Pemanfaatan hasil pirolisis bulu ayam sebagai adsorben Ion Na Fe dalam larutan simulasi
Oleh :
!
!
Skripsi
Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar Sarjana Sains
Program Studi Kimia
Fakultas Sains dan Teknologi
Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta
DENGAN INI SAYA MENYATAKAN BAHWA SKRIPSI INI ADALAH HASIL KARYA
SENDIRI YANG BELUM PERNAH DIAJUKAN SEBAGAI SKRIPSI ATAU KARYA ILMIAH
PADA PERGURUAN TINGGI ATAU LEMBAGA MANAPUN
Jakarta, Agustus 2011
ROJIKHI
107096003623
" Pemanfaatan Hasil Pirolisis Bulu Ayam Sebagai Adsorben Ion Na dan Fe Dalam
Larutan Simulasi. Dibawah bimbingan #$ $% #&$' " $ dan ()* $+$
' " $.
Karbon aktif pada umumnya dibuat dari kayu, batu bara, arang tempurung kelapa, bongkol
jagung. Bahan alternatif yang dapat dijadikan karbon aktif adalah bulu ayam sebagai bentuk
pemanfaatan limbah bulu ayam. Karbon aktif merupakan padatan amorf sebagaimana ditunjukkan
hasil uji kristalin dengan XRD. Hasil rendemen karbon aktif sebesar 35%, kadar air yang didapat
sebesar 0,51% dan kadar abu sebesar 4,8%. Luas permukaan karbon aktif dengan metode serapan
metilen biru adalah 463,39 m2/g . Waktu kontak optimum karbon aktif dalam menyerap metilen
biru adalah 30 menit. Hasil uji AAS menunjukkan besarnya adsorpsi ion Fe dengan metode kolom
adalah 56,04% sementara itu ion Na tidak dapat diadsorp. Hasil uji adsorpsi ion Fe dengan metode
adalah 93,59%. Pada metode
pengaruh penambahan NaOH menyebabkan terjadinya
endapan Fe(OH)3 dan penambahan HCl menyebabkan adsorpsi ion Fe yang berbeda@beda. Dalam
penelitian ini metode
adalah metode yang paling baik digunakan dalam adsorpsi ion Fe.
, -(+.$ : bulu ayam, karbon aktif, ion Fe, adsorpsi, metode
dan metode kolom.
/
" Utilization Pirolyzed Result of Chicken Feathers for Adsorbent Na and Fe ions in the
Solution Simulation. Guidanced by #$ $% #&$' " $ and ()* $+$
' " $
Activated carbon is generally made from wood, coal, coconut shell charcoal, corn head.
Alternative materials that can be used as activated carbon is chicken feathers as a form of
utilization of chicken feathers waste. Activated carbon is an amorphous solid crystalline as shown
by XRD test results. The results yield of activated carbon by 35%, water content obtained by
0.51% and ash content of 4.8%. The surface area of activated carbon with methylene blue
adsorption method is 463.39 m2/g. The optimum contact time of activated carbon to adsorp the
methylene blue is 30 minutes. AAS test results indicate the adsorption amount of Fe ions by
column method is 56.04% while the Na ions can not be adsorp. Fe ion adsorption test results with
method is 93.59%. In the batch method the effect of adding NaOH led to formation of
precipitate Fe(OH)3 while the addition of HCl led to the adsorption of Fe ions are different. In this
study the method
method is best used in the adsorption of Fe ions.
% 01*#): chicken feather, activated carbon, Fe ions, adsorption,
and the method of column
method
Segala puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan
rahmat dan karuniaNya, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul Pemanfaatan
Hasil Pirolisis Bulu Ayam sebagai Adsorben Ion Na dan Fe dalam Larutan Simulasi. Shalawat
serta salam tidak lupa penulis limpahkan kepada Nabi Muhammad SAW, keluarga, dan para
sahabatnya serta pengikutnya di akhir zaman.
Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih atas bantuan yang telah
diberikan dari berbagai pihak, terutama kepada :
1.
Bapak Adi Riyadhi, M.Si sebagai pembimbing I dan Ibu Yusraini DIS, M.Si sebagai
Pembimbing II yang telah memberikan bimbingan serta arahan secara teknis sehingga
penulis berhasil menyelesaikan skripsi ini.
2.
Bapak Drs. Dede Sukandar, M.Si selaku Ketua Program Studi Kimia.
3.
Bapak Dr. Syopiansyah Jaya Putra, M.Sis selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi
UIN Syarif Hidayatullah Jakarta.
4.
Dosen@dosen Kimia yang telah banyak memberikan ilmunya.
5.
Orang tua dan seluruh keluarga tercinta yang telah memberikan doa dan dukungannya
baik moril maupun materiil.
6.
Para wali murid yang telah membantu dana dari penelitian sampai penyelesaian skripsi
ini.
7.
Kiki, Udin, Ela dan Heru sebagai teman seperjuangan selama penelitian yang telah
memberikan banyak bantuan, dorongan dan semangatnya.
8.
Teman@Teman Kimia Angkatan 2007 yang telah membantu memberikan dorongan dan
semangat.
9.
Teman@Teman Kimia Angkatan 2009 yang telah banyak membantu dan memberikan
semangat.
Dengan diselesaikannya skripsi ini semoga dapat bermanfaat bagi penulis pada
khususnya dan pembaca pada umumnya. Penulis meminta maaf atas segala kekurangan. Kritik dan
saran selalu penulis harapkan demi sempurnanya penulisan skripsi ini.
Jakarta, Juni 2011
Penulis
Hal
2 3 + (#(2 ...................................................................................................................... i
34$34$+6 ....................................................................................... ii
34 *
*) ,(5( +
34 *
+6 ) & + 5$ + .................................................................................................... iii
34 *
*+% ,
+ ............................................................................................................... iv
4),* - ................................................................................................................................... v
4),* ., .................................................................................................................................. vi
+6 +, * ...................................................................................................................... vii
,
7, * )$ ................................................................................................................................ ix
7, *
34 * ...................................................................................................................... xii
7, *
4 2 ........................................................................................................................... xiii
7, *
38$* + ................................................................................................................... xiv
1.1. Latar Belakang................................................................................................................... 1
1.2. Perumusan Masalah ........................................................................................................... 4
1.3. Tujuan Penelitian ............................................................................................................... 4
1.4. Manfaat Penelitian ............................................................................................................. 5
2.1 Bulu Ayam (
2.2 Keratin
2.3 Karbon Aktif (
) .......................................................................................... 6
) .................................................................................................. 7
) ....................................................................................... 9
2.4 Adsorpsi............................................................................................................................. 15
2.5 Logam ............................................................................................................................... 18
2.5.1 Natrium .................................................................................................................... 20
2.5.2 Besi .......................................................................................................................... 21
2.6 XRD
) .................................................................................................. 22
2.7 Spektrofotometer UV@Visibel............................................................................................ 26
2.8 Spektrofotometer Serapan Atom (AAS) ............................................................................ 28
3.1 Waktu dan Tempat ............................................................................................................ 32
3.2 Bahan dan Alat .................................................................................................................. 32
3.2.1 Bahan ..................................................................................................................... 32
3.2.2 Alat ........................................................................................................................ 32
3.3 Cara Kerja .......................................................................................................................... 33
3.3.1 Pembuatan Adsorben Karbon Aktif....................................................................... 33
3.3.2 Penentuan Kadar Air Karbon Aktif ....................................................................... 33
3.3.3 Penentuan Kadar Abu Karbon Aktif ...................................................................... 33
3.3.4 Analisa Kristalinitas Karbon Aktif dengan XRD .................................................. 34
3.3.5 Penentuan Waktu Kontak Optimum ...................................................................... 35
3.3.6 Penentuan Luas Permukaan ................................................................................... 35
3.3.7 Proses Adsorpsi Ion Na dan Fe Menggunakan Karbon Aktif
Dengan Metode Kolom.......................................................................................... 36
3.3.7.1 Pengaruh Massa Adsorben ....................................................................... 36
3.3.7.2 Pengaruh Pengulangan.............................................................................. 36
3.3.8 Proses Adsorpsi Ion Fe Menggunakan Karbon Aktif Dengan
Metode
...................................................................................................... 37
3.3.8.1 Pengaruh Massa Adsorben ....................................................................... 37
3.3.8.1 Pengaruh pH ............................................................................................. 37
4.1 Pembuatan Adsorben Karbon Aktif.................................................................................. 39
4.2 Penentuan Kadar Air Karbon Aktif ................................................................................... 40
4.3 Penentuan Kadar Abu Karbon Aktif.................................................................................. 41
4.4 Analisa Kristalinitas Karbon Aktif dengan XRD .............................................................. 42
4.5 Penentuan Waktu Kontak Optimum .................................................................................. 44
4.6 Penentuan Luas Permukaan ............................................................................................... 46
4.7 Proses Adsorpsi Ion Na dan Fe Menggunakan Karbon Aktif dengan
Metode Kolom ................................................................................................................. 47
4.7.1 Adsorpsi Ion Na dengan Menggunakan Metode Kolom ....................................... 47
4.7.2 Pengaruh Massa Karbon Aktif terhadap Penyerapan Ion Fe ................................. 51
4.7.3 Pengaruh Pengulangan terhadap Penyerapan Ion Fe ............................................. 54
4.8 Proses Adsorpsi Ion Fe Menggunakan Karbon Aktif dengan Metode
................................................................................................................................ 55
4.8.1. Pengaruh Massa Adsorben .................................................................................... 55
4.8.2. Pengaruh Penambahan HCl dan NaOH terhadap pH Larutan ............................... 56
4.9 Perbandingan Metode
dengan Kolom terhadap
Penyerapan Ion Fe ........................................................................................................... 59
5.1 Kesimpulan ....................................................................................................................... 61
5.2 Saran .................................................................................................................................. 62
............................................................................................................. 63
............................................................................................................................ 66
Hal
Gambar 1 : Struktur Keratin ..................................................................................................... 8
Gambar 2 : Karbon Aktif .......................................................................................................... 10
Gambar 3 : Skema Alat XRD ................................................................................................... 24
Gambar 4 : Cara Kerja Spektrofotometer UV@Visibel ............................................................. 28
Gambar 5 : Cara Kerja Spektrofotometer Serapan Atom ......................................................... 32
Gambar 6 : Kerangka Kerja Penelitian ..................................................................................... 38
Gambar 7 : Difraktogram Karbon Aktif yang Ditanur pada Suhu 400 oC ............................... 43
Gambar 8 : Difraktogram Karbon Aktif Sekam Padi yang Ditanur pada
Suhu 700oC ........................................................................................................ 44
Gambar 9 : Grafik Waktu Kontak Antara Larutan Metilen Biru dengan
Karbon Aktif ....................................................................................................... 45
Gambar 10 : Grafik Serapan Metilen Biru Sebelum dan Sesudah Ditambahkan
Karbon Aktif ........................................................................................................ 46
Gambar 11 : Grafik Pengaruh Massa Adsorben terhadap % Penyerapan Fe ........................... 52
Gambar 12 : Grafik Pengaruh Pengulangan terhadap Penyerapan Fe ..................................... 54
Gambar 13 : Pengaruh Massa terhadap % Penyerapan Fe .................................................... 56
Gambar 14 : Pengaruh pH terhadap % Penyerapan Fe ............................................................ 57
Hal
Tabel 1 : Persyaratan Karbon Aktif ......................................................................................... 11
Tabel 2 : Manfat Karbon Aktif ................................................................................................. 13
Tabel 3 : Sifat Fisika Logam Natrium ...................................................................................... 20
Tabel 4 : Sifat Fisika Logam Besi ............................................................................................ 21
Tabel 5 : Hasil Uji AAS Ion Na ............................................................................................... 47
Hal
Lampiran 1 : Pembuatan Larutan Sampel ............................................................................... 66
Lampiran 2 : Perhitungan Rendemen Karbon Aktif ................................................................. 67
Lampiran 3 : Perhitungan Kadar Air Karbon Aktif .................................................................. 68
Lampiran 4 : Perhitungan Kadar Abu Karbon Aktif ................................................................ 69
Lampiran 5 : Data hasil Analisis Karbon Aktif dengan XRD .................................................. 70
Lampiran 6 : Tabel Penentuan Waktu Kontak.......................................................................... 71
Lampiran 7 : Tabel Penentuan Luas Permukaan ..................................................................... 73
Lampiran 8 : Hasil Uji AAS untuk Adsorpsi Ion Na dan Fe .................................................... 75
Lampiran 9 : Hasil Uji AAS untuk Adsorpsi Ion Fe ................................................................ 79
Lampiran 10 : Foto@Foto Penelitian.......................................................................................... 83
"
, *
2 - +6
Pada proses pemotongan ayam dihasilkan hasil sampingan berupa bulu ayam yang
biasanya dibuang begitu saja. Bulu ayam yang dibuang begitu saja lama kelamaan menumpuk dan
dapat menimbulkan dampak pencemaran terhadap lingkungan. Dampak negatif yang ditimbulkan
oleh industri peternakan ayam yaitu rumah potong ayam berupa terganggunya sanitasi lingkungan
akibat limbah bulu ayam yang menimbulkan bau tidak sedap dan merupakan sumber penyebaran
penyakit sebagai dampak penurunan kualitas udara. Selain itu limbah bulu ayam juga
menimbulkan dampak penurunan kualitas tanah karena limbah bulu ayam sulit terdegradasi di
lingkungan akibat adanya keratin atau
berupa serat (Ketaren, 2008).
Limbah ini terus meningkat seiring dengan peningkatan populasi ayam dan kebutuhan
masyarakat akan protein hewan. Jika limbah yang terus bertambah ini tidak dikelola dengan baik
maka akan menimbulkan dampak pencemaran yang sangat besar terhadap lingkungan khususnya
lingkungan rumah potong ayam. Berkaitan dengan hal tersebut, pemanfaatan limbah bulu ayam
dengan cara pengolahan, yaitu dengan pengukusan dan penggilingan sebagai bahan pakan ayam
potong, sehingga dengan termanfaatkannya limbah bulu ayam tersebut dapat diatasi limbah bulu
ayam dan kekurangan bahan pakan ayam potong (Arifin, 2008). Pengolahan limbah bulu ayam
untuk campuran pakan ternak dan limbah cair sebelum dibuang ke sungai dari industri potong
ayam juga telah dilakukan sebelumnya (Sugita
., 2005). Pemanfaatan limbah bulu ayam
sebagai adsorben ion logam berat dapat juga dijadikan alternatif untuk mengurangi pencemaran
akibat menumpuknya bulu ayam.
Kegiatan industri banyak menghasilkan limbah yang mengandung logam berat. Salah
satu limbah yang dihasilkan dari industri besi adalah adanya kandungan besi yang mudah
membentuk kompleks dengan sulfat dan banyak terdeteksi pada permukaan air tanah. Adanya
kandungan besi pada permukaan air tanah tersebut dapat menimbulkan rasa yang tidak enak pada
air yang dikonsumsi sehari@hari. Rasa besi dalam air yang dikonsumsi dapat dengan mudah
terdeteksi bahkan pada konsentrasi rendah sekitar 1,8 mg / L (Karunakaran & Thamilarasu, 2010).
Limbah yang mengandung logam berat perlu mendapat perhatian khusus, mengingat dalam
konsentrasi tertentu dapat memberikan efek toksik (racun) yang berbahaya bagi kehidupan
manusia dan ekosistem di sekitarnya. Banyak metode yang telah dikembangkan untuk menurukan
kadar logam berat dari badan perairan, misalnya dengan teknik presipitasi, evaporasi, elektrokimia
dan pemakaian resin (Ni’mah & Ulfin, 2007).
Karena meningkatnya kebutuhan akan air tawar, maka aliran air tanah tawar ke arah laut
menurun, atau bahkan sebaliknya, air laut mengalir masuk ke dalam akuifer daratan. Kejadian ini
dinamakan intrusi air laut. Pada air laut ion Cl@ dan Na+ lebih dominan, sedangkan pada air tanah
ion yang dominan adalah CO3 2@ dan HCO3@. Karena adanya penyusupan air laut, maka komposisi
air tanah akan berubah, yaitu ion Cl@ dan Na+ akan bertambah (Irham
., 2006). Kandungan
Natrium yang tinggi dapat menyebabkan permeabilitas menjadi rendah. Selain itu air tanah dengan
kandungan natrium dan klorida tinggi yang dijadikan air irigasi dapat menyebabkan tanaman
terutama bagian daun seperti terbakar, menguning dan rontok (Ayers & Westcot, 1976).
Berdasarkan Keputusan Menteri Kesehatan RI Nomor
907/MENKES/SK/VII/2002 tentang
persyaratan kualitas air, kandungan natrium yang boleh dalam air minum adalah 200 ppm.
Dewasa ini telah banyak pula dikembangkan teknologi aplikasi adsorpsi, yakni
menggunakan bahan biomaterial untuk menurunkan kadar logam berat dari badan air (biosorpsi),
seperti penurunan kadar tembaga dengan biomassa bulu ayam (Ni’mah & Ulfin, 2007), limbah
sekam padi menjadi karbon aktif sebagai adsorben (Sitohang & Dian, 2009), tempurung jarak
pagar (
!" untuk adsorpsi tembaga (Wirawan, 2008), rumput laut untuk adsorpsi
ion kromium (Sudiarta, 2009), adsorpsi zat warna tekstil pada limbah pabrik oleh eceng gondok
(Rahmawati
., 2003), adsorpsi kadmium dengan tempurung kelapa (Gaikwad, 2004), adsorpsi
natrium dengan metode pertukaran ion menggunakan eceng gondok (Kristianti, 2008), adsorpsi
besi dengan karbon aktif dari bungkil jagung (Baskaran
!# 2010), adsorpsi besi dari air dengan
arang kayu dan pasir (Ahamad & Jawed, 2011).
Para ahli telah lama mengetahui bahwa bahan@bahan yang berserat seperti wool, bulu
ayam dan rambut dapat mengadsorpsi ion@ion logam dalam larutannya. Adsorpsi ion logam oleh
bahan@bahan berserat keratin dapat ditingkatkan dengan mengolah bahan@bahan tersebut dengan
suatu bahan kimia tertentu. Keratin adalah serat protein yang banyak terdapat pada lapisan
pelindung pada hewan, seperti kulit rambut atau bulu. Sifat@sifat keratin yang dikaitkan dengan
gugus asam amino dan hidroksil yang terikat, maka menyebabkan sifat polielektrolit kation
sehingga dapat berperan sebagai penukar ion dan sebagai adsorben terhadap logam berat dalam air
limbah (Lin
., 1992).
Bulu unggas, misalnya bulu ayam mengandung protein serat atau keratin yaitu: protein
kasar (79,88%), lemak kasar (3,77%) dan serat kasar (0,32%) (Ketaren, 2008). Dengan demikian
bulu ayam kemungkinan memiliki potensi sebagai adsorben baru yang dapat digunakan untuk
mengatasi penurunan kualitas lingkungan akibat adanya ion – ion logam berat dalam limbah.
"
*(3() +
) 2 &
1.
Bagaimana proses pembuatan karbon aktif dari limbah bulu ayam?
2.
Bagaimana terjadinya proses adsorpsi ion Na dan Fe oleh karbon aktif?
3.
Bagaimana pengaruh massa adsorben terhadap kemampuan adsorpsi ion Na dan Fe oleh
karbon aktif dengan metode kolom?
4.
Bagaimana pengaruh variasi beberapa parameter (massa adsorben dan pH) terhadap
kemampuan adsorpsi Fe oleh karbon aktif dengan Metode
"
(5( +
?
+ 2$,$ +
1.
Mengetahui proses pembuatan karbon aktif dari limbah bulu ayam.
2.
Mengetahui proses adsorpsi yang terjadi pada ion Na dan Fe oleh karbon aktif.
3.
Mengetahui pengaruh massa adsorben terhadap kemampuan adsorpsi ion Na dan Fe oleh
karbon aktif dengan metode kolom?
4.
Mengetahui kondisi optimum (massa adsorben dan pH) dari karbon aktif dalam menyerap
ion Fe dengan Metode
"
+7 ,
.
+ 2$,$ +
Dengan penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi mengenai cara pembuatan
karbon aktif dari limbah bulu ayam dan manfaatnya sebagai penyerap ion Na dan Fe.
"
(2( % 3 9
:
Jumlah ayam yang dipotong terus meningkat dari tahun ke tahun sehingga bulu ayam
yang dihasilkan juga meningkat. Menurut Jendral Peternakan (1999), pada tahun 1999 dilaporkan
bahwa populasi ayam terutama ayam pedaging di Indonesia mencapai 418.941.514 ekor dan
diperkirakan jumlah bulu yang dihasilkan sejumlah 26.280 ton. Jumlah ayam yang dipotong setiap
tahun semakin meningkat, dan hal ini akan menghasilkan jumlah bulu yang melimpah (Purwanti
!# 2010). Hasil pemotongan ternak unggas ini dihasilkan rata@rata bobot bulu 4@9 % dari bobot
hidup. Kandungan protein bulu ayam cukup tinggi, yaitu antara 80@90 %, sehingga berpotensi
sebagai pakan altematif bagi industri ayam potong. Kendala utama penggunaan tepung bulu ayam
sebagai pakan adalah adanya ikatan keratin dengan kandungan 85@90% dari kandungan proteinnya
dengan sifat sukar larut dalam air dan sukar dicerna. Untuk memecahkan ikatan keratin tersebut
guna meningkatkan kecernaan tepung bulu ayam dilakukan dengan beberapa teknik
pengolahannya (Arifin, 2008).
Secara tradisional bulu ayam digunakan sebagai bahan kerajinan, peralatan rumah tangga
dan bahkan bantal yang bernilai komersial rendah. Kebutuhannya tetap terbatas sementara volume
limbah terus membengkak selaras dengan pertumbuhan industri peternakan nasional maupun
global. Bantal dari bulu ayam sulit berkembang karena kalah mutu dari bantal bulu halus angsa.
Sementara itu volume limbah bulu ayam global terus membengkak selaras dengan pertumbuhan
pesat industri peternakan ayam dunia. Keadaan ini telah menggugah para ilmuwan mencari cara
agar lebih banyak lagi bulu ayam yang bisa dijadikan produk komersial (Anoninm, 2008).
Di Amerika Serikat, bulu ayam secara sendiri ataupun dicampur dengan pulp kayu biasa
diolah menjadi kertas. Temuan ini berkembang ke penggunaan kertas dari bulu sebagai kertas
penyaring (filter), alat penyaring air dan udara, penyerap (adsorben), dan kertas dekorasi. Mutu
dan performa filter kertas dari bulu ayam sangat baik, melebihi kertas filter yang kebanyakan
terbuat dari pulp kayu. Ini karena serat@seratnya super halus dengan lebar sekitar 5 mikron dan
bentuknya seragam. Sedangkan lebar serat kertas filter pulp berkisar 10 – 20 mikron. Pori saringan
lebih kecil sehingga lebih banyak partikel@partikel mini, spora, debu, bahan@bahan
$
yang
terperangkap di saringan. Karakteristik tersebut membuka peluang kertas dari bulu ayam
digunakan sebagai filter
"
* ,$+
%
(Barone & Schmidt, 2005).
:
Keratin adalah suatu kelompok protein yang sangat khusus memproduksi sel epitel
tertentu dari hewan bertulang belakang dan lapisan tanduk kulit luar serta epidermal tambahan
seperti rambut, kuku dan bulu ayam. Sedangkan keratinase adalah spesifik protease hidrolisis
keratin yang terdapat pada bulu ayam, wool dan rambut. Keratin serupa dengan komponen protein
lainnya, secara umum dan tidak tampak jelas perbedaan substratnya. Keratin dapat didegradasi
oleh mikroba
%
(Lin
., 1992).
Keratin atau serat terdiri dari ikatan sistin disulfida, ikatan hidrogen, dan interaksi
hidrofobik molekul protein (Lin
., 1992). Ikatan sistin disulfida atau ikatan silang terbentuk
antara antara asam amino sistin yang mengandung gugus
@SH. Jika dua unit sistin berikatan,
maka terbentuklah sebuah jembatan disulfida @S@S@ melalui oksidasi@oksidasi gugus –SH. Protein
serat terbentuk dari molekul yang rapat dan teratur berupa ikatan silang antara rantai@rantai asam
amino yang berdekatan sehingga molekul air sukar menerobos struktur ini, oleh karena itu protein
serat tidak larut di dalam air (hidrofobik). Logam berat dapat merusak ikatan disulfida karena
aktivitasnya yang tinggi dan kemampuannya untuk menarik sulfur sehingga mengakibatkan
denaturasi protein. Pembentukan ikatan silang sistin disulfida atau ikatan komplek peptida
terjadi karena proses hidrolisis yang tidak sempurna, hal ini dapat diatasi dengan melakukan
hidrolisis ulang melalui fermentasi (Ketaren, 2008). Selain itu ikatan keratin dapat diputuskan
dengan bantuan@bantuan enzim proteolitik. Secara jelas komponen@komponen keratin dapat dilihat
pada struktur kimia keratin berikut ini :
Gambar 1 Struktur Keratin
"
*41+ -,$7 9
:
Arang merupakan suatu padatan berpori yang mengandung 85@95% karbon, dihasilkan
dari bahan@bahan yang mengandung karbon dengan pemanasan pada suhu tinggi. Ketika
pemanasan berlangsung, diusahakan agar tidak terjadi kebocoran udara didalam ruangan
pemanasan sehingga bahan yang mengandung karbon tersebut hanya terkarbonisasi dan tidak
teroksidasi. Arang selain digunakan sebagai bahan bakar, juga dapat digunakan sebagai adsorben
(penyerap). Daya serap ditentukan oleh luas permukaan partikel dan kemampuan ini dapat menjadi
lebih tinggi jika terhadap arang tersebut dilakukan aktivasi dengan aktifator bahan@bahan kimia
ataupun dengan pemanasan pada temperatur tinggi. Dengan demikian, arang akan mengalami
perubahan sifat@sifat fisika dan kimia. Arang yang demikian disebut sebagai arang aktif.
Arang aktif merupakan senyawa karbon amorf, yang dapat dihasilkan dari bahan@bahan
yang mengandung karbon atau dari arang yang diperlakukan dengan cara khusus untuk
mendapatkan permukaan yang lebih luas. Luas permukaan arang aktif berkisar antara 300@3500
m2/gram dan ini berhubungan dengan struktur pori internal yang menyebabkan arang aktif
mempunyai sifat sebagai adsorben. Arang aktif dapat mengadsorpsi gas dan senyawa@senyawa
kimia tertentu atau sifat adsorpsinya selektif, tergantung pada besar atau volume pori@pori dan luas
permukaan. Daya serap arang aktif sangat besar, yaitu 25@1000% terhadap berat arang aktif
(Sembiring & Sinaga, 2003).
Karbon aktif yaitu karbon dengan struktur amorphous atau mikrokristalin yang dengan
perlakuan khusus dapat memiliki luas permukaan dalam yang sangat besar antara 300 @ 2000
m2/gram. Pada dasarnya ada dua jenis karbon aktif yaitu karbon aktif bentuk granular dan bentuk
serbuk. Karbon aktif bentuk granular biasanya digunakan sebagai adsorben gas sedangkan karbon
aktif bentuk serbuk biasanya digunakan untuk adsorben suatu cairan. Karbon aktif bentuk granular
mempunyai diameter pori berkisar antara 10@200 Ao dan biasanya terbuat dari tempurung kelapa,
tulang, batu bata atau dari bahan baku yang mempunyai struktur keras. Karbon aktif bentuk serbuk
mempunyai diameter pori mencapai 1000 Ao dan biasanya terbuat dari serbuk@serbuk gergaji,
ampas pembuatan kertas atau dari bahan baku yang mempunyai densitas kecil dan mempunyai
struktur yang lemah (Zamrudy, 2008). Gambar 2 berikut ini menunjukkan contoh dari karbon
aktif:
Gambar 2 Karbon Aktif
Karbon aktif mengandung elemen@elemen yang terikat secara kimia, seperti oksigen dan
hidrogen. Elemen@elemen ini dapat berasal dari bahan baku yang tertinggal akibat tidak
sempurnanya proses karbonisasi, atau pula dapat terikat secara kimia pada proses aktivasi.
Demikian pula adanya kandungan abu yang bukan bagian organik dari produk. Untuk tiap@tiap
jenis karbon aktif kandungan abu dan komposisinya ada bermacam@macam. Adsorpsi elektrolit
dan non elektrolit dari larutan dari karbon aktif, juga dipengaruhi oleh adanya sejumlah kecil abu.
Adanya oksigen dan hidrogen mempunyai pengaruh besar pada sifat@sifat karbon aktif. Elemen@
elemen ini berkombinasi dengan atom@atom karbon membentuk gugus@gugus fungsional tertentu.
Pengujian mutu arang aktif sangat diperlukan untuk mengetahui kemampuan arang aktif
agar dapat berfungsi sebagaimana mestinya. Pengujian mutu arang aktif meliputi: penentuan
bagian yang hilang pada pemanasan 950 oC, penentuan kadar air, penentuan kadar abu dan daya
serap terhadap larutan I2.
Menurut SNI, karbon aktif yang baik mempunyai persyaratan yang tercantum pada tabel berikut
ini :
Tabel 1 Persyaratan Karbon Aktif (SNI 06@3730@95)
+$)
Bagian yang hilang pada pemanasan 950 oC
Kadar air
Kadar abu
Bagian yang tidak diperarang
Daya serap terhadap larutan I2
*)% * , +
Maksimum 15%
Maksimum 15%
Maksimum 10%
Tidak nyata
Maksimum 20%
Ukuran partikel dan luas permukaan merupakan hal yang paling penting dalam karbon
aktif. Ukuran partikel karbon aktif
mempengaruhi proses kecepatan adsorpsi, tetapi tidak
mempengaruhi kapasitas adsorpsi yang berhubungan dengan luas permukaan karbon (Al@Qoddah
& Shawabkah, 2009). Jadi kecepatan adsorpsi yang menggunakan
lebih besar dari pada $
&
(PAC)
(GAC). Luas permukaan total mempengaruhi
kapasitas adsorpsi total sehingga meningkatkan efektivitas karbon aktif dalam menyisihkan
senyawa organik dalam air buangan.
Struktur pori adalah faktor utama dalam proses adsorpsi. Distribusi ukuran pori
menentukan distribusi molekul yang masuk dalam partikel karbon untuk diadsorp. Molekul yang
berukuran besar dapat menutup jalan masuk ke dalam mikropori sehingga membuat area
permukaan yang tersedia untuk mengadsorpsi menjadi sia@sia. Karena bentuk molekul yang tidak
beraturan dan pergerakan molekul yang konstan, pada umumnya molekul yang lebih kecil
menembus kapiler yang ukurannya lebih kecil juga.
Karbon aktif sering digunakan untuk mengurangi kontaminan organik dan partikel kimia
organik, tetapi karbon aktif juga efektif untuk mengurangi kontaminan inorganik seperti radon@
222, merkuri, dan logam beracun lainnya. Karbon aktif
terdiri dari berbagai mineral yang
dibedakan berdasarkan kemampuan adsorpsi (daya serap) dan karakteristiknya. Sumber bahan
baku dan proses yang berbeda akan menghasilkan kualitas karbon aktif yang berbeda. Sumber
bahan baku karbon aktif berasal dari kayu, batu bara, arang tempurung kelapa, dan bongkol
jagung.
Karbon aktif dapat digunakan sebagai bahan pemucat, adsorpsi gas, adsorpsi logam,
menghilangkan polutan mikro misalnya zat organik, detergen, bau, senyawa phenol dan lain
sebagainya. Pada pori@pori arang aktif ini terjadi proses adsorpsi, yaitu proses penyerapan zat@zat
yang akan dihilangkan oleh permukaan karbon aktif. Apabila seluruh permukaan karbon aktif
sudah jenuh, atau sudah tidak mampu lagi menyerap maka kualitas air yang disaring sudah tidak
baik lagi, sehingga karbon aktif harus diganti dengan karbon aktif yang baru.
Saat ini, karbon aktif telah digunakan secara luas dalam industri kimia makanan atau
minuman, dan farmasi. Pada umumnya karbon aktif digunakan sebagai bahan penyerap dan
penjernih serta sebagai katalisator dalam jumlah kecil. Tabel 2 berikut ini menunjukkan manfaat
dari karbon aktif dalam berbagai bidang.
Tabel 2 Manfaat Karbon Aktif (Sembiring & Sinaga, 2003)
1
-)(# , ( (5( +
3 - $ +
1
Industri obat dan makanan
Menyaring dan menghilangkan warna, bau, rasa
yang tidak enak pada makanan
2
Minumam ringan, minuman
Menghilangkan warna, bau pada arak/minumam
keras
keras dan minumam ringan
3
Kimia perminyakan
Penyulingan bahan mentah, zat perantara
4
Pembersih air
Menyaring atau menghilangkan bau, warna, zat
pencemar dalam air, sebagai pelindung dan
penukaran resin dalam alat atau penyulingan air
5
Pembersih air buangan
Mengatur dan membersihkan air buangan dan
pencemar, warna, bau, dan logam berat
6
Penambakan udang dan
Pemurnian, menghilangkan bau dan warna
Benur
7
Pelarut yang digunakan
Penarikan kembali berbagai pelarut, sisa
Kembali
methanol, etil, aseta dan lain@lain
8
Pemurnian gas
Menghilangkan sulfur, gas beracun dan bau busuk asap
9
Katalisator
Reaksi katalisator pengangkut vinil klorida, vinil asetat
10
Pengolahan pupuk
Pemurnian, penghilangan bau
Sifat karbon aktif yang paling penting adalah daya serap. Dalam hal ini, ada beberapa
faktor yang mempengaruhi daya serap dari karbon aktif, yaitu :
1.
Sifat Adsorben
Karbon aktif yang merupakan adsorben adalah suatu padatan berpori, yang sebagian
besar terdiri dari unsur karbon bebas dan masing@ masing berikatan secara kovalen. Dengan
demikian, permukaan karbon aktif bersifat non polar. Selain komposisi dan polaritas, struktur pori
juga merupakan faktor yang penting diperhatikan. Struktur pori berhubungan dengan luas
permukaan, semakin kecil pori@ pori karbon aktif, mengakibatkan luas permukaan semakin besar.
Dengan demikian kecepatan adsorpsi bertambah. Untuk meningkatkan kecepatan adsorpsi,
dianjurkan agar menggunakan karbon aktif yang telah dihaluskan. Jumlah atau dosis karbon aktif
yang digunakan, juga diperhatikan.
2.
Sifat Adsorpsi
Banyak senyawa yang dapat diadsorpsi oleh karbon aktif, tetapi kemampuannya untuk
mengadsorpsi berbeda untuk masing@ masing senyawa. Adsorpsi akan bertambah besar sesuai
dengan bertambahnya ukuran molekul adsorpsi dari sturktur yang sama, seperti dalam deret
homolog. Adsorpsi juga dipengaruhi oleh gugus fungsi,posisi gugus fungsi, ikatan rangkap,
struktur rantai dari senyawa yang akan diadsorp.
3.
Temperatur
Dalam pemakaian karbon aktif dianjurkan untuk menyelidiki temperatur pada saat
berlangsungnya proses. Karena tidak ada peraturan umum yang biasanya diberikan mengenai
temperatur yang digunakan dalam adsorpsi. Faktor yang mempengaruhi temperatur proses
adsoprsi adalah viskositas dan stabilitas termal senyawa serapan. Jika pemanasan tidak
mempengaruhi sifat@sifat senyawa yang akan diadsorp, seperti terjadi perubahan warna maupun
dekomposisi, maka perlakuan dilakukan pada titik didihnya. Untuk senyawa volatil, adsorpsi
dilakukan pada temperatur kamar atau bila memungkinkan pada temperatur yang lebih kecil.
4.
Derajat Keasaman (pH)
Untuk asam@asam organik adsorpsi akan meningkat bila pH diturunkan, yaitu dengan
penambahan asam@asam mineral. Hal ini disebabkan karena kemampuan asam mineral untuk
mengurangi ionisasi asam organik tersebut. Sebaliknya bila pH asam organik dinaikkan yaitu
dengan menambahkan alkali, adsorpsi akan berkurang sebagai akibat terbentuknya garam.
5.
Waktu Kontak
Bila karbon aktif ditambahkan dalam suatu cairan, dibutuhkan waktu untuk mencapai
kesetimbangan. Waktu yang dibutuhkan berbanding terbalik dengan jumlah yang digunakan.
Waktu yang dibutuhkan ditentukan oleh dosis karbon aktif, pengadukan juga mempengaruhi
waktu kontak. Pengadukan dimaksudkan untuk memberi kesempatan pada partikel karbon aktif
untuk bersinggungan dengan senyawa yang akan diadsorp. Untuk larutan yang mempunyai
viskositas tinggi, dibutuhkan waktu kontak yang lebih lama.
Struktur pori adalah faktor utama dalam proses adsorpsi. Distribusi ukuran pori
menentukan distribusi molekul yang masuk dalam partikel karbon untuk diadsorp. Molekul yang
berukuran besar dapat menutup jalan masuk ke dalam mikropori sehingga membuat area
permukaan yang tersedia untuk mengadsorp menjadi sia@sia. Karena bentuk molekul yang tidak
beraturan dan pergerakan molekul yang konstan, pada umumnya molekul yang lebih besar dapat
menembus kapiler yang ukurannya lebih kecil juga.
"
#)1*8)$
Adsorpsi (penyerapan) adalah suatu proses pemisahan dimana komponen dari suatu fase
fluida berpindah ke permukaan zat padat yang menyerap (adsorben). Biasanya partikel@partikel
kecil zat penyerap dilepaskan pada adsorpsi kimia yang merupakan ikatan kuat antara penyerap
dan zat yang diserap sehingga tidak mungkin terjadi proses yang bolak@balik (Al@Qoddah &
Shawabkah, 2009).
Adsorpsi adalah proses dimana substansi molekul meninggalkan larutan dan bergabung
pada permukaan zat padat oleh ikatan fisika dan kimia. Substansi molekul atau bahan yang
diserap disebut adsorbat, dan zat padat penyerapnya disebut adsorben. Proses adsorpsi biasanya
dengan menggunakan karbon aktif yang digunakan untuk menyisihkan senyawa@senyawa aromatik
dan senyawa organik terlarut (Al@Degs
!# 2009).
Proses adsorpsi dapat digambarkan sebagai proses dimana molekul meninggalkan larutan
dan menempel pada permukaan zat akibat ikatan kimia dan fisika. Adsorpsi dapat dikelompokkan
menjadi dua yaitu adsorpsi fisika dan adsorpsi kimia .
Adsorpsi fisika yaitu berhubungan dengan gaya '
(
dan merupakan proses
bolak@balik. Apabila gaya tarik menarik antara zat terlarut dengan adsorben lebih besar dari pada
gaya tari menarik antara zat terlarut dengan pelarutnya maka zat terlarut akan diadsorpsi pada
permukaaan adsorben. Ikatan tersebut sangat lemah, sehiggga mudah untuk diputuskan apabila
konsentrasi zat terlarut yang teradsorpsi diubah. Jadi proses ini berlangsung bolak@balik.
Adsoprsi kimia yaitu reaksi yang terjadi antara zat padat dan zat terlarut yang teradsorpsi.
Molekul@molekul yang teradsorpsi pada permukaan adsorben bereaksi secara kimia. Hal ini
disebabkan pada adsorpsi kimia terjadi pemutusan dan pembentukan ikatan. Dalam proses
adsorpsi kimia, ikatan antara zat terlarut yang teradsorpsi dan adsorben sangat kuat, sehingga sulit
untuk dilepaskan dan proses hampir tidak mungkin untuk bolak@balik.
Proses adsorpsi dapat terjadi karena adanya gaya tarik atom atau molekul pada
permukaan padatan yang tidak seimbang. Adanya gaya ini, padatan cenderung menarik molekul@
molekul lain yang bersentuhan dengan permukaan padatan, baik fasa gas atau fasa larutan ke
dalam permukaannya. Akibatnya, konsentrasi molekul pada permukaan menjadi lebih besar
daripada dalam fasa gas atau zat terlarut dalam larutan. Adsorpsi dapat terjadi pada antarfasa
padat@cair, padat@gas, atau gas@cair (Haryani
Proses penyerapan dalam adsorpsi dipengaruhi :
1. Bahan penyerap
., 2007).
Bahan yang digunakan untuk menyerap mempunyai kemampuan berbeda@beda,
tergantung dari bahan asal dan juga metode aktivasi yang digunakan.
2. Ukuran butir
Semakin kecil ukuran butir, maka semakin besar permukaan sehingga dapat menyerap
kontaminan makin banyak. Secara umum kecepatan adsorpsi ditujukan oleh kecepatan difusi zat
terlarut ke dalam pori@pori partikel adsorben. Ukuran partikel yang baik untuk proses penyerapan
antara @100 / +200 mesh.
3. Derajat Keasaman (pH Larutan)
Pada pH rendah, ion H+ akan berkompetisi dengan kontaminan yang akan diserap,
sehingga efisiensi penyerapan turun. Proses penyerapan akan berjalan baik bila pH larutan tinggi.
Derajat keasaman mempengaruhi adsorpsi karena pH menentukan tingkat ionisasi larutan, pH
yang baik berkisar antara 8@9. Senyawa asam organik dapat diadsorpsi pada pH rendah dan
sebaliknya basa organik dapat diadsorpsi pada pH tinggi.
4. Waktu serap
Waktu serap yang lama akan memungkinkan proses difusi dan penempelan molekul zat
terlarut yang terserap berlangsung dengan baik.
5. Konsentrasi
Pada konsentrasi larutan rendah, jumlah bahan diserap sedikit, sedangkan pada
konsentrasi tinggi jumlah bahan yang diserap semakin banyak. Hal ini disebabkan karena
kemungkinan frekuensi tumbukan antara partikel semakin besar.
";
16 3
Logam adalah sebuah unsur kimia yang dapat membentuk ion (kation) dan memiliki
ikatan logam. Logam pada umumnya mempunyai angka yang tinggi dalam konduktivitas listrik,
konduktivitas termal, dan massa jenis. Logam yang mempunyai massa jenis, tingkat kekerasan,
dan titik lebur yang rendah (contohnya logam alkali dan logam alkali tanah) biasanya bersifat
sangat reaktif. Jumlah elektron bebas yang tinggi di segala bentuk logam padat menyebabkan
logam tidak pernah terlihat transparan. Mayoritas logam memiliki massa jenis yang lebih tinggi
daripada nonlogam. Meski begitu, variasi massa jenis ini perbedaannya sangat besar, mulai dari
litium sebagai logam dengan massa jenis paling kecil sampai osmium yaitu logam dengan massa
jenis paling besar.
Dari semua golongan logam dapat dibedakan menjadi lima bagian yaitu :
(1). Logam berat adalah apabila berat jenisnya lebih besar dari 5 kg/dm3, terletak di sudut kanan
bawah sistem periodik, mempunyai afinitas yang tinggi terhadap unsur S dan biasanya bernomor
atom 22 sampai 92 dari perioda 4 sampai 7. Berdasarkan sifat kimia dan fisikanya, maka tingkat
atau daya racun logam berat terhadap hewan air dapat diurutkan (dari tinggi ke rendah) sebagai
berikut merkuri (Hg), kadmium (Cd), seng (Zn), timbal (Pb), krom (Cr), nikel (Ni), dan kobalt
(Co) (Sutamihardja
., 1982). Menurut Darmono (1995) daftar urutan toksisitas logam paling
tinggi ke paling rendah terhadap manusia yang mengkomsumsi ikan adalah sebagai berikut Hg2+ >
Cd2+ > Ag2+ > Ni2+ > Pb2+ > As2+ > Cr2+ > Sn2+ > Zn2+. Sedangkan menurut Kementrian Negara
Kependudukan dan Lingkungan Hidup (1990) sifat toksisitas logam berat dapat dikelompokan ke
dalam 3 kelompok, yaitu : (a) Bersifat toksik tinggi yang terdiri dari atas unsur@unsur Hg, Cd, Pb,
Cu, dan Zn, (b) Bersifat toksik sedang terdiri dari unsur@unsur Cr, Ni, dan Co, dan (c) Bersifat
tosik rendah terdiri atas unsur Mn dan Fe.
(2). Logam ringan adalah apabila berat jenisnya lebih kecil dari 5 kg/dm3. Misalnya : aluminium,
magnesium, natrium, titanium, dan lain@lain.
(3). Logam mulia adalah logam yang dalam keadaan tunggal sudah dapat dipakai sebagai bahan
teknik, artinya dalam keadaan murni tanpa dicampur dengan bahan logam lain sudah dapat
diproses menjadi barang jadi atau setengah jadi, dengan sifat@sifat yang baik sesuai dengan yang
diinginkan. Pada umumnya bahan logam belum memiliki sifat@sifat yang baik apabila tidak
dicampur dengan bahan lainnya dan tidak memenuhi syarat sebagai bahan teknik, kecuali logam
mulia tersebut. Diantara logam mulia yang kita kenal adalah emas, perak dan platina.
(4). Logam refraktori yaitu logam tahan api. Misalnya : wolfram, molebdenum, dan titanium.
(5). Logam radioaktif adalah bahan yang menunjukkan gejala radioaktif karena radionuklida.
Radioaktif adalah radiasi elektromagnetik dan penyebaran partikel pada saat terjadi perubahan
spontan suatu inti atom atau disebabkan pembelahan inti secara spontan. Diantara logam radioaktif
yang kita kenal adalah uranium, radium dan plutonium.
";"
,*$(3
Natrium merupakan unsur terbanyak ke empat di bumi, terkandung sebanyak 2.6% di
kerak bumi. Sifat fisika dari natrium besi terdapat dalam tabel 3 sebagai berikut:
Tabel 3 Sifat Fisika Logam Natrium
Lambang
Nomor atom
Massa atom relatif
Konfigurasi elektron
Jari@jari atom (nm)
Jari@jari ion M+ (nm)
Energi ionisasi pertama (kj mol@1)
Kerapatan (g cm@3)
Titik leleh (K)
Titik didih (K)
Bilangan oksidasi
Potensial elektrode (V)
M+ (aq) + e → M (s)
Na
11
22,9898
[Ne]3s1
0,154
0,095
498
0,97
371
1163
1
@2,71
Unsur Na sangat reaktif karena bila berada didalam air akan terdapat sebagai suatu
senyawa. Natrium sendiri bagi tubuh bukan
merupakan benda asing, tetapi toksisitasnya
tergantung pada gugus senyawanya. NaOH sangat korosif tetapi NaCl justru dibutuhkan oleh
tubuh. NaCl merupakan senyawa yang paling banyak ditemukan yang dikenal sebagai garam
dapur. NaCl merupakan garam utama pada air laut sehingga menyebabkan air laut terasa asin.
Senyawa natrium juga penting untuk industri@industri kertas, kaca, sabun, tekstil, minyak, kimia
dan logam. Diantara banyak senyawa@senyawa natrium yang memiliki kegunaan dalam bidang
industri adalah garam dapur (NaCl), soda abu (Na2CO3), soda kue (NaHCO3), soda kaustik
(NaOH), natrium nitrat (NaNO3), natrium tiosulfat ( Na2S2O3 . 5H20) dan boraks (Na2B4O7 .
10H2O).
";"
)$
Besi merupakan unsur terbanyak keempat yang terdapat dalam kerak bumi setelah
oksigen, silikon, dan aluminium. Sifat fisika dari logam besi terdapat dalam Tabel 4 sebagai
berikut:
Tabel 4 Sifat Fisika Logam Besi
Lambang
Nomor atom
Massa atom relatif
Konfigurasi elektron
Jari@jari atom (nm)
Jari@jari ion M3+ (nm)
Energi ionisasi pertama (kj mol@1)
Kerapatan (g cm@1)
Titik leleh (oC)
Titik didih (oC)
Bilangan oksidasi
Potensial elektrode (V)
M+2 (aq) + 2e → M (s)
M+3 (aq) + e → M+2 (aq)
Fe
26
55,847
[Ar]3d64s2
0,116
0,064
768
7,87
1535
2735
2,3,6
@0.44
+ 0,74
Di alam, besi berikatan dengan mineral lain yaitu oksigen dan sulfur. Sumber utama besi
adalah hematit (Fe2O3) terdiri dari 69,94% Fe
dan 30,06% O2, magnetit (Fe3O4) terdiri dari
72,4% Fe dan 27,6% O2, limonit (FeO(OH) terdiri dari 62,9% Fe, 27% O2 dan H2 O 10,01% ,
ilmenit(FeTiO3) terdiri dari 36,8% Fe, 31,6% O2 dan 31,6% Ti, dan Siderit (FeCO3) terdiri dari
48,2% Fe dan 51,8% CO2 .
Besi merupakan logam berat yang secara alamiah berada di lingkungan akibat adanya
pelapukan dari batuan. Pada umumnya besi yang terdapat dalam air dapat bersifat terlarut sebagai
Fe (II) (ferro) atau Fe (III) (ferri) yang tersuspensi sebagai butir koloidal (diameter < 1 Rm) atau
lebih besar seperti Fe2O3 , FeO, Fe(OH)3 yang tergabung dengan zat organik atau zat padat organik
seperti tanah liat. Pada air permukaan jarang ditemui kadar besi lebih dari 1 mg/L, tetapi di dalam
air kadar Fe dapat jauh lebih tinggi. Besi di dalam air dengan kadar tinggi dapat dirasakan dan
dapat menodai kain atau perkakas rumah tangga. Besi di dalam air juga dapat menyebabkan air
berwarna agak kuning, baunya amis, menimbulkan karat besi pada sisi pipa atau bak, serta
menimbulkan bakteri yang tahan terhadap adanya kandungan besi dalam air (Hasanah, 2006).
Menurut Standar Nasional Indonesia (SNI) untuk syarat air minum kandungan besi hanya berkisar
antara 0,3 – 1 ppm.
Senyawa besi mempunyai peranan yang penting pada kehidupan manusia, hewan dan
tumbuh@tumbuhan. Kegunaan besi yang paling penting adalah dalam pembuatan baja (
).
Sebagian besi di dalam tubuh manusia terdapat sebagai haemoglobin darah, yang mengangkut
oksigen udara dari paru@paru ke jaringan tubuh. Walaupun besi sangat diperlukan dalam tubuh
tetapi penumpukan dalam jumlah yang berlebihan berakibat tidak baik bagi kesehatan.
"! <
9
Difraksi sinar@X (
:
/XRD) merupakan salah satu metode karakterisasi
material yang sudah ada sejak lama dan masih digunakan hingga sekarang. Teknik ini digunakan
untuk mengidentifikasi fasa kristalin dalam material dengan cara menentukan parameter struktur
kisi serta untuk mendapatkan ukuran partikel .
Sinar X adalah gelombang elektromagnetik yang dihasilkan dari penembakan logam
dengan elektron berenergi tingggi. Elektron itu mengalami perlambatan saat masuk ke dalam
logam dan menyebabkan elektron pada kulit logam tersebut terpental membentuk kekosongan.
Elektron dengan energi tinggi yang lebih tinggi masuk ke tempat kosong dengan memancarkan
kelebihan energinya sebagai foton sinar@ X. Adapun radiasi elektromagnetik sinar@X berada pada
panjang gelombang 0,5@2,5 Ao dan energi +107 eV. Dasar metode ini adalah adanya kekhasan
jarak antar bidang kristal (d) pada setiap kristal yang berbeda .
Spektroskopi XRD digunakan untuk mengidentifikasi fasa kristalin dalam material
dengan cara menentukan parameter struktur kisi serta untuk mendapatkan ukuran partikel. Dasar
dari penggunaan XRD untuk mempelajari kisi kristal adalah berdasarkan persamaan Bragg :
n.λ = 2.d.sin θ
dengan :
λ = panjang gelombang sinar@X yang digunakan
d = jarak antara dua bidang kisi
θ = sudut antara sinar datang dengan bidang normal
n = bilangan bulat yang disebut sebagai orde pembiasan
Metode analisis dengan XRD pada umumnya menggunakan susunan alat yang terdiri atas
:
a.
Tabung sinar@X, merupakan bagian instrumen XRD yang berupa filamen tungsten (W)
sebagai sumber elektron dan anoda berupa ion logam target.
b.
Goniometer, merupakan bagian instrumen XRD yang masih satu unit dengan tempat sampel
dan detektor dimana goniometer akan bergerak memutar selama alat beroperasi.
c.
Tempat sampel, berupa lempeng ion logam/plat kaca cekung dengan lubang ditengah untuk
mengisikan sampel serbuk. Dalam operasi alat, sampel akan berputar bersama goniometer dan
membentuk sudut terhadap sinar@X yang datang.
d.
Detektor, berisi gas yang sensitif terhadap sinar@X, katoda dan anoda. Sinar@X yang terdifraksi
oleh sampel akan mengenai atom@atom gas sehingga atom@atom gas tersebut akan terionisasi
dan membentuk elektron dan kation, selanjutnya elektron tersebut akan menuju katoda dan
kation akan menuju anoda akibatnya dihasilkan suatu arus listrik.
e.
Difraktometer, merupakan bagian alat yang terdiri atas
dan
. Arus listrik yang
dihasilkan dari proses sebelumnya akan diubah menja
!
!
Skripsi
Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar Sarjana Sains
Program Studi Kimia
Fakultas Sains dan Teknologi
Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta
DENGAN INI SAYA MENYATAKAN BAHWA SKRIPSI INI ADALAH HASIL KARYA
SENDIRI YANG BELUM PERNAH DIAJUKAN SEBAGAI SKRIPSI ATAU KARYA ILMIAH
PADA PERGURUAN TINGGI ATAU LEMBAGA MANAPUN
Jakarta, Agustus 2011
ROJIKHI
107096003623
" Pemanfaatan Hasil Pirolisis Bulu Ayam Sebagai Adsorben Ion Na dan Fe Dalam
Larutan Simulasi. Dibawah bimbingan #$ $% #&$' " $ dan ()* $+$
' " $.
Karbon aktif pada umumnya dibuat dari kayu, batu bara, arang tempurung kelapa, bongkol
jagung. Bahan alternatif yang dapat dijadikan karbon aktif adalah bulu ayam sebagai bentuk
pemanfaatan limbah bulu ayam. Karbon aktif merupakan padatan amorf sebagaimana ditunjukkan
hasil uji kristalin dengan XRD. Hasil rendemen karbon aktif sebesar 35%, kadar air yang didapat
sebesar 0,51% dan kadar abu sebesar 4,8%. Luas permukaan karbon aktif dengan metode serapan
metilen biru adalah 463,39 m2/g . Waktu kontak optimum karbon aktif dalam menyerap metilen
biru adalah 30 menit. Hasil uji AAS menunjukkan besarnya adsorpsi ion Fe dengan metode kolom
adalah 56,04% sementara itu ion Na tidak dapat diadsorp. Hasil uji adsorpsi ion Fe dengan metode
adalah 93,59%. Pada metode
pengaruh penambahan NaOH menyebabkan terjadinya
endapan Fe(OH)3 dan penambahan HCl menyebabkan adsorpsi ion Fe yang berbeda@beda. Dalam
penelitian ini metode
adalah metode yang paling baik digunakan dalam adsorpsi ion Fe.
, -(+.$ : bulu ayam, karbon aktif, ion Fe, adsorpsi, metode
dan metode kolom.
/
" Utilization Pirolyzed Result of Chicken Feathers for Adsorbent Na and Fe ions in the
Solution Simulation. Guidanced by #$ $% #&$' " $ and ()* $+$
' " $
Activated carbon is generally made from wood, coal, coconut shell charcoal, corn head.
Alternative materials that can be used as activated carbon is chicken feathers as a form of
utilization of chicken feathers waste. Activated carbon is an amorphous solid crystalline as shown
by XRD test results. The results yield of activated carbon by 35%, water content obtained by
0.51% and ash content of 4.8%. The surface area of activated carbon with methylene blue
adsorption method is 463.39 m2/g. The optimum contact time of activated carbon to adsorp the
methylene blue is 30 minutes. AAS test results indicate the adsorption amount of Fe ions by
column method is 56.04% while the Na ions can not be adsorp. Fe ion adsorption test results with
method is 93.59%. In the batch method the effect of adding NaOH led to formation of
precipitate Fe(OH)3 while the addition of HCl led to the adsorption of Fe ions are different. In this
study the method
method is best used in the adsorption of Fe ions.
% 01*#): chicken feather, activated carbon, Fe ions, adsorption,
and the method of column
method
Segala puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan
rahmat dan karuniaNya, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul Pemanfaatan
Hasil Pirolisis Bulu Ayam sebagai Adsorben Ion Na dan Fe dalam Larutan Simulasi. Shalawat
serta salam tidak lupa penulis limpahkan kepada Nabi Muhammad SAW, keluarga, dan para
sahabatnya serta pengikutnya di akhir zaman.
Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih atas bantuan yang telah
diberikan dari berbagai pihak, terutama kepada :
1.
Bapak Adi Riyadhi, M.Si sebagai pembimbing I dan Ibu Yusraini DIS, M.Si sebagai
Pembimbing II yang telah memberikan bimbingan serta arahan secara teknis sehingga
penulis berhasil menyelesaikan skripsi ini.
2.
Bapak Drs. Dede Sukandar, M.Si selaku Ketua Program Studi Kimia.
3.
Bapak Dr. Syopiansyah Jaya Putra, M.Sis selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi
UIN Syarif Hidayatullah Jakarta.
4.
Dosen@dosen Kimia yang telah banyak memberikan ilmunya.
5.
Orang tua dan seluruh keluarga tercinta yang telah memberikan doa dan dukungannya
baik moril maupun materiil.
6.
Para wali murid yang telah membantu dana dari penelitian sampai penyelesaian skripsi
ini.
7.
Kiki, Udin, Ela dan Heru sebagai teman seperjuangan selama penelitian yang telah
memberikan banyak bantuan, dorongan dan semangatnya.
8.
Teman@Teman Kimia Angkatan 2007 yang telah membantu memberikan dorongan dan
semangat.
9.
Teman@Teman Kimia Angkatan 2009 yang telah banyak membantu dan memberikan
semangat.
Dengan diselesaikannya skripsi ini semoga dapat bermanfaat bagi penulis pada
khususnya dan pembaca pada umumnya. Penulis meminta maaf atas segala kekurangan. Kritik dan
saran selalu penulis harapkan demi sempurnanya penulisan skripsi ini.
Jakarta, Juni 2011
Penulis
Hal
2 3 + (#(2 ...................................................................................................................... i
34$34$+6 ....................................................................................... ii
34 *
*) ,(5( +
34 *
+6 ) & + 5$ + .................................................................................................... iii
34 *
*+% ,
+ ............................................................................................................... iv
4),* - ................................................................................................................................... v
4),* ., .................................................................................................................................. vi
+6 +, * ...................................................................................................................... vii
,
7, * )$ ................................................................................................................................ ix
7, *
34 * ...................................................................................................................... xii
7, *
4 2 ........................................................................................................................... xiii
7, *
38$* + ................................................................................................................... xiv
1.1. Latar Belakang................................................................................................................... 1
1.2. Perumusan Masalah ........................................................................................................... 4
1.3. Tujuan Penelitian ............................................................................................................... 4
1.4. Manfaat Penelitian ............................................................................................................. 5
2.1 Bulu Ayam (
2.2 Keratin
2.3 Karbon Aktif (
) .......................................................................................... 6
) .................................................................................................. 7
) ....................................................................................... 9
2.4 Adsorpsi............................................................................................................................. 15
2.5 Logam ............................................................................................................................... 18
2.5.1 Natrium .................................................................................................................... 20
2.5.2 Besi .......................................................................................................................... 21
2.6 XRD
) .................................................................................................. 22
2.7 Spektrofotometer UV@Visibel............................................................................................ 26
2.8 Spektrofotometer Serapan Atom (AAS) ............................................................................ 28
3.1 Waktu dan Tempat ............................................................................................................ 32
3.2 Bahan dan Alat .................................................................................................................. 32
3.2.1 Bahan ..................................................................................................................... 32
3.2.2 Alat ........................................................................................................................ 32
3.3 Cara Kerja .......................................................................................................................... 33
3.3.1 Pembuatan Adsorben Karbon Aktif....................................................................... 33
3.3.2 Penentuan Kadar Air Karbon Aktif ....................................................................... 33
3.3.3 Penentuan Kadar Abu Karbon Aktif ...................................................................... 33
3.3.4 Analisa Kristalinitas Karbon Aktif dengan XRD .................................................. 34
3.3.5 Penentuan Waktu Kontak Optimum ...................................................................... 35
3.3.6 Penentuan Luas Permukaan ................................................................................... 35
3.3.7 Proses Adsorpsi Ion Na dan Fe Menggunakan Karbon Aktif
Dengan Metode Kolom.......................................................................................... 36
3.3.7.1 Pengaruh Massa Adsorben ....................................................................... 36
3.3.7.2 Pengaruh Pengulangan.............................................................................. 36
3.3.8 Proses Adsorpsi Ion Fe Menggunakan Karbon Aktif Dengan
Metode
...................................................................................................... 37
3.3.8.1 Pengaruh Massa Adsorben ....................................................................... 37
3.3.8.1 Pengaruh pH ............................................................................................. 37
4.1 Pembuatan Adsorben Karbon Aktif.................................................................................. 39
4.2 Penentuan Kadar Air Karbon Aktif ................................................................................... 40
4.3 Penentuan Kadar Abu Karbon Aktif.................................................................................. 41
4.4 Analisa Kristalinitas Karbon Aktif dengan XRD .............................................................. 42
4.5 Penentuan Waktu Kontak Optimum .................................................................................. 44
4.6 Penentuan Luas Permukaan ............................................................................................... 46
4.7 Proses Adsorpsi Ion Na dan Fe Menggunakan Karbon Aktif dengan
Metode Kolom ................................................................................................................. 47
4.7.1 Adsorpsi Ion Na dengan Menggunakan Metode Kolom ....................................... 47
4.7.2 Pengaruh Massa Karbon Aktif terhadap Penyerapan Ion Fe ................................. 51
4.7.3 Pengaruh Pengulangan terhadap Penyerapan Ion Fe ............................................. 54
4.8 Proses Adsorpsi Ion Fe Menggunakan Karbon Aktif dengan Metode
................................................................................................................................ 55
4.8.1. Pengaruh Massa Adsorben .................................................................................... 55
4.8.2. Pengaruh Penambahan HCl dan NaOH terhadap pH Larutan ............................... 56
4.9 Perbandingan Metode
dengan Kolom terhadap
Penyerapan Ion Fe ........................................................................................................... 59
5.1 Kesimpulan ....................................................................................................................... 61
5.2 Saran .................................................................................................................................. 62
............................................................................................................. 63
............................................................................................................................ 66
Hal
Gambar 1 : Struktur Keratin ..................................................................................................... 8
Gambar 2 : Karbon Aktif .......................................................................................................... 10
Gambar 3 : Skema Alat XRD ................................................................................................... 24
Gambar 4 : Cara Kerja Spektrofotometer UV@Visibel ............................................................. 28
Gambar 5 : Cara Kerja Spektrofotometer Serapan Atom ......................................................... 32
Gambar 6 : Kerangka Kerja Penelitian ..................................................................................... 38
Gambar 7 : Difraktogram Karbon Aktif yang Ditanur pada Suhu 400 oC ............................... 43
Gambar 8 : Difraktogram Karbon Aktif Sekam Padi yang Ditanur pada
Suhu 700oC ........................................................................................................ 44
Gambar 9 : Grafik Waktu Kontak Antara Larutan Metilen Biru dengan
Karbon Aktif ....................................................................................................... 45
Gambar 10 : Grafik Serapan Metilen Biru Sebelum dan Sesudah Ditambahkan
Karbon Aktif ........................................................................................................ 46
Gambar 11 : Grafik Pengaruh Massa Adsorben terhadap % Penyerapan Fe ........................... 52
Gambar 12 : Grafik Pengaruh Pengulangan terhadap Penyerapan Fe ..................................... 54
Gambar 13 : Pengaruh Massa terhadap % Penyerapan Fe .................................................... 56
Gambar 14 : Pengaruh pH terhadap % Penyerapan Fe ............................................................ 57
Hal
Tabel 1 : Persyaratan Karbon Aktif ......................................................................................... 11
Tabel 2 : Manfat Karbon Aktif ................................................................................................. 13
Tabel 3 : Sifat Fisika Logam Natrium ...................................................................................... 20
Tabel 4 : Sifat Fisika Logam Besi ............................................................................................ 21
Tabel 5 : Hasil Uji AAS Ion Na ............................................................................................... 47
Hal
Lampiran 1 : Pembuatan Larutan Sampel ............................................................................... 66
Lampiran 2 : Perhitungan Rendemen Karbon Aktif ................................................................. 67
Lampiran 3 : Perhitungan Kadar Air Karbon Aktif .................................................................. 68
Lampiran 4 : Perhitungan Kadar Abu Karbon Aktif ................................................................ 69
Lampiran 5 : Data hasil Analisis Karbon Aktif dengan XRD .................................................. 70
Lampiran 6 : Tabel Penentuan Waktu Kontak.......................................................................... 71
Lampiran 7 : Tabel Penentuan Luas Permukaan ..................................................................... 73
Lampiran 8 : Hasil Uji AAS untuk Adsorpsi Ion Na dan Fe .................................................... 75
Lampiran 9 : Hasil Uji AAS untuk Adsorpsi Ion Fe ................................................................ 79
Lampiran 10 : Foto@Foto Penelitian.......................................................................................... 83
"
, *
2 - +6
Pada proses pemotongan ayam dihasilkan hasil sampingan berupa bulu ayam yang
biasanya dibuang begitu saja. Bulu ayam yang dibuang begitu saja lama kelamaan menumpuk dan
dapat menimbulkan dampak pencemaran terhadap lingkungan. Dampak negatif yang ditimbulkan
oleh industri peternakan ayam yaitu rumah potong ayam berupa terganggunya sanitasi lingkungan
akibat limbah bulu ayam yang menimbulkan bau tidak sedap dan merupakan sumber penyebaran
penyakit sebagai dampak penurunan kualitas udara. Selain itu limbah bulu ayam juga
menimbulkan dampak penurunan kualitas tanah karena limbah bulu ayam sulit terdegradasi di
lingkungan akibat adanya keratin atau
berupa serat (Ketaren, 2008).
Limbah ini terus meningkat seiring dengan peningkatan populasi ayam dan kebutuhan
masyarakat akan protein hewan. Jika limbah yang terus bertambah ini tidak dikelola dengan baik
maka akan menimbulkan dampak pencemaran yang sangat besar terhadap lingkungan khususnya
lingkungan rumah potong ayam. Berkaitan dengan hal tersebut, pemanfaatan limbah bulu ayam
dengan cara pengolahan, yaitu dengan pengukusan dan penggilingan sebagai bahan pakan ayam
potong, sehingga dengan termanfaatkannya limbah bulu ayam tersebut dapat diatasi limbah bulu
ayam dan kekurangan bahan pakan ayam potong (Arifin, 2008). Pengolahan limbah bulu ayam
untuk campuran pakan ternak dan limbah cair sebelum dibuang ke sungai dari industri potong
ayam juga telah dilakukan sebelumnya (Sugita
., 2005). Pemanfaatan limbah bulu ayam
sebagai adsorben ion logam berat dapat juga dijadikan alternatif untuk mengurangi pencemaran
akibat menumpuknya bulu ayam.
Kegiatan industri banyak menghasilkan limbah yang mengandung logam berat. Salah
satu limbah yang dihasilkan dari industri besi adalah adanya kandungan besi yang mudah
membentuk kompleks dengan sulfat dan banyak terdeteksi pada permukaan air tanah. Adanya
kandungan besi pada permukaan air tanah tersebut dapat menimbulkan rasa yang tidak enak pada
air yang dikonsumsi sehari@hari. Rasa besi dalam air yang dikonsumsi dapat dengan mudah
terdeteksi bahkan pada konsentrasi rendah sekitar 1,8 mg / L (Karunakaran & Thamilarasu, 2010).
Limbah yang mengandung logam berat perlu mendapat perhatian khusus, mengingat dalam
konsentrasi tertentu dapat memberikan efek toksik (racun) yang berbahaya bagi kehidupan
manusia dan ekosistem di sekitarnya. Banyak metode yang telah dikembangkan untuk menurukan
kadar logam berat dari badan perairan, misalnya dengan teknik presipitasi, evaporasi, elektrokimia
dan pemakaian resin (Ni’mah & Ulfin, 2007).
Karena meningkatnya kebutuhan akan air tawar, maka aliran air tanah tawar ke arah laut
menurun, atau bahkan sebaliknya, air laut mengalir masuk ke dalam akuifer daratan. Kejadian ini
dinamakan intrusi air laut. Pada air laut ion Cl@ dan Na+ lebih dominan, sedangkan pada air tanah
ion yang dominan adalah CO3 2@ dan HCO3@. Karena adanya penyusupan air laut, maka komposisi
air tanah akan berubah, yaitu ion Cl@ dan Na+ akan bertambah (Irham
., 2006). Kandungan
Natrium yang tinggi dapat menyebabkan permeabilitas menjadi rendah. Selain itu air tanah dengan
kandungan natrium dan klorida tinggi yang dijadikan air irigasi dapat menyebabkan tanaman
terutama bagian daun seperti terbakar, menguning dan rontok (Ayers & Westcot, 1976).
Berdasarkan Keputusan Menteri Kesehatan RI Nomor
907/MENKES/SK/VII/2002 tentang
persyaratan kualitas air, kandungan natrium yang boleh dalam air minum adalah 200 ppm.
Dewasa ini telah banyak pula dikembangkan teknologi aplikasi adsorpsi, yakni
menggunakan bahan biomaterial untuk menurunkan kadar logam berat dari badan air (biosorpsi),
seperti penurunan kadar tembaga dengan biomassa bulu ayam (Ni’mah & Ulfin, 2007), limbah
sekam padi menjadi karbon aktif sebagai adsorben (Sitohang & Dian, 2009), tempurung jarak
pagar (
!" untuk adsorpsi tembaga (Wirawan, 2008), rumput laut untuk adsorpsi
ion kromium (Sudiarta, 2009), adsorpsi zat warna tekstil pada limbah pabrik oleh eceng gondok
(Rahmawati
., 2003), adsorpsi kadmium dengan tempurung kelapa (Gaikwad, 2004), adsorpsi
natrium dengan metode pertukaran ion menggunakan eceng gondok (Kristianti, 2008), adsorpsi
besi dengan karbon aktif dari bungkil jagung (Baskaran
!# 2010), adsorpsi besi dari air dengan
arang kayu dan pasir (Ahamad & Jawed, 2011).
Para ahli telah lama mengetahui bahwa bahan@bahan yang berserat seperti wool, bulu
ayam dan rambut dapat mengadsorpsi ion@ion logam dalam larutannya. Adsorpsi ion logam oleh
bahan@bahan berserat keratin dapat ditingkatkan dengan mengolah bahan@bahan tersebut dengan
suatu bahan kimia tertentu. Keratin adalah serat protein yang banyak terdapat pada lapisan
pelindung pada hewan, seperti kulit rambut atau bulu. Sifat@sifat keratin yang dikaitkan dengan
gugus asam amino dan hidroksil yang terikat, maka menyebabkan sifat polielektrolit kation
sehingga dapat berperan sebagai penukar ion dan sebagai adsorben terhadap logam berat dalam air
limbah (Lin
., 1992).
Bulu unggas, misalnya bulu ayam mengandung protein serat atau keratin yaitu: protein
kasar (79,88%), lemak kasar (3,77%) dan serat kasar (0,32%) (Ketaren, 2008). Dengan demikian
bulu ayam kemungkinan memiliki potensi sebagai adsorben baru yang dapat digunakan untuk
mengatasi penurunan kualitas lingkungan akibat adanya ion – ion logam berat dalam limbah.
"
*(3() +
) 2 &
1.
Bagaimana proses pembuatan karbon aktif dari limbah bulu ayam?
2.
Bagaimana terjadinya proses adsorpsi ion Na dan Fe oleh karbon aktif?
3.
Bagaimana pengaruh massa adsorben terhadap kemampuan adsorpsi ion Na dan Fe oleh
karbon aktif dengan metode kolom?
4.
Bagaimana pengaruh variasi beberapa parameter (massa adsorben dan pH) terhadap
kemampuan adsorpsi Fe oleh karbon aktif dengan Metode
"
(5( +
?
+ 2$,$ +
1.
Mengetahui proses pembuatan karbon aktif dari limbah bulu ayam.
2.
Mengetahui proses adsorpsi yang terjadi pada ion Na dan Fe oleh karbon aktif.
3.
Mengetahui pengaruh massa adsorben terhadap kemampuan adsorpsi ion Na dan Fe oleh
karbon aktif dengan metode kolom?
4.
Mengetahui kondisi optimum (massa adsorben dan pH) dari karbon aktif dalam menyerap
ion Fe dengan Metode
"
+7 ,
.
+ 2$,$ +
Dengan penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi mengenai cara pembuatan
karbon aktif dari limbah bulu ayam dan manfaatnya sebagai penyerap ion Na dan Fe.
"
(2( % 3 9
:
Jumlah ayam yang dipotong terus meningkat dari tahun ke tahun sehingga bulu ayam
yang dihasilkan juga meningkat. Menurut Jendral Peternakan (1999), pada tahun 1999 dilaporkan
bahwa populasi ayam terutama ayam pedaging di Indonesia mencapai 418.941.514 ekor dan
diperkirakan jumlah bulu yang dihasilkan sejumlah 26.280 ton. Jumlah ayam yang dipotong setiap
tahun semakin meningkat, dan hal ini akan menghasilkan jumlah bulu yang melimpah (Purwanti
!# 2010). Hasil pemotongan ternak unggas ini dihasilkan rata@rata bobot bulu 4@9 % dari bobot
hidup. Kandungan protein bulu ayam cukup tinggi, yaitu antara 80@90 %, sehingga berpotensi
sebagai pakan altematif bagi industri ayam potong. Kendala utama penggunaan tepung bulu ayam
sebagai pakan adalah adanya ikatan keratin dengan kandungan 85@90% dari kandungan proteinnya
dengan sifat sukar larut dalam air dan sukar dicerna. Untuk memecahkan ikatan keratin tersebut
guna meningkatkan kecernaan tepung bulu ayam dilakukan dengan beberapa teknik
pengolahannya (Arifin, 2008).
Secara tradisional bulu ayam digunakan sebagai bahan kerajinan, peralatan rumah tangga
dan bahkan bantal yang bernilai komersial rendah. Kebutuhannya tetap terbatas sementara volume
limbah terus membengkak selaras dengan pertumbuhan industri peternakan nasional maupun
global. Bantal dari bulu ayam sulit berkembang karena kalah mutu dari bantal bulu halus angsa.
Sementara itu volume limbah bulu ayam global terus membengkak selaras dengan pertumbuhan
pesat industri peternakan ayam dunia. Keadaan ini telah menggugah para ilmuwan mencari cara
agar lebih banyak lagi bulu ayam yang bisa dijadikan produk komersial (Anoninm, 2008).
Di Amerika Serikat, bulu ayam secara sendiri ataupun dicampur dengan pulp kayu biasa
diolah menjadi kertas. Temuan ini berkembang ke penggunaan kertas dari bulu sebagai kertas
penyaring (filter), alat penyaring air dan udara, penyerap (adsorben), dan kertas dekorasi. Mutu
dan performa filter kertas dari bulu ayam sangat baik, melebihi kertas filter yang kebanyakan
terbuat dari pulp kayu. Ini karena serat@seratnya super halus dengan lebar sekitar 5 mikron dan
bentuknya seragam. Sedangkan lebar serat kertas filter pulp berkisar 10 – 20 mikron. Pori saringan
lebih kecil sehingga lebih banyak partikel@partikel mini, spora, debu, bahan@bahan
$
yang
terperangkap di saringan. Karakteristik tersebut membuka peluang kertas dari bulu ayam
digunakan sebagai filter
"
* ,$+
%
(Barone & Schmidt, 2005).
:
Keratin adalah suatu kelompok protein yang sangat khusus memproduksi sel epitel
tertentu dari hewan bertulang belakang dan lapisan tanduk kulit luar serta epidermal tambahan
seperti rambut, kuku dan bulu ayam. Sedangkan keratinase adalah spesifik protease hidrolisis
keratin yang terdapat pada bulu ayam, wool dan rambut. Keratin serupa dengan komponen protein
lainnya, secara umum dan tidak tampak jelas perbedaan substratnya. Keratin dapat didegradasi
oleh mikroba
%
(Lin
., 1992).
Keratin atau serat terdiri dari ikatan sistin disulfida, ikatan hidrogen, dan interaksi
hidrofobik molekul protein (Lin
., 1992). Ikatan sistin disulfida atau ikatan silang terbentuk
antara antara asam amino sistin yang mengandung gugus
@SH. Jika dua unit sistin berikatan,
maka terbentuklah sebuah jembatan disulfida @S@S@ melalui oksidasi@oksidasi gugus –SH. Protein
serat terbentuk dari molekul yang rapat dan teratur berupa ikatan silang antara rantai@rantai asam
amino yang berdekatan sehingga molekul air sukar menerobos struktur ini, oleh karena itu protein
serat tidak larut di dalam air (hidrofobik). Logam berat dapat merusak ikatan disulfida karena
aktivitasnya yang tinggi dan kemampuannya untuk menarik sulfur sehingga mengakibatkan
denaturasi protein. Pembentukan ikatan silang sistin disulfida atau ikatan komplek peptida
terjadi karena proses hidrolisis yang tidak sempurna, hal ini dapat diatasi dengan melakukan
hidrolisis ulang melalui fermentasi (Ketaren, 2008). Selain itu ikatan keratin dapat diputuskan
dengan bantuan@bantuan enzim proteolitik. Secara jelas komponen@komponen keratin dapat dilihat
pada struktur kimia keratin berikut ini :
Gambar 1 Struktur Keratin
"
*41+ -,$7 9
:
Arang merupakan suatu padatan berpori yang mengandung 85@95% karbon, dihasilkan
dari bahan@bahan yang mengandung karbon dengan pemanasan pada suhu tinggi. Ketika
pemanasan berlangsung, diusahakan agar tidak terjadi kebocoran udara didalam ruangan
pemanasan sehingga bahan yang mengandung karbon tersebut hanya terkarbonisasi dan tidak
teroksidasi. Arang selain digunakan sebagai bahan bakar, juga dapat digunakan sebagai adsorben
(penyerap). Daya serap ditentukan oleh luas permukaan partikel dan kemampuan ini dapat menjadi
lebih tinggi jika terhadap arang tersebut dilakukan aktivasi dengan aktifator bahan@bahan kimia
ataupun dengan pemanasan pada temperatur tinggi. Dengan demikian, arang akan mengalami
perubahan sifat@sifat fisika dan kimia. Arang yang demikian disebut sebagai arang aktif.
Arang aktif merupakan senyawa karbon amorf, yang dapat dihasilkan dari bahan@bahan
yang mengandung karbon atau dari arang yang diperlakukan dengan cara khusus untuk
mendapatkan permukaan yang lebih luas. Luas permukaan arang aktif berkisar antara 300@3500
m2/gram dan ini berhubungan dengan struktur pori internal yang menyebabkan arang aktif
mempunyai sifat sebagai adsorben. Arang aktif dapat mengadsorpsi gas dan senyawa@senyawa
kimia tertentu atau sifat adsorpsinya selektif, tergantung pada besar atau volume pori@pori dan luas
permukaan. Daya serap arang aktif sangat besar, yaitu 25@1000% terhadap berat arang aktif
(Sembiring & Sinaga, 2003).
Karbon aktif yaitu karbon dengan struktur amorphous atau mikrokristalin yang dengan
perlakuan khusus dapat memiliki luas permukaan dalam yang sangat besar antara 300 @ 2000
m2/gram. Pada dasarnya ada dua jenis karbon aktif yaitu karbon aktif bentuk granular dan bentuk
serbuk. Karbon aktif bentuk granular biasanya digunakan sebagai adsorben gas sedangkan karbon
aktif bentuk serbuk biasanya digunakan untuk adsorben suatu cairan. Karbon aktif bentuk granular
mempunyai diameter pori berkisar antara 10@200 Ao dan biasanya terbuat dari tempurung kelapa,
tulang, batu bata atau dari bahan baku yang mempunyai struktur keras. Karbon aktif bentuk serbuk
mempunyai diameter pori mencapai 1000 Ao dan biasanya terbuat dari serbuk@serbuk gergaji,
ampas pembuatan kertas atau dari bahan baku yang mempunyai densitas kecil dan mempunyai
struktur yang lemah (Zamrudy, 2008). Gambar 2 berikut ini menunjukkan contoh dari karbon
aktif:
Gambar 2 Karbon Aktif
Karbon aktif mengandung elemen@elemen yang terikat secara kimia, seperti oksigen dan
hidrogen. Elemen@elemen ini dapat berasal dari bahan baku yang tertinggal akibat tidak
sempurnanya proses karbonisasi, atau pula dapat terikat secara kimia pada proses aktivasi.
Demikian pula adanya kandungan abu yang bukan bagian organik dari produk. Untuk tiap@tiap
jenis karbon aktif kandungan abu dan komposisinya ada bermacam@macam. Adsorpsi elektrolit
dan non elektrolit dari larutan dari karbon aktif, juga dipengaruhi oleh adanya sejumlah kecil abu.
Adanya oksigen dan hidrogen mempunyai pengaruh besar pada sifat@sifat karbon aktif. Elemen@
elemen ini berkombinasi dengan atom@atom karbon membentuk gugus@gugus fungsional tertentu.
Pengujian mutu arang aktif sangat diperlukan untuk mengetahui kemampuan arang aktif
agar dapat berfungsi sebagaimana mestinya. Pengujian mutu arang aktif meliputi: penentuan
bagian yang hilang pada pemanasan 950 oC, penentuan kadar air, penentuan kadar abu dan daya
serap terhadap larutan I2.
Menurut SNI, karbon aktif yang baik mempunyai persyaratan yang tercantum pada tabel berikut
ini :
Tabel 1 Persyaratan Karbon Aktif (SNI 06@3730@95)
+$)
Bagian yang hilang pada pemanasan 950 oC
Kadar air
Kadar abu
Bagian yang tidak diperarang
Daya serap terhadap larutan I2
*)% * , +
Maksimum 15%
Maksimum 15%
Maksimum 10%
Tidak nyata
Maksimum 20%
Ukuran partikel dan luas permukaan merupakan hal yang paling penting dalam karbon
aktif. Ukuran partikel karbon aktif
mempengaruhi proses kecepatan adsorpsi, tetapi tidak
mempengaruhi kapasitas adsorpsi yang berhubungan dengan luas permukaan karbon (Al@Qoddah
& Shawabkah, 2009). Jadi kecepatan adsorpsi yang menggunakan
lebih besar dari pada $
&
(PAC)
(GAC). Luas permukaan total mempengaruhi
kapasitas adsorpsi total sehingga meningkatkan efektivitas karbon aktif dalam menyisihkan
senyawa organik dalam air buangan.
Struktur pori adalah faktor utama dalam proses adsorpsi. Distribusi ukuran pori
menentukan distribusi molekul yang masuk dalam partikel karbon untuk diadsorp. Molekul yang
berukuran besar dapat menutup jalan masuk ke dalam mikropori sehingga membuat area
permukaan yang tersedia untuk mengadsorpsi menjadi sia@sia. Karena bentuk molekul yang tidak
beraturan dan pergerakan molekul yang konstan, pada umumnya molekul yang lebih kecil
menembus kapiler yang ukurannya lebih kecil juga.
Karbon aktif sering digunakan untuk mengurangi kontaminan organik dan partikel kimia
organik, tetapi karbon aktif juga efektif untuk mengurangi kontaminan inorganik seperti radon@
222, merkuri, dan logam beracun lainnya. Karbon aktif
terdiri dari berbagai mineral yang
dibedakan berdasarkan kemampuan adsorpsi (daya serap) dan karakteristiknya. Sumber bahan
baku dan proses yang berbeda akan menghasilkan kualitas karbon aktif yang berbeda. Sumber
bahan baku karbon aktif berasal dari kayu, batu bara, arang tempurung kelapa, dan bongkol
jagung.
Karbon aktif dapat digunakan sebagai bahan pemucat, adsorpsi gas, adsorpsi logam,
menghilangkan polutan mikro misalnya zat organik, detergen, bau, senyawa phenol dan lain
sebagainya. Pada pori@pori arang aktif ini terjadi proses adsorpsi, yaitu proses penyerapan zat@zat
yang akan dihilangkan oleh permukaan karbon aktif. Apabila seluruh permukaan karbon aktif
sudah jenuh, atau sudah tidak mampu lagi menyerap maka kualitas air yang disaring sudah tidak
baik lagi, sehingga karbon aktif harus diganti dengan karbon aktif yang baru.
Saat ini, karbon aktif telah digunakan secara luas dalam industri kimia makanan atau
minuman, dan farmasi. Pada umumnya karbon aktif digunakan sebagai bahan penyerap dan
penjernih serta sebagai katalisator dalam jumlah kecil. Tabel 2 berikut ini menunjukkan manfaat
dari karbon aktif dalam berbagai bidang.
Tabel 2 Manfaat Karbon Aktif (Sembiring & Sinaga, 2003)
1
-)(# , ( (5( +
3 - $ +
1
Industri obat dan makanan
Menyaring dan menghilangkan warna, bau, rasa
yang tidak enak pada makanan
2
Minumam ringan, minuman
Menghilangkan warna, bau pada arak/minumam
keras
keras dan minumam ringan
3
Kimia perminyakan
Penyulingan bahan mentah, zat perantara
4
Pembersih air
Menyaring atau menghilangkan bau, warna, zat
pencemar dalam air, sebagai pelindung dan
penukaran resin dalam alat atau penyulingan air
5
Pembersih air buangan
Mengatur dan membersihkan air buangan dan
pencemar, warna, bau, dan logam berat
6
Penambakan udang dan
Pemurnian, menghilangkan bau dan warna
Benur
7
Pelarut yang digunakan
Penarikan kembali berbagai pelarut, sisa
Kembali
methanol, etil, aseta dan lain@lain
8
Pemurnian gas
Menghilangkan sulfur, gas beracun dan bau busuk asap
9
Katalisator
Reaksi katalisator pengangkut vinil klorida, vinil asetat
10
Pengolahan pupuk
Pemurnian, penghilangan bau
Sifat karbon aktif yang paling penting adalah daya serap. Dalam hal ini, ada beberapa
faktor yang mempengaruhi daya serap dari karbon aktif, yaitu :
1.
Sifat Adsorben
Karbon aktif yang merupakan adsorben adalah suatu padatan berpori, yang sebagian
besar terdiri dari unsur karbon bebas dan masing@ masing berikatan secara kovalen. Dengan
demikian, permukaan karbon aktif bersifat non polar. Selain komposisi dan polaritas, struktur pori
juga merupakan faktor yang penting diperhatikan. Struktur pori berhubungan dengan luas
permukaan, semakin kecil pori@ pori karbon aktif, mengakibatkan luas permukaan semakin besar.
Dengan demikian kecepatan adsorpsi bertambah. Untuk meningkatkan kecepatan adsorpsi,
dianjurkan agar menggunakan karbon aktif yang telah dihaluskan. Jumlah atau dosis karbon aktif
yang digunakan, juga diperhatikan.
2.
Sifat Adsorpsi
Banyak senyawa yang dapat diadsorpsi oleh karbon aktif, tetapi kemampuannya untuk
mengadsorpsi berbeda untuk masing@ masing senyawa. Adsorpsi akan bertambah besar sesuai
dengan bertambahnya ukuran molekul adsorpsi dari sturktur yang sama, seperti dalam deret
homolog. Adsorpsi juga dipengaruhi oleh gugus fungsi,posisi gugus fungsi, ikatan rangkap,
struktur rantai dari senyawa yang akan diadsorp.
3.
Temperatur
Dalam pemakaian karbon aktif dianjurkan untuk menyelidiki temperatur pada saat
berlangsungnya proses. Karena tidak ada peraturan umum yang biasanya diberikan mengenai
temperatur yang digunakan dalam adsorpsi. Faktor yang mempengaruhi temperatur proses
adsoprsi adalah viskositas dan stabilitas termal senyawa serapan. Jika pemanasan tidak
mempengaruhi sifat@sifat senyawa yang akan diadsorp, seperti terjadi perubahan warna maupun
dekomposisi, maka perlakuan dilakukan pada titik didihnya. Untuk senyawa volatil, adsorpsi
dilakukan pada temperatur kamar atau bila memungkinkan pada temperatur yang lebih kecil.
4.
Derajat Keasaman (pH)
Untuk asam@asam organik adsorpsi akan meningkat bila pH diturunkan, yaitu dengan
penambahan asam@asam mineral. Hal ini disebabkan karena kemampuan asam mineral untuk
mengurangi ionisasi asam organik tersebut. Sebaliknya bila pH asam organik dinaikkan yaitu
dengan menambahkan alkali, adsorpsi akan berkurang sebagai akibat terbentuknya garam.
5.
Waktu Kontak
Bila karbon aktif ditambahkan dalam suatu cairan, dibutuhkan waktu untuk mencapai
kesetimbangan. Waktu yang dibutuhkan berbanding terbalik dengan jumlah yang digunakan.
Waktu yang dibutuhkan ditentukan oleh dosis karbon aktif, pengadukan juga mempengaruhi
waktu kontak. Pengadukan dimaksudkan untuk memberi kesempatan pada partikel karbon aktif
untuk bersinggungan dengan senyawa yang akan diadsorp. Untuk larutan yang mempunyai
viskositas tinggi, dibutuhkan waktu kontak yang lebih lama.
Struktur pori adalah faktor utama dalam proses adsorpsi. Distribusi ukuran pori
menentukan distribusi molekul yang masuk dalam partikel karbon untuk diadsorp. Molekul yang
berukuran besar dapat menutup jalan masuk ke dalam mikropori sehingga membuat area
permukaan yang tersedia untuk mengadsorp menjadi sia@sia. Karena bentuk molekul yang tidak
beraturan dan pergerakan molekul yang konstan, pada umumnya molekul yang lebih besar dapat
menembus kapiler yang ukurannya lebih kecil juga.
"
#)1*8)$
Adsorpsi (penyerapan) adalah suatu proses pemisahan dimana komponen dari suatu fase
fluida berpindah ke permukaan zat padat yang menyerap (adsorben). Biasanya partikel@partikel
kecil zat penyerap dilepaskan pada adsorpsi kimia yang merupakan ikatan kuat antara penyerap
dan zat yang diserap sehingga tidak mungkin terjadi proses yang bolak@balik (Al@Qoddah &
Shawabkah, 2009).
Adsorpsi adalah proses dimana substansi molekul meninggalkan larutan dan bergabung
pada permukaan zat padat oleh ikatan fisika dan kimia. Substansi molekul atau bahan yang
diserap disebut adsorbat, dan zat padat penyerapnya disebut adsorben. Proses adsorpsi biasanya
dengan menggunakan karbon aktif yang digunakan untuk menyisihkan senyawa@senyawa aromatik
dan senyawa organik terlarut (Al@Degs
!# 2009).
Proses adsorpsi dapat digambarkan sebagai proses dimana molekul meninggalkan larutan
dan menempel pada permukaan zat akibat ikatan kimia dan fisika. Adsorpsi dapat dikelompokkan
menjadi dua yaitu adsorpsi fisika dan adsorpsi kimia .
Adsorpsi fisika yaitu berhubungan dengan gaya '
(
dan merupakan proses
bolak@balik. Apabila gaya tarik menarik antara zat terlarut dengan adsorben lebih besar dari pada
gaya tari menarik antara zat terlarut dengan pelarutnya maka zat terlarut akan diadsorpsi pada
permukaaan adsorben. Ikatan tersebut sangat lemah, sehiggga mudah untuk diputuskan apabila
konsentrasi zat terlarut yang teradsorpsi diubah. Jadi proses ini berlangsung bolak@balik.
Adsoprsi kimia yaitu reaksi yang terjadi antara zat padat dan zat terlarut yang teradsorpsi.
Molekul@molekul yang teradsorpsi pada permukaan adsorben bereaksi secara kimia. Hal ini
disebabkan pada adsorpsi kimia terjadi pemutusan dan pembentukan ikatan. Dalam proses
adsorpsi kimia, ikatan antara zat terlarut yang teradsorpsi dan adsorben sangat kuat, sehingga sulit
untuk dilepaskan dan proses hampir tidak mungkin untuk bolak@balik.
Proses adsorpsi dapat terjadi karena adanya gaya tarik atom atau molekul pada
permukaan padatan yang tidak seimbang. Adanya gaya ini, padatan cenderung menarik molekul@
molekul lain yang bersentuhan dengan permukaan padatan, baik fasa gas atau fasa larutan ke
dalam permukaannya. Akibatnya, konsentrasi molekul pada permukaan menjadi lebih besar
daripada dalam fasa gas atau zat terlarut dalam larutan. Adsorpsi dapat terjadi pada antarfasa
padat@cair, padat@gas, atau gas@cair (Haryani
Proses penyerapan dalam adsorpsi dipengaruhi :
1. Bahan penyerap
., 2007).
Bahan yang digunakan untuk menyerap mempunyai kemampuan berbeda@beda,
tergantung dari bahan asal dan juga metode aktivasi yang digunakan.
2. Ukuran butir
Semakin kecil ukuran butir, maka semakin besar permukaan sehingga dapat menyerap
kontaminan makin banyak. Secara umum kecepatan adsorpsi ditujukan oleh kecepatan difusi zat
terlarut ke dalam pori@pori partikel adsorben. Ukuran partikel yang baik untuk proses penyerapan
antara @100 / +200 mesh.
3. Derajat Keasaman (pH Larutan)
Pada pH rendah, ion H+ akan berkompetisi dengan kontaminan yang akan diserap,
sehingga efisiensi penyerapan turun. Proses penyerapan akan berjalan baik bila pH larutan tinggi.
Derajat keasaman mempengaruhi adsorpsi karena pH menentukan tingkat ionisasi larutan, pH
yang baik berkisar antara 8@9. Senyawa asam organik dapat diadsorpsi pada pH rendah dan
sebaliknya basa organik dapat diadsorpsi pada pH tinggi.
4. Waktu serap
Waktu serap yang lama akan memungkinkan proses difusi dan penempelan molekul zat
terlarut yang terserap berlangsung dengan baik.
5. Konsentrasi
Pada konsentrasi larutan rendah, jumlah bahan diserap sedikit, sedangkan pada
konsentrasi tinggi jumlah bahan yang diserap semakin banyak. Hal ini disebabkan karena
kemungkinan frekuensi tumbukan antara partikel semakin besar.
";
16 3
Logam adalah sebuah unsur kimia yang dapat membentuk ion (kation) dan memiliki
ikatan logam. Logam pada umumnya mempunyai angka yang tinggi dalam konduktivitas listrik,
konduktivitas termal, dan massa jenis. Logam yang mempunyai massa jenis, tingkat kekerasan,
dan titik lebur yang rendah (contohnya logam alkali dan logam alkali tanah) biasanya bersifat
sangat reaktif. Jumlah elektron bebas yang tinggi di segala bentuk logam padat menyebabkan
logam tidak pernah terlihat transparan. Mayoritas logam memiliki massa jenis yang lebih tinggi
daripada nonlogam. Meski begitu, variasi massa jenis ini perbedaannya sangat besar, mulai dari
litium sebagai logam dengan massa jenis paling kecil sampai osmium yaitu logam dengan massa
jenis paling besar.
Dari semua golongan logam dapat dibedakan menjadi lima bagian yaitu :
(1). Logam berat adalah apabila berat jenisnya lebih besar dari 5 kg/dm3, terletak di sudut kanan
bawah sistem periodik, mempunyai afinitas yang tinggi terhadap unsur S dan biasanya bernomor
atom 22 sampai 92 dari perioda 4 sampai 7. Berdasarkan sifat kimia dan fisikanya, maka tingkat
atau daya racun logam berat terhadap hewan air dapat diurutkan (dari tinggi ke rendah) sebagai
berikut merkuri (Hg), kadmium (Cd), seng (Zn), timbal (Pb), krom (Cr), nikel (Ni), dan kobalt
(Co) (Sutamihardja
., 1982). Menurut Darmono (1995) daftar urutan toksisitas logam paling
tinggi ke paling rendah terhadap manusia yang mengkomsumsi ikan adalah sebagai berikut Hg2+ >
Cd2+ > Ag2+ > Ni2+ > Pb2+ > As2+ > Cr2+ > Sn2+ > Zn2+. Sedangkan menurut Kementrian Negara
Kependudukan dan Lingkungan Hidup (1990) sifat toksisitas logam berat dapat dikelompokan ke
dalam 3 kelompok, yaitu : (a) Bersifat toksik tinggi yang terdiri dari atas unsur@unsur Hg, Cd, Pb,
Cu, dan Zn, (b) Bersifat toksik sedang terdiri dari unsur@unsur Cr, Ni, dan Co, dan (c) Bersifat
tosik rendah terdiri atas unsur Mn dan Fe.
(2). Logam ringan adalah apabila berat jenisnya lebih kecil dari 5 kg/dm3. Misalnya : aluminium,
magnesium, natrium, titanium, dan lain@lain.
(3). Logam mulia adalah logam yang dalam keadaan tunggal sudah dapat dipakai sebagai bahan
teknik, artinya dalam keadaan murni tanpa dicampur dengan bahan logam lain sudah dapat
diproses menjadi barang jadi atau setengah jadi, dengan sifat@sifat yang baik sesuai dengan yang
diinginkan. Pada umumnya bahan logam belum memiliki sifat@sifat yang baik apabila tidak
dicampur dengan bahan lainnya dan tidak memenuhi syarat sebagai bahan teknik, kecuali logam
mulia tersebut. Diantara logam mulia yang kita kenal adalah emas, perak dan platina.
(4). Logam refraktori yaitu logam tahan api. Misalnya : wolfram, molebdenum, dan titanium.
(5). Logam radioaktif adalah bahan yang menunjukkan gejala radioaktif karena radionuklida.
Radioaktif adalah radiasi elektromagnetik dan penyebaran partikel pada saat terjadi perubahan
spontan suatu inti atom atau disebabkan pembelahan inti secara spontan. Diantara logam radioaktif
yang kita kenal adalah uranium, radium dan plutonium.
";"
,*$(3
Natrium merupakan unsur terbanyak ke empat di bumi, terkandung sebanyak 2.6% di
kerak bumi. Sifat fisika dari natrium besi terdapat dalam tabel 3 sebagai berikut:
Tabel 3 Sifat Fisika Logam Natrium
Lambang
Nomor atom
Massa atom relatif
Konfigurasi elektron
Jari@jari atom (nm)
Jari@jari ion M+ (nm)
Energi ionisasi pertama (kj mol@1)
Kerapatan (g cm@3)
Titik leleh (K)
Titik didih (K)
Bilangan oksidasi
Potensial elektrode (V)
M+ (aq) + e → M (s)
Na
11
22,9898
[Ne]3s1
0,154
0,095
498
0,97
371
1163
1
@2,71
Unsur Na sangat reaktif karena bila berada didalam air akan terdapat sebagai suatu
senyawa. Natrium sendiri bagi tubuh bukan
merupakan benda asing, tetapi toksisitasnya
tergantung pada gugus senyawanya. NaOH sangat korosif tetapi NaCl justru dibutuhkan oleh
tubuh. NaCl merupakan senyawa yang paling banyak ditemukan yang dikenal sebagai garam
dapur. NaCl merupakan garam utama pada air laut sehingga menyebabkan air laut terasa asin.
Senyawa natrium juga penting untuk industri@industri kertas, kaca, sabun, tekstil, minyak, kimia
dan logam. Diantara banyak senyawa@senyawa natrium yang memiliki kegunaan dalam bidang
industri adalah garam dapur (NaCl), soda abu (Na2CO3), soda kue (NaHCO3), soda kaustik
(NaOH), natrium nitrat (NaNO3), natrium tiosulfat ( Na2S2O3 . 5H20) dan boraks (Na2B4O7 .
10H2O).
";"
)$
Besi merupakan unsur terbanyak keempat yang terdapat dalam kerak bumi setelah
oksigen, silikon, dan aluminium. Sifat fisika dari logam besi terdapat dalam Tabel 4 sebagai
berikut:
Tabel 4 Sifat Fisika Logam Besi
Lambang
Nomor atom
Massa atom relatif
Konfigurasi elektron
Jari@jari atom (nm)
Jari@jari ion M3+ (nm)
Energi ionisasi pertama (kj mol@1)
Kerapatan (g cm@1)
Titik leleh (oC)
Titik didih (oC)
Bilangan oksidasi
Potensial elektrode (V)
M+2 (aq) + 2e → M (s)
M+3 (aq) + e → M+2 (aq)
Fe
26
55,847
[Ar]3d64s2
0,116
0,064
768
7,87
1535
2735
2,3,6
@0.44
+ 0,74
Di alam, besi berikatan dengan mineral lain yaitu oksigen dan sulfur. Sumber utama besi
adalah hematit (Fe2O3) terdiri dari 69,94% Fe
dan 30,06% O2, magnetit (Fe3O4) terdiri dari
72,4% Fe dan 27,6% O2, limonit (FeO(OH) terdiri dari 62,9% Fe, 27% O2 dan H2 O 10,01% ,
ilmenit(FeTiO3) terdiri dari 36,8% Fe, 31,6% O2 dan 31,6% Ti, dan Siderit (FeCO3) terdiri dari
48,2% Fe dan 51,8% CO2 .
Besi merupakan logam berat yang secara alamiah berada di lingkungan akibat adanya
pelapukan dari batuan. Pada umumnya besi yang terdapat dalam air dapat bersifat terlarut sebagai
Fe (II) (ferro) atau Fe (III) (ferri) yang tersuspensi sebagai butir koloidal (diameter < 1 Rm) atau
lebih besar seperti Fe2O3 , FeO, Fe(OH)3 yang tergabung dengan zat organik atau zat padat organik
seperti tanah liat. Pada air permukaan jarang ditemui kadar besi lebih dari 1 mg/L, tetapi di dalam
air kadar Fe dapat jauh lebih tinggi. Besi di dalam air dengan kadar tinggi dapat dirasakan dan
dapat menodai kain atau perkakas rumah tangga. Besi di dalam air juga dapat menyebabkan air
berwarna agak kuning, baunya amis, menimbulkan karat besi pada sisi pipa atau bak, serta
menimbulkan bakteri yang tahan terhadap adanya kandungan besi dalam air (Hasanah, 2006).
Menurut Standar Nasional Indonesia (SNI) untuk syarat air minum kandungan besi hanya berkisar
antara 0,3 – 1 ppm.
Senyawa besi mempunyai peranan yang penting pada kehidupan manusia, hewan dan
tumbuh@tumbuhan. Kegunaan besi yang paling penting adalah dalam pembuatan baja (
).
Sebagian besi di dalam tubuh manusia terdapat sebagai haemoglobin darah, yang mengangkut
oksigen udara dari paru@paru ke jaringan tubuh. Walaupun besi sangat diperlukan dalam tubuh
tetapi penumpukan dalam jumlah yang berlebihan berakibat tidak baik bagi kesehatan.
"! <
9
Difraksi sinar@X (
:
/XRD) merupakan salah satu metode karakterisasi
material yang sudah ada sejak lama dan masih digunakan hingga sekarang. Teknik ini digunakan
untuk mengidentifikasi fasa kristalin dalam material dengan cara menentukan parameter struktur
kisi serta untuk mendapatkan ukuran partikel .
Sinar X adalah gelombang elektromagnetik yang dihasilkan dari penembakan logam
dengan elektron berenergi tingggi. Elektron itu mengalami perlambatan saat masuk ke dalam
logam dan menyebabkan elektron pada kulit logam tersebut terpental membentuk kekosongan.
Elektron dengan energi tinggi yang lebih tinggi masuk ke tempat kosong dengan memancarkan
kelebihan energinya sebagai foton sinar@ X. Adapun radiasi elektromagnetik sinar@X berada pada
panjang gelombang 0,5@2,5 Ao dan energi +107 eV. Dasar metode ini adalah adanya kekhasan
jarak antar bidang kristal (d) pada setiap kristal yang berbeda .
Spektroskopi XRD digunakan untuk mengidentifikasi fasa kristalin dalam material
dengan cara menentukan parameter struktur kisi serta untuk mendapatkan ukuran partikel. Dasar
dari penggunaan XRD untuk mempelajari kisi kristal adalah berdasarkan persamaan Bragg :
n.λ = 2.d.sin θ
dengan :
λ = panjang gelombang sinar@X yang digunakan
d = jarak antara dua bidang kisi
θ = sudut antara sinar datang dengan bidang normal
n = bilangan bulat yang disebut sebagai orde pembiasan
Metode analisis dengan XRD pada umumnya menggunakan susunan alat yang terdiri atas
:
a.
Tabung sinar@X, merupakan bagian instrumen XRD yang berupa filamen tungsten (W)
sebagai sumber elektron dan anoda berupa ion logam target.
b.
Goniometer, merupakan bagian instrumen XRD yang masih satu unit dengan tempat sampel
dan detektor dimana goniometer akan bergerak memutar selama alat beroperasi.
c.
Tempat sampel, berupa lempeng ion logam/plat kaca cekung dengan lubang ditengah untuk
mengisikan sampel serbuk. Dalam operasi alat, sampel akan berputar bersama goniometer dan
membentuk sudut terhadap sinar@X yang datang.
d.
Detektor, berisi gas yang sensitif terhadap sinar@X, katoda dan anoda. Sinar@X yang terdifraksi
oleh sampel akan mengenai atom@atom gas sehingga atom@atom gas tersebut akan terionisasi
dan membentuk elektron dan kation, selanjutnya elektron tersebut akan menuju katoda dan
kation akan menuju anoda akibatnya dihasilkan suatu arus listrik.
e.
Difraktometer, merupakan bagian alat yang terdiri atas
dan
. Arus listrik yang
dihasilkan dari proses sebelumnya akan diubah menja