Media Farmasi Indonesia Vol 11 No 1
UJI KEMAMPUAN MEMBRAN SELULOSA-NA2EDTA DARI LIMBAH KULIT JAGUNG DALAM MENGIKAT ION LOGAM Pb2+ PADA LARUTAN Pb(NO3)2 CAPABILITY TEST OF SELULOSA-NA2EDTA MEMBRANE MADE OF WASTE CORN HUSK IN Pb2+ METAL ION BINDING FROM Pb(NO3)2 SOLUTION Laurencia Maylina Sugijopranoto, Bekti Nugraheni, Rohmatun Nafi’ah Sekolah Tinggi Ilmu Farmasi “Yayasan Pharmasi” Semarang SARI Perkembangan teknologi dan kemajuan sektor industri meningkatan jumlah limbah logam berat, misalnya logam Pb2+.Membran merupakan teknologi pemisahan yang sedang berkembang saat ini dan dapat dimanfaatkan untuk memisahkansenyawa logam pada limbah.Salah satu bahan untuk pembuatan membran yaitu selulosa. Modifikasi selulosa dengan Na2EDTAbertujuan untuk meningkatkan kemampuan selulosa untuk mengikat ion logam Pb2+.Tujuan penelitian adalah untuk mengetahui adanya kemampuan membran selulosaNa2EDTA dari limbah kulit jagung untuk mengikat ion logam Pb2+dan untuk mengetahui adanya perbedaan kemampuanantara membran selulosa murni dengan membran selulosa-Na2EDTA dalam mengikat ion logam Pb2+ pada larutan Pb(NO3)2.Selulosa diperoleh dengan mengisolasi senyawa selulosa dari serbuk kulit jagung yang telah melalui proses dewaxing. Selulosa dimodifikasi dengan menggunakan Na2EDTA sejumlah 50, 52 dan 54 mg dengan diaktivasi menggunakan H2SO42 M. Membran diidentifikasi secara kualitatif menggunakan spektrofotometer Fourier Transform Infrared(FTIR) dan secara kuantitatif menggunakan alat Spektrofotometer Serapan Atom (SSA) pada pengujian kemampuan pengikatan ion logam Pb2+ dengan konsentrasi awal larutan Pb(NO3)2 5 ppm. Membran selulosa-Na2EDTA memiliki kemampuan dalam mengikat ion logam Pb2+ dengan adanya penurunan konsentrasi logam Pb2+ dalam larutan Pb(NO3)2. Persentase kemampuan pengikatan ion logam Pb2+ yang paling besar ditunjukkan oleh membran selulosa yang dimodifikasi dengan Na2EDTA 54 mg yaitu sebesar 77,5%. Kata kunci :
limbah kulit jagung, membran selulosa-Na2EDTA, persentase kemampuan pengikatan ion logam Pb2+, FTIR, SSA. ABSTRACT
Technological development and industrial growth causing increase of the waste heavy metals amount, for example Lead metal (Pb2+). Membrane is a separation technology and now it is growing as a great technology to separate the metalic compound in wastes. One of substances that can be used to make a membrane is cellulose. Modification of cellulose with Na2EDTAaimed to increase 982
Media Farmasi Indonesia Vol 11 No 1
the cellulose capability to bind the Pb2+ metal ion. The purpose of this research are to determine the capability of cellulose-Na2EDTA membrane made of waste corn husk to bind the Pb2+ metal ion and determine the difference of capability between cellulose membran and cellulose-Na2EDTA membrane in Pb2+ metal ion binding from Pb(NO3)2 solution. Cellulose obtained from corn husk powder that have passed the dewaxing process. Cellulose modified by using 50, 52 and 54 mg Na2EDTA and activated using H2SO42 M. Qualitative identification of membrane use the spectrophotometer Fourier Transform Infrared(FTIR) and quantitatively use the Atomic Absorption Spectrophotometer (AAS) on the Pb2+ metal ion binding capability test with the initial concentration of Pb(NO3)2 solution is 5 ppm.Cellulose-Na2EDTA membrane has the capability to bind Pb2+ metal ion by the reduced of Pb2+ metal concentrations in Pb(NO3)2 solution. The biggest percentage of Pb2+metal ion binding capability were represented by cellulose-54 mg Na2EDTA membrane is 77.5%. Keywords : waste corn husk, cellulose-Na2EDTA membrane, percentage of Pb2+metal ion binding capability, FTIR, AAS. dikembangkan.Keunggulan selulosa
PENDAHULUAN Perkembangan teknologi dan kemajuan
bidang
dan
pembuatan membran yaitu senyawa
industri pertanian di Indonesia telah
selulosa tersebar secara luas di alam,
menimbulkan peningkatan limbah
murah, jumlahnya melimpah, mudah
pertanian,
limbah
diperoleh, dan dapat mengembang di
tanaman jagung.Menurut Anggraeny
air. Namun, serat selulosa yang
dkk. (2006 : 152), nilai proporsi
belum
limbah
kemampuan adsorpsi logam berat
salah
jagung
pertanian
dibandingkan senyawa lain dalam
satunya
bervariasi
yaitu
proporsi batang antara 55,38 – 62,29%, proporsi daun antara 22,57 –
dimodifikasi
memiliki
yang rendah. Pada
umumnya,
modifikasi
27,38% dan proporsi klobot antara
struktur selulosa dilakukan untuk
11,88 – 16,41%.
meningkatkan
sifat
fisik
dan
Kandungan kulit jagung terdiri
ketahanan selulosa terhadap bahan-
dari selulosa 36,81%; abu 6,04%;
bahan kimia (Fengel, 1995).Pada
lignin
penelitian ini, digunakan senyawa
27,01%
15,7%;
dan
hemiselulosa
(Ningsih,2012).Selulosa
dinatrium
etilendiamintetraasetat
merupakan bahan dasar membran
(Na2EDTA)
untuk
ultrafiltrasi yang sekarang banyak
membran selulosa karena Na2EDTA
memodifikasi
983
Media Farmasi Indonesia Vol 11 No 1
dapat membentuk senyawa kompleks yang stabil dengan logam berat.
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah limbah kulit
(Pb2+)
jagung yang diperoleh dari penjual
merupakan salah satu logam berat
jagung bakar di daerah Telaga Mas,
yang cukup berbahaya. Masuknya Pb
Tanah Mas, Semarang Utara, etanol
ke dalam tubuh manusia melalui air
96%, toluena gradeteknis, pelarut
minum, makanan atau udara dapat
aqua demineral, natrium hidroksida
menyebabkan gangguan pada organ
1% b/v, natrium hipoklorit 1% dan
seperti gangguan neurologi (syaraf),
3% v/v, asam klorida 5% v/v, asam
ginjal, sistem reproduksi, sistem
sulfat
hemopoitik serta sistem syaraf pusat
dinatrium etilendiamin tetraasetat 50,
(otak) terutama pada anak yang dapat
52 dan 54 mg, dan timbal nitrat.
Logam
menurunkan
timbal
tingkat
kecerdasan
2
M,
kalium
bromida,
Alat yang digunakan dalam
(Widowati, 2008).Berdasarkan hal di
penelitian
ini
atas, maka penelitian ini melakukan
adalahSpektrofotometer
modifikasi pada membran selulosa
Atom (SSA) PerkinElmer PinAAclee
dari limbah kulit jagung dengan
900
Na2EDTA untuk memperoleh daya
PerkinElmer 96772, neraca digital
kemampuan pengikatan ion logam
dan analitik Osuka dan Shimadzu,
Pb2+ yang lebih baik.
mikrometer
METODE PENELITIAN
rangkaian alat soxhlet, magnetic
F,spektrofotometer
sekrup
Serapan
FT-IR
Krisbrow,
Objek dalam penelitian adalah
stirrer HANNA Instruments dan
kemampuan pengikatan logam Pb2+
Labinco, hotplate+stirrer Labinco,
dalam
oleh
waterbath, penggiling tepung, almari
dan
pengering, ayakan no mesh 50, alat-
membran selulosa modifikasi dari
alat gelas Pyrex dan Herma, kertas
limbah
serta
saring, pH universal, termometer,
karakteristik struktur morfologi dari
cawan petri, cetakan plastik, mika,
selulosa murni dan selulosa yang
dan vial.
membran
larutan
Pb(NO3)2
selulosa
kulit
murni
jagung
telah dimodifikasi dengan Na2EDTA.
Limbah kulit jagung dicuci bersih
dengan
air
mengalir,
984
Media Farmasi Indonesia Vol 11 No 1
dikeringkan di bawah sinar matahari
selama 6 jam pada suhu 65°C.
selama 3 hari dan dibuat serbuk halus
Padatan disaring dan dicuci dengan
menggunakan
penggiling
aqua demineral sampai pH netral
tepung lalu diayak menggunakan
dengan menggunakan kertas saring.
ayakan no mesh 50.Serbuk kulit
Serbuk selulosa murni dikeringkan
jagung
dalamalmari pengering.
mesin
ditimbang
sebanyak
50
gramlalu dilakukan proses ekstraksi
Proses pembuatan membran
dengan metode soxhletasi sebagai
terdiri
proses
menggunakan
pembuatan membran selulosa murni
pelarut etanol 96%:toluena dengan
dan membran selulosa-Na2EDTA.
perbandingan 1:2 selama 3,5 jam
Pembuatan membran selulosa murni
dengan suhu 100°C.
dilakukan dengan
dewaxing
dari
dua
tahap
yaitu
menimbang 2
Kemudian serbuk kering kulit
gram selulosa, ditambahkan dengan
jagung dilakukan proses pemutihan
aqua demineral 20 mL dan diaduk
(bleaching)
homogen
menggunakan
larutan
menggunakan
magnetic
NaClO 3% b/v sebanyak 500 mL dan
stirrer selama 1 jam. Sedangkan
dipanaskan diatas waterbath dengan
pembuatan
membran
suhu 80°C selama 2 jam sambil
Na2EDTA
dilakukan
diaduk-aduk.
menimbang
2
Lalu
dihidrolisis
selulosadengan
gram
selulosa,
menggunakan larutan NaOH 1% b/v
ditambahkan 20 mL asam sulfat 2 M
sebanyak 500 mL dan dipanaskan
dan diaduk homogen selama 30
dengan suhu 60°C selama 2 jam,
menit sambil dipanaskan diatas hot
disaring, dicuci residu dengan aqua
plate stirrer suhu 45°C. Campuran
demineral
tadi
sampai
pH
netral.
ditambahkan
Na2EDTA
Dilakukan proses pemutihan akhir
sebanyak 50, 52 dan 54 mg, diaduk
dengan larutan NaClO 1% b/v
homogen
sebanyak 500 mL pada suhu 75°C
menggunakan
selama 3 jam sambil sesekali diaduk,
Kedua jenis membran dituang ke
disaring dan residu memasuki tahap
dalam cawan petri yang sudah diberi
akhir yaitu dihidrolisis dengan katalis
cetakan plastik berdiameter 7,5 cm.
selama
20
menit
magnetic
stirrer.
HCl 5% v/v sebanyak 500 mL
985
Media Farmasi Indonesia Vol 11 No 1
Kemudian dikeringkan dalam almari
(Thiripura
pengering sampai kering.
Warna hijau kekuningan pada larutan
Pengujian membran
kemampuan
selulosa
murni
dan
membran selulosa-Na2EDTA dalam
dan
Ramesh,
2012).
penyari menandakan bahwa senyawa lilin
atau
lemak
dan
senyawa
metabolit sekunder sudah tersari
mengikat
logam
Pb2+
dilakukan
dengan
menggunakan
bantuan
Tahap awalproses isolasi yaitu
corong buchner. Larutan uji yang
pemutihan (bleaching) menggunakan
mengandung logam Pb2+konsentrasi
larutan NaClOyang berfungsi untuk
5 ppm sebanyak 20 mL dimasukkan
menghilangkan
ke
hemiselulosa
dalam
buret
dan
dialirkan
dengan sempurna.
senyawa dan
lignin.Proses
perlahan-lahan selama 30 menit.
hidrolisis
Filtrat hasil penyaringan dianalisis
NaOH
dengan Spektrofotometer Serapan
menghilangkan
Atom
gelombang
hemiselulosa.Pada proses ini, terjadi
283,31 nm. Selain itu dilakukan
perubahan warna dari larutan yang
identifikasi secara kualitatif dari
awalnya tidak berwarna menjadi
membran
berwarna coklat tua dan pekat yang
pada
panjang
selulosa
murni
dan
menggunakan
larutan
bertujuan
untuk senyawa
membran selulosa-Na2EDTA dengan
disebabkan
menggunakan
hemiselulosa yang terkandung dalam
spektrofotometer
karena
lignin
dan
Fourier Transform Infrared(FTIR).
serbuk kulit jagung telah berhasil
HASIL
terdegradasi menjadi monomernya
PENELITIAN
DAN
dan
PEMBAHASAN Proses
ekstraksi
soxhletasi
telah
(Wafiroh
larut dan
dalam
Abdulloh,
NaOH 2012:
berfungsi untuk menyari kandungan
40).Proses pemutihan akhir dengan
lilin atau lemak (proses dewaxing)
NaClObertujuan
dan
senyawa-
menghilangkan sisa-sisa lignin yang
senyawa ekstraktif yang terkandung
masih terkandung dalam serbuk kulit
dalam serbuk kulit jagung (senyawa
jagung.Proses hidrolisis akhir dengan
metabolit sekunder selain senyawa
HCL berfungsi untuk memastikan
lignin, hemiselulosa dan selulosa)
bahwa lignin yang ada pada serbuk
menghilangkan
untuk
986
Media Farmasi Indonesia Vol 11 No 1
kulit
jagung
terpisah
telah
dari
benar-benar Proses
dua jenis serbuk sampel yaitu serbuk
untuk
kulit jagung awal dan serbuk selulosa
menghilangkan sisa basa dan sisa
dari hasil proses isolasi serta pada
asam berlebih dari serbuk.
serbuk selulosa hasil modifikasi.
penetralan
selulosa.
Analisis FTIR dilakukan pada
dilakukan
Berikut hasil spektrum FTIR :
Gambar 1. Spektrum FTIR serbuk kulit jagung (merah) dan serbuk isolat selulosa (ungu)
Pada gambar 1 munculnya
dengan gugus C=O (Alemdar, 2008).
puncak pada bilangan gelombang
Terdapat pula puncak C=C pada
merupakan
bilangan gelombang 1515,04 cm-1
puncak yang khas untuk kelompok
yang merupakan gugus penyusun
gugus
cincin
1734,51
cm-1
asetil
yang
dan
ester
pada
aromatik
lignin
yang
hemiselulosa dan rantai gugus asam
mempertegas bahwa pada serbuk
karboksil pada kelompok ferulic dan
kulit jagung awal masih terdapat
p-koumaril pada lignin. Kelompok
senyawa
puncak ini memang akan ditunjukkan
dkk., 2013: 11). Spektrum lainnya
pada spektra yang terdapat di sekitar
merupakan
-1
1700 cm ,
yang akan ditandai
pengotor
(Rachmawaty
spektrum
yang
khas
untuk senyawa selulosa.
987
Media Farmasi Indonesia Vol 11 No 1
Gambar 2. Spektrum selulosa modifikasi sebelum dinetralkan
Gambar 3. Spektrum selulosa modifikasi setelah dinetralkan dan diuji dengan logam Pb2+
Munculnya
puncak
pada
bilangan gelombang sekitar 1100 cm1
proses isolasi dan modifikasi berhasil dilakukan.
menunjukkan adanya gugus C-N
Tahapan
selanjutnya
yaitu
alifatik ulur yang merupakan gugus
pengujian kemampuan pengikatan
yang
logam Pb2+ dari membran selulosa
khas
dari
Na2EDTA.
Sedangkan munculnya puncak pada
tanpa
bilangan gelombang sekitar 1050 cm-
modifikasi
1
ujiPb(NO3)2dengan
menunjukkan
adanya
gugusC-O
ulur dan pada bilangan gelombang
modifikasi
dan
selulosa
menggunakan
larutan
konsentrasi
ppm.Dari
hasil
sekitar 3600-3800 cm menunjukkan
diketahui
persentase
adanya gugus -OH yang merupakan
pengikatan dari membran selulosa
gugus yang khas dari selulosa.
tanpa
Berdasarkan hasil analisis FTIR di
Na2EDTA
atas maka dapat disimpulkan bahwa
rumus :
-1
pengujian
5
modifikasi dengan
dapat
kemampuan
dan
selulosa-
menggunakan
988
Media Farmasi Indonesia Vol 11 No 1
% Kemampuan pengikatan Pb = Tabel 1. Hasil perhitungan persentase kemampuan pengikatan logam Pb2+ (%) Selulosa-Na2EDTA Selulosa Non Modifikasi 50 mg 52 mg 54 mg 36,48 68,37 74,52 77,49 36,73 69,14 74,49 78,22 37,23 68,55 74,08 77,16 37,21 67,88 74,60 77,87 36,36 67,68 74,38 76,76 Rata-rata = 36,80 68,32 74,41 77,5
Berdasarkan hasil perhitungan
selulosa tanpa modifikasi. Dari hasil
persentase kemampuan pengikatan
perhitungan persentase kemampuan
selulosa-
pengikatan ion logam Pb2+dibuat
Na2EDTA yang mengandung 52 dan
grafik hubungan antara konsentrasi
54 mg Na2EDTA mampu mengikat
Na2EDTA yang ditambahkan dengan
logam Pb2+ sebanyak lebih dari dua
persentase kemampuan pengikatan
kalinya
ion Pb2+.
logam
Pb2+
membran
kemampuan
membran
Gambar 4.Grafik konsentrasi Na2EDTA dengan persentase kemampuan pengikatan
Dari hasil analisis statistika anava
satu
jalan
dan
pasca
antara ketiga membran selulosaNa2EDTA.Membran
selulosa-
anavamenunjukan adanya perbedaan
Na2EDTA yang paling baik yaitu
bermakna antara membran selulosa
membran dengan jumlah Na2EDTA
murni dengan membran selulosa-
54 mg dengan rata-rata kemampuan
Na2EDTA dan adanya perbedaan
pengikatan
ion
logam
Pb2+yaitu
989
Media Farmasi Indonesia Vol 11 No 1
77,5%. Hal ini disebabkan oleh
sehingga afinitasnya lebih besar dan
jumlah situs aktif pada membran
bisa menggantikan posisi Na+ dalam
selulosa-Na2EDTA
membentuk
54
mg
lebih
kelat
dan
terbentuk
banyak, ikatan yang terbentuk antara
senyawa kompleks yang stabil yaitu
ion logam Pb2+ dengan membran
cincin
selulosa-Na2EDTA
stabil
Mekanisme pembentukan senyawa
karena ion logam Pb2+ memiliki
kompleks antara ion logam Pb2+
konstanta stabilitas yang lebih besar
dengan membran selulosa-Na2EDTA
yaitu 18,3 dari pada Na+ hanya 1,7
yang terlihat pada gambar:
lebih
kelat
dengan
6
sudut.
(Flora dan Pachauri, 2010 : 2747)
O NaO
O
HO
HOH2C
O O
HO
HOH2C
O
O
O
+ O
O
Pb(NO3)2
N
L 2+
Pb
+ 2 NaNO3 + H+
O
O
N
N
O
O
ONa
N
O
O O
OH
O
O
O
Gambar 5.Reaksi pembentukan kompleks antara logam Pb2+ dengan membran selulosa-Na2EDTA
KESIMPULAN
Na2EDTAdalam mengikat logam
1. Membran selulosa-Na2EDTA dari
Pb2+ dalam larutan Pb(NO3)2,
limbah kulit jagung memiliki
membran
kemampuan
dalam
memiliki kemampuan pengikatan
dalam
logam Pb2+ lebih besar dari pada
mengikatlogam larutan ditunjukkan
Pb2+
Pb(NO3)2
yang
dengan
adanya
selulosa-Na2EDTA
membran selulosa murni.
penurunan kadar logam Pb2+ pada
SARAN
larutan uji.
1. Perlu dilakukan pengujian ukuran
2. Ada perbedaan kemampuan antara
partikel
dari
membran selulosa murni dengan
murni
membran
Na2EDTA.
selulosa-
dan
serbuk serbuk
selulosa selulosa-
990
Media Farmasi Indonesia Vol 11 No 1
2. Perlu
dilakukan
pengujian
kemampuan membran yang
selulosa
dimodifikasi
menyelesaikan penelitian ini. Ucapan terima
kasih
juga
disampaikan
dengan
kepadaAchmad Wildan, S.T., M.T.,
surfaktan kationik seperti senyawa
danDrs. Agus Suprijono, M.Kes.,
amonium
Apt.,atas saran dan masukan yang
kuartener
untuk
mengikat limbah bahan obat atau
diberikan untuk penelitian ini.
senyawa dalam bentuk anion serta diteliti
waktu
kontak
antara
membran dan larutan uji yang optimal. 3. Perlu
dilakukan
penelitian
pengaruh variasi pada pelarut seperti NaOH atau aseton saat pembuatan
membran
selulosa-
Na2EDTA. 4. Perlu mengenai
dilakukan
penelitian
aplikasi
kemampuan
membran
selulosa-Na2EDTA
dalam mengikat ion logam Pb2+ pada limbah industri.
UCAPAN TERIMA KASIH Puji syukur kepada Tuhan penulis
panjatkan
bimbingan-Nya,
karena penulis
atas dapat
menyelesaikan penelitian ini. Penulis ucapkan terima kasih kepada Bekti Nugraheni,
M.Sc.,
Apt.,
dan
Rohmatun Nafi’ah, S.Pd., M.Sc., atas segala waktu, arahan, motivasi, dan nasihat
yang
diberikan
dalam
DAFTAR PUSTAKA Anggraeny, Y.N., Umiyasih, U., dan Krishna, N.H. 2006. Potensi Limbah Jagung Siap Rilis sebagai Sumber Hijauan Sapi Potong dalam Pros. Lokakarya Nasional Jejaring Pengembangan Sistem Integrasi Jagung – Sapi. Bogor : Puslitbang Peternakan. Junior, O.K., Gurgel, L.V.A., dan Gil, L.F. 2009. Removal of Ca(II) and Mg(II) from Aqueous Single Metal Solutions by Mercerized Cellulose and Mercerized Sugarcane Bagasse Grafted with EDTA Dianhydride (EDTAD).Carbohydrate Polymers. (79): 184-191. Ningsih, E.R. 2012.Uji Kinerja Digester pada Proses Pulping Kulit Jagung dengan Variabel Suhu dan Waktu Pemasakan.Semarang : Universitas Diponegoro Press. Putera, R.D.H. 2012.Ekstraksi Serat Selulosa dari Tanaman Enceng Gondok (Eichhornia crassipes) dengan Variasi Pelarut.Skripsi. Depok:
991
Media Farmasi Indonesia Vol 11 No 1
Fakultas Teknik Universitas Indonesia. Rachmawaty, R., Meriyani, M., dan Priyanto, S. 2013. Sintesis Selulosa Diasetat dari Enceng Gondok (Eichhornia crassipes) dan Potensinya Untuk Pembuatan Membran.Jurnal Teknologi Kimia dan Industri.2. (3): 816. Susatyo, E.B., dan N. Nurhayati. 2013. Sintesis Membran Nata Aloe vera-Etilendiamin dan Karakterisasinya. Jurnal MIPA.36. (1) : 70-77. Thiripura, M. dan Ramesh, A. 2012.Isolation and Charactherization of Cellulose Nanofibers from The Equatic Weed Water HyacinthEichhornia
crassipes.Journal of Carbohydrate Polymers. (87): 1701-1705. Wafiroh, S. dan Abdulloh.2012. PemanfaatanSelulosa Diasetat dari Biofiber Limbah Pohon Pisang dan Kitosan dari Cangkang Udang sebagai Bahan Baku Membran Mikrofiltrasi untuk Pemurnian Nira Tebu.Prosiding Seminar Nasional Kimia Unesa. Surabaya: Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga. Widowati, W., Sastiono, A., dan Raymond R., J. 2008.Efek Toksik Logam Pencegahan dan Penanggulangan Pencemaran.Yogyakarta : ANDI.
992
