuan adsorben dalam mendonorkan proton saat proses adsorpsi. Penentuan keasaman dilakukan dengan metode titrasi volumetri. Adsorben hasil sintesis direndam dalam NaOH yang sudah distandarisasi dan diketahui konsentrasinya selama 24 jam agar terjadi interaksi sempurna antara gugus Si-OH dari adsorben hasil sintesis dengan gugus OH dari NaOH. Perkiraan reaksi yang terjadi selama perendaman dapat dilihat pada Gambar 15.
Si
OH(aq) + OH(aq)
Si
O (aq) + H2O (l)
Gambar 15. Reaksi Adsorben Hasil Sintesis dengan Basa NaOH (Azizah, 2015: 69) Selanjutnya campuran larutan NaOH dan adsorben hasil sintesis disaring dan dilakukan titrasi pada filtratnya menggunakan HCl yang sudah distandarisasi
48
dan diketahui konsentrasinya. Keasaman adsorben hasil sintesis diperoleh dari selisih antara konsentrasi mmol NaOH awal dengan konsentrasi mmol NaOH yang sudah bereaksi dengan adsorben. Tingkat keasaman adsorben hasil sintesis dan Kiesel gel 60G dapat dilihat pada Tabel 7. Perhitungan selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran 4. Berdasarkan Tabel 7 tersebut diketahui nilai keasaman adsorben hasil sintesis adalah 5,6859 mmol/gram. Nilai keasaman ini sedikit lebih besar dibanding nilai keasaman adsorben kiesel gel 60G buatan E-Merck yaitu 5,6578 mmol/gram. Nilai keasaman pada adsorben menunjukkan jumlah gugus silanol pada permukaan adsorben. Kekuatan asam ini dapat digunakan sebagai ukuran reaktivitas kimianya (Nuryono & Narsito, 2005: 28). Semakin tinggi nilai keasaman maka semakin banyak gugus silanol yang terdapat pada permukaan adsorben sehingga semakin besar kemampuan adsorben dalam mendonorkan proton. Oleh karena itu, adsorben yang memiliki nilai keasaman yang lebih tinggi akan mengikat lebih banyak ion logam dalam proses adsorpsi.
5. Kadar air adsorben hasil sintesis Penentuan kadar air pada adsorben hasil sintesis dilakukan untuk menentukan nilai x pada rumus kimia adsorben hasil sintesis secara umum SiO2.xH2O. Kadar air total dalam hal ini didefinisikan sebagai banyaknya air yang dilepaskan oleh silika gel kering akibat pemanasan pada 600 oC selama 2 jam (Nuryono & Narsito, 2005: 28). Pada penelitian ini, adsorben hasil sintesis dan adsorben kiesel gel 60G buatan E-Merck sebagai pembanding dilakukan
49
pemanasan dengan oven pada temperatur 100 oC selama 4 jam. Setelah itu, dilakukan pendinginan dan penimbangan. Adsorben kemudian dipanaskan dalam muffle furnace pada temperatur 600 oC selama 2 jam. Proses ini dilakukan secara berulang hingga diperoleh berat konstan. Kadar air adsorben hasil sintesis dan adsorben kiesel gel 60G buatan E-Merck diperoleh dari selisih antara berat awal adsorben sebelum dilakukan pemanasan dengan berat akhir setelah pemanasan. Pada pemanasan silika gel dari temperatur 120 sampai 700 oC terjadi penurunan berat silika sebanyak dua kali, yaitu pada temperatur 120 sampai 580 o
C dan 580 sampai 700 oC. Hal tersebut dapat dijelaskan melalui teori yang
menyebutkan bahwa dalam silika gel terdapat tiga lapisan molekul air. Struktur lapisan molekul air dapat dilihat pada Gambar 16. Penurunan berat silika gel pada temperatur 120 – 580 oC terjadi akibat proses pemutusan ikatan hidrogen pada lapisan pertama antara molekul air dan gugus silanol. Penurunan pada temperatur 580 – 700 oC terjadi akibat kondensasi gugus silanol. Dua reaksi pelepasan air pada pemanasan silika gel dapat dilihat pada Gambar 17.
H O
H
H O
H
H H
O
H
O
Si
Gambar 16. Lapisan Molekul Air dalam Silika Gel (Scott, 1993 dalam Nuryono & Narsito, 2005: 28)
50
Si
O
H
H
Si
OH
Si
O
+ H2O
OH
H
+
Si
OH
Si
O
Si
+ H2O
Gambar 17. Reaksi Pelepasan Air pada Silika Gel (Nuryono & Narsito, 2005: 28) Kadar air adsorben hasil sintesis dapat dilihat pada Tabel 7. Berdasarkan Tabel 7 tersebut diketahui bahwa kadar air adsorben hasil sintesis adalah 9,00%. Persen kadar air ini lebih besar daripada adsorben kiesel gel 60G buatan E-Merck yaitu 5,00%. Menurut Nuryono dan Narsito (2005: 28), besarnya persen kadar air berbanding lurus dengan jumlah gugus silanol yang ada pada permukaan adsorben silika gel dan molekul air yang terikat. Dengan demikian, semakin besar persen kadar air suatu adsorben, maka semakin banyak jumlah gugus silanolnya sehingga semakin besar kemampuan adsorben dalam mendonorkan proton. Dengan mengasumsikan kandungan yang terdapat pada adsorben hanya H2O dan SiO2, maka rumus molekul adsorben (SiO2.xH2O) dapat ditentukan. Rumus molekul adsorben hasil sintesis adalah SiO2.0,329H2O dan rumus molekul adsorben kiesel gel 60G buatan E-Merck adalah SiO2.0,175H2O. Perhitungan selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran 6.
6. Porositas adsorben hasil sintesis Analisis porositas dengan menggunakan Gas Surface Analyzer dilakukan dengan tujuan untuk mengetahui luas permukaan, ukuran pori, dan volume pori dari adsorben hasil sintesis dengan asam nitrat. Analisis menggunakan alat Gas Surface Analyzer (GSA), terdiri dari dua tahapan, yaitu tahap preparasi dengan alat degasser dan analisis. Tahap preparasi dilakukan dengan tujuan untuk 51
menghilangkan gas atau uap atau senyawa volatil yang mungkin telah teradsorpsi atau terperangkap dalam pori-pori atau permukaan padatan. Pada tahapan ini, adsorben hasil sintesis dipanaskan dalam sampel sel yang dihubungkan dengan port degas menggunakan mantel pemanas. Proses ini dilakukan selama 3 jam dengan temperatur pemanasan 300 oC. Temperatur ini merupakan temperatur yang paling tinggi dalam proses degassing. Pemilihan temperatur pemanasan didasarkan pada karakteristik material adsorben hasil sintesis. Untuk mengetahui karakteristik material adsorben hasil sintesis dapat dilakukan dengan analisis TGA (Thermogravimetric Analysis). Namun, pada penelitian ini, peneliti menentukan temperatur berdasarkan sifat kimia titik leleh silika gel yang tercantum dalam MSDS yaitu 1.600 oC (Weintraub, 2001: 12). Hal ini disebabkan oleh karakter spektra FTIR adsorben hasil sintesis yang memiliki kemiripan dengan silika gel, sehingga dapat diasumsikan bahwa dengan temperatur degassing
300 oC tidak akan menyebabkan melelehnya padatan
adsorben atau kerusakan pada padatan adsorben. Setelah dilakukan preparasi dengan alat degasser, selanjutnya dilakukan analisis dengan menggunakan gas nitrogen. Proses analisis didasarkan pada volume gas yang diadsorpsi dan didesorpsi oleh adsorben pada variasi tekanan yang konstan. Berdasarkan analisis tersebut, diperoleh data berupa grafik hubungan antara volume gas yang diadsorpsi atau desorpsi (v) dengan tekanan relatif (P/Po). Berdasarkan hasil analisis GSA, diperoleh data luas permukaan adsorben adalah 144,744 m2/g, volume total pori 0,771 cm3/g dan jari-jari ukuran pori 106,54 Å.
52
Berdasarkan hasil analisis GSA tersebut, adsorben hasil sintesis ini termasuk dalam kategori mesopori. Suatu material padatan dikatakan mikropori apabila jari-jari ukuran porinya kurang dari 2 nm, mesopori antara 2 hingga 50 nm, dan makropori lebih dari 50 nm (Rouquerolt et al., 1994: 1745).
7. Adsorpsi ion logam Ni(II) dan Zn(II) Pada penelitian ini, dilakukan uji daya adsorpsi dan efisiensi adsorpsi dari adsorben hasil sintesis terhadap ion logam Ni(II) dan Zn(II) dalam cuplikan limbah cair industri elektroplating pada variasi pH 1, 2, 4, 6, dan 8. Hal ini dilakukan untuk mempelajari pengaruh pH medium terhadap adsorpsi oleh adsorben. Kemampuan adsorpsi dari adsorben diketahui melalui perubahan konsentrasi ion logam dari konsentrasi awal limbah sebelum adsorpsi dan konsentrasi akhir limbah setelah adsorpsi. Adanya perubahan konsentrasi ion logam menunjukkan bahwa adsorben hasil sintesis dapat mengadsorpsi ion logam tersebut. Berdasarkan data penelitian pada Tabel 11 dan Tabel 12, serta grafik pada Gambar 8 dan Gambar 9, menunjukkan bahwa pH medium adsorpsi mempengaruhi daya adsorpsi dan efisiensi adsorpsi ion logam Ni(II) dan Zn(II) oleh adsorben hasil sintesis dan kiesel gel 60G buatan E-Merck. Pada adsorpsi ion logam Ni(II) oleh adsorben hasil sintesis dan kiesel gel 60G buatan E-Merck, efisiensi adsorpsi dan daya adsorpsi cenderung meningkat dari pH 1 hingga pH 8. Apabila dilakukan perbandingan efisiensi adsorpsi dan daya adsorpsi antara
53
adsorben hasil sintesis dengan kiesel gel, adsorben hasil sintesis memiliki efisiensi adsorpsi dan daya adsorpsi lebih besar dari pada kiesel gel 60G buatan E-Merck. Pada adsorpsi ion logam Zn(II) oleh adsorben hasil sintesis dan kiesel gel 60 G buatan E-Merck, efisiensi adsorpsi dan daya adsorpsi juga cenderung meningkat dari pH 1 hingga pH 8. Akan tetapi, pada adsorben hasil sintesis, efisiensi adsorpsi dan daya adsorpsi mengalami penurunan pada pH 4 dan mengalami peningkatan kembali pada pH 6. Sama halnya dengan adsorpsi ion logam Ni(II),
adsorben hasil sintesis memiliki efisiensi adsorpsi dan daya
adsorpsi lebih besar dari pada kiesel gel 60G buatan E-Merck. Hal ini menunjukkan bahwa adsorben hasil sintesis memiliki kemampuan adsorpsi yang lebih baik daripada kiesel gel 60G buatan E-Merck. Berdasarkan hasil penelitian menunjukkan adanya adsorpsi ion logam oleh adsorben hasil sintesis. Kemampuan adsorpsi disebabkan oleh adanya gugus aktif silanol (
dan siloksan (
) pada permukaan adsorben.
Adanya kedua gugus tersebut diketahui dari interpretasi spektra FTIR dan mmol/gram keasaman adsorben. Semakin besar mmol/gram keasaman maka semakin banyak jumlah gugus silanol sehingga kemampuan mendonorkan proton semakin besar. Nilai keasaman adsorben hasil sintesis (ADHNO3) lebih besar dibanding keasaman adsorben kiesel gel 60G buatan E-Merck, sehingga kemampuan adsorpsi oleh adsorben hasil sintesis (ADHNO3) terhadap ion logam Ni(II) dan Zn(II) lebih besar dibanding adsorben kiesel gel 60G buatan E-Merck. Hal ini sesuai dengan data penelitian pada Tabel 11 dan Tabel 12.
54
Interaksi antara ion logam Ni(II) dan Zn(II) dengan permukaan adsorben dipengaruhi oleh pH medium. Derajat keasaman dapat mempengaruhi proses adsorpsi ion logam dalam larutan, karena keberadaan ion H+ dalam larutan akan berkompetisi dengan kation logam untuk berikatan dengan situs aktif pada permukaan adsorben. Selain itu pH juga akan mempengaruhi spesies ion yang ada dalam larutan sehingga akan mempengaruhi terjadinya interaksi ion logam dengan situs aktif adsorben (Lestari, 2003 dalam Darmayanti, Rahman, & Supriadi, 2012: 162). Pada pH 1, daya adsorpsi adsorben hasil sintesis dan kiesel gel 60G buatan E-Merck terhadap ion logam Ni(II) secara berurutan adalah 1,2534 dan 1,2449 mg/gram, sedangkan % efisiensi adsorpsinya secara berurutan adalah 50,3090 dan 49,9670 %. Daya adsorpsi adsorben hasil sintesis dan kiesel gel 60G buatan EMerck terhadap ion logam Zn(II) secara berurutan adalah 0,0103 dan 0,0045 mg/gram, sedangkan % efisiensi adsorpsinya secara berurutan adalah 1,8685 dan 0,8311 %. Pada pH 2, daya adsorpsi adsorben hasil sintesis dan kiesel gel 60G buatan E-Merck terhadap ion logam Ni(II) secara berurutan adalah 1,2980 dan 1,2449 mg/gram, sedangkan % efisiensi adsorpsinya secara berurutan adalah 52,0999 dan 51,7688 %. Daya adsorpsi adsorben hasil sintesis dan kiesel gel 60G buatan E-Merck terhadap ion logam Zn(II) secara berurutan adalah 0,0114 dan 0,0062 mg/gram, sedangkan % efisiensi adsorpsinya secara berurutan adalah 2,7031 dan 1,1389 %. Pada kondisi pH asam (pH << 3) di bawah Point of Zero Charge (PZC) silika, gugus fungsi silanol pada permukaan silika bermuatan positif (Kosmulski,
55
1998). Hal ini disebabkan gugus fungsi silanol yang terdapat pada permukaan adsorben terprotonasi, sehingga terjadi pengikatan ion hidrogen (H+) (Buhani et al., 2009: 308). Reaksi pengikatan ion hidrogen oleh gugus silanol dapat dilihat pada Gambar 18. Gugus fungsi siloksan pada permukaan silika tidak mengalami perubahan muatan. Hal ini disebabkan oleh ikatan pada gugus siloksan merupakan ikatan kovalen, sehingga adanya perubahan kondisi pH dalam larutan tidak akan berpengaruh pada spesies gugusnya.
Si
OH
Si
OH2+
Si
OH2+
+
+H Si
OH
Gambar 18. Pengikatan Ion Hidrogen oleh Gugus Fungsi pada Permukaan Adsorben Sementara itu, spesi ion logam Ni terdapat dalam bentuk Ni2+. Hal ini disebabkan pada pH kurang dari 7,5 spesi ion logam Ni dalam larutan berada pada bentuk Ni2+ (Plyasunova et al., 1998: 48) dan spesi ion logam Zn, pada pH kurang dari 7 terdapat dalam bentuk Zn2+ (Krezel dan Maret, 2016: 7). Distribusi spesies ion logam Ni dan Zn dalam larutan dengan variasi pH dapat dilihat pada Gambar 19 dan Gambar 20. Oleh karena pada kondisi asam permukaan adsorben pada gugus silanol bermuatan positif, dan ion logam yang terdapat pada larutan juga bermuatan positif, maka akan terjadi tolakan antara permukaan adsorben dengan ion logam, sehingga adsorpsinya rendah (Buhani dkk., 2009). Adsorpsi yang rendah ini terjadi pada gugus siloksan, di mana terjadi ikatan kovalen koordinasi dari atom O dengan ion logam. Reaksi antara permukaan adsorben pada gugus fungsi silanol
56
dan ion logam dalam larutan dengan pH asam dapat dilihat pada Gambar 21. Reaksi antara permukaan adsorben pada gugus fungsi siloksan dan ion logam dalam larutan dengan pH asam dapat dilihat pada Gambar 22.
Gambar 19. Distribusi Spesies Ion Logam Ni(II) (Baes& Mesmer, 1976 dalam Plyasunova et al., 1998: 48)
: [Zn(H2O)x]2+
: [Zn(OH)(H2O)x-1]+ : [Zn(OH)2(H2O)x-2] : [Zn(OH)3(H2O)x-3]: [Zn(OH)4]2-
Gambar 20. Distribusi Spesies Ion Logam Zn(II) (Krezel & Maret, 2016: 5)
57
OH2+
Si
Si + Ni
2+
OH2+
Si
Si
OH2+
+ Zn2+
OH2+
Gambar 21.+Reaksi antara Gugus Silanol pada Permukaan Adsorben dan Ion Si OH 2 2-n + Larutan dengan pH Asam + Logam [Ni(OH)ndalam ] + Si Si OH2 Si Si O + Ni2+ O Ni O Si
Si
Si
O +
Si
Zn2+
Si
Si
Si Si O
Zn
O Si
Gambar 22. Reaksi antara Gugus Siloksan pada Permukaan Adsorben dan Ion Logam dalam Larutan dengan pH Asam Pada pH 4, daya adsorpsi adsorben hasil sintesis dan kiesel gel 60G buatan E-Merck terhadap ion logam Ni(II) secara berurutan adalah 1,3246 dan 1,3189 mg/gram, sedangkan % efisiensi adsorpsinya secara berurutan adalah 53,1667 dan 52,9383 %. Daya adsorpsi adsorben hasil sintesis dan kiesel gel 60G buatan EMerck terhadap ion logam Zn(II) secara berurutan adalah 0,0110 dan 0,0105 mg/gram, sedangkan % efisiensi adsorpsinya secara berurutan adalah 2,0079 dan 1,9066 %. Pada pH 6, daya adsorpsi adsorben hasil sintesis dan kiesel gel 60G buatan E-Merck terhadap ion logam Ni(II) secara berurutan adalah 1,4446 dan 1,4128 mg/gram, sedangkan % efisiensi adsorpsinya secara berurutan adalah 57,9810 dan 56,7075 %. Daya adsorpsi adsorben hasil sintesis dan kiesel gel 60G buatan E-Merck terhadap ion logam Zn(II) secara berurutan adalah 0,0150 dan 0,01453 mg/gram, sedangkan % efisiensi adsorpsinya secara berurutan adalah 2,7322 dan 2,6308 %.
58
Berdasarkan data hasil penelitian tersebut, pada pH 4 - 6 adsorpsi ion logam relatif meningkat. Hal ini disebabkan oleh adanya pemutusan proton yang terjadi pada permukaan silanol sehingga permukaan silika bermuatan negatif (Sulastri, Kristianingrum, & Arianingrum, 2004: 64). Hal ini memungkinkan gugus aktif pada permukaan adsorben berperan sebagai donor pasangan elektron, yang dapat berinteraksi dengan ion logam melalui pembentukan ikatan kovalen koordinasi menghasilkan senyawa kompleks (Buhani dkk., 2012: 268). Reaksi pemutusan proton pada gugus silanol dapat dilihat pada Gambar 23.
Si
OH
Si
O-
Si
-
+ OHSi
+
OH
H2O
O
Gambar 23. Pemutusan Proton pada Permukaan Silanol Oleh karena pada kondisi pH 4 – 6 permukaan adsorben bermuatan negatif, dan ion logam yang terdapat pada larutan bermuatan positif, yaitu dalam bentuk spesi ion logam Ni2+ dan Zn2+, maka akan terjadi tarik-menarik antara permukaan adsorben dengan ion logam, sehingga efisiensi adsorpsinya meningkat. Reaksi antara gugus fungsi silanol dengan ion logam Ni(II) dan Zn(II) dapat dilihat pada Gambar 24. Reaksi antara gugus fungsi siloksan dengan ion logam Ni(II) dan Zn(II) dapat dilihat pada Gambar 25. Pada pH 8, daya adsorpsi adsorben hasil sintesis dan kiesel gel 60G buatan E-Merck terhadap ion logam Ni(II) secara berurutan adalah 2,4537 dan 2,4532 mg/gram, sedangkan % efisiensi adsorpsinya secara berurutan adalah 98,4845 dan 98,4640 %. Daya adsorpsi adsorben hasil sintesis dan kiesel gel 60G buatan EMerck terhadap ion logam Zn(II) secara berurutan adalah 0,4330 dan 0,4165
59
mg/gram, sedangkan % efisiensi adsorpsinya secara berurutan adalah 78,4139 dan 75,4191 %.
Si
Si
O-
O
2+
Ni
+ Ni Si
O-
Si
O-
Si
O
Si
O
2+
Zn
+ Zn Si
Si
O-
O
Gambar 24. Reaksi antara Gugus Fungsi Silanol pada Permukaan Adsorben dengan Ion Logam pada pH 4-6 Si
O +
Si
Ni2+
Si
Si
Si O
Ni
O
Si
O +
Si
Zn2+
Si
Si
Si Si O
Zn
O Si
Gambar 25. Reaksi antara Gugus Fungsi Siloksan pada Permukaan Adsorben dengan Ion Logam pada pH 4-6 Pada pH 8, daya adsorpsi dan efisiensi adsorpsi ion logam Ni(II) dan Zn(II) meningkat. Hal ini disebabkan oleh mengendapnya ion logam dalam limbah cair elektroplating membentuk endapan hidroksida logam sebelum dilakukan proses adsorpsi. Ion logam Zn dalam larutan mulai mengendap apabila pH larutan mencapai 6,5 – 7. Pengendapan menjadi sempurna apabila pH larutan mencapai 8 – 9, dimana konsentrasi ion logam Zn berkurang sampai dibawah 10-5 mol/liter. Sedangkan ion logam Ni dalam larutan mulai mengendap apabila pH larutan mencapai 7, dan pengendapan menjadi sempurna apabila pH larutan
60
mencapai pH 8 (Svehla, 1985: 85). Berdasarkan penelitian ini, diperoleh adsorpsi ion logam Ni(II) dan Zn(II) paling optimum terjadi pada pH 6. Dalam proses adsorpsi, reaksi antara adsorben dengan adsorbat dapat digambarkan dengan menggunakan prinsip HSAB (Hard Soft Acid Base) yang diusulkan oleh Pearson. Menurut prinsip HSAB, spesies ion yang termasuk dalam golongan asam keras akan bereaksi dengan golongan basa keras, dan asam lunak akan bereaksi dengan basa lunak. Berdasarkan Tabel 2 mengenai klasifikasi lunak-keras asam-basa lewis, logam Ni(II) dan Zn(II) merupakan logam golongan asam madya, sedangkan atom O pada SiO- merupakan golongan basa keras (Sugiyarto dkk., 2013: 113). Berdasarkan hasil penelitian, adsorpsi adsorben hasil sintesis (ADHNO3) terhadap ion logam Ni(II) memiliki efisiensi adsorpsi dan daya adsorpsi lebih besar daripada ion logam Zn(II). Menurut prinsip HSAB, seharusnya efisiensi adsorpsi dan daya adsorpsi ion logam Ni(II) dan Zn(II) adalah sama, karena kedua ion logam tersebut berada dalam satu golongan asam madya. Namun, pada penelitian ini, efisiensi adsorpsi dan daya adsorpsi ion logam Ni(II) dan Zn(II) berbeda. Hal ini disebabkan oleh adanya kompetisi antara ion logam Ni(II) dan Zn(II) dalam berikatan dengan gugus aktif adsorben. Jumlah ion logam Ni(II) yang lebih besar daripada ion logam Zn(II), konsentrasi Ni(II) dalam limbah adalah 12,4577 ppm dan Zn(II) adalah 2,7615 ppm, menyebabkan ion logam Ni(II) dapat mendesak keberadaan ion logam Zn(II), sehingga kemungkinan ion logam Zn(II) untuk berikatan dengan adsorben kecil. Menurut Xiao dan Thomas (2004: 4574), pada skala konsentrasi yang kecil, jumlah konsentrasi logam yang
61
diadsorpsi meningkat apabila jumlah konsentrasi logam dalam larutan meningkat. Atau dengan kata lain, apabila konsentrasi ion logam dalam larutan tinggi, maka jumlah logam yang diadsorpsi lebih tinggi. Selain itu, perbedaan daya adsorpsi dan efisiensi adsorpsi ion logam Ni(II) dan Zn(II) disebabkan oleh radius hidrasi dari masing-masing ion logam. Dalam limbah cair elektroplating, selain ion logam juga terdapat molekul air. Adanya molekul air akan mengelilingi ion logam Ni(II) dan Zn(II) membentuk lapisan hidrat. Ketebalan lapisan hidrasi atau jari-jari hidrasi pada setiap logam berbeda, bergantung pada jari-jari ion logam. Semakin besar jari-jari ion, maka semakin kecil gaya elektrostatiknya, sehingga semakin lemah kemampuan ion tersebut untuk menarik molekul-molekul air ke arahnya dan jari-jari hidrasinya semakin kecil (Marcus, 1994: 115). Skematis radius ion yang terhidrasi dengan medan elektrostatis dapat dilihat pada Gambar 26.
a
b
Gambar 26. Skema Radius Ion yang Terhidrasi dengan Medan Elektrostatis (a) Tinggi (b) Rendah (Marcus, 1994: 115) Jari-jari ion logam Ni(II) (1,24 Å) lebih besar daripada jari-jari ion logam Zn(II) (0,69 Å). Hal ini menyebabkan jari-jari hidrasi dari ion logam Ni kecil. Spesies ion logam dengan jari-jari hidrasi yang kecil akan lebih mudah untuk
62
berdifusi ke struktur adsorben, sehingga adsorpsinya meningkat (Xiao & Thomas, 2004: 4571). Berdasarkan hal tersebut, dapat dijelaskan bahwa kecilnya daya adsorpsi ion logam Zn disebabkan oleh jari-jari ionnya yang lebih kecil dibanding dengan ion logam Ni(II), gaya elektrostatik ion logam Zn menjadi relatif besar sehingga kemampuan ion Zn2+ menarik molekul air di lingkungannya lebih besar. Dengan besarnya kemampuan ion Zn2+ dalam menarik molekul air, maka jari-jari hidrasinya menjadi lebih besar, sehingga mobilitas pergerakan ion Zn2+ lebih sulit ke permukaan adsorben.
8. Spektra FTIR Sebelum dan Sesudah Adsorpsi Berdasarkan perbandingan spektra FTIR antara adsorben hasil sintesis sebelum dan sesudah adsorpsi pada pH 6, menunjukkan bahwa terdapat pergeseran bilangan gelombang dan perubahan intensitas. Hal ini disebabkan oleh adanya perubahan lingkungan elektronik gugus silanol dan siloksan karena adanya ion OH- dari medium elektrolit yang ditambahkan untuk mengatur kondisi pH larutan dan ion logam yang terdapat dalam limbah cair industri elektroplating. Pada spektra FTIR adsorben hasil sintesis sebelum adsorpsi, terdapat pita yang melebar pada bilangan gelombang 3434,18 cm-1 yang menunjukkan adanya vibrasi regangan gugus
OH- dari gugus fungsi silanol (Si – OH). Bilangan
gelombang ini mengalami pergeseran setelah dilakukan adsorpsi menjadi 3432,39 cm-1. Keberadaan gugus OH- pada adsorben hasil sintesis sebelum adsorpsi diperkuat oleh adanya vibrasi bengkokan OH- pada bilangan gelombang 1640,13
63
cm-1, yang mengalami pergeseran bilangan gelombang setelah dilakukan adsorpsi menjadi 1639,02 cm-1. Pita serapan yang menunjukkan vibrasi regangan asimetri Si – O dari gugus Si – O – Si pada bilangan gelombang 1076,41 cm-1 pada adsorben hasil sintesis sebelum adsorpsi mengalami pergeseran bilangan gelombang setelah dilakukan adsorpsi menjadi 1080,81 cm-1. Keberadaan Si – O dari gugus Si – O – Si diperkuat oleh adanya vibrasi bengkokan Si – O pada bilangan gelombang 460,97 cm-1 yang mengalami pergeseran setelah dilakukan adsorpsi menjadi 460,74 cm-1. Selain adanya gugus silanol dan siloksan, hasil analisis spektra FTIR adsorben sebelum dan sesudah adsorpsi juga menunjukkan adanya gugus Si – H. Pada adsorben sebelum adsorpsi, keberadaan gugus Si – H ditunjukkan dengan adanya pita serapan vibrasi regangan pada bilangan gelombang 2360,31 cm-1, dan mengalami pergeseran setelah dilakukan adsorpsi menjadi 2362,62 cm-1. Secara umum pola spektra FTIR dari adsorben hasil sintesis memiliki kesamaan dengan pola spektra FTIR kiesel gel 60G buatan E-Merck sebelum dan sesudah adsorpsi ion logam Ni(II) dan Zn(II). Adanya kesamaan ini menunjukkan bahwa adsorben hasil sintesis memiliki kesamaan gugus fungsional dengan kiesel gel 60G buatan E-Merck. Hal tersebut menunjukkan bahwa adsorben hasil sintesis memiliki potensi untuk dijadikan sebagai adsorben ion logam Ni(II) dan Zn(II).
64
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN A. Kesimpulan Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut: 1. Adsorben hasil sintesis dari abu vulkanik gunung kelud memiliki karakter gugus fungsi yang mirip dengan kiesel gel 60 G buatan E-Merck. Karakter porositas adsorben memiliki luas permukaan adsorben sebesar 144,744 m2/g, volume total pori 0,771 cm3/g dan jari-jari ukuran pori 106,54 Å. Kadar air dan keasaman adsorben secara berurutan adalah 9,00% dan 5,6859 mmol/gram. 2. Daya adsorpsi dan efisiensi adsorben hasil sintesis terhadap ion logam Ni(II) yang paling optimum secara berurutan adalah 1,44462 mg/g dan 57,98%. Daya adsorpsi dan efisiensi adsorpsi adsorben hasil sintesis terhadap ion logam Zn(II) yang paling optimum secara berurutan adalah 0,01509 mg/g dan 2,73%. 3. pH optimum dalam uji daya adsorpsi adsorben hasil sintesis terhadap ion logam Ni(II) dan Zn(II) dalam limbah cair industri elektroplating adalah 6.
B. Saran Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan maka penulis memberikan saran sebagai berikut: 1. Perlu adanya pengkajian dan pengembangan lebih lanjut terkait modifikasi gugus aktif pada permukaan adsorben dari bahan dasar abu vulkanik dengan
65
bahan organik yang mampu meningkatkan daya dan efisiensi adsorpsi terhadap ion logam. 2. Perlu adanya pengkajian dan pengembangan lebih lanjut terkait metode yang digunakan dalam adsorpsi ion logam dalam limbah oleh adsorben hasil sintesis.
66
DAFTAR PUSTAKA Aina, H., Nuryono, & Tahir, I. (2007). Sintesis Aditif Semen Β -Ca2SiO4 dari Abu Sekam Padi dengan Variasi Temperatur Pengabuan. Makalah disajikan dalam Seminar Nasional Aplikasi Sains dan Matematika dalam Industri di UKSW. Anonim. (1996). Analytical Methods for Atomic Absorption Spectroscopy. United State of America: Perkin-Elmer Corporation. Atkins, P. (1999). Kimia Fisika Jilid 2. Jakarta: Erlangga. Azizah, Y. M. (2015). Sintesis Silika Gel dari Abu Vulkanik Gunung Kelud dengan Asam Nitrat (HNO3) dan Uji Adsorptivitasnya terhadap Ion Logam Kromium(VI) dan Timbal(II). Skripsi tidak diterbitkan, Universitas Negeri Yogyakarta, Yogyakarta. Brinker, C. J., & Scherer, G. W. (1990). Sol-Gel Science: The Physics and Chemistry of Sol-Gel Processing. 1250 Sixth Avenue, San Diego, CA 92101: Academic Press Inc. Buhani, Narsito, Nuryono, & Kunarti, E. S. (2009). Influence of pH Toward Interaction of Metal Ions Cd(II) and Cu(II) by Mercapto-Silica Hybrid Adsorbent in Aqueous Solution. Proseding Seminar Nasional Kimia dan Pendidikan Kimia, 300-310. Buhani, Narsito, Nuryono, & Kunarti, E. S. (2010). Production of metal ion imprinted polymer from mercapto-silica through sol-gel process as selective adsorbent of cadmium. Desalination, 251(1–3), 83–89. Buhani, Narsito, Nuryono, & Kunarti, E. S. (2012). Proses Sol Gel dalam Pembuatan Hibrida Merkapto-Silika untuk Adsorpsi Ion Cu(II) dalam Larutan. Jurnal Manusia Dan Lingkungan, 19(3), 264–272. Companion, A. L. (1991). Ikatan Kimia. Bandung: Penerbit ITB. Cotton, F. A., & Wilkinson, G. (1972). Advanced Inorganic Chemistry. Canada: Interscience Publisher. Darmayanti, Rahman, N., & Supriadi. (2012). Adsorpsi Timbal ( Pb ) dan Zink ( Zn ) dari Larutannya Menggunakan Arang hayati ( Biocharcoal ) Kulit Pisang Kepok Berdasarkan Variasi pH. Jurnal Akad Kim, 1(4), 159–165. Essien, E. R., Olaniyi, O. A., Adams, L. A., & Shaibu, R. O. (2012). Sol-GelDerived Porous Silica : Economic Synthesis and Characterization. Journal of Minerals and Materials Characterization and Engineering, 11(October), 976–981.
67
Fahmiati, Nuryono, & Narsito. (2006). Adsorption Thermodynamics of Cd ( II ), Ni ( II ), And Mg ( II ) on 3-Mercapto-1 , 2 , 4-Triazole Immobilized Silica Gel. Indo. J. Chem, 6(1), 52–55. Hadi, I., Arsa, M., & Sudiarta, I. W. (2006). Sintesis Silika Gel dari Abu Sekam Padi dan Abu Limbah Pembakaran Batubata dengan Metode Presipitasi. Jurnal Kimia, 7(1), 31–38. He, F., Zhao, H., Qu, X., Zhang, C., & Qiu, W. (2009). Modified aging process for silica aerogel. Journal of Materials Processing Technology, 209(3), 1621–1626. Ikhsan, J., Johnson, B. B., & Wells, J. D. (1999). A Comparative Study of the Adsorption of Transition Metals on Kaolinite. Journal of Colloid and Interface Science, 410, 403–410. Jufrianto, Martin, A., & Nasruddin. (2014). Simulasi CFD ANG Storage dengan Metana sebagai Adsorbat dan Karbon Aktif sebagai Adsorbennya. Jom FTEKNIK, 1(2), 1–12. Kalapathy, U., Proctor, A., & Shultz, J. (2002). An improved method for production of silica from rice hull ash. Bioresource Technology, 85(3), 285– 289. Kasatriyanto, B. (2014). Erupsi Gunung Kelud , Candi Borobudur ditutup. Diambil pada tanggal 16 September 2016 dari http://www.kebudayaan.kemdikbud.go.id Khalis, A., Dewi, S. M., & Wisnumurti. (2016). Kajian abu vulkanik gunung kelud sebagai alternatif bahan penyusun batako berlubang.[Versi Elektronik]. Sipil Student Journal,341, 1-11. Khopkar, S. M. (2010). Konsep Dasar Kimia Analitik. (A. Saptorahardjo, Ed.). Jakarta: UI Press. Kosmulski, M. (1998). Sorption of Heavy Metal Cations on Silica. In Adsorption on Silica Surface (pp. 399–438). Krezel, A., & Maret, W. (2016). The biological inorganic chemistry of zinc ions. Archives of Biochemistry and Biophysic, xxx, 1–17. Kristianingrum, S., & Siswani, E. D. (2016). Modifikasi Abu Vulkanik Kelud 2014 sebagai Bahan Adsorben Selektif Ion Logam Tembaga ( II ) Modification of Volcanic Ash Kelud 2014as Selective Adsorbent Material For Copper ( II ) Metal Ion. Jurnal Sains Dasar, 5(1), 7–16. Kristianingrum, S., Siswani, E. D., & Fillaeli, A. (2011). Pengaruh Jenis Asam pada Sintesis Silika Gel dari Abu Bagasse dan Uji Sifat Adsorptivitasnya
68
terhadap Ion Logam Tembaga (II) (pp. 281–292). Lelifajri. (2010). Adsorpsi Ion Logam Cu ( II ) Menggunakan Lignin dari Limbah Serbuk Kayu Gergaji. Jurnal Rekayasa Kimia Dan Lingkungan, 7(3), 126– 129. Lide, D. R. (2002). Handbook of Chemistry and Physics (83rd ed.). United State of America: CRC Press. Marcus, Y. (1994). A simple empirical model describing the thermodynamics of hydration of ions of widely varying charges , sizes , and shapes. Biophysical Chemistry, 51(1994), 111–127. Marwati, S., Padmaningrum, R. T., & Marfuatun. (2007). Karakterisasi Sifat Fisika-Kimia Limbah Cair Industri Elektroplating. Diambil pada tanggal 16 September 2016 dari http://staff.uny.ac.id/sites/default/files/penelitian/Siti Marwati, M.Si./B6.pdf Mujiyanti, D. R., Nuryono, & Kunarti, E. S. (2010). Sintesis dan Karakterisasi Silika Gel dari Abu Sekam Padi yang Diimobilisasi dengan 3(Trimetoksisilil)-1-Propantiol. Jurnal Sains Dan Terapan Kimia, 4(2), 150– 167. Nurdila, F. A., Asri, N. S., & Suharyadi, E. (2015). Adsorpsi Logam Tembaga (Cu), Besi (Fe) dan Nikel (Ni) dalam Limbah Cair Buatan Menggunakan Adsorben Nanopartikel Cobalt Ferrite (CoFe2O4). Jurnal Fisika Indonesia, XIX(April), 204–207. Nurhasni, Salimin, Z., & Nurifitriyani, I. (2013). Pengolahan Limbah Industri Elektroplating Dengan Proses Koagulasi Flokulasi. Jurnal Valensi, 3(1), 41– 48. Nuryono, & Narsito. (2005). Effect of Acid Concentration on Characters of Silica Gel Synthesized from Sodium Silicate. Indonesian Journal Chemical, 5(1), 23–30. Padmaningrum, R. T., & Marwati, S. (2008). Rancangan Pengolahan Limbah Cair Industri Elektroplating (pp. 85–90). Plyasunova, N. V, Zhang, Y., & Muhammed, M. (1998). Critical evaluation of thermodynamics of complex formation of metal ions in aqueous solutions . IV . Hydrolysis and hydroxo-complexes of Ni t. Hydrometallurgy, 48(1998), 43–63. Prastiyanto, A., Azmiyawati, C., & Darmawan, A. (2008). Pengaruh Penambahan Merkaptobenzotiazol (MBT) terhadap Kemampuan Adsorpsi Gel Silika dari Kaca pada Ion Logam Kadmium. [Versi Elektronik]. Jurnal Eprints Undip, 2, 1-13.
69
Priadi, C. R., Anita, Sari, P. N., & Moersidik, S. S. (2014). Adsorpsi Logam Seng (Zn) dan Timbal (Pb) pada Limbah Cair Industri Keramik oleh Tanah Liat. Reaktor, 15(1). Prihantoro, T. (2014). Candi Borobudur Dinyatakan Siaga Bencana. Diambil pada tanggal 12 Juni 2016 dari suaramerdeka.com/v1/index.php/read/news /2014/02/14/191068/Candi-Borobudur-Dinyatakan-Siaga-Bencana Rahmayanti, F., & MZ, S. (2013). Pemanfaatan Limbah Batang Jagung Sebagai Adsorben Alternatif Pada Pengurangan Kadar Klorin Dalam Air Olahan (Treated Water). Jurnal Teknik Kimia USU, 2(2), 1–5. Rida, M. A., & Harb, F. (2014). Synthesis and Characterization of Amorphous Silica Nanoparitcles from Aqueous Silicates Uisng Cationic Surfactants. Journal of Metals, Materials and Minerals, 24(1), 37–42. Rosmawati, A., Tjahjanto, R. T., & Prananto, Y. P. (2013). Variasi Metode Preparasi Gel pada Sintesis Aerogel Silika dari Lumpur Lapindo. Kimia Student Journal, 1(2), 161–167. Rouquerolt, J., Avnir, D., Fairbridge, C. W., Everett, D. H., Haynes, J. H., Pernicone, N., Unger, K. K. (1994). Recommendations for the characterization of porous solids. Pure & Appl. Chem., 66(8), 1739–1758. Santamarina, J. C., Klein, K. A., Wang, Y. H., & Prencke, E. (2002). Specific surface: determination and relevance. Canadian Geotechnical Journal, 39(1), 233–241. Saputra, R. M., Rudiyansyah, & Wahyuni, N. (2014). Sintesis Dan Karakterisasi Silika Gel Dari Limbah Kaca Termodifikasi Asam Stearat. Jurnal Kimia Khatulistiwa, 3(3), 36–42. Sastrohamidjojo, H. (1992). Spektroskopi Inframerah. Yogyakarta: Liberty. Settle, F. A. (1997). Handbook Of Instrumental Techniques For Analytical CHemistry. (F. A. Settle, Ed.). United State of America: Prentice Hal PTRl. Sinaga, B., Sembiring, M., & Lubis, A. (2015). Dampak Ketebalan ABu Vulkanik Erupsi Gunung Sinabung terhadap SSifat Biologi Tanah di Kecamatan Naman Teran Kabupaten Karo. Jurnal Online Agroekoteknologi, 3(3), 1159– 1163. Sriyanti, Taslimah, Narsito, & Nuryono. (2005). Pengaruh Keasaman Medium Dan Imobilisasi Gugus Organik Pada Karakter Silika Gel Dari Abu Sekam Padi. JSKA, VIII(3), 1–12. Stuart, B. (2004). Infrared Spectroscopy: Fundamentals and Applications. John Willey & Sons.
70
Sudarlin. (2016). Prinsip dan Teknik Penggunaan Gas Sorption Analyzer ( GSA ). Diambil pada tanggal 15 April 2017 dari http://doi.org Sugiyarto, K., Sutrisno, H., & Suyanti, R. D. (2013). Dasar-Dasar Kimia Anorganik Nonlogam. Yogyakarta: UNY Press. Sukardja. (1997). Kimia Fisika. Jakarta: PT Rineka Cipta. Sulastri, S., Kristianingrum, S., & Arianingrum, R. (2004). Pengaruh Perendaman PasirMalelo dengan HNO3 terhadap Efisiensi Penjerapan Kromium. Jurnal Penelitian Saintek, 9(1), 51–68. Suntoro, Widijanto, H., Sudadi, & Sambodo, E. E. (2014). Dampak Abu Vulkanik Erupsi Gunung Kelud dan Pupuk Kandang terhadap Ketersediaan dan Serapan Magnesium Tanaman Jagung di Tanah Alfisol. Jurnal Ilmu Tanah Dan Agroklimatologi, 11(2), 69–76. Svehla, G. (1985). Vogel Buku Teks Analisis Anorganik Kualitatif Makro dan Semimikro (5th ed.). Jakarta: PT. Kalman Media Pusaka. Weintraub, S. (2001). Demystifying Silica Gel. Object Specialty Group Postprints, 9, 24. Xiao, B., & Thomas, K. M. (2004). Competitive Adsorption of Aqueous Metal Ions on an Oxidized Nanoporous Activated Carbon Competitive Adsorption of Aqueous Metal Ions on an. Langmuir, 20(June), 4566–4578. Zielinski, J. M., & Kettle, L. (2013). Physical Characterization : Surface Area and Porosity. Intertek Chemicals and Pharamaceuticals, (April), 1–7. https://doi.org/Intertek Chemicals & Pharmaceuticals, Allentown, USA
71
72
L ampiran 1. Perhitungan Efisiensi Produktivitas Silika Gel Hasil Sintesis Massa 6 gram abu vulkanik gunung kelud diasumsikan bahwa silika yang terkandung dalam abu bereaksi seluruhnya membentuk natrium silikat. Efisiensi Produktivitas silika gel hasil sintesis adalah sebagai berikut: Massa silika gel per 6 gram abu Kelud
=
Maka, Massa silika gel per 6 gram abu Kelud
= = 6 gram
Berat adsorben silika yang dihasilkan : 3,824 gram Efisiensi produktivitas
= = = 63,73%
73
Lampiran 2. Pembuatan Larutan Asam Nitrat dengan Konsentrasi 3 M Pembuatan asam nitrat diawali dengan menentukan molaritas awal dari larutan asam tersebut. 1.
Penentuan Molaritas Awal Asam Nitrat (HNO3)
Konsentrasi asam nitrat pekat : 65% : 1,41 g/cm3
Massa jenis Molaritas HNO3
= = = 14,54 M
2.
Pembuatan asam nitrat 3 M
Asam nitrat (HNO3) dengan konsentrasi 3 M didapatkan dari pengenceran asam nitrat pekat 14,54 M dengan menggunakan rumus: V1 x M1 = V2 x M2 Keterangan: V1
: Volume larutan induk (mL)
M1
: Konsentrasi larutan induk (M)
V2
: Volume larutan pengenceran (mL)
M2
: Konsentrasi larutan pengenceran (M)
Maka, V1 x M1 = V2 x M2 V1 x 14,54 M = 1000 mL x 3 M V1 = 206,3 mL
74
Lampiran 3. Standarisasi Larutan NaOH 0,1 M dan HCl 0,1 M 1.
Standarisasi NaOH 0,1 M untuk uji keasaman adsorben
Standarisasi larutan NaOH dilakukan dengan menggunakan asam oksalat (H2C2O4. 2H2O) dengan persamaan reaksi sebagai berikut: 2NaOH(aq) + H2C2O4(aq) → Na2C2O4(aq) + 2H2O(l) a. Membuat larutan NaOH 0,1 M 1) Menimbang 0,4 gram kristal natrium hidroksida 2) Melarutkan kristal NaOH dengan 50 mL akuades dalam beaker glass 100 mL dan mengaduknya hingga semua kristal melarut 3) Memasukkan larutan tersebut ke dalam labu ukur 100 mL dan menambahkan akuades hingga tanda batas, kemudian mengocoknya hingga homogen.
b. Membuat larutan H2C2O4 0,1 M 1) Menimbang 1,26 gram kristal asam oksalat 2) Melarutkan kristal H2C2O4.2H2O dengan 50 mL akuades dalam beaker glass 100 mL dan mengaduknya hinggga kristal melarut 3) Memasukkan larutan tersebut ke dalam labu ukur 100mL dan menambahkan akuades hingga tanda batas, kemudian mengocoknya hingga homogen.
c. Standarisasi larutan NaOH 0,1 M dengan larutan H2C2O4 0,1 M 1) Memasukkan 5 mL larutan asam oksalat ke dalam erlemeyer 100 mL dan menambahkan 2 tetes indikator PP. 2) Memasukkan larutan NaOH yang akan distandarisasi ke dalam buret.
75
3) Menitrasi larutan asam oksalat dengan larutan NaOH hingga terjadi perubahan warna dari merah muda menjadi tak berwarna dan mengulangi titrasi sebanyak 3 kali (triplo) 4) Mencatat volume hasil titrasi dan menghitung molaritas NaOH yang sebenarnya. Volume titrasi
:
1. 10,4 mL 2. 10,5 mL 3. 10,4 mL
Volume rata-rata
: 10,43 mL
VNaOH
= VH2C2O4 x MH2C2O4
x MNaOH
10,43 mL x MNaOH MNaOH
2.
= 5 mL x 0,1 M = 0,0958 M
Standarisasi HCl 0,1 M untuk keasaman
Standarisasi larutan HCl 0,1 M dilakukan dengan menggunakan natrium boraks (Na2B4O7.10H2O). Reaksinya adalah sebagai berikut: Na2B4O7.10H2O(aq) + HCl(aq) → 2NaCl(aq) + 4H3BO3(aq) + 5H2O(l) a. Membuat larutan HCl 0,1 M Pembuatan asam klorida diawali dengan menentukan molaritas awal dari larutan asam tersebut. 1) Penentuan Molaritas Awal Asam Klorida (HCl) Konsentrasi asam nitrat pekat
: 37%
Massa jenis
: 1,18 g/cm3
76
Molaritas HCl
= = = 11,96 M
2) Pembuatan asam klorida 0,1 M Asam Klorida (HCl) dengan konsentrasi 0,1 M didapatkan dari pengenceran asam klorida pekat 11,96 M dengan menggunakan rumus: V1 x M1 = V2 x M2 Keterangan: V1
: Volume larutan induk (mL)
M1
: Konsentrasi larutan induk (M)
V2
: Volume larutan pengenceran (mL)
M2
: Konsentrasi larutan pengenceran (M)
Maka, V1 x M1 = V2 x M2 V1 x 11,96 M = 1000 mL x 0,1 M V1 = 8,3 mL
b. Membuat larutan Na2B4O7 0,1 M 1) Menimbang 3,184 gram kristal Na2B4O7.10H2O 2) Melarutkan kristal Na2B4O7.10H2O dengan 50 mL akuades dalam beaker glass 100 mL dan mengaduknya hinggga kristal melarut 3) Memasukkan larutan tersebut ke dalam labu ukur 100mL dan menambahkan akuades hingga tanda batas, kemudian mengocoknya hingga homogen.
77
c. Standarisasi larutan HCl 0,1 M dengan larutan Na2B4O7.10H2O 0,1 M 1) Memasukkan 5 mL larutan natrium boraks ke dalam erlemeyer 100 mL dan menambahkan 2 tetes indikator MO. 2) Memasukkan larutan HCl yang akan distandarisasi ke dalam buret. 3) Menitrasi larutan natrium boraks dengan larutan HCl hingga terjadi perubahan warna dari kuning menjadi jingga dan mengulangi titrasi sebanyak 3 kali (triplo) 4) Mencatat volume hasil titrasi dan menghitung molaritas HCl yang sebenarnya. Volume titrasi
:
1. 14 mL 2. 13,9 mL 3. 14,1 mL
Volume rata-rata
: 14 mL
n x VHCl
= n x VNa2B4O7 x MNa2B4O7
x MHCl
1 x 14 mL x MHCl
= 2 x 5 mL x 0,1 M
MHCl
= 0,0714 M
78
Lampiran 4. Penentuan Keasaman Adsorben Pada penentuan keasaman adsorben hasil sintesis digunakan larutan NaOH dan HCl yang telah distandarisasi. Berdasarkan proses standarisasi diperoleh hasil konsentrasi larutan NaOH 0,1 M adalah 0,0958 M dan HCl 0,1 M adalah 0,0714 M. Penentuan jumlah NaOH yang bereaksi dengan adsorben hasil sintesis dilakukan dengan menghitung selisih antara konsentrasi mmol NaOH awal dengan konsentrasi mmol NaOH sisa. Jumlah mmol NaOH yang bereaksi berbanding lurus dengan jumlah asam dalam sampel. Keasaman adsorben ditentukan menggunakan rumus: Keasaman (mmol/gram) = = 1. Adsorben hasil sintesis (ADHNO3) Keasaman (mmol/gram) = = = = 5,600 mmol/gram
Keasaman (mmol/gram) = = = = 5,7157 mmol/gram
79
Rata-rata keasaman
= = 5,6578 mmol/gram
2. Kiesel gel 60G buatan E-Merck Keasaman (mmol/gram)
= = = = 5,6859 mmol/gram
Keasaman (mmol/gram)
= = = = 5,6859 mmol/gram
Rata-rata keasaman
= = 5,6859 mmol/gram
80
Lampiran 5. Data Perhitungan Keasaman Adsorben Jenis Silika Gel Kiesel Gel 60 ADHNO3
Ulangan 1 2 1 2
Berat Silika Gel (gram) 0,1087 0,1140 0,1121 0,1154
Larutan NaOH (0,0958 M) Volume mmol (a) (mL) 15 1,437 15 1,437 15 1,437 15 1,437
Larutan HCl (0,0714 M) Volume (mL) 11,6 11 11,2 11,2
81
mmol (b) 0,8282 0,7854 0,7996 0,7996
NaOH yang bereaksi (a-b) 0,6088 0,6516 0,6374 0,6374
Keasaman (mmol/gram) Ulangan 5,600 5,7157 5,6859 5,6859
Rata-rata 5,6578 5,6859
Lampiran 6. Penentuan Kadar Air Adsorben Kadar air dalam adsorben hasil sintesis dihitung berdasarkan banyaknya air yang dilepaskan oleh adsorben saat pemanasan per gram adsorben. Kadar air dihitung dengan rumus: Kadar air =
x 100%
Keterangan: Massa awal= berat adsorben sebelum pemanasan pada temperatur 600 oC Massa akhir= berat adsorben setelah pemanasan pada temperatur 600 oC 1.
Kadar air pada adsorben hasil sintesis
Ulangan 1. Kadar air = =
x 100% x 100%
= 10% Ulangan 2. Kadar air = =
x 100% x 100%
= 8% 2.
Kadar air pada Kiesel gel 60G buatan E-Merck
Ulangan 1. Kadar air = =
x 100% x 100%
82
= 6% Ulangan 2. Kadar air = =
x 100% x 100%
= 4% Dengan mengasumsikan kandungan yang terdapat pada adsorben hanya H2O dan SiO2, maka rumus molekul adsorben (SiO2.xH2O) dapat ditentukan dengan rumus:
1.
% SiO2
= 100% - % H2O
x
=
Adsorben hasil sintesis Kadar air = = 9% % SiO2
= 100% - % H2O = 100% - 9% = 91%
x
= =
= 0,330
83
2. Adsorben Kiesel gel 60G Kadar air = = 5% % SiO2
= 100% - % H2O = 100% - 5% = 95%
x
= = = 0,176
84
Lampiran 7. Data Perhitungan Kadar Air Adsorben
Kode Sampel
ADHNO3 AD Kiesel Gel
Ulangan
Berat Krus kosong (gram)
Berat Sampel (gram)
Berat krus + sampel (gram)
1 2 1 2
35,197 35,009 35,094 31,979
0,05 0,05 0,05 0,05
35,247 35,059 35,144 32,029
85
Berat setelah oven 4 jam T = 1100C (gram) 35,237 35,053 35,140 32,027
Berat setelah Muffle 6 jam T = 6000C (gram) 35,232 35,049 35,137 32,025
Berat Air
Kadar Air
0,005 0,004 0,003 0,002
10% 8% 6% 4%
Lampiran 8. Pembuatan larutan induk Ni(II) 1000 ppm dan larutan standar Ni(II) berbagai konsentrasi
Pada penelitian ini dilakukan pembuatan kurva standar dari larutan standar dengan variasi konsentrasi 0, 0,5, 1, 2, 3, dan 5 ppm. Sebelumnya dilakukan pembuatan larutan induk Ni(II) 1.000 ppm sebanyak 100 mL dari kristal Ni(NO3)2.2H2O. Massa kristal Ni(NO3)2.6H2O yang dibutuhkan adalah Massa Ni(NO3)2.6H2O = = = 495,44 mg = 0,4954 g Menimbang kristal Ni(NO3)2.6H2O sebanyak 0,4954 gram, dilarutkan dengan akuades sebanyak 25 mL, kemudian memasukkan larutan tersebut ke dalam labu ukur 100 mL dan diencerkan hingga tanda batas. Membuat larutan standar dengan konsentrasi 0, 0,5, 1, 2, 3, dan 5 ppm sebanyak 100 mL dengan cara mengencerkan larutan induk Ni(II) 1000 ppm. Banyaknya larutan induk Ni(II) yang diambil dihitung menggunakan rumus: M1 x V1 = M2 x V2 Keterangan: M1
= Konsentrasi larutan induk Ni(II)
V1
= Volume larutan induk Ni(II)
M2
= Konsentrasi larutan standar Ni(II)
V2
= Volume larutan standar Ni(II)
86
Lampiran 9. Pembuatan larutan induk Zn(II) 1000 ppm dan larutan standar Zn(II) berbagai konsentrasi
Pada penelitian ini dilakukan pembuatan kurva standar dari larutan standar dengan variasi konsentrasi 0; 0,1; 0,2; 0,4; 0,8 dan 1,5 ppm. Sebelumnya dilakukan pembuatan larutan induk Zn(II) 1.000 ppm sebanyak 100 mL dari kristal Ni(NO3)2.2H2O. Massa kristal Zn(NO3)2.6H2O yang dibutuhkan adalah Massa Zn(NO3)2.6H2O = = = 454,879 mg = 0,4549 g Menimbang kristal Zn(NO3)2.6H2O sebanyak 0,4549 gram, dilarutkan dengan akuades sebanyak 25 mL, kemudian memasukkan larutan tersebut ke dalam labu ukur 100 mL dan diencerkan hingga tanda batas. Membuat larutan standar dengan konsentrasi 0; 0,1; 0,2; 0,4; 0,8 dan 1,5 ppm sebanyak 100 mL dengan cara mengencerkan larutan induk Zn(II) 1000 ppm. Banyaknya larutan induk Zn(II) yang diambil dihitung menggunakan rumus: M1 x V1 = M2 x V2 Keterangan: M1
= Konsentrasi larutan induk Ni(II)
V1
= Volume larutan induk Ni(II)
M2
= Konsentrasi larutan standar Ni(II)
V2
= Volume larutan standar Ni(II)
87
Lampiran 10. Kondisi analisis ion logam dengan Spektrofotometer Serapan Atom Kondisi optimum penentuan logam Ni(II) dan Zn(II) dalam limbah elektroplating sebelum dan susudah adsorpsi menggunakan Spektrofotometer Serapan Atom ditunjukkan dalam Tabel No
Tabel 14. Kondisi untuk analisis AAS logam Ni dan Zn Parameter Ni Zn
1.
Panjang gelombang
232,10 nm
213,9 nm
2.
Tipe nyala
AA (udara -asetilen)
AA (udara -asetilen)
3.
Sensitivitas
0,005 μg/mL
0,009 μg/mL
4.
Range kerja
3 – 12 μg/mL
0,4 – 1,6 μg/mL
5.
Batas Deteksi
0,008 μg/mL
0,001 μg/mL
88
Lampiran 11. Penentuan Persamaan Garis Regresi Linear larutan Standar Ni(II) dan Zn(II) A. Penentuan persamaan garis regresi linear larutan standar Ni(II) 1. Data absorbansi larutan Ni(II) dengan variasi konsentrasi Tabel 15. Data konsentrasi (x) dan absorbansi (y) larutan standar Ni(II) No 1 2 3 4 5 6
Konsentrasi (ppm) 0 0,5 1 2 3 5
Absorbansi 0,0004 0,0196 0,0389 0,0751 0,1123 0,1948
Kurva Standar larutan Ni(II) 0,25
Absorbansi
0,2
y = 0,0386x - 0,0005 R² = 0,9993
0,15 0,1 0,05 0 0 -0,05
1
2
3
4
Konsentrasi (ppm)
Gambar 27. Kurva Standar Larutan Ni(II)
89
5
6
2.
Perhitungan persamaan garis regresi linear dan uji signifikasi garis regresi
Tabel 16. Statistik penentuan persamaan garis regresi linear larutan standar Ni(II) No X (ppm) Y (absorbansi) X2 Y2 XY 1 0 0,0004 0 0,00000016 0 2 0,5 0,0196 0,25 0,0003842 0,0098 3 1 0,0389 1 0,0015132 0,0389 4 2 0,0751 4 0,00564 0,1502 5 3 0,1123 9 0,0126113 0,3369 6 5 0,1948 25 0,037947 0,974 Jumlah 11,5 0,4411 39,25 0,05809587 1,5098
Berdasarkan tabel di atas, dapat ditentukan garis regresi linear y = ax + b a
= = = = 0,0386
b
=
(
)
= = = -0,00047 3. Penentuan signifikasi korelasi X (konsentrasi larutan standar Ni(II) dengan Y absorbansi) Dengan teknik korelasi momen tangkar dari Pearson (product momet correlation) dapat ditentukan korelasi X dan Y menggunakan rumus:
90
Rhitung = √[
= =
]
][
][
√[
√[
][
]
]
= = 0,9996 Berdasarkan persamaan di atas dapat diketahui persamaan regresi linear larutan standar Ni(II) adalah y = 0,0386x – 0,00047 dengan R = 0,9996. Harga R kemudian dikonsultasikan dengan R momen tangkar dengan jumlah data 6 pada taraf signifikasi 1%. Berdasarkan hasil perhitungan tersebut, diperoleh hasil bahwa R hitung lebih besar dari R tabel (0,917). Dengan demikian, ada korelasi signifikan antara X dan Y. Kurva standar Ni(II) dapat dilihat pada Gambar27. 4. Perhitungan linearitas garis regresi linear larutan standar Ni(II) Sebelum persamaan garis regresi linear digunakan untuk menentukan konsentrasi sampel, terlebih dahulu diuji linearitasnya. Uji linearitas dilakukan dengan menggunakan rumus dan perhitungan sebagai berikut: JKreg
= = = 0,0580
dbreg
=1
JKres
= ΣY2 - JKreg = 0,05809587 - 0,0580
91
= 0,000090587 dbres
=n–2 =6–2 =4
R JKreg =
=
= 0,0580
R JKres =
=
= 0,00002264
Fhitung =
=
= 640,268
Harga Fhitung dikonsultasikan dengan harga F tabel dengan db (1,4) pada taraf 1% yaitu 21,20. Harga F hitung lebih besar dari harga F tabel, maka dapat disimpulkan bahwa persamaan regresinya adalah linear dan dapat digunakan untuk menentukan konsentrasi Ni(II).
B. Penentuan persamaan garis regresi linear larutan standar Zn(II) 1. Data absorbansi larutan Zn(II) dengan variasi konsentrasi Tabel 17. Data konsentrasi (x) dan absorbansi (y) larutan standar Zn(II) No Konsentrasi (ppm) Absorbansi 0 0,0589 1 0,1 0,0196 2 0,2 0,0389 3 0,4 0,0751 4 0,8 0,1123 5 1,5 0,1948 6
92
Kurva Standar Larutan Zn(II) 0,8 y = 0,4674x + 0,0589 R² = 0,9839
0,7 Absorbansi
0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
Konsentrasi (ppm)
Gambar 28. Kurva Standar Larutan Zn(II) 2. Perhitungan persamaan garis regresi linear dan uji signifikasi garis regresi Tabel 18. Statistik penentuan persamaan garis regresi linear larutan standar Zn(II) No X (ppm) Y (absorbansi) X2 Y2 XY 1 0 0,0589 0 0,0034692 0 2 0,1 0,0839 0,01 0,0070392 0,00839 3 0,2 0,134 0,04 0,017956 0,0268 4 0,4 0,2562 0,16 0,0656384 0,10248 5 0,8 0,4944 0,64 0,2444314 0,39552 6 1,5 0,7284 2,25 0,5305666 1,0926 Jumlah 3 1,7558 3,1 0,8691008 1,62579
Berdasarkan tabel di atas, dapat ditentukan garis regresi linear y = ax + b a
= = = = 0,4674
b
=
(
)
93
= = = 0,0589 1. Penentuan signifikasi korelasi X (konsentrasi larutan standar Zn(II) dengan Y absorbansi) Dengan teknik korelasi momen tangkar dari Pearson (product momet correlation) dapat ditentukan korelasi X dan Y menggunakan rumus: Rhitung = √[
= =
][
][
√[
√[
]
][
]
]
= 0,9919
Berdasarkan persamaan di atas dapat diketahui persamaan regresi linear larutan standar Zn(II) adalah y = 0,4674x + 0,0589 dengan R = 0,9919. Harga R kemudian dikonsultasikan dengan R momen tangkar dengan jumlah data 6 pada taraf signifikasi 1%. Berdasarkan hasil perhitungan tersebut, diperoleh hasil bahwa R hitung lebih besar dari R tabel (0,917). Dengan demikian, ada korelasi signifikan antara X dan Y. Kurva standar Zn(II) dapat dilihat pada Gambar28. 2. Perhitungan linearitas garis regresi linear larutan standar Ni(II)
94
Sebelum persamaan garis regresi linear digunakan untuk menentukan konsentrasi sampel, terlebih dahulu diuji linearitasnya. Uji linearitas dilakukan dengan menggunakan rumus dan perhitungan sebagai berikut: JKreg
= = = 0,8526
dbreg
=1
JKres
= ΣY2 - JKreg = 0,8691 - 0,8526 = 0,0165
dbres
=n–2 =6–2 =4
R JKreg =
=
= 0,8526
R JKres =
=
= 0,004125
Fhitung =
=
= 51,672
Harga Fhitung dikonsultasikan dengan harga F tabel dengan db (1,4) pada taraf 1% yaitu 21,20. Harga F hitung lebih besar dari harga F tabel, maka dapat disimpulkan bahwa persamaan regresinya adalah linear dan dapat digunakan untuk menentukan konsentrasi Zn(II).
95
3 4 5
Tabel 19. Daftar r nilai koefisien korelasi Taraf Signifikasi Taraf Signifikasi N 5% 1% 5% 1% 38 0,320 0,997 0,999 0,413 39 0,316 0,950 0,990 0,408 40 0,312 0,878 0,395 0,403
6 7 8 9 10
0,811 0,754 0,707 0,666 0,632
0,917 0,874 0,834 0,798 0,763
11 12 13 14 15
0,602 0,576 0,553 0,532 0,514
0,735 0,708 0,684 0,661 0,641
16 17 18 19 20
0,497 0,482 0,468 0,456 0,444
0,623 0,606 0,590 0,575 0,561
21 22 23 24 25
0,433 0,423 0,413 0,404 0,396
0,549 0,537 0,526 0,515 0,505
26 27 28 29 30
0,388 0,381 0,374 0,367 0,361
0,496 0,487 0,478 0,470 0,463
31 32 33 34 35
0,355 0,349 0,344 0,339 0,334
456 0,449 0,442 0,436 0,430
36 37
0,329 0,325
0,424 0,418
N
96
41 42 43 44 45
0,308 0,304 0,301 0,297 0,294
46 47 48 49 50
0,291 0,288 0,284 0,281 0,279
55 60 65 70 75
0,266 0,254 0,244 0,235 0,227
80 85 90 95 100
0,220 0,213 0,207 0,202 0,195
125 150 175 200 300
0,176 0,159 0,148 0,138 0,113
400 500 600 700 800
0,098 0,088 0,080 0,074 0,070
900 1000
0,065 0,062
0,398 0,393 0,388 0,384 0,380 0,376 0,372 0,368 0,364 0,361 0,345 0,330 0,317 0,306 0,296 0,286 0,278 0,270 0,263 0,256 0,230 0,210 0,194 0,181 0,148 0,128 0,115 0,105 0,097 0,091 0,086 0,091
Tabel 20. Nilai F pada Taraf 5% dan 1% N1 N2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
1 4052 98.50 34.12 21.20 16.26 13.75 12.25 11.26 10.56 10.04 9.65 9.33 9.07 8.86 8.68 8.53 8.40 8.29 8.18 8.10 8.02 7.95 7.88 7.82 7.77 7.72 7.68 7.64 7.60 7.56
2 4999 99.00 30.82 18.00 13.27 10.92 9.55 8.65 8.02 7.56 7.21 6.93 6.70 6.51 6.36 6.23 6.11 6.01 5.93 5.85 5.78 5.72 5.66 5.61 5.57 5.53 5.49 5.45 5.42 5.39
3 5403 99.17 29.46 16.69 12.06 9.78 8.45 7.59 6.99 6.55 6.22 5.95 5.74 5.56 5.42 5.29 5.18 5.09 5.01 4.94 4.87 4.82 4.76 4.72 4.68 4.64 4.60 4.57 4.54 4.51
4 5625 99.25 28.71 15.98 11.39 9.15 7.85 7.01 6.42 5.99 5.67 5.41 5.21 5.04 4.89 4.77 4.67 4.58 4.50 4.43 4.37 4.31 4.26 4.22 4.18 4.14 4.11 4.07 4.04 4.02
5 5764 99.30 28.24 15.52 10.97 8.75 7.46 6.63 6.06 5.64 5.32 5.06 4.86 4.69 4.56 4.44 4.34 4.25 4.17 4.10 4.04 3.99 3.94 3.90 3.85 3.82 3.78 3.75 3.73 3.70
97
6 5859 99.33 27.91 15.21 10.67 8.47 7.19 6.37 5.80 5.39 5.07 4.82 4.62 4.46 4.32 4.20 4.10 4.01 3.94 3.87 3.81 3.76 3.71 3.67 3.63 3.59 3.56 3.53 3.50 3.47
7 5928 99.36 27.67 14.98 10.46 8.26 6.99 6.18 5.61 5.20 4.89 4.64 4.44 4.28 4.14 4.03 3.93 3.84 3.77 3.70 3.64 3.59 3.54 3.50 3.46 3.42 3.39 3.36 3.33 3.30
8 5981 99.37 27.49 14.80 10.29 8.10 6.84 6.03 5.47 5.06 4.74 4.50 4.30 4.14 4.00 3.89 3.79 3.71 3.63 3.56 3.51 3.45 3.41 3.36 3.32 3.29 3.26 3.23 3.20 3.17
9 6022 99.39 27.35 14.66 10.16 7.98 6.72 5.91 5.35 4.94 4.63 4.39 4.19 4.03 3.89 3.78 3.68 3.60 3.52 3.46 3.40 3.35 3.30 3.26 3.22 3.18 3.15 3.12 3.09 3.07
10 6056 99.40 27.23 14.55 10.05 7.87 6.62 5.81 5.26 4.85 4.54 4.30 4.10 3.94 3.80 3.69 3.59 3.51 3.43 3.37 3.31 3.26 3.21 3.17 3.13 3.09 3.06 3.03 3.00 2.98
Lampiran 12. Penentuan Daya Adsorpsi dan Efisiensi Adsorpsi Ion Logam Ni(II) dan Zn(II) dalam Limbah Cair Industri Elektroplating oleh Adsorben Hasil Sintesis 1.
Perhitungan konsentrasi ion logam Ni(II) dalam limbah cair industri elektroplating sebelum dan sesudah adsorpsi dengan persamaan garis regresi linear standar Persamaan garis regresi linear kurva standar yang diperoleh adalah y = 0,0386x – 0,0005 x= dengan, y = absorbansi ion logam Ni(II) x = konsentrasi ion logam Ni(II) dalam ppm Contoh perhitungan konsentrasi ion logam Ni(II) dalam cuplikan limbah cair industri elektroplating sebelum adsorpsi dengan persamaan garis regresi kurva standar adalah sebagai berikut: y = 0,4819 x= x= x = 12,4557 ppm Konsentrasi ion logam Ni(II) setelah adsorpsi dalam cuplikan limbah cair industri elektroplating dengan menggunakan adsorben hasil sintesis dan kiesel gel 60G buatan E-Merck sebagai pembanding dihitung dengan menggunakan cara yang sama. Selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran.12.
98
2.
Perhitungan daya adsorpsi dan efisiensi adsorpsi terhadap ion logam Ni(II) oleh adsorben hasil sintesis Daya adsorpsi dan efisiensi adsorpsi adsorben hasil sintesis terhadap ion
logam Ni(II) dapat diketahui dengan perhitungan menggunakan rumus: D = Ep =
x 100%
Keterangan: Co = Konsentrasi ion logam Ni(II) mula-mula (ppm) Ci = Konsentrasi ion logam Ni(II) setelah adsorpsi (ppm) Ep = Efisiensi adsorpsi (%) D = Daya adsorpsi (daya adsorpsi) (mg/g) m = Massa adsorben hasil sintesis (g) V = Volume limbah cair industri elektroplating (L) Contoh perhitungan daya adsorpsi ion logam Ni(II) oleh adsorben hasil sintesis pada pH 6. Ulangan 1. D = = 1,4503 mg/g Ulangan 2. D
= = 1,4389 mg/g
Drata-rata
= =
99
= 1,4446 mg/g Hasil perhitungan daya adsorpsi ion logam Ni(II) oleh adsorben hasil sintesis dengan pH lain dihitung dengan cara yang sama. Data selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran.12. Contoh perhitungan efisiensi adsorpsi ion logam Ni(II) oleh adsorben hasil sintesis pada pH 6 adalah sebagai berikut; Ulangan 1. Ep =
x 100%
Ep = 58,209% Ulangan 2. Ep =
x 100%
Ep = 57,753% %Ep rata-rata = = = 57,9810% Hasil perhitungan efisiensi adsorpsi ion logam Ni(II) oleh adsorben hasil sintesis pada pH lain dihitung dengan cara yang sama. Data selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran.12.
3.
Perhitungan konsentrasi ion logam Zn(II) dalam limbah cair industri elektroplating sebelum dan sesudah adsorpsi dengan persamaan garis regresi linear standar
Persamaan garis regresi linear kurva standar yang diperoleh adalah y = 0,4674x – 0,0589
100
x= dengan, y = absorbansi ion logam Ni(II) x = konsentrasi ion logam Ni(II) dalam ppm Contoh perhitungan konsentrasi ion logam Ni(II) dalam cuplikan limbah cair industri elektroplating sebelum adsorpsi dengan persamaan garis regresi kurva standar adalah sebagai berikut: y = 1,3497 x= x= x = 2,7615 ppm Konsentrasi ion logam Ni(II) setelah adsorpsi dalam cuplikan limbah cair industri elektroplating dengan menggunakan adsorben hasil sintesis dan kiesel gel 60G buatan E-Merck sebagai pembanding dihitung dengan menggunakan cara yang sama. Selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran.13. 4.
Perhitungan daya adsorpsi dan efisiensi adsorpsi terhadap ion logam Zn(II) oleh adsorben hasil sintesis Daya adsorpsi dan efisiensi adsorpsi adsorben hasil sintesis terhadap ion
logam Zn(II) dapat diketahui dengan perhitungan menggunakan rumus: D = Ep =
x 100%
Keterangan:
101
Co = Konsentrasi ion logam Zn(II) mula-mula (ppm) Ci = Konsentrasi ion logam Zn(II) setelah adsorpsi (ppm) Ep = Efisiensi adsorpsi (%) D = Daya adsorpsi (daya adsorpsi) (mg/g) m = Massa adsorben hasil sintesis (g) V = Volume limbah cair industri elektroplating (L) Contoh perhitungan daya adsorpsi ion logam Zn(II) oleh adsorben hasil sintesis pada pH 6. Ulangan 1. D = = 0,0155 mg/g Ulangan 2. D
= = 0,0147mg/g
Drata-rata
= = = 0,0151 mg/g
Hasil perhitungan daya adsorpsi ion logam Zn(II) oleh adsorben hasil sintesis dengan pH lain dihitung dengan cara yang sama. Data selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran.12. Contoh perhitungan efisiensi adsorpsi ion logam Zn(II) oleh adsorben hasil sintesis pada pH 6 adalah sebagai berikut;
102
Ulangan 1. Ep =
x 100%
Ep = 2,7992% Ulangan 2. Ep =
x 100%
Ep = 2,6652% %Ep rata-rata = = = 2,7322 %
Hasil perhitungan efisiensi adsorpsi ion logam Zn(II) oleh adsorben hasil sintesis pada pH lain dihitung dengan cara yang sama. Data selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran.12.
103
Lampiran 13. Data Perhitungan Efisiensi Adsorpsi Ion Logam Ni(II) dalam Limbah Cair Industri Elektroplating
Adsorben
Ulang an
Gel 60 pH 1 Gel 60 pH 2 Gel 60 pH 4 Gel 60 pH 6 Gel 60 pH 8 ADHNO3 pH 1 ADHNO3 pH 2 ADHNO3 pH 4 ADHNO3 pH 6 ADHNO3 pH 8
1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2
Konsentras i Ni awal (ppm) 12,4577 12,4577 12,4577 12,4577 12,4577 12,4577 12,4577 12,4577 12,4577 12,4577 12,4577 12,4577 12,4577 12,4577 12,4577 12,4577 12,4577 12,4577 12,4577 12,4577
Konsentras i Ni sisa (ppm) 6,1891 6,2768 6,0085 6,0085 5,8615 5,8641 5,5493 5,2372 0,1862 0,1965 6,2097 6,1710 5,9363 5,9982 5,7892 5,8795 5,2062 5,2630 0,1836 0,1940
Berat adsorben (gram)
C0-C1
0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1
6,2686 6,1809 6,4492 6,4492 6,5962 6,5936 6,9084 7,2205 12,2715 12,2612 6,2480 6,2867 6,5214 6,4595 6,6685 6,5782 7,2515 7,1947 12,2741 12,2637
104
% efisiensi adsorpsi 0,5032 0,4962 0,5177 0,5177 0,5295 0,5293 0,5545 0,5796 0,9850 0,9842 0,5015 0,5046 0,5235 0,5185 0,5353 0,5280 0,5821 0,5775 0,9853 0,9844
50,319 49,615 51,769 51,769 52,949 52,928 55,455 57,960 98,505 98,423 50,154 50,464 52,348 51,852 53,529 52,804 58,209 57,753 98,526 98,443
% efisiensi adsorpsi rata-rata 49,9671 51,7688 52,9383 56,7075 98,4640 50,3090 52,0999 53,1667 57,9810 98,4845
Daya Adsorp si (mg/g) 1,2537 1,2362 1,2898 1,2898 1,3192 1,3187 1,3817 1,4441 2,4543 2,4522 1,2496 1,2573 1,3043 1,2919 1,3337 1,3156 1,4503 1,4389 2,4548 2,4527
Daya Adsor psi ratarata 1,2450 1,2898 1,3190 1,4129 2,4533 1,2535 1,2981 1,3247 1,4446 2,4538
Lampiran 14. Data Perhitungan Efisiensi Adsorpsi Ion Logam Zn(II) dalam Limbah Cair Industri Elektroplating Konsentrasi Konsentrasi Berat Adsorben Ulangan Zn awal Zn sisa adsorben (ppm) (ppm) (gram) Gel 60 pH 1 Gel 60 pH 2 Gel 60 pH 4 Gel 60 pH 6 Gel 60 pH 8 ADHNO3 pH 1 ADHNO3 pH 2 ADHNO3 pH 4 ADHNO3 pH 6 ADHNO3 pH 8
1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2
2,7615 2,7615 2,7615 2,7615 2,7615 2,7615 2,7615 2,7615 2,7615 2,7615 2,7615 2,7615 2,7615 2,7615 2,7615 2,7615 2,7615 2,7615 2,7615 2,7615
2,7390 2,7381 2,7322 2,7279 2,7086 2,7091 2,6915 2,6862 0,6790 0,6786 2,7116 2,7082 2,7039 2,7046 2,7022 2,7099 2,6842 2,6879 0,6319 0,5603
0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1
% efisiensi adsorpsi
C0-C1
0,0225 0,0234 0,0293 0,0336 0,0529 0,0524 0,07 0,0753 2,0825 2,0829 0,0499 0,0533 0,0576 0,0569 0,0593 0,0516 0,0773 0,0736 2,1296 2,2012
105
0,0081 0,0085 0,0106 0,0122 0,0192 0,0190 0,0253 0,0273 0,7541 0,7543 0,0180 0,0193 0,0208 0,0206 0,0215 0,0187 0,0280 0,0266 0,7711 0,7971
0,8148 0,8474 1,0610 1,2167 1,9156 1,8975 2,5348 2,7268 75,4119 75,4264 1,8069 1,9301 2,0858 2,0604 2,1474 1,8685 2,7992 2,6652 77,1175 79,7103
% efisiensi adsorpsi rata-rata 0,8311 1,1389 1,9066 2,6308 75,4192 1,8685 2,0731 2,0080 2,7322
78,4139
Daya Adsorps i (mg/g)
0,0045 0,0047 0,0059 0,0067 0,0106 0,0105 0,0140 0,0151 0,4165 0,4166 0,0100 0,0107 0,0115 0,0114 0,0119 0,0103 0,0155 0,0147 0,4259 0,4402
Daya Adsorps i (mg/g) ratarata 0,0046 0,0063 0,0105 0,0145 0,4165 0,0103 0,0115 0,0111 0,0151 0,4331
Lampiran 15. Data hasil AAS Ion Logam Ni(II) dan Zn(II)
1. Hasil analisis AAS ion logam Zn(II) No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27
Sampel Standar 1 Standar 2 Standar 3 Standar 4 Standar 5 Limbah awal Gel 60 pH 1 (1) Gel 60 pH 1 (2) Gel 60 pH 2 (1) Gel 60 pH 2 (2) Gel 60 pH 4 (1) Gel 60 pH 4 (2) Gel 60 pH 6 (1) Gel 60 pH 6 (2) Gel 60 pH 8 (1) Gel 60 pH 8 (2) ADHNO3 pH 1 (1) ADHNO3 pH 1 (2) ADHNO3 pH 2 (1) ADHNO3 pH 2 (2) ADHNO3 pH 4 (1) ADHNO3 pH 4 (2) ADHNO3 pH 6 (1) ADHNO3 pH 6 (2) ADHNO3 pH 8 (1) ADHNO3 pH 8 (2)
Logam Zn Zn Zn Zn Zn
Standar 0,1 0,2 0,4 0,8 1,5
Zn Zn Zn Zn Zn Zn Zn Zn Zn Zn Zn Zn Zn Zn Zn Zn Zn Zn Zn Zn Zn
Absorbansi 0,0839 0,134 0,2562 0,4944 0,7284 1,3497 1,3392 1,3388 1,336 1,334 1,325 1,3252 1,317 1,3145 0,3763 0,3761 1,3264 1,3248 1,3228 1,3231 1,322 1,3256 1,3136 1,3153 0,3543 0,3208
106
Konsentrasi
2,7615 2,739 2,7381 2,7322 2,7279 2,7086 2,7091 2,6915 2,6862 0,679 0,6786 2,7116 2,7082 2,7039 2,7046 2,7022 2,7099 2,6842 2,6879 0,6319 0,5603
2. Hasil analisis AAS ion logam Zn(II) No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28
Sampel Calib Blank Standar 1 Standar 2 Standar 3 Standar 4 Standar 5 Limbah awal Gel 60 pH 1 (1) Gel 60 pH 1 (2) Gel 60 pH 2 (1) Gel 60 pH 2 (2) Gel 60 pH 4 (1) Gel 60 pH 4 (2) Gel 60 pH 6 (1) Gel 60 pH 6 (2) Gel 60 pH 8 (1) Gel 60 pH 8 (2) ADHNO3 pH 1 (1) ADHNO3 pH 1 (2) ADHNO3 pH 2 (1) ADHNO3 pH 2 (2) ADHNO3 pH 4 (1) ADHNO3 pH 4 (2) ADHNO3 pH 6 (1) ADHNO3 pH 6 (2) ADHNO3 pH 8 (1) ADHNO3 pH 8 (2)
Logam Standar Ni 0 Ni 0,5 Ni 1 Ni 2 Ni 3 Ni 5 Ni Ni Ni Ni Ni Ni Ni Ni Ni Ni Ni Ni Ni Ni Ni Ni Ni Ni Ni Ni Ni Ni
107
Absorbansi 0,0004 0,0196 0,0389 0,0751 0,1123 0,1948
Kosentrasi
0,4819 0,2389 0,2423 0,2319 0,2319 0,2262 0,2263 0,2141 0,202 0,0062 0,0066 0,2397 0,2382 0,2291 0,2315 0,2234 0,2269 0,2008 0,203 0,0061 0,0065
12,4577 6,1891 6,2768 6,0085 6,0085 5,8615 5,8641 5,5493 5,2372 0,1862 0,1965 6,2097 6,171 5,9363 5,9982 5,7892 5,8795 5,2062 5,263 0,1836 0,194
Lampiran 16. Diagram Kerja 1. Pembuatan larutan standar Ni(II) Membuat larutan induk Ni(II) 1000 ppm Menghitung berat kristal Ni(NO3)2 yang dibutuhkan*)
Melarutkan dalam 100 mL akuades **) Mengencerkan larutan induk menjadi 0, 0,5, 1, 2, 3, dan 5 *) massa kristal Ni(NO3)2 = **) rumus pengenceran V1 x M1 = V2 x M2
2. Pembuatan larutan standar Zn(II) Membuat larutan induk Zn(II) 1000 ppm Menghitung berat kristal Zn(NO3)2 yang dibutuhkan*)
Melarutkan dalam 100 mL akuades **) Mengencerkan larutan induk menjadi 0, 0,5, 1, 2, 3, dan 5
108
*) massa kristal Zn(NO3)2 = **) rumus pengenceran V1 x M1 = V2 x M2
3. Preparasi Abu Vulkanik 500 gram abu vulkanik Diayak dengan ayakan lolos 200 mesh 200 gram abu vulkanik 0
Kalsinasi dalam furnace pada 700 C selama 4 jam 25 gram abu vulkanik
Mencuci dengan HCl 0,1 M dengan pengadukan 1 jam dan mendiamkan selama 24 jam Menyaring endapan dengan kertas saring Whatman 42 dan memapabilasnya dengan akuademineralisata hingga netral
Mengeringkan dalam oven pada suhu o
110 C selama 2 jam
109
4. Pembuatan larutan natrium silikat 6 gram abu vulkanik hasil preparasi
Wadah teflon
200 mL NaOH 3M
Dipanaskan sambil diaduk selama 1 jam
Didiamkan selama 24 jam
Disaring dengan kertas saring Whatman no. 42. Ambil filtratnya
110
5. Pembuatan adsorben silika gel 20 mL filtrat larutan natrium silikat Tetes demi tetes tambahkan larutan HNO3 3M
Gelas plastik
(penambahan larutan hingga campuran mencapai pH 7
Campuran didiamkan selama 24 jam
Hidrogel disaring dengan kertas saring Whatman no.42
Gel dikeringkan dalam o
oven pada 120 C selama 2 jam
Silika gel kering digerus dan diayak dengan ayakan 200 mesh
Dikarakterisasi dengan FTIR dan dibandingkan dengan silika Kiesel 60G
6. Pengujian keasaman 15 mL larutan NaOH 0,1 M
Gelas plastik
Diamkan selama 24 jam
Pisahkan adsorben dengan larutan NaOH
2 tetes Indikator PP
Larutan NaOH dititrasi dengan HCl 0,1 M 111
0,1 gram adsorben silika gel hasil sintesis
7. Pengujian kadar air 0,1 gram silika gel o
Dipanaskan dalam oven 100 C selama 4 jam
Didinginkan dan ditimbang
o
Silika gel dipijarkan dalam muffle furnace 600 C selama 2 jam
Didinginkan dan ditimbang
8. Penentuan daya adsorpsi dan efisiensi adsorpsi adsorben hasil sintesis pada ion logam Ni(II) dan Zn(II) dalam limbah cair elektroplating
0,1 gram adsorben hasil sintesis
Botol film gelap
Diaduk dengan alat shaker selama 90 menit
Disentrifuse selama 30 menit
Disaring, dan diambil filtratnya
Dianalisis konsentrasi ion logam Ni(II) dan Zn(II) dengan AAS 112
20 mL limbah cair elektroplating yang sudah diatur pH nya dengan pH 1, 2, 4, 6 dan 8
Lampiran 17. Dokumentasi selama penelitian
Gambar 1. Abu hasil kalsinasi
Gambar 2. Abu hasil kalsinasi yang dicuci dan diremdam menggunakan HCl 0,1 M
Gambar 3. Abu vulkanik yang sudah dikalsinasi dan dicuci dengan HCl 0,1 M
Gambar 4. Pembuatan Natrium Silikat
Gambar 5. Larutan Natrium Silikat
Gambar 6. Hidrogel yang terbentuk dari sintesis natrium silikat
113
Gambar 7. Xerogel adsorben hasil sintesis
Gambar 8. Filtrat dan endapan yang terbentuk pada adsorpsi (pH 2) setelah sentrifuse
Gambar 9. Filtrat dan endapan yang terbentuk pada adsorpsi (pH 4) setelah sentrifuse
Gambar 10. Filtrat dan endapan yang terbentuk pada proses adsorpsi (pH 6) setelah sentrifuse
Gambar 11. Filtrat dan endapan yang terbentuk pada proses adsorpsi (pH 8) setelah sentrifuse
Gambar 12. Alat Gas sorption analyzer
114
Gambar 13. Alat Spektrofotometer FTIR
115
Gambar 14. Alat Spektrofotometer AAS
Thu Nov 17 14:39:23 2016 (GMT+07:00)
777,74
110
1637,59
100
461,67
%Transmittance
105
90 4000
3500
3000
2500
2000
1045,80
3454,23
95
1500
1000
500
Wavenumbers (cm-1) Collection time: Thu Nov 17 10:23:14 2016 (GMT+07:00) Thu Nov 17 14:39:21 2016 (GMT+07:00) FIND PEAKS: Spectrum: **0594 Abu Vulkanik Gunung Kelud Region: 4000,00 400,00 Absolute threshold: 111,656 Sensitivity: 50 Peak list: Position: 1045,80 Intensity: 91,983 Position: 3454,23 Intensity: 92,442 Position: 461,67 Intensity: 96,964 Position: 1637,59 Intensity: 103,294 Position: 777,74 Intensity: 107,625
Gambar 29. Spektra FTIR Abu kelud
Wed Nov 09 11:32:26 2016 (GMT+07:00)
2360,31
90
3500
3000
2500
2000
1500
1076,41
85
4000
460,97
1640,13
95
3434,18
%Transmittance
100
1000
Wavenumbers (cm-1) Collection time: Wed Nov 09 10:06:19 2016 (GMT+07:00) Wed Nov 09 11:32:24 2016 (GMT+07:00) FIND PEAKS: Spectrum: **0578-2 Silika Gel HNO3 Region: 4000,00 400,00 Absolute threshold: 104,312 Sensitivity: 50 Peak list: Position: 1076,41 Intensity: 83,479 Position: 3434,18 Intensity: 87,686 Position: 460,97 Intensity: 92,805 Position: 1640,13 Intensity: 93,845 Position: 2360,31 Intensity: 98,270
Gambar 30. Spektra FTIR Adsorben hasil sintesis
116
500
Wed Mar 15 10:27:58 2017 (GMT+07:00) 106
94
1097,17
96
92 4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
471,16
98
1637,09
2361,20
100
800,85
102
3462,86
%Transmittance
104
500
Wavenumbers (cm-1) Collection time: Wed Mar 15 09:32:41 2017 (GMT+07:00) Wed Mar 15 10:27:57 2017 (GMT+07:00) FIND PEAKS: Spectrum: **0874 Silika Gel 60 Kiesel Region: 4000,00 400,00 Absolute threshold: 107,699 Sensitivity: 50 Peak list: Position: 1097,17 Intensity: 93,854 Position: 471,16 Intensity: 95,380 Position: 3462,86 Intensity: 95,624 Position: 1637,09 Intensity: 99,173 Position: 2361,20 Intensity: 99,866 Position: 800,85 Intensity: 100,600
Gambar 31. Spektra FTIR Kiesel gel 60G
1383,12
Wed Mar 15 10:42:50 2017 (GMT+07:00)
90
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1080,81
460,74
95
601,17
1639,02
2362,62
100
3432,39
%Transmittance
105
1000
500
Wavenumbers (cm-1) Collection time: Wed Mar 15 09:26:18 2017 (GMT+07:00) Wed Mar 15 10:42:48 2017 (GMT+07:00) FIND PEAKS: Spectrum: **0883-2 ADHNO3 Sesudah Region: 4000,00 400,00 Absolute threshold: 108,908 Sensitivity: 50 Peak list: Position: 1080,81 Intensity: 88,314 Position: 3432,39 Intensity: 90,469 Position: 460,74 Intensity: 94,879 Position: 601,17 Intensity: 98,552 Position: 1639,02 Intensity: 99,189 Position: 2362,62 Intensity: 102,550 Position: 1383,12 Intensity: 105,779
Gambar 32. Spektra FTIR adsorben hasil sintesis setelah adsorpsi pada pH 6
117
Wed Mar 15 10:40:31 2017 (GMT+07:00) 110
599,45
799,04
1636,71
2363,45
100
90
85 4000
3500
3000
2500
2000
1500
1101,90
468,15
95
3439,58
%Transmittance
105
1000
500
Wavenumbers (cm-1) Collection time: Wed Mar 15 09:21:42 2017 (GMT+07:00) Wed Mar 15 10:40:30 2017 (GMT+07:00) FIND PEAKS: Spectrum: **0883-1 Gel 60 Sesudah Region: 4000,00 400,00 Absolute threshold: 110,515 Sensitivity: 50 Peak list: Position: 1101,90 Intensity: 87,334 Position: 3439,58 Intensity: 90,983 Position: 468,15 Intensity: 92,376 Position: 1636,71 Intensity: 100,478 Position: 2363,45 Intensity: 102,710 Position: 799,04 Intensity: 103,334 Position: 599,45 Intensity: 103,969
Gambar 33. Spektra FTIR kiesel gel 60G setelah adsorpsi pada pH 6
118
119
120
121
122
123
124
