Penggunaan Membran Kitosan Untuk Menurunkan Kadar Logam Krom (Cr) Dan Nikel (Ni) Dalam Limbah Cair Industri Pelapisan Logam

PENGGUNAAN MEMBRAN KITOSAN UNTUK MENURUNKAN

KADAR LOGAM KROM (Cr) DAN NIKEL (Ni) DALAM

LIMBAH CAIR INDUSTRI PELAPISAN LOGAM

TESIS

Oleh MERIATNA 047022010/TK

SEKOLAH PASCASARJANA

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

M E D A N

2008

PENGGUNAAN MEMBRAN KITOSAN UNTUK MENURUNKAN

KADAR LOGAM KROM (Cr) DAN NIKEL (Ni) DALAM

LIMBAH CAIR INDUSTRI PELAPISAN LOGAM

TESIS

Untuk Memenuhi Gelar Magister Teknik Kimia dalam Program Magister Teknik Kimia Pada Sekolah

Pascasarjana Universitas Sumatera Utara

Oleh MERIATNA 047022010/TK

SEKOLAH PASCASARJANA UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

M E D A N 2008

Judul Tesis : PENGGUNAAN MEMBRAN KITOSAN UNTUK MENURUNKAN KADAR LOGAM KROM (Cr) DAN NIKEL (Ni) DALAM LIMBAH CAIR INDUSTRI PELAPISAN LOGAM

Nama Mahasiswa : Meriatna

Nomor Pokok : 047022010

Program Studi : Teknik Kimia

Mengetahui Komisi Pembimbing

(Dr. Harry Agusnar M.Sc, M. Phill) (Dr. Halimatuddahliana ST, M.Sc) Ketua Anggota

Ketua Program Studi Direktur

(Prof. Dr. Ir. Setiaty Pandia) (Prof. Dr. Ir. T.Chairun Nisa B. M.Sc)

TELAH DIUJI PADA Tanggal : 20 Juni 2008

PANITIA PENGUJI TESIS

Ketua : Dr. Harry Agusnar, M.Sc, M.Phill Anggota : Dr. Halimatuddahliana, ST, M.Sc

: Prof. Dr. Ir. Setiaty Pandia : Dr. Ir. Irvan, MT

: Maulida, ST, M.Sc

THE USED OF MEMBRANE CHITOSAN AS AN ADSORPTION TO REDUCE CHROM (Cr) AND NICKEL (Ni) METALS IN

WASTEWATER OF ELECTROPLATING INDSUTRY

ABSTRACT

Chitosan can be used to heavy metals adsorption in veneering’s liquid waste, and also can be used as raw material in manufacturing of chitosan membrane by dissolved it in 1 % acetic acid solution, which the manufacturing conducted thorough phase inversion stage that is by evaporate the solvent. The concentration of chitosan membrane varied at 1, 2, 3, 4, 5, and 6 % and residence times at 10, 30, 60, 90, and 120 minutes, respectively. Membrane is formed on glass plate, then dried at room temperature for 6 hours. Analysis and tensile test were carried out by using Atom’s Adsorption Spectrofotometry (AAS) and Universal Testing Machine. Chitosan membrane used to reduce chrom (Cr) and nickel (Ni) metals’ concentration in veneering’s liquid waste. From the experiment result is obtained the best condition to Cr metal adsorption were 3 % concentration of chitosan membrane, 30 minutes contact time, whereas 99,87 % of adsorption. While the best adsorption of chitosan membrane for nickel (Ni) metal was 9,13 % that achieve at 30 minutes residence time with 2 % concentrations of membrane. It is caused that at those condition the acetic acid solvent have already evaporared and chitosan membrane dissolvent finely. So the adsorption of chitosan membrane was . For chrom and nickel metals by using Langmuir equation gives high correlation coeffisien is 0,9999. From tensile test, chitosan membrane show that chitosan membrane at 3% concentration has elastic and tensile power more than chitosan membrane at 1 and 2%, because more high concentration of chitosan membrane used, so tensile power and strength more high and more elastic.

Keywords : adsorption, veneering’s liquid waste, chitosan membrane, contact time, Chrom and Nickel metals.

ABSTRAK

Kitosan dapat digunakan untuk menyerap (adsorpsi) logam - logam berat dalam limbah cair industri pelapisan logam, dan juga digunakan sebagai bahan dasar pembuatan membran kitosan yaitu dengan cara melarutkan kitosan dengan larutan asam asetat 1%, yang proses pembuatannya dilakukan melalui tahap inversi fasa yaitu secara penguapan pelarut. Konsentrasi membran kitosan divariasikan pada 1, 2, 3, 4, 5 dan 6 % dan waktu kontak 10, 30, 60, 90, dan 120 menit. Membran dicetak pada plat kaca kemudian dikeringkan pada suhu kamar selama 6 hari. Analisa dan Uji tarik masing-masing dilakukan dengan menggunakan alat Spektrofotometer Serapan Atom (AAS) dan alat Universal Testing Machine. Membran kitosan yang dihasilkan digunakan untuk menurunkan kadar logam krom (Cr) dan nikel (Ni) pada limbah cair industri pelapisan logam. Dari hasil penelitian diperoleh kondisi yang terbaik untuk menyerap logam krom (Cr) adalah pada konsentrasi membran kitosan 3% dan waktu pengontakan 30 menit dimana diperoleh daya serap 99,87%. Sedangkan daya serap membran kitosan yang terbaik untuk logam nikel (Ni) adalah 99,13% yang tercapai pada waktu kontak 30 menit dengan konsentrasi membran sebanyak 2%. Hal ini disebabkan pada konsentrasi tersebut pelarut asam asetat sudah menguap dan kitosannya larut dengan sempurna sehingga daya serap membran kitosan lebih baik. Untuk logam krom dan nikel dengan menggunakan Persamaan Langmuir didapat untuk logam krom adalah Y = 26,26 X + 0.002 dengan harga koefisien korelasi (R2) yaitu 0,9999 dan untuk logam nikel didapat Y = 0,0888 X + 6x10-5 dengan harga koefisien korelasi (R2) adalah 0,9997. Hasil uji kekuatan tarik membran kitosan menyatakan bahwa membran kitosan pada konsentrasi 3 % mempunyai sifat yang kuat dan elastis dan mempunyai kekuatan tarik lebih baik dari membran kitosan 1 dan 2%.

Kata kunci: adsorpsi, limbah cair industri pelapisan logam membran kitosan, ,waktu kontak, logam krom dan nikel

ABSTRACT

Chitosan can be used to heavy metals adsorption in veneering’s liquid waste, and also can be used as raw material in manufacturing of chitosan membrane by dissolved it in 1 % acetic acid solution, which the manufacturing conducted through phase inversion stage that is by evaporate the solvent. The concentration of chitosan membrane varied at 1, 2, 3, 4, 5, and 6 % and contact time at 10, 30, 60, 90, and 120 minutes, respectively. Membrane is formed on glass plate, then dried at room temperature for 6 days. Analysis and tensile test were carried out by using Atom’s Adsorption Spectrofotometry (AAS) and Universal Testing Machine. Chitosan membrane used to reduce chrom (Cr) and nickel (Ni) metals’ concentration in veneering’s liquid waste. From the experiment result is obtained the best condition to Cr metal adsorption were 3 % concentration of chitosan membrane, 30 minutes contact time, whereas 99,87 % of adsorption. While the best adsorption of chitosan membrane for nickel (Ni) metal was 9,13 % that achieve at 30 minutes contact time with 2 % concentrations of membrane. It is caused that at those condition the acetic acid solvent have already evaporated and chitosan membrane dissolved finely. So the adsorption of chitosan membrane was better . For chrom and nickel metals by using Langmuir equation for chrom metals is Y = 26,26 X + 0,002 with correlation coeffisien is 0,9999 and for nickel metals is Y = 0,0888 X + 6x10-5 with correlation coeffisien is 0,9997. From tensile test, chitosan membrane show that chitosan membrane at 3% concentration has elastic and tensile power more than chitosan membrane at 1 and 2%, because more high concentration of chitosan membrane used, so tensile power and strength more high and more elastic than chitosan membrane 1 and 2 %.

Keywords : Adsorption, veneering’s liquid waste, chitosan membrane, contact time, Chrom and Nickel metals.

KATA PENGANTAR

Puji syukur kami panjatkan kehadiran Allah SWT yang telah banyak memberikan anugerah-Nya, sehingga tesis ini dapat diselesaikan baik.. Tesis ini disusun sebagai salah satu persyaratan untuk memperoleh gelar Magister Teknik di Universitas Sumatera Utara. Dengan selesainya naskah tesis ini tak lupa penulis mengucapkan banyak terima kasih sedalam-dalamnya atas dukungan moril atau spiritual, khusunya kepada :

1. Dr. Harry Agusnar M.Sc. M.Phill selaku pembimbing utama yang telah banyak memberikan masukan kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan tesis ini dengan baik.

2. Dr. Halimatuddahlina, ST. M.Sc selaku co-pembimbing yang telah banyak membantu sehingga penulis dapat menyelesaikan naskah tesis ini dengan baik. 3. Prof. Dr. Ir. Setiaty Pandia, selaku Ketua Program Studi Magister Teknik Kimia,

Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara.

4. Keluarga yang telah banyak membantu menyelesaikan naskah tesis ini

5. Semua pihak yang telah banyak memberikan motivasi kepada penulis dalam penulisan naskah tesis ini.

Kiranya amal baik mereka mendapatkan balasan yang setimpal dari Allah SWT. Dengan segala kerendahan hati penulis menyadari bahwa penulisan naskah tesis ini masih jauh dari kesempurnaan, untuk itu saran yang korektif sangat penulis harapkan dari semua pihak untuk perbaikan pada masa yang akan datang. Amin ya rabbal’alamin

Medan, Juni 2008

RIWAYAT HIDUP

Nama Lengkap : Meriatna

Tempat, Tanggal Lahir : Samalanga, 16 April 1972

Riwayat Pendidikan, Tamat : SD Negeri 1 Samalanga Aceh Bireuen, 1984 MTS Samalanga Aceh Bireuen, 1987

SMA Negeri 1 Samalanga Aceh Bireuen, 1990 Fakultas Teknik Kimia Universitas Syiah Kuala Nanggroe Aceh Darussalam, 1996

Pekerjaan : Dosen Universitas Malikussaleh Lhokseumawe

Nama Suami : Zulmiardi

Nama Anak : Dzikral Alfisyahrin

Nama Orang Tua

Ayah : Alm Muhammad S.

DAFTAR ISI

Halaman

ABSTRAK ... ... i

ABSTRACT ... ii

KATA PENGANTAR ... ... iii

RIWAYAT HIDUP ... iv

DAFTAR ISI ………. ... v

DAFTAR TABEL ………. ... viii

DAFTAR GAMBAR ……….... ... ix

DAFTAR LAMPIRAN ... ... x

I. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ………... 1

1.2. Perumusan Masalah ………... 3

1.3. Tujuan Penelitian ………... 3

1.4. Manfaat Penelitian ………...…… 4

1.5. Ruang Lingkup Penelitian ………...… 4

II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Kitin dan Kitosan ………... 5

2.2. Metode Penyediaan Kitosan ... 7

2.3. Derajat Deasetilasi ... ... 8

2.4. Sifat-difat Kitosan ... 9

2.5. Kegunaan Kitosan ... ... 13

2.6. Logam Berat dan Pengaruh pada Kesehatan ……... 15

2.7 Kemampuan Kitosan Menyerap Logam... 17

2.9. Membran ... 20

2.10. Klasifikasi Membran ... 21

2.11. Membran Polimer Alam ... 23

2.12. Karakterisasi Membran ... 24

2. 13. Penyedian Membran Kitosan Glutaraldehide ... 25

III. METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Lokasi Penelitian ... 27

3.2. Bahan dan Alat ... 27

3.3. Prosedur Penelitian ... 28

3.3.1 Penyediaan membran kitosan ... 29

3.3.2 Analisa limbah cair ... 29

3.3.3 Analisa uji tarik ... 30

3.3.4 Perlakuan dan analisa limbah cair dengan membran kitosan ... 30

3.4. Bagan Penelitian ... 34

3.5. Rancangan Penelitian ... 35

IV.HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Pengaruh Konsentrasi Kitosan Terhadap Morfologi Membran Kitosan ... 38

4.2. Spektrum IR Membran Kitosan ... 40

4.3 Hasil Analisa Parameter Limbah Cair Industri Pelapisan Logam ... 41

4.4 Pengaruh Waktu Kontak dan Konsentrasi Membran Kitosan Terhadap % Daya ... 42

4.5. Isoterm Adsorpsi ... 48

4.6. Hasil Uji Statistik Terhadap Logam Cr Dalam Limbah Cair Industri Pelapisan Logam... 49

4.7 Hasil Uji Statistik Terhadap Logam Ni Dalam Limbah

Cair Industri Pelapisan Logam... 50

4.8. Uji Kekuatan Tarik ... 52

V.KESIMPULAN ... 54

DAFTAR TABEL

Nomor Judul Halaman

1. Karakterisasi Kitosan... 12

2. Aplikasi dan Fungsi Kitosan di Berbagai Bidang ... 14

3. Bentuk Data Rancangan Dari Minitab ... 37

4. Spektrum Infra Merah ... 40

5. Karakteristik Limbah Industri Pelapisan Logam ... 41

6. Analisa Kadar Logam Cr Setelah dilewatkan Dengan Membran Kitosan ... 45

7. Analisa Kadar Logam Cr Setelah dilewatkan Dengan Membran Kitosan ... 47

8. Hasil Uji Statistik Terhadap Logam Cr Dalam Limbah Cair Industri Pelapisan Logam ... 49

9. Hasil Uji Statistik Terhadap Logam Ni Dalam Limbah Cair Industri Pelapisan Logam ... 51

DAFTAR GAMBAR

Nomor Judul Halaman

1. Struktur Kitin ... 6

2. Struktur Kitosan ... 6

3. Foto Membran Kitosan Masih Dalam Cetakan ... 32

4. Foto Membran Kitosan 2% setelah Pencelupan dengan NaOH dan Glutaraldehid... 31

5. Skema Peralatan Penyerapan Membran Kitosan ... 32

6. Bagan Penelitian Pembuatan Membran Kitosan... 33

7. Bagan Penggunaan Membran Kitosan ... 34

8. Foto Morfologi Membran Kitosan ... 39

9. Spektrum Transformasi Infra Merah ... 41

10. Grafik Hubungan Waktu Kontak dengan Daya serap Terhadap Logam Cr ... 44

11. Grafik Hubungan Waktu Kontak dengan Daya serap Terhadap Logam Ni ... 46

DAFTAR LAMPIRAN

Nomor Judul Halaman

1 Perhitungan Persentase Daya Serap dan Harga q ... 59

2 Hasil Analisa Kadar Logam Cr Dan Ni ... 60

3 Data Persamaan Langmuir Cr dan Ni... 62

4 Persamaan regresi dan Koreasi (R2) Cr dan Ni ... 64

I. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Limbah industri pelapisan logam berasal dari bahan-bahan kimia yang digunakan. Bahan-bahan kimia yang digunakan adalah larutan logam sehingga limbah yang dihasilkan berbahaya bagi kesehatan manusia baik yang terlibat langsung dengan kegiatan maupun yang ada di sekitar industri. Limbah cair industri pelapisan logam umumnya mengandung logam berat. Logam berat ialah unsur logam dengan berat molekul yang tinggi. Dalam kadar rendah logam berat pada umumnya sudah beracun bagi tumbuhan dan hewan, termasuk manusia. Logam berat yang sering mencemari habitat adalah : Hg, Cr, Cd, As, dan Pb (Notohadiprawiro, 1993). Logam berat jika sudah terserap ke dalam tubuh maka tidak dapat dihancurkan tetapi akan tetap tinggal didalamnya hingga nantinya dibuang melalui proses ekskresi (Putra dan Putra, 2000 ).

Pada umumnya cara pemisahan yang sering digunakan adalah cara kimia yaitu cara pengendapan pada pH tinggi yang dilakukan dengan penambahan bahan kimia untuk diendapkan sebagai hidroksidanya. Adapun pengolahan secara fisika yang dilakukan adalah adsorpsi menggunakan karbon aktif, koagulasi atau flokulasi, filtrasi (Crini, 2004). Dalam penyerapannya setiap metoda memiliki keunggulan dan keterbatasan masing-masing dari aspek teknis, ekonomis dan dampak ikutannya. Oleh karena itu perlu dikembangkan suatu alternatif sistem pengolahan menggunakan bahan murah untuk memisahkan logam berat dan buangannya.

Sementara itu prinsip daur ulang dapat dilakukan dengan pemanfaatan limbah suatu industri menjadi bahan baku oleh industri lain dan menghasilkan suatu produk baru, contohnya limbah kulit udang dari industri pengolahan udang yang dapat diolah menjadi kitin yang kemudian menjadi kitosan.

Kitosan dapat digunakan sebagai penyerap logam Cu, Pb, Ni, Hg, Cd, Cr (Gao dan Filho, 2000). Menurut Sirait (2002) penggunaan kitosan kulit udang dapat menurunkan kadar Cr dan Ni dari limbah cair industri pelapisan logam dengan menggunakan jartest sebesar 82%. Oetomo (2004) menyatakan bahwa penggunaan kitosan sebagai adsorben dapat menurunkan kadar logam Cu pada industri pelapisan logam sebesar 98,62% dengan metoda jartes. Manurung (2005) telah meneliti kitosan manik degan metode Morita untuk digunakan sebagai adsorben dalam menurunkan ion logam Ni sebesar 99,73% dengan menggunakan kolom kromatografi. Dan kitosan juga dapat dibentuk menjadi film tipis (Hassan dan Sulaiman, 1996). Disisi lain kitosan bersifat basa dan mudah larut dalam media asam banyak digunakan untuk pembuatan gel dalam beberapa variasi konfigurasi seperti butiran, membran, pelapis, kapsul, serat dan spon (Krajweska, 2001).

Pada saat ini penelitian tentang pemanfaatan polimer alam sebagai membran sedang berkembang. Selama ini yang banyak digunakan sebagai membran adalah membran selulosa dan turunannya. Selain turunan selulosa pernah juga dilakukan karakterisasi membran kitin untuk tujuan analisis (Tarigan, 2005). Agusnar (2006) telah melakukan penelitian dengan melakukan ikat silang (crosslink) dengan glutaraldehide yang dibalut pada kertas saring dan melakukan adsorpsi pada logam Ni

dan Cr dengan menggunakan ekstraksi fasa padat didapat 100% dan diperoleh menurunkan logam berat tersebut dengan konsentrasi tertentu. Dan dikarenakan logam krom dan nikel paling tinggi konsentrasi limbahnya dibandingkan dengan logam-logam yang lain yang ada dalam limbah cair industri pelapisan logam, maka berdasarkan hal tersebut di atas, peneliti ingin membuat membran kitosan untuk mengolah limbah cair industri pelapisan logam untuk menurunkan kadar krom (Cr) dan nikel (Ni) sehingga kualitas limbah cair tersebut setelah pengolahan dapat memenuhi baku mutu yang telah ditetapkan pemerintah (KEP-51/MENLH/10/1995),

1.2 Perumusan Masalah

Berdasarkan hal-hal yang sudah diuraikan di atas maka permasalahan dalam penelitian ini adalah sejauh mana pengaruh penggunaan membran kitosan terhadap penurunan kadar logam Crom (Cr) dan Nikel (Ni) dalam limbah industri pelapisan logam.

1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh konsentrasi kitosan dalam membran dan untuk mengetahui waktu kontak antara membran kitosan dengan limbah cair dalam menurunkan kadar logam krom dan nikel dalam limbah cair industri pelapisan logam.

1.4 Manfaat Penelitian

Hasil penelitian ini diharapkan bermanfaat sebagai masukan berupa informasi baru dan teknologi alternatif dalam mengolah limbah cair bagi industri perapisan logam khususnya dan industri lain yang menghasilkan limbah sejenis. Selain itu juga sebagai informasi bagi pelaksanaan penelitian yang berkaitan dengan pemanfaatan membran kitosan

1.5 Ruang lingkup Penelitian

Adapun ruang lingkup penelitian ini adalah, penelitian ini dilaksanakan dalam skala laboratorium dan bahan baku yang digunakan adalah kitosan dan limbah cair pelapisan logam

Variabel yang digunakan

1. Konsentrasi kitosan dalam membran yaitu : 1, 2, 3, 4, 5, dan 6 %.

2. Waktu kontak antara membran kitosan dengan limbah cair industri pelapisan logam yaitu : 10, 30, 60, 90, dan 120 menit.

Analisis menggunakan Spectrofotometer Serapan Atom (AAS) dan Universal Testing Machine untuk uji tarik. Sementara parameter uji adalah kandungan Cr dan Ni dalam limbah cair dan uji tarik terhadap kekuatan membran kitosan.

II. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Kitin dan Kitosan

Kitin pertama kali ditemukan pada tahun 1811 oleh Henry Broconnot sebagai hasil isolasi dari jamur, sedangkan kitin dari serangga diisolasi pertama kali pada tahun 1820-an. Kitosan ditemukan oleh Rouget (1859) dengan merefluks kitin dan alkali pada suhu 180oC. Disini proses deasetilasi kitin dapat berlaku tanpa pemutusan rantai polimer (Brine, 1984)

Senyawa kitin banyak terdapat pada kulit luar hewan seperti Antropoda, Molusca, Annelida dan juga terdapat pada dinding sel tumbuhan tingkat rendah seperti Fungi. Setelah selulosa, kitin diperhitungkan sebagai polisakarida yang terdapat melimpah di alam (Sirait, 2002)

Pada Gambar 1 dan 2 terlihat bahwa kitin murni mengandung gugus asetamida (NH-COCH3), dan kitosan murni mengadung gugus amino (NH2). Perbedaan gugus ini akan mempengaruhi sifat-sifat kimia senyawa tersebut. Perbedaan antara kitin dan kitosan adalah berdasarkan kandungan nitrogennya, bila nitrogen kurang dari 7% maka polimer disebut kitin dan apabila kandungan total nitrogennya lebih dari 7% maka disebut kitosan (Roberts, 1992).

n n Gambar 1. Struktur Kitin

Gambar 1. Struktur Kitin

Rumus umum kitosan adalah (C6H11NO4)n atau disebut sebagai (1,4)-2-Amino-2 -Deoksi-β-D-Glukosa, dimana strukturnya dapat dilihat sebagai berikut :

Rumus umum kitosan adalah (C6H11NO4)n atau disebut sebagai (1,4)-2-Amino-2 -Deoksi-β-D-Glukosa, dimana strukturnya dapat dilihat sebagai berikut :

n Gambar 2. Struktur Kitosan

Sebenarnya kitin dan kitosan yang diproduksi secara komersial memiliki kedua gugus asetamido dan gugus amido pada rantai polimernya, dengan beragam komposisi gugus tersebut.

Kitosan merupakan senyawa yang tidak larut dalam air, larutan basa kuat, sedikit larut dalam HCl dan HNO3, 0.5% H3PO4 sedangkan dalam H2SO4 tidak larut. Kitosan tidak beracun dan mudah terbiodegradasi (Muzzarelli, 1978).

Kitosan mempunyai kemampuan untuk mengadsorpsi logam dengan

membentuk komplek kitosan dengan logam (Simangunsong, 1997) dan dapat digunakan untuk mengolah limbah. Dalam penggunaannya kitosan tidak beracun dan mampu untuk menurunkan kadar kolesterol dalam darah,

2.2 Metode Penyediaan Kitosan

Metode penyediaan kitosan pertama kali dilakukan oleh Hope-Seyler (1894) yaitu dengan merefluks kitin dalam kalium hidroksida pada suhu 180oC. Dimana proses deasetilasi kitin dapat dilakukan tanpa pemutusan rantai polimernya. Terdapat beberapa metode penyediaan kitosan antara lain (Muzzarelli, 1977) :

Metode Harowitz

Kitin dilarutkan dengan kalium hidroksida dan campuran logam nikel di bawah aliran gas nitrogen. Campuran dipanaskan pada suhu 180oC selama 30 menit, setelah itu di masukkan ke dalam etanol dan akan mengendap kemudian hasil yang diperoleh dicuci dengan air suling.

Hal yang sama dilakukan dengan pelarut pertama di dalam 5% asam asetat dimana NaOH yang berlebih akan mengendap. Metode ini dapat menghasilkan 95% dari pada asetil dalam rantai kitin

Metode Rigby dan Wolfrom

Kitin dicampur dengan 40% NaOH pada suhu 115oC selama 6 jam di bawah keadaan yang mengandung nitrogen. Kemudian didinginkan dan seterusnya dicuci dengan air untuk menetralkan campuran tadi. Metode ini dapat menghasilkan 82% dari pada asetil pada rantai kitin.

Metode Fujita

Kitin dicampur dengan NaOH 50% dan larutan parafin selama 2 jam pada suhu 120oC, campuran tersebut dituangkan dalam air dan seterusnya disaring dan dibilas dengan air suling. Metode ini lebih bagus dibandingkan dengan metode lain karena hanya memerlukan sedikit alkali dibandingkan dengan metode lain.

Metode Alimuniar dan Zainuddin

Pada metode ini kiti 10 gr dicampurkan dengan NaOH 50% sebanyak 140 ml dalam beaker glass 500 ml pada temperatur 30oC dan dibiarkan selama 6 hari, setiap harinya dilakukan pengadukan kemudian dicuci dengan air hingga pH air cucian menjadi netral. kemudian dikeringkan dan dianalisa Metode ini lebih ekonomis dibandingkan metode lain karena proses deasetilasi kitin terjadi tanpa pemanasan pada temperatur 30oC. Pada umumnya metode lain menggunakan vessel khusus dengan kontrol atmosfir selama waktu tertentu, sedangkan pada metode ini hanya menggunakan vessel sederhana. Metode lain untuk mengontrol reaksi pembentukan produk dibutuhkan sejumlah bahan aditif, sedangkan pada metode ini tidak menggunakan konsumsi bahan aditif lainnya.

2.3 Derajat Deasetilasi (DD)

Kurita (1986) melaporkan bahwa kitin yang direaksikan dengan alkali dapat mengalami hidrolisis dari gugus asetamida kepada gugus amino. Proses hidrolisis ini selalu menggunakan NaOH dan KOH pada suhu tinggi. Dalam proses hidrolisis alkali dapat mengalami penurunan berat molekul, jika waktu reaksi berlangsung lama. Oleh karena itu di dalam penyediaan kitosan, hidrolisis dapat terjadi jika pemanasan dilakukan, dan ini tergantung kepada konsentrasi alkali yang digunakan.

Kitosan dengan 45-55% derajat deasetilasi dapat larut dalam air, jika lebih dari 60% atau kurang 40% derajat deasetilasinya, tidak larut dalam air. Sifat kelarutan ini adalah disebabkan oleh deastilasi dalam larutan NaOH pekat. Dan untuk mengukur derajat deasetilasi ini dapat dilakukan dengan cara analisis elemental, infra merah dan titrasi.

2.4 Sifat – sifat Kitosan

Kitosan adalah padatan amorf putih yang tidak larut dalam alkali dan asam mineral kecuali pada keadaan tertentu. Keterlarutan kitosan yang paling baik ialah dalam larutan asam asetat 2%, asam format 10% dan asam sitrat 10%. Kitosan tidak dapat larut dalam asam piruvat, asam laktat dan asam – asam anorganik pada pH tertentu, walaupun setelah dipanaskan dan diaduk dengan waktu yang agak lama. Keterlarutan kitosan dalam larutan asam format ataupun asam asetat dapat membedakan kitosan dan kitin karena kitin tidak dapat melarut dalam keadaan pelarut asam tersebut.

Kitosan memiliki sifat unik yang dapat digunakan dalam berbagai cara serta memiliki kegunaan yang beragam, antara lain sebagai bahan perekat, aditif untuk kertas dan tekstil, penjernih air minum, serta untuk mempercepat penyembuhan luka, dan memperbaiki sifat pengikatan warna. Kitosan merupakan pengkelat yang kuat untuk ion logam transisi.

Menurut Robert, (1992), kitosan mudah mengalami degradasi secara biologis, tidak beracun dan baik sebagai flokulan dan koagulan serta mudah membentuk membran atau film. Kitosan merupakan suatu biopolimer alam yang reaktif yang dapat melakukan perubahan – perubahan kimia. Karena ini banyak turunan kitosan dapat dibuat dengan mudah. Beberapa turunan kitosan yang telah dihasilkan dan juga telah diketahui kegunaannya antara lain :

a. N-karboksialkil kitosan, digunakan sebagai pengumpul ion logam b. Asetil kitosan, digunakan dalam industri tekstil dan membran

c. Kitosan glukan, digunakan sebagai pengkelat ion logam dan agen penggumpal Sama seperti kitin, kitosan juga dapat digunakan dalam berbagai bidang, misalnya :

a. Untuk industri kertas, kaca, kain dan pewarna b. Dalam industri kosmetik

c. Dalam bidang pertanian dan makanan d. Dalam industri semen

e. Dalam bidang kesehatan f. Untuk penyerapan ion logam

Sandford dan Hutchins (1987) menyatakan sifat kationik, biologi dan sifat larutan kitosan adalah sebagai berikut:

1. Sifat kationik:

a. Jumlah muatan positif tinggi: satu muatan per unit gugus glukosamin, jika banyak material bermuatan negatif (seperti protein) maka muatan positif kitosan berinteraksi kuat dengan permukaan negatif.

b. Flokulan yang baik: gugus NH3+ berinteraksi dengan muatan negatif dari koloid.

c. Mengikat ion-ion logam ( Fe, Cu, Cd, Hg, Pb, Cr, Ni, Pu, dan U). 2. Sifat biologi:

a. Dapat terdegradasi secara alami b. Polimer alami

c. Nontoksik 3. Sifat Kimia:

a. Linear poliamin (poli D-glukosamin) yang memiliki gugus amino yang baik untuk reaksi kimia dan pembentukan garam dengan asam.

b. Gugus amino yang reaktif

c. Gugus hidroksil yang reaktif (C3-OH, C6-OH) yang dapat membentuk senyawa turunannya.

Tabel 1 menunjukkan beberapa karakteristik kitosan Tabel 1. Karakteristik Kitosan

Karakteristik Ukuran

1. Bentuk partikel Serpihan-bubuk

2. Kadar air <10%

3. Kadar abu <2%

4. Persen deasetilasi >70%

5. Warna larutan Jernih

6. Viskositas : - rendah < 200 - medium 200-799 - Tinggi 800-2000 - Ekstra tinggi >2000

7. Berat molekul < 106

Sumber: Robert (1992)

4. Sifat larutan kitosan (Kationik amin, NH3+): a. Larut dalam larutan asam

b. Berbentuk larutan kental

c. Berbentuk gel

d. Larut dalam campuran alkohol-air.

2.5. Kegunaan Kitosan

Kitosan banyak digunakan oleh berbagai industri antara lain industri farmasi, kesehatan, biokimia, bioteknologi, pangan, pengolahan limbah, kosmetik, agroindustri, industri tekstil, industri perkayuan, industri kertas dan industri elektronika. Aplikasi khusus berdasarkan sifat yang dipunyainya antara lain untuk pengolahan limbah cair terutama bahan sebagai bersifat resin penukar ion untuk minimalisasi logam – logam berat, mengkoagulasi minyak/lemak, serta mengurangi

kekeruhan, penstabil minyak, rasa dan lemak dalam produk industri pangan (Rismana, 2004).

Tabel 2. menunjukkan beberapa aplikasi dan fungsi kitosan diberbagai bidang.

Tabel 2. Aplikasi dan fungsi kitosan di berbagai bidang

Bidang Aplikasi Fungsi

I. Pengolahan limbah -Bahan Koagulasi/Flokulasi untuk limbah cair

-Penghilangan ion-ion metal dari limbah cair

II. Pertanian -Dapat menurunkan kadar asam sayur, buah

dan ekstrak kopi -Sebagai pupuk -Bahan antimicrobial

III. Industri tekstil - Serat tekstil

- Meningkatkan ketahanan warna

IV. Bioteknologi - Bahan-bahan immobilisasi enzim

V.Klarifikasi/penjernihan: -Limbah industri pangan -Industri sari buah

-Pengolahan minuman beralkohol -Penjernihan air minum

-Penjernihan kolam renang -Penjernihan zat warna -Penjernihan Tanin -Koagulasi/flokulasi -Flokulan pektin/protein -Flokulan protein/mikroba -Koagulasi -Flokulan mikroba -Pembentuk komplek -Pembentuk komplek

VI. Kosmetik -Bahan untuk rambut dan kulit

VII. Biomedis -Mempercepat penyembuhan luka

-Menurunkan kadar kolesterol

VIII. Fotografi -Melindungi film dari kerusakan

Sumber: Robert (1992)

Kitosan mempunyai kemampuan untuk mengadsorpsi logam dan membentuk kompleks kitosan dengan logam. Kitosan juga dapat digunakan untuk mengolah limbah, seperti pengolahan limbah dari industri koagulasi karet dan untuk memisahkan protein dari limbah dan padatan dimanfaatkan sebagai sumber protein dalam makanan ternak.

Penanganan Limbah

Karena sifat polikationiknya, kitosan dapat dimanfaatkan sebagai agensia penggumpal dalam penanganan limbah terutama limbah berprotein yang kemudian dapat dimanfaatkan sebagai pakan ternak. Pada penanganan limbah cair, kitosan dapat menyerap logam beracun seperti mercuri, timah, tembaga, pluranium dan uranium dalam perairan dan untuk mengikat zat warna tekstil dalam air limbah (Krissetiana, 2004).

2.6 Logam Berat dan Pengaruhnya Pada Kesehatan

Logam berat merupakan polutan yang sangat toksik dan sangat berpengaruh terhadap kesehatan manusia, beberapa logam berat yang berpengaruh bagi kesehatan tersebut antara lain (Darwono, 1995):

1. Logam krom

Logam krom merupakan logam berat yang berbahaya dan beracun dengan konsentrasi yang tinggi akan membahayakan lingkungan. Sumber utama limbah krom adalag industri pelapisan logam, penyamakan kulit dan industri kimia. Adapun sifat-sifat yang dimiliki oleh logam krom adalah (Darwono, 1995):

1. Sifat kimia krom

a. Logam yang mengkilap dan titik cairnya tinggi yang banyak dipergunkan di indusri baja.

c. Pada tingkat konsentrasi 10 ppm dalam air, krom diperkirakan toksik bagi beberapa alga

2. Sifat fisik krom

a. Titik lebur 1903oC pada tekanan 1 atm b. Titik didih 2642oC pada 1 atm

c. Massa jenis 650 gr/cm3

Krom valensi tiga dalam jumlah tertentu merupakan unsur yang esensial bagi manusia dan hewan untuk mempertahankan proses metabolisme glukosa. Pemasukan krom secara oral dalam jumlah berlebih dapat menimbulkan kerusakan hati dan ginjal (Darwono, 1995).

2. Logam Nikel

Nikel merupakan salah satu Iogam berat yang sering dipergunakan di dalam proses industri. Biasanya logam nikel digunakan untuk proses pelapisan logam. Limbah industri elektroplating yang tidak diolah dapat mencemari lingkungan.

Keracunan dapat terjadi lewat pernafasan atau terserap lewat kulit dan yang diserang adalah syaraf. Akumulasi Ni dalam tubuh dalam jumlah berlebih dapat menimbulkan kerusakan hati dan ginjal dan anemia atau gangguan kecerdasan pada keturunan (Darwono, 1995).

3. Logam Timbal (Pb)

Timbal dalam dosis tertentu dapat digunakan untuk campuran bahan bakar bensin yang berfungsi untuk menaikan nilai oktan dan ini memnyebabkan pencemaran Pb dalam lingkungan udara. Keracunan dapat tejadi lewat pernafasan

atau terserap lewat kulit dan yang diserang adalah syaraf. Akumulasi Pb dalam tubuh dapat menyebabkan anemia atau gangguan kecerdasan pada keturunan (Darwono, 1995).

4. Tembaga (Cu)

Air minuman seperti air buah-buahan yang telah masak pada pH lebih kecil dari 5,5 dapat melarutkan Cu bila ditempatkan dalam alat-alat yang mengandung logam Cu sehingga dapat memcemari minuman tersebut.

Keracunan tembaga dalam tubuh manusia dapat menyebabkan kerusakan hati, ginjal, penyakit kuning, radang paru-paru dan gangguan pernafasan yang berakibat kematian (Darwono, 1995).

5. Logam Kadmium

Pada umumnya gelas-gelas berwarna dan logam-logam alat rumah tangga bila dilapisi dengan kadmium akan menjadi masalah karena lapisan kadmium ini dapat larut dalam makanan asam dan cuka.

Masuknya kadmim dalam batas yang tidak dizinkan sangat berbahaya karena dapat menyebabkan penyakit jantung, efek lain yaitu dapat meracuni pernafasan yang mengakibatkan kerusakan pada paru-paru, usus, hati, ginjal dan akhirnya dapat menyebabkan kematian. Pada umumnya keracunan kadmium dapat merusak semua sel tubuh (Darwono, 1995).

2.7 Kemampuan Kitosan Untuk Menyerap Logam

Kemampuan kitosan untuk mengikat logam dengan cara pengkhelat adalah dihubungkan dengan kadar nitrogen yang tinggi pada rantai polimernya. Kitosan mempunyai satu kumpulan amino linier bagi setiap unit glukosa. Kumpulan amino ini mempunyai sepasang elektron yang dapat berkoordinat atau membentuk ikatan – ikatan aktif dengan kation – kation logam. Unsur nitrogen pada setiap monomer kitosan dikatakan sebagai gugus yang aktif berkoordinat dengan kation logam (Hutahahean, 2001).

Interaksi kitosan dengan ion logam terjadi karena proses pengkompleksan dimana penukaran ion, penyerapan dan pengkhelatan terjadi selama proses berlangsung. Ketiga proses tersebut tergantung dari ion logam masing – masing seperti penukaran ion logam masing – masing seperti penukaran ion pada logam Ca. Kitosan menunjukkan affinitas yang tinggi pada logam transisi golongan 3, begitu pula pada logam yang bukan golongan alkali dengan konsentrasi rendah (Muzzarelli, 1973).

Menurut Mc Kay (1987), kitosan mempunyai kemampuan untuk mengikat logam dan membentuk kompleks kitosan dengan logam. Contoh mekanismenya adalah sebagai berikut :

2R-NH3+ + Cu 2+ + 2Cl- (RNH2)CuCl2

Pengaruh pH yang rendah akan mengurangi penyerapan ion logam kedalam kitosan karena bersaing dengan ion H+ untuk menyerap gugus amino bebas.

2.8 Adsorpsi

Adsorpsi adalah proses akumulasi substansi dipermukaan antara dua fasa yang terjadi secara fisika dan atau kimia, atau proses terserapnya molekul-molekul pada permukaan eksternal atau internal suatu padatan. Akumulasi yang terjadi dapat berlangsung pada proses cair-cair, cair-padat dan padat-padat. Sedangkan komponen-komponen yang diserap disebut adsorbat contoh bahan yang bisa digunakan sebagai adsorbat antara lain : aluminium, karbon aktif, silika gel, dan lain-lain (Mc. Cabe, 1999)

Adsorpsi yang terjadi karena adanya gaya tarik dari permukaan adsorban dan energi kinetik molekul adsorbat, dapat berupa adsorpsi fisika, adsorpsi kimia dan adsorpsi isoterm. Pada adsorpsi fisika terjadi gaya van der Waals antara molekul adsorbat dan adsorban untuk berikatan. Hal ini terjadi akibat perbedaan energi gaya tarik elektrostatik oleh karena itu adsorpsi fisika merupakan reaksi reversibel. Sedangkan adsorpsi kimia adalah merupakan interaksi antara elektron-elektron pada permukaan adsorben dengan molekul-molekul adsorbat membentuk ikatan yang lebih kuat dibandingkan dengan adsorpsi fisika dan proses ini merupakan irreversibel (Bernasconi, 1995)

Proses adsorpsi berlangsung dalam tiga tahap yaitu : pergerakan molekul-molekul adsorbat menuju permukaan adsorben, penyebaran molekul-molekul-molekul-molekul adsorbat kedalam rongga-rongga adsorben dan penarikan molekul-molekul adsorbat oleh permukaan aktif membentuk ikatan yang berlangsung sangat cepat (Sorpsi) (Metcalf and Eddy, 1979).

Pada adsosrpi di dalam permukaan tetap konsentrasi fase fluida dan fase zat padat berubah menutut waktu dan menurut posisinya di dalam permukaan. Kinetika adsorpsi dapat dianggap sebagai laju reaksi yang merupakan perbedaan waktu. Pengambilan logam (q) adalah adsorben dihitung dengan menggunakan persamaan :

W Cf Ci V q 1000 −

= ... (2.1) dimana : V = Volume larutan (ml)

Ci = Konsentrasi awal logam (mg/l) Cf = Konsentrasi akhir logam (mg/l)

W = Berat adsorben (g)

q = Banyaknya logam yang teradsorpsi dalam adsorben (mg/l)

Model isoterm Langmuir diterapkan dengan asumsi bahwa seluruh permukaan adsorben mempunyai afinitas yang relatif sama atau perbeda yang tidak signifikan terhadap logam. Persamaanya dalam bentuk umum adalah :

bCf bCf q q + = 1 max ... (2.2)

dimana: q = jumlah adsorbat per unit berat adsorben (g)

Cf = konsentrasi kesetimbangan adsorbat dalam larutan (mg/l) qmax = konstanta kapasitas adsorsi langmui (mg/l)

b = konstanta energi adsorpsi langmuir

Persamaan diatas dapat dituliskan dalam bentuk persamaan linier sebagai berikut : Cf/q = 1/qmaxb + Cf/qmax ... (2.3)

Dengan memplotkan harga Cf terhadap Cf/q sehingga dapat ditentukan nilai konstata qmax dan b untuk setiap kondisi percobaan.

Dalam persamaan isoterm Freundlich adsorpsi terjadi pada lebih dari satu lapisan tunggal dengan permukaan yang homogen sehingga ikatan di masing-masing tempat pelekatan berbeda. Persamaan empiris untuk isoterm Freundlich dapat ditulis dalam bentuk :

x/m = KfCf1/n ... (2.4) dimana :

x/m = Jumlah adsorbat yang teradsorpsi per unit berat adsorben (mg/L). Cf = Konsentrasi kesetimbangan adsorbat dalam larutan setelah adsorpsi berlangsung(mg/L).

Kf,n = Konstanta empiris

Konstanta dalam isoterm Freunflich dapat ditentukan dengan memplotkan x/m terhadap Cf sehingga dihasilkan persamaan sebagai berikut:

log(x/m) = log Kf + 1/n log Cf ... (2.5)

2.9 Membran

Kata membran berasal dari bahasa latin membrana yang berarti potongan kain. Membran adalah suatu lapisan yang memisahkan dua fasa dimana perpindahan massanya dapat diatur dan hanya dapat dilewati oleh ion-ion tertentu. Komponen aktif membran adalah suatu senyawa bermuatan atau netral yang mampu membentuk senyawa kompleks dengan ion-ion secara reversibel dan membawanya melalui

membran organik. Senyawa seperti ini disebut ionofor atau pembawa ion (ion carrier). Membran disebut juga selaput dan bersifat semipermeabel yang memungkinkan lewatnya jenis molekul tertentu. Membran dapat berupa padatan ataupun campuran dan berfungsi sebagai media pemisah yang selektif berdasarkan perbedaan kofesien difusivitas, muatan listrik maupun perbedaan kelarutan.

Membran banyak digunakan dalam proses pemisahan, pemurnian, dan pemekatan suatu larutan. Keunggulan pemisahan dengan menggunakan membran antar lain hemat energi, serta mampu memisahkan larutan - larutan yang peka terhadap suhu.

Membran kitosan lebih mudah diperoleh dibandingkan dengan membran kitin. Karena kelarutannya yang tinggi terhadap asam asetat 1% sehingga mudah untuk mendapatkan membrannya setelah pelarutnya diuapkan. Namun karena ketahanan sobeknya rendah untuk kegunanan tertentu sering ditambahkan polimer penguat seperti polivinil klorida (PVC), PVA, poliester dan N-metilon nilon.

Membran kitosan adalah membran pengkompleks pertama dari polimer alam dan telah digunakan untuk menarik unsur-unsur logam transisi dalam jumlah renik dari larutan garamnya.

2.10 Klasifikasi Membran

Banyak jenis membran yang kita kenal sehingga dapat diklasifikasikan memnjadi beberapa golangan. Misalnya ada membran berukuran tipis atau tebal, strukturnya bisa homogen atau heterogen, membran alami atau buatan, dan lain

sebagainya. Secara makro membran merupakan pembatas antara dua fasa yang berjalan secara selektif sedangkan proses pemisahannya merupakan skala mikro yang meliputi difusi, pelarutan, osmosis, ultrafiltrasi, dialisis, pertukaran ion, dan elektrodialisa (Stephenson, 2000).

Membran dapat dibagi berdasarkan beberapa hal (Mulder, 1991) yaitu : 1 Jenis membran berdasarkan bahan dasar pembuatannya

a. Membran biologis, yaitu membran yang terdapat dalam sel mahluk hidup b. Membran sintetis, dapat dibedakan menjadi membran organik (bahan

penyusun utamanya adalah polimer atau cairan), membran anorganik (bahan penyusun utamanya logam atau non logam, kaca), atau campuran keduanya (keramik).

2. Jenis membran Berdasarkan fungsi

Membran dapat diklasifikasikan dalam beberapa golongan yang secara tidak langsung berhubungan dengan ukuran diameter yang akan dipisahkan, membran mikrofiltrasi memiliki ukuran pori 0,02 – 10 m dan tebal antara 10 – 150 m. Mikrofiltrasi digunakan pada berbagai macam aplikasi di Industri terutama untuk pemisahan partikel ukuran 0,1 m dari larutannya, membran mikrofiltrasi dapat dibedakan dari membran reverse osmosis (RO) dan ultrafiltrasi (UL) berdasarkan ukuran partikel yang dapat dipisahkan. Membran ultrafiltrasi ukuran porinya berkisar antara 0,05 – 1 m terutama untuk pemisahan partikel ukuran 0,001 m dari larutannya. Sedangkan proses reverse osmosis menggunakan membran dengan ukuran pori 0,0001 – 0,001 m. Membran reverse osmosis digunakan untuk

memisahkan zat terlarut yang memiliki berat molekul rendah seperti garam anorganik atau molekul organik kecil seperti glukosa dan sukrosa dari larutannya. 3. Jenis membran berdasarkan prinsip pemisahan akibat ukuran pori

Berdasarkan urukan porinya untuk proses pemisahan, membran dapat diklsasifikasikan sebagai berikut :

a. Membran berpori, prinsip pemisahannya bersadarkan ukuran partikel zat yang akan dipisahkan dengan ukuran pori-pori membran. Membran jenis ini biasa digunakan dalam proses pemisahan mikrofiltrasi dan ultrafiltrasi

b. Membran tak berpori, prinsip pemisahannya berdasarkan perbedaan kelarutan dan kemampuan berdifusi suatu zat terhadap membran tersebut. Membran ini digunakan untuk pemisahan gas dan pervaporasi

c. Membran cair (berbentuk emulsi), dimana di dalam membran terdapatzat pembawa yang menentukan selektivitas terhadap komponen tertentu yang akan dipisahkan. Pemisahan menggunakan membran cair sering dilakukan dengan teknik difusi berfasilitas dengan memilih jenis emulsi dan zat pembawa yang spesifik untuk zat tertentu.

2.11 Membran Polimer Alam

Polimer alam yang sudah banyak digunakan sebagai membran adalah turunan selulosa seperti selulosa asetat, selulosa triasetat, etil selulosa. Selulosa nitrat dan sejumpah polimer lain yang telah banyak dikenal dipasaran. Polimer dari turunan

selulosa dapat digunakan sebagai membran ultrafiltrasi maupun mikrofiltrasi bahkan untuk membran revese osmosis,

Bahan dasar sari selulosa asetat adalah selulosa. Selulosa adalah merupakan polimer alam yang mempunyai struktur rantai yang linier seperti batang dan molekul infleksibel, bersifat hidrofilik namun tidak larut dalam air, hal ini disebabkan sifat kristalin dai ikatan hidrogen antara gugus hidroksilnya (Mulder, 1991).

2.12 Karakterisasi Membran

Agar diperoleh membran yang baik perlu dilakukan karakterisasi yang meliputi pengukuran terhadap fungsi dan efesiensi membran yaitu permeabilitas dan permselektivitas membran. Selain dari pada itu karakteristik sifat mekanik juga diperlukan untuk mengetahui kekuatan membran, seperti uji kekuatan tarik dan daya jebol. Morfologi mikrostruktur membran dapat dilihat dengan alat Scanning Electron Microscopy (SEM).

1 Permeabilitas

Permeabiltas merupakan ukuran kecepatan dari suatu spasi untuk menembus membran. Sifat ini dipengaruhi oleh jumlah dan ukuran pori, tekanan yang diberikan, serta ketebalan membran. Permeabiltas dinyatakan sebagai suatu besaran fluks yang didefinisikan sebagai jumlah volume permeat yang melewati satu satuan luas membran dalam suatu waktu tertentu dengan adanya gaya penggerak berupa tekanan (Mulder, 1991).

2 Permselektivitas

Permselektivitas dapat digunakan untuk mengetahui daya membran dalam menahan dan melewati suatu partikel. Sifat ini tergantung pada interaksi antara membran dengan partikel tersebut, ukuran pori membran, dan ukuran partikel yang akan melewati poli membran. Permselektivitas dinyatakan sebagai koefisien rejeksi, dilambangkan dengan R, yaitu fraksi konsentrasi zat yang tertahan oleh membran. Semakin besar R berarti semakin selektiv membran tersebut dalam melewatkan partikel-partikel dalam larutan umpan (Mulder, 1991).

3 Sifat Mekanik

Karakterisasi sifat mekanik perlu dilakukan untuk mengetahui kekuatan membran terhadap gaya yang berasal dari luar yang dapat merusak membran. semakin rapat skruktur membran, berarti jarak antara molekul dalam membran semakin rapat sehingga mempunyai kekuatan tarik dan jebol yang kuat.

Untuk mengetahui morfologi membran, digunakan Scanning Electron Microscopy (SEM), yang dapat memberikan informasi mengenai struktur membran dan penampang lintang. Dengan SEM juga dapat diperoleh data mengenai ukuran porinya, sehingga dari hasil ini dapat ditentukan standar keseragaman struktur membran yang dapat digunakan (Mulder, 1991).

2.13 Penyediaan Membran Kitosan Glutaraldehid

Metode penyediaan membran kitosan glutaraldehid telah dilakukan oleh Uragami (1994) dan Agusnar (2006) dengan cara melarutkan sebanyak 2 g kitosan

dalam 200 mL CH3COOH 1N pada temperatur 25 oC. Campuran larutan dituang kedalam plat kaca yang memiliki sisi dan kemudian dikeringkan pada suhu 60 oC dalam oven. Setelah mengering, membran kitosan dicelupkan ke dalam NaOH 1 N, kemudian dicuci berulang-ulang dengan akuades. Untuk mendapatkan membran kitosan glutaraldehid, membran kitosan yang telah dicuci dicelupkan ke dalam larutan glutraldehid 0,4% (50 mL) yang mengandung 5 mL H2SO4 0,5 N yang kemudian dicuci berulang-ulang dengan akuades.

III. METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Lokasi Penelitian

Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Penelitian Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara dengan lama waktu penelitian dilakukan selama 6 (enam) bulan.

3.2 Bahan dan Alat

3.2.1 Bahan

Bahan utama yang digunakan dalam penelitian ini adalah kitosan dari kulit udang dan limbah cair industri pelapisan yang terdapat di sekitar kota Medan. Bahan analisis dan pembantu yang digunakan untuk penelitian ini adalah :

a. Asam asetat, CH3COOH b. Natrium Oksida, NaOH c. Glutaraldehide

d. Asam Sulfat, H2SO4

e. Aquades

3.2.2 Alat

Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini

a. Alat – alat gelas yang biasa digunakan di laboratorium

c. Scanning Electron Microscopy (SEM) d. Spectofotometer Serapan Atom (AAS)

e. Spectroskopis FT-IR

f. Uji Tarik dengan menggunakan Universal Testing Machine

g. Kolom ekstraksi fasa padat

Pengukuran Spektofomeret Serapan Atom (AAS) di lakukan di Laboratorium Balai Riset dan Standardisasi Medan dan analisa SEM (Scanning Electron Microscopy) dilakukan di Laboratoruim Geologi Institut Teknologi Bandung - Bandung serta pegukuran pergeseran bilangan gelombang digunakan Spectroskopis FT-IR di Laboratorium Kimia Organik Universitas Gajah Mada UGM – Jogyakarta, sedangkan pengukuran uji tarik di lakukan di Laboratorium Penelitian FMIPA USU – Universitas Sumatera Utara.

3.3 Prosedur Penelitian

Penelitian ini terdiri atas tiga tahap:

1. Penyediaan membran kitosan (Uragami dan Tomaszeska, 1994) 2. Analisa limbah cair.

3. Analisa Uji Tarik

4. Perlakuan dan analisa kadar krom dan nikel limbah cair Industri pelapisan logam sebelum dan setelah diolah dengan membran kitosan

3.3.1 Penyediaan Membran Kitosan (Uragami dan Tomaszeska, 1994)

a. Lima (5) g kitosan dari kulit udang dilarukan dalam 250 ml CH3COOH 1% pada suhu 25oC.

b. Bahan yang telah dicampur diaduk hingga homogen sehingga diperoleh kitosan 2% kemudian dituangkan ke dalam plat kaca dan dikeringkan pada suhu kamar

c. Campuran kitosan 2% di celupkan ke dalam NaOH 1% pada suhu 25oC dan dilanjutkan dengan pencucian berulang-ulang dengan air murni untuk menghilangkan kadar NaOH dan dikeringkan pada suhu kamar.

d. Membran kitosan yang dihasilkan kemudian dicelupkan ke dalam larutan glutaraldehide 0.4 % sebanyak 50 ml yang mengandung 0.5 N H2SO4 (5 ml) kemudian di cuci berulang - ulang dengan air murni dan dikeringkan pada suhu kamar.

e. Ulangi prosedur 1 sampai 4 untuk konsentrasi membran kitosan 1,3,4,5,6 %

3.3.2 Analisa limbah cair

Air limbah industri pelapisan logam yang digunakan berasal dari pabrik industri pelapisan logam yang ada di Medan kemudian dibawa ke laboratorium untuk dianalisa kadar logam Cr (krom) dan Ni (nikel) dengan menggunakan Atomic Absorption Spectrophotometer (AAS).

3.3.3 Analisa Uji Tarik

Uji tarik membran kitosan adalah untuk melihat kekuatan tegangan yaitu kekuatan tarik pada saat putus (kgf) dan regangan yaitu kekuatan regangan pada saat putus (mm/menit). Membran kitosan yang diuji hanya pada konsentrasi membran kitosan 1, 2, dan 3%.

3.3.4 Perlakuan dan analisa limbah cair dengan membran kitosan

Membran kitosan yang digunakan untuk menurunkan kadar logam Cr dan Ni pada limbah cair industri pelapisan logam. Adapun tahap pengoperasian terhadap limbah cair industri pelapisan logam adalah sebagai berikut :

1. Membran kitosan dimasukkan dalam kolom

2. Sampel limbah cair pelapisan logam dipipet sebanyak 50 ml di masukkan dalam kolom yang telah berisi membran kitosan

3. Didiamkan selama 10, 30, 60, 90, dan 120 menit (waktu kontak) kemudian sampel dilewatkan dan dimasukkan kedalam botol sampel untuk dianalisa dengan menggunakan Spektrofotomer Serapan Atom (AAS) untuk mengetahui kadar Cr dan Ni setelah perlakuan limbah dengan membran kitosan.

4. Kemudian dilakukan dengan konsentrasi kitosan dalam membran 1,3, 4,5 dan 6 % 5. Langkah 1 sampai 4 diulangi masing-masing 2 kali dengan waktu kontak dan

Gambar 3 dan 4 menunjukkan membran yang masih dalam cetakan dan membran yang sudah dicelupkan dengan NaOH dan Glutaraldehide setelah beberapa kali pencucian dengan aquades.

Gambar 3. Foto Membran Kitosan 2% yang masih dalam cetakan

Gambar 4. Foto Membran kitosan 2% setelah pencelupan dengan NaOH dan Glutaraldehide

Gambar 5. menunjukkan mekanisme penyerapan logam krom dan nikel dengan membran kitosan.

a

d

e

c b

f

Gambar 5. Skema peralatan penyerapan membran kitosan

Keterangan gambar :

a. Limbah cair sebelum lewatkan dengan membran kitosan b. Kolom fasa padat

c. Membran kitosan d. Erlenmeyer vakum

e. Limbah cair sesudah dilewatkan dengan membran kitosan f. Pompa vakum

3.4. Bagan Penelitian

3.4.1. Pembuatan Membran Kitosan

Gambar 3.4 menunjukkan bagan penelitian pembuatan membran kitosan

dilarutkan dalam 250 ml CH3COOH 1% diaduk hingga homogen

dituang kedalam plat kaca didiamkan pada suhu kamar

dicelupkan dalam NaOH didiamkan pada suhu kamar

dicuci berulang-ulang dengan akuades didiamkan pada suhu kamar

dicelupkan dalam 50 ml glutaraldehid 0,4% yang mengandung 5 ml asam sulfat 0,5 N

dicuci berulang-ulang dengan akuades didiamkan pada suhu kamar

Uji Tarik Analisa SEM

Analisa FT – IR

Membran Kitosan Membran Kitosan Film Kitosan Larutan Kitosan 2 % 5 g Serbuk Kitosan

3.4.2 Penggunaan Membran Kitosan Sebagai Penurun Konsentrasi Ion Logam

Gambar 3.5 menunjukkan bagan penelitian penggunaan membran kitosan

50 ml Limbah Cair Industri Pelapisan Logam

dilewatkan melalui membran kitosan glutaraldehid dengan variasi waktu kontak (10, 30, 60, 90, dan 120) menit dengan konsentrasi Membran (1,2,3,4,5, dan 6) %

Analisis logam Cr dan Ni dengan AAS

Larutan hasil penyerapan

3.4 Rancangan Penelitian

Pengujian perbedaan varians sangat banyak kegunaannya dalam penelitian. Pengujian menggunakan analisis varian dalam statistika parametrik diantara kelompok yang saling memiliki perbedaan sebagai adanya perlakukan dilakukan dengan menggunakan Analysis of Varian (ANOVA).

Rancangan penelitian dengan menggunakan Anova. Uji Anova interaksi dua faktor (Two way ANOVA) dilakukan untuk mengetahui perbedaan nyata rata-rata antara varian dari tiga kelompok sampel atau lebih berdasarkan satu faktor dan dilihat interaksinya dengan faktor-faktror lain. Analisis ini terhadap rancangan dalam penelitian ini adalah menggunakan Rancangan Acak Kelompok Lengkap (RAKL) yang merupakan desain percobaan yang memiliki ciri pada ditentukannya kelompok dengan jumlah yang sama dan masing-masing kelompok memberikan perlakuan.

Dalam penelitian ini uji yang dilakukan untuk mengetahui perbedaan nyata rata-rata antar varian dari tiga kelompok sampel berdasarkan satu faktor perlakuan yang mempengaruhi masing-masing parameter yaitu konsentrasi membran kitosan dan waktu kontak.

Pada analisis kasus dalam penyelesaian ini dengan menggunakan Minitab 14 tabel ditransfer dalam bentuk seperti pada Tabel 3.

Tabel 3. Bentuk data rancangan dari Minitab

Total Blok Waktu Kontak (menit) Konsentrasi Membran

Kitosan

1 10 1

1 30 1

1 60 1

1 90 1

1 120 1

1 10 2

1 30 2

1 60 2

1 90 2

1 120 2

1 10 3

1 30 3

1 60 3

1 90 3

1 120 3

1 10 4

1 30 4

1 60 4

1 90 4

1 120 4

1 10 5

1 30 5

1 60 5

1 90 5

1 120 5

1 10 6

1 30 6

1 60 6

1 90 6

1 120 6

Keteranagan kode :

1 = Konsentrasi Membran kitosan 1% 2 = Konsentrasi Membran kitosan 2% 3 = Konsentrasi Membran kitosan 3% 4 = Konsentrasi Membran kitosan 4% 5 = Konsentrasi Membran kitosan 5% 6 = Konsentrasi Membran kitosan 6%

Dari Tabel ANOVA dapat diketahui perbedaan rata-rata kadar Cr dan Ni berdasarkan kelompok konsentrasi membran kitosan dan waktu kontak dengan menentukan hipotesis (Ho dan H1) maka pengambilan keputusan adalah :

Jika probabilitas > 0,05 maka Ho diterima, dan jika probabilitas < 0,05 maka Ho ditolak atau H1 diterima. Pengertian total adalah menyatakan jumlah kuadrat dari konsentrasi membran kitosan dan waktu kontak.

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Pengaruh Konsentrasi Kitosan Terhadap Morfologi Membran Kitosan

Konsentrasi kitosan berpengaruh terhadap morfologi membran kitosan yang dihasilkan seperti dapat dilihat pada Gambar 8 a – 8 f. Gambar 8 a adalah membran dengan komposisi paling rendah dimana membran yang dihasilkan masih banyak mengandung pelarut asam asetat sehingga tidak larut dengan sempurna. Kitosan harus melarut dengan sempurna agar membran yang terbentuk benar-benar halus dan homogen. Pada penelitian ini ternyata serbuk kitosan tidak mampu melarut sempurna dengan asam asetat. Kitosan yang belum larut sempurna, mengakibatkan gumpalan yang mengering bersama dengan membran. Atau bisa juga disebabkan oleh adanya gelembung udara yang terperangkap pada saat pencetakan membran yang mengakibatkan membran cepat robek karena tipis.

Molekul kitosan yang belum larut sempurna selain berpotensi untuk menyebabkan lubang pada membran, juga dapat menutupi pori membran. Jadi dengan kata lain, adanya molekul kitosan yang belum larut juga dapat menurunkan daya serap logam-logam berat.

Pada Gambar 8 b dan 8 c yang menunjukkan morfologi membran kitosan masing-masing untuk konsentrasi 2 dan 3% dapat dilihat bahwa dengan konsentrasi membran 2 dan 3% pelarut membran yaitu asam asetat lebih cepat menguap dan membran yang dihasilkan sudah sangat sedikit mengandung pelarut asam asetat.

Sehingga mampu larut dengan sempurna dan membran yang terbentuk benar-benar halus dan homogen, karena pori-pori yang terbentuk lebih kecil terlihat kasat mata.

Sedangkan untuk konsentrasi membran kitosan 4, 5 dan 6%, kelarutan asam asetat dalam membran kitosan pada konsentrasi tersebut tidak dapat larut atau mengalami kejenuhan. Gambar di bawah ini adalah gambar morfologi membran kitosan dengan menggunakan alat Scanning Electrone Mikroscopy (SEM).

a b

c d

e f

Gambar 8. Morfologi Membran Kitosan menggunakan SEM a Membran kitosan 1% b. Membran kitosan 2 % c Membran kitosan 3 % d. Membran kitosan 4 % e Membran kitosan 5 % f. Membran kitosan 6 %

4.2 Spektrum IR Membran Kitosan

Dari hasil analisa Spektrofotometer infra red (FT-IR) (Tabel 4 dan Gambar 9) membran kitosan menunjukkan adanya pembentukan membran kitosan yaitu pada serapan daerah panjang gelombang (cm-1): amina (ikatan N-H) pada 3425,3; (ikatan C-H) pada 2877,6 ; pita amida (ikatan C=O) pada 1608,5; (ikatan C-N) pita hidroksi pada 1390,9.

Tabel 4. Spektrum Infa Merah

Ikatan Panjang gelombang

literatur (cm-1)

Panjang gelombang yang didapat (cm-1) Ikatan N-H (amina)

Ikatan C-H

Ikatan C=O (amida) Ikatan C-N

3500-3100 3000-2800 1670-1600 1350-1000

3425,3 2877,6 1608,5 1390,9

C-N C=O

C-H

N-H

Gambar 9 Spektrum Transformasi Infra Merah (FTIR) Membran Kitosan

4.3 Hasil Analisa Parameter Limbah Cair Industri Pelapisan Logam

Tabel 5. menunjukkan hasil pengujian kadar logam krom dan nikel limbah cair industri pelapisan logam.

Tabel 5. Karakteristik limbah industri pelapisan logam

No Parameter Hasil Alat Uji Baku Mutu

1 Warna Cokelat tua keruh Visual -

2 Ph 5 pH Meter 6-9

3 Kadar Krom (mg/L) 14,46 AAS 0,1

Limbah cair Industri pelapisan logam terlihat cokelat tua dan keruh yang menunjukkan banyaknnya partikel terlarut. Kadar krom dan nikel dalam limbah cair industri pelapisan logam masing-masing 14,46 mg/L dan 9,73 mg/L dan ini masih jauh dari baku mutu yang diizinkan Pemerintah sesuai KEP-51/MENLH/10/1995 tentang baku mutu limbah cair bagi kegiatan industri yaitu masing-masing 0.1 mg/L untuk logam Krom dan 1.0 mg/L untuk logam Nikel.

Dalam penelitian inikel pH limbah cair tidak dilakukan perlakuan karena tidak ada perubahan pH karena membran kitosan yang sudah dicelupkan dengan glutaraldehide tidak mempengaruhi pH. Hal ini terlihat pada hasil uji pH yang menunjukkan hasil uji pH sebesar 5 dan berada pada range baku mutu yaitu 6-7.

4.4 Pengaruh Waktu Kontak dan Konsentrasi Membran Kitosan Terhadap % Daya Serap

Banyak penelitian-penelitian yang telah dilakukan untuk menganalisis fungsi kitosan sebagai adsorben senyawa organik. Margonof (2003) telah menganalisis kemampuan kitosan sebagai adsorben logam-logam berat seperti Kadmium (Cd), Timbal (Pb), Krom (Cr), Tembaga (Krom), dan Nikel (Nil). Kemampuan kitosan tersebut karena adanya sifat-sifat kitosan yang dihubungkan dengan gugus amino dan hidroksil yang terikat, sehingga menyebabkan kitosan mempunyai reaktifitas kimia yang tinggi dan menyebabkan sifat polielektrolit kation. Akibatnya kitosan dapat berperan sebagai penukar ion (ion exchanger) dan dapat berperan sebagai adsorben terhadap logam berat dalam air limbah (Hirano, 1986). Agusnar (2006) Melakukan

penelitian ikat silang (kromosslink) dengan glutaraldehide yang disalut (coating) pada kertas saring dan melakukan adsorpsi pada logam Nikel dan Krom dengan menggunakan ekstraksi fasa padat.

Kitosan yang telah diubah wujudnya menjadi membran belum diketahui apakah dapat mengadsorpsi senyawa organik seperti halnya serbuk kitosan. Maka dengan uji pendahuluan dicoba kemampuan membran kitosan untuk mengadsorpsi logam berat krom dan nikel dari limbah industri pelapisan logam. Hal ini dilakukan untuk mengetahui apakah ada proses adsorpsi logam berat krom dan nikel yang dilakukan oleh membran kitosan.

Dengan menvariasikan konsentrasi membran 1, 2, 3, 4, 5, dan 6% dan waktu kontak membran dengan limbah cair selama 10, 30, 60, 90 dan 120 menit, ternyata membran kitosan dapat mengadsorpsi logam krom dan nikel yang terdapat dalam limbah cair industri pelapisan logam.

Gambar 10 menunjukkan grafik hubungan waktu kontak dengan % daya serap terhadap logam krom untuk konsentrasi membran kitosan 1 sampai 6%. Daya serap krom untuk konsentrasi membran kitosan 1 dan 2% menunjukkan semakin tinggi waktu kontak maka semakin tinggi % daya serap, tetapi daya serap yang dihasilkan tidak memenuhi baku mutu yang telah ditentukan oleh Pemerintah yaitu 0,1 mg/L (Tabel 5) sedangkan daya serap yang diperoleh pada konsentrasi membran kitosan 1 dan 2% paling tinggi yaitu 0,317 mg/L untuk 1% dan 0,264 mg/L untuk 2%.

93,00 94,00 95,00 96,00 97,00 98,00 99,00 100,00 101,00

0 20 40 60 80 100 120 140

Waktu kontak (menit)

Da y a S e ra p ( % )

Membran Kitosan 1% Membran Kitosan 2% Membran Kitosan 3% Membran kitosan 4% Membran Kitosan 5% Membran Kitosan 6%

Gambar 10. Grafik Hubungan waktu kontak dengan daya serap terhadap logam krom Untuk konsentrasi 4 sampai 6% semakin tinggi waktu kontak maka semakin rendah % daya serap yang didapat, karena konsentrasi membran kitosan relatif tinggi maka larutan membran kitosan yang dihasilkan kental akibatnya membran yang dihasilkan tidak mampu menyerap logam krom, dan makin lama waktu kontak maka % daya serap logam krom semakin menurun hal ini disebabkan membran kitosan pada konsentrasi tinggi sudah mengalami kejenuhan. Karena kelarutan polimer dalam suatu pelarut terbatas, sehingga pada konsentrasi tertentu mengalami kejenuhan (daya serapnya menurun) (Adiarto, 1996).

Sedangkan konsentrasi membran kitosan 3 % dimana pada menit ke-30 dicapai daya serap yang tertinggi, hal ini disebabkan membran kitosan dengan komposisi 3% mampu melarutkan asam asetat sehingga membran yang dihasilkan homogen yang berpengaruh terhadap pori-porinya, sehingga dapat menghasilkan % daya serap logam krom terbaik yaitu 0,020 mg/L yang dapat dilihat pada Tabel 6.

Hal ini telah memenuhi baku mutu yang diizinkan oleh pemerintah yaitu 0,1. Jika dibandingkan dengan kadar logam krom pada limbah cair sebelum dilewatkan pada membran kitosan sebesar 14,46 mg/L (Tabel 5 ) maka setelah dilewatkan pada membran kitosan terjadi penurunan tertinggi yaitu 99,87 %. Seperti Muzzarelli (1985) menyatakan bahwa kitosan mampu mengikat ion-ion logam dari sejumlah larutan. Dan menunjukkan bahwa membran kitosan efektif untuk mengadsorpsi logam- logam berat.

Tabel 6. Analisa kadar logam krom setelah dilewatkan dengan membran kitosan Konsentrasi Membran Kitosan (%) Waktu Kontak (menit) Kadar krom (mg/L) Baku Mutu (mg/L)

Blangko 0 14,460

1 10 0,930

30 0,565

60 0,674

90 0,581

120 0,317

2 10 0,640

30 0,267

60 0,556

90 0,329

120 0,452

3 10 0,103

30 0,020

60 0,121

90 0,311

120 0,427

0,1

Selanjutnya Gambar 11 menunjukkan grafik hubungan waktu kontak dan daya serap terhadap logam nikel untuk konsentrasi membran kitosan 1 sampai 6%. Dari

Gambar 11 dapat dilihat bahwa % daya serap yang terbaik adalah pada konsentrasi membran kitosan 2% dengan waktu kontak 30 menilt. Hal ini disebabkan kemampuan membran kitosan untuk menahan molekul logam nikel pada konsentrasi rendah sudah memenuhi standart, karena konsentrasi logam nikel yang dihasilkan dari limbah cair industri pelapisan logam relatif rendah yaitu 9,73 mg/L (Tabel 5) sehingga membran kitosan dengan konsentrasi 2% sudah dapat menyerap logam nikel, dibandingkan dengan krom yang pada konsentrasi 3%. Jadi tidak memerlukan konsentrasi dan waktu kontak yang tinggi untuk menyerap logam nikel.

88,00 90,00 92,00 94,00 96,00 98,00 100,00

0 20 40 60 80 100 120 140

Waktu Kontak (menit)

D

aya Ser

a

p (

%

)

Membran Kitosan 1% Membran Kitosan 2% Membran Kitosan 3% Membran Kitosan 4% Membran Kitosan 5% Membran Kitosan 6%

Gambar 11 Grafik Hubungan waktu kontak dengan daya serap terhadap logam nikel Pada membran kitosan dengan konsentrasi 2%, pada menit ke 30 dicapai % daya serap yang tinggi yaitu 99,13% dan kadar yang diserap 0,082 mg/L yang dapat dilihat pada Tabel 7 Hal tersebut sudah memenuhi baku mutu yang ditetapkan oleh

Pemerintah yaitu 1,0 mg/L. Karena membran kitosan dengan komposisi 2% mampu melarutkan asam asetat sehingga membran yang dihasilkan homogen.

Tabel 7. Analisa kadar logam nikel setelah dilewatkan dengan membran kitosan Konsentrasi Membran

Kitosan (%)

Waktu Kontak (menit)

Kadar Nikel (mg/L)

Baku Mutu (mg/L)

Blangko 0 9,730

1 10 0,449

30 0,259

60 0,157

90 0,222

120 0,156

2 10 0,111

30 0,082

60 0,118

90 0,265

1,0

120 0,408

Membran kitosan pada konsentrasi 3% sampai dengan 6% mempunyai % daya serap sangat rendah karena konsentrasinya tinggi hal ini disebabkan dengan meningkatnya konsentrasi membran kitosan maka efesiensi untuk menurunkan kadar logam nikel menurun karena membran kitosan dengan konsentrasi yang tinggi berpeluang mengakibatkan kebocoran membran, akibatnya molekul-molekul nikel tidak dapat melewati membran dan dapat menurunkan daya serap membran kitosan terhadap logam nikel.

4.5 Isoterm Adsorpsi

Isoterm adsorpsi menguraikan bagaimana adsorbat (bahan yang diserap) saling berhubungan dengan adsorben. Membran kitosan yang digunakan dalam penelitian ini berfungsi sebagai adsorben untuk menyisihkan ion logam krom dan nikel dalam limbah cair industri pelapisan logam. Dari hasil plot Cf dan Cf/q dengan menggunakan persamaan isoterm adsorpsi Langmuir yaitu Cf/q = 1/qmaxb + Cf/qmax memberikan harga koefisien korelasi yang tinggi. Dari nilai R2 menunjukkan bahwa Persamaan isoterm Langmuir merupakan model persaman kesetimbangan yang baik, hal ini disebabkan harga koefisien korelasi (R2) lebih besar yaitu 0,9999 relatif mendekati 1 (Lampiran 5).

Untuk logam nikel dari hasil plot Cf dan Cf/q dengan menggunakan Persamaan isoterm adsorpsi Langmuir memberikan harga koefisien korelasi yang tinggi. Dari nikellai R2 menunjukkan bahwa persamaan Isoterm Langmuir merupakan model persaman kesetimbangan yang baik, hal ini disebabkan harga koefisien korelasi (R2) lebih besar yaitu 0,9997 relatif mendekati 1 (Lampiran 5).

Berdasarkan rentang penelitian diperoleh waktu yang terbaik untuk krom yaitu pada waktu kontak 30 menit dengan konsentrasi membran kitosan 3 % dan untuk nikel pada waktu kontak 30 menit dengan konsentrasi membran kitosan 2%, sehingga dengan menggunakan persamaan isoterm adsorpsi Langmuir diperoleh persamaan: Untuk Logam krom : Y = 26,26X +0,002 R2 = 0,9999

4.6 Hasil Uji Statistik Terhadap Logam Krom Dalam Limbah Cair Industri Pelapisan Logam

Hasil penelitian pengaruh konsentasi dan waktu kontak terhadap penurunan kadar logam krom dari limbah cair industri pelapisan logam dapat dilihat pada Tabel 8 di bawah ini:

Tabel 8 Analisa varian untuk parameter Krom

Sumber Varian Derajat

Kebebasan

Jumlah kuadrat

Rata-rata kuadrat

F hitung

F

Tabel Probabilitas

Konsentrasi Membran (A)

5 0,75684 0,75684 2,89 2,48 0,030

Waktu Kontak (B) 4 0,16441 0,16441 0,78 0,544

Korelasi A dan B 20 0,48046 0,48046 0,46 0,964

Error 30 1,57108 1,57108

Total 59 2,97078

Dari tabel di atas dapat disimpulkan :

Ho = semua perlakuan mempunyai pengaruh yang sama terhadap kadar krom H1 = tidak semua perlakuan mempunyai pengaruh yang sama terhadap kadar krom. Maka hipotesis di atas dapat menjadi dasar pengambilan keputusan berdasarkan probabilitas yaitu :

Probabilitas > 0,05 maka Ho diterima, dan

Pada Tabel 8 di atas dapat dilihat bahwa nilai F hitung adalah 2,89 dengan

probabilitas 0,030 karena probabilitas < 0,05 maka Ho ditolak dan H1 diterima atau kesimpulan yang dapat diambil adalah terbukti secara menyakinkan bahwa tidak semua perlakuan perlakuan mempunyai pengaruh terhadap penurunan kadar logam krom limbah cair industri pelapisan logam, ini terbukti secara menyakinkan bahwa konsentrasi membran kitosan mempunyai pengaruh yang berbeda terhadap penurunan kadar krom secara signifikan karena ada perbedan nyata. Untuk waktu kontak nilai F hitung adalah 0,78 dengan probabilitas 0,544 karena probabilitas > 0,05 maka Ho diterima dan H1 ditolak atau kesimpulan yang dapat diambil adalah terbukti secara menyakinkan bahwa semua perlakuan mempunyai pengaruh yang sama terhadap penurunan kadar krom limbah cair industri pelapisan logam

4.7 Hasil Uji Statistik Terhadap Logam Nikel Dalam Limbah Cair Industri Pelapisan Logam

Hasil penelitian pengaruh konsentrasi dan waktu kontak terhadap penurunan kadar logam nikel dari limbah cair industri pelapisan logam dapat dilihat pada Tabel 9 di bawah ini :

Tabel 9. Analisa varian untuk parameter nikel

Sumber Varian Derajat

Kebebasan

Jumlah kuadrat

Rata-rata kuadrat

F hitung

F

Tabel Probabilitas

Konsentrasi Membran (A)

5 0,48187 0,48187 1,12 2,59 0,0

Waktu Kontak (B) 4 0,23859 0,23859 0,69 0,02

Korelasi A dan B 20 1,11358 1,11358 0,65 0,0

Error 30 2,57845 2,57845

Total 59 4,41249

Dari tabel di atas dapat disimpulkan :

Ho = semua perlakuan mempunyai pengaruh yang sama terhadap kadar nikel H1 = tidak semua perlakuan mempunyai pengaruh yang sama terhadap kadar nikel Maka hipotesis di atas dapat menjadi dasar pengambilan keputusan berdasarkan probabilitas yaitu :

Probabilitas > 0,05 maka Ho diterima, dan

Probabilitas < 0,05 maka Ho ditolak atau H1 diterima

Pada Tabel 9 di atas dapat dilihat bahwa nilai F hitung untuk varibel konsentrasi membran kitosan adalah 1,12 dengan probabilitas 0,0. Karena probabilitas < 0,05 maka Ho ditolak dan H1 diterima. Kesimpulan yang dapat diambil adalah tidak semua perlakuan perlakuan mempunyai pengaruh terhadap penurunan kadar logam nikel limbah cair industri pelapisan logam. Hal ini menunjukkan bahwa konsentrasi membran kitosan mempunyai pengaruh terhadap penurunan kadar nikel

secara signifikan karena ada perbedan nyata antara F hitung dengan F tabel. Untuk waktu kontak nilai F hitung adalah 0,69 dengan probabilitas 0,02. Karena probabilitas < 0,05 maka Ho diterima dan H1 ditolak. Kesimpulan yang dapat diambil adalah bahwa semua perlakuan mempunyai pengaruh yang sama terhadap penurunan kadar nikel limbah cair industri pelapisan logam.

4.8 Uji Kekuatan Tarik

Uji kekuatan tarik membran kitosan dilakukan pada suhu kamar, dengan berat beban 100 kgf dengan kecepatan 20 mm /menit. Kekuatan tarik membran kitosan dapat dilihat dari nikellai Load yaitu untuk melihat kekuatan tegangan pada saat putus dan Stroke yaitu kekuatan regangan pada saat putus yang dimiliki oleh membran kitosan. Membran kitosan yang diuji hanya pada konsentrasi membran kitosan 1, 2, dan 3%. Hal ini disebakan karena pada konsentrasi tersebut membran kitosan menghasilkan daya serap yang terbaik untuk logam krom dan nikel dalam limbah cair industri pelapisan logam dibandingkan dengan membran kitosan 4, 5, dan 6%. Tabel 10 menyatakan data hasil uji kekuatan tarik membran kitosan.

Tabel 10. Data Hasil Uji Kekuatan Tarik Membran Kitosan Konsentrasi membran kitosan Panjang Awal (mm) Tegangan (Load) (Kgf) Regangan (stroke) (mm/menit) Panjang Akhir(mm)

1 % 4,3 0,92 1,98 4,9

2 % 4,3 1,24 2,60 4,9

3 % 4% 5% 6% 4,3 4,3 4,3 4,3 1,43 0,88 0,73 0,54 3,72 1,97 1,75 1,37 4,9 4,9 4.9 4,9

Dari Tabel 10 dapat dilihat bahwa dengan bertambah tingginya konsentrasi membran kitosan, maka hasil kekuatan tarik pada saat putus (tegangan) meningkat hal ini disebabkan karena ikat silang dengan glutaraldehide dimana membran yang dihasilkan pori-pori yang terbentuk semakin rapat sehingga kekuatan tarik dari membran kitosan semakin besar dan kekuatan regangan pada saat putus (regangan) sangat elastis dan bagus. Maka dapat disimpulkan bahwa membran kitosan pada konsentrasi 3 % mempunyai sifat yang relatif kuat dan elastis dan mempunyai kekuatan tarik lebih baik dibandingkan dengan membran kitosan 1 dan 2% karena membran kitosan yang dikrosslink dengan glutaraldehide yang digunakan mempunyai kekuatan tarik dan kekuatan regangannya semakin besar dan semakin elastis.

V. KESIMPULAN

5.1 Kesimpulan

Dari hasil penelitian yang telah dilakukan mengenai adsorpsi logam berat Cr dan Ni dengan menggunakan membran kitosan dapat diambil beberapa hal yang dapat disimpulan yaitu :

1. Membran kitosan dapat digunakan sebagai alternatif pengolahan limbah cair pelapisan logam yaitu untuk adsorben logam Cr dan Ni. Membran kitosan mampu menurunkan kadar logam Cr dengan baik sebesar 99,87% pada waktu kontak 30 menit, dan kadar logam Ni sebesar 99,13% pada waktu kontak 30 menit. Dengan kondisi terbaik penyerapan logam Cr yaitu pada konsentrasi membran kitosan 3%, dan untuk logam Ni kondisi yang terbaik yaitu pada kosentrasi 2%.

2. Berdasarkan analisa data dengan menggunakan Anova ternyata konsentrasi membran dan waktu kontak kerja membran berpengaruh sangat signifikan terhadap daya serap logam Cr dan logam Ni pada limbah cair industri pelapisan logam.

3. Nilai koefisien korelasi (R2) menunjukkan bahwa persamaan Isoterem Langmuir merupakan model persaman kesetimbangan yang baik dalam penelitian ini , karena koefisien korelasi (R2) relatif mendekati 1 untuk logam krom dan nikel.

5.2 Saran

Beberapa saran yang dapat diberikan agar penelitian selanjutnya menjadi lebih baik dan sempurna, yaitu:

1. Membran kitosan dapat disempurnakan menjadi membran komposit dengan tujuan untuk menambah kekuatan mekanik membran sehingga tidak mudah sobek.

2. Perlu adanya penelitian lebih lanjut tentang pembuatan membran kitosan dari hewan lain (seperti kepiting, rajungan, kecowak, dll) yang menghasilkan derajat deasetilasi terbanyak karena semakin tinggi derajat deasetilasinya maka semakin banyak kitin yang diubah menjadi kitosan dan polimer yang terbentuk menjadi baik.

DAFTAR PUSTAKA

Agusnar, H. 2006. Penggunaan Glutaraldehid Kitosan untuk Penurunan Konsentrasi Ion Logam Cr3+ Menggunakan Ekstraksi Fasa Padat. Disertasi USU.

Adiarto, T. 1996. Pengolahan Limbah Industri Elektroplating dengan Membran Komposit, Tesis Program Pascasarjana Magister Teknik Kimia, Institut Tknologi Bandung.

Bastaman, S. 1990. Chitin Menantang Pakar Peneliti. Volume 1, No 2

Bernaconi, G. 1995. Teknologi Kimia Bagian 2. PT. Prandnya Pramita, Jakarta

Brine, C.J. 1984. Introdaction Chitin : Accomplishment and Perspective. In : Chitin, Chitosan ad Related Enxymen. Zakakis, J.P. (Ed). Academic Press, Inc., Orlando.

Budiayanto, D. 1993. Teknologi Pengolahan Kitin dan Kitosan. Direktorat Jendral

Perikanan. Jakarta.

Crini, G. 2004 Recent Development in Polysaccharide – Bassed Materials Used As Adsorbrnts In Waste Qwater Treatment. In : Proogrees polymer Sciences. 30 (2005).

Darwono, 1995, Logam Dalam Sistem Biologi Hidup,. UI – Press, Jakarta

Fessenden, J. Ralph dan Joan S.Fesenden, 1999. Kimia Organik 2 jilid 3. Penerbit Airlangga.

Gao, Y. M, Oshima, S. Motomizu, 2000. Adsorptions Behavior of Metal ions on Cross-linked Chitosan and the Determination of Oxoabions after Pretreatment with a Chitosan Column. In : Analytical Sciences Vol : 16.

Hasan, Z, dan Sulaiman. 1996, Keupayaan Membran Ferrum (III), Malays, J., Anal. Science.

Habibie, S. 1995. Penelitian Pembuatan kitosan di Indonesia, Majalah Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi (BPPT).

Hutahahean, S, Ida. 2001. Penggunaan Kitosan Sebagai Penyerap Terhadap Logam Zinkum (Zn2+) dan Logam Kromium (Cr2+) dengan Metode Spektrofotometri Serapan Atom. Skripsi Jurusan Kimia FMIPA-USU. Medan.

Hirano, S. N. Sato, S. Yoshida, S, Kitagawa. 1987. Chemical Modification og Chitin and Chitosan, And Their Novel Application in : Industrial Polysaccharides.

Yalpani, M. (Ed.). Elsevier, Amsterdam.

Jyh, J. S. and Huang. 1998. Chitosan N-Methylol Nylon 6 Blend Membranes for the Evaporation Separation of Methanol-Water Mixtures. J. Membr. Science. Krissetina, H. 2004. Kitin dan Kitosan dari Limbah Udang. Suara Merdeka.

(http://www.suaramerdeka.com/harian/0405/31/ragam4.htm). Diakses tanggal 12 Juli 2007

Manurung, M. 2005 Penggunaan Kitosan Manik Sebagai Adsorben untuk

Menurunkan Kadar Logam Ni. Skripsi USU

Muzzarelli, R. A. A. 1973. Natural Chelating Polymer. New York. Pergamon Press. Muzzarelli, R. A. A. 1977. Chitin. New York. Perganon Press.

Muzzarelli, R. A. A. and Rocchetti, R. 1978. Enhanced Capacity of Chitosan for Transition Metal Ions in Sulphate – Sulphuric Acid Solutions. Talanta. Vol 21. pp. 1137 – 1143.

Mc.Cabe Warren. Julian Smith, dan Harriot Peter, 1999. Operasi Teknik Kimia Jilid 2. Erlangga. Jakarta.

Mulder, M. 1991. Basic Prinsiples of Membrane Tecnology. Kluwer Academic Publisher, Netherlands.

Metcalf and Eddy. 1979 Wastewater Engineering Treatment Disposal Reuse. Mc-Graw Hill Ed.

Notohadiprawiro, T. 1993. Logam Berat dalam Pertanian.

(http://www.chem-is-try.org) Diakses tanggal 6 Januari 2008

Oetomo, B.B. 2004, Penggunaan Kitosan Sebagai Adsorben untuk Menurunkan Kadar Cu Limbah Industri Pelpisan Logam. Skripsi FMIPA USU

Peter, M.G. 1993, Application and Environmental Aspests of Chitin and Chitosan, Universiti Gerhard – Str. Bonn, Germany

Putra, E. S. dan Putra, A. J. 2000. Kategori Kimia Logam.

http://www.chem-is-try.org/?sect=artikel&ext=95 Diakses tanggal 6 Januari 2008

Rismana, E. 2004. Serat Kitosan Mengikat Lemak. Kompas.

(http://www.kompas.com/kompas-cetak/0301/09/iptek/60155.htm). Diakses tanggal 5 Juni 2007

Robert, G. A. F. 1992. Chitin Chemistry. London. The MacMillan Press.

Sirait, R. I. 2002. Pemanfatan Kitosan Dari Kulit Udang dan Cangkang Belangkas Untuk Menurunkan Kadar Ni dan Cr Limbah Industri Pelapisa Logam. Tesis S-2 USU.

Stephenson, T, Judd, S, Jeffresin, B, and Brindle, K. 2002. Membran Bioreactor for Wastewater Treatment. IWA Publishing, London

Tarigan, T. 2005. Pembuatan Membran Kitin dan Pengujian Sifat Permeabilitas Terhadap Ureum, Aspirin dan Albumin. Tesis Program Pasca Sarjana Universitas Sumatera Utara. Medan.

Tomaszewska, M. 1994. Chitin World. Preparation and Properties of Chitosan Membranes. International Confrence on Chitin and Chitosan. Gdynia. Poland. Uragami, T. 1994. Chitin World. Chitosan Derrivative Membranes for Separation of

Alcohol/Water Mixtures. International Confrence on Chitin and Chitosan. Gdynia. Poland.

Vogel, A I. 1992. Kimia Analitik Kuantitatif Anorganik. Terjemahan : Pujaatmaka Setiono. Edisi Keempat. Jakarta. EGC:Kedokteran.

Wirjosentono, B. 1995, Analisis dan Karakteristik Polimer, USU-Press Medan Zakaria, B.M. 1998. Sejarah Kitosan. http://matzakaria.com/kitosan/sejarah.html

LAMPIRAN 1. PERHITUNGAN PERSENTASE DAYA SERAP DAN HARGA q

1. Untuk mencari % daya serap:

% daya serap = Kadar awal – kadar akhir x 100%

kadar awal

= 14,460 – 0.930 x 100%

14,460

= 93,57

2. Untuk mencari q :

q V Ci Cf W

1000

− =

diketahui:

V = 250 ml

Ci = 14,460

Cf = dari lampiran 1 dan 2 W = berat kitosan untuk %

q = 250 14,460 – 0,930 x 5

1000

LAMPIRAN 2. HASIL ANALISA KADAR LOGAM Cr DAN Ni

Tabel 11. Hasil analisa kadar logam Cr setelah dilewatkan dengan membran kitosan

Konsentrasi Kadar Cr mg/L

Membran Kitosan (%)

Waktu Kontak

(Menit) Ulangan I Ulangan II Rata-rata % Daya Serap

Blangko 0 14,487 14,433 14,460

1 10 0,928 0,931 0,930 93,57

30 0,531 0,598 0,565 96,10

60 0,695 0,652 0,674 95,34

90 0,582 0,579 0,581 95,99

120 0,322 0,312 0,317 97,81

2 10 0,628 0,652 0,640 96,61

30 0,283 0,251 0,267 98,15

60 0,575 0,537 0,556 97,88

90 0,332 0,325 0,329 99,11

120 0,418 0,485 0,452 99,30

3 10 0,065

0,141 0,103

99,29

30 0,018 0,021 0,020 99,87

60 0,096 0,146 0,121 99,16

90 0,262 0,359 0,311 97,85

120 0,495 0,359 0,427 97,05

4 10 0,185 0,122 0,154 98,94

30 0,157 0,205 0,181 98,75

60 0,192 0,138 0,165 98,86

90 0,381 0,352 0,367 97,47

120 0,698 0,673 0,686 95,26

5 10 0,198 0,187 0,193 98,98

30 0,375 0,388 0,382 98,05

60 0,499 0,486 0,493 97,29

90 0,897 0,831 0,864 96,10

120 0,621 0,625 0,623 95,00

6 10 0,145 0,199 0,172 98,81

30 0,464 0,418 0,441 96,95

60 0,521 0,599 0,560 96,13

90 0,735 0,726 0,731 95,95

Tabel 12. Hasil analisa kadar logam Ni setelah dilewatkan dengan membran kitosan

Kadar Ni mg/L Konsentrasi

Membran Kitosan (%)

Waktu kontak

(menit) Ulangan I Ulangan II Rata-rata % Daya _Serap

Blangko 0

9,730

1 10 0,443 0,454 0,449 95,38

30 0,264 0,254 0,259 97,33 60 0,145 0,168 0,157 98,38 90 0,254 0,189 0,222 97,71 120 0,153 0,159 0,156 98,39

2 10 0,102 0,120 0,111 98,85

30 0,098 0,066 0,082 99,13 60 0,114 0,121 0,118 98,78 90 0,255 0,274 0,265 97,27 120 0,377 0,438 0,408 95,80

3 10 0,383 0,357 0,370 96,19

30 0,257 0,284 0,271 97,21 60 0,218 0,251 0,235 97,58 90 0,358 0,357 0,358 96,32 120 0,515 0,464 0,490 94,96

4 10 0,567 0,543 0,555 94,29

30 0,444 0,407 0,426 95,62 60 0,459 0,411 0,435 95,52 90 0,561 0,598 0,580 94,03 120 0,602 0,628 0,615 93,67

5 10 0,985 0,988 0,987 89,86

30 0,984 0,955 0,970 90,04 60 0,831 0,786 0,809 91,69 90 0,825 0,846 0,836 91,41 120 0,625 0,695 0,660 93,22

6 10 0,728 0,798 0,763 92,16

30 0,672 0,568 0,620 93,63 60 0,699 0,686 0,693 92,88 90 0,757 0,726 0,742 92,38 120 0,821 0,775 0,798 91,80

y = 26,26x + 0,002 R2 _{= 0,9999}

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

0 0,005 0,01 0,015 0,02

Cf

Cf

/q

Series1 Linear (Series1)

Gambar 14 Kurva Isotherm Langmuir untuk Logam Cr Konsentrasi Membran 3%

y = 34,082x + 0,0084 R2 _{= 0,9999}

0 0,2 0,4 0,6 0,8

0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025

Cf

Cf

/q

Series1 Linear (Series1)

Gambar 15 Kurva Isotherm Langmuir untuk Logam Cr Konsentrasi Membran 4%

y = 41,888x + 0,0163 R2 _{= 0,9997}

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025

Cf

Cf

/q

Series1 Linear (Series1)

Gambar 16 Kurva Isotherm Langmuir untuk Logam Cr Konsentrasi Membran 5%

y = 50,465x + 0,014 R2 _{= 0,9998}

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

0 0,005 0,01 0,015 0,02

Cf

Cf

/q

Series1 Linear (Series1)

y = 0,1864x - 0,0024 R2 _{= 0,9993} 0,0000 0,0200 0,0400 0,0600 0,0800 0,1000

0,000 0,200 _Cf 0,400 0,600

Cf

/q

Series1 Linear (Series1)

Gambar 18 Kurva Isotherm Langmuir untuk Logam Ni Konsentrasi Membran 1%

y = 0,0858x + 5E-05 R2 _{= 0,9997}

0,0000 0,0100 0,0200 0,0300 0,0400

0,000 0,200 _Cf 0,400 0,600

Cf

/q

Series1 Linear (Series1)

Gambar 19 Kurva Isotherm Langmuir untuk Logam Ni Konsentrasi Membran 2%

y = 0,0592x - 0,0011 R2 = 0,9985

0,0000 0,0050 0,0100 0,0150 0,0200 0,0250 0,0300

0,000 0,200 Cf 0,400 0,600

Cf

/q

Series1 Linear (Series1)

y = 0,0473x - 0,0025 R2 _{= 0,9887}

0,0000 0,0050 0,0100 0,0150 0,0200 0,0250 0,0300

0,000 0,200 0,400 0,600 0,800

Cf

Cf

/q

Series1 Linear (Series1)

Gambar 21 Kurva Isotherm Langmuir untuk Logam Ni Konsentrasi Membran 4%

y = 0,0317x + 0,0035 R2 _{= 0,9713}

0 0,01 0,02 0,03 0,04

0 0,5 Cf 1 1

Cf

/q

,5 Series1 Linear (Series1)

Gambar 22 Kurva Isotherm Langmuir untuk Logam Ni Konsentrasi Membran 5%

y = 0,0317x - 0,0019 R2 _{= 0,9304} 0,0000 0,0050 0,0100 0,0150 0,0200 0,0250 0,0300

0,000 0,500_Cf 1,000

Cf

/q

Series1 Linear (Series1)

LAMPIRAN 5. KARAKTERISTIK LIMBAH CAIR UNTUK INDUSTRI PELAPISAN LOGAM

Tabel 16. Baku Mutu Limbah Cair Industri Pelapisan Logam

No Parameter Hasil mg/L Baku mutu mg/L 1.

2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

Warna pH

Crom (Cr) Nikel (Ni) Kadmium (Cd) Timbal (Pb) Besi (Fe) Tembaga (Cu) Seng

Cokelat tua keruh 5

14,46 9,730 0,035 0,085 0,830 0,520 0.895

- 6-9 0,1 1,0 0,05

0,1 1,0 0,6 1,0 Kep-51/MENLH/10/1995